Đang tải... (xem toàn văn)
Lưu vực sông Sê San là một trong những lưu vực sông lớn của nước ta, trong thời gian qua thiên tai do lũ lụt xảy ra với ngày càng nghiêm trọng đặc biệt là tại tỉnh Kon Tum, ảnh hưởng nghiêm trọng đối với đời sống cũng như tài sản của người dân khu vực hạ lưu.
KHOA HỌC CƠNG NGHỆ ỨNG DỤNG MƠ HÌNH MIKE TRONG TÍNH TỐN THỦY VĂN, THỦY LỰC MÙA LŨ LƯU VỰC SƠNG SÊ SAN KHI XÉT ĐẾN QUY TRÌNH VẬN HÀNH LIÊN HỒ CHỨA Hoàng Ngọc Tuấn, Võ Thị Tuyết Viện Khoa học Thủy lợi miền Trung Tây Nguyên Tóm tắt: Lưu vực sông Sê San lưu vực sông lớn nước ta, thời gian qua thiên tai lũ lụt xảy với ngày nghiêm trọng đặc biệt tỉnh Kon Tum, ảnh hưởng nghiêm trọng đời sống tài sản người dân khu vực hạ lưu Vì vậy, cần nghiên cứu, tính tốn đánh giá dòng chảy lũ lưu vực sơng Sê San theo Quy trình vận hành liên hồ chứa (QĐ 215/QĐ-TTg 2018 Thủ Tướng Chính phủ) cho hồ chứa: Thượng Kon Tum, Đăk Bla 1, Plei Krong, Ialy, Sê San 3, Sê San 3A, Sê San 4, Sê San 4A để chủ động ứng phó, giảm thiểu thiệt hại cho hạ du lũ lụt xảy Trong báo này, chúng tơi giới thiệu ứng dụng mơ hình MIKE để tính tốn thủy văn, thủy lực mùa lũ mơ dòng chảy lũ hồ xả lũ theo kịch xây dựng lưu vực sông Sê San Từ khóa: mơ hình MIKE NAM, MIKE 11, hiệu chỉnh, kiểm định, hồ chứa Summary: basin of Se San River is one of large river basin of our country Recently, disaster due to flooding has happened more and more serious, especially in Kon Tum Province It has affected seriously to lives as well as property of people in downstream Therefore, it is necessary to research, calculate evaluation of flooding stream on basin of Se San River under inter-reservoir operation procedure (Decision No.215/QD-TTg 2018 of the Prime Minister) for reservoir: Thuong Kon Tum, Dak Bla 1, Plei Krong, Ialy, Se San 3, Se San 3A, Se San 4, Se San 4A to respond actively, reducing damages for downstream in case of flooding In this article, we introduce MIKE model to calculate hydrologic, hydraulic power in flooding season and to simulate flooding stream when lakes open floodgates under scenarios built on basin of Se San River Keyword: MIKE NAM, MIKE 11 models, adjustment, accreditation, reservoir ĐẶT VẤN ĐỀ* Hệ thống Sông Sê San hệ thống sơng lớn nằm phía Bắc vùng Tây Ngun Đây lưu vực có tiềm thủy điện lớn nước Sản lượng thủy điện khai thác chiếm 14% tổng sản lượng thủy điện quốc gia Hiện nay, lưu vực sơng có hồ chứa thủy điện quy mô lớn hoạt động Thượng Kon Tum, Đak Bla 1, PleiKrong, Ialy, Sê San 3, Se San 3A, Sê San 4, Sê San 4A việc điều tiết hồ thượng lưu ảnh hưởng trực tiếp đến nhiệm vụ Ngày nhận bài: 09/10/2018 Ngày thông qua phản biện: 16/11/2018 phát điện hồ hạ lưu mà tác động đến khả chống lũ, cấp nước, trì mơi trường phía hạ du lưu vực sơng… Trong vấn đề phối hợp vận hành xả lũ mùa mưa lũ hệ thống hồ chứa để vừa đảm bảo an tồn cho thân cơng trình, vừa giảm thiểu mức độ ngập lụt cho vùng hạ du cần thiết Để giải vấn đề này, số nhiệm vụ quan trọng cần phải thực việc xây dựng cơng cụ tính tốn thủy văn, thủy lực hạ du hồ chứa lưu vực để làm sở cho quan quản lý Trung ương Ngày duyệt đăng: 04/12/2018 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 51 - 2018 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ địa phương xây dựng phương án ứng phó với lũ vùng hạ du hỗ trợ công tác đạo điều hành phòng chống thiên tai ngập lụt đảm bảo nhanh xác xảy tình khẩn cấp địa hình, thổ nhưỡng thảm phủ thực vật; Việc mơ phỏng, tính tốn thủy lực vùng hạ du hồ chứa thực với nhiều mơ hình khác như: KOD, VRSAP, WENDY, HEC - RAS, MIKE 11 Mỗi mơ hình thủy lực xây dựng có số chức định, phục vụ cho đối tượng nghiên cứu, tùy thuộc vào số liệu nghiên cứu, đặc điểm lưu vực, điểm mạnh, điểm yếu để lựa chọn mơ hình thủy lực thích hợp cho lưu vực Đối với lưu vực Sê San đòi hỏi phải mơ hệ thống tương đối phức tạp, đòi hỏi có kết nối hai mơ hình thủy văn thủy lực Trong nghiên cứu này, chúng tơi xin trình bày việc áp dụng mơ hình MIKE để xây dựng mơ hình thủy văn, thủy lực cho lưu vực sông Sê San + Số liệu lượng mưa lượng mưa tương ứng tần suất 10% trạm khí tượng: Kon Tum, Đắk Tô, Pleiku, KonPlong, Đắk Glei, Sa Thầy, Đắk Mốt, Đắk Đoa PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THU THẬP TÀI LIỆU 2.1 Phương pháp nghiên cứu Các phương pháp sử dụng báo: + Phương pháp phân tích, thống kê, kế thừa có chọn lọc tài liệu có; + Phương pháp mơ hình: Sử dụng mơ hình MIKE DHI để mơ phỏng, diễn tốn dòng chảy lũ sơng; + Phương pháp điều tra, vấn, khảo sát thực địa: để hiệu chỉnh kiểm định kết tính tốn 2.2 Dữ liệu trình tự tính tốn 2.2.2 Dữ liệu tính tốn - Dữ liệu tính tốn mơ hình thủy văn MIKE NAM: + Bản đồ DEM 10x10 m toàn lưu vực Sê San DEM 5x5 m khu vực thành phố Kon Tum Plei Ku; + Các số liệu điều kiện lưu vực như: diện tích, + Số liệu bốc trạm Đăk Tô, Kon Tum; + Số liệu mưa - dòng chảy phục vụ hiệu chỉnh, kiểm định mơ hình; - Dữ liệu phục vụ tính tốn mơ hình thủy lực MIKE 11 (HD): Tài liệu địa hình lòng sơng Qua nghiên cứu cụ thể nguồn tài liệu có khảo sát đo đạc địa hình lòng dẫn hệ thống sông lưu vực sông Sê San, sử dụng tài liệu trắc dọc ngang sông từ dự án, đề tài thực lưu vực, kết hợp với khảo sát địa hình bổ sung để mơ hệ thống sơng mơ hình thủy lực năm 2018 từ dự án “Xây dựng đồ ngập lụt hạ du hồ chứa lưu vực sơng Sê San” Tài liệu khí tượng thủy văn + Quá trình lưu lượng xả thực đo (Q~t) năm 2009, 2013 thủy điện Pleikrông làm biên + Quá trình lưu lượng (Q~t) năm 2009, 2013 thủy điện Thượng Kon Tum,lưu lượng nhập lưu khu khôi phục mơ hình MIKE NAM làm biên + Quá trình lưu lượng (Q~t) mực nước thực đo (H~t) năm 2009, 2013 trạm Kon Tum Kon Plong để hiệu chỉnh, kiểm định thông số cho mơ hình thủy lực - Tài liệu KTTV phục vụ diễn tốn dòng chảy lũ sơng tương ứng với kịch bản: + Quá trình lưu lượng xả hồ chứa (Qxa~t) tương ứng với kịch tính tốn + Q trình dòng chảy nhập lưu khu tính tốn mơ hình MIKE NAM tương ứng với tần suất mưa 10% + Quá trình mực nước hồ chứa Sê San TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 51 - 2018 KHOA HỌC (H~t) tương ứng với kịch CƠNG NGHỆ Trình tự tính tốn thể hình 2.2.3 Trình tự tính tốn Thu thập tài liệu KTTV, địa hình, thơng số kỹ thuật cơng trình hồ chứa Thiết lập mơ hình thủy văn, thủy lực (điều kiện biên; thông số thủy văn, thủy lực; mơ cơng trình Hiệu chỉnh, kiểm định mơ hình thủy văn, thủy lực Đánh giá sai số, độ tin cậy cho thơng số mơ hình Tính tốn, mơ phỏng, diễn tốn dòng chảy lũ sơng theo kịch đề Phân tích, đánh giá, nhận xét kết Hình Sơ đồ quy trình tính tốn PHÂN TÍCH KẾT QUẢ TÍNH TỐN 3.1 Tính tốn Dự báo dòng chảy lũ đến hồ chứa tiểu lưu vực sông - KB5 : Tất hồ xả lũ theo tần suất 10%, mưa 10% toàn lưu vực 3.1.1 Các phương án tính tốn Theo quy trình vận hành liên hồ chứa lưu vực sông Sê San 215/QĐ-TTg 2018, có 08 cơng trình thủy điện bậc thang gồm : Thượng Kon Tum, Đắk Bla 1, Plei Krong, Ialy, Sê San 3, Sê San 3A, Sê San 4, Sê San 4A Trong phạm vi nghiên cứu, với quy chuẩn, tiêu chuẩn hành, nghiên cứu cho trường hợp sau : - KB1 : Tất hồ xả lũ theo tần suất thiết kế, mưa 10% toàn lưu vực; - KB2 : Tất hồ xả lũ theo tần suất lũ 1%, mưa 10% toàn lưu vực; - KB3 : Tất hồ xả lũ theo tần suất 2%, mưa 10% toàn lưu vực; - KB4 : Tất hồ xả lũ theo tần suất 5%, mưa 10% tồn lưu vực; Hình 2: Hệ thống hồ chứa thủy điện lưu vực sông Sê San 3.1.2 Hiệu chỉnh kiểm định mơ hình TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 51 - 2018 KHOA HỌC CƠNG NGHỆ a Mơ hình thủy văn MIKE NAM Trong mơ hình MIKE-NAM, việc tối ưu thơng số mơ hình thực phương pháp thử sai Kết mơ hình so sánh với kết thực đo trạm đo đánh giá tiêu chuẩn Dựa so sánh q trình thực đo, tính tốn kết đánh giá, hiệu chỉnh thông số thực để nâng cao kết tính tốn Hình : Tính trọng số mưa tiểu lưu vực MIKE NAM Hình 3: Phân chia tiểu lưu vực sông Sê San Kết mô trận lũ lớn trạm Kon Plong, Đắk Mốt, Kon Tum sau : Hình 5: KQ HC trạm Đăk Mốt năm 2003 (NASH = 0,732) Hình 6: KQ HC trạm Kon Plong năm 2003 (NASH = 0,898) TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 51 - 2018 KHOA HỌC CƠNG NGHỆ Hình 7: KQ HC trạm Kon Tum năm 2003 (NASH = 0,737) Hình 8: KQ HC trạm Đăk Mốt năm 2009 (NASH = 0,885) Hình 9: KQ HC trạm Kon Plong năm 2009 (NASH = 0,873) Hình 10: KQ HC trạm Kon Tum năm 2009 (NASH = 0,913) Hình 11: KQ KĐ trạm Đăk Mốt năm 2013 (NASH = 0,971) Hình 12: KQ KĐ trạm Kon Plong năm 2013 (NASH = 0,813) TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 51 - 2018 KHOA HỌC CƠNG NGHỆ Hình 13: KQ KĐ trạm Kon Tum năm 2013 (NASH = 0,781) Kết tính tốn hiệu chỉnh mơ hình cho trận lũ hệ thống sông Sê San trạm Đăk Mốt, Kon Plông Kon Tum tương đối tốt tổng lượng lũ trình lũ Hệ số NASH tương đối cao (từ 0,73-0,97), thời gian xuất đỉnh lũ tính tốn thực đo chênh lệch từ 0,51h Bảng Bộ thông số tiểu lưu vực lưu vực sông Sê San Tiểu LV TT Thông số Umax (mm) Lmax (mm) CQOF CKIF CK1.2 TOF TIF TG CKBF Thượng Đắk Bla Kon Tum 17 150 0,75 600 25 0,042 0,7 0,9 800 17 150 0,75 600 25 0,045 0,7 0,9 800 Đắk Bla Đắk Sê Sê Đắk Sa Thầy Bla San San Poko 17 150 0,55 600 27 0,045 0,7 0,9 800 17 150 0,576 600 25 0,045 0,7 0,9 800 15 150 0,76 600 25 0,05 0,7 0,9 800 15 150 0,76 600 25 0,05 0,7 0,9 800 15 150 0,76 600 25 0,05 0,7 0,9 800 12 130 0,876 600 28 0,05 0,7 0,9 800 Với thông số chung tìm cho q trình mơ trận lũ trạm hiệu chỉnh cho kết tương đối tốt với số NASH, sai sổ tổng lượng sai số đỉnh lũ đạt giới hạn cho phép, ứng dụng để mơ dòng chảy lũ lưu vực sơng Sê San phục vụ tính tốn mơ hình thủy lực chiều b Mơ hình thủy lực MIKE 11 HD Sơ đồ tính tốn dòng chảy lũ lưu vực sơng Sê San hình: Hình 14: Sơ đồ mơ mạng lưới lưu vực sơng Sê San TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 51 - 2018 KHOA HỌC CƠNG NGHỆ Biên trên: (1)Q trình lưu lượng xả lũ hồ Thượng Kon Tum ứng với tần suất; (2) Quá trình lưu lượng xả lũ hồ Plêi Krông ứng với tần suất lại trận lũ lớn khứ gồm: trận lũ từ ngày 25/IX - 5/X/2009 trận lũ từ ngày 10/X -25/X/2013 để hiệu chỉnh kiểm định mơ hình MIKE 11 Biên dưới: Mực nước vị trí ranh giới Việt Nam CampuChia Hồ thủy điện Thượng Kon Tum chưa đưa vào vận hành nên khơi phục dòng chảy lũ vị trí đập mơ hình MIKE NAM hiệu chỉnh, kiểm định Ngoài ra, có biên nhập lưu khu đổ vào nhánh sông Đắk Bla Sê San tính từ mơ hình MIKE NAM Kết mơ trận lũ sau: Sau xem xét, phân tích số liệu, tiến hành mơ Hình 15 Kết HC lưu lượng trận lũ năm 2009 trạm Kon Plong (NASH = 0,903) Hình 16 Kết HC lưu lượng trận lũ năm 2009 trạm Kon Tum (NASH = 0,918) Hình 17 Kết HC mực nước trận lũ năm 2009 trạm Kon Tum (NASH = 0,923) Hình 18 Kết KĐ lưu lượng trận lũ năm 2013 trạm Kon Plong (NASH = 0,855) Hình 19 Kết KĐ lưu lượng trận lũ năm 2013 trạm Kon Tum (NASH = 0,872) TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 51 - 2018 KHOA HỌC CƠNG NGHỆ Hình 20 Kết KĐ mực nước trận lũ năm 2013 trạm Kon Tum (NASH = 0,879) Kết hiệu chỉnh kiểm định mô hình cho thấy hình dạng đường trình lưu lượng, mực nước tính tốn thực đo trạm thủy văn Kon Tum trạm Kon Plong phù hợp với nhau, chênh lệch chấp nhận Hệ số tương quan NASH tốt từ 0,85 đến 0,88 Do sử dụng thơng số để mơ tính tốn dòng chảy lũ tương ứng với kịch bản, làm biên đầu vào cho mơ hình MIKE 21 Hệ số nhám tồn lưu vực từ 0,03 - 0,035 Bảng 2: Kết MNLN trạm TV Kon Tum theo kịch Kịch Mực nước (m) KB1 523,76 KB2 522,41 KB3 522,29 KB4 521,93 KB5 521,67 Chênh lệch so với MBĐ (m) +3,26 +1,91 +1,79 +1,43 +1,17 Sau tìm thông số cho tiểu lưu vực, sử dụng thơng số tính tốn dòng chảy lũ đến hồ tương ứng với cấp độ mưa Kết dự báo lưu lượng lũ đến cho hồ khác 3.2 Kết tính tốn Mơ phỏng, trích xuất kết đường mực nước theo kịch cho thấy, mực nước lớn tại vị trí trạm thủy văn Kon Tum vượt mức báo động (520,5 m) dao động từ 1,17÷3,26 m tăng dần theo mức độ bất lợi kịch tính toán Cụ thể: - Kịch 1: Khi tất hồ xả lũ theo tần suất thiết kế, mưa tồn lưu vực với tần suất 10% mực nước lớn trạm TV Kon Tum đạt 523,76m cao mức BĐ3 3,26m - Kịch 2, 3, 4, 5: tương tự KB1 hồ xả lũ với tần suất 1%, 2%, 5%, 10% MNLN tương ứng vượt MBĐ Kết chi tiết bảng 2: Hình 21: Mực nước trạm TV Kon Tum ứng với kịch KẾT LUẬN - Nghiên cứu xây dựng sở liệu tương đối đầy đủ hệ thống thông tin liên quan đến lưu vực sơng Sê San như: địa hình, địa mạo, khí tượng – thủy văn, hệ thống hồ chứa, tài liệu kinh tế - xã hội, vết lũ lịch sử … Bộ sở liệu xây dựng dựa kết trình thu thập, khảo sát địa phương TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 51 - 2018 KHOA HỌC thuộc lưu vực tỉnh Kon Tum Gia Lai; nguồn liệu đồ thống cập nhật Cục đo đạc Bản đồ cung cấp với tài liệu kế thừa từ đề tài, dự án thực Qua q trình rà sốt, xử lý, tổng hợp để đảm bảo tính đầy đủ, liên tục độ tin cậy trước hệ thống hóa cho phù hợp với chương trình, phần mềm tính tốn sử dụng - Việc thiết lập, tính tốn thủy văn, điều tiết lũ, thủy lực chiều chiều xây dựng đồ ngập lụt thực dựa kết phân tích, lựa chọn phương pháp cơng cụ tính tốn phù hợp đại như: Mike Nam; Mike 11; Mike 21; Mike Flood; Arc Gis … Kết tính tốn hiệu chỉnh, kiểm định với số liệu đo đạc thực tế với sai số nhỏ nằm phạm vi cho phép đảm bảo tính xác cao Kết tính tốn cụ thể cho nội dung sau: +Mơ hình thủy văn MIKE NAM: thành lập phục vụ tính tốn dòng chảy đến hồ Thượng CƠNG NGHỆ Kon Tum dòng chảy nhập lưu cho tiểu lưu vực hệ thống sông Sê San Sử dụng tài liệu địa hình, số liệu khí tượng thủy văn thực đo trạm khí tượng thủy văn toàn lưu vực để hiệu chỉnh kiểm định tìm thơng số tối ưu cho tiểu lưu vực hệ thống Sông Kết hệ số NASH đạt từ 0,73 - 0,97 tương đối tốt ứng dụng tốt thơng số mơ hình để tính tốn mơ dòng chảy nhập lưu phục vụ diễn tốn lũ sơng + Mơ hình thủy lực chiều: Đã xác định thơng số cho mơ hình MIKE 11 thông qua việc hiệu chỉnh, kiểm định mực nước lưu lượng trạm thủy văn Kon Plong Kon Tum với trận lũ năm 2009, 2013 Kết mơ đường q trình mực nước lưu lượng tính tốn phù hợp với thực tế, sai số tổng lượng không lớn; số NASH dao động từ 0,85 - 0,93 Do việc sử dụng thơng số để diễn tốn q trình mực nước lũ sông tương ứng với kịch đảm bảo độ tin cậy cao TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Hà Văn Khối nnk (2005), Mơ hình tốn thủy văn, NXB Nơng nghiệp [2] Hồng Ngọc Tuấn (2018), Dự án: Xây dựng đồ ngập lụt hạ du hồ chứa nước lưu vực sông Sê San, Viện KHTL miền Trung Tây Nguyên [3] DHI Water & Enviroment (2000), MIKE 11 A Modelling System for River anh Channels, Reference Manual and User Guide TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 51 - 2018 ... tốn mơ hình thủy lực chiều b Mơ hình thủy lực MIKE 11 HD Sơ đồ tính tốn dòng chảy lũ lưu vực sơng Sê San hình: Hình 14: Sơ đồ mơ mạng lưới lưu vực sơng Sê San TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY... án tính tốn Theo quy trình vận hành liên hồ chứa lưu vực sơng Sê San 215/QĐ-TTg 2018, có 08 cơng trình thủy điện bậc thang gồm : Thượng Kon Tum, Đắk Bla 1, Plei Krong, Ialy, Sê San 3, Sê San. .. nhận xét kết Hình Sơ đồ quy trình tính tốn PHÂN TÍCH KẾT QUẢ TÍNH TỐN 3.1 Tính tốn Dự báo dòng chảy lũ đến hồ chứa tiểu lưu vực sông - KB5 : Tất hồ xả lũ theo tần suất 10%, mưa 10% toàn lưu vực