Tổng quan nghiên cứu

Hồ chứa nước Cho Mo, tỉnh Ninh Thuận, được xây dựng nhằm phục vụ tưới tiêu cho hơn 1242 ha đất nông nghiệp, đồng thời góp phần cắt giảm lũ cho vùng hạ lưu suối Cho Mo và sông Cái Phan Rang. Với dung tích cắt lũ thiết kế khoảng 3.9 triệu m³, hồ đã giảm 16.3% tổng lượng lũ thiết kế, giảm lưu lượng đỉnh lũ từ 729 m³/s xuống còn 517 m³/s, góp phần giảm thiểu thiệt hại về người và tài sản. Tuy nhiên, do sự gia tăng nhu cầu sử dụng nước cho nông nghiệp, sinh hoạt, công nghiệp và môi trường, cùng với tác động của biến đổi khí hậu làm thay đổi chế độ thủy văn, hồ chứa cần được nâng cao dung tích và cải thiện hiệu quả khai thác.

Mục tiêu nghiên cứu là lựa chọn giải pháp nâng cao đập đất đảm bảo an toàn về thấm, ổn định, đáp ứng nhu cầu tăng dung tích hồ, đồng thời đề xuất phương án vận hành hồ phù hợp với nhiệm vụ đa mục tiêu đến năm 2050. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào hồ chứa Cho Mo, huyện Ninh Sơn, tỉnh Ninh Thuận, với phân tích chi tiết về đặc điểm khí tượng thủy văn, địa chất, nhu cầu sử dụng nước và ảnh hưởng biến đổi khí hậu.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc tối ưu hóa nguồn nước, nâng cao hiệu quả sử dụng hồ chứa, góp phần phát triển kinh tế xã hội bền vững và giảm thiểu rủi ro thiên tai trong bối cảnh biến đổi khí hậu ngày càng phức tạp.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn áp dụng các lý thuyết và mô hình sau:

  • Lý thuyết cân bằng nước hồ chứa: Xác định dung tích hữu ích hồ dựa trên cân bằng giữa lượng nước đến, nhu cầu sử dụng và tổn thất do bốc hơi, thấm.
  • Mô hình thủy văn và thủy lực: Sử dụng hệ phương trình Saint-Venant để mô phỏng dòng chảy không ổn định, tính toán điều tiết lũ và vận hành hồ chứa.
  • Phương pháp tính toán ổn định đập đất: Áp dụng phần mềm Geo-Slope dựa trên phương pháp phần tử hữu hạn để tính toán thấm và kiểm tra ổn định đập khi nâng cao mực nước.
  • Khái niệm chính: Dung tích hữu ích, mực nước dâng bình thường, mực nước lũ thiết kế, hệ số thấm, ổn định mái đập, vận hành hồ chứa đa mục tiêu.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Thu thập số liệu khí tượng thủy văn từ các trạm đo mưa, trạm thủy văn trong và ngoài lưu vực; số liệu thiết kế kỹ thuật hồ chứa; dữ liệu điều tra thực địa về địa chất, đặc tính đất đá; số liệu vận hành hồ chứa từ ban quản lý dự án và các sở ngành địa phương.
  • Phương pháp phân tích:
    • Phân tích thống kê thủy văn để xác định lưu lượng dòng chảy, lượng mưa thiết kế, dòng chảy kiệt và lũ thiết kế.
    • Mô phỏng thủy lực và thủy văn bằng các mô hình toán học để tính toán mực nước, dung tích hồ và phương thức vận hành.
    • Tính toán ổn định đập đất bằng phần mềm Geo-Slope, kiểm tra thấm và ổn định mái đập theo các phương án nâng cao.
    • Phân tích ảnh hưởng biến đổi khí hậu theo kịch bản B2 đến nhu cầu nước và dòng chảy.
  • Timeline nghiên cứu: Thu thập và xử lý số liệu trong 6 tháng đầu, mô phỏng và tính toán trong 6 tháng tiếp theo, đề xuất giải pháp và hoàn thiện luận văn trong 3 tháng cuối.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Nhu cầu sử dụng nước tăng 20.8% đến năm 2050
    Tổng nhu cầu nước hạ du dự kiến đạt khoảng 18.92 triệu m³/năm, tăng 3.23 triệu m³ so với thiết kế ban đầu. Nhu cầu tăng chủ yếu do mở rộng sử dụng nước sinh hoạt, công nghiệp và môi trường.

  2. Dung tích hữu ích hồ cần nâng lên khoảng 13.96 triệu m³
    Qua tính toán cân bằng nước, dung tích hữu ích hồ được xác định là 13.96 triệu m³, cao hơn đáng kể so với dung tích thiết kế ban đầu 8.11 triệu m³, nhằm đáp ứng nhu cầu đa mục tiêu và biến đổi khí hậu.

  3. Ảnh hưởng biến đổi khí hậu làm tăng lưu lượng lũ thiết kế khoảng 4.32%
    Kịch bản biến đổi khí hậu B2 cho thấy lưu lượng lũ và tổng lượng lũ đến hồ tăng nhẹ, làm tăng áp lực vận hành và yêu cầu an toàn công trình.

  4. Phương án nâng cao đập đất và gia cố tràn xả lũ đảm bảo an toàn
    Các phương án nâng cao đập đất theo dạng mặt cắt sử dụng vật liệu phù hợp, kết hợp gia cố tràn xả lũ bằng bê tông cốt thép, được kiểm tra ổn định và thấm qua phần mềm Geo-Slope, đảm bảo an toàn công trình khi nâng cao mực nước.

Thảo luận kết quả

Việc tăng dung tích hồ chứa là cần thiết để đáp ứng nhu cầu nước ngày càng đa dạng và tăng cao, đồng thời thích ứng với biến đổi khí hậu. Kết quả tính toán dung tích hữu ích cho thấy sự chênh lệch lớn so với thiết kế ban đầu, phản ánh sự thay đổi về yêu cầu sử dụng nước và điều kiện thủy văn.

Phân tích thủy văn và mô phỏng dòng chảy cho thấy biến đổi khí hậu làm tăng lưu lượng lũ, đòi hỏi phải nâng cao khả năng chịu tải của đập và tràn xả lũ. Việc sử dụng phần mềm Geo-Slope giúp đánh giá chính xác các chỉ tiêu thấm và ổn định, từ đó lựa chọn phương án gia cố phù hợp.

So sánh với các nghiên cứu tương tự trong khu vực, kết quả phù hợp với xu hướng gia tăng nhu cầu nước và áp lực biến đổi khí hậu. Việc đề xuất phương án nâng cao đập và vận hành hồ đa mục tiêu góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng nguồn nước, giảm thiểu rủi ro thiên tai và phát triển kinh tế xã hội bền vững.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ nhu cầu nước theo tháng, bảng so sánh dung tích hồ trước và sau nâng cấp, cùng biểu đồ lưu lượng lũ thiết kế với và không có biến đổi khí hậu để minh họa rõ ràng các kết quả.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Nâng cao đập đất hồ chứa Cho Mo theo phương án mặt cắt đã được kiểm tra ổn định
    Thực hiện thi công nâng cao đập đất với vật liệu phù hợp, đảm bảo an toàn thấm và ổn định mái đập. Thời gian thực hiện dự kiến trong vòng 3 năm, do Ban Quản lý dự án phối hợp với các đơn vị thi công.

  2. Gia cố và cải tạo công trình tràn xả lũ bằng bê tông cốt thép
    Thiết kế và thi công tràn xả lũ mới đáp ứng lưu lượng lũ thiết kế có xét đến biến đổi khí hậu, đảm bảo an toàn vận hành hồ. Thời gian hoàn thành trong 2 năm, do Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn chủ trì.

  3. Xây dựng phương thức vận hành hồ đa mục tiêu tối ưu
    Áp dụng mô hình toán học để xác định mực nước trước và sau lũ, điều tiết nước hợp lý phục vụ tưới tiêu, sinh hoạt, công nghiệp và môi trường. Triển khai trong vòng 1 năm, phối hợp giữa Ban Quản lý hồ và các cơ quan liên quan.

  4. Theo dõi và cập nhật dữ liệu thủy văn, khí tượng thường xuyên
    Thiết lập hệ thống quan trắc hiện đại để giám sát biến đổi khí hậu và dòng chảy, phục vụ điều chỉnh vận hành hồ kịp thời. Đề xuất thực hiện liên tục, do Trung tâm Khí tượng Thủy văn tỉnh đảm nhiệm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý và vận hành hồ chứa thủy lợi
    Giúp hiểu rõ về phương pháp nâng cao dung tích và vận hành hồ đa mục tiêu, từ đó áp dụng hiệu quả trong quản lý hồ chứa tương tự.

  2. Chuyên gia và kỹ sư xây dựng công trình thủy lợi
    Cung cấp cơ sở kỹ thuật và phương pháp tính toán ổn định đập đất, gia cố tràn xả lũ, phục vụ thiết kế và cải tạo công trình.

  3. Nhà hoạch định chính sách phát triển nông nghiệp và tài nguyên nước
    Hỗ trợ xây dựng kế hoạch sử dụng nước bền vững, thích ứng với biến đổi khí hậu và phát triển kinh tế xã hội vùng hạ du.

  4. Các nhà nghiên cứu về biến đổi khí hậu và thủy văn
    Cung cấp dữ liệu và mô hình phân tích ảnh hưởng biến đổi khí hậu đến dòng chảy và nhu cầu nước, làm cơ sở cho các nghiên cứu tiếp theo.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao cần nâng cao dung tích hồ chứa Cho Mo?
    Do nhu cầu sử dụng nước tăng 20.8% đến năm 2050 và ảnh hưởng biến đổi khí hậu làm thay đổi chế độ thủy văn, nâng cao dung tích giúp đáp ứng đa mục tiêu sử dụng nước và đảm bảo an toàn công trình.

  2. Phương pháp nào được sử dụng để tính dung tích hữu ích hồ?
    Sử dụng phương pháp cân bằng nước theo bảng, kết hợp phân tích thủy văn và mô hình toán học để xác định dung tích hữu ích phù hợp với nhu cầu và điều kiện thủy văn.

  3. Làm thế nào để đảm bảo an toàn khi nâng cao đập đất?
    Áp dụng phần mềm Geo-Slope để tính toán thấm và kiểm tra ổn định đập, lựa chọn vật liệu và phương án gia cố phù hợp, đồng thời kiểm soát chất lượng thi công nghiêm ngặt.

  4. Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến vận hành hồ như thế nào?
    Biến đổi khí hậu làm tăng lưu lượng lũ và thay đổi phân bố dòng chảy theo mùa, đòi hỏi điều chỉnh mực nước trước và sau lũ, cũng như phương thức vận hành hồ để đảm bảo an toàn và hiệu quả.

  5. Giải pháp vận hành hồ đa mục tiêu được đề xuất là gì?
    Xây dựng phương thức vận hành dựa trên mô hình toán học, xác định mực nước tối ưu phục vụ tưới tiêu, sinh hoạt, công nghiệp, môi trường và cắt giảm lũ, đảm bảo hiệu quả khai thác và an toàn công trình.

Kết luận

  • Hồ chứa Cho Mo cần nâng cao dung tích hữu ích lên khoảng 13.96 triệu m³ để đáp ứng nhu cầu đa mục tiêu đến năm 2050.
  • Biến đổi khí hậu làm tăng lưu lượng lũ thiết kế khoảng 4.32%, ảnh hưởng đến vận hành và an toàn công trình.
  • Phương án nâng cao đập đất và gia cố tràn xả lũ được lựa chọn dựa trên tính toán ổn định và thấm bằng phần mềm chuyên dụng.
  • Phương thức vận hành hồ đa mục tiêu tối ưu giúp cân bằng nhu cầu sử dụng nước và giảm thiểu rủi ro thiên tai.
  • Khuyến nghị triển khai thi công nâng cao đập, cải tạo tràn xả lũ, xây dựng hệ thống quan trắc và cập nhật dữ liệu thủy văn thường xuyên.

Next steps: Triển khai kế hoạch thi công nâng cao đập và tràn xả lũ trong vòng 3 năm, đồng thời xây dựng phương thức vận hành hồ đa mục tiêu trong 1 năm tiếp theo. Các cơ quan liên quan cần phối hợp chặt chẽ để đảm bảo tiến độ và hiệu quả dự án.

Call to action: Các nhà quản lý, kỹ sư và nhà nghiên cứu được khuyến khích áp dụng kết quả nghiên cứu để nâng cao hiệu quả quản lý và vận hành hồ chứa, đồng thời tiếp tục nghiên cứu mở rộng ứng dụng trong các công trình thủy lợi khác.