Xem mẫu
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019. ISBN: 978-604-82-2981-8
NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN BỒI LẮNG
HỒ CHỨA BẰNG MÔ HÌNH TOÁN
Đỗ Xuân Khánh1, Trần Kim Châu1, Phạm Thị Hương Lan1
1
Trường Đại học Thủy lợi, email: khanh.thuyluc@tlu.edu.vn
1. GIỚI THIỆU CHUNG vận chuyển dọc hồ bằng các mô hình 1 chiều
hoặc giả 2 chiều. So với các mô hình 2 chiều,
Hồ chứa là một công trình thủy lợi đặc
mô hình 1 chiều có nhiều hạn chế khi mô tả
biệt, có nhiệm vụ điều tiết nguồn nước đáp
quá trình bồi lắng theo không gian, tuy nhiên
ứng yêu cầu phát triển kinh tế xã hội của khu
chúng lại khả thi hơn khi xét đến thời gian mô
vực. Tuy nhiên rất nhiều hồ chứa, sau một
phỏng hồ chứa dài hạn. Tuy nhiên nếu chỉ áp
thời gian sử dụng đã bị bồi lắng mạnh, ảnh
dụng các mô hình thủy lực 1, 2 chiều thì vẫn
hưởng đến việc khai thác vận hành hồ. Sự bồi
chưa có thể mô phỏng được lượng bùn cátgia
lắng này không chỉ ảnh hưởng đến tuổi thọ
nhập từ khu giữa do xói mòn và sạt lở. Chính
và chức năng của hồ chứa mà còn kéo theo
lượng bùn cát nàyvốn bị chi phối mạnh bởi
rất nhiều hệ lụy khác về môi trường xã hội.
mưa và tình trạng sử dụng đấtlại có vai trò
Hiện nay có rất nhiều phương pháp tính
quyết định ảnh hưởng trực tiếp đến hiện tượng
toán bồi lắng hồ chứa, mỗi phương pháp đều
bồi lắng hồ chứa. Hiện nay, đặc biệt tại Việt
có những ưu nhược điểm riêng. Các phương
nam vẫn chưa có nhiều nghiên cứu về bồi lắng
pháp chính có thể kể đến phương pháp so sánh
hồ chứa khi xét đến đồng thời cả hai phương
thể tích qua việc đo đạc địa hình lòng hồ hàng
diện bùn cát dọc sông và bùn cát trên lưu vực.
năm (Levec và Skinner 2004 [1]), phương
Do vậy mục tiêu của nghiên cứu này là đề
pháp sử dụng phương trình kinh nghiệm mô tả
mối quan hệ giữa lưu lượng nước với phù sa xuất sử dụng đồng thời mô hình tính toán xói
(Mohammad và nnk. 2006 [2]), phương pháp mòn lưu vực (SWAT) và mô hình vận
sử dụng đồng vị phóng xạ (Krishnawami và chuyển bùn cát trong sông (HEC-RAS) để
nnk. 1971 [3]) và phương pháp sử dụng các tính toán bồi lắng hồ chứa. Phương pháp tính
mô hình toán (Mohammad và nnk 2016 [4]). toán này sẽ được áp dụng cho hồ chứa Đăk
Trong các phương pháp trên, phương pháp Uy trên lưu vực sông Sê San, Tây Nguyên.
mô hình toán được đánh giá là khá hiệu quả
khi xét đến chi phí tính toán và độ chính xác. 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Đặc biệt, phương pháp này rất thích hợp khi 2.1. Mô hình SWAT
sử dụng tại những khu vực không có hoặc có
ít số liệu đo đạc về khí tượng thủy văn. Các Mô hình SWAT được sử dụng để đánh giá
mô hình tiêu biểu cho xu hướng này có thể kể tác động của việc sử dụng đất và xói mòn lên
đến HEC6 (Phạm 2004 [5]) hay G-STARS một hệ thống lưu vực sông. Việc mô tả các
(Ahn và nnk. 2017 [6]) hay HEC-RAS và quá trình thủy văn được chia làm hai phần
MIKE 11 (Trần 2017 [7]). Việc lựa chọn mô bao gồm phần xảy ra trên lưu vực với các chu
hình tính toán phụ thuộc vào nhiều yếu tố bao trình thủy văn kiểm soát khối lượng nước,
gồm mục đích nghiên cứu và tình hình số liệu bùn cát được truyền tải tới các kênh dẫn
về địa hình, khí tượng thủy văn, vv… Trong chính và phần diễn toán dòng chảy, bùn cát
hầu hết các nghiên cứu trước đây lượng bùn trên hệ thống kênh tới mặt cắt cửa ra của lưu
cát đến hồ được tính toán chủ yếu từ quá trình vực (SWAT 2012 user’s manual [8]).
314
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019. ISBN: 978-604-82-2981-8
2.2. Mô hình HEC-RAS
Mô hình HEC-RAS là mô hình có khả năng
Đăk Glei
Tiểu lưu vực
.
Đăk Mốt
tính toán thủy lực và bùn cát chi tiết cho mạng
lưới sông kênh. Để xác định lượng vận chuyển
bùn cát trong sông HEC RAS cho phép 6 lựa
chọn công thức tính toán bao gồm các công Chú giải
Tiểu lưu vực
Trạm đo mưa
Trạm thủy văn
hồ Đăk Uy
thức của Ackers và White, Englund-Hansen, SwatLandUseClass(LandUse4)
Hồ chứa
Classes
Nước
WATR Đăk Mốt Kon plông
Laursen, Myer-Peter-Muller, Tofaleti, và Yang Đất nông nghiệp
AGRR
Cây công nghiệp
CORN
Đăk Tô
Đất rừng
FRST
sao cho phù với điều kiện bùn cát và thủy Cây bụi
COFF
Đất đô thị
URBN
Sa Thầy
0 5 10 20 30
UTM_48N
40
Kilometers
động lực của khu vực nghiên cứu (HEC-RAS
5.1 user’s manual [9]). Hình 2. Vị trí tiểu lưu vực Đak Mốt và
2.3. Sơ đồ tính toán bồi lắng hồ chứa tiểu lưu vực hồ Đăk Uy trong lưu vực Sêsan
DEM Bản đồ sử dụng đất Thổ nhưỡng Khí hậu Các trạm này đều có số liệu đo mưa tương
đối đầy đủ và bao trong một khoảng thời gian
SWAT
dài từ năm 1977 đến năm 2017. Trong số này
thì chỉ có trạm thủy văn Đăk Mốt có đồng
Lưu lượng bùn cat _Qsed (ton/ngày) thời số liệu đo đạc dòng chảy và bùn cát. Do
vậy, để xác định lưu lượng bùn cát đến hồ
Mặt cắt hồ chứa HEC-RAS
Đăk Uy, nghiên cứu trước tiên sẽ sử dụng số
Phân bố bùn liệu thực đo tại trạm Đăk Mốt để xác định các
cát dọc hồ chứa tham số của mô hình SWAT cho tiểu lưu vực
Đăk Mốt,sau đó sẽ áp dụng nguyên lý lưu
Hình 1. Sơ đồ tính toán vực tương tự cho lưu vực hồ Đăk Uy.
Hai mô hình SWAT và HEC-RAS sẽ được
3. KẾT QUẢ
chạy độc lập và nối tiếp nhau như mô tả trên
sơ đồ tính toán trong hình 1. Trước tiên mô Mô hình SWAT trước tiên sẽ được thiết lập
hình SWAT sẽ xét đến ảnh hưởng của các cho lưu vực Đăk Mốt dựa trên 3 bản đồ DEM
yếu tố khí hậu (mưa, nhiệt độ, độ ẩm, vv…), (https://earthexplorer.usgs.gov/), sử dụng đất
địa hình, sử dụng đất và thổ nhưỡng để xác (http://www.globallandcover.com/GLC30Do
định tổng lượng bùn cát từ lưu vực đến hồ. wnload/index.aspxnăm 2010) và thổ nhưỡng
Lượng bùn cát này được biểu diễn dưới dạng (sở TNMT 2014) cũng như các dữ liệu về khí
chuỗi thời gian với đơn vị tấn/ngày. Đây là hậu. Có thể thấy loại hình sử dụng đất phổ
những số liệu đầu vào cần thiết,được mô hình biến nhất trên lưu vực Đak Mốt là đất rừng
HEC-RAS sử dụng sau đó để mô tả sự vận chiếm tới 62% tổng diện tích lưu vực, sau đó
chuyển và phân bố bùn cát dọc hồ chứa theo là đất nông nghiệp với 23%, còn lại là các loại
thời gian. hình sử dụng đất khác như nước, đô thị…
Hình 3 mô tả kết quả mô phỏng dòng chảy
2.4. Khu vực nghiên cứu
bùn cát tại trạm Đăk Mốt khi so sánh với số
Hồ chứa Đăk Uyvới dung tích hữu ích liệu thực đo khi trình hiệu chỉnh (2005-2013)
khoảng 29 triệum3 nằm trên sông Đăk Uy là và kiểm định (2014-2016) mô hình. Việc lựa
nhánh cấp I của sông Krông Pô Cô. Hồ nằm chọn thời gian tính toán từ năm 2005 đến
trên phần thượng lưu của lưu vực sông Sê 2016 phụ thuộc vào số liệu thực đo bùn cát
San nơi xung quanh có các trạm khí tượng có sẵntại trạm Đăk Mốt. Mặt khác trong
thủy văn Đăk Glei, Đăk Mốt, Đăk Tô, Sa khoảng thời gian này, thượng ngồn của lưu
Thầy và Kon Plong (Hình 2). vực Đăk Mốt là tự nhiên chưa có sự can thiệp
315
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019. ISBN: 978-604-82-2981-8
của con người thông qua các công trình điều
tiết như hồ chứa. Kết quả cho thấy dòng chảy
bùn cát mô phỏng bằng mô hình SWAT có Qsedtb=10.023 ton
tương quan tốt so với kết quả quan trắc với
giá trị Nash đều lớn hơn 0.55.
Bảng 1 trình bày một số tham số chính của
lưu vực Đak Mốt. Các tham số này sau đó
được sử dụng để tính toán lượng bùn cát tới
hồ Đăk Uy theo nguyên lý lưu vực tương tự
bởi hai lưu vực này nằm gần nhau, có các điều
kiện về địa hình, thổ nhưỡng và sử dụng đất
tương tự nhau. Quan sát trên Hình 2 cho ta Hình 4. Lưu lượng bùn cát trung bình năm
thấy loại hình sử dụng đất chính trên lưu vực tới hồ Đăk Uy
Đak Uy là đất rừng, sau đó là đất nông nghiệp.
Hình 4 biểu diễn lưu lượng bùn cát tới hồ
theo năm từ 1999 đến 2017, lượng bùn cát
này biến động khá lớn trong khoảng từ 3000
đến khoảng 22000 tấn/năm. Giá trị trung bình
nhiều năm khoảng 10.023 tấn (Hình 4).
Bảng 1. Các tham số của lưu vực
CN2 Sol_AWC Sol_K USLE_ K
68 0.01 5 mm/hr 0.12 Hình 5. Phân bố bùn cát dọc hồ chứa
350000
Hiệu chỉnh Qsed_sim Qsed_obs
4. KẾT LUẬN
Lưu lượng bùn cát (ton)
300000
Kiểm định
250000 R2=0.71
200000
Nash=0.57 R2=0.79 Nghiên cứu đã đề xuất phương pháp tính
150000
Nash=0.72
toán bồi lắng hồ chứa bằng mô hình toán.
100000 Lượng bùn cát đến hồ được tính toán trên cả
50000 hai phương diện bùn cát lưu vưc được xác
0 định thông qua mô hình SWAT và bùn cát vận
chuyển dọc sông bằng mô hình HEC-RAS.
Thời gian (tháng) Kết quả áp dụng cho hồ Đăk Uy cho thấy tổng
lượng bùn cát đến hồ hàng năm là khoảng
Hình 3. So sánh bùn cát đo đạc và mô phỏng 10.023 tấn. Quá trình hình thành nêm bùn cát
Hình 5 miêu tả diễn biến bồi lắng hồ Đăk phát triển phức tạp. Nêm có xu hướng dịch
Uy theo thời gian. Quá trình bồi lắng diễn ra chuyển với tốc độ chậm dần về phía hạ lưu.
khá phức tạp. Trong khoảng 10 năm đầu, lòng
hồ xuất hiện cả quá trình bồi và xói ở vị trí phía 5. TÀI LIỆU THAM KHẢO
đuôi hồ. Sau 30 năm sau, bồi lắng trở thành xu [1] Trần Kim Châu 2017 “Tính toán bồi lắng
thế chính với sự xuất hiện của Nêm bùn cát hồ chứa của hệ thống thủy điện bậc thang
hình thành khoảng 2500m về phía thượng lưu thượng lưu sông Đà” Tạp chí khí tượng
đập. Xu thế bồi lắng vẫn tiếp tục sau 20 năm thủy văn, Vol. 6, pp- 50-56.
nữa nhưng với tốc độ nhỏ hơn. Theo thời gian, [2] SWAT 2012 User’s manual.
nêm bùn cát dâng cao và dịch chuyển chậm về [3] HEC-RAS 5.1 User’s manual.
phía hạ lưu, đến khoảng 90 năm sau nêm cát ở
vị trí cách đập khoảng 1000m.
316
nguon tai.lieu . vn
