CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.2. Phương pháp nghiên cứu
2.2.3.2. Đo và tính bồi lắng lịng hồ
Trong các chuyến đi thực địa, nhiệm vụ chính của tác giả là sử dụng máy hồi âm đo sâu đa tần, máy định vị GPS 2 tần,... để xác định tọa độ, độ sâu tại các điểm đo trên các mặt cắt ngang của hồ từ thượng lưu về đến hạ lưu, điều tra sạt lở 2 bên bờ, vị trí và chiều dài các bãi bồi, quan trắc, lấy mẫu trầm tích đáy hồ và đo và lấy mẫu giám sát chất lượng nước hồ.
a) Hệ th ng tuyế o ặt cắt ngang h Hịa Bình:
Căn cứ hồ sơ thiết kế xây dựng hồ chứa Hịa Bình và kết quả khảo sát của Viện khoa học Khí tượng Thủy văn, hai mặt cắt Tạ Bú và chân đập được chọn làm tuyến cửa vào và cửa ra của hồ, được bố trí đặt 2 trạm đo đạc thủy văn theo quy chuẩn. Viện khoa học Khí tượng Thủy văn và Cơng ty thủy điện Hịa Bình cũng đã xây dựng được hệ thống mặt cắt chuẩn cố định để đo đạc giám sát bồi lắng lòng hồ theo phương pháp so sánh thể tích. Mỗi mặt cắt ngang có 04 mốc bê tơng kiên cố: PA, PB, TA, TB lần lượt là mốc bờ phải chính, phụ và mốc bờ trái chính, phụ. Cao độ và tọa độ của mốc tại các mặt cắt đã được Trung tâm Nghiên cứu Môi trường và Cơng ty thủy điện Hịa Bình dẫn truyền từ mạng lưới cao - tọa độ Quốc gia hạng IV trong năm 1990. Để thuận tiện cho việc xác định vị trí các điểm đặc trưng của mặt cắt, quy ước lấy mốc chính bờ trái (TjA) làm mốc khởi điểm, hướng đi từ TjA đến TjB hoặc các điểm nằm giữa TjA và TjB mang dấu âm (-) [27].
Về nguyên tắc, nếu các mặt cắt ngang bố trí càng dày thì kết quả tính tốn thể tích lịng hồ và lượng bùn cát bồi lắng càng chính xác, song như vậy sẽ rất tốn kém. Dựa theo kết quả nghiên cứu 57 hồ chứa có diện tích vực từ 30 ha đến 15.000 ha, Cục khai hoang Hoa Kỳ đã xây dựng được công thức kinh nghiệm (2) tính số mặt cắt ngang tối thiểu Ncstheo diện tích mặt hồ As (ha) ứng với mực nước dâng bình thường, phục vụ tính bồi lắng hồ chứa bằng phương pháp so sánh thể tích theo cơng thức (1):
Năm 1989, khi hồ bắt đầu tích nước đến cao trình 90m và điều tiết phát điện, hệ thống thiết lập được 39 mặt cắt phân bố từ cửa đập (mặt cắt số 1) đến Chim Vàn, huyện Mai Sơn, tỉnh Sơn La (cách đập 154km). Năm 1990, khi mực nước dâng đến cao trình bình thường, hệ thống phát triển lên đến Bản Trang, huyện Mường La, tỉnh Sơn La và có 64 mặt cắt (hình 2).
Hình 2. Sơ đồ vị trí các mặt cắt ngang hồ chứa Hịa Bình
Ngu n: Trung tâm Nghiên cứu Mơi rường
Ứng với cao trình 115m, mặt hồ Hịa Bình rộng 19.730ha, nên theo công thức (1), hồ phải được giám sát với số mặt cắt ngang tối thiểu là 110 mặt cắt. Thực tế trước đây chỉ bố trí được 64 mặt cắt trên lịng chính, trung bình khoảng 3km/1 mặt cắt, nhưng có nơi cách tới trên 10km (mặt cắt 18-19), các phụ lưu lớn của hồ như Hiền Lương, suối Rút, Suối Tốc.... khơng có tuyến khống chế nghiên cứu, nên kết quả tính tốn bồi lắng chỉ đạt được độ tin cậy nhất định [15]. Từ năm 1998 các tuyến mặt cắt trên đoạn hồ từ Tạ Bú đến Bản Trang (mặt cắt 56 - 60) bị loại bỏ không quan trắc. Năm 2013, hệ thống lại thay đổi, xây thêm được 33 mặt cắt tại những vị trí giữa các mặt cắt có khoảng cách lớn như một số mặt cắt tại phía hạ lưu, do đó tổng cộng có 97 mặt cắt, sẽ được đưa vào đo đạc từ năm 2015.
b) P ươ á o kh o á ịa hình lịng h :
Thời gian khảo sát địa hình lịng hồ thường được tiến hành vào cuối tháng XII hàng năm (thời điểm mực nước hồ cao và ổn định, lượng bùn cát về hồ nhỏ nhất, lòng hồ tương đối ổnđịnh để đảm bảo tính đồng nhất của bộ số liệu đo đạc) [27].
Địa hình lịng hồ phần bị ngập nước được đo bằng máy hồi âm đo sâu FURUNO-600 và FURUNO-400 của Nhật, phần không bị ngập nước (phần cạn) được đo bằng máy thủy chuẩn Ni-025 của Đức. Góc định vị của các điểm phất cờ được đo bằng máy kinh vĩ THEO-020A của Đức. Đường đáy và khoảng cách giữa hai mốc PA-TA được đo bằng máy đo khoảng cách bằng ánh sáng của Nga.
Từ năm 2002, đo bồi lắng lòng hồ đã được thay đổi và áp dụng theo nguyên lý tích hợp số liệu GPS 2 tần TSIMBLE-R4 và máy hồi âm đo sâu đa tần HDROTRAC-II của Mỹ. Mơ hình đo bình đồ lịng hồ được thể hiện trong hình 3.
Tọa độ các điểm được xác định bằng công nghệ DGPS RTK - kỹ thuật đo nhanh có độ chính xác cao của máy 2 tần, trong đó:
Tọa độ của điểm B là: (XB=XA+dX, YB=YA+dY, ZB=ZA+dZ) (2) Tọa độ của điểm C là: (XC=XB, YC=YB , ZC=F+H+XB) (3) Trong đó: A là điểm gốc đã biết tọa độ, nơi đặt trạm máy tĩnh, B là điểm của trạm máy động (tọa độ xác định bằng công nghệ DSPS RTK), dX, dY, dZ là gia số tọa độ được tính tốn sau khi giải mã các tín hiệu vệ tinh thu được từ 2 máy thu tĩnh và động, C là điểm cần các xác định tọa độ và độ sâu, F là khoảng cách từ ăng ten máy GPS động đến ăng ten máy đo sâu hồi âm, H là độ sâu xác định bằng máy đo sâu hồi âm theo công thức:
2
vt
H (4), với v là vận tốc sóng âm, t là thời gian từ khi phát sóng đến khi thu được sóng phản hồi.
Máy đo sâu hồi âm là thiết bị có nhiệm vụ phát và thu tín hiệu để tính khoảng cách từ bộ phát biến đến đáy sơng dựa vào sóng âm. Khi đo, tại mỗi một mặt cắt đo 3 tuyến (tuyến thượng lưu, tuyến chính và tuyến hạ lưu của mặt cắt). Như vậy cứ một mặt cắt có 3 chuỗi số liệu đo sâu.
Hình 3. Sơ đồ đo bình đồ lịng hồ Hịa Bình
c) P ươ á í b i lắng h Hịa Bình
Để xác định lượng bùn cát bồi lắng hồ Hịa Bình, dùng phần mềm TOBO nội suy đường đồng mức ở khu vực mặt cắt theo mơ hình mặt cắt. Vẽ mặt cắt chính qua điểm đầu TA và điểm cuối PA với khoảng cách giữa 2 điểm đo sâu là 10 - 15m. Xuất số liệu sang file TXT rồi dùng phần mềm trong NC để tính ra thể tích.
Thể tích hồ ứng với cao trình 120 m tính theo cơng thức (4) hoặc (5) [22]:
(4)
hoặc: (5)
Trong đó: V là thể tích hồ ứng với mực nước nào đó (m3), A là diện tích mặt cắt ngang ứng với mực nước nào đó (m2), ∆F là diện tích mặt hồ khống chế giữa 2 mặt cắt ngang (m2), B là độ rộng của hồ ứng với mực nước nào đó (m), ∆L là khoảng cách giữa 2 mặt cắt ngang liên tiếp (m), J là số thứ tự các mặt cắt ngang.
Hình 4. Sơ đồ đoạn sơng, hồ có số liệu mặt cắt ngang