a) Địa hình, địa mạo
Lưu vực thủy điện Sơn La và lân cận có cấu trúc địa chất và kiến tạo phức tạp, bị chia cắt mạnh và phân dị, các đứt gãy hoạt động và có khả năng sinh chấn. Nằm trong lưu vực sông Đà, chảy qua miền núi cao và trung bình, hướng dòng chảy gần như song song với hướng của các dãy núi lớn, lòng sông hẹp có nhiều ghềnh thác, có những đoạn bờ sông khoét sâu vào chân sườn núi. Hồ chứa Sơn La có dạng chung là một thung lũng được mở rộng thêm với hai sườn đổ thẳng vào lòng hồ. Và hầu hết các sườn trực tiếp đổ vào lòng hồ có độ dốc từ 200 - 300, phổ biến là mức từ 250
- 280. Độ dốc nhỏ hơn 200
và trên 300 là rất ít. Chiều dài sườn chủ yếu là từ 70 - 80m. Những sườn nhỏ hơn 60m và trên 100m chiếm tỉ lệ nhỏ. Trên bề mặt đỉnh, sườn núi lại được cấu thành từ các nhóm đá trầm tích phun trào nên thường xảy ra các quá trình rữa lũa, xói mòn, rửa trôi... còn trên bề mặt sườn thấp hơn còn xảy ra hiện tượng xâm thực mương xói sau nương rẫy hay trượt lở, trượt chảy dưới các tác động nhân sinh.
Ngoài ra ở khu vực này còn xảy ra các quá trình ngoại sinh như lũ ống, lũ quét, lũ bùn đá... có tác động đôi khi hết sức tiêu cực đối với tự nhiên nói chung và đời sống sản xuất của con người nói riêng. Các quá trình ngoại sinh ở đây thường có mối liên quan chặt chẽ với cấu trúc địa chất, các đặc trưng địa hình và các thành tạo vật chất, do đó nó khá phức tạp và đa dạng.
b) Khí hậu
- Chế độ bức xạ, nắng, mây
Do tác dụng chắn gió mùa Đông Bắc của dãy Hoàng Liên Sơn nên khu vực công trình thủy điện Sơn La không bị ảnh hưởng trực tiếp của gió mùa Đông Bắc, mà gián tiếp theo thung lũng sông Đà đi lên sau khi đã bị biến tính ( nhiệt
độ tăng, độ ẩm giảm) nên lưu vực thủy điện Sơn La có chế độ bức xạ, nắng khá dồi dào, hơn hẳn phần nam của lưu vực sông Đà và vùng Đông Bắc.
Lượng bức xạ tổng cộng năm tương đối cao trên hầu khắp lãnh thổ lưu vực, đạt 120 - 133 kcal/cm2/năm. Thời kì (III - X) có lượng bức xạ tổng cộng khá lớn, đạt 10 - 13,5 kcal/cm2/tháng. Thời kì còn lại có lượng bức xạ thấp hơn, dao động trong khoảng 7,5 - 10 kcal/cm2
.
Trên hầu khắp lưu vực có khá nhiều nắng. Tổng số giờ nắng năm đạt khoảng 1700 - 2100 giờ. Quanh năm trên toàn lưu vực sồ giờ nắng đều đạt trên 100 giờ/tháng. Ba tháng (III - V) có nhiều nắng nhất, đạt 170 - 210 giờ/tháng.
- Chế độ gió
Chế độ gió ở lưu vực thủy điện Sơn La phụ thuộc chủ yếu vào đặc điểm địa hình địa phương. Trên hầu khắp lưu vực các hướng gió Nam, Đông Nam và Tây Nam có tần suất lớn hơn cả. Ví dụ: Ở Quỳnh Nhai nằm trong thung lũng sông Đà có hướng thiên Bắc Nam nên gió thịnh hành là Nam vơi tần suất lớn nhất từ 12 - 21%. Ở Lai Châu từ tháng (I - IV) hướng gió thịnh hành là Đông Bắc với tần suất là 10 - 15%; còn từ tháng (V - XII) hướng gió thịnh hành là Nam với tần suất dao động trong khoảng 8 - 11%.
Do địa hình khuất gió nên tần suất lặng gió trên lưu vực công trình thủy điện Sơn La khá lớn, đạt 45 - 70% ở vùng thấp và dao động trong khoảng 30 - 40% ở các vùng núi cao.
Tốc độ gió trung bình năm chỉ đạt dưới 1m/s ở những vùng thấp và dao động trong khoảng 1 - 2,4m/s trên các cao nguyên và vùng núi. Tốc độ gió trung bình ít thay đổi trong năm, tuy nhiên vào thời kì chuyển tiếp từ Đông sang Hè (II - V) do ảnh hưởng của các cơn dông nhiệt trị số này thường đạt giá trị lớn nhất.
Tốc độ gió mạnh nhất ở lưu vực công trình thủy điện Sơn La tương đối lớn. Hầu như quanh năm trị số này đều lớn hơn 15m/s, có thể đạt tới 30 - 40m/s vào thời kì (II - V) do ảnh hưởng của các cơn dông nhiệt.
Tỉ lệ: 1:400.000
- Chế độ nhiệt
Nhiệt độ trung bình năm khá cao ở những vùng thấp, đạt 22,5 - 23,30c thuộc chế độ nhiệt nóng. Nhiệt độ trung bình năm giảm theo độ cao địa hình xuống còn 200c ở độ cao khoảng 750m; đến 160c ở độ cao 1500 - 1600m. Ở những vùng núi cao từ 1500 - 1600m trở lên, nhiệt độ trung bình tất cả các tháng trong năm đều nhỏ hơn 200c. Như vậy ở các vùng núi cao này mùa lạnh thường kéo dài quanh năm.
Chỉ ở những vùng núi thấp dưới 700m mới có mùa nóng dài 2 - 5 tháng. Mùa lạnh dài 3- 4 tháng ở những vùng thấp dưới 700m, tăng lên đến 6 tháng ở độ cao 1000m và kéo dài quanh năm ở vùng núi cao từ 1500 - 1600m trở lên.
Trên toàn lưu vực biến trình năm của nhiệt độ có một cực đại và một cực tiểu. Cực đại thường xuất hiện vào tháng VI hoặc tháng VII, còn cực tiểu xuất hiện vào tháng I.
Do tác dụng chắn gió mùa Đông Bắc của dãy Hoàng Liên Sơn, nên biên độ năm của nhiệt độ ở lưu vực thủy điện Sơn La thường thấp hơn ở vùng Đông Bắc từ 1 - 30
c; tuy nhiên vẫn còn khá cao, đạt 9 - 110c. Như vậy, mùa đông ở đây thường ấm hơn phía đông của Bắc Bộ nơi có cùng độ cao và vĩ độ.
Nằm ở vùng núi có địa hình chia cắt phức tạp và xa biển, lưu vực thủy điện Sơn La có biên độ ngày đêm của nhiệt độ khá cao, trị số trung bình năm đạt 8 - 110c. Trong mùa đông thời tiết lạnh và khô, mức độ chênh lệch nhiệt độ ngày đêm lớn. Trị số biên độ nhiệt ngày đêm trên phần lãnh thổ đạt 10 - 150c, ở vùng núi cao dao dao độngtrong khoảng 8 - 100c. Vào mùa hè, trời nhiều mây và mưa nhiều nên biên độ ngày đêm của nhiệt độ tương đối thấp, đạt 7 - 90c trên phần lớn lãnh thổ; dao động trong khoảng 5 - 70c ở vùng núi cao 900 - 1000m trở lên.
Ở những vùng thấp trong thung lũng sông Đà do ảnh hưởng của hiệu ứng “ phơn” với gió mùa Tây Nam sau khi vượt qua các dãy núi cao thượng Lào nên các giá trị cao nhất của nhiệt độ đều lớn hơn 350c vào thời kì (II - X hoặc XI); có thể đạt tới 40 - 42,20
c trong hai tháng IV - V. Chỉ ở những vùng núi cao 800 - 900m trở lên nhiệt độ cao tuyệt đối mới thấp hơn 350c.
Trong mùa đông do ảnh hưởng của thời tiết lạnh khô, ở những vùng có độ cao trên Sơn La chỉ ở những vùng thấp sương muối mới không có khả năng xuất hiện.
- Chế độ mưa - ẩm
Ở lưu vực thủy điện Sơn La có chế độ mưa mùa hè chủ yếu do tác động của hoàn lưu gió mùa Tây Nam.
Lượng mưa năm dao động trong phạm vi rộng, từ 1300 - 3200mm. Lượng mưa phân bố phức tạp trên lãnh thổ phụ thuộc vào đặc điểm của địa hình. Khu vực Tạ Bú, cao nguyên Thuận Châu và phần thung lũng hạ lưu lưu vực thủy điện Sơn La có lượng mưa năm thấp nhất, đạt khoảng 1300 - 1500mm. Một số tâm mưa nhỏ khác quan sát thấy trong các thung lũng sông nằm khuất ở bên sườn Bắc hoặc Đông bắc của các dãy núi cao như: Nâm Mạ 1495mm, Ba Nậm Cúm 1474mm, Mường Chà 1597mm. Hai tâm mưa lớn nhất xuất hiện ở vùng núi cao Phu Đen Đinh - Tây Bắc Lai Châu 3115mm và vùng núi cao sìn Hồ - Hoàng Liên Sơn 2978mm.
Chế độ mưa ở lưu vực thủy điện Sơn La phân hóa ra hai mùa mưa và khô rõ rệt. Trên đại bộ phận lãnh thổ mùa mưa kéo dài 6 - 7 tháng, song ở những nơi mưa ít như khu vực Tạ Bú, Thuận Châu - phần cực Tây Nam của lưu vực mùa mưa chỉ kéo dài 5 tháng; còn ở những nơi mưa rất nhiều như Pa Thắng - phần cực Tây Bắc của lưu vực có thể tới 8 tháng. Mùa mưa thường từ tháng IV hoặc V và kết thúc vào tháng IX hoặc XI. Lượng mưa tập trung chủ yếu trong mùa mưa, chiếm tới 80 - 92% tổng lượng mưa năm. Ba tháng VI - VIII có mưa lớn nhất với lượng mưa đạt 300 - 700mm/tháng.
Thời kì khô (có lượng mưa < 50mm/tháng) kéo dài 2 - 6 tháng vào thời kì từ tháng X đến tháng III. Khu vực mưa ít như Tạ Bú, Thuận Châu có thời kì khô dài nhất đạt 4 - 6 tháng trong đó có 2 - 3 tháng hạn với lượng mưa nhỏ hơn 25mm/tháng. Hai tâm mưa lớn ở vùng núi cao tây bắc Lai Châu và Hoàng Liên Sơn thời kì khô chỉ kéo dài 2 - 3 tháng, nhưng không có tháng hạn nào. Trên đại bộ phận lãnh thổ còn lại, thời kì khô kéo dài 3 - 4 tháng, trong đó có khoảng 1 tháng hạn. Hai tháng mưa ít nhất là các tháng I - II ở phần lãnh thổ tỉnh Lai
Châu; còn trên lãnh thổ tỉnh Sơn La là tháng XII và tháng I. Lượng mưa của các tháng này dao động trong khoảng 10 - 30mm/tháng.
Lượng mưa ngày lớn nhất đều lớn hơn 100mm trong mùa mưa. Giá trị lớn nhất có thể quan trắc được ở lưu vực trong vòng 45 năm qua là 312,6mm/ngày ở Lai Châu vào tháng VI/1985 và 573,0mm/ngày ở Mường Tè vào tháng VIII/1967. Trong mùa khô lượng mưa ngày càng lớn nhất dao động trong khoảng 30 - 80mm/ngày.
c)Thủy văn, nguồn nước
Hồ chứa Sơn La là bậc thang thứ 2 kể từ hạ lưu, khai thác dòng chính sông Đà. Vị trí đập Sơn La nằm ở trung lưu sông Đà có diện tích lưu vực khống chế là 43.760km2 trong đó phần diện tích thuộc nước ta là 18.960km2 (chiếm 43,4%). Thung lũng sông dạng hẻm vực, lòng sông hẹp, độ rộng trong mùa kiệt đạt 40 - 60m, trên sông nhiều thác ghềnh (23 thác). Mạng lưới sông suối trong khu vực kém phát triển hơn so với các khu vực khác, trung bình đạt 0,5km/km2
. Trong lưu vực hồ chứa có 34 phụ lưu cấp 1, trong đó có 16 phụ lưu trực tiếp đổ vào hồ. Trung bình hàng năm trên toàn lưu vực đến tuyến đập Sơn La tiếp nhận lớp nước mưa là 1813mm, lượng dòng chảy trên toàn lưu vực đổ vào hồ chứa là 48,3 tỷ m3 nước. Chính vì vậy mà so các sông suối trên lãnh thổ Việt Nam, đây là lưu vực có có tiềm năng nước dồi dào.
Ngoài ra, mạng lưới sông suối trên lưu vực sông Đà có dạng hình lông chim và các phụ lưu đổ thẳng góc vào dòng chính, khả năng tập trung nước trên sông Đà rất lớn và đây là nguyên nhân gây nên tính ác liệt của dòng chảy lũ trên lưu vực và các hiện tượng lũ quét, lũ bùn đá... xảy ra mang tính chất thường xuyên trên lưu vực. Khả năng xói mòn, xâm thực cát bùn trên bề mặt đưa xuống sông cũng rất lớn.
d) Các nguồn tài nguyên khác
- Tài nguyên đất: Loại trừ nhóm đất mùn alit núi cao thì khu vực dự án thủy điện Sơn La bao gồm tương đối đầy đủ các nhóm và loại đất chính như: Nhóm đất phù sa (gồm các loại như đất phù sa được bồi hàng năm; phù sa không được bồi; phù sa có loang lổ đỏ vàng; phù sa bị glây hay phù sa ngòi suối), nhóm đất
đen (gồm đất đen trên sản phẩm bồi tụ của badan và đất đen đọng cacbonat), nhóm đất dốc tụ, nhóm đất đỏ vàng (gồm đất nâu tím trên đá macma bazơ; nâu đỏ trên macma bazơ và trung tính; nâu đỏ trên đá vôi; đỏ vàng trên đá sét...), nhóm đất mùn đỏ vàng (gồm đỏ nâu trên đá vôi; đỏ vàng trên đá biến chất, vàng nhạt trên đá cát...), đất đỏ vàng biến đổi do trồng lúa nước, đất xói mòn trơ sỏi đá.
- Tài nguyên khoáng sản: Khu vực lòng hồ Sơn La nói riêng cũng như toàn vùng Tây Bắc nói chung có cấu trúc địa chất thuận lợi cho thành tạo khoáng sản và tiềm năng khoáng sản ở khu vực là rất khả quan. Theo các tài liệu có được cho tới hiện tại thì toàn khu vực lòng hồ và lân cận có ít nhất 47 điểm khoáng sản thuộc các nhóm: Nhóm khoáng sản kim loại (vàng; đồng; đa kim; nhôm; sắt; crôm; điểm quặng...), nhóm khoáng sản phi kim (pyrit; barit...), nhóm vật liệu xây dựng (đá lợp; cát cuội sỏi; đá ốp lát...), nhóm nhiên liệu có than gồm các mỏ Quỳnh Nhai, Bản Mướn, Huổi Lai... và các điểm nước khoáng (6 điểm). Trong đó thì nhóm khoáng sản kim loại trong khu vực ít có triển vọng, khoáng sản phi kim đáng chú ý là Kaolin Nậm Ràng được sử dụng làm gốm sứ dân dụng ở địa phương, vật liệu xây dựng chú ý nhất là đá lợp. Đây là khoáng sản độc đáo duy nhất ở vùng này, có trữ lượng lớn, chất lượng tốt và dễ khai thác hay nước khoáng và nước nóng trong khu vực phân bố dọc theo đứt gãy lớn có độ an toàn về phóng xạ có thể sử dụng cho sinh hoạt và dưỡng bệnh.
- Tài nguyên sinh vật và đa dạng sinh học: Dưới góc độ sinh học, sinh thái học, lưu vực thủy điện Sơn La với các hệ sinh thái đặc trưng chứa đựng một nguồn tài nguyên sinh vật với mức đa dạng sinh học cao. Trong đó khu hệ thực vật trong vùng lòng hồ có ít nhất 870 loài nằm trong 435 chi, 135 họ. Thực vật bậc cao có mạch thuộc 4 ngành thực vật; 311 loài động vật có xương sống thuộc 48 họ, 28 bộ (chưa kể các loài côn trùng, động vật không xương sống ở cạn khác), trong đó có nhiều loài có giá trị kinh tế cao, đặc trưng cho vùng địa sinh vật Tây Bắc Việt Nam như (Du sam, Thông nàng, Lát hoa, Sơn dương, Sóc bay trâu, Lợn rừng, Nhím bờm...). Đây là nguồn tài nguyên đang được con người khai thác sử dụng. Mặt khác, thảm rừng bên cạnh cũng là hệ sinh thái
quan trọng, là nơi cư trú cho hầu hết các nhóm động vật hoang dại, chúng còn có vai trò chống xói mòn đất vùng lưu vực sông Đà.
Cùng với đó, trong quá trình phát triển kinh tế xã hội thì tài nguyên sinh vật và đa dạng sinh học cũng có những biến đổi. Bên cạnh việc thay đổi các yếu tố tự nhiên, việc sắp xếp lại các khu vực tái định cư cho nhân dân trong vùng lòng các hồ chứa cũng sẽ tác động to lớn tới việc sử dụng các nguồn tài nguyên thiên nhiên, trong đó có tài nguyên sinh vật.
- Tài nguyên nhân văn: Tại các địa phương của các tỉnh Sơn La, Lai Châu và Điện Biên là vùng đất còn lưu giữ nhiều di tích khảo cổ quan trọng. Theo kết quả của chương trình điều tra khảo cổ học vùng ngập công trình thủy điện Sơn La, do viện khảo cổ học thực hiện năm 1998, có 36 di tích hiện có trong khu vực ngập của thủy điện Sơn La. Trong đó tỉnh Lai Châu có 10 di tích (đá cũ Bia Lê Lợi; khu nhà Đèo Văn Long; khắc đá Pá Mang...), tỉnh Điện Biên có 7 di tích cách mạng và 6 di tích đá cũ, tỉnh Sơn La có 28 di tích gồm di tích bia đá Cà Nàng, phế tích chùa miếu Đông Sang, di tích cây đa Pắc Ma, dinh thự Châu Phủ, Mái đá Làm Mỏ, hang Đán Lón... Khu vực dự án bao gồm phần lớn các địa phương (8 huyện, thị) của 3 tỉnh phía Tây Bắc (Sơn La, Điện Biên và Lai Châu), do đó diện tích của khu vực dự án gần như bao trải và có đặc điểm tự nhiên và kinh tế xã hội của 3 tỉnh này ở vùng Tây Bắc.