Thời kỳ
Kim Long Phú Ốc
Năm Kiệt Lũ Năm Kiệt Lũ
Htb Hmax Hmin Hmax Hmin Htb Hmax Hmin Hmax Hmin 1977-2006 12 53 -28 239 -3 36 76 -14 323 29 2007-2009 39 73 3 243 8 63 98 10 331 47 2010-2012 38 65 9 186 13 59 78 8 286 52 Tác động của Thảo Long 27 20 31 4 11 27 22 24 7 18 Tác động của TL+BĐ+HĐ 26 12 37 -53 16 23 2 22 -37 23
Nhận xét:
- Trong giai đoạn 2007-2009, đập Thảo Long làm nâng cao mực nước trung
bình năm tại Kim Long và Phú Ốc tăng 26-27 cm, mực nước thấp nhất trung bình
mùa kiệt tăng 24-31 cm, mực nước cao nhất trung bình mùa kiệt tăng 20-22 cm. Tuy nhiên, đập Thảo Long cũng làm dâng mực nước mùa lũ, mực nước cao nhất trung bình mùa lũ tăng 4 – 7 cm tại Kim Long và Phú Ốc.
- Trong giai đoạn 2010-2012, hồ Bình Điền và hồ Hương Điền làm giảm mực
nước cao nhất trung bình mùa lũ tại Kim Long 53 cm, tại Phú Ốc 37 cm so với khi chưa có hồ. Trong mùa cạn, đập Thảo Long và hồ Bình Điền, Hương Điền làm nâng
cao mực nước thấp nhất trung bình mùa kiệt ở Kim Long 37 cm, tại Phú Ốc 22 cm. - Kết quả nghiên cứu sơ bộ cho thấy hoạt động của các cơng trình thủy lợi – thủy điện trong thời gian qua đã có tác động đáng kể làm nâng cao mực nước hạ du trong mùa cạn, mang lại nhiều hiệu quả trong cấp nước, chống hạn và năng lượng. Các hồ chứa bước đầu có tác dụng giảm lũ. Những tác động này cần được nghiên cứu đánh giá định lượng theo các trường hợp khác nhau để làm cơ sở cho đề xuất các giải pháp giảm thiểu tác động tiêu cực, nâng cao hiệu quả của các cơng trình.
2.3 CÁC TÁC ĐỘNG CHÍNH CỦA HỆ THỐNG CƠNG TRÌNH THỦY LỢI- THỦY ĐIỆN ĐẾN CHẾ ĐỘ THỦY VĂN- THỦY LỰC SÔNG HƯƠNG THỦY ĐIỆN ĐẾN CHẾ ĐỘ THỦY VĂN- THỦY LỰC SÔNG HƯƠNG 2.3.1 Về mùa lũ (Khi chưa có qui trình vận hành liên hồ chứa trên lưu vực sơng Hương được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt)
1) Về mùa lũ các hồ chứa có tác động hạ thấp mực nước và lưu lượng đỉnh lũ ở hạ lưu do điều tiết lũ: Các hồ chứa có nhiệm vụ phịng lũ cho hạ du sẽ làm chậm thời gian xuất hiện đỉnh lũ, giảm mực nước và lưu lượng đỉnh lũ, hạ thấp
nguy cơ thiệt hại cho khu vực hạ lưu. Ngồi ra, với tổng dung tích các hồ khoảng 2
tỉ m3, sau khi hồn thành sẽ đóng góp đáng kể tăng lưu lượng dòng chảy ngầm, tác
động đến q trình hình thành dịng chảy lũ trên lưu vực.
2) Có khả năng gây lũ chồng lên lũ, tạo ra lũ nhân tạo khi chưa có qui trình
vận hành liên hồ chứa: Vào mùa lũ có khả năng xảy ra tình huống trong khi ở hạ
đã ở mức nước cao thì hồ chứa vẫn tiếp tục gia tăng xả lũ, gây ra hiện tượng tổ hợp
giữa lũ do xả (lũ nhân tạo) và lũ ở hạ lưu dẫn đến làm tăng độ sâu ngập lụt và kéo dài thời gian ngập. Trên lưu vực sơng Hương hồ Tả Trạch có dung tích phịng lũ lớn nhất nên sẽ có tác dụng chống lũ cho hạ lưu đáng kể. Vào đầu mùa lũ, mực nước trước lũ trong các hồ thủy điện vẫn duy trì ở mực nước dâng bình thường, sau đó
mới bắt đầu xả lũ với lưu lượng xấp xỉ lưu lượng lũ đến, do đó khi chưa có qui trình vận hành phối hợp trong hệ thống, khả năng gây ra lũ nhân tạo ở vùng hạ lưu cần
được xem xét đánh giá.
Mặt khác, theo qui trình vận hành độc lập của mỗi hồ có cho phép thực hiện chế độ xả lũ sớm, nếu không có sự phối hợp vận hành tốt giữa các hồ, dự báo lũ không tốt và kiểm sốt khơng chặt chẽ thì khi ở thượng lưu chưa xuất hiện đỉnh lũ,
ở hạ du đã bị ngập do các hồ xả lũ sớm. Trong trường hợp này, hiện tượng kéo dài
thời gian ngập lụt ở hạ lưu có khả năng xảy ra cao hơn.
3) Mực nước lên xuống thất thường do các hồ xả lũ: Vào mùa lũ, dịng chảy
ở hạ lưu khơng ổn định và phụ thuộc vào sự vận hành xả lũ của hồ chứa thủy điện.
Với đặc điểm tình hình mưa lũ rất phức tạp trên hệ thống sông Hương, thời gian tập trung dòng chảy ngắn, lũ lên nhanh, xuống nhanh, biến đổi theo từng nhánh sông. Do vậy, việc vận hành xả lũ đột ngột của các hồ chứa sẽ làm mực nước vùng hạ lưu
thay đổi thất thường, làm tăng nguy cơ ngập lụt ở các vùng thấp trũng và tình trạng
xói lở bờ sơng.
4) Bùn cát bị giữ lại trên các hồ chứa, tạo hiệu ứng nước trong, gây xói lở hạ lưu: Tốc độ dòng chảy khi vào hồ bị giảm đột ngột dẫn đến phần lớn bùn cát và phù
sa bị lắng đọng lại trong hồ dẫn đến những hậu quả về mặt sinh thái – mơi trường trong lịng hồ và khu vực hạ lưu. Lắng đọng bùn cát trong lịng hồ khơng chỉ làm giảm dung tích hoạt động của hồ, giảm hiệu ích cơng trình mà cịn thay đổi hàm lượng bùn cát trong dòng chảy sau hồ, tạo hiệu ứng “nước trong”, gây xói đáy sơng
và xói lở bờ sơng vùng hạ lưu. Hậu quả mất cân bằng bùn cát còn ảnh hưởng tới
vùng cửa sông, làm thay đổi chế độ bùn cát của hệ thống đầm phá Tam Giang – Cầu Hai, dẫn đến diễn biến mất ổn định các cửa Thuận An, Tư Hiền.
5) Rủi ro do có sự cố: các sự cố có thể là: (i) Kẹt cửa van xả lũ do hư hỏng
thiết bị hay gỗ trôi về lấp cửa tràn, (ii) Vỡ đập có thể xảy ra do các hồ nhỏ ở thượng
lưu bị vỡ gây vỡ dây chuyền, hoặc xảy ra lũ vượt lũ thiết kế. Các hồ Bình Điền, Hương Điền và Tả Trạch được tính với tần suất lũ thiết kế P = 0,5% và kiểm tra với
lũ P = 0,1% nhưng yếu tố rủi ro cần được lưu ý. Đối với hồ Tả Trạch có kiểm tra với lũ cực hạn (PMF), có bố trí tuy nen xả lũ sự cố khi lũ vượt quá tần suất kiểm tra, các hồ Bình Điền, Hương Điền khơng có hạng mục này.
6) Đập Thảo Long có ảnh hưởng khơng lớn đến việc nâng cao mực nước lũ ở phía thượng lưu đập: Theo qui trình vận hành đơn hồ được duyệt, vào mùa lũ khi có lũ về các cửa van của đập Thảo Long sẽ được mở hồn tồn để thốt lũ nên sẽ có
ảnh hưởng không lớn đến việc nâng cao mực nước lũ ở phía thượng lưu đập. Trường hợp khơng có lũ hay lũ q bé, gặp triều cường thì đập Thảo Long sẽ đóng
lại để ngăn mặn. Những năm qua, đập Thảo Long vận hành khá ổn định nên tác động làm dâng mực nước lũ trước đập không đáng kể.
2.3.2 Về mùa cạn
1) Đập Thảo Long tạo ra chế độ dòng chảy hồ lịng sơng: Vào mùa cạn, đập
Thảo Long thường xuyên đóng các cửa van nhằm nâng cao mực nước trước đập từ cao trình +0,3 đến +0,5 m, kết hợp với việc điều tiết cấp nước và phát điện của các hồ chứa ở thượng lưu sẽ duy trì mực nước hạ lưu sơng Hương ổn định, tạo ra chế độ dòng chảy hồ lịng sơng. Vào các tháng mùa kiệt khi chưa có đập Thảo Long, dưới
tác động của dòng triều biên độ dao động mực nước sông Hương khá cao (từ 0,7 - 1,2 m), sau khi có đập, biên độ dao động mực nước hạ lưu sông Hương giảm thiểu
đáng kể, chế độ dịng chảy sơng vùng ảnh hưởng triều được thay bằng chế độ dòng
chảy hồ lịng sơng.
2) Đập Thảo Long làm ngọt hóa sơng Hương: Tác dụng ngăn mặn, giữ ngọt
của đập Thảo Long đã ngăn chặn triệt để sự xâm nhập mặn từ biển và đầm phá vào nội địa, làm ngọt hóa sơng Hương. Trước khi chưa có đập Thảo Long, sơng Hương bị nhiễm mặn nặng nề, năm 1994 hay 2002 nước mặn xâm nhập sâu vào nội địa
km. Từ 2006 đến nay nhờ có đập Thảo Long mà tình hình xâm nhập mặn trên sơng
Hương đã được khống chế.
3) Đập Thảo Long tạo ra tiềm năng chuyển bớt nước ngọt về tưới cho hệ thống thủy lợi hồ Truồi: Đập Thảo Long làm nâng cao mực nước sông Hương tạo ra
tiềm năng chuyển nguồn bớt nguồn nước ngọt qua hệ thống sông Lợi Nông - Đại Giang để tưới cho vùng diện tích nơng nghiệp phía nam huyện Hương Thủy- bắc
Phú Lộc do hệ thống hồ Truồi đảm nhận, nguồn nước hồ Truồi sẽ tập trung cho vùng phía nam huyện Phú Lộc và khu kinh tế Chân Mây- Lăng Cô.
4) Đập Thảo Long hỗ trợ lượng dòng chảy từ thượng lưu để đảm bảo yêu
cầu mơi trường, thơng thống dịng chảy. Mặt khác, đập có vai trị rất lớn đảm bảo
không cho nước mặn xâm nhập vào sông do nước biển dâng.
5) Các hồ Bình Điền, Hương Điền, Tả Trạch điều tiết nước phát điện, cấp nước cùng với đập Thảo Long làm nâng cao mực nước mùa cạn hạ du sông Hương.
Trong trường hợp có xét đến biến đổi khí hậu, nước biển dâng như kịch bản
của Bộ Tài nguyên và Mơi trường thì do lượng mưa mùa mưa tăng lên, kết hợp với
nước biển dâng sẽ làm tăng nguy cơ và mức độ ngập lụt. Trong trường hợp này hệ
thống cơng trình thủy lợi – thủy điện có thể sẽ có những tác động cụ thể tùy theo điều kiện quản lý và vận hành hệ thống.
Qua phân tích các tác động của hệ thống cơng trình thủy lợi – thủy điện đến chế độ thủy văn – thủy lực sơng Hương có thể rút ra một số nhận xét như sau:
- Các yếu tố tác động của hệ thống cơng trình đến chế độ thủy văn – thủy lực
sông Hương là đa dạng và rất phức tạp, có tác động tích cực, song cũng có tác động
tiêu cực. Những tác động này cần được lượng hóa để làm cơ sở cho việc đề xuất các giải pháp phù hợp và có tính khả thi nhằm phát huy tác động tích cực và giảm thiểu
tác động tiêu cực.
- Do tính chất phức tạp của chế độ dòng chảy và hệ thống sông Hương, việc
đánh giá định lượng tập trung vào một số yếu tố thủy văn – thủy lực chủ yếu ở hạ du
bằng phương pháp kế thừa tài liệu, điều tra khảo sát, phân tích tổng hợp và ứng dụng mơ hình tốn thủy văn – thủy lực được trình bày trong phần tiếp theo.
2.4 ỨNG DỤNG MƠ HÌNH HEC-HMS VÀ HEC-RAS ĐỂ MƠ PHỎNG DỊNG CHẢY LƯU VỰC SÔNG HƯƠNG
2.4.1 Giới thiệu chung về mơ hình HEC – HMS và HEC-RAS
Bộ mơ hình tốn HEC-HMS (Hydrologic Modeling System) và HEC-RAS (River Analysis System) do Mỹ (The US Army Corps of Engineers Hydrologic Engineering Center) xây dựng và phát triển [90, 91, 92].
Trong đó mơ hình tốn thủy văn HEC-HMS được sử dụng khá hiệu quả trong các nghiên cứu tính tốn thủy văn với nhiều chức năng như tính lớp dịng chảy, lưu
lượng dòng chảy mặt, lưu lượng dòng chảy ngầm, và truyền lũ trên sông. Ưu điểm
của mơ hình HEC-HMS là cho phép chia lưu vực thành các tiểu lưu vực nhỏ hơn. Trên mỗi tiểu lưu vực dịng chảy được tính tốn theo ngun lý thơng số tập trung
trong đó lượng mưa và bốc hơi xem như phân bố đều theo không gian. Việc chia nhỏ lưu vực có thuận lợi giúp cho phân bố trạm mưa chính xác hơn và dễ hiệu chỉnh mơ
hình hơn. Mơ hình có tích hợp mơ đun cơng trình, có thể sử dụng cho tính tốn điều tiết hồ chứa. Mơ hình HEC-HMS mở rộng giao diện ArcviewGIS gọi là HEC- GeoHMS, hỗ trợ cho việc xây dựng lưu vực, mạng lưới sơng suối, tính tốn đặc tính thủy văn cơ bản của lưu vực như diện tích, hướng dịng chảy, độ dốc... từ mơ hình số
độ cao DEM, các bản đồ đất, thảm phủ.
Mơ hình tốn thủy lực HEC-RAS có ưu điểm nổi bật là có thể trao đổi được dữ liệu với các phần mềm hệ thống thông tin địa lý GIS thông qua HEC-GeoRAS và liên kết dễ dàng với mơ hình tốn thủy văn HEC-HMS. Mơ hình cho kết quả rõ
ràng, có sơ đồ mạng lưới sơng, mặt cắt của từng nút sông. Các quan hệ Q ~ t và Z ~ t được trình bày ở dạng biểu bảng và đồ thị, đường mặt nước trong sông được mô tả
chi tiết. HEC-RAS được thiết kế để thực hiện các tính tốn thủy lực một chiều cho tồn bộ hệ thống sông tự nhiên và hệ thống kênh mương nhân tạo. Phiên bản 4.1 của HEC-RAS có thể tính tốn đường mực nước dịng ổn định và khơng ổn định,
tính tốn chuyển động và vận chuyển bùn cát đáy và tính tốn chất lượng nước. Mơ hình HEC-RAS có thể sử dụng để dự báo lũ, mơ phỏng kiểm sốt lũ, mô phỏng vận hành hệ thống tưới và tiêu thoát nước mặt, nghiên cứu sóng triều và
dịng chảy do mưa ở sơng và cửa sơng,... Trong mơ hình HEC-RAS giả thiết dịng chảy trong sơng là khơng ổn định biến đổi chậm, thay đổi theo không gian và thời gian, được mô tả bằng hệ phương trình Saint-Venant, giải bằng phương pháp sai
phân hữu hạn.
Mơ hình HEC-HMS và HEC-RAS có thể kết nối chặt chẽ với nhau thông qua chương trình DSS, đầu ra của mơ hình HEC-HMS là đầu vào của mơ hình
HEC-RAS, rất linh hoạt và tiện dụng. Đặc biệt, HEC-RAS phiên bản mới nhất
(version 4.1.0) có tích hợp mơ đun vận hành hồ chứa. Thông qua biên tập qui tắc vận hành bằng các đoạn mã lệnh điều khiển, người sử dụng có thể mơ phỏng điều tiết lũ với các phương án khác nhau.
Yêu cầu số liệu của mô hình HEC-HMS gồm bản đồ mơ hình số độ cao DEM, bản đồ đất, sử dụng đất, thảm phủ và số liệu mưa thực đo; đầu ra của mơ hình là lưu lượng đến các tuyến hồ chứa và lưu lượng các biên nhập lưu khu giữa.
Đầu vào của mơ hình HEC-RAS gồm các biên lưu lượng đến các hồ chứa, lưu lượng nhập lưu khu giữa được tính từ mơ hình HEC-HMS, biên mực nước hạ lưu, sơ đồ thủy lực, mặt cắt ngang, thông số kỹ thuật các cơng trình,... Nguồn số liệu thu
thập chủ yếu từ Trung tâm dự báo khí tượng – thủy văn tỉnh Thừa Thiên Huế, các Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, Tài nguyên và Môi trường, Khoa học và Công nghệ, các đề tài nghiên cứu khoa học,... Tuy khơng đầy đủ và đồng bộ nhưng có thể đáp ứng để thiết lập và chạy mơ hình.
Với những khả năng đó, luận án đã chọn bộ mơ hình HEC-HMS Version 3.5 [91] và HEC-RAS Version 4.1.0 phát hành năm 2010 [92] để nghiên cứu đánh giá
tác động của các cơng trình thủy lợi - thủy điện đến một số yếu tố thủy văn – thủy
lực sơng Hương.
2.4.2 Ứng dụng mơ hình HEC-HMS và HEC-RAS cho lưu vực sông Hương
2.4.2.1 Phân chia tiểu lưu vực
Từ bản đồ mơ hình số độ cao DEM, sử dụng phần mềm ArcGIS phân chia
Hình 2.3: Phân chia các lưu vực bộ phận lưu vực sông Hương Bảng 2.13: Danh sách các lưu vực bộ phận trên lưu vực sông Hương Bảng 2.13: Danh sách các lưu vực bộ phận trên lưu vực sông Hương
STT LƯU VỰC BỘ PHẬN Tên lưu vực Khu vực khống chế Diện tích ( km2) 1 LV1 Thuộc lưu vực khống chế Bàu Sơn 454,5 2 LV2 Thuộc lưu vực khống chế sông Ơ Hơ 351,4 3 LV3 Thuộc lưu vực khống chế sông Rào Trăng 300,5 4 LV4 Thuộc lưu vực sông Rào Nhỏ 409,4 5 LV5 Thuộc lưu vực sông Hữu Trạch 360,9 6 LV6 Thuộc lưu vực khe Tra Vê 157,9 7 LV7 Thuộc lưu vực khe Đầy 58,3 8 LV8 Thuộc lưu vực sơng Rào Bình Điền 109,5