Tổng quan luận án
Luận án tiến sĩ kỹ thuật với đề tài "Nghiên cứu sự thay đổi một số yếu tố thủy văn - thủy lực hạ lưu hệ thống sông Hương dưới tác động của các công trình thủy lợi - thủy điện và biến đổi khí hậu", chuyên ngành Phát triển nguồn nước (mã số: 62 44 92 01), được nghiên cứu sinh Nguyễn Đính thực hiện tại Trường Đại học Thủy lợi dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS. Lê Đình Thành và PGS. Hoàng Minh Tuyển.
Tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu
Lưu vực sông Hương có tài nguyên nước phong phú nhưng phân bố không đều theo không gian và thời gian. Mùa ít mưa gây cạn kiệt dòng chảy, trong khi mùa mưa thường xuyên xuất hiện lũ lớn gây ngập lụt tại hạ du. Việc hàng loạt công trình thủy lợi – thủy điện quy mô lớn được xây dựng và đưa vào vận hành trên lưu vực đã làm thay đổi đáng kể chế độ thủy văn – thủy lực hạ du. Đồng thời, biến đổi khí hậu và nước biển dâng cũng tạo ra những biến động đối với tài nguyên nước.
Khoảng trống nghiên cứu được tác giả chỉ ra là các công trình nghiên cứu trước đây trên lưu vực sông Hương chủ yếu đánh giá tác động môi trường của từng hồ chứa đơn lẻ, giả thiết điều kiện mặt đệm và thủy văn không đổi, chưa đi sâu xem xét tổng thể hệ thống liên hồ chứa kết hợp với công trình vùng cửa sông và biến đổi khí hậu dưới góc độ định lượng. Do đó, việc nghiên cứu định lượng các tác động tổng hợp này là yêu cầu cấp thiết nhằm phục vụ công tác quy hoạch, quản lý tài nguyên nước, tái cơ cấu ngành nông nghiệp và hỗ trợ định hướng phát triển tỉnh Thừa Thiên Huế thành đô thị loại I trực thuộc Trung ương.
Mục tiêu và nội dung nghiên cứu
Mục tiêu chính của luận án gồm hai nội dung:
- Làm rõ sự thay đổi một số yếu tố thủy văn - thủy lực hạ lưu hệ thống sông Hương dưới tác động của các công trình thủy lợi - thủy điện và biến đổi khí hậu.
- Đề xuất các giải pháp thích ứng nhằm giảm thiểu tác động xấu đến phát triển kinh tế - xã hội và bảo vệ môi trường hạ lưu sông Hương.
Để thực hiện hai mục tiêu trên, luận án giải quyết năm nội dung cụ thể:
- Nghiên cứu các đặc điểm tài nguyên nước, chế độ thủy văn - thủy lực và phân tích các yếu tố tác động đến chế độ thủy văn - thủy lực sông Hương.
- Nghiên cứu xu thế biến đổi một số yếu tố khí tượng, thủy văn trên lưu vực sông Hương.
- Nghiên cứu ứng dụng mô hình toán thủy văn - thủy lực để tính toán mô phỏng dòng chảy năm, dòng chảy lũ, dòng chảy kiệt sông Hương.
- Đánh giá sự thay đổi một số yếu tố thủy văn – thủy lực hạ lưu sông Hương dưới tác động của các công trình thủy lợi - thủy điện khi không xét và có xét đến biến đổi khí hậu.
- Đề xuất những giải pháp định hướng để giảm thiểu tác động tiêu cực của các công trình thủy lợi - thủy điện, góp phần phát triển kinh tế - xã hội và bảo vệ môi trường trên lưu vực.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Sự thay đổi một số yếu tố thủy văn - thủy lực chủ yếu ở hạ lưu sông Hương chịu tác động của hệ thống công trình thủy lợi – thủy điện lớn và biến đổi khí hậu.
- Phạm vi không gian: Toàn bộ lưu vực sông Hương, trọng tâm là khu vực hạ lưu từ sau các hồ chứa lớn đến đập Thảo Long.
- Phạm vi thời gian: Giai đoạn từ thời điểm nghiên cứu đến năm 2030 theo kịch bản biến đổi khí hậu.
Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án
Luận án đã tổng quan 38 công trình nghiên cứu quốc tế, trong nước và trên lưu vực sông Hương:
Các nghiên cứu quốc tế
Các nghiên cứu trên thế giới về tác động của hồ chứa và biến đổi khí hậu được chia thành hai hướng tiếp cận chính:
- Phân tích số liệu thực đo trước và sau công trình: S. Shalash (1980) nghiên cứu tác động của đập High Aswan trên sông Nile (1964-1978), ghi nhận đáy sông và mực nước sau đập hạ thấp 20–50 mm/năm do suy giảm bùn cát; Francis J. Magilligan và Keith H. Nislow (2005) phát triển từ nghiên cứu của Richter và cộng sự (1996) ứng dụng Chỉ số Biến đổi Thủy văn (IHA) trên các sông tại Hoa Kỳ; Batalla và cộng sự (2004) đánh giá 187 hồ chứa trên lưu vực sông Ebro (Tây Ban Nha), chỉ ra đỉnh lũ chu kỳ 2 năm và 10 năm giảm trên 30%; Graf (2005) khảo sát 137 hồ chứa dung tích lớn hơn 1,2 km³ trên 72 con sông tại Hoa Kỳ, chỉ ra đỉnh lũ giảm trung bình 67%, mặt cắt thủy lực mùa kiệt tăng 32% và mặt cắt thoát lũ giảm 50%.
- Mô hình hóa tác động của biến đổi khí hậu và hồ chứa: Xu Z. và cộng sự (2008) kết hợp mô hình hoàn lưu tổng quát (GCM) với mô hình SWAT trên thượng nguồn sông Hoàng Hà; Kim và cộng sự (2008) tích hợp GCM và mô hình thủy văn 2 bể chứa đơn trên lưu vực Blue Nile (Ethiopia); Hoanh và cộng sự (2010) sử dụng khung hỗ trợ ra quyết định (DSF) đánh giá tác động hồ chứa và biến đổi khí hậu trên sông Mê Kông theo kịch bản B2 và A2; Vastila và cộng sự (2010) kết hợp PRECIS, VIC và EIA 3D mô phỏng ngập lụt đồng bằng sông Mê Kông; ICEM (2010) đánh giá môi trường chiến lược thủy điện dòng chính Mê Kông; Lauri và cộng sự (2012) sử dụng 5 mô hình GCM và mô hình phân bố VMod xác định vận hành hồ chứa làm dòng chảy kiệt tăng 25–160% và giảm đỉnh lũ từ 5–24% tại trạm Kratie.
Khoảng trống nghiên cứu được lựa chọn
Tại Việt Nam và lưu vực sông Hương, các nghiên cứu trước đây chưa lượng hóa đồng thời tác động tích hợp của cụm hồ chứa thượng lưu kết hợp đập ngăn mặn cửa sông trong bối cảnh biến đổi khí hậu. Đa số nghiên cứu xem xét các công trình riêng lẻ và mặc định điều kiện mặt đệm không thay đổi. Luận án khắc phục hạn chế này bằng cách tiếp cận phân tích hệ thống, mô phỏng liên kết thủy văn - thủy lực để lượng hóa chi tiết dòng chảy năm, dòng chảy lũ, dòng chảy kiệt và bước đầu xem xét diễn biến bùn cát cũng như thay đổi thảm phủ rừng.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu
Khung tiếp cận và cơ sở lý thuyết
Nghiên cứu vận dụng ba hướng tiếp cận cốt lõi:
- Tiếp cận tổng hợp theo hệ thống nguồn nước: Xem xét toàn bộ lưu vực từ vùng thượng nguồn các nhánh sông chính đến đầm phá Tam Giang – Cầu Hai và biển Đông.
- Tiếp cận mô phỏng hệ thống: Ứng dụng bộ công cụ mô hình toán liên kết dòng chảy mưa – dòng chảy mặt và diễn toán thủy lực một chiều.
- Tiếp cận theo kịch bản: Xây dựng các kịch bản tổ hợp giữa hiện trạng tự nhiên, quy trình vận hành công trình và kịch bản biến đổi khí hậu.
Phương pháp nghiên cứu thực tế
- Phương pháp phân tích thống kê: Sử dụng kiểm định phi tham số Mann-Kendall và ước lượng độ dốc Sen để kiểm tra xu thế biến đổi dài hạn của các chuỗi số liệu nhiệt độ, lượng mưa (năm, mùa, 1, 3, 5, 7 ngày lớn nhất), lượng bốc hơi, mực nước và lưu lượng tại các trạm Thượng Nhật, Huế, Nam Đông, Kim Long, Phú Ốc.
- Phương pháp mô hình toán thủy văn - thủy lực:
- Mô hình HEC-HMS: Mô phỏng quá trình mưa - dòng chảy trên các lưu vực bộ phận nhằm xác định lưu lượng nhập lưu vào các hồ chứa và các biên nhập bên.
- Mô hình HEC-RAS: Diễn toán thủy lực mạng lưới sông hạ du, mô phỏng các quy trình vận hành đóng/mở cửa van hồ chứa và đập Thảo Long thông qua các đoạn mã lệnh điều khiển quy tắc vận hành.
- Phần mềm HEC-DSS: Liên kết và truyền dẫn dữ liệu dòng chảy giữa HEC-HMS và HEC-RAS.
- Phương pháp GIS và viễn thám: Ứng dụng ArcGIS, MapInfo và mô-đun HEC-GeoRAS để trích xuất hình học sông ngòi, số hóa bản đồ thảm phủ, thành lập bản đồ chỉ số đường cong dòng chảy (Curve Number - CN) và xác định quan hệ mực nước - diện tích - dung tích (Z-F-W) cho 27 ô chứa ngập lũ.
- Phương pháp phân tích hệ thống, chuyên gia và tham vấn cộng đồng: Khảo sát thực địa, thu thập tài liệu vận hành và tham vấn ý kiến kỹ thuật phục vụ đề xuất phương án giảm nhẹ rủi ro ngập lụt và cấp nước.
Nguồn số liệu sử dụng
- Số liệu địa hình: 278 mặt cắt ngang sông đo đạc cập nhật đến năm 2009 (gồm sông Hữu Trạch: 18 mặt cắt; sông Tả Trạch: 24 mặt cắt; sông Hương: 59 mặt cắt; sông Bồ: 37 mặt cắt; các tuyến thoát lũ đồng bằng: 140 mặt cắt).
- Số liệu khí tượng - thủy văn: Chuỗi số liệu thực đo nhiều năm của mạng lưới trạm đo trên lưu vực; số liệu các trận lũ điển hình năm 1983, 1984, 1986, 1987, 1999.
- Kịch bản biến đổi khí hậu: Kịch bản phát thải trung bình (B2) công bố năm 2012 của Bộ Tài nguyên và Môi trường áp dụng cho khu vực Thừa Thiên Huế đến năm 2030.
Nội dung chính theo từng chương
Chương I: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu
Chương I phân tích đặc điểm địa lý tự nhiên, kinh tế - xã hội và hiện trạng các công trình trên lưu vực sông Hương. Lưu vực sông Hương nằm gần như trọn vẹn trong địa giới tỉnh Thừa Thiên Huế, hình thành từ ba nhánh sông chính: sông Tả Trạch (nhánh chính), sông Hữu Trạch và sông Bồ, hội lưu tại ngã ba Tuần rồi đổ ra đầm phá Tam Giang - Cầu Hai qua cửa Thuận An.
Dựa trên tiêu chí lựa chọn công trình nghiên cứu: dung tích hồ chứa $V_{hồ} \ge 100 \times 10^6 \text{ m}^3$, công suất lắp máy thủy điện $N \ge 30 \text{ MW}$ (hoặc $\ge 10 \text{ MW}$ đối với hồ đa mục tiêu), luận án xác lập danh mục 4 công trình trọng điểm có vai trò chi phối chế độ dòng chảy hạ du:
- Hồ chứa Tả Trạch (trên sông Tả Trạch)
- Hồ chứa Bình Điền (trên sông Hữu Trạch)
- Hồ chứa Hương Điền (trên sông Bồ)
- Đập ngăn mặn Thảo Long (tại cửa sông Hương)
Chương II: Các yếu tố tác động đến chế độ thủy văn – thủy lực sông Hương và thiết lập bộ công cụ tính toán
Phân tích xu thế khí tượng - thủy văn
Kết quả kiểm định Mann-Kendall và phương pháp Sen cho thấy:
- Lượng mưa năm, mưa mùa và mưa cực đoan (1, 3, 5, 7 ngày lớn nhất) có xu thế tăng nhẹ nhưng không thỏa mãn mức ý nghĩa 5%. Lượng bốc hơi có xu thế giảm.
- Nhiệt độ trung bình vùng núi có xu thế tăng, trạm Huế có xu thế giảm nhẹ không rõ ràng.
- Mực nước tại các trạm hạ lưu Kim Long, Phú Ốc có xu thế tăng, tương đồng với xu thế tăng lượng mưa.
- Theo kịch bản B2 (Bộ Tài nguyên và Môi trường, 2012), lượng mưa trung bình năm tại Thừa Thiên Huế đến năm 2030 dự tính tăng 2,1% so với thời kỳ chuẩn 1980–1999.
Các yếu tố ảnh hưởng và tác động thực tế của công trình
- Hình thế thời tiết và địa hình: Địa hình lòng bồn thu nước dốc, các dãy núi chắn gió mùa gây mưa tập trung cường độ lớn; bão kết hợp không khí lạnh gây lũ lịch sử.
- Mặt đệm và đầm phá: Tỷ lệ che phủ rừng tăng nhưng diện tích rừng giàu giảm làm hạn chế khả năng giữ nước; đầm phá và triều biển ảnh hưởng lớn đến tiêu thoát lũ và xâm nhập mặn.
- Tác động thực đo giai đoạn 2007–2012:
- Giai đoạn 2007–2009 (vận hành đập Thảo Long): Mực nước trung bình năm tại Kim Long và Phú Ốc tăng 26–27 cm; mực nước mùa kiệt tăng 20–31 cm; mực nước đỉnh lũ mùa mưa tăng 4–7 cm.
- Giai đoạn 2010–2012 (vận hành thêm hồ Bình Điền và Hương Điền): Giảm mực nước đỉnh lũ trung bình mùa lũ tại Kim Long 53 cm, tại Phú Ốc 37 cm; đồng thời làm tăng mực nước thấp nhất mùa cạn tại Kim Long 37 cm, tại Phú Ốc 22 cm.
Thiết lập, hiệu chỉnh và kiểm định bộ mô hình
Bộ mô hình HEC-HMS và HEC-RAS được thiết lập và đánh giá độ chính xác qua chỉ số hiệu quả Nash-Sutcliffe ($Nash$):
- Mô hình HEC-HMS: Hiệu chỉnh lưu lượng lũ đạt $Nash = 0,90 - 0,92$; kiểm định đạt $Nash = 0,78 - 0,95$ (tại các trạm Bình Điền, Cổ Bi, Dương Hòa).
- Mô hình HEC-RAS: Kiểm định quá trình mực nước đạt $Nash = 0,63 - 0,77$ (tại trạm Kim Long và Phú Ốc cho các trận lũ 1984, 1999 và dòng chảy kiệt 1984).
Chương III: Đánh giá tác động của các công trình thủy lợi – thủy điện và biến đổi khí hậu đến một số yếu tố thủy văn – thủy lực hạ lưu hệ thống sông Hương
Thiết lập các trường hợp và kịch bản tính toán
Luận án nghiên cứu 3 trường hợp tổng quát (TH1: Tự nhiên; TH2: Có công trình, không xét BĐKH; TH3: Có công trình, có xét BĐKH đến 2030 theo kịch bản B2) và 3 phương án vận hành hồ chứa (PAI: Vận hành độc lập; PAII: Vận hành phối hợp theo cấp báo động hạ du; PAIII: Vận hành phối hợp kết hợp tăng dung tích phòng lũ).
Năm 1984 được chọn làm năm đại biểu dòng chảy trung bình; trận lũ năm 1983 (mưa lớn tập trung vùng núi) và trận lũ lịch sử 1999 (mưa đặc biệt lớn ở đồng bằng) được chọn để tính toán dòng chảy lũ.
| Ký hiệu |
Điều kiện tính toán chi tiết |
| TH1 |
Dòng chảy tự nhiên, chưa có công trình thủy lợi - thủy điện |
| TH2-PAI |
Có 3 hồ (Bình Điền, Hương Điền, Tả Trạch) và đập Thảo Long, vận hành theo quy trình độc lập |
| TH2-PAII |
Có 3 hồ và đập Thảo Long, vận hành phối hợp theo mực nước báo động lũ hạ lưu |
| TH2-PAIII |
Có 3 hồ và đập Thảo Long, vận hành phối hợp và bổ sung dung tích phòng lũ cho các hồ |
| TH3-PAI |
Có 3 hồ và đập Thảo Long, vận hành độc lập, có xét biến đổi khí hậu 2030 (kịch bản B2) |
| TH3-PAII |
Có 3 hồ và đập Thảo Long, vận hành phối hợp theo báo động lũ, xét biến đổi khí hậu 2030 (kịch bản B2) |
Kết quả tác động đến dòng chảy ngày trong năm
Dưới tác động của hệ thống công trình, mực nước trung bình năm ở hạ lưu có xu thế tăng khoảng 0,60 m so với điều kiện tự nhiên. Biến đổi khí hậu theo kịch bản B2 làm mực nước tăng thêm không đáng kể (từ 0,01 đến 0,04 m).
| Vị trí |
TH1 ($H_0$) |
TH2-PAI ($H_1$) |
Mức thay đổi ($H_1 - H_0$) |
TH3-PAI ($H_2$) |
Mức thay đổi ($H_2 - H_1$) |
| Kim Long |
0,04 m |
0,68 m |
+0,64 m |
0,69 m |
+0,01 m |
| Phú Ốc |
0,42 m |
1,02 m |
+0,60 m |
1,06 m |
+0,04 m |
Thời gian duy trì mực nước trên báo động 2 ($H \ge +2,0 \text{ m}$) tại Kim Long giảm từ 4 ngày xuống 2 ngày; tuy nhiên thời gian mực nước duy trì trên báo động 1 ($H \ge +1,0 \text{ m}$) tăng từ 9 ngày lên 47–53 ngày do quá trình xả điều tiết kéo dài sau lũ.
Kết quả tác động đến dòng chảy lũ
- Đối với trận lũ năm 1999:
Khi các hồ vận hành theo PAII và PAIII, mực nước đỉnh lũ tại Kim Long giảm từ 0,96 đến 0,99 m; cường suất lũ lên cực đại giảm từ 0,54 m/giờ xuống còn 0,24–0,52 m/giờ; cường suất lũ lên trung bình giảm từ 0,20 m/giờ xuống 0,10–0,15 m/giờ; thời gian ngập trên báo động 3 ($H \ge +3,5 \text{ m}$) giảm từ 4 đến 8 giờ.
| Vị trí |
TH1 ($H_0$) |
TH2-PAI ($H_1$) |
$H_1 - H_0$ |
TH2-PAII ($H_2$) |
$H_2 - H_0$ |
TH2-PAIII ($H_3$) |
$H_3 - H_0$ |
| Kim Long |
6,09 m |
5,81 m |
-0,28 m |
5,13 m |
-0,96 m |
5,10 m |
-0,99 m |
| Phú Ốc |
4,68 m |
4,60 m |
-0,08 m |
4,48 m |
-0,20 m |
4,47 m |
-0,21 m |
- Đối với trận lũ năm 1983:
Đỉnh lũ tại Kim Long giảm từ 0,30 m (PAI) đến 1,44 m (PAIII); cường suất lũ lên cực đại giảm từ 0,35 m/giờ xuống 0,14–0,33 m/giờ; thời gian mực nước trên báo động 3 giảm 8–9 giờ.
| Vị trí |
TH1 ($H_0$) |
TH2-PAI ($H_1$) |
$H_1 - H_0$ |
TH2-PAII ($H_2$) |
$H_2 - H_0$ |
TH2-PAIII ($H_3$) |
$H_3 - H_0$ |
| Kim Long |
5,00 m |
4,70 m |
-0,30 m |
3,81 m |
-1,19 m |
3,56 m |
-1,44 m |
| Phú Ốc |
4,73 m |
4,43 m |
-0,30 m |
4,41 m |
-0,32 m |
4,30 m |
-0,43 m |
- Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu trong lũ 1999:
Biến đổi khí hậu làm đỉnh lũ tại Kim Long tăng 0,34 m (với PAI) và 0,29 m (với PAII); tại Phú Ốc tăng 0,11 m (PAI) và 0,08 m (PAII). Mức tăng này nhỏ hơn đáng kể so với mức giảm lũ tạo ra bởi hệ thống hồ chứa.
| Vị trí |
TH1 ($H_0$) |
TH2-PAI ($H_1$) |
TH3-PAI ($H_2$) |
$H_2 - H_1$ |
TH2-PAII ($H_3$) |
TH3-PAII ($H_4$) |
$H_4 - H_3$ |
| Kim Long |
6,09 m |
5,81 m |
6,15 m |
+0,34 m |
5,13 m |
5,32 m |
+0,29 m |
| Phú Ốc |
4,68 m |
4,60 m |
4,71 m |
+0,11 m |
4,48 m |
4,56 m |
+0,08 m |
Kết quả tác động đến dòng chảy kiệt và bùn cát
- Dòng chảy kiệt: Đập Thảo Long kết hợp xả nước mùa kiệt từ các hồ làm mực nước trung bình mùa cạn (tháng I–VIII) tăng thêm khoảng 0,57–0,63 m, duy trì mực nước Kim Long luôn trên +0,4 m (đạt trung bình +0,52 m), tạo điều kiện lấy nước tự chảy và cấp nước sang khu vực Phú Lộc. Biến đổi khí hậu hầu như không làm thay đổi mực nước mùa cạn (tăng từ 0,00 đến 0,01 m).
- Biến động bùn cát: Tại trạm thủy văn Bình Điền, cùng một cấp lưu lượng thực đo, mực nước sau khi có hồ đã hạ thấp trung bình 40 cm do hiệu ứng nước trong gây xói lòng dẫn.
Chương IV: Đề xuất giải pháp định hướng giảm thiểu tác động tiêu cực và tăng hiệu quả các công trình thủy lợi – thủy điện
Nhóm giải pháp phi công trình
- Tăng cường thảm phủ rừng: Thiết lập phương trình tương quan giữa chỉ số CN và tổng lượng dòng chảy lũ $y$ ($10^6 \text{ m}^3$) đến các tuyến hồ: $y = 13,19x + 2676$ ($R^2 = 0,994$). Đề xuất trồng rừng tại vùng đầu nguồn và các dải hành lang ven sông, ven biển.
- Hành lang bảo vệ nguồn nước: Quy hoạch và cắm mốc hành lang bảo hộ lưu vực hồ chứa, sông chính và hệ đầm phá.
- Quy trình vận hành liên hồ chứa phối hợp đập Thảo Long:
- Hồ Bình Điền giữ mực nước trước lũ (MNTL) ở +80,6 m; xả $Q_{xả} \le Q_{đến}$ căn cứ theo cấp báo động tại Kim Long.
- Hồ Hương Điền giữ MNTL ở +56,0 m; xả $Q_{xả} \le Q_{đến}$ căn cứ theo cấp báo động tại Phú Ốc.
- Hồ Tả Trạch giữ MNTL ở +25,0 m; xả $Q_{xả} \le Q_{đến}$ theo báo động tại Kim Long.
- Đập Thảo Long mở hoàn toàn trong lũ lớn để thoát lũ và nâng cửa ngăn mặn khi xuất hiện triều cường.
- Vận hành phối hợp (PAII) giúp giảm đỉnh lũ so với vận hành độc lập (PAI): trận lũ 1983 giảm 0,89 m tại Kim Long; trận lũ 1999 giảm 0,68 m tại Kim Long và 0,12 m tại Phú Ốc.
Nhóm giải pháp công trình
- Bổ sung dung tích phòng lũ các hồ:
| Hồ chứa |
$V_{pl}$ hiện tại ($10^6 \text{ m}^3$) |
Tỷ lệ % so với $V_{hi}$ |
$V_{pl}$ đề xuất ($10^6 \text{ m}^3$) |
Tỷ lệ % so với $V_{hi}$ |
| Tả Trạch |
435,9 |
125,8% |
435,9 |
125,8% |
| Bình Điền |
70,0 |
20,3% |
150,0 |
43,6% |
| Hương Điền |
0,0 |
0,0% |
200,0 |
57,0% |
| Tổng cộng |
505,9 |
48,6% |
785,9 |
75,4% |
Việc tăng dung tích phòng lũ toàn hệ thống lên 785,9 triệu m³ kết hợp vận hành liên hồ giúp hạ mực nước đỉnh lũ 1983 tại Kim Long về mức +3,44 m (PAIII), đáp ứng yêu cầu kiểm soát lũ chính vụ cho thành phố Huế (yêu cầu $\le +3,71 \text{ m}$).
- Cải tạo hạ tầng thoát lũ và nâng cấp đê: Nạo vét các sông Diên Hồng, An Xuân, Kim Đôi, Như Ý, Phổ Lợi, Đại Giang; nâng cấp cống tiêu Hà Đồ, An Xuân, Quán Cửa, Cầu Long; nghiên cứu tháo dỡ các đập nội đồng (Phú Cam, La Ỷ, Đập Đá) sau khi vận hành liên hồ; củng cố các tuyến đê Đông, Tây đầm phá Tam Giang - Sam - Thủy Tú - Cầu Hai.
Kết quả và những đóng góp mới
Đóng góp mới về mặt khoa học và thực tiễn
- Lượng hóa toàn diện tác động thủy văn - thủy lực: Đã lượng hóa chi tiết mức độ tác động của hệ thống công trình thủy lợi - thủy điện (3 hồ chứa lớn và đập Thảo Long) kết hợp biến đổi khí hậu đến dòng chảy năm, dòng chảy lũ, dòng chảy cạn và xói lở hạ du sông Hương. Luận án chỉ ra rằng trong giai đoạn đến năm 2030, tác động điều tiết của hệ thống công trình đóng vai trò chủ đạo, làm thay đổi chế độ thủy văn hạ du mạnh mẽ hơn nhiều so với tác động của biến đổi khí hậu theo kịch bản B2.
- Đề xuất hệ thống giải pháp công trình và phi công trình đồng bộ: Đã xây dựng khung quy trình vận hành liên hồ chứa phối hợp đập Thảo Long theo mực nước báo động hạ du; xác lập cơ sở khoa học cho việc bổ sung dung tích phòng lũ tại các hồ thủy điện (tăng thêm 80 triệu m³ cho Bình Điền và 200 triệu m³ cho Hương Điền), đảm bảo kiểm soát mực nước đỉnh lũ tại thành phố Huế dưới ngưỡng tiêu chuẩn phòng chống thiên tai.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Hạn chế của nghiên cứu
- Hồ Tả Trạch hoàn thành vào năm 2014 nên tại thời điểm nghiên cứu chưa có đủ chuỗi số liệu vận hành thực tế dài hạn để kiểm định kiểm chứng đầy đủ trên hiện trường.
- Số liệu quan trắc bùn cát sau đập Bình Điền mới chỉ thu thập được 1 năm sau khi vận hành, chưa đủ để đánh giá toàn diện diễn biến xói lở lòng dẫn hạ lưu trong dài hạn.
Hướng nghiên cứu tiếp
- Thiết lập hệ thống quan trắc đồng bộ địa hình, khí tượng, thủy văn và hải văn; bổ sung các trạm đo mưa và lưu lượng tự động trên lưu vực.
- Nâng cao năng lực và công nghệ mô hình dự báo mưa và dòng chảy đến các hồ chứa.
- Tiếp tục nghiên cứu sâu bài toán tối ưu hóa đa mục tiêu, giải quyết hài hòa mâu thuẫn giữa phân bổ dung tích phòng chống lũ, xả nước phục vụ sản xuất mùa cạn và hiệu quả kinh tế phát điện của các nhà máy thủy điện do doanh nghiệp đầu tư.
Giá trị tham khảo
Luận án là tài liệu tham khảo chuyên môn cho:
- Cơ quan quản lý nhà nước và địa phương: Ủy ban Nhân dân tỉnh Thừa Thiên Huế, Ban Chỉ huy Phòng chống thiên tai và Tìm kiếm cứu nạn, Tổng cục Thủy lợi trong việc ban hành và hoàn thiện quy trình vận hành liên hồ chứa trên lưu vực sông Hương.
- Đơn vị quản lý khai thác công trình: Các nhà máy thủy điện Bình Điền, Hương Điền, hồ Tả Trạch và Ban quản lý khai thác đập Thảo Long trong việc phối hợp điều tiết nguồn nước, phòng chống lũ và cấp nước mùa cạn.
- Cơ sở đào tạo và nghiên cứu: Giảng viên, nghiên cứu sinh, học viên chuyên ngành Kỹ thuật tài nguyên nước, Thủy văn học, Phát triển nguồn nước tham khảo phương pháp luận tích hợp mô hình HEC-HMS, HEC-RAS và GIS trong phân tích hệ thống lưu vực sông.
Câu hỏi thường gặp
1. Luận án lựa chọn những công trình thủy lợi – thủy điện nào trên lưu vực sông Hương để mô phỏng?
Luận án lựa chọn 4 công trình trọng điểm đáp ứng tiêu chuẩn dung tích hồ chứa $V_{hồ} \ge 100 \times 10^6 \text{ m}^3$ và công suất phát điện $N \ge 30 \text{ MW}$ (hoặc $\ge 10 \text{ MW}$ với hồ đa mục tiêu), bao gồm hồ Tả Trạch (sông Tả Trạch), hồ Bình Điền (sông Hữu Trạch), hồ Hương Điền (sông Bồ) và đập Thảo Long tại vùng cửa sông Hương.
2. Tác động của các công trình và biến đổi khí hậu đến mực nước hạ du yếu tố nào chiếm ưu thế đến năm 2030?
Tác động điều tiết của hệ thống công trình chiếm ưu thế vượt trội so với tác động của biến đổi khí hậu theo kịch bản B2. Công trình làm tăng mực nước trung bình năm khoảng 0,60 m và làm giảm đỉnh lũ từ 0,28 m đến 1,44 m, trong khi biến đổi khí hậu đến năm 2030 chỉ làm thay đổi mực nước trung bình năm từ 0,01 đến 0,04 m và làm tăng đỉnh lũ cực đoan khoảng 0,08 đến 0,34 m.
3. Đập Thảo Long có vai trò gì đối với chế độ thủy văn mùa kiệt hạ lưu sông Hương?
Đập Thảo Long tạo ra chế độ dòng chảy hồ lòng sông, ngăn chặn hoàn toàn xâm nhập mặn từ đầm phá Tam Giang do ảnh hưởng của thủy triều, giúp nâng cao mực nước mùa cạn tại Kim Long và Phú Ốc thêm khoảng 0,57–0,63 m (duy trì mực nước Kim Long trên +0,4 m), tạo nguồn nước ngọt tự chảy cho đồng bằng và hỗ trợ cấp nước sang khu vực huyện Phú Lộc.
4. Luận án đề xuất bổ sung dung tích phòng lũ cho các hồ chứa cụ thể như thế nào?
Luận án kiến nghị giữ nguyên dung tích phòng lũ của hồ Tả Trạch là 435,9 triệu m³, tăng dung tích phòng lũ hồ Bình Điền từ 70 lên 150 triệu m³ (tương đương 43,6% dung tích hữu ích), bổ sung dung tích phòng lũ hồ Hương Điền từ 0 lên 200 triệu m³ (chiếm 57,0% dung tích hữu ích), nâng tổng dung tích phòng lũ toàn hệ thống lên 785,9 triệu m³ (đạt 75,4% tổng dung tích hữu ích).
Kết luận
Luận án của nghiên cứu sinh Nguyễn Đính đã giải quyết hoàn chỉnh bài toán đánh giá định lượng tác động của hệ thống công trình thủy lợi - thủy điện kết hợp biến đổi khí hậu đến chế độ thủy văn - thủy lực hạ lưu sông Hương. Bằng việc thiết lập và ứng dụng thành công bộ mô hình HEC-HMS và HEC-RAS với các thuật toán điều khiển liên hồ, công trình đã xác định rõ vai trò chế ngự lũ và ổn định nguồn nước mùa cạn của cụm hồ chứa thượng lưu cùng đập Thảo Long. Các giải pháp công trình và phi công trình được đề xuất có luận cứ khoa học và cơ sở thực tiễn rõ ràng, trực tiếp hỗ trợ công tác quản lý an toàn thiên tai và khai thác bền vững tài nguyên nước tỉnh Thừa Thiên Huế.
