6. Bố cục của luận án
2.2 Phương pháp thực hiện đánh giá nguồn nước và cân bằng nước trên các lưu
2.2.5 Phương pháp đánh giá cân bằng nước trên các lưu vực sông cho, nhận nước
Hiện tại có nhiều mơ hình được sử dụng để tính tốn cân bằng nước, phân phối nước trên lưu vực, một số mơ hình được dùng khá phổ biến là GIBSI, WUP, BASINS, IQQM, WEAP, MIKE – BASIN, trong đó, mơ hình WEAP và MIKE BASIN được áp dụng tương đối phổ biến tại Việt Nam. Mỗi bộ mơ hình đều có những ưu nhược điểm riêng,
theo các đánh giá [59] mơ hình WEAP hỗ trợ tốt hơn trong việc tối ưu hóa phân bổ nguồn nước giữa các nút tính tốn trong khi MIKE BASIN cho mức độ tin cậy trong các tính tốn mơ phỏng cân bằng hệ thống cao hơn, trong các tính tốn mơ phỏng vận hành các cơng trình, hai mơ hình cho kết quả tương đối đồng nhất. Luận án này sử dụng mơ hình MIKE BASIN để tính tốn cân bằng nước cho các lưu vực sơng.
Mơ hình cân bằng nước MIKE BASIN được thiết lập để tính tốn cho các hệ thống cơng trình trên lưu vực sơng, tích hợp với mơ hình dự báo dịng chảy MIKE NAM tính tốn dịng chảy đến tuyến mỗi cơng trình. Phương trình cân bằng nước hồ chứa viết dưới dạng thể tích nước trong hồ, cho thời đoạn Δt là chi tiết như sau:
𝑊2− 𝑊1 = 𝑄𝑉. Δ𝑡 − 𝑄𝑇. Δ𝑡 − 𝑄𝑅. Δ𝑡 + 𝑋.𝐹1−𝐹2
2 − 𝑍.𝐹1−𝐹2
2 (2-1) Trong đó: W1, W2 là dung tích hồ tại đầu và cuối thời đoạn Δt. 𝑄𝑉 là lưu lượng dòng chảy vào hồ bao gồm cả dòng chảy mặt và dòng chảy ngầm. 𝑄𝑅 là lưu lượng dòng chảy ra khỏi hồ bao gồm lưu lượng dòng chảy qua cửa tràn và qua cống lấy nước, có thể đo đạc trực tiếp hoặc tính tốn theo các cơng thức thuỷ lực. 𝑄𝑇 là lưu lượng dịng chảy thấm qua đáy hồ và thấm qua bờ hồ. X là lượng mưa rơi trên mặt hồ, biết được thông qua đo đạc. Z là lớp nước mặt hồ bị bốc hơi, biết được thông qua đo đạc. F1, F2 là diện tích mặt nước hồ tại đầu và cuối thời đoạn Δt.
Việc xây dựng các mơ hình cân bằng nước MIKE BASIN được kế thừa, cập nhật và nâng cấp từ các mơ hình trước đó từ Đề tài KC08.24/11-15 [46], đề tài KC.08.29/16-20 [45] các dự án quy hoạch thủy lợi theo lưu vực sông, tỉnh, thành phố vùng Tây Nguyên và Nam Trung bộ [42].
Luận án đã cập nhật nâng cấp mơ hình cân bằng nước và đồng bộ hóa số liệu cho các lưu vực sơng theo phạm vi phân vùng và tính tốn theo kịch bản với các số liệu chính bao gồm:
- Liệt tài liệu về dòng chảy đến các tuyến cơng trình (được trích xuất từ mơ hình MIKE 11 NAM);
- Số liệu về thấm, bốc hơi tại các trạm, số liệu mưa tại các trạm, lịch thời vụ sản xuất, tài liệu thổ nhưỡng…phục vụ tính tốn nhu cầu nước các loại cây trồng và nhu cầu nước
- Tài liệu về hiện trạng và định hướng phát triển kinh tế xã hội các ngành phục vụ tính tốn nhu cầu nước, khả năng đáp ứng của các cơng trình, nút cơng trình.
- Số liệu thực đo về dòng chảy tại các trạm trên lưu vực để kiểm định, hiệu chỉnh mơ hình.
- Số liệu về hiện trạng và phương án quy hoạch các cơng trình thủy lợi, thủy điện bao gồm cả bản đồ vị trí các cơng trình; thơng số cơng trình (đường quan hệ F-Z, F-W, dung tích hồ chứa, cao trình đập, mực nước thiết kế…) và nhiệm vụ cơng trình (tưới; cấp nước sinh hoạt, cơng nghiệp, chăn nuôi, nuôi trồng thủy sản và các ngành khác; dịng chảy tối thiểu sau cơng trình…).
Hiện tại vùng Tây Nguyên và Nam Trung bộ có khoảng 5.600 cơng trình thủy lợi, trong đó có 1.749 hồ chứa (353 hồ chứa lớn), cịn lại hầu hết là các cơng trình vừa và nhỏ. Theo các Dự án quy hoạch thủy lợi được phê duyệt theo vùng, lưu vực sông, tỉnh, thành phố thuộc phạm vi vùng Tây Nguyên và Nam Trung bộ đã đề xuất xây dựng mới nhiều cơng trình với tổng dung tích khoảng 3,7 tỷ m3. Nguyên lý chung để cập nhật khối lượng lớn cơng trình vào mơ hình được thực hiện như sau: Chỉ thiết lập tính tốn chi tiết cho các cơng trình lớn, các cơng trình cịn lại được gom lại các nút gộp theo từng nhánh, từng lưu vực sông để đảm bảo điều kiện biên về nguồn nước, sử dụng nước và hồi quy tại mỗi đầu vào của các cơng trình lớn theo từng phân vùng và theo phân loại cơng trình: hồ chứa, đập dâng và trạm bơm.
Ngoài ra, Luận án thiết lập bổ sung nội dung kết nối liên lưu vực sơng cho các mơ hình cân bằng nước. Kết quả hiệu chỉnh và kiểm định mơ hình tại các lưu vực sơng cho kết quả khá phù hợp, dịng chảy thực đo và tính tốn sai lệch khơng đáng kể, có thể sử dụng bộ thơng số của mơ hình để làm cơ sở tính tốn cho cân bằng nước và các phương án sử dụng nước.
Kết quả kế thừa, nâng cấp và cập nhật đồng bộ hóa số liệu trong mơ hình cân bằng nước theo các lưu vực sơng có liên hệ về nguồn nước được trình bày tóm tắt như sau:
2.2.5.1 Mơ hình kết nối lưu vực sông Sê San và các lưu vực sông tỉnh Quảng Ngãi
Sơ đồ cân bằng nước lưu vực sơng Sê San được thiết lập với 27 nút tính tốn, 2 nút hiệu chỉnh, kiểm định mơ hình tại các trạm thủy văn Đăk Mốt và Kon Tum. Sơ đồ cân bằng nước lưu vực sông Trà Bồng, Trà Khúc, Sông Vệ, Trà Câu được thiết lập với 50 nút
cơng trình hồ chứa và đập dâng và trạm bơm, 3 nút kiểm sốt dịng chảy tối thiểu. Thiết lập kết nối giữa lưu vực sông Sê San và các lưu vực sơng tỉnh Quảng Ngãi bằng cơng trình chuyển nước, mơ phỏng quá trình điều tiết nước phát điện từ thủy điện Thượng Kon Tum xuống lưu vực sơng Trà Khúc (xem sơ đồ và hình vẽ đi kèm).
Hình 2.4 Sơ đồ tính tốn cân bằng nước sơng Sê San
Hình 2.5 So sánh dịng chảy thực đo và tính tốn tại trạm Đắk Mốt và Kon Tum trên sơng Sê San
2.2.5.2 Mơ hình kết nối lưu vực Sông Ba và các lưu vực sông tỉnh Bình Định
Sơ đồ cân bằng nước lưu vực Sông Ba được thiết lập với 32 nút cân bằng, 02 nút hiệu chỉnh, kiểm định mơ hình tại các trạm thủy văn An Khê và Củng Sơn. Sơ đồ cân bằng nước lưu vực sông Kôn – Hà Thanh được thiết lập với 23 nút tính tốn (trong đó có 9 nút đập dâng và trạm bơm, 14 nút hồ chứa), nút kiểm định, hiệu chỉnh mơ hình tại trạm thủy văn Bình Tường trên sơng Kơn. Thiết lập bổ sung kết nối giữa lưu vực sông Ba và lưu vực sơng Kơn tỉnh Bình Định thơng qua phát điện từ thủy điện An Khê (thượng nguồn sông Ba) sang lưu vực sông Kôn. Kết nối giữa lưu vực sông Kôn và các lưu vực sông nhỏ ven biển khu vực Phù Cát, Phù Mỹ (xem sơ đồ và hình vẽ đi kèm).
Hình 2.6 Sơ đồ tính tốn cân bằng nước sơng Trà Bồng – Trà Khúc – Sơng Vệ
Hình 2.7 So sánh dịng chảy thực đo và tính tốn tại trạm Sơn Giang trên sơng Trà Khúc
Hình 2.8 Sơ đồ tính tốn cân bằng nước lưu vực sơng Ba
Hình 2.9 So sánh dịng chảy thực đo và tính tốn tại trạm An Khê và Củng Sơn trên lưu vực sông Ba
Hình 2.10 Sơ đồ tính tốn cân bằng nước lưu vực sơng Kơn
Hình 2.11 So sánh dịng chảy thực đo và tính tốn tại trạm Bình Tường trên sơng Kơn
2.2.5.3 Mơ hình kết nối lưu vực sơng Đồng Nai và các lưu vực sông ven biển từ Khánh Hịa đến Bình Thuận
Sơ đồ cân bằng nước lưu vực sông Đồng Nai được thiết lập với 27 nút tính tốn, 02 nút hiệu chỉnh, kiểm định mơ hình tại các trạm thủy văn Đăk Nơng và Thanh Bình. Sơ đồ cân bằng nước hệ thống các sông thuộc tỉnh Khánh Hịa bao gồm sơng Cái Ninh Hịa, sông Cái Nha Trang và một số sông suối nhỏ khác được thiết lập với 27 nút tính tốn, 02 nút hiệu chỉnh, kiểm định mơ hình tại các trạm thủy văn Đá Bàn và Đồng Trăng. Sơ đồ tính tốn cân bằng nước lưu vực sơng Cái Phan Rang được thiết lập với 24 nút tính tốn, hiệu chỉnh mơ hình bằng việc so sánh dung tích hồ dự báo và thực đo. Sơ đồ cân bằng nước các lưu vực sơng tỉnh Bình Thuận được thiết lập với 28 nút tính tốn, trong đó có 3 hệ thống lớn là Phan Rí-Phan Thiết, Sơng Lũy và Tà Pao (xem sơ đồ và hình vẽ đi kèm).
Hình 2.13 So sánh dịng chảy thực đo và tính tốn tại trạm Đắk Nơng và trạm Thanh Bình trên sơng Đồng Nai
Hình 2.15 Sơ đồ cân bằng nước lưu vực sơng Cái Nha Trang - Khánh Hịa
Hình 2.17 So sánh dịng chảy thực đo và tính tốn tại trạm Đồng Trăng
Hình 2.18 Sơ đồ tính tốn cân bằng nước bằng mơ hình MIKE BASIN cho lưu vực sơng Cái Phan Rang
Mơ hình kết nối giữa lưu vực sông Đồng Nai và lưu vực sông tỉnh ven biển Khánh Hịa, Ninh Thuận, Bình Thuận được mơ tả như sau:
Kết nối giữa lưu vực sông Đồng Nai (Đa Nhim) và lưu vực sông Cái Phan Rang tỉnh Ninh Thuận bằng cơng trình chuyển nước, mơ phỏng q trình điều tiết nước phát điện từ hồ thủy điện Đơn Dương xuống lưu vực sông Cái Phan Rang và tiếp nước sang phía Nam Khánh Hịa theo các phương án tính tốn.
Hình 2.19 Sơ đồ tính tốn cân bằng nước các lưu vực sơng tỉnh Bình Thuận
Kết nối giữa lưu vực sông Đồng Nai (Đa Nhim) và lưu vực sơng Luỹ, sơng Quao tỉnh Bình Thuận bằng cơng trình chuyển nước, mơ phỏng q trình điều tiết nước phát điện từ hồ thủy điện Đại Ninh xuống thuỷ điện Bắc Bình và xả xuống lưu vực sơng Luỹ. Kết nối giữa lưu vực sông Đồng Nai (La Ngà) và lưu vực sơng ven biển phía Nam tỉnh Bình Thuận bằng cơng trình chuyển nước, mơ phỏng q trình điều tiết nước phát điện từ hồ thủy điện Hàm Thuận – Đa Mi sang lưu vực sông ven biển qua đập Tà Pao và các kênh chuyển nước. Kết nối trong tương lai với phương án hồ dự kiến xây dựng La Ngà 3 với hồ Ka Pét để tiếp nước cho hệ thống tưới Sơng Móng - Đu Đủ - Tân Lập và các hệ thống khác.