Chương 1. ĐẶC ĐIỂM CỦA LƯU VỰC VÀ CỦA CÁC MÔ HÌNH LỰA CHỌN NGHIÊN CỨU 1. Đặc điểm địa lý tự nhiên, quy luật dòng chảy lũ trên lưu vực sông Đà và vai trò của hồ Hòa Bình [4]-[6]: Sông Đà có diện tích 52.900 km2, lƣu vực hẹp, kéo dài theo hƣớng tây bắc- đông nam tới 380km, rộng trung bình 80km, phần thuộc địa phận Việt Nam có diện tích là 26800km2, chiếm khoảng 50,7% diện tích toàn lƣu vực. Lòng chính ở thƣợng lƣu hẹp, nhiều thác ghềnh; ở hạ lƣu, lòng sông mở rộng, độ dốc sông trung bình là 3,58%.
Độ cao bình quân lƣu vực là 965m, độ dốc bình quân là 36,8%. Đƣờng phân thủy phía đông của lƣu vực là dãy núi Hoàng Liên Sơn, Pu Luông với đỉnh cao từ 2500-3000m. Phía tây có dãy núi cao Phu Huổi Long, Phutama, Phu Tung và Phu Sang. Phía bắc có dãy núi cao Pusi-Lung và Ngũ Đài Sơn, phía đông nam là vùng núi thấp Ba Vì, Viên Nam và Đối Thôi.
Địa hình lƣu vực là dạng núi và cao nguyên đều cao, chia cắt mạnh theo chiều thẳng đứng; các dãy núi, cao nguyên và thung lũng xếp song song theo hƣớng tây bắc- đông nam. Đặc điểm mƣa gây lũ [4]: Sự sắp xếp song song của địa hình núi, cao nguyên và thung lũng sông có tác động rõ rệt tới khí hậu trên lƣu vực. Dãy núi cao Hoàng Liên Sơn - Puluông nhƣ một bức tƣờng tự nhiên ngăn cản và làm suy yếu ảnh hƣởng của gió đông bắc. Các dãy núi cao ở biên giới Việt-Lào lại tạo ra hiệu ứng fơn đối với gió mùa tây nam.
Điều kiện địa hình và vị trí của lƣu vực đã qui định khí hậu với hai mùa: mùa đông khô lạnh, mùa hè nhiều mƣa ở vùng cao và khô nóng ở vùng thấp. Mƣa lớn trên lƣu vực thƣờng bắt đầu sớm, vào khoảng tháng VI, tháng VII. Vùng bắc và tây bắc là vùng núi cao có khí hậu ẩm ƣớt đến rất ẩm, lƣợng mƣa trung bình nhiều năm từ 1500 đến 2700mm, lƣợng mƣa mùa hè (tháng V- IX) chiếm tới trên 70% tổng lƣợng mƣa năm. Vùng núi thấp Sơn La-Mộc Châu, mùa hè chịu ảnh hƣởng của gió mùa tây nam, lƣợng mƣa trung bình năm thấp, chỉ 1100 đến 1500mm, trong đó lƣợng mƣa mùa hè dƣới 1000mm.
Trên lƣu vực sông Đà tồn tại những trung tâm mƣa lớn nhƣ trung tâm mƣa ở sƣờn tây dãy Hoàng Liên Sơn thuộc các lƣu vực sông nhánh Nậm Na, Nậm Mu, lƣợng mƣa trung bình năm khoảng 2500mm (trên lƣu vực Nậm Na- LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 10 mƣa trung bình năm tới trên 2000mm : tại Phong Thổ lƣợng mƣa trung bình năm là 2202mm, PaTần 2997mm, Sình Hồ 2682mm; trên lƣu vực Nậm Mu lƣợng mƣa trung bình năm tới 2454mm, ở thƣợng lƣu lên tới 2700-2800mm). Tại vùng phía tây dãy Hoàng Liên Sơn thấy rõ qui luật lƣợng mƣa tăng theo độ cao lƣu vực, mƣa tập trung vào các tháng V-X, đặc biệt là các tháng VI-VIII; lƣợng mƣa mùa hè chiếm trên 90%, lƣợng mƣa các tháng VI-VIII chiếm 50- 60% lƣợng mƣa năm. Trung tâm mƣa lớn tại phần lƣu vực thuộc địa phận Việt Nam gần biên giới Việt-Trung là tâm mƣa lớn nhất, lƣợng mƣa năm thay đổi tùy từng vị trí từ 2400 đến 3000mm, mƣa tập trung nhiều nhất vào các tháng VI-VIII.2 Đặc điểm dòng chảy lũ sông Đà [4]: Địa hình núi cao, chia cắt mạnh, độ dốc lớn, thung lũng sâu, hẹp với lƣợng mƣa lớn lại tập trung vào một vài tháng trong năm nên tạo điều kiện hình thành mạng lƣới sông dày đặc, ít sông lớn, hƣớng của các dòng sông suối trùng với hƣớng của lƣu vực. Mật độ sông suối lớn nhất ở vùng núi phía tây Hoàng Liên Sơn lên tới 1,5-1,7km/km2.
Phía hữu ngạn sông Đà, do có lƣợng mƣa ít hơn đáng kể so với các vùng khác nên sông suối thƣa hơn, chỉ từ 0,5 đến 1,5km/km2, thƣờng dƣới 1,0km/km2. Trên sông Đà và các dòng sông nhánh nhƣ Nậm Na, Nậm Mu, các sông suối nhỏ đổ vào dòng chính thƣờng phân bố đều dọc sông. Vùng cao nguyên đá vôi mƣa ít, sông suối thƣa, dòng chảy nhỏ hơn. Nguồn sinh dòng chảy quan trọng nhất trên sông Đà nằm ở phần lƣu vực thuộc vùng biên giới Việt - Trung và vùng sƣờn phía tây dãy Hoàng Liên Sơn, nơi có môdun dòng chảy năm từ 30-40 l/s/km2 và hơn nữa.
Ở các nơi khác trên lƣu vực, lƣợng dòng chảy thƣờng không vƣợt quá 20 l/s/km2 (biểu 1. Dòng chảy sông tập trung vào các tháng mùa lũ, chiếm tới 69-78% tổng lƣợng dòng chảy năm. Mùa lũ trên sông Đà thƣờng bắt đầu vào tháng V, kết thúc vào cuối tháng IX đầu tháng X. Lũ lớn nhất thƣờng xảy ra vào cuối tháng VII, nửa đầu tháng VIII.
Dòng chảy lũ trên sông Đà lớn, tập trung nhanh và không đồng bộ ở các phần khác nhau của lƣu vực là một đặc điểm nổi bật nhất của dòng chảy sông Đà. Trong điều kiện địa lý tự nhiên thuận lợi cho dòng chảy lũ hình thành trên các phụ lƣu sông Đà, nhất là lƣu vực Nậm Na, Nậm Mu hai phụ lƣu lớn nhất bên tả ngạn, thƣờng xuất hiện những trận lũ đặc biệt lớn gây tác hại nghiêm LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Mô đun dòng chảy lũ lớn nhất đạt tới 2000-3000 l/s/km2 - thuộc loại lớn nhất ở Việt Nam. Trên dòng chính, lƣợng dòng chảy lũ chiếm bình quân từ 77,6 đến 78,5% dòng chảy năm, dòng chảy tháng VIII- tháng có dòng chảy lớn nhất năm - chiếm tới 23,7% dòng chảy năm.
Dòng chảy lũ sông Đà thuộc loại lớn nhất trên hệ thống sông Hồng. Mô đun đỉnh lũ tại Lai Châu là 324 l/s/km2 xảy ra vào các tháng VII năm 1966 và 428 l/s/km2 vào tháng VIII năm 1945. Mô đun đỉnh lũ tại Hòa Bình lên tới 454 l/s/km2 vào tháng VII năm 1964. Nhìn chung, trên đoạn sông từ Lai Châu về Hòa Bình thấy rõ quy luật tăng dần môdun dòng chảy cực đại khi diện tích lƣu vực tăng.
Điều này chứng tỏ rằng lƣợng gia nhập đáng kể ở phần lƣu vực thuộc địa phận Việt Nam. Tại Lai Châu, biên độ lũ lớn nhất đạt tới 25 mét, cao nhất ở Việt Nam, với cƣờng suất lũ lên lớn nhất tới 77,4 cm/h. Dòng chảy lũ tập trung nhanh nhƣ vậy nên công tác dự báo thủy văn gặp khó khăn lớn, mà để giải quyết vấn đề này đòi hỏi phải có một mô hình tƣơng đối nhạy với qúa trình thay đổi dòng chảy trong sông. Trên cơ sở xác định thời gian truyền lũ trung bình ở các đoạn sông chính từ Mƣờng Tè về tới Hòa bình và trên các phụ lƣu chính Nậm Na, Nậm Mu,.
thấy rằng, trong mùa lũ, thời gian truyền lƣu lƣợng có ít nhiều khác nhau khi lũ lên và lũ xuống, tuy nhiên trong tính toán và dự báo có thể lấy thời gian trung bình truyền lũ từ Lai Châu về tới Tạ Bú là 12-18 giờ, từ Tạ Bú về tới Hòa Bình là 12-24 giờ trong tự nhiên, hiện nay khi có hồ chứa Hòa Bình thời gian truyền lũ rút ngắn còn 6 - 12h tuỳ theo mực nƣớc hồ. Lƣu ý rằng, thời gian truyền lũ trên các đoạn sông chính và trên các phụ lƣu còn phụ thuộc vào vị trí tâm mƣa trên lƣu vực. Nhƣ vậy, với điều kiện kỹ thuật thủy văn và điều kiện thông tin khí tƣợng thủy văn hiện có thì thời gian dự kiến thực tế của dự báo lƣu lƣợng và mực nƣớc tại trạm Tạ Bú trên sông Đà không thể vƣợt quá 18 giờ, tại Hòa Bình - không vƣợt quá 36 giờ. Để kéo dài thời gian dự kiến của dự báo có thể sử dụng các thông tin về lƣợng mƣa dự báo trong thời gian dự kiến ở các phần lƣu vực khác nhau.
Dự báo lƣợng mƣa trong 24 giờ và 48 giờ tới, trong điều kiện hiện nay, thƣờng kém chính xác cả về định tính và định lƣợng. Do vậy, những trị số dự báo lƣu lƣợng và mực nƣớc trên sông Đà với thời gian dự kiến trên 36 giờ chỉ nên dùng để tham khảo hoặc chỉ nên xem nhƣ những nhận định khả năng. Vai trò của hồ Hòa Bình [4]: Hồ Hòa Bình là hồ thủy điện lớn đƣợc xây dựng với nhiều mục đích sử dụng khác nhau bao gồm: - Mục đích chống lũ LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 12 - Mục đích phát điện - Mục đích tƣới tiêu - Phục vụ phát triển giao thông đƣờng thủy -… Chính vì hồ có nhiều vai trò trong các lĩnh vực khác nhau nên việc vận hành hồ sao cho đảm bảo đƣợc lợi ích tối đa của các mục tiêu là công việc hết sức khó khăn. Để hỗ trợ công việc điều hành hồ cần phải nhiều thông tin hỗ trợ.
Một trong các thông tin hỗ trợ vô cùng quan trọng đó là dự báo trƣớc lƣu lƣợng vào hồ. Đây là một trong những lý do mà tác giả chọn đề tài cho luận văn thạc sỹ của mình. Tổng quan về mô hình thủy văn [3]-[5]: Hiện nay trên thế giới có rất nhiều mô hình thủy văn khác nhau. Các mô hình này có thể đƣợc phân thành hai loại chính đó là: - Mô hình thủy văn dạng hộp đen: Đây là các mô hình đƣợc xây dựng và phát triển từ rất lâu rồi.
Các mô hình này chủ yếu đƣợc xây dựng trên cơ sở các công thức kinh nghiệm. Chính vì vậy các mô hình này đòi hỏi rất ít dữ liệu (thông tin đầu vào), nhƣng ngƣợc lại, việc sử dụng các mô hình này đòi hỏi phải có nhiều kinh nghiệm mới đạt đƣợc kết quả tốt. Loại các mô hình này rất thích hợp với điều kiện thiếu các thông tin đầu vào của lƣu vực. Ngày nay trên thế giới các mô hình loại này đã và đang đƣợc sử dụng rất hạn chế.
Thế giới đang có su hƣớng chuyển sang sử dụng các mô hình hiện đại hơn đó là các mô hình thủy văn tham số phân bố (trình bày ở phần dƣới đây). - Mô hình thủy văn tham số phân bố: Đây là loại mô hình thủy văn đƣợc xây dựng trên cơ sở giải hệ phƣơng trình Saint Venant hai chiều. Loại mô hình này hiện đang đƣợc nghiên cứu phát triển và ứng dụng ở các nƣớc tiên tiến. Đây chính là su hƣớng phát triển của mô hình thủy văn.
Mô hình thủy văn loại này đòi hỏi nhiều thông tin đầu vào, các thông tin phải chi tiết, chính xác. Kết quả tính của các mô hình này cũng ít bị phụ thuộc vào kinh nghiệm của ngƣời sử dụng. Trong thời kỳ phát triển của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là sự phát triển vƣợt bậc của công nghệ GIS thì mô hình thủy văn tham số phân bố là loại mô hình có ƣu thế sử dụng nhiều hơn.