a. Sơ đồ hóa hệ thống cân bằng nước lưu vực sông Thạch Hãn
Để ứng dụng mô hình MIKE BASIN tính toán cân bằng nước, cần phải lập sơ đồ hóa hệ thống sông Thạch Hãn. Dựa theo phân vùng tính toán cân bằng nước hệ thống trên lưu vực sông Thạch Hãn, sơ đồ tổng quát cân bằng nước được thể hiện trong hình 3.6.
Hình 3.6. Sơ đồ tổng quát cân bằng nước lưu vực sông Thạch Hãn
Từ cơ sở đã thiết lập, tiến hành lập sơ đồ tính bằng mô hình MIKE BASIN để tính toán cân bằng nước hệ thống lưu vực sông Thạch Hãn.
b. Mô tả các công trình thủy lợi trên lưu vực sông Thạch Hãn
Đến nay trên lưu vực có hơn 90 công trình đầu mối với hệ thống kênh mương các loại. Các công trình trên lưu vực đảm bảo tưới cho vụ đông xuân là 11.151 ha, đạt 64,6% diện tích gieo trồng, lúa hè thu là 8.007 ha, đạt 46,2% [12]. Hiện trạng hệ thống công trình được nêu trong bảng 3.24.
Bảng 3.24 Tập hợp hiện trạng công trình tưới tỉnh Quảng Trị
Số lượng công trình Diện tích tưới (ha)
Trong đó Hệ thống công trình Tổng Hồ, đập Trạm bơm Thiết kế Thực tế Tỉ lệ phát huy (%) - Sông Hiếu 20 16 4 2.086 782 37,5 - Sông Vĩnh Phước 24 13 11 1.527 1.051 68,8 - Thượng Quảng Trị 16 16 - 200 133 (63) 66,5 (31,5) - Nam Thạch Hãn 6 1 5 12.424 8.700 (5.526) 70,0 (44,5) - Vùng đồi 24 24 - 1.098 585 53,3 Tổng số 90 70 20 17.325 11151 (8007) Ghi chú: Số liệu trong ngoặc ( ) chỉ quy mô tưới của công trình trong vụ hè thu.
(Nguồn: Viện Quy hoạch Thủy lợi)[12]
Trong đó điển hình là các công trình sau:
* Hồ Khe Mây
Mạng lưới sông suối trong lưu vực cấp nước chủ yếu là suối Khe Mây, đây là một nhánh nhỏ của Sông Hiếu. Dòng chảy của suối chỉ tập trung trong các tháng mùa mưa từ tháng 9 năm trước đến tháng 2 năm sau, các tháng còn lại dòng chảy không đáng kể. Theo thiết kế hệ thống thủy lợi hồ Khe Mây năng lực tưới là 100 ha/vụ. Cung cấp nước cho HTX Đông Hiếu, Phường 3 thuộc thị xã Đông Hà với số dân được cấp là 1050 người. Nhưng hiện nay công trình mới đảm nhiệm tưới được 40 ha/vụ. Các thông số khí tượng thủy văn cơ bản của công trình thủy lợi hồ Khe Mây được thể hiện trong bảng 3.25.
Bảng 3.25 Các thông số công trình thủy lợi hồ Khe Mây
TT Đặc trưng Ký hiệu Đơn vị Giá trị
1 Diện tích lưu vực F km2
6,2 2 Mô đun dòng chảy Mo l/slkm2
44,55
3 Lượng mưa năm Xo mm 2341
4 Dòng chảy năm: Lưu lượng Qo m3
/s 0,276 5 Tổng lượng dòng chảy Wo 106
m3
8,711 6 Mực nước cao nhất Hmax m 10,2 7 Mực nước trung bình Htb m 7,0 8 Mực nước thấp nhất Hmin m 5,0
TT Đặc trưng Ký hiệu Đơn vị Giá trị
9 Lưu lượng lớn nhất Qmax m3
/s 95 10 Lưu lượng trung bình Qtb m3
/s 0,28 11 Lưu lượng nhỏ nhất Qmin m3
/s 0,0
* Hồ ái Tử
Mạng lưới sông suối trong lưu vực cấp nước chủ yếu là suối Khe Su. Dòng chảy của suối chỉ tập trung trong các tháng mùa mưa từ tháng 9 năm trước đến tháng 1 năm sau, các tháng còn lại dòng chảy không đáng kể. Theo thiết kế hệ thống thủy lợi hồ ái Tử năng lực tưới là 1041 ha/vụ. Cung cấp nước cho xã Triệu ái, Triệu Giang huyện Triệu Phong và phường Đông Lương, phường Đông Lễ, Phường 2 thuộc thị xã Đông Hà, với số dân được cấp là 25415 người. Nhưng hiện nay công trình mới đảm nhiệm tưới được 300 ha/vụ.
Các thông số khí tượng thủy văn cơ bản của công trình thủy lợi hồ ái Tử được thể hiện trong bảng 3.26.
Bảng 3.26 Các thông số công trình thủy lợi hồ ái Tử
TT Đặc trưng Ký hiệu Đơn vị Giá trị
1 Diện tích lưu vực F km2
17,5 2 Mô đun dòng chảy Mo l/slkm2
44,55
3 Lượng mưa năm Xo mm 2341
4 Dòng chảy năm: Lưu lượng Qo m3
/s 0,793 5 Tổng lượng dòng chảy Wo 106
m3
25,009 6 Mực nước cao nhất Hmax m 18,2 7 Mực nước trung bình Htb m 14,0 8 Mực nước thấp nhất Hmin m 10,0 9 Lưu lượng lớn nhất Qmax m3
/s 321,7 10 Lưu lượng trung bình Qtb m3
/s 0,85 11 Lưu lượng nhỏ nhất Qmin m3
/s 0,0
* Hồ Nghĩa Hy
Mạng lưới sông suối trong lưu vực cấp nước chủ yếu là suối Nghĩa Hy. Dòng chảy của suối chỉ tập trung trong các tháng mùa mưa từ tháng 9 năm trước đến tháng 12, các tháng còn lại dòng chảy không đáng kể. Theo thiết kế hệ thống thủy
lợi hồ Khe Mây năng lực tưới là 350 ha/vụ. Cung cấp nước cho Thị trấn Cam Lộ và xã Cam Thành thuộc huyện Cam Lộ, với số dân được cấp là 7.461 người. Nhưng hiện nay công trình mới đảm nhiệm tưới được 120 ha/vụ.
Các thông số khí tượng thủy văn cơ bản của công trình thủy lợi hồ Nghĩa Hy được thể hiện trong bảng 3.27.
Bảng 3.27 Các thông số công trình thủy lợi hồ Nghĩa Hy
TT Đặc trưng Ký hiệu Đơn vị Giá trị
1 Diện tích lưu vực F km2
5,75 2 Mô đun dòng chảy M0 l/slkm2
44,1
3 Lượng mưa năm X0 mm 2325
4 Dòng chảy năm: Lưu lượng Q0 m3
/s 0,259 5 Tổng lượng dòng chảy W0 106
m3
8,194 6 Mực nước cao nhất Hmax m 25,20 7 Mực nước trung bình Htb m 22,5 8 Mực nước thấp nhất Hmin m 18,8 9 Lưu lượng lớn nhất Qmax m3
/s 160 10 Lưu lượng trung bình Qtb m3
/s 0,259 11 Lưu lượng nhỏ nhất Qmin m3
/s 0,0
* Công trình thủy lợi Nam Thạch Hãn
Hệ thống công trình thuỷ lợi Nam Thạch Hãn (tỉnh Quảng Trị) được tiến hành đầu tư khảo sát, thiết kế và xây dựng với các hạng mục chính sau:
- Đập chính ngăn sông bằng đất đồng chất có cao trình đỉnh +21,70m, chiều dài 680m.
- Cống lấy nước có khẩu độ b x h = 5m x 2,5m. Cao trình đáy cống +5,0m, chiều dài 63m.
- Cống xả cát có khẩu độ b x h= 5m x 2m. Cao trình đáy cống +2,0m, chiều dài 83m.
- Tràn xả lũ có hình thức đập tràn đỉnh rộng chảy tự do, cao trình ngưỡng tràn +8,50m, chiều rộng 140m.
Công trình được khởi công xây dựng từ tháng 3/1978. Sau ba năm xây dựng, năm 1980 công trình đã bắt đầu được khai thác phục vụ sản xuất nông nghiệp. Công trình vừa được khai thác, vừa được tiếp tục thi công đến tháng 9/1990 mới hoàn thành. Nhiệm vụ công trình là trữ nước, cấp nước tưới tự chảy cho 16.969 ha lúa và hoa màu của hai huyện Hải Lăng, Triệu Phong và thị xã Quảng Trị.
Sau nhiều năm khai thác, điều kiện tự nhiên có sự thay đổi nhiều so với thiết kế ban đầu, như rừng đầu nguồn bị khai thác bừa bãi dẫn đến thảm thực vật bị thu hẹp 60-70%, khí hậu khu vực thay đổi, yêu cầu dùng nước ngày càng tăng... Vì vậy, hàng năm vào cuối vụ đông xuân và đầu vụ hè thu lượng nước hồ bị thiếu hụt trầm trọng, gây nên hạn hán làm giảm năng suất 30-70% và không thể gieo trồng được trên diện tích khoảng 1.828 ha.
Để giải quyết vấn đề trên cần phải có biện pháp công trình nhằm làm tăng khả năng tích nước của hồ chứa để cung cấp đủ nước tưới cho vụ đông xuân và đầu vụ hè thu nhưng vẫn đảm bảo khả năng thoát lũ thiết kế. Bên cạnh đó còn có một yêu cầu khác là để có thể đảm bảo nhu cầu dùng nước hiện tại và cho cả các năm tới khi hồ chứa Rào Quán chưa được xây dựng thì cao trình nước dâng bình thường của hồ chứa Nam Thạch Hãn phải được tăng từ cao trình +8,50m như thiết kế cũ lên cao trình +10,50m.
Để đạt được mục đích trên, có nhiều biện pháp công trình đã được các nhà chuyên môn đưa ra:
1 - Nâng ngưỡng tràn chính bằng đập tràn bê tông trọng lực có mặt cắt thực dụng kiểu Cơrigiơ - Ôphixêrốp: Phương án này có giá thành thấp nhưng không đảm bảo khả năng thoát lũ thiết kế (vì giảm mặt cắt thoát lũ). Trong mùa lũ, nước hồ dâng lên quá cao gây ảnh hưởng lớn, thậm chí gây hư hỏng nhiều nhà cửa, công trình kiến trúc, cơ sở hạ tầng vùng thượng nguồn. Ngoài ra, khi lũ tràn sẽ trở thành một thác nước lớn gây xói lở mạnh vùng hạ lưu công trình, uy hiếp an toàn đập tràn và đập chính.
2 - Làm tràn nhiều khoang cửa: Phương án này đảm bảo mục đích công trình đề ra nhưng kết cấu công trình phức tạp, giá thành công trình cao, vận hành khó khăn và rất nguy hiểm bởi lũ cao (cao trình đỉnh lũ thiết kế + 18,80m) và lưu lượng lũ rất lớn (Q1% = 7300m3/s).
3 - Nâng ngưỡng tràn bằng đập cao su: Đây là một giải pháp công nghệ mới đã được Viện khoa học thủy lợi miền Nam ứng dụng vào nước ta lần đầu tiên năm 1997 cho công trình đập dâng Ngọc Khô (tỉnh Quảng Nam) và tiếp sau đó là đập cao su Krong Buk (tỉnh Đak Lak), đập cao su Thác Prenn (tỉnh Lâm Đồng), đập cao su Đầm Chích (tỉnh Kiên Giang). Với ưu điểm nổi bật là đập cao su có khả năng phồng lên tạo thành đập dâng trữ nước hoặc xẹp xuống hoàn toàn trả lại mặt cắt thoát lũ ban đầu khi cần thiết, giá thành công trình rẻ, thời gian thi công nhanh, vận hành đơn giản, an toàn, rất phù hợp với các công trình dâng nước vùng trung du, miền núi, nơi thường có lũ lớn, thời gian xảy ra nhanh. Chính vì vậy, phương án nâng ngưỡng tràn Nam Thạch Hãn bằng đập cao su đã được phê duyệt với quy mô công trình: Chiều dài đập là 140 m, chiều cao đập là 2,1 m, chiều dày cao su túi đập là 8 mm, cao trình đỉnh đập là +10,50 m.
Đập cao su Nam Thạch Hãn được thi công trong thời gian 5 tháng, từ tháng 4/2000 đến tháng 8/2000 thì hoàn thành với tổng vốn đầu tư 5,7 tỷ đồng. Sau khi đưa đập vào hoạt động, dung tích hữu ích của hồ chứa tăng lên 9,35 triệu mét khối
* Công trình thủy lợi - thủy điện hồ Rào Quán
Công trình thủy lợi - thủy điện Quảng Trị được xây dựng trên sông Rào Quán, một nhánh lớn của con sông Thạch Hãn bắt nguồn từ động Sa Mù trên dãy Trường Sơn . Vị trí nhà máy nằm gần đường quốc lộ 9, cách biên giới Việt Lào (Cửa khẩu Lao Bảo) 20 km và cách thị xã Đông Hà 53 km về phía Tây Bắc. Các đặc trưng và thông số về hồ thủy điện Rào Quán được thể hiện trong bảng 3.28 và bảng 3.29.
Bảng 3.28. Các thông số cơ bản của công trình Rào Quán
TT Đặc trưng Ký hiệu Đơn vị Giá trị
1 Diện tích lưu vực F km2
159 2 Chiều dài sông chính Ls km 19.8 3 Chiều rộng bình quân lưu vực Blv km 8.0
4 Lượng mưa năm X0 mm 2450
5 Lượng bốc hơi lưu vực Z0 mm 689
6 Tổn thất bốc hơi Z mm 480 7 Dòng chảy năm: Lưu lượng Q0 m3
/s 8.88 8 Tổng lượng dòng chảy W0 106
m3
280
TT Đặc trưng Ký hiệu Đơn vị Giá trị
9 Lưu lượng lũ kiểm tra: p = 0.1% Qmax0.1% m3
/s 2790 10 thiết kế: p = 0.5% Qmax0.5% m3
/s 2350 11 Tổng lượng lũ tần suất thiết kế 0.5%
12 12h max W12h0.1% 106 m3 67.9 13 24h max W24h0.5% 106 m3 91.7 14 36h max W36h0.1% 106 m3 101.8 15 48h max W48h0.1% 106 m3 106.6 15 Dòng chảy phù sa trung bình năm:
16 - Độ đục PSLL 0LL g/m3 120 17 - Lưu lượng PSLL R0LL kg/s 1.07 18 - Lượng phù sa tổng cộng W0PS 106 T 0.048 19 - Thể tích phù sa tổng cộng V0PS 106 m3 0.038
Bảng 3.29. Các thông số thiết kế hồ Rào Quán
Thông số Đơn vị MNDBT MNC CSLM
Mực nước dâng bình thường trước lũ m 476,21 476,21 476,21
Mực nước sau lũ m 480 480 480 Mực nước chết m 450 450 450 Dung tích chết 106 m3 21,7 21,7 21,7 Dung tích trước lũ 106 m3 106,34 106,34 106,34 Dung tích sau lũ 106 m3 163 163 163 Dung tích hữu ích 106 m3 163 163 860,91 Hệ số Tuabin 8,49 8,49 8,49 Nđb MW 32 32 32
Công suất lắp máy MW 64 64 64
Lưu lượng nước thiết kế m3
/s 1731,6 1731,6 1731,6 Lưu lượng nước lớn nhất m3
/s 1731,6 1731,6 1731,6 Lưu lượng nước nhỏ nhất m3
/s 6,5 6,5 6,5
Lưu lượng nước trung bình m3
/s 1160 1160 1160 Điện lượng trung bình năm 106
KWh 217,4 217,4 217,4
(Nguồn: Công ty tư vấn thiết kế Thủy lợi I)
Năm công trình hồ chứa và hồ chứa kết hợp thủy điện trên đây là năm công trình đang vận hành lớn nhất ảnh hưởng đến cán cân nước trên lưu vực sông Thạch Hãn, do vậy cả năm công trình đều được đưa vào mạng tính toán trong mô hình MIKE BASIN.
d. Kết quả tính toán
Sơ đồ cân bằng nước được thể hiện trong hình 3.7, bao gồm 12 khu cấp nước (từ CI1 đến CVI3), 16 nút cấp nước cho tưới, 12 nút cấp nước cho các hộ dùng nước
Formatted: Chinh van, Left, Line spacing: single
khác. Trong đó ký hiệu IRR1 là nút nhu cầu tưới của hộ nông nghiệp, WS1 là nút nhu cầu nước của các hộ công nghiệp, sinh hoạt, chăn nuôi và thủy sản..., và 5 công trình thủy điện và hồ chứa.
Hình 3.7. Sơ đồ cân bằng nước lưu vực sông Thạch Hãn
Trong sơ đồ này tại phân khu CI3, vùng dưới Đập Trấm có đưa thêm một nút tính để phân bổ dòng chảy. Theo thiết kế của Đập Trấm lượng nước cấp cho tưới được dẫn bằng hệ thống kênh mương phục vụ diện tích 16.969 ha thuộc huyện Triệu Phong, Hải Lăng nằm ở phía Nam lưu vực sông Thạch Hãn (vì vậy còn được gọi là công trình thủy lợi Nam Thạch Hãn). Diện tích thuộc hai huyện này nằm trong vùng đồng bằng do vậy cây trồng chủ yếu là cây trồng cạn và lúa. Diện tích cây trồng trong huyện Triệu Phong là 13.069,5 ha trong đó diện tích lúa là 10.088 ha chiếm 77,19%, cây trồng cạn là 2.981,5 ha chiếm 22,81%. Diện tích cây trồng trong huyện Hải Lăng là 16.932,8 ha trong đó diện tích lúa là 12.984 ha chiếm 76,7%, diện tích cây trồng cạn là 3.948,8 ha chiếm 23,3%. Như vậy tỷ lệ diện tích cây trồng chung cho hai huyện là 77% cho cây lúa và 23% cho cây trồng cạn. Từ đó tính được nhu
IRR1CI2 WS1CI2 Hồ Rào Quán Đập Trấm Hồ ái Tử Hồ Khe Mây Hồ Nghĩa Hy CI1 CIII2 CIII3 CI3 CIII1 CI2 CII3 CII2 CIV1 Nam Thạch Hãn CIV2 CIV3 CII1
Formatted: Font color: Auto
Formatted: Font: 12 pt, Font color: Red
Formatted: Font: 12 pt, Bold, Font color: Red
Formatted: Font: 12 pt, Bold, Font color: Red
Formatted: Font: 12 pt, Bold, Font color: Red
Formatted: Font: 12 pt, Bold, Font color: Red
Formatted: Font: 12 pt, Bold, Font color: Red
Formatted: Font: 12 pt, Bold, Font color: Red
Formatted: Font: 12 pt, Font color: Red
Formatted: Font: 12 pt, Bold, Font color: Red
Formatted: Font: 12 pt, Bold, Font color: Red
Formatted: Font: 12 pt, Bold, Font color: Red
Formatted: Font: (Default) Arial, 12 pt
Formatted: Font: 12 pt, Font color: Red
Formatted: Font: 12 pt, Font color: Red
Formatted: Font: 12 pt, Font color: Red
Formatted: Font: 12 pt, Bold, Font color: Red
Formatted: Font: 12 pt, Bold, Font color: Red
Formatted: Font: 12 pt, Bold, Font color: Red
Formatted: Font: (Default) Arial, 12 pt
Formatted: Font: 12 pt, Bold, Font color: Red
Deleted: .... nút lấy nước, ... nút dùng nước
cầu sử dụng nước tưới cho 16.969 ha mà đập Trấm đảm nhiệm tưới cho khu vực Nam Thạch Hãn nằm ngoài lưu vực (bảng 3.30).
Bảng 3.30. Nhu cầu tưới cho khu vực Nam Thạch Hãn
Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Nhu cầu
(106 m3
/s) 1.12 1.10 1.16 5.11 1.59 2.10 1.69 0.58 0.01 0.00 1.58 0.14
Sơ đồ mạng trên đây được xây dựng trong mô hình MIKE BASIN dựa trên nền GIS. Kết quả tính toán thu được từ mô hình là lượng cấp và lượng sử dụng cho