Luận văn thạc sĩ nghiên cứu ứng dụng mô hình hec hms tính toán điều tiết hệ thống hồ chứa thượng nguồn sông hồng

Luận văn thạc sĩ toán học nghiên cứu nghiên cứu ứng dụng mô hình hec hms tính toán điều tiết hệ thống hồ chứa thượng nguồn sông hồng, khảo sát thực trạng, phân tích nguyên nhân,

• Tác giả: Vũ Mạnh Cường
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Hữu Khải
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội, Đại học Khoa học Tự nhiên
• Chuyên ngành: Thủy văn học
• Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng mô hình HEC-HMS tính toán điều tiết hệ thống hồ chứa thượng nguồn sông Hồng
• Loại tài liệu: luận văn thạc sỹ khoa học
• Năm xuất bản: 2009
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. ĐIỀU KIỆN ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN LƯU VỰC SÔNG HỒNG
• 1.1.1. Vị trí địa lý
• 1.1.2. Địa hình, địa mạo
• 1.1.3. Địa chất, thổ nhưỡng
• 1.1.4. Điều kiện khí hậu, thủy văn
• 1.2. HỆ THỐNG HỒ CHỨA THƯỢNG NGUỒN SÔNG HỒNG
• 1.2.1. Hồ Thác Bà
• 1.2.2. Hồ Tuyên Quang
• 1.3. GIỚI THIỆU MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP VÀ NGHIÊN CỨU TRƯỚC ĐÂY TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT HỒ CHỨA
• 1.3.1. Các phương pháp tính toán điều tiết vận hành hồ chứa
• 1.3.2. Giới thiệu một số công trình nghiên cứu trước đây
• 1.3.3. Giới thiệu một số mô hình mô phỏng vận hành hệ thống hồ chứa
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÔ HÌNH HEC-HMS
• 2.1. GIỚI THIỆU MÔ HÌNH HEC-HMS
• 2.2. Mô phỏng các thành phần lưu vực
• 2.3. Chuyển đổi dòng chảy
• 2.4. Tính toán dòng chảy ngầm
• 2.5. Diễn toán dòng chảy
• 3. CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÔ HÌNH HEC-HMS TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT HỆ THỐNG HỒ CHỨA THƯỢNG NGUỒN SÔNG HỒNG
• 3.1. THU THẬP VÀ CHỈNH LÝ SỐ LIỆU
• 3.1.1. Số liệu thủy văn
• 3.1.2. Số liệu đặc trưng hồ chứa
• 3.1.3. Chỉnh lý số liệu
• 3.2. ĐIỀU KIỆN BIÊN VÀ ĐIỀU KIỆN BAN ĐẦU
• 3.3. HIỆU CHỈNH MÔ HÌNH
• 3.3.1. Lựa chọn mô hình
• 3.3.2. Hiệu chỉnh thông số mô hình
• 3.4. KIỂM NGHIỆM MÔ HÌNH
• 3.5. ĐÁNH GIÁ VAI TRÒ CỦA CÁC HỒ CHỨA TRONG MÙA KIỆT
• 3.6. MỘT SỐ NHẬN XÉT
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan

Chương này cung cấp cái nhìn tổng quan về điều kiện địa lý tự nhiên của lưu vực sông Hồng, bao gồm vị trí địa lý, địa hình, địa mạo, địa chất và thổ nhưỡng. Hệ thống sông Hồng, với diện tích lưu vực khoảng 155.300 km2, là một trong những hệ thống sông lớn nhất Việt Nam. Địa hình đa dạng từ núi, đồi đến đồng bằng, tạo điều kiện cho sự phát triển của mạng lưới sông ngòi. Đặc biệt, địa hình đồi núi chiếm phần lớn diện tích, với độ cao trung bình 1090 m. Điều này ảnh hưởng đến chế độ dòng chảy và khả năng điều tiết nước của các hồ chứa. Các hồ chứa như Thác Bà, Tuyên Quang và Hòa Bình đóng vai trò quan trọng trong việc điều tiết dòng chảy, giảm thiểu lũ lụt và cung cấp nước cho nông nghiệp. Việc nghiên cứu ứng dụng mô hình HEC-HMS trong tính toán điều tiết hồ chứa là cần thiết để quản lý tài nguyên nước hiệu quả.

1.1 Điều kiện địa lý tự nhiên

Lưu vực sông Hồng nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa, với hai mùa rõ rệt: mùa đông và mùa hạ. Mùa đông lạnh giá, trong khi mùa hè nóng ẩm. Địa hình đa dạng với các dãy núi cao, cao nguyên và đồng bằng, tạo nên sự phong phú về sinh thái và tài nguyên nước. Đặc biệt, hệ thống sông Hồng có ba nhánh chính: sông Đà, sông Thao và sông Lô, mỗi nhánh đều có đặc điểm riêng về dòng chảy và chế độ thủy văn. Điều này ảnh hưởng trực tiếp đến việc quản lý và điều tiết nước trong mùa kiệt, đặc biệt là tại các hồ chứa thượng nguồn.

1.2 Hệ thống hồ chứa thượng nguồn

Hệ thống hồ chứa thượng nguồn sông Hồng bao gồm các hồ như Thác Bà, Tuyên Quang và Hòa Bình. Những hồ chứa này không chỉ có vai trò trong việc điều tiết dòng chảy mà còn cung cấp nước cho nông nghiệp và thủy điện. Việc tính toán điều tiết của các hồ chứa này là rất quan trọng, đặc biệt trong mùa kiệt, khi mà nhu cầu nước tăng cao. Mô hình HEC-HMS được ứng dụng để mô phỏng và dự đoán khả năng điều tiết của các hồ chứa, từ đó đưa ra các giải pháp quản lý nước hiệu quả hơn.

II. Cơ sở lý thuyết mô hình HEC HMS

Mô hình HEC-HMS là một công cụ mạnh mẽ trong việc mô phỏng và tính toán dòng chảy trong các lưu vực sông. Mô hình này cho phép phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến dòng chảy như lượng mưa, độ ẩm đất và các đặc điểm địa hình. Cơ sở lý thuyết của mô hình HEC-HMS bao gồm các phương pháp mô phỏng dòng chảy bề mặt, dòng chảy ngầm và các quá trình thủy văn khác. Việc hiểu rõ về cơ sở lý thuyết này là rất quan trọng để áp dụng mô hình một cách hiệu quả trong nghiên cứu điều tiết hồ chứa. Mô hình HEC-HMS đã được sử dụng rộng rãi trong nhiều nghiên cứu trước đây và đã chứng minh được tính chính xác và hiệu quả trong việc dự đoán dòng chảy.

2.1 Giới thiệu mô hình HEC HMS

HEC-HMS là mô hình được phát triển bởi Cục Quản lý Nước Hoa Kỳ, nhằm hỗ trợ trong việc quản lý tài nguyên nước. Mô hình này có khả năng mô phỏng các quá trình thủy văn phức tạp, từ đó giúp các nhà quản lý đưa ra quyết định chính xác hơn trong việc điều tiết nước. Mô hình HEC-HMS có thể được áp dụng cho nhiều loại lưu vực khác nhau, từ nhỏ đến lớn, và có thể tích hợp với các công nghệ hiện đại để nâng cao độ chính xác của dự đoán.

2.2 Các thành phần của mô hình

Mô hình HEC-HMS bao gồm nhiều thành phần chính như mô phỏng dòng chảy bề mặt, dòng chảy ngầm và các quá trình thủy văn khác. Mỗi thành phần đều có vai trò quan trọng trong việc xác định chế độ dòng chảy của lưu vực. Việc hiểu rõ các thành phần này giúp các nhà nghiên cứu có thể điều chỉnh các thông số mô hình cho phù hợp với điều kiện thực tế của lưu vực sông Hồng, từ đó nâng cao độ chính xác của các dự đoán.

III. Nghiên cứu ứng dụng mô hình HEC HMS tính toán điều tiết hệ thống hồ chứa thượng nguồn sông Hồng

Chương này tập trung vào việc ứng dụng mô hình HEC-HMS để tính toán điều tiết của các hồ chứa thượng nguồn sông Hồng. Nghiên cứu đã thu thập và chỉnh lý số liệu thủy văn, số liệu đặc trưng hồ chứa và các điều kiện biên cần thiết cho mô hình. Việc hiệu chỉnh mô hình được thực hiện để đảm bảo tính chính xác của các dự đoán. Kết quả cho thấy mô hình HEC-HMS có khả năng dự đoán chính xác mực nước tại Hà Nội trong mùa kiệt, từ đó cung cấp thông tin hữu ích cho việc quản lý tài nguyên nước. Đánh giá vai trò của các hồ chứa trong mùa kiệt cũng được thực hiện, cho thấy sự cần thiết của việc duy trì và phát triển các hồ chứa này.

3.1 Thu thập và chỉnh lý số liệu

Quá trình thu thập số liệu thủy văn và số liệu đặc trưng hồ chứa là rất quan trọng trong nghiên cứu này. Các số liệu này được sử dụng để hiệu chỉnh mô hình HEC-HMS, đảm bảo rằng mô hình phản ánh chính xác các điều kiện thực tế của lưu vực sông Hồng. Việc chỉnh lý số liệu cũng giúp loại bỏ các sai số có thể xảy ra trong quá trình thu thập, từ đó nâng cao độ tin cậy của các kết quả tính toán.

3.2 Hiệu chỉnh mô hình

Hiệu chỉnh mô hình HEC-HMS là bước quan trọng để đảm bảo tính chính xác của các dự đoán. Các thông số mô hình được điều chỉnh dựa trên các số liệu thực tế thu thập được từ các hồ chứa và trạm thủy văn. Kết quả hiệu chỉnh cho thấy mô hình có khả năng dự đoán chính xác mực nước tại các trạm thủy văn, từ đó cung cấp thông tin hữu ích cho việc quản lý tài nguyên nước trong mùa kiệt.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Lưu vực sông Hồng là hệ thống sông lớn thứ hai tại Việt Nam với diện tích khoảng 155.300 km², trong đó phần diện tích nằm trong lãnh thổ Việt Nam chiếm khoảng 72.700 km², bao phủ 17 tỉnh và thành phố. Hệ thống này gồm ba nhánh chính: sông Thao, sông Lô và sông Đà, với nhiều hồ chứa lớn như hồ Hòa Bình, hồ Thác Bà và hồ Tuyên Quang. Dòng chảy trên lưu vực phân bố không đều theo mùa, mùa lũ có lưu lượng rất lớn gây ngập lụt, mùa cạn lại thiếu nước nghiêm trọng. Việc điều tiết hồ chứa nhằm giảm thiểu lũ lụt và đảm bảo nguồn nước mùa cạn là vấn đề cấp thiết.

Mục tiêu nghiên cứu tập trung vào ứng dụng mô hình HEC-HMS để tính toán và đánh giá hiệu quả điều tiết của hệ thống hồ chứa thượng nguồn sông Hồng, đặc biệt ảnh hưởng đến mực nước tại trạm thủy văn Hà Nội trong mùa kiệt. Phạm vi nghiên cứu bao gồm ba hồ chứa chính: Hòa Bình, Thác Bà và Tuyên Quang, cùng với trạm thủy văn Hà Nội. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc hỗ trợ quản lý nguồn nước, phòng chống lũ lụt và phát triển kinh tế vùng đồng bằng sông Hồng.

Theo số liệu quan trắc, tổng lượng dòng chảy trung bình năm của hệ thống sông Hồng khoảng 127 km³, trong đó 38,3% từ Trung Quốc và Lào, phần còn lại phát sinh trong lãnh thổ Việt Nam. Lượng mưa trung bình năm dao động từ 1200 mm đến 4800 mm, tập trung chủ yếu trong 6 tháng mùa mưa (chiếm 80-85% lượng mưa năm). Các hồ chứa lớn đã làm thay đổi chế độ dòng chảy tự nhiên, giảm lưu lượng mùa lũ và tăng lưu lượng mùa cạn, góp phần ổn định mực nước hạ lưu.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên mô hình HEC-HMS (Hydrologic Engineering Center - Hydrologic Modeling System), một công cụ mô phỏng quá trình mưa - dòng chảy được phát triển bởi Trung tâm Kỹ thuật Thủy văn Quân đội Hoa Kỳ. Mô hình này bao gồm các thành phần chính:

• Tổn thất (Losses): Tính toán lượng nước mưa bị giữ lại hoặc thấm vào đất bằng các phương pháp như thấm ban đầu và thấm hằng số, phương pháp SCS Curve Number, phương pháp Green and Ampt và mô hình tính độ ẩm đất (Soil Moisture Accounting).
• Chuyển đổi dòng chảy (Transformations): Sử dụng các phương pháp đường đơn vị như Mod Clark, Snyder, đường đơn vị không thứ nguyên của SCS để chuyển lượng mưa hiệu quả thành dòng chảy bề mặt.
• Diễn toán dòng chảy (Routing): Mô phỏng sự di chuyển của dòng chảy qua kênh và hồ chứa bằng các phương pháp như Muskingum, Muskingum-Cunge, sóng động học (Kinematic Wave), Puls cải tiến và Lag.
• Diễn toán hồ chứa: Sử dụng phương trình cân bằng nước hồ chứa để tính toán lưu lượng xả và thay đổi lượng trữ trong hồ.

Các khái niệm chuyên ngành quan trọng bao gồm: thời gian trễ (lag time), lưu lượng đỉnh (peak flow), dung tích cắt lũ (flood control volume), hệ số đường cong (Curve Number - CN), và hệ số nhám Manning (Manning’s n).

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm số liệu thủy văn, khí tượng và đặc trưng hồ chứa thu thập từ các trạm quan trắc trên lưu vực sông Hồng, đặc biệt là các trạm tại hồ Hòa Bình, Thác Bà, Tuyên Quang và trạm thủy văn Hà Nội. Số liệu mưa, lưu lượng, mực nước và bốc hơi được chỉnh lý và hiệu chỉnh để đảm bảo tính chính xác.

Phương pháp phân tích hệ thống kết hợp với mô hình toán học HEC-HMS được áp dụng để mô phỏng quá trình mưa - dòng chảy và điều tiết hồ chứa. Quá trình nghiên cứu gồm các bước: thu thập và chỉnh lý số liệu, thiết lập mô hình, hiệu chỉnh thông số mô hình dựa trên dữ liệu thực đo, kiểm nghiệm mô hình và phân tích kết quả.

Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm dữ liệu quan trắc nhiều năm (khoảng 10 năm) để đảm bảo tính đại diện và độ tin cậy. Phương pháp chọn mẫu dựa trên các trạm thủy văn tiêu biểu cho các vùng thượng nguồn, trung lưu và hạ lưu. Phân tích số liệu sử dụng các chỉ tiêu như hệ số Nash-Sutcliffe để đánh giá độ phù hợp của mô hình.

Timeline nghiên cứu kéo dài từ năm 2008 đến 2009, bao gồm giai đoạn thu thập số liệu, hiệu chỉnh mô hình và phân tích kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiệu chỉnh mô hình HEC-HMS đạt độ chính xác cao: Kết quả hiệu chỉnh mô hình tại các hồ Hòa Bình, Thác Bà và Tuyên Quang năm 2008 cho thấy hệ số Nash đạt từ 0,75 đến 0,85, chứng tỏ mô hình mô phỏng dòng chảy rất sát với số liệu thực đo. Ví dụ, tại hồ Hòa Bình, lưu lượng tính toán và thực đo có sai số trung bình dưới 10%.

2. Ảnh hưởng điều tiết hồ chứa đến mực nước tại Hà Nội: Mô hình cho thấy hệ thống hồ chứa thượng nguồn đã làm giảm lưu lượng đỉnh mùa lũ khoảng 20-30% và tăng lưu lượng mùa cạn từ 15-25%. Lượng nước điều tiết này giúp duy trì mực nước tại trạm Hà Nội ổn định trong mùa kiệt, giảm nguy cơ thiếu nước tưới và sinh hoạt.

3. Vai trò dung tích cắt lũ của các hồ chứa: Hồ Hòa Bình có dung tích cắt lũ lớn nhất với 4,9 tỷ m³, tiếp theo là hồ Tuyên Quang 1,0 tỷ m³ và hồ Thác Bà 0,45 tỷ m³. Dung tích này góp phần giảm áp lực lũ cho vùng hạ lưu, đặc biệt là khu vực đồng bằng sông Hồng.

4. Phân tích dòng chảy ngầm và bùn cát: Lưu lượng dòng chảy ngầm chiếm khoảng 10-15% tổng lưu lượng, ảnh hưởng đến dòng chảy mùa cạn. Hàm lượng bùn cát lơ lửng tại các trạm thủy văn dao động từ 290 đến 3000 g/m³, với lượng bùn cát trung bình năm lên tới hàng chục triệu tấn, ảnh hưởng đến bồi lắng và xói mòn lòng sông.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của sự thay đổi dòng chảy là do các hồ chứa lớn điều tiết lưu lượng, giảm đỉnh lũ và tăng lưu lượng mùa cạn. Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu trước đây về tác động của hồ chứa trên lưu vực sông Hồng và các hệ thống sông lớn khác. Việc sử dụng mô hình HEC-HMS cho phép mô phỏng chi tiết quá trình mưa - dòng chảy và điều tiết hồ chứa, hỗ trợ quản lý nguồn nước hiệu quả.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ so sánh lưu lượng thực đo và tính toán tại các trạm thủy văn, bảng thống kê dung tích hồ chứa và lưu lượng điều tiết, cũng như biểu đồ mực nước tại trạm Hà Nội trong các mùa lũ và kiệt.

Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn trong việc xây dựng quy trình vận hành hồ chứa, phòng chống lũ lụt và đảm bảo nguồn nước mùa cạn cho vùng đồng bằng sông Hồng, góp phần phát triển kinh tế - xã hội bền vững.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Xây dựng quy trình vận hành hồ chứa đồng bộ: Đề xuất áp dụng mô hình HEC-HMS để xây dựng quy trình vận hành phối hợp giữa các hồ Hòa Bình, Thác Bà và Tuyên Quang nhằm tối ưu hóa điều tiết lũ và cấp nước mùa cạn. Chủ thể thực hiện là Ban Quản lý hồ chứa và Sở Tài nguyên Môi trường, thời gian triển khai trong 1-2 năm.

2. Nâng cao năng lực quan trắc và cập nhật số liệu: Tăng cường hệ thống trạm quan trắc mưa, lưu lượng và mực nước, đồng thời cập nhật số liệu liên tục để hiệu chỉnh mô hình chính xác hơn. Đơn vị thực hiện là Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Trung ương, với kế hoạch nâng cấp trong vòng 3 năm.

3. Phát triển phần mềm hỗ trợ quản lý nguồn nước: Xây dựng phần mềm ứng dụng mô hình HEC-HMS tích hợp dữ liệu thời gian thực, hỗ trợ ra quyết định vận hành hồ chứa linh hoạt và kịp thời. Chủ thể là các viện nghiên cứu và doanh nghiệp công nghệ, thời gian phát triển 2 năm.

4. Tuyên truyền và đào tạo nâng cao nhận thức: Tổ chức các khóa đào tạo cho cán bộ quản lý và cộng đồng về vai trò của hồ chứa và mô hình điều tiết nước nhằm nâng cao hiệu quả quản lý và sử dụng nguồn nước. Thời gian thực hiện liên tục, chủ thể là các cơ quan quản lý địa phương và trường đại học.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Cán bộ quản lý tài nguyên nước và thủy lợi: Giúp hiểu rõ cơ sở khoa học và công nghệ mô phỏng điều tiết hồ chứa, hỗ trợ xây dựng chính sách và quy trình vận hành hiệu quả.

2. Nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành thủy văn, môi trường: Cung cấp kiến thức chuyên sâu về mô hình HEC-HMS, phương pháp phân tích dòng chảy và ứng dụng thực tiễn trong quản lý lưu vực sông.

3. Cơ quan dự báo khí tượng thủy văn: Hỗ trợ nâng cao chất lượng dự báo lũ và điều tiết hồ chứa dựa trên mô hình toán học chính xác.

4. Các tổ chức phát triển và hoạch định chính sách: Cung cấp dữ liệu và phân tích khoa học để xây dựng các chương trình phát triển bền vững, phòng chống thiên tai và quản lý nguồn nước hiệu quả.

Câu hỏi thường gặp

1. Mô hình HEC-HMS có ưu điểm gì so với các mô hình khác?
   HEC-HMS có giao diện thân thiện, chạy trên môi trường Windows, tích hợp nhiều phương pháp tính toán tổn thất, chuyển đổi dòng chảy và diễn toán lũ, phù hợp với nhiều loại lưu vực và dữ liệu khác nhau, giúp mô phỏng chính xác quá trình mưa - dòng chảy.

2. Làm thế nào để hiệu chỉnh mô hình HEC-HMS?
   Hiệu chỉnh mô hình dựa trên so sánh lưu lượng tính toán với số liệu thực đo tại các trạm thủy văn, sử dụng các chỉ tiêu như hệ số Nash-Sutcliffe để điều chỉnh tham số như thời gian trễ, hệ số tổn thất, hệ số trữ nước nhằm đạt độ phù hợp cao nhất.

3. Tại sao cần điều tiết hồ chứa trong lưu vực sông Hồng?
   Điều tiết hồ chứa giúp giảm đỉnh lũ mùa mưa, hạn chế ngập lụt vùng hạ lưu, đồng thời tăng lưu lượng mùa cạn để đảm bảo nguồn nước tưới tiêu, sinh hoạt và phát điện, góp phần phát triển kinh tế xã hội bền vững.

4. Phạm vi áp dụng của mô hình HEC-HMS trong nghiên cứu này là gì?
   Mô hình được áp dụng cho hệ thống hồ chứa thượng nguồn sông Hồng gồm hồ Hòa Bình, Thác Bà và Tuyên Quang, cùng với trạm thủy văn Hà Nội, tập trung phân tích ảnh hưởng điều tiết hồ chứa đến mực nước mùa kiệt.

5. Làm thế nào để nâng cao hiệu quả vận hành hồ chứa dựa trên kết quả nghiên cứu?
   Cần xây dựng quy trình vận hành phối hợp dựa trên mô hình mô phỏng, cập nhật số liệu quan trắc liên tục, đào tạo cán bộ quản lý và ứng dụng công nghệ thông tin để ra quyết định kịp thời, chính xác.

Kết luận

• Mô hình HEC-HMS được hiệu chỉnh thành công với độ chính xác cao trong mô phỏng điều tiết hệ thống hồ chứa thượng nguồn sông Hồng.
• Hệ thống hồ chứa đã góp phần giảm lưu lượng đỉnh mùa lũ 20-30% và tăng lưu lượng mùa cạn 15-25%, ổn định mực nước tại Hà Nội.
• Dung tích cắt lũ của các hồ chứa là yếu tố quan trọng trong phòng chống lũ và đảm bảo nguồn nước mùa cạn.
• Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học cho việc xây dựng quy trình vận hành hồ chứa đồng bộ và nâng cao quản lý nguồn nước.
• Đề xuất các giải pháp nâng cao năng lực quan trắc, phát triển phần mềm hỗ trợ và đào tạo cán bộ để ứng dụng mô hình hiệu quả trong thực tiễn.

Next steps: Triển khai xây dựng quy trình vận hành hồ chứa dựa trên mô hình, nâng cấp hệ thống quan trắc và phát triển công cụ hỗ trợ quản lý trong vòng 1-3 năm tới.

Các cơ quan quản lý, nhà nghiên cứu và cộng đồng liên quan nên phối hợp triển khai ứng dụng mô hình HEC-HMS để nâng cao hiệu quả quản lý nguồn nước và phòng chống thiên tai tại lưu vực sông Hồng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1. ĐIỀU KIỆN ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN LƯU VỰC SÔNG HỒNG. Vị trí địa lý. Hệ thống sông Hồng là hệ thống sông lớn thứ hai ở nước ta, chỉ sau hệ thống sông Mê Kông, nằm trong phạm vi toạ độ địa lý: 100000'-106035' kinh độ đông, 20000'-25030' vĩ độ bắc; phía bắc giáp lưu vực sông Trường Giang, phía đông giáp lưu vực sông Thái Bình, phía tây giáp lưu vực sông Mê Kông và sông Mã, phía nam giáp Vịnh Bắc Bộ.

Phần lưu vực hệ thống sông Hồng trong lãnh thổ nước ta nằm trong phạm vi toạ độ địa lý: 102010'-106035' kinh độ đông, 20000'-23007' vĩ độ bắc. Diện tích lưu vực hệ thống sông Hồng khoảng 155.300 km2 nằm ngoài lãnh thổ Việt Nam (Trung Quốc 7110 km2 và Lào 1120 km2, phần diện tích nằm trong lãnh thổ nước ta là 72.700 km2 (chiếm 46,9%), bao trùm toàn bộ hay một phần địa phận 17 tỉnh và thành phố: Lai Châu, Điện Biên, Sơn La, Hoà Bình, Lào Cai, Yên Bái, Hà giang, Tuyên Quang, Phú Thọ, Vĩnh Phúc, thành phố Hà Nội, Hưng Yên, Hà Nam, Hà Đông, Ninh Bình, Nam Định, Thái Bình. Địa hình, địa mạo. Địa hình trong lưu vực hệ thống sông Hồng rất đa dạng, bao gồm: núi, đồi và đồng bằng.

Địa hình đồi núi chiếm phần lớn diện tích lưu vực, có xu thế thấp dần theo hướng tây bắc - đông nam, độ cao trung bình 1090 m. Trong lãnh thổ Việt Nam, phần phía tây của lưu vực sông Hồng được giới hạn bởi khối núi ở biên giới Việt - Lào với những đỉnh cao trên 1800 m như: Pu-đen-đinh (1886 m), Pu-Sam- Sao (1897 m), Khoan-La-San (1853 m), là đường phân nước giữa sông Đà (một nhánh của sông Hồng) với sông Mê Kông; phía tây bắc của lưu vực là những dãy núi cao ở biên giới Việt - Trung, với những đỉnh cao trên 2000 m như: Pu Si Ling (3076 m), Phu Nam Nhe (2534 m), phần phía bắc cũng có những dãy núi cao với những đỉnh cao trên 2000 m như: Kiều Liêu Ti (2402 m), Tây Côn Lĩnh (2419 m); phần phía đông bắc là 2 cánh cung: sông Gâm, Ngân Sơn và dãy Tam Đảo. Ở trung và thượng lưu có những khối núi và cao nguyên. Dãy Hoàng Liên Sơn kéo dài từ biên giới Việt - Trung đến Vạn Yên với đỉnh Phan Xi Păng cao nhất Việt Nam (3143 m), sau đó là đỉnh Phu-Luông (2985 m), là đường phân nước giữa - 10 - sông Đà với sông Thao.

Dãy núi Con Voi ở tả ngạn trung lưu sông Thao là đường phân nước giữa sông Thao với sông Lô. Khối núi Tây Côn Lĩnh phía hữu ngạn trung lưu sông Lô có những đỉnh cao trên 2000 m: Tây Côn Lĩnh 2419 m, Kiều Liêu Ti 2402 m. Trong lưu vực sông Hồng có các cao nguyên đá vôi như các cao nguyên: Tà Phìn, Sín Chải, Sơn La, Mộc Châu thuộc lưu vực sông Đà; Bắc Hà, Quản Bạ, Đồng Văn, Yên Minh thuộc lưu vực sông Lô. Địa hình đồi dạng bát úp, cao từ 50-100 m, đặc trưng cho cảnh quan vùng trung du, phân bố rộng khắp trong lưu vực.

Xen kẽ giữa những cao nguyên và đồi núi có những bồn địa như ở Nghĩa Lộ, Quang Huy. Vùng đồng bằng nằm ở châu thổ sông Hồng - Thái Bình, địa hình bằng phẳng, nghiêng ra biển theo hướng tây bắc - đông nam. Đồng bằng bị chia cắt thành những khu bởi các bờ đê chạy dọc theo các triền sông. Địa chất, thổ nhưỡng.

Lưu vực sông Hồng trong địa phận Việt Nam là nơi gặp gỡ của hai hệ thống địa chất - kiến tạo lớn, đó là nền địa chất Hoa Nam và địa máng Mezozoi, nối hai phương kiến tạo khác nhau và cắt nhau: đông bắc nằm trên và tây bắc nằm dưới. Ranh giới của 2 hệ thống này là đường đứt gãy kiến tạo lớn và sâu chạy theo hướng tây bắc - đông nam ra tận Vịnh Bắc Bộ, chính sông Thao và sông Chảy chảy trên đường đứt gãy này. Hệ thống đứt gãy này chia lưu vực sông Hồng thành 2 miền uốn nếp khác nhau: Việt - Trung nằm ở đông bắc và Ấn - Trung nằm ở phía tây nam. Vì thế, cấu tạo địa chất trong lưu vực rất phức tạp.

Vùng núi cao trong trong lưu vực được cấu tạo bằng các loại đá như: granít, đá phiến, sa diệp thạch, phiến thạch, sa thạch, cát kết, cuội kết và đá vôi. Đất trong lưu vực được phát triển trên các loại đá mẹ khác nhau, gồm các loại đất như: Đất mùn trên núi cao, đất feralít trên các loại đá mác ma, đá vôi và các loại đá khác với các màu vàng nhạt, vàng, đỏ, đỏ vàng, nâu đỏ., đất đá vôi, đất phù sa và cát ven sông, ven biển, đất phèn và đất mặn. Thực vật trong lưu vực sông rất phong phú, với nhiều loại thực vật và phân bố theo độ cao khác nhau: - 11 - Ở độ cao từ trên 1700 m có rừng nhiệt đới núi cao, cây cao thường dưới 20 m, lớp mùn rất giàu, cây sống trong sương mù nên có rêu. Ở độ cao 700-1700 m có rừng nhiệt đới thường xanh, gồm rừng kín hỗn hợp cây lá rộng; lá kim á nhiệt đới và rừng kín thường xanh mưa ẩm á nhiệt đới, cây cao 25-30 m.

Ở độ cao 700 m có rừng kín thường xanh mưa ẩm á nhiệt đới, trảng cỏ và cây bụi. Rừng ngập mặn ở ven biển. Bản đồ vị trí địa lý lưu vực sông Hồng địa phận Việt Nam 1. Điều kiện khí hậu, thủy văn.

Điều kiện khí hậu.[9] Toàn bộ lưu vực sông Hồng nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa, chịu tác động của cơ chế gió mùa Đông Nam Á với 2 loại gió mùa mùa đông và gió mùa mùa hạ, kết hợp với địa hình biến đổi phức tạp đã tạo cho khí hậu trên lưu vực sông Hồng phân hoá thành 2 mùa rõ rệt: mùa đông (trùng với mùa gió mùa mùa đông) và mùa hạ (trùng với mùa gió mùa mùa hạ) - 12 - Mùa đông thường bắt đầu từ tháng XI đến tháng IV năm sau. Do ảnh hưởng của gió mùa Đông Bắc nên thời tiết giá lạnh. Càng lên cao thì thời gian lạnh càng kéo dài, thậm chí có những điểm lạnh quanh năm như Sapa, có hiện tượng sương muối, băng, tuyết… Mùa hè thường bắt đầu từ tháng V-X, trên lưu vực sông Đà bắt đầu sớm hơn khoảng 1 tháng. Hướng gió trên lưu vực sông Đà phụ thuộc vào hướng thung lũng, chủ yếu là thổi theo hướng Tây hoặc Tây Bắc và thường là vào mùa hè.

Trên lưu vực sông Lô lại có hướng gió thịnh hành là hướng Nam và Đông Nam. Đây thực chất là kết quả của gió Tây Nam khô nóng vượt qua dãy Trường Sơn ra biển Đông và bị hút vào áp thấp Bắc Bộ nên hầu hết vùng đồng bằng Bắc Bộ và lãnh thổ phía Bắc- Đông Bắc chịu ảnh hưởng của loại gió này. Vào mùa đông gây nên những đợt ấm xen kẽ. Tốc độ gió trung bình nhiều năm đạt từ 1- 1,5m/s, tốc độ gió trung bình nhiều năm tại Bắc Hà là 1,1m/s, Hoàng Xu Phì là 1,2m/s, trên lưu vực sông Gâm thì dao động từ 1-1,5m/s.

Tốc độ gió lớn nhất có thể đạt tới 40m/s và thường xuất hiện khí có giông, bão. Tốc độ gió lớn nhất quan trắc được tại trạm khí tượng Sơn La là 40m/s, tại Bắc Hà là 30m/s, Hoàng Xu Phì là 40m/s, Bắc Mê là 45m/s, Na Hang là 30m/s. Nhiệt độ trung bình năm trên toàn lưu vực dao động từ 21-23o và nhiệt độ biến đổi tương đối đồng đều trong các tháng. Chế độ nhiệt trong năm biến đổi theo thời gian và không gian rất rõ rệt, có xu hướng tăng dần từ thượng lưu về hạ lưu.

Nhiệt độ cao nhất thường xuất hiện vào tháng V, tại Sơn La dao động từ 37o- 41oC , trong khi đó trên lưu vực sông Chảy thì nhiệt độ cao nhất có thể đạt tới 41,2oC tại Lục Yên, trên lưu vực sông Gâm thì nhiệt độ lớn nhất đã quan trắc được là 41,5oC tại Chiêm Hoá và ở Bắc Mê là 41oC. Nhiệt độ thấp nhất thường xuất hiện vào tháng XII và tháng I trên toàn lưu vực. Theo số liệu đã quan trắc được, nhiệt độ có thể xuống tới -3,6oC tại Bắc Hà, -0,6oC ở Chợ Rã, -0,2oC tại Sơn La. Nhiệt độ bình quân tháng tại một số trạm trên lưu vực [9] Tháng (oC) Tên Trạm I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Lai Châu 17.5 Độ ẩm tương đối trung bình tháng trong năm trên toàn lưu vực tương đối cao, dao động từ khoảng 81-83% trên lưu vực sông Đà, 81,86% trên lưu vực sông Gâm, thậm chí có khu vực trên lưu vực sông Chảy có độ ẩm trung bình tháng lớn nhất đạt 88,6%.

Độ ẩm tuyệt đối trung bình nhiều năm trên lưu vực sông Đà được xác định vào khoảng 20-23,3mb. Tháng có độ ẩm tương đối trung bình cao nhất thường vào khoảng tháng VII, VIII (trên lưu vực sông Gâm) và cũng vào khoảng tháng VIII trên lưu vực sông Chảy. Tháng có độ ẩm tương đối trung bình thấp nhất thường vào khoảng tháng III, V, độ ẩm dao động từ 75%-85% Bảng 1. Độ ẩm bình quân tháng tại một số trạm trên lưu vực [9] Tháng (%) Tên Trạm I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Lai Châu 83.5 Tổng lượng bốc hơi piche trung bình nhiều năm các trạm Sơn La là 932,8mm, Thác Bà là 803,4mm, trên lưu vực sông Gâm là 782,6mm.

Tổng lượng bốc hơi mặt nước quan trắc được trên lưu vực sông Gâm có thể đạt 1283,5mm, trên sông Chảy là 1285,4mm và trên sông Đà là 1091mm. Mùa mưa trên lưu vực gần như trùng với mùa gió mùa Đông Nam và thường kéo dài khoảng 5 tháng (V-IX), song cũng có những năm mùa mưa bắt đầu sớm hơn hoặc kết thúc muộn hơn từ 15 đến 30 ngày. Trên lưu vực sông Đà do chịu ảnh - 14 - hưởng của không khí nhiệt đới Bắc Ấn Độ Dương (gió Tây Nam) vào nửa đầu mùa hạ nên mùa mưa có thể xuất hiện sớm hơn và kết thúc muộn hơn. Lượng mưa trên sông Hồng tập trung vào 6 tháng mùa lũ với lượng mưa chiếm khoảng 80-85% lượng mưa năm, có khi lên tới 89% trên lưu vực sông Lô.

Lượng mưa trong các tháng mùa khô chỉ chiếm khoảng 15-20% lượng mưa năm. Tháng có lượng mưa ít nhất thường rơi vào khoảng tháng XII, I. Các tháng V, X là các tháng chuyển tiếp nên lượng mưa bình quân tháng nhìn chung còn khá lớn. Mưa lớn thường tập trung vào các tháng VI, VII, VIII, chủ yếu là tháng VIII, chiếm khoảng 18,7-21,2% lượng mưa năm.

Có thể kể đến các tâm mưa lớn như tâm mưa Bắc Quang thuộc trung lưu của lưu vực sông Lô, tâm mưa Thượng nguồn sông Đà.