- Trang Chủ
- Môi trường
- Sử dụng mô hình HEC-HMS mô phỏng các trận lũ thiết kế đến các hồ thủy điện trên hệ thống sông Vu Gia - Thu Bồn
Xem mẫu
- TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 5(78).2014 91
SỬ DỤNG MÔ HÌNH HEC-HMS MÔ PHỎNG CÁC TRẬN LŨ THIẾT KẾ
ĐẾN CÁC HỒ THỦY ĐIỆN TRÊN HỆ THỐNG SÔNG VU GIA - THU BỒN
USING HEC-HMS MODEL TO SIMULATE THE DESIGN FLOODS FOR HYDROPOWER
RESERVOIRS IN THE VUGIA- THUBON RIVER SYSTEM
Nguyễn Đăng Thạch, Nguyễn Thị Quỳnh Như
Trường Đại học Bách khoa; Email: ndthachdhbk@gmail.com
Trung tâm Dịch thuật - Đại học Ngoại ngữ
Tóm tắt: Các công trình thủy điện bậc thang trên hệ thống sông Abstract: Ladder hydropower constructions in the Vugia -
Vu Gia - Thu Bồn khi tính toán dòng chảy lũ thường tính theo mô Thubon River system are usually used to calculate flood flows
hình mưa 1 ngày max bằng các công thức kinh nghiệm để xác with maximum of1 day rainfall pattern by empirical formulas in
định đường quá trình lũ thiết kế. Thông qua các trận lũ lớn thực order to definite design flood process. Through real major floods
tế đã xảy ra trong thời gian gần đây do ảnh hưởng của biến đổi occurred in recent times under the effects of climate c hange, this
khí hậu, bài viết này tính dòng chảy lũ thiết kế của các lưu vực tự paper calculates design flood flows from natural basin to
nhiên đến các hồ chứa thủy điện với mô hình mưa gây lũ 5 ngày hydropower reservoirs with a maximum of 5 days rainfall pattern
max bằng mô hình HEC-HMS có xét đến tính hệ thống của các by HEC-HMS model that takes into account the systematic of
hồ chứa và có so sánh với số liệu của các công ty tư vấn. Kết reservoirs and comparison with data of design companies. The
quả tính bằng mô hình cho lưu lượng đỉnh lũ đến các hồ chứa result calculated by model for the flood - peak discharge of
nhỏ hơn số liệu thiết kế nhưng lưu lượng đỉnh lũ của thủy điện A reservoirs is smaller than the design data but the flood - peak
Vương tính bằng mô hình lại lớn hơn.. discharge calculated by model of A Vuong reservoir is larger.
Từ khóa: Công trình thủy điện bậc thang; Đường quá trình lũ Key words: Ladder hydropower constructions; Design flood
thiết kế; Mô hình mưa 5 ngày max; Mô hình HEC-HMS; Lưu process; Maximum 5 days rainfall pattern; HEC-HMS model;
lượng đỉnh lũ; Flood - peak discharge;
1. Đặt vấn đề Vu Gia - Thu Bồn. Bộ thông số mô hình HEC-HMS đã
được hiệu chỉnh và kiểm định, theo trận lũ thực đo năm
Trong các Dự án đầu tư công trình thủy điện trên hệ
2007 và 2009 tại trạm thủy văn Thành Mỹ (Vu Gia) và
thống sông Vu Gia - Thu Bồn, để xác định đường quá
Nông Sơn (Thu Bồn).[2]&[4]
trình lũ thiết kế, các đơn vị tư vấn thường sử dụng công
thức kinh nghiệm tính theo lượng mưa 1 ngày max. Qua 2. Kết quả nghiên cứu và khảo sát:
kết quả thống kê các trận lũ lớn đã xảy ra trên hệ thống Dùng tài liệu mưa giờ thực đo của các trạm đo mưa:
sông Vu Gia - Thu Bồn và các sông suối khác ở miền Hiên, Khâm Đức, Thành Mỹ, Ái Nghĩa, Trà My, Nông
Trung, các trận mưa gây lũ thường là trận mưa 5 ngày Sơn trong trận lũ năm 2010 là trận mưa 5 ngày điển hình,
max nên bài viết chọn mô hình mưa gây lũ là mô hình bài viết tiến hành thu phóng mô hình mưa 5 ngày max
mưa 5 ngày max và sử dụng mô hình HEC- HMS để mô thiết kế của các trạm để mô phỏng đường quá trình lũ đến
phỏng các trận lũ thiết kế đến các hồ thủy điện trên sông các hồ chứa thủy điện.
Bảng 1. Lượng mưa 5 ngày max thiết kế của các trạm đo mưa [3]
Trạm N Xtb (mm) Cv Cs 0.02% 0.10% 0.20% 0.50% 1%
Hiên 21 475.7 0.67 2.23 3164.7 2454.6 2215.9 1469.9 1365.0
Khâm Đức 22 456.3 0.47 1.25 1826.1 1502.9 1395.6 1250.3 1136.2
Thành Mỹ 23 433.4 0.58 1.78 2314.2 1844.1 1687.7 1490.9 1321.9
Ái Nghĩa 25 460.2 0.51 2.46 2551.4 1983.2 1795.7 1578.5 1380.6
Trà My 23 628.7 0.38 1.06 2043.7 1721.0 1621.6 1477.4 1358.0
Tiên Phước 22 579.6 0.47 1.4 2397.1 1966.2 1821.8 1622.9 1472.2
Nông Sơn 25 498 0.48 1.64 2214.8 1794.1 1655.9 1459.1 1314.7
2.1. Kết quả 1:
Mô hình mưa gây lũ thiết kế của các trạm đo mưa như
sau:
- 92 Trần Thanh Sơn
X (mm)
X (mm) MÔ HÌNH MƯA 5 NGÀY MAX TRẠM HIÊN MÔ HÌNH MƯA 5 NGÀY MAX TRẠM TRÀ MY
350.0 120.0
p=0,1% p=0,1%
300.0 p=0,2% 100.0 p=0,2%
p=0,3% p=0,5%
250.0
p=1,0% 80.0 p=1,0%
200.0
60.0
150.0
40.0
100.0
20.0 T (giờ)
50.0
T (giờ) 0.0
0.0 1 10 19 28 37 46 55 64 73 82 91 100 109 118
1 10 19 28 37 46 55 64 73 82 91 100 109 118
Hình 5. Mô hình mưa 5 ngày max trạm Trà My
Hình 1. Mô hình mưa 5 ngày max trạm Hiên
X (mm) MÔ HÌNH MƯA 5 NGÀY MAX TRẠM TIÊN PHƯỚC
X (mm) MÔ HÌNH MƯA 5 NGÀY MAX TRẠM KHÂM ĐỨC
180.0
80.0 p=0,1%
p=0,1% 160.0
p=0,2%
70.0 p=0,2% 140.0 p=0,5%
60.0 p=0,5% 120.0 p=1,0%
50.0 p=1,0% 100.0
40.0 80.0
30.0 60.0
40.0
20.0
T (giờ) 20.0 T (giờ)
10.0
0.0
0.0 1 9 17 25 33 41 49 57 65 73 81 89 97 105 113
1 9 17 25 33 41 49 57 65 73 81 89 97 105 113
Hình 6. Mô hình mưa 5 ngày max trạm Tiên Phước
Hình 2. Mô hình mưa 5 ngày max trạm Khâm Đức
X (mm) MÔ HÌNH MƯA 5 NGÀY MAX TRẠM NÔNG S ƠN
X (mm)
MÔ HÌNH MƯA 5 NGÀY MAX TRẠM THÀNH MỸ 120.0
160.0
p=0,1% 100.0 p=0,1%
140.0 p=0,2% p=0,2%
120.0 p=0,5% 80.0 p=0,5%
p=1,0% p=1,0%
100.0 60.0
80.0
40.0
60.0
20.0
40.0 T (giờ)
20.0
T (giờ)
0.0
0.0
1 10 19 28 37 46 55 64 73 82 91 100 109 118
1 10 19 28 37 46 55 64 73 82 91 100 109 118
Hình 7. Mô hình mưa 5 ngày max trạm Nông Sơn
Hình 3. Mô hình mưa 5 ngày max trạm Thành Mỹ
2.2. Kết quả 2: Mô phỏng đường quá trình lũ theo các
X (mm) MÔ HÌNH MƯA 5 NGÀY MAX TRẠM ÁI NGHĨA tần suất thiết kế.
200.0
p=0,1%
Căn cứ trận mưa 5 ngày max theo tần suất thiết kế đã
180.0
p=0,2%
được xác định, bài viết mô phỏng các trận lũ đến các hồ chứa
160.0
p=0,5% thủy điện trên lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn bằng mô hình
140.0
p=1,0% HEC- HMS. Bộ thông số của mô hình HEC-HMS đã được
120.0
hiệu chỉnh và kiểm định, theo trận lũ thực đo năm 2007 và
100.0
2009 tại trạm thủy văn Thành Mỹ (sông Vu Gia) và Nông
80.0
Sơn (sông Thu Bồn), có hệ số tương quan r từ 0,80 đến 0,98
60.0
> 0,80 và chỉ số Nash R2 từ 0,90 đến 0,95> 0,90.[2]&[4]
40.0
20.0 Các đường quá trình lũ thiết kế tại các hồ chứa thủy
T (giờ)
0.0 điện trên hệ thống sông Vu Gia -Thu Bồn1- gồm các hồ
1 10 19 28 37 46 55 64 73 82 91 100 109 118
Hình 4. Mô hình mưa 5 ngày max trạm Ái Nghĩa 1
Theo sơ đồ hệ thống thủy điện bậc thang đã được Thủ tướng
phê duyệt trong Quy hoạch điện VI và Quy hoạch điện VII.
- TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 5(78).2014 93
chứa thủy điện: Đăk Mi1, Đăk Mi 4, Sông Bung 2, Sông ĐƯỜNG QUÁ TRÌNH LŨ THIẾT KẾ ĐẾN
Bung 4, A Vương 1, Sông Bung 5 và Sông Côn 2 (trên Q (m3/s)
HỒ ĐĂK MI 4
lưu vực sông Vu Gia) và hồ chứa thủy điện Sông Tranh 2 7000
p = 0,1%
(trên lưu vực sông Thu Bồn) [2]- được mô phỏng như 6000 p = 0,2%
sau: p = 0,5%
5000
p = 0,6 %
4000
3000
2000
1000
Thời gian ( giờ)
0
1 10 19 28 37 46 55 64 73 82 91 100 109 118
Hình 11. Đường quá trình lũ thiết kế hồ Đăk Mi 4
ĐƯỜNG QUÁ TRÌNH LŨ THIẾT KẾ ĐẾN HỒ
Q (m3/s) SÔNG BUNG 2
4000
p = 0,1%
Hình 8. Công trình thủy điện lớn trên sông Vu Gia 3500 p = 0,2%
p = 0,5%
3000
p = 1,0%
2500
2000
1500
1000
500 Thời gian (giờ)
0
1 10 19 28 37 46 55 64 73 82 91 100 109 118
Hình 12. Đường quá trình lũ thiết kế hồ S Bung 2
ĐƯỜNG QUÁ TRÌNH LŨ THIẾT KẾ ĐẾN HỒ SÔNG BUNG 4
12000
p = 0,1%
Hình 9. Công trình thủy điện lớn trên sông Thu Bồn 10000 p = 0,2%
p= 0,5%
Qua kết quả tính toán từ mô hình HEC-HMS, các 8000 p = 1,0%
đường quá trình lũ thiết kế đến các hồ chứa thủy điện đều
có trên hai đỉnh lũ; hình dạng lũ và thời gian xuất hiện 6000
đỉnh lũ khác nhau. 4000
ĐƯỜNG QUÁ TRÌNH LŨ THIẾT KẾ ĐẾN 2000
Q (m 3/s ) Thời gian (giờ)
HỒ ĐĂK MI 1
3500 0
p=0,1% 1 10 19 28 37 46 55 64 73 82 91 100 109 118
3000 p=0,2%
2500
p=0,5%
Hình 13. Đường quá trình lũ thiết kế hồ S Bung4
p=1,0%
2000
ĐƯỜNG QUÁ TRÌNH LŨ THIẾT KẾ ĐẾN HỒ
1500 A VƯƠNG 1
12000 p = 0,1%
1000
p = 0,2%
10000
500 p = 0,5%
Thời gian (giờ)
0 8000 p = 1,0%
1 10 19 28 37 46 55 64 73 82 91 100 109 118
6000
Hình 10. Đường quá trình lũ thiết kế hồ Đăk Mi 1 4000
2000
Thời gian (giờ)
0
1 8 15 22 29 36 43 50 57 64 71 78 85 92 99 106 113 120
Hình 14. Đường quá trình lũ thiết kế hồ A Vương 1
- 94 Trần Thanh Sơn
ĐƯỜNG QUÁ TRÌNH LŨ THIẾT KẾ ĐẾN HỒ 2.3. Kết quả 3: Lưu lượng, mô đuyn đỉnh lũ max và
Q(m3/s)
SÔNG BUNG 5 thời gian xuất hiện đỉnh lũ theo các tần suất thiết kế.
3000
p= 0,1% ĐƯỜNG QUÁ TRÌNH LŨ THIẾT KẾ ĐỀN HỒ
p = 0,2% Q (m3/s) SÔNG TRANH 2
2500
p = 0,5% 10000
p = 0,1%
2000 p = 1,0% 9000 p= 0,2%
8000 p= 0,5%
1500
7000 p= 1,0%
6000
1000
5000
500 4000
Thời gian (giờ) 3000
0
2000
1 10 19 28 37 46 55 64 73 82 91 100 109 118
1000 Thời gian (giờ)
Hình 15. Đường quá trình lũ thiết kế hồ Sông Bung 5 0
1 11 21 31 41 51 61 71 81 91 101 111
ĐƯỜNG QUÁ TRÌNH LŨ THIẾT KẾ ĐẾN HỒ Hình 17. Đường quá trình lũ thiết kế hồ S. Tranh 2
Q (m3/s)
SÔNG CÔN 2
3500
p = 0,1% Từ kết quả mô phỏng đường quá trình lũ của mô hình
3000 p = 0,2% HEC-HMS, các đặc trưng chủ yếu của các trận lũ thiết kế
p = 0,5% được xác định như sau:
2500 p= 1,0%
2000
1500
1000
500
Thời gian (giờ)
0
1 10 19 28 37 46 55 64 73 82 91 100 109 118
Hình 16. Đường quá trình lũ thiết kế hồ Sông Côn 2
Bảng 2. Đặc trưng dòng chảy lũ thiết kế của lưu vực tự nhiên đến các hồ chứa
Tần Thông Đơn Đăk Đăk Sông Sông A Sông Sông Sông
suất số vị Mi 1 Mi 4 Bung 2 Bung 4 Vương 1 Bung 5 Côn 2 Tranh 2
F Km2 403 722 337 1130 682 230 248 1100
3
Q max m /s 3120.9 6215.1 3488.5 10765.8 10718.7 2450.6 3135.9 9347.6
0,1% W max 106 m3 481.66 947.21 733.34 2,261.99 1,968.44 512.53 629.94 1,823.82
M max m3/s-km2 7.74 8.61 10.35 9.53 15.72 10.65 12.64 8.50
T lên giờ 81 81 31 31 63 79 29 80
Q max m3/s 2863.0 5690.5 3147.3 9751.9 9653.9 2222.9 2826.3 8719.5
6 3
0,2% W max 10 m 440.83 865.92 661.89 2,050.33 1,770.13 463.30 567.57 1,688.00
M max m3/s-km2 7.10 7.88 9.34 6.73 14.16 9.66 11.40 7.93
T lên giờ 81 80 31 31 63 79 29 80
Q max m3/s 2514.8 4985.2 2387.2 7836.1 6333.6 1731.1 1983.4 7828.5
0,5% W max 106 m3 385.94 756.16 482.55 1,589.35 1,153.25 348.31 396.92 1,519.54
M max m3/s-km2 6.24 6.90 7.08 5.41 9.29 7.53 8.00 7.12
T lên giờ 81 81 80 80 63 79 29 80
Q max m3/s 2242.2 4435.4 2155.4 7032.6 5868.5 1555.5 1806.7 7095.8
1,0% W max 106 m3 343.16 671.72 437.43 1,427.07 1,066.75 313.81 361.72 1,373.45
M max m3/s-km2 5.56 6.14 6.40 4.86 8.60 6.76 7.29 6.45
T lên giờ 81 81 80 80 63 79 29 80
- TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 5(78).2014 95
3. Bàn luận tự nhiên bằng mô hình nhỏ hơn so với số liệu tư vấn đối
với hồ sông Bung 2 nhưng lớn hơn so với hồ A Vương 1
So sánh kết quả tính toán dòng chảy lũ bằng mô hình
nên cần kiểm tra khả năng xả lũ của hồ A Vương 1 đối
HEC-HMS với số liệu tính toán dòng chảy lũ thiết kế của
với lũ kiểm tra.
đơn vị tư vấn (theo phương pháp truyền thống) trên lưu
vực tự nhiên của các hồ chứa Sông Bung 2 (QmaxP=0,1%=, Các hồ chứa hạ lưu trong hệ thống bậc thang, ngoài
5630 m3/s, QmaxP=0,5%=, 4460 m3/s) và A Vương 1 dòng chảy lũ của lưu vực tự nhiên chảy về, cần phải tính
(QmaxP=0,1%=, 7120 m3/s, QmaxP=0,5%=, 5720 m3/s) có thể thêm lưu lượng xả lũ của hồ ở thượng lưu đổ xuống,
nhận thấy số liệu thiết kế nhỏ hơn số liệu tính toán từ mô thông qua bài toán điều tiết lũ của hồ thượng lưu.
hình. Sai số có thể do những nguyên nhân sau:
Tài liệu tham khảo
- Mô hình HEC-HMS tính lũ theo trận mưa 5 ngày
max trong khi đơn vị thiết kế sử dụng công thức kinh [1] Nguyễn Đăng Thạch (2010), Nghiên cứu ảnh hưởng của các công
nghiệm với trận mưa 1 ngày max. trình thủy lợi - thủy điện trên hệ thống sông Vu Gia - Thu Bồn đến
nhu cầu dùng nước ở hạ lưu: Thành phố Đà Nẵng, Đề tài khoa học
- Tuy lượng mưa năm của trạm Hiên nhỏ hơn các trạm công nghệ cấp Bộ, Mã số B2009-TDA 01-04-TRIG.
khác nhưng lượng mưa 5 ngày max trong mùa mưa lũ của [2] Nguyễn Đăng Thạch, Nguyễn Thị Quỳnh Như (2013), Nghiên cứu
trạm này lại lớn hơn cả trạm Thành Mỹ và Khâm Đức quy trình vận hành hợp lý các hồ chứa thủy điện bậc thang trên hệ
(Bảng 1). Theo số liệu thực đo trong trận lũ năm 2009, thống sông Vu Gia - Thu Bồn trong mùa mưa lũ, nhằm giảm thiểu
ngập lụt ở hạ lưu, Đề tài khoa học công nghệ cấp Đại học Đà Nẵng,
lượng mưa tại trạm Hiên đạt 631,2mm trong khi trạm Mã số Đ2012-02-38.
Thành Mỹ là 503,6 mm và trạm Khâm Đức là 572 mm. [3] Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn tỉnh Quảng Nam, Đặc điểm
thủy văn tỉnh Quảng Nam, 2001.
4. Kết luận
[4] Nguyễn Đăng Thạch, Tô Thúy Nga, “ Sử dụng mô hình HEC-HMS
Qua sử dụng mô hình HEC-HMS với các trận mưa 5 tính toán dòng chảy lũ trên lưu vực trạm thủy văn Thành Mỹ ”, Tạp
ngày max, bài viết đã xác định được đường quá trình lũ chí Khoa học & Công nghệ, Số 5[66], Đại học Đà Nẵng, 2013, Số
thiết kế từ các lưu vực tự nhiên đến các hồ chứa thủy điện trang: 6 (từ trang 50 đến trang 55).
bậc thang trên hệ thống sông Vu Gia - Thu Bồn cùng các [5] Hydrologic Engineering Center, Hydrologic Modeling System
đặc trưng chủ yếu như Qmaxp, Wmaxp, T lũ và Mmaxp HEC-HMS, USA Army Corps of Engineers, 2010.
Kết quả tính toán lưu lượng đỉnh lũ Qmaxp của lưu vực
(BBT nhận bài: 13/12/2013, phản biện xong: 04/04/2014)
nguon tai.lieu . vn
