Hình 2.12: Đường quá trình lưu lượng thực đo và tính tốn tại Bình Điền năm 1983
Hình 2.14: Q trình lưu lượng thực đo và tính tốn tại Dương Hịa năm 1986
Kết quả mơ phỏng dịng chảy trung bình ngày trong năm cho thấy dạng đường q trình dịng chảy tính tốn tương đối phù hợp với dạng đường quá trình
dịng chảy thực đo. Chỉ số Nash cho bước hiệu chỉnh và kiểm định mô hình tại các tuyến đo thủy văn Bình Điền, Dương Hịa và Cổ Bi có thể chấp nhận được. Tuy nhiên hệ số hiệu chỉnh và kiểm định mơ hình chưa cao có thể do ngun nhân phân bố trạm đo mưa trên lưu vực không đều, chưa đại biểu, thời gian quan trắc không
đồng bộ, nên số liệu mưa không phản ánh đầy đủ chế độ mưa của lưu vực, điều này
dẫn đến kết quả tính tốn dịng chảy có thể thiên lớn hoặc thiên bé.
Ngoại trừ một vài đỉnh lũ tính tốn chênh lệch (lớn hơn hoặc nhỏ hơn) so với quan trắc, nhìn chung các giai đoạn đều thể hiện tương đối phù hợp giữa chuỗi dòng chảy quan trắc và tính tốn. Kết quả hiệu chỉnh và kiểm định có chỉ số Nash chấp nhận được, do đó có thể sử dụng bộ thơng số mơ hình vừa hiệu chỉnh và kiểm
định để tính tốn dịng chảy trên lưu vực sơng Hương.
b) Với dịng chảy lũ
Trong nội dung này mơ hình được áp dụng để tính tốn dịng chảy lũ nên số liệu mưa yêu cầu nhập vào mơ hình là mưa giờ thực đo. Thời gian số liệu lưu lượng dòng chảy lũ thực đo dùng để hiệu chỉnh và kiểm định mơ hình lũ tại các trạm khống chế Cổ Bi, Bình Điền và Dương Hịa như bảng 2.17.
Bảng 2.17: Số liệu lũ thực đo dùng hiệu chỉnh và kiểm định mơ hình HEC-HMS Lưu vực Số liệu dùng hiệu chỉnh Số liệu dùng kiểm định
Cổ Bi 14-16/10/1981 15-19/10/1985
Bình Điền 13-15/10/1984 15-18/10/1985
Dương Hòa 10-13/10/1986 17-23/11/1987
Kết quả hiệu chỉnh mơ hình tại Cổ Bi, Bình Điền và Dương Hịa (hình 2.16- 2.18) cho thấy đường quá trình lũ tính tốn và thực đo bám sát nhau kể cả đỉnh và quá trình. Chỉ số Nash đạt 0,90 – 0,94 – 0,92 tương ứng tại các trạm Cổ Bi, Bình Điền, Dương Hịa (bảng 2.18), các bộ thơng số mơ hình HEC-HMS đã hiệu chỉnh là
Hình 2.16: Kết quả hiệu chỉnh mơ hình HEC–HMS tại Cổ Bi
Hình 2.18: Kết quả hiệu chỉnh mơ hình HEC–HMS tại trạm Dương Hịa Bảng 2.18: Kết quả hiệu chỉnh thơng số mơ hình HEC-HMS cho các lưu vực
Lưu vực Các thông số CN Ia tLag (h) Cp Qbq (m3/s) Rc R x k (h) Nash Cổ Bi 69 50 5 0,75 400 0,5 0,5 0,25 2 0,90 Bình Điền 72 30 6 0,5 150 0,5 0,2 0,25 5 0,94 Dương Hòa 70 60 6 0,65 100 0,4 0,1 0,25 1 0,92 Kết quả kiểm định mơ hình cho các lưu vực Cổ Bi, Bình Điền và Dương Hịa (hình 2.19-2.21) cho thấy tuy vẫn cịn sai số do các trạm đo mưa trên lưu vực còn
thưa và chưa thực sự đại biểu, song đường quá trình lũ tính tốn và q trình thực đo nhìn chung bám khá sát nhau, chỉ số Nash lần lượt là 0,78; 0,9 và 0,95. Với kết
quả đó, bộ thơng số mơ hình qua hiệu chỉnh và kiểm định có thể chấp nhận được để tính tốn mơ phỏng dịng chảy lũ trên lưu vực sơng Hương.
Hình 2.19: Kết quả kiểm định mơ hình HEC–HMS tại Cổ Bi
Hình 2.21: Kết quả kiểm định mơ hình HEC–HMS tại trạm Dương Hòa
2.4.2.6 Hiệu chỉnh và kiểm định mơ hình HEC-RAS
a) Với dịng chảy ngày trong năm
Việc hiệu chỉnh mơ hình được thực hiện dựa trên chuỗi số liệu thực đo mực
nước trung bình ngày năm 1984 tại trạm Kim Long và Phú Ốc, kiểm định mơ hình
sử dụng chuỗi số liệu thực đo năm 1999. Kết quả hiệu chỉnh và kiểm định mơ hình tại trạm Kim Long xem hình 2.22-2.23, tại trạm Phú Ốc xem hình 2.24-2.25. Trong luận án, các kết quả hiệu chỉnh và kiểm định mơ hình HEC-RAS được xuất từ màn hình với kí hiệu:
Đường q trình mực nước tính tốn
Hình 2.22: Kết quả hiệu chỉnh mơ hình HEC-RAS năm 1984 tại Kim Long
Hình 2.24: Kết quả hiệu chỉnh mơ hình HEC-RAS năm 1984 tại Phú Ốc
Hình 2.25: Kết quả kiểm định mơ hình HEC-RAS năm 1999 tại Phú Ốc
Kết quả hiệu chỉnh và kiểm định mơ hình cho thấy đường tính tốn và đường thực đo tương đối bám sát nhau cả về hình dạng lẫn pha dao động, song các giá trị
đỉnh còn sai số, nguyên nhân có thể do chuỗi số liệu dài cả năm, phân bố các trạm mưa thưa và chưa thực sự đại biểu. Tại Kim Long, chỉ số Nash hiệu chỉnh mô hình
đạt 0,56 và kiểm định mơ hình đạt 0,66; tại Phú Ốc, kết quả hiệu chỉnh và kiểm định
có chỉ số Nash đạt tương ứng 0,57 và 0,59, đạt u cầu [33], bộ thơng số mơ hình có thể chấp nhận được để đánh giá thay đổi dòng chảy ngày theo các kịch bản.
b) Với dòng chảy lũ
Sử dụng số liệu thực đo trong trận lũ từ 13/X/1984 đến 30/X/1984 để kiểm
định mô hình thủy lực HEC-RAS. Kết quả q trình mực nước tính tốn tại Kim Long xem hình 2.26, và Phú Ốc xem hình 2.27.
Tại tuyến Kim Long, đường q trình lưu lượng tính tốn và đường thực đo
tương đối bám sát nhau về pha dao động, tuy giá trị tính tốn đỉnh lũ thứ nhất thấp hơn đỉnh lũ thực đo nhưng đỉnh lũ thứ hai phù hợp với đỉnh lũ thực đo, chỉ số Nash đạt 0,63. Tại Phú Ốc, đường mực nước tính tốn và thực đo tương đối bám sát nhau
về pha dao động và giá trị đỉnh, chỉ số Nash đạt 0,77.
Kết quả hiệu chỉnh và kiểm định mơ hình tuy cịn một số hạn chế do các trạm
đo mưa trên lưu vực thưa và chưa thật sự đại biểu, song có thể chấp nhận được để
nghiên cứu đánh giá dịng chảy lũ trên sơng Hương.
Hình 2.27: Kết quả kiểm định dòng chảy lũ tháng X/1984 tại Phú Ốc
c) Với dòng chảy kiệt
Việc kiểm định mơ hình thủy lực dịng chảy kiệt được tiến hành bằng cách sử dụng chuỗi số liệu quan trắc mực nước trung bình ngày từ 01/VI/1984 đến 31/VIII/1984.
Kết quả kiểm định mơ hình tại Kim Long và Phú Ốc xem ở hình 2.28 - 2.29. Độ hiệu quả mơ hình theo chỉ số Nash đạt 0,62 cho cả Kim Long và Phú Ốc.
Hình 2.29: Kết quả kiểm định dịng chảy kiệt từ 1/VI-31/VIII/1984 tại Phú Ốc
Kết quả chỉ số Nash đạt yêu cầu, đường dịng chảy tính tốn và thực đo tương đối đồng bộ, mơ hình có thể chấp nhận được để đánh giá dịng chảy kiệt.
2.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG II
Trên hệ thống sơng Hương đến nay đã xây dựng nhiều cơng trình thủy lợi – thủy điện, trong số đó các cơng trình hồ chứa ở thượng lưu là Tả Trạch, Bình Điền,
Hương Điền và đập ngăn mặn Thảo Long ở hạ lưu là các cơng trình có vai trị quan
trọng và có tác động đáng kể đến chế độ thủy văn – thủy lực hạ du sông Hương. Luận án đã lựa chọn những cơng trình này cho nghiên cứu.
Kết quả nghiên cứu cho thấy hoạt động của các cơng trình Thảo Long, Bình
Điền và Hương Điền trong thời gian qua đã có những tác động đáng kể đến một số
yếu tố thủy văn – thủy lực hạ du sơng Hương, do đó cần được nghiên cứu đánh giá
định lượng trong các trường hợp khác nhau, đặc biệt là khi có thêm cơng trình hồ
Tả Trạch đi vào vận hành và xét đến biến đổi khí hậu. Việc đánh giá định lượng các
tác động sẽ được nghiên cứu trong chương III.
Bộ mơ hình tốn HEC-HMS và HEC- RAS được ứng dụng cho lưu vực sơng
Hương để mơ phỏng dịng chảy ngày trong năm, dòng chảy lũ và dòng chảy kiệt. Các kết quả hiệu chỉnh và kiểm định mơ hình là khả quan, chấp nhận được để đánh giá sự thay đổi của một số yếu tố thủy văn – thủy lực hạ du sông Hương dưới tác
Chương III
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1 CÁC TRƯỜNG HỢP NGHIÊN CỨU VÀ PHƯƠNG ÁN VẬN HÀNH HỆ THỐNG CÔNG TRÌNH HỆ THỐNG CƠNG TRÌNH
3.1.1 Các trường hợp nghiên cứu
1) Trường hợp 1: Điều kiện tự nhiên, chưa có cơng trình thủy lợi – thủy điện. 2) Trường hợp 2 (hiện trạng năm 2014): Có hồ Bình Điền, Hương Điền, Tả
Trạch và đập Thảo Long.
3) Trường hợp 3 (năm 2030): Có hồ Bình Điền, Hương Điền, Tả Trạch, đập
Thảo Long và có xét đến tác động của biến đổi khí hậu đến năm 2030 theo kịch bản trung bình B2 của Bộ Tài nguyên và Môi trường (2012).
3.1.2 Phương án vận hành hệ thống cơng trình để đánh giá tác động
Trong quá trình vận hành, vào mùa lũ các hồ chứa ở thượng lưu có nhiệm vụ phải điều tiết lưu lượng lũ để chống lũ cho bản thân cơng trình và giảm thiểu mức độ ngập lụt ở hạ lưu. Tuy nhiên, tùy theo nhiệm vụ của từng cơng trình mà việc điều tiết lũ sẽ khác nhau phụ thuộc vào dung tích phịng lũ, thứ tự tích xả của từng hồ chứa. Do đó mỗi cơng trình sẽ có một qui trình điều tiết khác nhau theo qui trình vận hành liên hồ chứa nhằm cắt được đỉnh lũ hiệu quả cao nhất. Các phương án vận hành hệ thống cơng trình được đề xuất nghiên cứu như sau:
PHƯƠNG ÁN I: VẬN HÀNH DỰA VÀO QUI TRÌNH CỦA TỪNG HỒ CHỨA ĐƠN ĐỘC
1) Hồ Bình Điền: Theo quyết định 3960/QĐ-BCT ngày 15/07/2008 của Bộ
Công Thương [2], vận hành hồ Bình Điền được thực hiện theo các yêu cầu:
- Đối với điều tiết lũ: Cao trình mực nước trước lũ (MNTL) của hồ chứa trong thời kỳ mùa lũ không được vượt quá +80,6 m; duy trì mực nước hồ ở cao trình mực nước trước lũ +80,6 m bằng chế độ xả nước qua các tổ máy phát điện và
qua đập tràn. Tổng lưu lượng xả xuống hạ du không được lớn hơn tổng lưu lượng đến hồ; không cho phép sử dụng dung tích hồ từ cao trình MNDBT (+85m) đến mực nước gia cường (MNGC) +85,96 m để điều tiết cắt lũ khi các cửa van đập
tràn và cửa van lấy nước chưa ở trạng thái mở hoàn toàn.
- Đối với điều tiết phát điện, mực nước trong hồ và tổng lượng nước dùng
phát điện phải được tính tốn trên ngun tắc sử dụng biểu đồ điều phối vận hành
hồ chứa thủy điện Bình Điền.
Với yêu cầu như trên, phương án vận hành hồ Bình Điền được đưa vào tính
tốn như sau:
- Từ ngày 1/I đến 15/IX hàng năm (trừ thời gian có lũ), điều tiết theo cơng suất đảm bảo. Lưu lượng xả ứng với công suất phát điện đảm bảo bằng 22 m3/s. Chỉ
gia tăng công suất khi mực nước hồ đạt mực nước dâng bình thường. Hồ phát điện
theo khả năng điều tiết của hồ sao cho cuối mùa kiệt, mực nước hồ không thấp hơn mực nước chết.
- Từ ngày 15/IX đến 31/XII hàng năm, điều tiết lũ với MNTL = +80,6m. + Khi lũ về, xả lũ theo lưu lượng Qxả ≤ Qđến (Qxả = Qtràn + Qtuốc bin max) sao cho mực nước hồ: +80,6 m < Z ≤ +85,96 m. Khả năng xả tối đa của hồ: Qxả max = Qxả tràn mặt max + Q tuốc bin max = 6.989+72 = 7.061 m3/s.
+ Sau lũ mực nước hồ đưa về +80,6 m.
2) Hồ Hương Điền: Theo Qui trình vận hành hồ chứa thủy điện Hương Điền
[3] ban hành theo Quyết định số 5058/QĐ-BCT ngày 16/9/2008 của Bộ Công
Thương:
- Đối với điều tiết lũ: Cao trình MNTL của hồ chứa trong thời kỳ mùa lũ
không được vượt quá cao trình MNDBT +58,0 m; duy trì mực nước hồ ở cao trình
MNDBT +58,0 m bằng chế độ xả nước qua các tổ máy phát điện và chế độ đóng mở cửa van đập tràn. Tổng lưu lượng xả xuống hạ du không được lớn hơn tổng lưu lượng đến hồ; không cho phép sử dụng dung tích hồ từ cao trình MNDBT đến
MNGC (+59,93 m) để điều tiết cắt lũ khi các cửa van đập tràn và cửa van lấy nước
chưa ở trạng thái mở hoàn toàn. Sau đỉnh lũ phải đưa mực nước hồ về cao trình
+58,0 m; đối với lũ sớm, có thể sử dụng phần dung tích từ cao trình +56 m đến +58
m để điều tiết cắt lũ.
phát điện phải được tính tốn trên ngun tắc sử dụng biểu đồ điều phối vận hành
hồ chứa thủy điện Hương Điền.
Với yêu cầu như trên, phương án vận hành hồ Hương Điền được đưa vào tính tốn như sau:
- Từ ngày 1/I đến 15/IX hàng năm, điều tiết theo công suất bảo đảm 33 m3/s. Chỉ gia tăng công suất khi mực nước hồ đạt mực nước dâng bình thường. Hồ phát
điện theo khả năng điều tiết của hồ sao cho cuối mùa kiệt, mực nước hồ không thấp hơn mực nước chết +46,0 m.
- Từ 15/IX đến 31/XII hàng năm, MNTL là MNDBT = +58m.
+ Khi lũ về, xả lũ theo lưu lượng Qxả ≤ Qđến (Qxả = Qtràn + Qtuốc bin max) sao cho mực nước hồ: +58 m < Z ≤ +59,93 m (MNGC). Khả năng xả tối đa của hồ: Qxả max = Qxả tràn mặt max + Qtuốc bin max = 7682+196,2 = 7.878,2 m3/s.
+ Sau lũ đưa mực nước hồ về +58,0m.
3) Hồ Tả Trạch: Hồ Tả Trạch hiện đang còn trong giai đoạn xây dựng nên
chưa có quyết định ban hành qui trình vận hành hồ chứa. Dựa trên hồ sơ thiết kế kỹ thuật cơng trình [11], phương án nghiên cứu vận hành hồ Tả Trạch được đưa vào
tính tốn như sau:
- Từ đầu tháng I đến 15/IX hàng năm, điều tiết theo công suất bảo đảm. Lưu
lượng phát điện bảo đảm bằng 25 m3/s. Gia tăng cấp nước khi hạ du yêu cầu cấp nước trong thời đoạn khẩn trương. Sau thời kỳ cấp nước khẩn trương, hồ phát điện
theo khả năng điều tiết của hồ sao cho cuối mùa kiệt, mực nước hồ không thấp hơn mực nước chết +23,0 m.
- Từ 15/IX đến 31/XII hàng năm vận hành điểu tiết lũ, mực nước hồ trước mùa lũ +25,0 m.
- Khi mực nước hồ Z ≤ +46,97 m (mực nước cắt lũ tương đương năm 1983) thực hiện chế độ điều tiết lũ xả lũ theo lưu lượng Qxả < Qđến sao cho mực nước hồ: +45 m < Z ≤ +46,97 m
- Khi mực nước hồ Z ≥ +46,97 m: điều tiết chống lũ bảo vệ cơng trình, xả lũ
Qxả tràn mặt max + Qxả đáy max + Qtuốc bin max = 6.147 + 1.254,6 + 82 = 7.483,6 m3/s). - Sau lũ đưa mực nước hồ về +45,0 m.
4) Đập Thảo Long: Theo Quyết định số 1992/QĐ-UBND ngày 12/9/2007 của UBND tỉnh Thừa Thiên Huế [62], việc vận hành cơng trình Thảo Long phải
đảm bảo trong mùa kiệt giữ mực nước thượng lưu đập Thảo Long dưới mực nước
qui định +0,50m để không gây ngập úng tại các vùng trũng sông Hương, sông Bồ
và không để nước dâng lên ở thành phố Huế. Vào mùa mưa khi mực nước thượng lưu cao hơn mức qui định tiến hành hạ toàn bộ cửa van để đảm bảo thoát lũ.