- Trang Chủ
- Môi trường
- Ứng dụng mô hình HEC-RESSIM tính toán điều tiết cấp nước lưu vực hồ Dầu Tiếng
Xem mẫu
- Hội nghị Khoa học Công nghệ lần thứ 4 - SEMREGG 2018
ỨNG DỤNG MÔ HÌNH HEC-RESSIM T NH TOÁN ĐIỀU TIẾT
CẤP NƯỚC LƯU VỰC HỒ DẦU TIẾNG
Phan Thị Thùy Dƣơng1,*, Vũ Thị Vân Anh1, Vũ Hải Sơn2
1
Khoa Khí tượng thủy văn và Biến đổi khí hậu, Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường TP. HCM
2
Bộ môn Kỹ thuật Tài nguyên nước và Môi trường, Trường Đại học Thủy lợi - Cơ sở 2
*
Email: pttduong@hcmunre.edu.vn
TÓM TẮT
Bài báo sử dụng mô hình HEC-HMS để mô phỏng dòng chảy từ mưa đến hồ Dầu Tiếng và mô
hình HEC-ResSim để tính toán điều tiết hồ Dầu Tiếng nhằm xem xét khả năng cấp nước của hồ để
đáp ứng yêu cầu cấp nước cho hạ du. Kết quả mô phỏng được dòng chảy từ mưa đến hồ Dầu Tiếng
và đường quá trình lưu lượng điều tiết cấp nước hạ lưu hồ Dầu Tiếng thông qua biểu đồ điều phối
của hồ, cho thấy hồ đảm bảo cấp nước ứng với nhu cầu đã xác định vào các tháng trong năm, trừ
các tháng đầu và cuối mùa kiệt (XII, I và V) nhu cầu nước lớn hơn nhiều so với lưu lượng nước ra
khỏi hồ.
Từ khóa: điều tiết cấp nước, HEC-HMS, HEC-ResSim, hồ Dầu Tiếng, lưu vực sông Sài Gòn.
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Lưu vực sông Sài Gòn thuộc lưu vực sông Sài Gòn - Đồng Nai và vùng phụ cận ven biển (gọi
tắt là lưu vực sông Sài Gòn - Đồng Nai) nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, có lưu vực tích
thủy đi từ vùng cao nguyên Tây Nguyên đến hết đồng bằng miền Đông Nam Bộ. Sông Sài Gòn bắt
nguồn từ Krache - Campuchia, ở độ cao trên 200 m so với mực nước biển, chảy đến hồ Dầu Tiếng
(tỉnh Tây Ninh), sau đó chảy ngang địa phận tỉnh Bình Dương đến Thành phố Hồ Chí Minh và sau
cùng hợp lưu với sông Đồng Nai tại Mũi Đèn Đỏ (Nhà Bè). Chiều dài sông từ thượng nguồn đến
Mũi Đèn Đỏ khoảng 280 km, độ dốc trung bình của sông là 0,69 %, hệ số uốn khúc 2,27, lưu lượng
vào mùa kiệt là 6 m3/s và lưu lượng trung bình là 69 m3/s. Về khí hậu có sự phân dị mạnh mẽ về
lượng mưa (từ 800-1200 mm đến 2800-3200 mm trong năm), tập trung vào 6 tháng mùa mưa (tháng
V-IX), lượng bốc hơi mạnh từ 800-1200 mm/năm, có những tháng thiếu ẩm nghiêm trọng.[2]
Hình 1. Lưu vực sông Sài Gòn - Đồng Nai.[4]
507
- The fourth Scientific Conference - SEMREGG 2018
Hồ Dầu Tiếng là hệ thống thủy lợi lớn nhất khu vực Đông Nam Bộ, được khởi công xây dựng
vào ngày 29/4/1981 và hoàn thành vào ngày 10/01/1985 ở thượng lưu sông Sài Gòn, tại ngã ba Dầu
Tiếng, huyện Dầu Tiếng, tỉnh Bình Dương. Hiện năng lực của hồ đạt hơn 67.400 ha/vụ cho trong và
ngoài tỉnh, đồng thời giúp đẩy mặn, ngọt hóa vùng hạ du sông Sài Gòn, sông Vàm Cỏ Đông, gián
tiếp phục vụ sản xuất nông nghiệp cho hơn 32.000 ha trong lưu vực. Các thông số của hồ Dầu Tiếng
được thể hiện ở Bảng 1. [2]
Bảng 1. Các thông số hồ Dầu Tiếng[2]
Đặc trưng Đơn vị Dầu Tiếng
Diện tích lưu vực km2 2700
3
Qtb m /s 60,62
MNDGC m 25,1
MNTL m 21,45
MNDBT m 24,4
MNC m 17
6 3
V MNDBT 10 m 1580
6 3
Vc 10 m 470
6 3
Vhi 10 m 1110
F MNDBT km2 270
3
Qmax TB m /s 60
Cao trình đỉnh tràn m 14
B tràn m 60
Số khoang 6(10x6)
Số khoang 6
B mỗi khoang (m) m 10
H khoang m 11,1
3
Q tràn max m /s 2800
Tình trạng Đã có
Năm xây dựng 1985
Tuy nhiên trong những năm trở lại đây do những thay đổi về việc khai thác nguồn nước và hệ
canh tác, sự gia tăng nhu cầu nước ở hạ lưu hồ Dầu Tiếng do gia tăng diện tích canh tác nông
nghiệp, công nghiệp, sinh hoạt và đẩy mặn cho hạ lưu sông Sài Gòn; cũng như có sự tác động về
biến đổi khí hậu trong các năm qua nên lượng nước của hệ thống cần được tính toán đánh giá lại để
đáp ứng nhu cầu nước cho hạ du.
Bài báo tập trung nghiên cứu mô phỏng dòng chảy đến hồ Dầu Tiếng bằng mô hình HEC-
HMS và tính toán điều tiết cấp nước hồ Dầu Tiếng với tần suất thiết kế dòng chảy đến hồ 85% và
các thông số mực nước thiết kế của hồ bằng mô hình HEC-ResSim.
508
- Hội nghị Khoa học Công nghệ lần thứ 4 - SEMREGG 2018
2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Số liệu
Để tính toán điều tiết cấp nước hồ Dầu Tiếng, tác giả sử dụng chuỗi số liệu mưa bốc hơi và lưu
lượng thực đo để hiệu chỉnh và kiểm định mô hình mô phỏng dòng chảy đến hồ Dầu Tiếng, các
thông số kỹ thuật của hồ chứa và nhu cầu dùng nước.
Số liệu mưa ngày từ năm 1985 - 2011 của 3 trạm Lộc Ninh, Bình Long, Dầu Tiếng.[5]
Số liệu bốc hơi trung bình lưu vực hồ Dầu Tiếng từ năm 1985 - 2007.[5]
Số liệu dòng chảy trung bình lưu vực hồ Dầu Tiếng từ năm 2001 - 2007.[5]
Dữ liệu DEM lưu vực hồ Dầu Tiếng có độ phân giải không gian 30m.[5]
2.2. Mô ph ng dòng chảy đến hồ Dầu Tiếng từ số liệu mƣa
2.2.1 Thiết lập mô hình
Khi áp dụng mô hình, để đảm bảo tính chính xác cần phân chia lưu vực thành các tiểu lưu vực,
có lượng mưa phân bố tương đối đồng đều. Căn cứ vào điều kiện địa hình, đặc điểm mưa, mạng
lưới quan trắc và yêu cầu bài toán, sử dụng phần mềm ArcGIS và công cụ HEC-GeoHMS xử lý
DEM và phân chia lưu vực hồ Dầu Tiếng thành 6 tiểu lưu vực.
Mô hình chỉ chạy được khi các bộ phận của lưu vực được kết nối thành một hệ thống mạng
lưới. Theo cách chia này, đối với lưu vực hồ Dầu Tiếng gồm có 6 lưu vực, 3 đoạn sông, 3 hợp lưu.
Sơ đồ kết nối hệ thống như hình 2.
Hình 2. Sơ đồ mô phỏng hệ thống lưu vực hồ Dầu Tiếng trong mô hình HEC-HMS.
2.2.2 iệu chỉnh m h nh
Số liệu dùng để hiệu chỉnh mô hình gồm
Số liệu mưa ngày từ ngày 01/01/2002 đến ngày 31/12/2002 của 3 trạm Bình Long, Dầu
Tiếng, Lộc Ninh;
Số liệu lưu lượng ngày thực đo từ ngày 01/01/2002 đến ngày 31/12/2002 lưu vực hồ
Dầu Tiếng;
Số liệu bốc hơi ngày từ ngày 01/01/2002 đến ngày 31/12/2002 lưu vực hồ Dầu Tiếng.
509
- The fourth Scientific Conference - SEMREGG 2018
Hình 3. Đường quá trình lưu lượng tính toán và thực đo năm hiệu chỉnh.
Kết quả hiệu chỉnh mô hình được hệ số Nash = 0,71.
2.2.3 Kiểm định mô hình
Số liệu dùng để kiểm định mô hình gồm
Số liệu mưa ngày thực đo từ ngày 01/01/2007 đến ngày 31/12/2007 của 3 trạm Bình Long,
Dầu Tiếng, Lộc Ninh;
Số liệu lưu lượng ngày thực đo từ ngày 01/01/2007 đến ngày 31/12/2007 lưu vực hồ
Dầu Tiếng;
Số liệu bốc hơi ngày từ ngày 01/01/2007 đến ngày 31/12/2007 lưu vực hồ Dầu Tiếng.
Hình 4. Đường quá trình lưu lượng tính toán và thực đo năm kiểm định.
Kết quả kiểm định mô hình được hệ số Nash = 0,69.
2.3. Tính toán điều tiết hồ Dầu Tiếng nhằm xem xét khả năng cấp nƣớc của hồ để đáp ứng yêu
cầu cấp nƣớc cho hạ du
Để tính toán điều tiết cấp nước hồ Dầu Tiếng, tác giả sử dụng mô hình HEC-ResSim do Trung
tâm Thủy văn công trình Hoa Kỳ phát triển từ mô hình HEC-5 để thiết lập và mô phỏng. Mô hình
này được đánh giá có độ tin cậy cao, dễ thao tác và được sử dụng rộng rãi trên thế giới.
510
- Hội nghị Khoa học Công nghệ lần thứ 4 - SEMREGG 2018
Hình 5. Sơ đồ hồ chứa Dầu Tiếng trên HEC-ResSim.
Các số liệu đầu vào được đưa vào mô hình thể hiện qua biểu đồ điều phối của hồ chứa.
Hình 6. Biểu đồ điều phối hồ Dầu Tiếng thể hiện trên mô hình HEC-ResSim.
Trong biểu đồ điều phối:
Vùng B là vùng cấp nước bình thường nằm giữa đường (1) và đường (2). Tại thời điểm t2
nào đó dung tích hồ tương ứng với điểm B2 rơi vào vùng này thì hồ chứa cấp nước bình thường, tức
là hồ chứa chỉ cấp nước theo yêu cầu thiết kế (qc=q) để đảm bảo không xảy ra tình trạng thiếu nước
cho những thời đoạn tiếp theo.
Vùng A là vùng hạn chế cấp nước nằm giữa đường (1) và trục hoành. Tại thời điểm t2 nào
đó dung tích hồ ứng với điểm B1 rơi vào vùng này thì hồ chứa phải hạn chế cấp nước, tức hồ không
thể cấp nước theo yêu cầu thiết kế để không xảy ra tình trạng quá thiếu nước cho những giai đoạn
tiếp theo.
Vùng C là vùng gia tăng cấp nước giữa đường (3) và đường (2) và đường thẳng ngang với
mực nước siêu cao Hsc. Tại thời điểm t3 nào đó dung tích hồ tương ứng với điểm C3 rơi vào vùng
này thì hồ chứa có thể gia tăng cấp nước, tức là hồ chứa có thể cấp nước lớn hơn yêu cầu thiết kế (qc
> q) mà không sợ xảy ra tình trạng thiếu nước cho những thời đoạn tiếp theo.
Vùng D là vùng xả lũ bình thường nằm giữa vùng (3) và mực nước siêu cao Hsc. Tại thời
điểm t1 nào đó ứng với dung tích hồ tương ứng với điểm E1 rơi vào vùng này thì hồ chứa phải xả lũ
511
- The fourth Scientific Conference - SEMREGG 2018
qua công trình xả lũ để đưa mực nước hồ về đường (3) nhằm đảm bảo an toàn cho công trình. Vì
mực nước hồ vẫn nằm dưới mực nước siêu cao nên quá trình xả lũ tiến hành theo đường quá trình
xả lũ thiết kế nên gọi là vùng xả lũ bình thường.
Vùng E là vùng xả lũ khẩn cấp nằm giữa đường mực nước siêu cao Hsc và đường thẳng
ngang với cao trình đỉnh đập. Tại thời điểm t1 nào đó dung tích hồ tương ứng với điểm F rơi vào
vùng này thì hồ chứa phải xả lũ khẩn cấp, tức là phải xả lũ lớn hơn quá trình xả thiết kế. Trong
trường hợp này tràn sự cố của hồ chứa phải làm việc để đảm bảo an toàn cho công trình (mực nước
hồ không được vượt cao trình đỉnh đập).[1]
3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Kết quả khôi phục dòng chảy từ mƣa
Sử dụng tài liệu phân phối mưa ngày thiết kế ứng với tần suất Ptk = 85 % của ba trạm Bình
Long, Dầu Tiếng và Lộc Ninh đã tính toán ở trên đưa vào mô hình để chạy mô phỏng ra dòng chảy
đến lưu vực hồ Dầu Tiếng ứng với tần suất thiết kế Ptk = 85 %.
Kết quả mô phòng dòng chảy đến lưu vực hồ Dầu Tiếng được trích xuất từ phần mềm HEC-
DSS.
Hình 7. Kết quả dòng chảy đến lưu vực hồ Dầu Tiếng.
3.2. Kết quả và thảo luận điều tiết hồ chứa Dầu Tiếng phục vụ cấp nƣớc cho hạ du
Theo biểu đồ mực nước hình 8, cao trình mực nước hồ trong suốt quá trình vận hành điều tiết
cấp nước vẫn duy trì ở mức dưới mực nước dâng bình thường.
Vào tháng V cao trình mực nước hồ nằm ở mực nước chết do sau mùa kiệt (tháng XII đến
tháng IV) hồ vẫn chưa tích đủ nước.
Thời kỳ mùa lũ (tháng VII đến tháng X), mực nước hồ vượt quá đường phòng phá hoại, tuy
nhiên vẫn nằm dưới đường mực nước dâng bình thường - mực nước hồ nằm ở vùng C là vùng gia
tăng cấp nước.
Thời kỳ cuối mùa lũ đầu mùa kiệt (tháng XI đến tháng I), mực nước hồ duy trì ở mức giữa
đường hạn chế cấp nước và đường phòng phá hoại, lúc này hồ đã tích đủ nước -tương ứng với vùng
B trên biểu đồ điều phối - là vùng cấp nước bình thường, chứng tỏ hồ chứa có khả năng cấp nước
theo lưu lượng thiết kế. Tất nhiên với quyết định cho hồ chứa hoạt động với trạng thái thiết kế vẫn
có thể xảy ra tình trạng thừa nước hoặc thiếu nước ở thời đoạn kế tiếp tùy thuộc vào lượng nước đến
ở thời đoạn sau. Tuy nhiên vào thời kỳ giữa cuối mùa kiệt (từ tháng II đến tháng IV), mực nước hồ
512
- Hội nghị Khoa học Công nghệ lần thứ 4 - SEMREGG 2018
cao hơn đường phòng phá hoại - tương ứng vùng C trên biểu đồ điều phối - là vùng gia tăng cấp
nước, chứng tỏ hồ chứa có khả năng cấp nước gia tăng.
Lưu lượng xả lớn nhất là 36 m3/s, xả vào hai giai đoạn khi mực nước hồ cao hơn đường phòng
phá hoại (từ ngày 8/VII - 22/X và từ ngày 2/II - 30/IV), đảm bảo theo quy trình vận hành hồ Dầu
Tiếng - lưu lượng xả tối đa không quá 200 m3/s trong điều kiện thời tiết bình thường.
Vùng C Vùng B
Vùng A
Hình 8. Biểu đồ mực nước và lưu lượng xả hồ Dầu Tiếng.
Bên cạnh đó cần phải xét đến khả năng đáp ứng nhu cầu nước giữa lưu lượng nước ra và nhu
cầu nước yêu cầu, được thể hiện qua biểu đồ hình 8.
Bảng 2. Lưu lượng nước ra và nhu cầu nước
trong các tháng
BIỂU ĐỒ QUAN HỆ GIỮA
Lưu lượng nước ra Nhu cầu nước LƢU LƢỢNG
Tháng
(m3/s) (m3/s) NƢỚC RA VÀ NHU CẦU NƢỚC
V 26,84 55,34 200.00
VI 53,91 16,45
Lưu lượng (m3/s)
150.00
VII 122,65 16,56 Lưu lượng
VIII 167,91 14,3 100.00 nước ra
(m3/s)
IX 162,03 3,13 50.00
X 138,78 3,39 Nhu cầu
0.00 nước (m3/s)
XI 23,42 5,87
V
VIII
XI
II
XII 5,70 18,37
Tháng
I 1,53 24,79
II 35,07 24,54
III 38,35 23,39 Hình 9. Biểu đồ quan hệ lưu lượng nước ra và
IV 45,22 28,53 nhu cầu nước trong các tháng.
Biểu đồ trên thể hiện quan hệ giữa lượng nước ra khỏi hồ và nhu cầu nước trong từng tháng,
nhằm xác định hồ có đảm bảo cấp nước ứng với nhu cầu đã xác định hoặc thiếu nước. Dựa vào biểu
đồ, đầu mùa kiệt (tháng XII, tháng I), lưu lượng nước ra khỏi hồ không đáp ứng đủ nhu cầu nước
cho sinh hoạt, công nghiệp, thủy sản và tưới nông nghiệp; với lượng nước thiếu tương ứng trong
tháng XII là 12,67 m3/s, tháng I là 23,26 m3/s. Vào cuối mùa kiệt (tháng V), mực nước hồ nằm ở
mực nước chết, dựa vào biểu đồ quan hệ cho thấy nhu cầu nước hạ du vào tháng này không được
đáp ứng đủ, thiếu 28,50 m3/s. Mùa kiệt nhu cầu nước khá lớn nhưng lưu lượng nước ra khá nhỏ, chỉ
513
- The fourth Scientific Conference - SEMREGG 2018
đáp ứng được nhu cầu nước trong một vài tháng. Các tháng mùa lũ (từ tháng VI đến tháng XI) nhu
cầu nước được đảm bảo đúng với yêu cầu, lượng nước ra rất lớn so với nhu cầu nước hạ du.
Theo số liệu thống kê quá trình vận hành hồ Dầu Tiếng trong 27 năm từ 1985-2011 cho thấy,
số trận mưa với cường độ lớn tăng mạnh trong khi tổng lượng mưa năm lại giảm. Cụ thể, từ lúc hồ
Dầu Tiếng được hoàn thành và đi vào vận hành từ 1985-2011 (27 năm) nhưng chỉ có 6 năm (1996,
1998, 2000, 2001 và 2002) mực nước hồ đạt được đến mực nước dâng bình thường theo thiết kế
(+24.4 m) và 21 năm còn lại hồ Dầu Tiếng chưa tích đủ đến mực nước dâng bình thường.[3]
Kết quả nghiên cứu của tác giả so với các báo cáo khác chỉ dừng lại ở mức nghiên cứu khả
năng cấp nước của hồ Dầu Tiếng ở giai đoạn hiện tại, nhưng vẫn đánh giá được khả năng cấp nước
của hồ và thực trạng thiếu nước vào các tháng mùa khô cho vùng hạ du.
4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Tổng kết lại kết quả nghiên cứu điều tiết cấp nước lưu vực hồ Dầu Tiếng cho thấy hồ vẫn đảm
bảo khả năng cấp nước theo quy trình vận hành. Các tháng mùa lũ lượng nước dồi dào (điển hình
vào các tháng VII, VIII, IX, X), khả năng cấp nước được đáp ứng cho cả sinh hoạt, công nghiệp,
thủy sản và nông nghiệp. Tuy nhiên, vẫn có thời gian thiếu nước vào một vài tháng trong mùa kiệt
(tháng XII, I và V) khả năng cấp nước không đáp ứng đủ cho các nhu cầu trên, với lượng nước thiếu
từ 12,67 - 28,50 m3/s.
Trước tình trạng không đáp ứng đủ nhu cầu cầu nước vào thời kỳ mùa kiệt của hồ có thể áp
dụng một số biện pháp phi công trình nhằm đáp ứng tối ưu hơn về nhu cầu nước cho hạ du như:
- Có kế hoạch tiết kiệm và hạn chế ngay từ đầu vụ đông xuân để đủ nước phục vụ nhu cầu
sinh hoạt, chăn nuôi gia súc; đảm bảo tưới đến cuối vụ hè thu; sản xuất công nghiệp, tiểu thủ công
nghiệp và các nhu cầu sử dụng khác;
- Cân đối nguồn nước, xác định diện tích có thể đảm bảo tưới chắc chắn, bàn bạc với các hộ
dùng nước, xác định diện tích cần phải cắt giảm hoặc chuyển đổi cơ cấu cây trồng phù hợp với khả
năng cấp nước của hồ;
- Áp dụng các biện pháp khoa học kỹ thuật để lập và thực hiện đúng kế hoạch phân phối nước.
Khi mực nước hồ nằm dưới đường "Hạn chế cấp nước", thực hiện ngay các biện pháp hạn chế cấp
nước; nhanh chóng đưa mực nước hồ lên trên đường "Hạn chế cấp nước";
- Kết hợp cùng với các cấp, các ngành phổ biến qua các phương tiện thông tin, tiến hành kiểm
tra, có biện pháp hữu hiệu xử lý những trường hợp dùng nước lãng phí và những tranh chấp.
Tuy nhiên để có một quy trình vận hành phù hợp theo các kế hoạch dùng nước thực tế, cần có
những nghiên cứu sâu hơn về quy trình vận hành hồ, dự báo dòng chảy đến hồ, phân tích tính toán
nhu cầu dùng nước. Các chương trình này phải được kết nối với nhau tự động. Điều này sẽ đưa ra
kết quả đầy đủ hơn và là công cụ hữu ích hỗ trợ nhà quản lý vận hành điều tiết hồ chứa.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Lê Thị Hoa - Ứng dụng mô hình HEC-ResSim xây dựng biểu đồ điều phối hồ chứa Dầu Tiếng,
2010, tr.102-106.
2. Nguyễn Thanh Tuấn - Ứng dụng công nghệ GIS và mô hình SWAT đánh giá chất lượng nước
lưu vực hồ Dầu Tiếng, 2011, tr. 3-11.
3. Triệu Ánh Ngọc - Đánh giá khả năng cấp nước hồ Dầu Tiếng theo các kịch bản thiếu hụt nước
bằng mô hình HEC-ResSim, số 55 (2016) 52.
514
- Hội nghị Khoa học Công nghệ lần thứ 4 - SEMREGG 2018
4. Nguồn internet.
5. Viện Quy hoạch thủy lợi miền Nam.
APPLICATION OF THE HEC-RESSIM MODEL FOR CALCULATING WATER BASED
STORAGE OF DAU TIENG RESERVOIR
Phan Thi Thuy Duong1*, Vu Thi Van Anh1, Vu Hai Son2
1
Department of Meteorology, Hydrology and Climate Change, Ho Chi Minh University of Natural
Resources and Environment
2
Department of Water Resources Engineering and Environment, Thuyloi University - Second Base
*
Email:pttduong@hcmunre.edu.vn
ABSTRACT
The article uses the HEC-HMS model to simulate the flow of rainwater from Dau Tieng
reservoir and the HEC-ResSim model to calculate the regulation of water supply in Dau Tieng
reservoir to consider the water supply capacity of the reservoir to meet the water supply
requyrements for the downstream. The results of the flow simulation of the downstream water
supply of Dau Tieng reservoir through the coordination chart of Dau Tieng reservoir show that the
reservoir meets the identified demand in the months of the year, except for the first months and the
end of the dry season (XII, I and V), the demand for water is much higher than the flow of water
from the reservoir.
Keyword: regulate water supply, HEC-HMS, HEC-ResSim, Dau Tieng Reservoir, Sai Gon
River Basin.
515
nguon tai.lieu . vn
