Tóm tắt Luận văn Đánh giá ngập lụt vùng hạ du sông Ba khi hệ thống công trình thủy điện ở thượng nguồn đi vào vận hành

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

CAO ĐÌNH HUY

ĐÁNH GIÁ NGẬP LỤT VÙNG

HẠ DU SÔNG BA KHI HỆ THỐNG

CÔNG TRÌNH THỦY ĐIỆN Ở THƯỢNG

NGUỒN ĐI VÀO VẬN HÀNH

Chuyên ngành : Kỹ thuật xây dựng công trình thủy

Mã số

: 60 58 02 02

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng - Năm 2015

Công trình được hoàn thành tại

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

Người hướng dẫn khoa học: TS. LÊ HÙNG

Phản biện 1: GS.TS. NGUYỄN THẾ HÙNG

Phản biện 2: TS. TÔ THÚY NGA

Luận văn được bảo vệ tại Hội đồng chấm luận văn tốt nghiệp Thạc

sĩ chuyên ngành kỹ thuật xây dựng công trình thủy họp tại Đại học

Đà Nẵng vào ngày 15 tháng 6 năm 2015.

* Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng

1

MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài

Sông Ba là một trong những con sông lớn ở miền Trung Trung

Bộ Việt Nam với tổng diện tích lưu vực 14.132 km²nằm trên địa

phận 3 tỉnh Gia Lai, ĐakLak và Phú Yên. Hàng năm mùa lũ về, nước

sông Ba dồn từ thượng lưu về gây ngập lụt nghiêm trọng cho hạ lưu

sông Ba.

Theo số liệu thống kê của Ủy ban nhân dân tỉnh Phú Yên: Lũ

tháng 10/1993 và tháng 11/2009 là 2 trận lũ lớn nhất đã từng xảy ra

trên lưu vực sông Ba từ năm 1976 tới nay. Trong đó, lũ tháng

10/1993 đã làm 72 người chết, 4 người mất tích, 464 người bị

thương, 10.902 ngôi nhà bị sập đổ hoàn toàn trôi đi mất. Lũ tháng

11/2009, đã làm 80 người chết, hàng ngàn ngôi nhà bị sập hoàn toàn.

Lũ quét đã xóa sổ nhà ở của cư dân cư xóm Trường, thôn Triêm Đức

xã Xuân Quang 2, huyện Đồng Xuân, làm 18 người chết, 44 ngôi

nhà bị sập hoàn toàn, hàng chục héc ta đất sản xuất bị xói lở, bồi lấp,

việc tái sử dụng đất sản xuất gặp nhiều trở ngại.

Trước đây, việc vận hành hệ thống hồ chứa trong các điều kiện

cụ thể (dựa vào dự báo KTTV) và được thực hiện theo các quy trình

vận hành của các hồ riêng biệt. Gần đây nhất, việc điều hành các hồ

chứa tuân thủ theo “Quyết định về việc ban hành Quy trình vận hành

liên hồ chứa trên lưu vực Sông Ba”, đã được Thủ tướng phê duyệt tại

Quyết định số 1077/QĐ-TTg, ngày 7 tháng 7 năm 2014. Do tính chất

nghiêm trọng của lũ đối với vùng hạ lưu sông Ba nhất là khi hệ thống

công trình thủy điện ở thượng nguồn đi vào vận hành, việc cần thiết

hiện nay là phải xây dựng cơ sở khoa học và thực tiễn nhằm đưa ra

được phương án vận hành xả lũ hồ chứa hợp lý, vừa đảm bảo mục

tiêu phát điện đồng thời cắt lũ hiệu quả, giảm thiểu các thiệt hại do lũ

2

lụt vùng hạ lưu sông Ba, từ đó đề xuất các phương án phòng chống

thông qua cảnh báo về khả năng và diện tích ngập lụt ứng với các

trận lũ khác nhau.

2. Mục tiêu nghiên cứu

Đề tài này nghiên cứu xây dựng mô hình mô phỏng các kịch

bản vận hành liên hồ chứa (hồ Krông H’năng, hồ sông Ba Hạ và hồ

Sông Hinh), nhằm nâng cao hiệu quả giảm lũ và không gây tác động

tiêu cực cho vùng hạ du, trong khi vẫn đảm bảo nhiệm vụ phát điện.

Đồng thời giúp cho lãnh đạo các cấp và các cơ quan ban, nghành liên

quan cũng như người dân chủ động ứng phó khi có mưa lũ xảy ra,

nhằm hạn chế thiệt hại đến mức thấp nhất.

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: Mô phỏng và đánh giá quá trình lũ ở

hạ du sông Ba khi hệ thống công trình thủy điện (hồ Krông Hnăng,

hồ sông Ba Hạ và hồ Sông Hinh) ở thượng nguồn đi vào vận hành.

- Phạm vi nghiên cứu: Lưu vực hệ thống sông Ba.

4. Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp phân tích, tổng hợp

- Phương pháp phân tích nguyên nhân hình thành

- Phương pháp phân tích hệ thống

- Phương pháp kế thừa

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn

Trong những năm gần đây trên lưu vực sông Ba nhà cửa ruộng

vườn thường xuyên bị cuốn trôi khi đến mùa mưa lũ, gây thiệt hại

nghiêm trọng đến đời sống và tình hình sản xuất của nhân dân. Do

vậy việc nghiên cứu, đánh giá ảnh hưởng của các hồ chứa thượng

nguồn đến ngập lụt hạ lưu sông Ba, sẽ giúp cho cấp lãnh đạo và các

cơ quan ban nghành liên quan cũng như toàn dân chủ động ứng phó

khi có mưa lũ xảy ra, hạn chế thiệt hại đến mức thấp nhất.

3

6. Bố cục đề tài

Trên cơ sở các nội dung nghiên cứu, để đạt mục tiêu đề ra và

đảm bảo tính logic và chỉnh thể của vấn đề nghiên cứu, ngoài hai

phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, luận văn được cấu trúc gồm 4

chương sau đây:

- Chương 1: Tổng quan về tình hình nghiên cứu lũ lụt và vận

hành hồ chứa.

- Chương 2. Đặc điểm tự nhiên xã hội lưu vực sông Ba.

- Chương 3. Thiết lập mô hình vận hành điều tiết hồ chứa

HEC-RESSIM và mô hình thủy lực MIKE FLOOD cho lưu vực

sông Ba.

- Chương 4. Mô phỏng các kịch bản vận hành hồ chứa HEC-

RESSIM và ngập lụt hạ lưu sông Ba bằng mô hình thủy lực MIKE

FLOOD.

4

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU LŨ LỤT

VÀ VẬN HÀNH HỒ CHỨA

1.1. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC

VỀ ĐIỀU TIẾT VÀ VẬN HÀNH HỒ CHỨA

1.1.1. Các nghiên cứu ở nước ngoài

1.1.2. Các nghiên cứu trong nước

1.1.3. Các nghiên cứu liên quan đến sông Ba

Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Nhà nước KC08-07/06-10

“Nghiên cứu đề xuất giải pháp ổn định các cửa sông ven biển miền

Trung”. Năm 2010, Viện Khoa học khí tượng thủy văn và Môi

trường, “Báo cáo Lập quy trình vận hành hệ thống liên hồ trên lưu

vực sông Ba”. Gần đây nhất là Công ty cổ phần sông Ba (2013),

“Báo cáo lập bản đồ ngập lụt sông Ba”, trong đó xây dựng được bản

đồ ngập lụt hạ lưu sông Ba cho địa bàn tỉnh Phú Yên.

Một số công trình xây dựng cụ thể đã hoàn thành, nhằm nạo vét

thoát lũ sông Ba, chống sạt lở như: Kè Lạc Mỹ và kè Thạch Bàn, huyện

Tây Hòa; kè Phú Lộc huyện Phú Hòa và dự án nạo vét, khơi thông

luồng lạch cửa sông Đà Rằng.

1.2. PHẠM VI GIỚI HẠN CỦA LUẬN VĂN

Sau khi xem xét lưu vực phụ trách của các hồ chứa trên lưu

vực sông Ba, do thời gian có hạn và điều kiện thu thập số liệu còn

hạn chế, nên trong luận văn này chỉ giới hạn tập trung nghiên cứu

đánh giá trong phạm vi lưu vực của 3 hồ chứa có diện tích lưu vực

lớn nhất và ảnh hưởng trực tiếp, quyết định đến ngập lụt vùng hạ lưu

sông Ba, đó là: Hồ sông Ba Hạ, Hồ sông Hinh và Krông H’năng.

5

CHƯƠNG 2

ĐIỀU KIỆN ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN VÀ XÃ HỘI

LƯU VỰC SÔNG BA

2.1. ĐIỀU KIỆN ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN

2.1.1. Vị trí địa lý

2.1.2. Đặc điểm địa hình

2.1.3. Mạng lưới sông ngòi

2.1.4. Khí hậu

2.1.5. Thủy văn

2.2. ĐIỀU KIỆN KINH TẾ XÃ HỘI

2.2.1. Đặc điểm dân sinh kinh tế

2.2.2. Đặc điểm kinh tế

2.3. TÌNH HÌNH NGẬP LỤT SÔNG BA

2.3.1. Tình hình ngập lụt

Theo số liệu điều tra trong những năm gần đây lũ lụt và tình

hình ngập úng vùng hạ lưu sông Ba thường xuyên xảy ra hàng năm

ngày càng trở nên nghiêm trọng hơn. Thí dụ mưa lũ đã gây nên tình

trạng ngập úng trên diện rông trong khu vực liên tục trong các năm

1981, 1986, 1988, 1992, 1993, 1996, 1999, 2005, 2007, 2009 gây

nhiều thiệt hại. Trong khu vực thành phố Tuy Hòa mỗi năm một vài

lần khi có lũ lớn ngoài sông nước sông Đà Rằng tràn vào gây ngập

úng 0,3 - 0,5 m tại khu vực Trung tâm từ 5 đến 10 ngày.

2.3.2. Thiệt hại do ngập lụt

2.3.3. Hiện trạng công trình phòng chống lũ và tiêu úng

2.3.4. Mục tiêu phòng chống lũ trên lưu vực

Hiện nay chưa có quy hoạch phòng chống lũ riêng cho lưu

vực, nên việc trước tiên là cần thiết phải xây dựng cơ sở khoa học và

6

thực tiễn nhằm đưa ra được phương án phòng chống lũ phục vụ phát

triển kinh tế xã hội.

2.3.5. Phương án quy hoạch phòng chống lũ

a. Quan điểm chống lũ

b. Vùng bảo vệ

c. Tiêu chuẩn chống lũ

d. Các phương án quy hoạch phòng chống lũ và tiêu úng

Xây dựng các hành lang thoát lũ kết hợp công trình điều tiết lũ

thượng lưu là biện pháp chống lũ cơ bản đối với vùng hạ lưu sông

Ba. Hiện nay trên lưu vực đã hình thành 2 đập chắn lũ là Quốc lộ 1A

và đường sắt thống nhất Bắc Nam. Phía hạ lưu hai bên tả hữu đã có

kênh chính Bắc Nam đập Đồng Cam kết hợp giao thông là đường

liên tỉnh QL25 (Bắc) và QL29 (Nam) nhưng nhiều đoạn khi có lũ lớn

nước vẫn tràn qua. Trên lưu vực hiện tại chỉ có 3 hồ chứa đa mục

tiêu trong đó có nhiệm vụ phòng lũ là hồ sông Ba hạ và hồ Sông

Hinh.

7

CHƯƠNG 3

THIẾT LẬP MÔ HÌNH VẬN HÀNH ĐIỀU TIẾT HỒ CHỨA

HEC-RESSIM VÀ MÔ HÌNH THỦY LỰC MIKE FLOOD

CHO LƯU VỰC SÔNG BA

3.1. MÔ HÌNH THỦY LỰC MIKE FLOOD

3.1.1. Giới thiệu chung

MIKE FLood là một công cụ mạnh liên kết mô hình MIKE 11

một chiều và mô hình MIKE 21 hai chiều, để mô phỏng lũ trên một

lưu vực và vùng cửa sông, thuộc bộ phần mềm MIKE.

3.1.2. Mô hình thủy lực một chiều MIKE 11

Mô hình thủy động lực MIKE 11 (HD) là một phần trọng tâm

của mô hình MIKE 11, mô hình cho phép tính thủy lực trên mạng

lưới sông, kênh có thể áp dụng với chế độ sóng động lực hoàn toàn ở

cấp độ cao. Các công trình được mô phỏng trong MIKE 11 bao gồm:

Đập (đập tràn …), Cống (Cống hình chữ nhật, ...), Bơm, Hồ chứa,

Công trình điều tiết và công trình Cầu.

Hình 3.6. Thiết lập sơ đồ thủy lực mạng lưới sông Ba

mô hình MIKE 11 HD

8

3.1.3. Mô hình MIKE 21

Để mô phỏng quá trình ngập lụt các vùng đất ven sông và

vùng đồng trũng, mô hình thủy lực 2 chiều được sử dụng làm công

cụ tính toán. Quá trình dòng chảy trong sông do mô hình thủy lực 1

chiều đảm trách.

Hình 3.7. Mô hình thủy lực 2 chiều, phạm vi từ hạ lưu

hồ sông Ba Hạ đến cửa sông Đà Rằng

3.1.4. Mô hình MIKE Flood

Để kết hợp các ưu điểm của cả mô hình một và hai chiều, đồng

thời khắc phục được các nhược điểm của chúng, MIKE Flood cho

phép kết nối 2 mô hình MIKE 11 và MIKE 21 trong quá trình tính

toán, tăng bước lưới của mô hình (nghĩa là giảm thời gian tính toán)

nhưng vẫn mô phỏng được cả dòng chảy trong lòng dẫn và trên mặt

ruộng hoặc ô chứa.

9

3.2. MÔ HÌNH VẬN HÀNH ĐIỀU TIẾT HỒ CHỨA HEC-

RESSIM

3.2.1. Giới thiệu mô hình

Mô hình HEC-RESSIM được xây dựng để đánh giá vai trò của

hồ chứa trong hệ thống nhằm hỗ trợ nghiên cứu bài toán quy hoạch

nguồn nước, đặc biệt trong vai trò kiểm soát lũ, tính toán điện lượng

trong hệ thống hồ chứa và xác định dung tích hiệu dụng trong bài

toán đa mục tiêu của hệ thống.

Nguyên lý: Tính toán điều tiết dòng chảy trong hồ chứa dựa

trên hệ phương trình cân bằng nước và phương trình động lực cùng

với các đường đặc trưng, tham số mô tả đặc tính của hệ thống công

trình.

3.2.2. Cấu trúc mô hình

HEC-Ressim giới thiệu chương trình tính toán mô phỏng điều

hành hệ thống hồ chứa. Bao gồm các công cụ: mô phỏng, tính toán,

lưu trữ số liệu, quản lý, đồ hoạ và báo cáo hệ thống nguồn nước.

Hình 3.17. Khai báo mạng lưới hệ thống hồ chứa

Krông Hnăng, sông Ba Hạ và sông Hinh

10

CHƯƠNG 4

MÔ PHỎNG CÁC KỊCH BẢN VẬN HÀNH

HỒ CHỨA HEC-RESSIM VÀ NGẬP LỤT HẠ LƯU

SÔNG BA BẰNG MÔ HÌNH MIKE FLOOD

4.1.HIỆU CHỈNH VÀ KIỂM ĐỊNH MÔ HÌNH THỦY LỰC

MIKE FLOOD ỨNG VỚI TRẬN LŨ 1993 VÀ 2009

Trên lưu vực hạ lưu sông Ba đã xảy ra 2 trận lũ tương lớn là năm

1993 (tần suất p= 3% tại Củng Sơn) và năm 2009 (tần suất p=10% ),

do đó trong luận văn này sẽ chọn trận lũ năm 2009 để hiệu chỉnh mô

hình và trận lũ năm 1993 để kiểm định mô hình.

4.1.1. Kết quả hiệu chỉnh thông số mô hình thủy lực đối với

lũ 2009

a. Biểu đồ so sánh quá trình mực nước tính toán và thực đo

trạm Củng Sơn trận lũ tháng 11/2009

(Z~t)

mô

(Z~t) thực đo

năm 2009

Hình 4.1. Hiệu chỉnh mô hình trận lũ 2009 tại Củng Sơn

11

b. Biểu đồ so sánh quá trình mực nước tính toán và thực đo

trạm Phú Lâm trận lũ tháng 11/2009

(Z~t) mô phỏng

lũ năm 2009

(Z~t) thực đo

lũ năm 2009

Hình 4.2. Hiệu chỉnh mô hình trận lũ 2009 tại Phú Lâm

c. Đánh giá sai số theo chỉ tiêu Nash mô phỏng trận lũ năm

2009

Bảng 4.1. Chỉ tiêu Nash và sai số đỉnh lũ trận lũ năm 2009

tại Củng Sơn và Phú Lâm

TT

Trạm

Củng Sơn

Phú Lâm

1

Chỉ tiêu Nash

0,992

0,975

2

Sai số đỉnh lũ (cm)

0,00

0,012

12

d. Kết quả mô hình MIKE Flood hiệu chỉnh trận lũ năm

2009

Hình 4.3. Kết quả mô phỏng ngập lụt lớn nhất trận lũ 2009

e. So sánh giữa kết quả tính toán và điều tra vết lũ

Bên cạnh số liệu quan trắc mực nước lũ, số liệu khảo sát về

độ sâu ngập lụt đã được sử dụng để kiểm định mô hình. Kết quả thực

đo và tính toán độ sâu ngập lụt trận lũ năm 2009 chênh nhau thấp.

f. Đánh giá kết quả hiệu chỉnh mô phỏng mô hình MIKE

trận lũ 2009

Kết quả mô phỏng mô hình đã bám sát với số liệu thực đo, cả

về đỉnh và đường quá trình, đánh giá theo chỉ tiêu Nash đều đạt cao

trên 80%. Độ sâu ngập lụt tính toán và thực đo chênh nhau thấp, do

vậy mạng lưới thủy lực một chiều và kết nối 1-2 chiều với bộ thông

số trên đây có đủ độ tin cậy để ứng dụng tính toán cho các trường

hợp khác.

13

4.1.2. Kết quả kiểm định mô hình thủy lực với trận lũ 1993

Sử dụng mô hình với bộ thông số đã hiệu chỉnh ở trên, kết quả

tính toán mực nước ở trạm Củng Sơn và Phú Lâm được để đánh giá.

a. Biểu đồ so sánh quá trình mực nước tính toán và thực đo

trạm Phú Lâm trận lũ tháng 10/1993

(Z~t) mô

phỏng lũ năm

(Z~t) thực đo

lũ năm 1993

Hình 4.4. Kết quả mô phỏng mực nước tính toán và thực đo trạm

Phú Lâm trận lũ tháng 10/1993.

b. Đánh giá sai số theo chỉ tiêu Nash mô phỏng trận lũ năm

1993

Bảng 4.4. Chỉ tiêu Nash và sai số đỉnh lũ

trận lũ năm 1993 tại Phú Lâm

TT

1

Trạm

Phú Lâm

0,977

Chỉ tiêu Nash

Sai số Z (cm)

2

0,074

14

c. Kết quả mô hình MIKE Flood kiểm định trận lũ năm

1993

Hình 4.5. Kết quả kiểm định trận lũ năm 1993

Kết quả thực đo và tính toán độ sâu ngập lụt trận lũ năm 1993 có độ

chênh thấp, gần bằng nhau.

4.1.3. Đánh giá chung

Từ kết quả việc hiệu chỉnh và kiểm định mô hình thủy lực với

hai trận lũ có tần suất xấp xỉ P=10% (trận lũ 2009) và p= 3% (trận lũ

1993) đã đưa ra được mạng lưới thủy lực cùng các điều kiện về địa

hình, bộ thông số độ nhám đảm bảo tin cậy để tính toán mô phỏng

ứng với các kịch bản điều tiết lũ ở thượng nguồn sông Ba.

4.2. CÁC TRƯỜNG HỢP ĐIỀU TIẾT HỆ THỐNG HỒ CHỨA

SÔNG BA BẰNG MÔ HÌNH HEC-RESSIM

- Phương án 1: Điều tiết lũ với mực nước hồ giữ nguyên mực

nước trước lũ, sau đó hạ mực nước hồ xuống mực nước đón lũ theo

15

Quy trình liên hồ chứa của chính phủ (Quyết định 1077/QĐ-TTg

ngày 07 tháng 7 năm 2014).

- Phương án 2: Điều tiết giữ nguyên mực nước hồ bằng mực

nước trước theo Quy trình liên hồ chứa của Thủ tướng Chính phủ

(Quyết định 1077/QĐ-TTg ngày 07 tháng 7 năm 2014), không hạ

mực nước hồ xuống đón lũ.

Bảng 4.6. Mực nước cao nhất trước lũ của các hồ

Hồ

Mực nước

hồ

Sông Ba Hạ

Sông Hinh

Krông H’Năng

103

207

252,5

Bảng 4.7. Mực nước đón lũ của các hồ

Hồ

Mực nước

hồ

Sông Ba Hạ

Sông Hinh

Krông H’Năng

102

204,5

251,5

Lưu ý: Khi vận hành theo phương án 1, vận hành hạ mực nước

để đón lũ là khi Trung tâm khí tượng thủy văn quốc gia dự báo có

bão khẩn cấp áp thấp nhiệt đới gần bờ hoặc có hình thế thời tiết khác

và có khả năng gây mưa, lũ trong vòng 24-48 giờ có khả năng ảnh

hưởng trực tiếp đến các địa phương trên lưu vực sông Ba, Trưởng

ban chỉ huy phòng, chống thiên tai tìm kiếm cứu nạn tỉnh Phú Yên

quyết định vận hành hồ. (Trích theo quy trình liên hồ tại Quyết định

1077/QĐ-TTg ngày 07 tháng 7 năm 2014).

16

Kết quả điều tiết các hồ chứa theo phương án 1

Hình 4.6. Vận hành điều tiết hồ chứa thủy điện Krông Hnăng với

phương án 1 bằng mô hình HEC-RESSIM

Hình 4.7. Vận hành điều tiết hồ chứa thủy điện sông Hinh

với phương án 1 bằng mô hình HEC-RESSIM

17

Hình 4.8. Vận hành điều tiết hồ chứa thủy điện sông Ba Hạ

với phương án 1 bằng mô hình HEC-RESSIM

Kết quả điều tiết các hồ chứa theo trường hợp 2

Hình 4.9. Vận hành điều tiết hồ chứa thủy điện Krông Hnăng với

phương án 2 bằng mô hình HEC-RESSIM

18

Hình 4.10. Vận hành điều tiết hồ chứa thủy điện sông Hinh

với phương án 2 bằng mô hình HEC-RESSIM

Hình 4.11. Vận hành điều tiết hồ chứa sông Ba Hạ

với phương án 2 bằng mô hình HEC-RESSIM