Với các trạm mưa ta tiến hành xác định trọng số mưa cho từng trạm để xét mức độ ảnh hưởng của trạm mưa đó đến lưu vực tính tốn bằng phương pháp đa giác Thiessen.
Bảng 3.2. Bảng tính trọng số mưa tại các lưu vực con của lưu vựcThu Bồn
Tiểu lưu vực\trạm mưa Trà My Nông Sơn Hội An Đà Nẵng Tam Kỳ
HALUU_THUBON 0 0.286609 0.688377 0.010021 0.014993
HDUC 0.51048 0.064804 0 0 0.424715
NS_GT 0 0.969093 0.024321 0.006587 0
HD_NS 0.092824 0.873427 0 0 0.033749
Trạm thủy văn Nơng Sơn khống chế lưu vực với diện tích khỏang 2250 km2, các trạm mưa ảnh hưởng tới lưu vực gồm trạm Nông Sơn, Tam Kỳ, Trà My. Trọng số mưa đã được xác định như bảng 3.2.
b) Mơ hình số
Trong luận văn, mơ hình tốn trình bày ở mục 2.2 chương 2 trên được chuyển đổi sang mơ hình số sử dụng ngơn ngữ lập trình FORTRAN [4] được thể hiện ở các hình từ hình 3.2 đến hình 3.4.
Ngồi ra, cịn có thể sử dụng mơ hình Mike NAM trong bộ mơ hình thương mại Mike by DHI.
Hình 3.3. Phần code tính tốn các thành phần
dịng chảy của mơ hình diễn ra trong 5 bể chứa.
Hình 3.4. Phần code tính tốn các thành phần của
c) Kết quả hiệu chỉnh, kiểm định và bộ thông số NAM cho lưu vực sông Thu
Bồn
Sau khi tổng hợp và xử lý số liệu đầy đủ, ta tiến hành chạy hiệu chỉnh và kiểm định mơ hình thủy văn và đưa ra bộ thông thơng số mơ hình NAM cho lưu vực, dưới đây là kết quả chạy hiệu chỉnh trận lũ tháng 10 năm 2010 và kết quả kiểm định bằng trận lũ tháng 9 năm 2009. Q Nông Sơn 0 200 400 600 800 1000 1200 1/10/10 1/10/10 2/10/10 3/10/10 4/10/10 Thời Gian m3/s Q tính tốn Q thực đo
Hình 3.5. Kết quả hiệu chỉnh tại trạm thủy văn Nông Sơn năm 2010
Q Nông Sơn 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 28/9/09 28/9/09 29/9/09 29/9/09 30/9/09 30/9/09 Thời Gian m 3/s Q thực đo Q tính tốn
Hình 3.6. Kết quả kiểm định mơ hình tại trạm thủy văn Nơng Sơn năm 2009
Hệ số đánh giá Nash là 72.1%, đạt loại khá.
d) Kết quả chạy hoàn nguyên dòng chảy trận lũ năm đã có hồ hoạt động
Do tình hình số liệu hạn chế, lưu vực nghiên cứu chỉ có một hồ là hồ Sơng Tranh II cũng mới đi vào hoạt động năm 2011. Nên ta tiến hành hồn ngun dịng chảy trận lũ năm 2012 và 2013 để so sánh, đánh giá với số liệu lũ thực khi đã có hồ vào hoạt động.
Lưu vực sông Thu Bồn chỉ có trạm thủy văn hạ lưu để có thể đánh giá kết quả dòng chảy lũ là trạm thủy văn Nông Sơn và trạm thủy văn Giao Thủy sau trạm Nông Sơn. Do vậy không thể đánh giá được đặc điểm dòng chảy lũ sau hồ thay đổi như thế nào.
Từ mục hiệu chỉnh và kiểm định mơ hình. Ta có bộ thơng số mơ hình mưa - dịng chảy để hồn nguyên trận lũ năm 2012 và 2013 (Bảng 3.3).
Bảng 3.3. Bộ thơng số mơ hình Nam Um(k) 10 Lm(k) 150 CQOF(k) 0.9 TOF(k) 0.2 TIF(k) 0.15 TG(k) 0.000018 CKIF(k) 500 CK12(k) 20 CKBF(k) 1000
Dưới đây là kết quả hồn ngun dịng chảy trận lũ tháng 10 năm 2012 và tháng 11 năm 2013 tại trạm Nông Sơn, so sánh với số liệu thực đo tại trạm Nơng Sơn ( hình 3.7 và hình 3.8). Q Nơng Sơn 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 5/10/12 5/10/12 6/10/12 7/10/12 8/10/12 9/10/12 10/10/12 Thời Gian m 3/s Q tính tốn Q thực đo
Hình 3.7. Kết quả hồn ngun dịng chảy tại trạm Nơng Sơn
Q Nông Sơn 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 14/11/13 14/11/13 15/11/13 16/11/13 17/11/13 18/11/13 Thời Gian m3/s Q tính tốn Q thực đo
Hình 3.8. Kết quả hồn ngun dịng chảy tại trạm Nơng Sơnvà so sánh với số liệu thực đotrận lũ tháng 11 năm 2013
3.2.2. Đánh giá ảnh hưởng của hồ chứa đến dòng chảy lũ trước và sau khi có
hồ
Lưu vực sơng Thu Bồn hiện tại đang có một hồ chứa đã và đang hoạt động là hồ thủy điện Sông Tranh II, hồ đi vào hoạt động từ năm 2011 mới các nhiệm vụ phát điện, cắt lũ giảm ngập lụt cho hạ du và cung cấp nước cho hạ du vào mùa kiệt. Ở trong luận văn, ta chỉ xét đến ảnh hưởng của hồ chứa đến dòng chảy lũ. Bằng phương pháp mơ hình hóa, ta đánh giá được ảnh hưởng của hồ chứa đến dịng chảy lưu vực sơng Thu Bồn.
Từ kết quả hoàn nguyên dịng chảy đến trạm thủy văn Nơng Sơn cho 2 trận lũ 2012, 2013 và số liệu thực dịng chảy lũ tại trạm Nơng Sơn năm 2012 và 2013, đã đưa ra được đánh giá tác động của hồ chứa tới dòng chảy lũ như sau:
Bảng 3.4. Bảng so sánh kết quả hoàn nguyên và thực đo tại trạm Nông Sơn TT Trận lũ W lũ tđ (m3) W lũ tt (m3) Q đỉnh tđ (m3/s) Q đỉnh tt (m3/s) T lũ lên tđ (h) T lũ lên tt (h) 1 Tháng 10 năm 2012 377.7 106 461.3 106 2183 3116 54 48 2 Tháng 11 năm 2013 1.35 109 1.40 109 7764 9091 42 38
- Quá trình lưu lượng ở cả 2 trận lũ hồn ngun 2012 và 2013 đều có đỉnh lũ và tổng lượng lũ cao hơn đỉnh lũ và tổng lượng lũ của số liệu thực (Bảng 3.4).
Như vậy chứng tỏ rằng hồ chứa có khả năng cắt lũ cho hạ lưu.
- Thời gianlũ lên của số liệu hoàn nguyên nhanh hơn thời gian lũ lên của số liệu thực (khoảng 4 đến 6h), thời gian xuất hiện đỉnh lũ của số liệu hoàn nguyên sớm pha hơnthời gian xuất hiện đỉnh lũ của số liệu thực. Ở trận lũ - năm 2012, lũ hoàn nguyên sớm hơn khoảng 5h, cịn ở trận lũ năm 2013, lũ hồn nguyên sớm hơn khoảng 3h. Từ đó cho thấy, hồ chứa có tác động đáng kể đến việc làm chậm đỉnh lũ, giảm lũ và gây lụt dưới hạ lưu, lũ dưới hạ lưu bắt đầu hạ đỉnh thì hồ chứa mới bắt đầu xả lũ nhiều để đảm bảo an toàn hồ nếu có hiện tượng thời tiết thay đổi như mưa lớn tiếp theo liên tục.
Ngoài ra, bằng phương pháp thống kế, kết hợp với phương pháp mô hình hóa, ta tính tốn được 2 đường tần suất lũ tại trạm Nông Sơn ở 2 trường hợp thay đổi là đỉnh lũ thực của năm 2012 và 2013 và đỉnh lũ đã hồn ngun thay thế (hình 3.10).
FFC 2008 © Nghiem Tien Lam
-3000 -2000 -1000 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000 12000 13000 14000 15000 16000 0.01 0.1 1 10 20 30 40 50 60 70 80 90 99 99.9 99.99
ĐƯỜNG TẦN SUẤT DÒNG CHẢY LŨ THỰC Qmax - TRẠM NÔNG SƠN
Lư u lư ợ ng , Q (m ³/ s) Tần suất, P(%) QmaxNS TB=6297.70, Cv=0.37, Cs=0.01 TB=6297.70, Cv=0.37, Cs=0.01 © FFC 2008
FFC 2008 © Nghiem Tien Lam -2000 -1000 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000 12000 13000 14000 15000 16000 0.01 0.1 1 10 20 30 40 50 60 70 80 90 99 99.9 99.99
ĐƯỜNG TẦN SUẤT DỊNG CHẢY LŨ HỒN NGUN 2012 VÀ 2013 Qmax - TRẠM NÔNG SƠN
Lư u lư ợ ng , Q (m ³/ s) Tần suất, P(%) QmaxNS TB=6370.63, Cv=0.36, Cs=0.07 TB=6370.63, Cv=0.36, Cs=0.07 © FFC 2008
Hình 3.10. Đường tần suất dịng chảy lũ tại trạm
Nơng Sơn (có 2 đỉnh lũ hồn nguyên năm 2012 và 2013)
Từ kết quả tính tốn 2 đường tần suất, ta thấy ứng với số liệu lũ thực, thì trận lũ 2012 có tần suất 97%, trận lũ 2013 có tần suất 25%. Cịn với đường tần suất với số liệu hoàn nguyên lũ năm 2012, 2013 thì trận lũ năm 2012 ứng với tần suất 91%, trận lũ 2013 là 18%.
Theo đường tần suất với số liệu hoàn nguyên lũ năm 2012 và 2013, thì trận lũ năm 2013 là 1 trong 3 trận lũ lớn nhất kể từ năm 2000 đến giờ sau trận lũ năm 2007 và 2009, còn với đường tần suất số liệu thực thì trận lũ 2013 chỉ đứng thứ 5 sau các trận lũ năm 2007, 2009, 2004 và 2011.
Từ kết quả trên cho thấy, tác động của hồ chứa là rất đáng kể đến việc cắt lũ của hạ du, việc không chế lũ của hồ chứa giảm lưu lượng lũ xuống hạ du, giảm khả năng gây lũ lụt ở hạ du.
3.3. MƠ PHỎNG LŨ BẰNG MƠ HÌNH HEC – RESSIM LƯU VỰC SƠNG THU BỒN
3.3.1. Thiết lập sơ đồ tính tốn và quá trình hiệu chỉnh kiểm định mơ hình HEC– RESSIM
a) Thiết lập sơ đồ tính tốn
Từ hồ chứa Sơng Tranh 2 đã được lựa chọn, ta xác định thêm các nút mạng tính tốn của mơ hình và nút tính tốn đầu vào cho mơ hình thủy lực.
Hình 3.11.Sơ đồ hệ thống hồ chứa và
các nút mạng tính tốn trên lưu vực sơng Thu Bồn
Các nút mạng tính tốn trên lưu vực sơng Thu Bồn: 1. Lưu lượng đến hồ Sông Tranh II.
2. Lưu lượng xả qua hồ Sông Tranh II. 3. Lưu lượng đến trạm thủy văn Nông Sơn.
Chọn trận lũ ngày 28/09/2009 đến ngày 30/09/2009 cho quá trình hiệu chỉnh bộ thơng số của mơ hình và trận lũ ngày 01/10/2010 đến ngày 04/10/2010 cho quá trình kiểm định bộ thơng số của mơ hình HEC – RESSIM.
b) Q trình hiệu chỉnh mơ hình
Sử dụng trận lũ năm 2009 tương đối lớn và khá tiêu biểu cho q trình hiệu chỉnh mơ hình HEC – RESSIM.
- Trong năm 2009, hồ Sông Tranh 2 chưa tham gia vào vận hành. Hệ thống được mơ phỏng lại trong mơ hình HEC - RESSIM gồm có ( hình 3.12):
+ Các đoạn sơng : Đoạn sơng Thu Bồn.
+ Ngồi ra, cần phải đưa vào mô hình các nhập lưu, quan hệ lưu lượng và mực nước tại trạm thủy văn Nơng Sơn.
Hình 3.12. Sơ đồ hệ thống trong module hệ thốnghồ chứa reservoir network
Sử dụng bộ thông số đã qua hiệu chỉnh và kiểm định trong mơ hình NAM để tính ra dịng chảy đến biên trên mơ hình. Hiệu chỉnh bộ thơng số mơ hình thơng qua so sánh dịng chảy thực đo và tính tốn tại Nơng Sơn. Kết quả hiệu chỉnh mơ hình được thể hiện trong hình 3.13, sử dụng chỉ tiêu Nash để đánh giá kết quả (bảng 3.5) và bộ thông số được thể hiện trong bảng 3.6 dưới đây:
Hình 3.13. Biểu đồ so sánh lưu lượng tại Nông Sơn năm 2009
Bảng3.5. Đánh giá chỉ số Nash cho kết quả hiệu chỉnh
TT Trận lũ năm 2009 Nash
1 Nơng Sơn 0.87
Bảng3.6. Bộ thơng số mơ hình
TT Đoạn sông Muskingum k (h) Muskingum x
1 Junction 8 – Nông Sơn 2 0.25
Nhận xét: Với chỉ tiêu Nash đều lớn hơn 0.7 và chênh lệch đỉnh lũ khơng
đáng kể, bộ thơng số mơ hình được chấp nhận sử dụng cho quá trình kiểm định.
c) Quá trình kiểm định mơ hình
Để kiểm định mơ hình HEC – RESSIM, luận văn đã tiến hành chọn trận lũ tháng 10 năm 2010 cho quá trình kiểm định.
Trong năm 2010, hệ thống được mô phỏng lại trong mơ hình HEC - RESSIM như ở phần hiệu chỉnh đã trình bày ở trên( hình 3.12).
Sử dụng bộ thông số đã qua hiệu chỉnh và kiểm định trong mơ hình NAM để tính ra dịng chảy đến biên trên mơ hình. Hiệu chỉnh bộ thơng số mơ hình thơng qua
so sánh dịng chảy thực đo và tính tốn tại Nơng Sơn. Kết quả kiểm định mơ hình được thể hiện trong hình 3.14, sử dụng chỉ tiêu Nash để đánh giá kết quả (bảng 3.7).
Hình 3.14. Biểu đồ so sánh lưu lượng tại Nông Sơn năm 2010
Bảng3.7. Đánh giá chỉ số Nash cho kết quảkiểm định
TT Trận lũ năm 2010 Nash
1 Nông Sơn 0.75
Nhận Xét: Với chỉ tiêu Nash đều lớn hơn 0.7 và chênh lệch đỉnh lũ khơng
đáng kể, bộ thơng số mơ hình được chấp nhận sử dụng cho các q trình mơ phỏng lũ khác trong lưu vực.
3.3.2. Mơ phỏng lũ bằng mơ hình HEC - RESSIM
a) Lựa chọn trận lũmô phỏng
Để khái quát được các mức độ khác nhau của sự tác động của cơng trình thủy lợi, thủy điện đến các đặc trưng dòng chảy xuống vùng hạ du trên lưu vực sơng Thu Bồn. Luận văn đã xây dựng, tính tốn và áp dụng kịch bản sau đây: Tính tốn với trận lũ đại biểu cho lưu vực sông Thu Bồn và trong hệ thống có hồ chứa thủy điện Sơng Tranh 2 tham gia điều tiết lũ.
+ Xây dựng đường tần suất dòng chảy lũ tại trạm thủy văn Nông Sơn cho lưu vực sơng Thu Bồn (hình 3.15). Từ kết quả tính tốn tần suất đó lựa chọn những trận lũ đại biểu có tần suất lớn (những trận lũ có tần suất < 10%), sau đó lọc tiếp theo các tiêu chí tiếp theo.
+ Lựa chọn trận lũ đã xảy ra trong những năm gần đây đảm bảo mức độ tin tưởng của số liệu để phục vụ tính tốn mơ hình.
+ Năm được lựa chọn phải có số liệu quan trắc lượng mưa lũ phù hợp để chạy mơ hình (mưa ít nhất là 6h).
Từ kết quả tính tốn tần suất, tiến hành lọc và lựa chọn theo các tiêu chí trên, chọn được trận lũ đại biểu cho lưu vực sông Thu Bồn là trận lũ tháng 11 năm 2007.
Hình 3.15. Đường tần suất dịng chảy lũ trạm Nơng Sơn
b) Mơ phỏng dịng chảy lũ lưu vực sơng Thu Bồn bằng mơ hình HEC - RESSIM
Xác định quy tắc vận hành xả lũ hồ Sông Tranh 2
- Hồ Sông Tranh 2 được vận hành theo quy trình vận hành mùa lũ, ban hành
kèm theo Quyết định số 1880/QĐ-TTg ngày 13 tháng 10 năm 2010 của Thủ tướng Chính phủ.
- Nguyên tắc vận hành:
+ Trong quá trình vận hành, cần theo dõi cập nhật thông tin về lưu lượng thực đo và thông tin dự báo lưu lượng đến hồ 6 giờ tiếp theo để điều chỉnh quá trình xả sao cho phù hợp với tình hình thực tế.
+ Khi vận hành hồ chứa giảm lũ cho hạ du phải tuân thủ theo quy định về trình tự, phương thức đóng mở cửa van các cơng trình xả đã được các cấp có thẩm quyền ban hành.
+ Khơng cho phép sử dụng phần dung tích hồ từ cao trình mực nước dâng bình thường đến cao trình mực nước dâng gia cường để điều tiết giảm lũ khi các cửa van của cơng trình xả chưa ở trạng thái mở hồn tồn.
+ Sau đỉnh lũ phải đưa mực nước hồ về cao trình mực nước dâng bình thường. + Cao trình mực nước đón lũ được thể hiện như bảng 3.8
Bảng3.8. Mực nước đón lũ hồ Sơng Tranh 2
Hồ Sơng Tranh 2
Mực nước hồ (m) 172
- Vận hành hồ giảm lũ cho hạ du:
+ Khi lũ lên thì xả nước với lưu lượng xả lớn hơn lưu lượng đến hồ để hạ dần mực nước đến hồ về cao trình mực nước đón lũ quy định ở bảng 4 trong khoảng thời gian 24 giờ.
+ Nếu mực nước hiện tại của hồ Sông Tranh 2 lớn hơn mực nước quy định trong Bảng 2 và mực nước tại trạm thủy văn Câu Lâu đang ở dưới mức báo động II; dự báo trong 24 giờ tới lưu lượng đến hồ Sơng Tranh 2 có khả năng vượt 900 m3/s thì vận
hành hồ như sau: Xả nước với lưu lượng xả lớn hơn lưu lượng đến hồ để hạ dần mực nước hồ về cao trình mực nước đón lũ quy định ở Bảng 2 trong khoảng thời gian 24 giờ; căn cứ vào lưu lượng đến hồ và mực nước hồ thực đo hiện tại, nếu dự báo trong 6 đến 12 giờ tới lũ về hồ Sông Tranh 2 đạt đỉnh thì vận hành hồ giảm đỉnh lũ. Khi mực nước hồ đã đạt đến mực nước dâng bình thường, vận hành đảm bảo lưu lượng xả bằng