Xây dựng các kịch bản vận hành hồ chứa trong mùa kiệt

III.3. Xây dựng các kịch bản vận hành hồ chứa thượng nguồn trên lưu vực sông Mã

III.3.1. Xây dựng các kịch bản vận hành hồ chứa trong mùa kiệt

Các kịch bản vận hành hồ chứa được xây dựng dựa trên việc đáp ứng nhu cầu khai thác, sử dụng nước dưới hạ du các hồ chứa đưa vào nghiên cứu:

- Hồ Cửa Đạt vớidung tích hữu ích là 793,7 triệu m3và hồ Hủa Na với dung tích hữu ích là 390,99 triệu m3 có nhiệm vụ đảm bảo cung cấp nước cho các công trình khai thác, sử dụng nước và dòng chảy môi trường trên sông Chu.

- Hồ Trung Sơn với dung tích hữu ích là 112 triệu m3 có nhiệm vụ đảm bảo cung cấp nước cho các công trình khai thác, sử dụng nước và dòng chảy môi trường trên sông Mã.

Để đánh giá được tổng quan tác động của các hồ chứa đến hạ du trên cơ sở đảm bảo nhiệm vụ cấp nước nêu trên, lựa chọndòng chảymùa kiệtđến hồ ứng với các năm nhiều nước, năm trung bình nước và năm ít nước làm các năm điển hình đưa vào tính toán và đánh giá.

III.3.1.1. Lựa chọn năm điển hình a. Dòng chảy đến hồ Cửa Đạt

Bảng 30: Tần suất dòng chảy đến hồ Cửa Đạt trong mùa cạn

Năm Dòng chảy đến

hồ Cửa Đạt (%)

Năm Dòng chảy đến hồ Cửa Đạt

(%)

1960-1961 33.3 1988-1989 39.6

1961-1962 10.4 1989-1990 12.5

1962-1963 35.4 1990-1991 43.8

1963-1964 4.2 1991-1992 91.7

1964-1965 2.1 1992-1993 93.8

1965-1966 52.1 1993-1994 64.6

1966-1967 16.7 1994-1995 50.0

1967-1968 41.7 1995-1996 58.3

1968-1969 54.2 1996-1997 29.2

1969-1970 37.5 1997-1998 72.9

1970-1971 14.6 1998-1999 56.3

1971-1972 85.4 1999-2000 25.0

1972-1973 89.6 2000-2001 18.8

Học viên: Vũ Kim Thắng 87

1973-1974 60.4 2001-2002 31.3

1974-1975 22.9 2002-2003 77.1

1981-1982 70.8 2003-2004 66.7

1982-1983 81.3 2004-2005 97.9

1983-1984 79.2 2005-2006 75.0

1984-1985 45.8 2006-2007 68.8

1985-1986 27.1 2007-2008 62.5

1986-1987 87.5 2008-2009 6.3

1987-1988 95.8 2009-2010 47.9

2010-2011 20.8

Qua bảng thống kê tần suất dòng chảy mùa cạn đến hồ Cửa Đạt, ta chọn năm các năm tính toán như sau:

Bảng 31: Năm điển hình đưa vào tính toán trên sông Chu

TT Năm Tần suất

Năm nhiều nước 1964-1965 (%) 2.1

Năm trung bình nước 1994-1995 50

Năm ít nước 2004-2005 97.9

b. Dòng chảy đến hồ Bá Thước 2

Bảng 32: Tần suất dòng chảy mùa cạn đến hồ Bá Thước 2 Thứ tự Thời gian Tần suất

P(%) Thứ tự Thời gian Tần suất

P(%)

1 1957-1958 98.08 26 1982-1983 7.69

2 1958-1959 88.46 27 1983-1984 23.08

3 1959-1960 92.31 28 1984-1985 15.38

4 1960-1961 63.46 29 1985-1986 9.62

5 1961-1962 42.31 30 1986-1987 48.08

6 1962-1963 84.62 31 1987-1988 53.85

7 1963-1964 32.69 32 1988-1989 59.62

8 1964-1965 36.54 33 1989-1990 19.23

9 1965-1966 86.54 34 1990-1991 38.46

10 1966-1967 67.31 35 1991-1992 69.23

11 1967-1968 78.85 36 1992-1993 75.00

12 1968-1969 94.23 37 1993-1994 55.77

13 1969-1970 80.77 38 1994-1995 61.54

14 1970-1971 73.08 39 1995-1996 76.92

15 1971-1972 82.69 40 1996-1997 17.31

Học viên: Vũ Kim Thắng 88

16 1972-1973 34.62 41 1997-1998 57.69

17 1973-1974 46.15 42 1998-1999 96.15

18 1974-1975 25.00 43 1999-2000 44.23

19 1975-1976 40.38 44 2000-2001 30.77

20 1976-1977 11.54 45 2001-2002 28.85

21 1977-1978 13.46 46 2002-2003 1.92

22 1978-1979 5.77 47 2003-2004 3.85

23 1979-1980 50.00 48 2004-2005 71.15

24 1980-1981 26.92 49 2005-2006 65.38

25 1981-1982 21.15 50 2006-2007 90.38

51 2007-2008 51.92

Qua bảng thống kê tần suất dòng chảy mùa cạn đến hồ Bá Thước 2, ta chọn năm các năm tính toán như sau:

Bảng 33: Năm điển hình đưa vào tính toán trên sông Mã

TT Năm Tần suất

(%)

Năm nhiều nước 2002-2003 1.92

Năm trung bình nước 1979-1980 50

Năm ít nước 1998-1999 96.15

III.3.1.2. Yêu cầu cấp nước hạ du sông Chu- sông Mã a. Xác định yêu cầu cấp nước hạ du sông Mã

Như đã nêu tại phần hiện trạng các công trình khai thác, sử dụng nước ở trên, các công trình chủ yếu tập trung phía sau nhà máy thủy điện Bá Thước 2. Ngoài ra, công trình thủy điện Bá Thước đã được Bộ Tài nguyên và Môi trường cấp phép khai thác, sử dụng nước mặt. Trong đó, thủy điện Bá Thước 2 luôn phải duy trì dòng chảy tối thiểu sau đập là 120 m3/s. Lưu lượng này đã đảm bảo yêu cầu cấp nước và yêu cầu đẩy mặn hạ du sông Mã.

Các công trình thủy điện đang được xây dựng tại khu giữa thủy điện Trung Sơn và thủy điện Bá Thước 2, theo sơ đồ trắc dọc trên đoạn sông này, lượng nước xả sau của các nhà máy đều xả trực tiếp xuống hồ của thủy điện phía sau nên không xảy ra đoạn sông bị suy giảm nguồn nước.

Từ các phân tích đó, hồ chứa thủy điện Trung Sơn có nhiệm vụ bổ sung nước cho hồ chứa thủy điện Bá Thước 2 nhằm đảm bảo dòng chảy tối thiểu sau hạ du nhà

Học viên: Vũ Kim Thắng 89 máy là 120 m3/s. Đây sẽ là căn cứ để xây dựngphương án vận hành trong mùa kiệt của 2 hồ Trung Sơn và Bá Thước 2 trong mùa kiệt.

Hình 23: Sơ đồ trắc dọc các công trình thủy điện trên dòng chính sông Mã b. Xác định yêu cầu cấp nước hạ du sông Chu

Với nhiệm vụ thực tế đặt ra nhưtrên, việc xác định yêu cầu nước cấp từ hồ Cửa Đạt cho các nhiệm vụ cụ thể như sau:

(1) Đối với yêu cầu nước cấp cho vùng Bắc sông Chu: theo yêu cầu cấp nước thực tế hiện nay, việc cấp nước từ hồ Cửa Đạt cho vùng này lấy theo đúng nhiệm vụ thiết kế công trình.

Bảng 34: Yêu cầu cấp nước thực tế từ hồ Cửa Đạt cho vùng Bắc sông Chu – Nam sông Mã trong mùa cạn

Thời đoạn Q yêu cầu BSC

(m3/s) Thời đoạn Q yêu cầu BSC (m3/s)

1/12-10/12 37,3 11/3-20/3 18,0

11/12-20/12 37,3 21/3-31/3 18,0

21/12-31/12 37,3 1/4-10/4 19,0

1/1-10/1 14,3 11/4-20/4 19,0

11/1-20/1 14,3 21/4-30/4 19,0

21/1-31/1 14,3 1/5-10/5 14,3

Học viên: Vũ Kim Thắng 90

1/2-10/2 17,0 11/5-20/5 14,3

11/2-20/2 17,0 21/5-31/5 14,3

21/2-28/2 17,0 1/6-10/6 29,5

1/3-10/3 18,0 11/6-20/6 29,5

21/6-30/6 29,5

(2) Đối với yêu cầu nước cấp cho hạ du sông Chu:

Gồm:

- Cấp nước cho vùng Nam sông Chu (lấy qua đập dâng Bái Thượng);

- Cấp nước dưới hạ du đập Bái Thượng.

Phương pháp xác định như sau:

(*) Đảm bảo cấp nước vùng Nam sông Chu (lấy qua đập dâng Bái Thượng) Q1 từ hồ (NSC) = Qyêu cầu thực tế đập Bái Thượng - Qbổ sung KG1

Trong đó:

Q1 từ hồ (NSC): yêu cầu nước cấp từ hồ Cửa Đạt đảm bảo cho vùng Nam sông Chu.

Qyêu cầu thực tế đập Bái Thượng: yêu cầu dùng nước thực tế đập Bái Thượng

Q bổ sung KG1: lượng nước bổ sung khu giữa từ hồ Cửa Đạt đến đập Bái Thượng.

Để đảm bảo thiên an toàn trong cấp nước khi tính toán trong QTVH liên hồ, lượng nước bổ sung này lấy theo mùa cạn ứng với tần suất 85% trong chuỗi năm tính toán.

Kết quả cụ thể như sau:

(*) Đảm bảo cấp nước dưới hạ du đập Bái Thượng, gồm:

+ Yêu cầu nước cho hệ thống các trạm bơm dưới hạ du;

+ Yêu cầu nước cho duy trì dòng chảy sau đập Bái Thượng;

+ Yêu cầu nước bổ sung đẩy mặn các tháng 2,3 và 4 (lấy theo yêu cầu xả từ hồ Cửa Đạt).

Q2 từ hồ (hdBT) = Qyêu cầu thực tế hạ du Bái Thượng - Qbổ sung KG2

Trong đó:

Q2 từ hồ (hdBT): yêu cầu nước cấp từ hồ Cửa Đạt đảm bảo yêu cầu nước dưới hạ du đập Bái Thượng.

Qyêu cầu thực tế hạ du Bái Thượng: yêu cầu dùng nước thực tế dưới hạ du đập Bái Thượng.

Q bổ sung KG2: lượng nước bổ sung khu giữa từ đập Bái Thượng đến hạ du, chủ yếu

là do nhánh sông Âm. Để đảm bảo thiên an toàn trong cấp nước khi tính toán trong

Học viên: Vũ Kim Thắng 91 QTVH liên hồ, lượng nước bổ sung này lấy theo mùa cạn ứng với tần suất 85% trong chuỗi năm tính toán.

Kết quả tính toán như sau:

Bảng 35: Yêu cầu cấp nước thực tế từ hồ Cửa Đạt cho hạ du sông Chu

Thời đoạn

Q yêu cầu hạ du sông Chu (m3/s) Q hồ Cửa Đạt xả hạ du sông Chu

(m3/s) NSC

KTSD hạ du Bái Thượng

mặnĐẩy DCTT hạ du Bái Thượng

1/12-10/12 50,0 4,7 20,0 54,6

11/12-20/12 50,0 4,7 20,0 54,6

21/12-31/12 50,0 12,9 20,0 55,6

1/1-10/1 55,0 9,3 20,0 67,4

11/1-20/1 55,0 12,1 20,0 69,2

21/1-31/1 55,0 13,2 20,0 69,3

1/2-10/2 60,0 4,0 17,2 2,8 75,1

11/2-20/2 60,0 12,1 17,2 2,8 79,6

21/2-28/2 60,0 13,5 17,2 2,8 79,3

1/3-10/3 50,0 8,6 39,1 0,0 82,0

11/3-20/3 50,0 8,6 39,1 0,0 82,4

21/3-31/3 50,0 9,5 39,1 0,0 81,1

1/4-10/4 50,0 8,6 35,0 0,0 80,0

11/4-20/4 50,0 8,6 35,0 0,0 81,7

21/4-30/4 50,0 12,4 35,0 0,0 83,7

1/5-10/5 50,0 8,6 20,0 58,9

11/5-20/5 50,0 2,0 20,0 58,4

21/5-31/5 50,0 16,7 20,0 58,9

1/6-10/6 65,0 4,7 20,0 72,3

11/6-20/6 65,0 11,7 20,0 68,4

21/6-30/6 65,0 9,3 20,0 67,8

Đối với yêu cầu duy trì dòng chảy tối thiểu hạ du đập Bái Thượng: lấy bằng với lưu lượng bình quân tháng nhỏ nhất trong chuỗi năm tính toán là Qtối thiểu= 20,0 m3/s.

Trong các tháng II, III, IV hồ Cửa Đạt phải xả đẩy mặn với yêu cầu nước đẩy mặn hạ du tháng 2 là 17,2 m3/s, tháng 3 là 39,1 m3/s, tháng 4 là 35 m3/s.

Khi đó, đập Bái Thượng vận hành cống lấy nước đầu kênh để bảo đảm duy trì liên tục dòng chảy qua đập Bái Thượng về hạ lưu sông Chu với lưu lượng không nhỏ

Học viên: Vũ Kim Thắng 92 hơn 20 m3/s đối với các tháng XII, I, II, V, VI; 39 m3/s đối với tháng III và 35 m3/s đối với tháng IV.

Tổng hợp yêu cầu cấp nước thực tế từ hồ Cửa Đạt như sau:

Bảng 36: Tổng yêu cầu cấp nước thực tế từ hồ Cửa Đạt Thời đoạn Lưu lượng yêu cầu tính toán

Bắc sông Chu Hạ du sông Chu Tổng Q xả

m3/s (m3/s) (m3/s)

1/12-10/12 37,3 54,6 91,9

11/12-20/12 37,3 54,6 91,9

21/12-31/12 37,3 55,6 92,9

1/1-10/1 14,3 67,4 81,7

11/1-20/1 14,3 69,2 83,5

21/1-31/1 14,3 69,3 83,7

1/2-10/2 17,0 75,1 92,1

11/2-20/2 17,0 79,6 96,6

21/2-28/2 17,0 79,3 96,2

1/3-10/3 18,0 82,0 100,0

11/3-20/3 18,0 82,4 100,4

21/3-31/3 18,0 81,1 99,0

1/4-10/4 19,0 80,0 99,0

11/4-20/4 19,0 81,7 100,7

21/4-30/4 19,0 83,7 102,7

1/5-10/5 14,3 58,9 73,2

11/5-20/5 14,3 58,4 72,7

21/5-31/5 14,3 58,9 73,2

1/6-10/6 29,5 72,3 101,8

11/6-20/6 29,5 68,4 97,9

21/6-30/6 29,5 67,8 97,3

III.3.2 Xây dựng các kịch bản vận hành hồ chứa trong mùa lũ Trên sông Chu

Theo thiết kế, hồ Cửa Đạt có khả năng chống trận lũ P=0.6% đảm bảo mực nước trên sông Chu tại trạm thủyvăn Xuân Khánh không vượt qua 13,71 m. Nhưng do hiện nay trên thượng lưu hồ Cửa Đạt có thêm hồ Hủa Na với dung tích phòng lũ 100 triệu m3  hệ thống hồ chứa Hủa Na và Cửa Đạt có thể nâng mức đảm bảo cắt giảm

Học viên: Vũ Kim Thắng 93 lũ bảo vệ hạ du. Cụ thể là có thể chống được trận lũ lớn hơn trận lũ ứng với tần suất P= 0.6%. Do vậy, trong nghiên cứu của luận văn, nâng mức chống lũ trên sông Chu với tần suất P=0.5%theo dạng lũ lớn năm 1962, 1973, 1980 và 2007.

III.3.2.1. Mô hình lũ P=0.5%

a) Lũ tại tuyến đập Cửa Đạt

Theo hồ sơ thiết kế công trình hồ chứa nước Cửa Đạt đã xác định được các đặc trưng trận lũ P = 0.5% đến tuyến đập Cửa Đạt có giá trị đỉnh là 8620 m3/s. Từ đường quá trình lũ thiết kế hồ Cửa Đạt theo các năm điển hình P=0,6% tiến hành thu phóng thành các trận lũ thiếtkế P=0,5% theo tỷ lệ thu phóng:

KQmax=

6 , 0 max

5 , 0 max

p p

Q

Q .

b) Lũ tại tuyến đập Hủa Na

Trận lũ các năm 1962, 1973, 1980, 2007 tại hồ Hủa Na được tính chuyển từ trận lũ thiết kế P=0,5% tại hồ Cửa Đạt về hồ chứa Hủa Na theo tỷ lệ thu phóng

KQmax=

pCĐ pHN

Q Q

max

max .

c) Lũ tương ứng P=0.5% lưu vực sông Âm, sông Đằng, sông Đạt

Các trận lũ tương ứng P=0,5% lưu vực sông Âm, sông Đằng, sông Đạt cũng được thu phóng theo hệ số tương ứngvới trận lũ thiết kế tại tuyến đập Cửa Đạt với hệ số KQmax=

6 , 0 max

5 , 0 max

CDP CDP

Q

Q . Các đặc trưng dòng chảy lũ của sông Âm, sông Đằng và sông Đạt được trình bày trong bảng sau:

Bảng 37: Kết quả tính toán các đặc trưng dòng chảy lũ tại các nút sông Âm, sông Đằng, sông Đạt tần suất P = 0.5%

Đơn vị : Qmax(m3/s ); W(106 m3) Tuyến Trậnlũ Qmax

m3/s

W1ng 106 m3

W3ng 106 m3

W5ng 106 m3 Sông Âm

F = 761 Km2

1962 1335 113.3 190.2 238.6

1973 3833 197.5 245.3 283.2

1980 2342 179.6 259.0 285.9

Học viên: Vũ Kim Thắng 94

2007 2316 141.8 240.4 287.7

Sông Đằng F = 385 Km2

1962 847 57 96 121

1973 1679 104 118 133

1980 1114 112 148 178

2007 1504 89 114 136

Sông Đạt F = 302 Km2

1962 719 45 75 95

1973 1428 81 93 104

1980 947 88 116 140

2007 1367 81 103 124

Trên sông Mã

Do số liệu thu thập về trích lũ của các trạm thủy văn phía sau nhập lưu sông Bưởi không đầy đủ và thủy điện Trung Sơn nằm cách xa hạ du nên trong Đề tài, chỉ phân tích tác động của hồ Trung Sơn trong mùa lũ đến trạm thủy văn Cẩm Thủy.

Theo quyết định phê duyệt về tần suất chống lũ trên các sông lớn thì trên dòng chinh sông Mã có tần suất chống lũ với trận lũ P=1%. Do vậy, trong nghiên cứu luận văn sẽ mô phỏng kịch bản chống lũ trên sông Mã với tần suất P=1% theo dạng lũ lớn năm 1963, 1996.

Theo như thiết kế của công trình thủy Trung Sơn thì quá trình lũ thiết kế tại đập Trung Sơn ứng với tần suất P= 0,1%; 0,5%, 1%, 5%, 10% được thể hiện theo trận lũ đại biểu tháng 7 năm 1996 có đỉnh lũ Qmax = 6.020 m3/s, lớn nhất trong chuỗi quan trắc làm trận lũ điển hình để thu phóng đường quá trình lũ thiết kế.

Quá trình lũ thiết kế tại tuyến công trình được thu phóng theo quá trình lũ đại biểu của trạm thủy văn Cẩm Thủy theo phương pháp thu phóng một tỷ số, cụ thể như sau:

- Thu phóng hệ số đỉnh lũ KQ:

, trong đó:

+ QmaxP: lưu lượng đỉnh lũ ứng với tần suất thiết kế.

+ Qmaxđh: lưu lượng đỉnh lũ của quá trình lũ điển hình.

Kết quả tính toán đường quá trình lũ thiết kế thể hiện trong hình dưới hình sau:

Học viên: Vũ Kim Thắng 95 Hình 24: Quá trình lũ thiết kế công trình thủy điện Trung Sơn

Bảng 38: Lưu lượng đỉnh lũ thiết kế tại tuyến đập Trung Sơn

P (%) 0,1 0,5 1 5 10

Qp (m3/s) 13.400 10.400 9.100 6.200 5.000