chương I Trên lưu vực sông Hương, các đánh giá tác động của các công trình chưa nghiên cứu sâu và đầy đủ về mặt định lượng những 7 thay đổi các yếu tố thủy văn – thủy lực ở hạ lưu khi các hồ chứa lớn trên thượng nguồn cùng hoạt động với công trình ngăn mặn ở cửa sông, đặc biệt tình hình biến đổi khí hậu đang đặt ra những thách thức mới cho quản lý tổng hợp tài nguyên nước nhằm đáp ứng những yêu cầu phát triển kinh tế - xã hội của địa phương. Trên cơ sở định hướng nghiên cứu và tiếp cận của luận án, ứng dụng mô hình toán thủy văn, thủy lực và phân tích tổng hợp sẽ được chọn là phương pháp chủ đạo trong đánh giá tác động của các công trình thủy lợi – thủy điện chính trên lưu vực. Các hồ chứa ở thượng lưu gồm: Tả Trạch, Bình Điền, Hương Điền và đập ngăn mặn Thảo Long ở hạ lưu là các công trình lớn, có vai trò quan trọng, có tác động đáng kể đến chế độ TV-TL hạ lưu sông Hương. Luận án đã lựa chọn những công trình này cho nghiên cứu.
Chương II CÁC YẾU TỐ TÁC ĐỘNG ĐẾN CHẾ ĐỘ THỦY VĂN- THỦY LỰC SÔNG HƯƠNG VÀ THIẾT LẬP BỘ CÔNG CỤ TÍNH TOÁN 2.1 XU THẾ BIẾN ĐỔI MỘT SỐ YẾU TỐ KHÍ TƯỢNG, THỦY VĂN TRÊN LƯU VỰC SÔNG HƯƠNG 2.1 Dữ liệu và phương pháp đánh giá xu thế Sử dụng số liệu nhiệt độ, mưa, bốc hơi và mực nước thu thập được của các trạm đo đạc trên khu vực để tiến hành phân tích và đánh giá xu thế của một số yếu tố khí tượng, thủy văn bằng phương pháp kiểm định Mann Kendall và phương pháp Sen.2 Xu thế biến đổi một số yếu tố khí tượng Các đặc trưng mưa có xu thế tăng nhưng không rõ ràng (không thỏa mãn mức ý nghĩa 5%), ngược lại, bốc hơi có xu thế giảm. Nhiệt độ trung bình ở khu vực miền núi tăng, song tại Huế có xu thế giảm tuy không rõ ràng (không thỏa mãn mức ý nghĩa 5%).3 Xu thế biến đổi một số yếu tố thủy văn Các đặc trưng mực nước ở các trạm Kim Long, Phú Ốc có xu thế tăng, phù hợp với xu thế tăng của lượng mưa trên lưu vực.4 Đánh giá chung về xu thế diễn biến một số yếu tố khí tượng, thủy văn và lựa chọn kịch bản BĐKH, NBD cho lưu vực sông Hương Kết quả đánh giá xu thế cho thấy một số yếu tố khí tượng, thủy văn trên lưu vực sông Hương có xu thế diễn biến khá phù hợp với điều kiện BĐKH, trong đó đáng chú ý là xu thế tăng lượng mưa cả mùa khô, mùa mưa, cũng như lượng mưa 1, 3, 5, 7 ngày liên tục lớn nhất, là yếu tố chính gây lũ trên lưu vực. Năm 2012 Bộ Tài nguyên và Môi trường (TN&MT) đã công bố các kịch bản BĐKH, NBD cho Việt Nam, trong đó có khu vực Thừa Thiên Huế với mức thay đổi lượng mưa trung bình năm vào thời kỳ 2030 tăng 2,1% so với thời kỳ nền 1980-1999 (B2). Trên cơ sở khuyến nghị của Bộ về việc sử dụng kịch bản phát thải trung bình (B2) trong định hướng ban đầu để đánh giá tác động của BĐKH, luận án chọn kịch bản phát thải trung bình B2 để nghiên cứu đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đến chế độ thủy văn – thủy lực sông Hương.5 Tính toán lượng mưa theo kịch bản biến đổi khí hậu năm 2030 Chuỗi mưa năm điển hình cho mỗi trạm trên toàn khu vực nghiên cứu được lựa chọn theo năm đại biểu và thay đổi theo tỉ lệ biến đổi lượng mưa theo kịch bản B2 của Bộ TN&MT công bố năm 2012.
Kết quả chuỗi mưa dự tính theo kịch bản biến đổi khí hậu sẽ làm dữ liệu đầu vào cho mô hình thủy văn HEC-HMS để tính toán dòng chảy trên lưu vực trong trường hợp có xét đến biến đổi khí hậu.2 CÁC YẾU TỐ CHÍNH TÁC ĐỘNG ĐẾN CHẾ ĐỘ THỦY VĂN - THỦY LỰC SÔNG HƯƠNG 2.1 Mưa, bão và các hình thế thời tiết gây mưa lũ Chế độ mưa phân phối rất không đồng đều về không gian và thời gian, tạo nên sự phân hóa sâu sắc trong chế độ thủy văn – thủy lực sông Hương: mùa ít mưa, dòng chảy trên sông cạn kiệt; mùa mưa, dòng chảy lũ rất lớn tràn bờ gây ngập lụt nặng nề hàng năm. Bão là yếu tố quan trọng tác động lớn đến chế độ thủy văn – thủy lực của sông Hương, nhất là dòng chảy lũ. Bão, áp thấp nhiệt đới kết hợp với các hình thế thời tiết khác như không khí lạnh, hội tụ nhiệt đới,. thường gây mưa lớn đến rất lớn sinh ra lũ lụt nghiêm 9 trọng trên vùng đồng bằng hạ lưu và khu vực đầm phá.2 Điều kiện địa hình, thảm phủ Hướng núi, hướng bờ biển nằm gần vuông góc với hướng gió thịnh hành có tác dụng chắn gió gây ra mưa lớn.
Hình thể lưu vực có dạng bồn thu nước rộng, vùng núi – đồi sát vùng đồng bằng – đầm phá ven biển tạo ra tính chất dòng chảy lũ khốc liệt. Độ che phủ rừng khá cao, nhưng vai trò điều tiết của toàn bộ thảm phủ đối với chế độ dòng chảy sông Hương chưa cao do tỉ lệ rừng giàu và rừng trung bình còn thấp, lại có xu hướng giảm.3 Đầm phá và thủy triều Khi chưa có đập Thảo Long, hệ thống đầm phá Tam Giang - Cầu Hai có tác động rất rõ rệt đến chế độ dòng chảy sông Hương. Với đặc điểm triều thấp thường trùng với thời gian kiệt và triều cao trùng với thời gian lũ lớn nên tác động của thủy triều càng làm tăng khó khăn trong cấp nước mùa kiệt do xâm nhập mặn, và tiêu thoát lũ trong mùa mưa.4 Hoạt động kinh tế xã hội trên lưu vực Trong giai đoạn 2007-2009, đập Thảo Long làm nâng cao mực nước trung bình năm tại Kim Long và Phú Ốc tăng 26-27 cm, mực nước thấp nhất, cao nhất trung bình mùa kiệt tăng 20-31 cm, mực nước cao nhất trung bình mùa lũ tăng 4-7 cm. Trong giai đoạn 2010-2012, hồ Bình Điền, Hương Điền làm giảm mực nước cao nhất trung bình mùa lũ tại Kim Long 53 cm, Phú Ốc 37 cm, làm nâng cao mực nước mực nước thấp nhất trung bình mùa kiệt ở Kim Long 37 cm, Phú Ốc 22 cm.3 CÁC TÁC ĐỘNG CHÍNH CỦA HỆ THỐNG CÔNG TRÌNH TL-TĐ ĐẾN CHẾ ĐỘ TV-TL SÔNG HƯƠNG 2.1 Về mùa lũ Về mùa lũ các hồ chứa có tác động hạ thấp mực nước và lưu lượng đỉnh lũ ở hạ lưu do điều tiết lũ.
Tuy vậy, có khả năng gây lũ chồng lên lũ, tạo ra lũ nhân tạo khi chưa có qui trình vận hành liên hồ chứa. Bùn cát bị giữ lại trên các hồ chứa, tạo hiệu ứng nước trong, gây biến hình lòng dẫn hạ lưu, gia tăng rủi ro do sự cố… 10 2.2 Về mùa cạn Đập Thảo Long tạo ra chế độ dòng chảy hồ lòng sông, làm ngọt hóa sông Hương, tạo ra tiềm năng chuyển bớt nước ngọt về tưới cho vùng Phú Lộc, hỗ trợ hệ thống thủy lợi hồ Truồi; đập có vai trò rất lớn đảm bảo không cho nước mặn xâm nhập vào sông kể cả do nước biển dâng. Các hồ thượng lưu điều tiết nước phát điện, cấp nước, đảm bảo yêu cầu môi trường, làm thông thoáng dòng chảy, cùng với đập Thảo Long làm nâng cao mực nước mùa cạn hạ lưu sông Hương.4 ỨNG DỤNG MÔ HÌNH HEC-HMS VÀ HEC-RAS CHO LƯU VỰC SÔNG HƯƠNG 2.1 Giới thiệu chung về mô hình HEC – HMS và HEC-RAS Mô hình toán thủy văn HEC-HMS được sử dụng để tính toán dòng chảy đến hồ và các biên nhập bên, kết quả được sử dụng làm đầu vào cho mô hình toán thủy lực HEC-RAS để diễn toán dòng chảy hạ lưu hồ chứa theo các phương án vận hành đóng, mở các cửa xả được lập trình bằng các đoạn mã lệnh điều khiển. Hai mô hình được kết nối chặt chẽ với nhau thông qua phần mềm DSS.2 Ứng dụng mô hình HEC-HMS và HEC-RAS cho lưu vực sông Hương Luận án đã sử dụng số liệu 278 mặt cắt địa hình được đo đạc cập nhật đến năm 2009 gồm: sông Hữu Trạch 18 mặt cắt (MC), sông Tả Trạch 24 MC, sông Hương 59 MC, sông Bồ 37 MC, các tuyến thoát lũ ở hạ lưu 140 MC.
Có 27 ô chứa được xây dựng với quan hệ Z-W được tính toán từ phần mềm HEC-GeoRAS. Sử dụng số liệu mưa, lưu lượng và mực nước thực đo tại các trạm trên lưu vực để tính toán mô hình. Thông qua xây dựng bản đồ chỉ số CN và các bước thiết lập mạng thủy văn, thủy lực, hiệu chỉnh và kiểm định mô hình dòng chảy lũ cho thấy bộ thông số mô hình HEC-HMS đạt yêu cầu với hệ số Nash 0,90-0,92 (hiệu chỉnh, hình 2.1) và 0,78- 0,95 (kiểm định, hình 2.2); hệ số Nash mô hình HEC-RAS đạt 0,63-0,77 (hình 2.1: Hiệu chỉnh mô hình Hình 2.2: Kiểm định mô hình HEC-HMS tại Bình Điền HEC-HMS tại Dương Hòa Hình 2.3: Kiểm định mô hình Hình 2.4: Kiểm định mô hình HEC-RAS tại Kim Long HEC-RAS tại Phú Ốc 2.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG II Xu thế biến đổi của một số yếu tố khí tượng, thủy văn trên lưu vực sông Hương là khá phù hợp với kịch bản biến đổi khí hậu của Bộ Tài nguyên và Môi trường. Trên cơ sở khuyến nghị của Bộ về việc sử dụng kịch bản phát thải trung bình (B2) trong định hướng ban đầu để đánh giá tác động của BĐKH, luận án chọn kịch bản phát thải trung bình B2 mà Bộ TN&MT công bố năm 2012 để nghiên cứu đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đến chế độ thủy văn – thủy lực sông Hương.
Kết quả nghiên cứu bước đầu cho thấy hoạt động của các công trình Thảo Long, Bình Điền và Hương Điền trong thời gian qua đã có những tác động đáng kể đến một số yếu tố thủy văn – thủy lực hạ lưu sông Hương, do đó cần được nghiên cứu đánh giá định lượng trong các trường hợp khác nhau, đặc biệt là khi có thêm công trình hồ Tả Trạch đi vào vận hành và xét đến biến đổi khí hậu. 12 Bộ mô hình toán HEC-HMS và HEC- RAS được thiết lập và ứng dụng cho lưu vực sông Hương để mô phỏng dòng chảy ngày trong năm, dòng chảy lũ và dòng chảy kiệt. Các kết quả hiệu chỉnh và kiểm định mô hình là khả quan, chấp nhận được để đánh giá sự thay đổi của một số yếu tố thủy văn – thủy lực hạ lưu sông Hương dưới tác động của các công trình thủy lợi – thủy điện và biến đổi khí hậu.