Hình 14. Biểu đồ thể hiện sự thay đổi diện tích tại các mặt cắt (1990-2013)
Hình 15. Biểu đồ mặt cắt dọc hồ Hịa Bình qua các thời kỳ (1990 - 2013) 3.2. Nghiên cứu và phân tích một số nguyên nhân gây bồi lắng lòng hồ
Bồi lắng lòng hồ là hệ quả của rất nhiều yếu tố như lượng bùn cát cửa ra, cửa vào, xói mịn rửa trơi lưu vực, điều tiết và vận hành hồ,...Tuy nhiên, do đặc điểm và tính chất của hồ chứa Hịa Bình nên những yếu tố ảnh hưởng và tác động đến phát sinh bồi lắng lòng hồ bao gồm:
+ Lượng bùn cát gia nhập theo dịng chính sơng Đà; + Lượng bùn cát gia nhập khu giữa.
3.2.1. Lượng bùn cát gia nhập theo dịng chính sơng Đà
Như đã nêu ở mục 1.2.1, dịng chảy cát bùn sơng Đà thuộc loại lớn nhất miền Bắc. theo số liệu đo đạc, tính tốn trên sơng Đà độ đục bình quân nhiều năm tại Tạ Bú là 1.940g/m3, tại Hịa Bình là 1.310g/m3, tổng lượng cát bùn chuyển qua Tạ Bú là 87,5.106tấn, qua Hịa Bình là 72,3.106tấn, nghĩa là đã bị thiếu hụt 15,2.106tấn/năm. Hồ chứa Hịa Bình chính thức tích nước và điều tiết đến đã tác động mạnh đến chế độ thủy văn và bùn cát dịng chính sơng Đà. Để đánh giá ánh hưởng của lượng bùn cát dịng chính sơng Đà đến mức độ bồi lấp hồ Hịa Bình tác giả sẽ nghiên cứu phân tích theo hai giai đoạn chính như sau:
a) Giai oạ rước khi có h thủ iệ ơ La
Năm 1990, hồ chính thức tích nước và điều tiết đến cao trình mực nước dâng bình thường, làm thay đổi chế độ thủy văn của sơng Đà, chuyển từ trạng thái động (tốc độ dịng chảy lớn) sang trạng thái tĩnh (tốc độ dòng chảy giảm mạnh), từ đó dẫn đến làm thay đổi lượng bùn cát toàn tuyến. Lượng bùn cát chuyển qua cửa vào hồ ở Tạ Bú trung bình cịn 72,6 triệu tấn/năm, qua Hịa Bình giảm mạnh, trung bình cịn 6,1 triệu tấn/năm [30], lượng bùn cát bị thiếu hụt (nằm lại trong lịng hồ) trung bình khoảng 66,5 triệu tấn/năm (51,2 triệu m3/năm) [30]. Nguyên nhân của sự gia tăng mạnh lượng phù sa bồi lắng lòng hồ là do: từ cửa hồ ở Tạ Bú, lịng sơng ngun khai bị mở rộng khi mực nước dâng, nên khi nước từ thượng nguồn đổ về qua mặt cắt Tạ Bú tốc độ dòng nước bắt đầu giảm và chuyển dần sang trạng thái tĩnh ở phía hạ lưu, phần lớn các hạt lơ lửng trong dòng nước dần bị lắng đọng xuống đáy và có thể tham gia chuyển động di đáy dưới đáy hồ. Do hồ dài, nên trong giai đoạn đầu vật chất lơ lửng chủ yếu bị lắng chìm ở phần thượng lưu hồ. Vì vậy, tốc độ bồi lắng trong giai đoạn này là khá lớn, trung bình 66,6 triệu m3/năm
b) Giai oạn sau khi có h thủ iệ ơ La - 2013)
Sau khi cơng trình thủy điện Sơn La đi vào hoạt động tích nước và điều tiết, dịng chính sơng Đà bị ngăn lại, phần lớn phù sa của dịng chính bị giữ lại tại hồ chứa Sơn La, do đó lượng bùn cát vào hồ Hịa Bình qua cửa Tạ Bú giảm mạnh. Theo số liệu của trạm Tạ Bú, Hịa Bình trong giai đoạn từ năm 2010 đến 2013, lượng bùn cát lơ lửng chuyển qua mặt cắt Tạ Bú trung bình cịn 5,18 triệu tấn/năm (giảm 67
triệu tấn/năm, tương đương 90% so với giai đoạn chưa có hồ Sơn La), qua Hịa Bình là 0,85 triệu tấn/năm, lượng bùn cát lắng lại trong hồ là 4,33 triệu tấn/năm [30].
Ảnh hưởng của quy trình vận hành hồ chứa đến lượng bùn cát vào, ra hồ: Theo Quy trình vận hành hồ Hịa Bình từ năm 1997 (ban hành theo quyết định số 57/1997/PCLBTƯ/QĐ của Bộ trưởng Bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn): mực nước hồ thời kỳ lũ được điều tiết ở cao trình +90±2m - 100m, lưu lượng xả xuống hạ lưu không lớn hơn 4000m3/s [3]. Như vậy là những trận lũ đầu mùa, thường có lượng bùn cát lơ lửng lớn hơn các con lũ sau, đã bị giữ lại, khiến lượng bùn cát lơ lửng phần lớn được lắng đọng trong hồ. Lưu lượng lũ càng lớn, lượng bùn cát bồi lắng trong hồ càng nhiều, đặc biệt năm 1996 đã xảy ra trận lũ lịch sử trên sông Đà với lưu lượng lớn (khoảng 22.650m3
/s vào lúc 16 giờ, ngày 18 tháng VIII) đã góp phần làm tăng tổng lượng bồi lắng tại hồ năm 1996 lên đến 87,5 triệu m3/năm (đạt cao nhất trong suốt thời kỳ hồ hoạt động).
Năm 2010, khi hồ thủy điện Sơn La bắt đầu tích nước và điều tiết, Thủ tướng Chính phủ đã ký Quyết định số 198/QĐ-TTg về việc ban hành Quy trình vận hành liên hồ chứa Sơn La, Hịa Bình, Thác Bà và Tuyên Quang trong mùa lũ hàng năm. Quy trình vận hành hồ được trình bày tóm tắt trong mục 2.1. Phân tích quy trình vận hành liên hồ dạng bậc thang có nhận xét sau:
- Thời kỳ lũ sớm hồ Hịa Bình giữ cao trình mực nước là 105m, cao hơn thời kỳ chưa có hồ thủy điện Sơn La là +5m và tham gia cắt lũ sau hồ Sơn La.
+ Thời kỳ lũ chính vụ: Cao trình mực nước trước lũ của hồ Hòa Bình là 101m, so với thời kỳ chưa có hồ Sơn La là +90±2m và tham gia cắt lũ sau hồ Sơn La. Trong trường hợp hồ Sơn La đã sử dụng hết phần dung tích hồ đến cao trình mực nước dâng bình thường (215m) thì hồ Hịa Bình được sử dụng dung tích đến cao trình mực nước dâng bình thường 117m.
+ Thời kỳ lũ muộn: sau ngày 10/8, nếu lũ chính vụ có khả năng kết thúc sớm, các hồ dâng dần mực nước nhưng không được vượt 209m với hồ Sơn La và 110m với hồ Hịa Bình và trong thời gian tích nước hồ Sơn La được tích từ mực nước dâng bình thường đến mực nước gia cường, nhưng hồ Hịa Bình chỉ được tích đến mực
nước dâng bình thường, nếu lưu lượng đến hồ vẫn tiếp tục tăng thì được phép xả xuống hạ du bằng lưu lượng đến hồ.
Bảng 4. Lưu lượng chất lơ lửng từ năm 2010 - 2014
Đơ vị: triệu tấ ă
Năm Trạm Tạ Bú Trạm Hịa Bình Lắng đọng tại hồ
2010 10,50 1,01 9,49 2011 3,37 1,00 2,37 2012 5,41 0,66 4,75 2013 2,99 0,72 2,27 2014 3,62 0,85 2,77 TB 5,18 0,85 4,33
Ngu Tr â Tư liệ K í ư ng Thủ vă
Như vậy, cả ba thời kỳ lũ trong năm, hồ Sơn La đóng vai trị chính trong nhiệm vụ cắt lũ cho vùng hạ du và luôn ln cắt lũ trước hồ Hịa Bình, trong trường hợp nếu dự báo lũ sơng Đà cịn tiếp tục tăng mà hồ Sơn La đã sử dụng hết dung tích theo quy định, lúc đó hồ Hịa Bình mới tham gia cắt lũ. Vì vậy, hầu hết lượng bùn cát lơ lửng của các trận lũ từ thượng nguồn đổ về đều được lắng đọng và chuyển sang vận động di đáy tại hồ Sơn La, lượng bùn cát chuyển qua mặt cắt Tạ Bú giảm đột ngột (bảng 4) [30] dẫn đến tốc độ bồi lắng hàng năm tại hồ Hịa Bình cũng giảm mạnh (chỉ bằng ¼ lượng bồi lắng trung bình nhiều năm) (bảng 2) .
3.2.2. Lượng bùn cát gia nhập khu giữa
Lượng bùn cát gia nhập khu giữa cũng đóng góp phần đáng kể vào tốc độ bồi lắng hồ Hịa Bình dưới tác động của một số nguyên nhân sau:
3.2.2.1. Tác động của xói mịn, rửa trơi trên lưu vực
a) Kết qu quan trắc bãi o thực nghiệm xói ị ất d c
Kết quả quan trắc bãi đo thực nghiệm xói mịn đất dốc được trình bày trong bảng 5 [27].
Xói mịn là một hiện tượng tự nhiên, tất yếu xảy ra trên các sườn đất dốc, đặc biệt xói mịn bề mặt lưu vực là một quá trình phức tạp, chụi tác động của nhiều yếu tố như: mưa, đất, địa hình, địa mạo, lớp phủ thực vật và hoạt động của con người.
Phương trình mất đất phổ dụng được phát triển bởi Wischmeier và Smith năm 1978 [11], là phương trình thực nghiệm, hiệu quả và được sử dụng rộng khắp trên thế giới, phương trình có dạng:
A = R. K. L.S. C. P (10)
Trong đó: A là lượng mất đất bình qn trong năm; R là yếu tố mưa và dòng chảy; K là hệ số bào mòn của đất; L là yếu tố chiều dài sườn dốc; S là yếu tố độ dốc; C là yếu tố che phủ và quản lý đất; P là yếu tố hoạt động điều tiết chống xói mịn.
Bảng 5. Tổng hợp kết quả quan trắc xói mịn đất (2005 - 2014)
Đơ vị tính: tấn/ha
Năm Bãi đo có độ dốc 15% Bãi đo có độ dốc 10% Bãi đo có độ dốc 7% Bãi đo có độ dốc 3% Lượng mưa
CAM CHÈ CAM ĐÀO SẮN ĐÀO CHÈ CHANH (mm)
2005 15,0 7,5 11,2 5,3 8,2 3,5 4,4 1,9 1.657 2006 6,9 3,5 4,6 2,2 2,9 1,3 1,6 0,7 1.070 2007 10,6 6,0 7,9 4,0 5,1 2,4 2,6 1,2 1.251 2008 11,1 6,0 7,6 3,6 4,9 1,9 2,2 0,9 1.312 2009 15,1 11,1 7,7 4,4 3,6 1,9 1,2 0,9 915 2010 10,8 8,4 6,9 3,9 5,2 2,6 2,2 1,7 912 2011 8,5 7,8 5,9 4,4 4,6 3,0 2,4 2,0 1.180 2012 11,2 10,2 7,5 5,7 5,4 4,5 2,8 1,9 1.423 2013 14,8 12,5 9,2 7,4 6,4 4,4 3,3 2,3 1.394 2014 11,1 9,4 6,9 6,9 6,2 3,9 3,8 2,8 877 TB 11,5 8,2 7,5 4,8 5,3 2,9 2,7 1,6 1199
Ngu n: Trạm Quan trắ ôi rường và Lắ ọng axít Hịa Bình Chú thích Lư ưa a ia í ố xói ị
a) Yếu t ưa v dò y (R)
Khi mưa rơi xuống bề mặt lưu vực, một phần ngấm vào đất làm cho đất bão hòa về nước, phần còn lại chảy tràn trên bề mặt và sinh ra dòng chảy mặt, dòng chảy mặt đã bóc mịn rửa trơi một lớp đất trên bề mặt và theo dịng chảy xuống sơng suối và đổ vào hồ. Yếu tố mưa và dòng chảy là thước đo sức mạnh xói mịn của mưa và sức chảy tràn trên bề mặt. Yếu tố được thể hiện qua tổng lượng mưa và cường độ mưa. Với tổng lượng mưa năm lớn song nếu các trận lượng mưa trong năm ở mức
độ nhẹ thì tổng lượng xói mịn ít và ngược lại tổng lượng mưa hàng năm tuy không cao nhưng mưa tập trung với cường độ cao có thể gây xói mịn nghiêm trọng. Ngồi ra sự phân bố của mùa mưa cũng là yếu tố chi phối và quyết định đến lượng đất bị mất do xói mịn. Những trận mưa lớn nếu xảy ra ở thời điểm đất trống trải như ở giai đoạn làm đất trước gieo trồng hoặc sau khi thu hoạch cũng là nguyên nhân làm đất bị mất nhiều hơn.
b) Hệ s xói mịn K
Hệ số xói mịn K thể hiện mức độ bị bào mịn vốn có của đất. Có hai đặc tính ảnh hưởng và liên quan chặt chẽ tới hệ số xói mịn là khả năng thấm và sự ổn định về cấu trúc của đất. Khả năng thấm của đất chịu ảnh hưởng chủ yếu bằng sự ổn định cấu trúc của đất như thành phần cơ giới của đất, hàm lượng hữu cơ có trong đất, đặc biệt các tầng đất trên mặt.
Hệ số xói mịn K có giá trị dao động trong khoảng gần 0 đến 0,6. K có giá trị thấp đối với các loại đất tơi xốp, thấm và tiêu thốt nước tốt (thường có trong vùng nhiệt đới, chứa nhiều khống sét sắt, nhơm hoặc kaolinit). Những loại đất có khả năng thấm trung bình, có cấu trúc ổn định trung bình, có hệ số K từ 0,2 - 0,3, đất có khả năng thấm kém, dễ xói mịn có giá trị K >0,3. Theo Nguyễn Trọng Hà và các cộng sự, đất Việt Nam có hệ số K dao động từ 0,09 - 0,35, trên lại đất đen tầng kết von dày K = 0,11; đất xám feralit K = 0,22; đất nâu đỏ K = 0,23...
c) Yếu t ịa hình (L, S)
Yếu tố giữ vai trò quan trọng trong nghiên cứu xói mịn đất thông qua đặc điểm về độ dốc và chiều dài hướng sườn. Độ dốc và chiều dài hướng sườn không phải là nhân tố gây xói mịn trực tiếp nhưng lại có vai trị thúc đẩy q trình xói mịn. Trong cùng điều kiện như nhau, độ dốc càng lớn, khả năng xói mịn càng lớn vì chúng làm tốc độ của dòng chảy và lượng nước chảy tràn tăng lên. Về mặt lý thuyết, khi tăng tốc độ dịng chảy lên gấp đơi thì mức độ vận chuyển đối với các hạt có thể lớn hơn 64 lần, nó cho phép mang các vật liệu huyền phù (hòa tan trong nước) lớn hơn gấp 30 lần và kết quả làm tăng sức mạnh của xói mịn gấp 4 lần. Chiều dài dốc cũng góp phần quan trọng đối với xói mịn đất vì chúng mở rộng diện tích nghiêng của dốc đồng thời sẽ tạo nên một thế năng của dòng chảy trên bề mặt sườn
càng mạnh và tập trung nhiều lượng nước chảy trên mặt hơn. Một nghiên cứu xói mịn ở vùng Tây nam Lowa đã cho thấy, khi ta tăng chiều dài dốc gấp đôi ở độ dốc 9%, lượng nước chảy sẽ tăng 1,8 lần và làm tăng lượng đất mất 2,6 lần.
d) Yếu t che phủ và qu n lý (C)
Yếu tố này chỉ ra mức độ tác động của hệ thống cây trồng và những khác biệt trong quản lý và sử dụng đất đối với lượng đất bị mất do xói mịn. Rừng và đồng cỏ là những hệ thống bảo vệ đất tự nhiên tốt nhất, tiếp đó là các loại cây trồng có khả năng che phủ cao thường được trồng mật độ dầy như các loại cây ngũ cốc, cây họ đậu... có khả năng bảo vệ đất rất tốt. Tuy nhiên có một số loại cây như ngô, khoai tây trồng theo luống thường có độ che phủ thấp trong giai đoạn đầu khi mới trồng có khả năng làm tăng khả năng xói mịn. Sự kết hợp giữa các loại cây trồng và khả năng duy trì lớp phủ bề mặt theo thời gian trong năm thông qua các hệ thống luân canh hợp lý cũng làm giảm khả năng xói mịn.
Giá trị (C) cho các vùng riêng biệt phụ thuộc vào nhiều nhân tố: cây trồng hiện tại, các giai đoạn phát triển của cây trồng, hệ thống làm đất và các yếu tố quản lý khác. Trị số C sẽ cao (gần 1,0) đối với đất có độ che phủ thấp như ở những vùng đất canh tác vừa mới làm đất sạch vừa mới gieo trồng hoặc mới trồng các cây con, tán chưa phát triển, ngược lại giá trị (C) sẽ đạt giá trị thấp (<0,1) ở trên những diện tích đất rừng có độ che phủ cao hay những diện tích đất canh tác có để lại khối lượng tàn dư thực vật cao. Độ che phủ của cây trồng có ý nghĩa trong việc giảm tốc độ va đập của hạt mưa vào đất và hạn chế tốc độ dòng chảy trên mặt. Giá trị C thường được tính tốn theo độ che phủ, quản lý trong mỗi vùng nhất định và đồng thời nó cịn phụ thuộc vào cây trồng và điều kiện canh tác của từng vùng. Cũng theo Nguyễn Trọng Hà và cộng sự đã nghiên cứu và tính tốn được giá trị C ở vùng Xuân Mai, Hịa Bình dao động từ 0,05 - 0,07; C ở vùng đất trống là 1,0 và vùng lúa nương là 0,5. Như vậy, sự xuất hiện và tồn tại của lớp phủ thực vật đã có tác dụng ngăn cản và làm giảm nhẹ q trình xói mịn. Bên cạnh đó hạt mưa khi rơi xuống khu vực có lớp phủ thực vật sẽ bị giảm động năng, đồng thời một phần nước mưa bị giữ lại trên cây, rễ cây tạo điều kiện tăng độ thấm cho đất và ngăn cản tốc độ dịng chảy mặt.
Võ Trí Chung đã thiết lập biểu tổng hợp mối liên quan giữa lượng dịng chảy và xói mịn theo loại rừng và địa hình (bảng 6). Phân tích số liệu bảng 6 cho thấy: lượng dòng chảy mặt và lượng vật chất xói mịn rửa trơi thay đổi theo độ che phủ, độ che phủ càng cao thì lượng dịng chảy mặt và xói mịn vật chất càng giảm và ngược lại. Tuy nhiên quy luật trên phụ thuộc nhiều vào loại rừng: cùng độ che phủ >0,7 nhưng rừng lá kim có dịng chảy chảy mặt bình quân là 62 m3/ha/năm và vật chất xói mịn rửa trơi là 2,5 tấn/ha/năm, còn rừng lá rộng, nơi có dịng chảy mặt đã giảm, bình quân năm là 45 m3/ha/năm thì vật chất xói mịn rửa trơi cũng giảm cịn 1,0 tấn/ha/năm. Điều đó đã chứng tỏ độ che phủ của rừng và loại rừng có vai trị quan