Thạc Sĩ Nghiên cứu ứng dụng mô hình HEC-HMS tính toán điều tiết hệ thống hồ chứa thượng nguồn Sông Hồng

MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề.
Việt Nam có 9 hệ thống sông lớn và một số sông suối nhỏ có lượng nước rất
phong phú. Tuy nhiên, dòng chảy trên các sông suối phân phối không đều trong
năm; mùa lũ lượng dòng chảy rất lớn dẫn đến thừa nước gây ra lũ lụt, mùa cạn
lượng dòng chảy nhỏ dẫn đến thiếu nước dùng. Do đó, phía thượng lưu của các
sông suối đã xây dựng các hồ chứa, nhằm điều tiết dòng chảy. Nếu có phương án
khai thác hiệu quả, thì đây là nguồn tài nguyên thiên nhiên vô cùng quí giá, để phục
vụ phát triển các ngành kinh tế của đất nước.
Hệ thống sông Hồng là hệ thống sông lớn thứ hai ở nước ta, chỉ sau hệ thống
sông Mê Kông, được bắt nguồn từ tỉnh Vân Nam - Trung Quốc. Hệ thống sông
Hồng gồm 3 nhánh; sông Thao (được coi là nhánh chính của sông Hồng), sông Lô
và sông Đà. Trên hệ thống sông Hồng có nhiều bậc thang có thể xây dựng các hồ
chứa nhằm; phòng lũ cho hạ du, cung cấp nước nhà máy thủy điện, phục vụ giao
thông thủy, cung cấp nước tưới . Hiện nay trên các sông suối đã xây dựng một số
hồ chứa, trong đó phải kể đến là hồ Thác Bà trên sông Chảy, hồ Tuyên Quang trên
sông Gâm, hồ Hòa Bình trên sông Đà. Sự điều tiết của 3 hồ chứa này đã làm thay
đổi chế độ dòng chảy tự nhiên; giảm lượng dòng chảy mùa lũ ở hạ du (đặc biệt là
Hà Nội), làm tăng dòng chảy mùa cạn (đặc biệt là trong thời kỳ cung cấp nước tưới
cho Nông nghiệp).
Vì vậy, tính toán sự điều tiết của các hồ chứa thượng nguồn sông Hồng ảnh
hưởng đến mực nước vùng hạ du (đặc biệt là Thủ đô Hà Nội) là cần thiết. Trong
khuôn khổ của luận văn, tác giả tập trung nghiên cứu ứng dụng mô hình HEC-HMS
tính toán sự điều tiết của các hồ chứa thượng nguồn sông Hồng, ảnh hưởng đến mực
nước tại Hà Nội trong thời kỳ mùa kiệt.
2. Mục đích của luận văn.
Nghiên cứu ứng dụng của mô hình HEC-HMS tính toán điều tiết của các hồ
chứa thượng nguồn sông Hồng, ảnh hưởng đến mực nước tại Hà Nội vào mùa kiệt.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.
- Đối tượng: Mô hình HEC-HMS
- Phạm vi nghiên cứu: từ 3 hồ chứa; Hòa Bình, Thác Bà, Tuyên Quang đến trạm
4. Phương pháp nghiên cứu.
- Phương pháp phân tích hệ thống.
- Phương pháp mô hình toán.
5. Bố cục của Luận văn.
Ngoài phần mở đầu, phần kết luận và phụ lục, Luận văn gồm 3 chương
chính:
- Chương 1. Tổng quan
- Chương 2. Cơ sở lý thuyết của mô hình HEC-HMS
- Chương 3. Nghiên cứu ứng dụng mô hình HEC-HMS tính toán điều tiết hệ
thống hồ chứa thượng nguồn sông Hồng.




MỤC LỤC
DANH MỤC BẢNG BIỂU 6
DANH MỤC HÌNH VẼ . 7
MỞ ĐÀU . 8
Chương 1 TỔNG QUAN . 10
1.1 ĐIỀU KIỆN ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN LƯU VỰC SÔNG HỒNG . 10
1.1.1 Vị trí địa lý . 10
1.1.2 Địa hình, địa mạo . 10
1.1.3 Địa chất, thổ nhưỡng 11
1.1.4 Thực vật . 12
1.1.5 Điều kiện khí hậu, thủy văn . 13
1.2 HỆ THỐNG HỒ CHỨA THƯỢNG NGUỒN SÔNG HỒNG 22
1.2.1 Hồ Thác Bà 22
1.2.2 Hồ Tuyên Quang 22
1.2.3 Hồ Hòa Bình 23
1.3 GIỚI THIỆU MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP VÀ NGHIÊN CỨU
TRƯỚC ĐÂY TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT HỒ CHỨA.
23
1.3.1 Các phương pháp tính toán điều tiết vận hành hồ chứa . 23
1.3.2 Giới thiệu một số công trình nghiên cứu trước đây . 24
1.3.3 Giới thiệu một số mô hình mô phỏng vận hành hệ thống hồ chứa 25
Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÔ HÌNH HEC-HMS . 27
2.1 GIỚI THIỆU MÔ HÌNH HEC-HMS 27
2.1.1 Giới thiệu . 27
2.1.2 Mô phỏng các thành phần lưu vực . 27
2.2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÔ HÌNH HEC-HMS . 27
2.2.1 Mưa 28
2.2.2 Tổn thất 29
2.2.3 Chuyển đổi dòng chảy . 34
2.2.4 Tính toán dòng chảy ngầm 39
2.2.5 Diễn toán dòng chảy 41
Chương 3 NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÔ HÌNH HEC-HMS TÍNH
TOÁN ĐIỀU TIẾT HỆ THỐNG HỒ CHỨA THƯỢNG
NGUỒN SÔNG HỒNG

3.1 SƠ ĐỒ HÓA HỆ THỐNG 50
3.2 THU THẬP VÀ CHỈNH LÝ SỐ LIỆU 52
3.2.1 Số liệu thủy văn 52
3.2.2 Số liệu đặc trưng hồ chứa 53
3.2.3 Chỉnh lý số liệu 54
3.3 ĐIỀU KIỆN BIÊN VÀ ĐIỀU KIỆN BAN ĐẦU 55
3.4 HIỆU CHỈNH MÔ HÌNH 57
3.4.1 Lựa chọn mô hình 57
3.4.2 Hiệu chỉnh thông số mô hình . 58
3.5 KIỂM NGHIỆM MÔ HÌNH 64
3.6 ĐÁNH GIÁ VAI TRÒ CỦA CÁC HỒ CHỨA TRONG MÙA
KIỆT
69
3.7 MỘT SỐ NHẬN XÉT 72
KẾT LUẬN . 73
TÀI LIỆU THAM KHẢO . 75
PHỤ LỤC 1 . 77
PHỤ LỤC 2 . 89



DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Nhiệt độ bình quân tháng tại một số trạm trên lưu vực 14
Bảng 1.2 Độ ẩm bình quân tháng tại một số trạm trên lưu vực 14
Bảng 1.3 Lượng mưa trung bình tháng, năm trong thời kỳ quan trắc tại một
số trạm khí tượng trên lưu vực sông Hồng
15
Bảng 1.4 Đặc trưng hình thái các lưu vực sông chính 16
Bảng 1.5 Đặc trưng dòng chảy năm tại một số trạm thuỷ văn trên hệ thống
sông Hồng
18
Bảng 1.6 Lưu lượng trung bình tháng tại một số trạm trên hệ thống sông
Hồng
19
Bảng 1.7 Đặc trưng cát bùn lơ lửng tại các trạm thuỷ văn trên hệ thống
sông
20
Bảng 3.1 Bảng thống kê khoảng cách các đoạn sông 52
Bảng 3.2 Bảng thống kê các trạm thủy văn ở biên trên 53
Bảng 3.3 Bảng thống kê các trạm thủy văn ở khu giữa và hạ lưu 54
Bảng 3.4 Quan hệ Z ~ V ~ F hồ Tuyên Quang 54
Bảng 3.5 Quan hệ Z ~ V ~ F hồ Thác Bà 55
Bảng 3.6 Quan hệ Z ~ V ~ F hồ Hòa Bình 55
Bảng 3.7 Bảng thống kê các trạm đo mưa, bốc hơi, lượng thấm của các hồ 56
Bảng 3.8 Kết quả hiệu chỉnh thông số thời gian trễ lag 59
Bảng 3.9 Kết quả độ hữu hiệu khi hiệu chỉnh mô hình theo chỉ tiêu Nash 59
Bảng 3.10 Kết quả độ hữu hiệu khi kiểm nghiệm mô hình theo chỉ tiêu Nash 64
Bảng 3.11 Lịch thời vụ vụ chiêm xuân ở đồng bằng sông Hồng 69
Bảng 3.12 Kết quả tính toán và thực đo trạm Hà Nội ứng với H ≥ 2.2 m năm
2008
70
Bảng 3.13 Kết quả tính toán và thực đo trạm Hà Nội ứng với H ≥ 2.2 m năm
2009
70
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Bản đồ vị trí địa lý lưu vực sông Hồng 12
Hình 2.1 Biểu đồ mưa 29
Hình 2.2 Các biến số trong phương pháp thấm Green- Ampt 33
Hình 2.3 Sơ đồ tính thấm theo độ ẩm đất 34
Hình 2.4 Các phương pháp cắt nước ngầm 40
Hình 3.1 Sơ đồ hóa hệ thống hồ chứa và mạng lưới sông Hồng 51
Hình 3.2 Kết quả hiệu chỉnh mô hình tại hồ Hòa Bình năm 2008 60
Hình 3.3 Kết quả hiệu chỉnh mô hình tại hồ Thác Bà năm 2008 60
Hình 3.4 Kết quả hiệu chỉnh mô hình tại hồ Tuyên Quang năm 2008 61
Hình 3.5 Đường Q~t tính toán và thực đo trạm Ghềnh Gà năm 2008 61
Hình 3.6 Đường Q~t tính toán và thực đo trạm Vụ Quang năm 2008 62
Hình 3.7 Đường Q~t tính toán và thực đo trạm Sơn Tây năm 2008 62
Hình 3.8 Đường Q~t tính toán và thực đo trạm Hà Nội năm 2008 63
Hình 3.9 Đường Q~t tính toán và thực đo trạm Thượng Cát năm 2008 63
Hình 3.10 Kết quả kiểm nghiệm mô hình tại hồ Hòa Bình năm 2009 65
Hình 3.11 Kết quả kiểm nghiệm mô hình tại hồ Thác Bà năm 2009 65
Hình 3.12 Kết quả kiểm nghiệm mô hình tại hồ Tuyên Quang năm 2009 66
Hình 3.13 Đường Q~t tính toán và thực đo trạm Ghềnh Gà năm 2009 66
Hình 3.14 Đường Q~t tính toán và thực đo trạm Vụ Quang năm 2009 67
Hình 3.15 Đường Q~t tính toán và thực đo trạm Sơn Tây năm 2009 67
Hình 3.16 Đường Q~t tính toán và thực đo trạm Hà Nội năm 2009 68
Hình 3.17 Đường Q~t tính toán và thực đo trạm Thượng Cát năm 2009 68
Hình 3.18 Đường quá trình mực nước Trạm Hà Nội năm 2008 71
Hình 3.19 Đường quá trình mực nước Trạm Hà Nội năm 2009 72