Tính cấp thiết của luận văn
Các hồ chứa trên sông có mục đích tưới tiêu, cấp nước, phát điện, điều tiết xả và kiểm soát lũ Thông thường, hồ chứa được xây dựng ở cuối lưu vực lớn, nhận dòng chảy từ các con sông lớn Các yếu tố tự nhiên như lượng mưa và dòng chảy gây ra xói lở, cung cấp bùn cát và trầm tích liên tục lắng đọng tại hồ Ưu điểm chính của đập là kiểm soát lũ, khai thác năng lượng và cung cấp nước cho các khu vực khan hiếm Tuy nhiên, sự lắng đọng bùn cát lớn làm giảm khả năng chứa nước của hồ, do vận tốc dòng chảy giảm khi vào hồ, dẫn đến việc giữ lại lượng bùn cát này.
Trên toàn cầu, có khoảng 40.000 hồ chứa lớn bị bồi lắng, với ước tính mất từ 0,5% đến 1% tổng dung lượng lưu trữ mỗi năm, do đó cần ước tính lượng bồi lắng trong suốt thời gian dự án để thực hiện các biện pháp bảo trì phù hợp Việt Nam, với nhiều hệ thống sông lớn và tiềm năng thủy điện cao, đang xây dựng nhiều hồ chứa thủy điện, tạo thành các hệ thống hồ chứa bậc thang trên các sông như Đà, Lô, Mã, Cả, Vu Gia - Thu Bồn, Kôn, Ba, Sê San, Srêpôk và Đồng Nai Vấn đề bồi lắng lòng hồ ở Việt Nam diễn ra phức tạp và có tính chất đặc trưng theo từng vùng và lưu vực sông Kết quả khảo sát hồ Hòa Bình giai đoạn 1990-1996 cho thấy bùn cát lắng đọng ở cả dung tích chết và dung tích hiệu dụng, với hệ số bồi lắng giảm theo thời gian Sau 30 năm vận hành, dung tích còn lại của hồ Thác Bà đạt khoảng 94-95% dung tích ban đầu, với lượng bùn cát vào hồ ước tính là 5,89 x 10^6 m3 Hồ Núi Cốc mỗi năm bị bồi 520.000 m3, tạo lớp bùn cát bồi lắng trung bình 0,02 m/năm.
Sông Srêpôk có tổng cộng 6 hồ thủy điện lớn nhỏ, bao gồm Buôn Tua Srah, Buôn Kuốp, Hoà Phú, Đrây H’linh, cùng với thủy điện Srêpôk 4 và Srêpôk 4A ở hạ nguồn Mặc dù tất cả các công trình này đã đi vào vận hành, nhưng hiện tại vẫn chưa có nghiên cứu đầy đủ về vấn đề bồi lắng bùn cát trong lòng hồ của các bậc thang thủy điện.
Việc triển khai "Nghiên cứu đánh giá mức độ bồi lắng hồ chứa khi vận hành" là rất cần thiết để hiểu rõ diễn biến bồi lắng của các hồ chứa, đặc biệt là các hồ thủy điện bậc thang trên hệ thống sông Nghiên cứu này sẽ áp dụng các phương pháp tính toán phù hợp và logic nhằm đánh giá chính xác tình trạng bồi lắng hiện tại Từ đó, có thể đề xuất các biện pháp quản lý hiệu quả nhằm hạn chế hiện tượng bồi lắng và tăng tuổi thọ của hồ chứa, đồng thời thích ứng với biến đổi khí hậu toàn cầu.
Luận văn này tập trung vào việc nghiên cứu và đánh giá mức độ bồi lắng của hồ chứa công trình thủy điện Srêpôk 3, đồng thời đề xuất các biện pháp quản lý hiệu quả nhằm duy trì và cải thiện chất lượng của hồ chứa.
Công trình thủy điện Srêpôk 3, hoạt động từ tháng 5/2010, đã đóng góp quan trọng vào sản lượng điện quốc gia, giảm lũ cho hạ du và mang lại giá trị kinh tế cho khu vực dự án Tuy nhiên, trong thời gian vận hành, hiện tượng bồi lắng bùn cát từ các sườn dốc thượng nguồn do ảnh hưởng của điều kiện khí hậu và thủy văn đã xảy ra, làm giảm khả năng chứa nước của hồ chứa và ảnh hưởng đến việc điều tiết cũng như quản lý công trình.
Việc nghiên cứu và đánh giá mức độ bồi lắng của hồ chứa thủy điện Srêpôk 3 tại tỉnh Đăk Lăk là rất cần thiết trong bối cảnh hiện nay Kết quả nghiên cứu sẽ cung cấp thông tin quan trọng cho chủ hồ, giúp họ quản lý, vận hành và khai thác hồ một cách an toàn và hiệu quả hơn.
Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu tổng quát: Xác định và đánh giá được mức độ bùn cát bồi lắng trong lòng hồ công trình thủy điện Srêpôk 3
+ Tính toán đánh giá hiện trạng bồi lắng của lòng hồ thủy điện Srêpôk 3
+ Đề xuất biện pháp quản lý.
Nội dung nghiên cứu
Nội dung 1 Tổng quan về điều kiện địa lý tự nhiên, kinh tế xã hội và các đặc trưng hồ chứa
Nội dung 2 Tổng quan, phân tích, lựa chọn phương pháp đánh giá mức độ bồi lắng bùn cát hồ chứa
Nội dung 3 Mô phỏng, phân tích, đánh giá mức độ bồi lắng bùn cát cho hồ chứa Srêpôk 3 và đề xuất các biện pháp quản lý
Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp phân tích hệ thống được sử dụng để đánh giá các yếu tố tự nhiên, kinh tế - xã hội và các hoạt động kinh tế trong khu vực lưu vực, cũng như thảm thực vật Qua đó, phương pháp này giúp xác định nguồn gốc của bùn cát một cách hiệu quả.
Phương pháp mô hình toán thủy văn được sử dụng để xác định khối lượng bùn cát bồi lắng và mô phỏng diễn biến bồi lắng theo không gian và thời gian.
Phương pháp điều tra thực địa: được sử dụng để khảo sát các đặc trưng thủy điện và cơ chế dòng chảy.
Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của luận văn
Tính toán bồi lắng bùn cát trong hồ chứa hiện nay trở thành yêu cầu cấp thiết do sự gia tăng xây dựng hồ chứa Các nghiên cứu trước đây thường áp dụng phương pháp truyền thống để ước lượng lượng bùn cát bồi lắng Tuy nhiên, với sự phát triển của khoa học công nghệ, các mô hình toán học mới đã ra đời, trở thành công cụ hỗ trợ hiệu quả cho các chuyên gia thủy văn trong việc mô phỏng và tính toán các quá trình thủy văn.
So với phương pháp đo đạc truyền thống, việc sử dụng mô hình toán học để mô phỏng quá trình bồi lắng lòng hồ theo không gian và thời gian mang lại tính khoa học cao hơn Qua từng chu kỳ vận hành, mô phỏng này sẽ dần tiệm cận với thực tế, giúp chủ hồ quản lý hiệu quả hơn.
Sông Srêpôk, một trong những con sông bùn cát hàng đầu tại Việt Nam, hiện có 6 công trình thủy điện trên dòng chính, trong đó thủy điện Srêpôk 3 có hồ chứa ảnh hưởng lớn đến các công trình hạ lưu Srêpôk 4 và 4A Việc ước tính chính xác lượng bùn cát bồi lắng là cần thiết để đánh giá khả năng chứa nước phòng lũ của hồ Không chỉ ảnh hưởng đến dung tích chết, bùn cát còn bồi lắng vào dung tích hiệu dụng, do đó việc dự tính lượng bùn cát sẽ giúp điều chỉnh quy trình vận hành của hồ chứa Srêpôk 3.
Bố cục luận văn
- Chương 1: Tổng quan về khu vực nghiên cứu
- Chương 2: Cơ sở phương pháp tính toán bồi lắng hồ chứa
- Chương 3: Tính toán bồi lắng cho hồ chứa Srêpôk 3
TỔNG QUAN KHU VỰC NGHIÊN CỨU
ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN KHU VỰC NGHIÊN CỨU
Công trình thủy điện Srêpôk 3 nằm trên địa phận huyện Buôn Đôn, tỉnh Đăk Lăk và huyện Cư Jút, tỉnh Đăk Nông
Các hạng mục công trình đầu mối được đặt tại các xã Tân Hòa, huyện Buôn Đôn, tỉnh Đăk Lăk và xã Ea Pô, huyện Cư Jút, tỉnh Đăk Nông.
- Nhà máy thuỷ điện nằm trên địa phận xã Tân Hòa, huyện Buôn Đôn, tỉnh Đăk Lăk
Khu vực lòng hồ nằm tại xã Ea Pô, huyện Cư Jút, tỉnh Đăk Nông, cùng với các xã Hòa Xuân, TP Buôn Ma Thuột, xã Ea Nuôl và xã Tân Hòa thuộc huyện Buôn Đôn, tỉnh Đăk Lăk.
Khu vực công trình nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới ẩm gió mùa với nền nhiệt độ và độ ẩm cao, ít biến động trong năm Lượng mưa hàng năm biến động lớn, nhưng bão ít ảnh hưởng đến khu vực Khí hậu được chia thành hai tiểu vùng: phía Tây Bắc có khí hậu nắng nóng, khô hanh vào mùa khô, trong khi phía Đông và phía Nam có khí hậu mát mẻ, ôn hòa Thời tiết có hai mùa rõ rệt: mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 10 với gió Tây Nam thịnh hành, lượng mưa tập trung chủ yếu vào tháng 7, 8, 9, chiếm 80-90% tổng lượng mưa năm Riêng vùng phía Đông, do ảnh hưởng của Đông Trường Sơn, mùa mưa kéo dài đến tháng 11 Mùa khô từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau, độ ẩm giảm, gió Đông Bắc thổi mạnh, gây khô hạn nghiêm trọng.
Hệ thống sông trong khu vực có dòng chảy phức tạp, với mùa lũ khác nhau: phía Tây từ tháng 7 đến tháng 11, trong khi phía Đông và Đông Bắc có mùa lũ từ tháng 9 đến tháng 12 Lưu vực sông Srêpôk tọa lạc tại các tọa độ 11o58’ - 14o05’ vĩ độ Bắc và 105o57’ - 108o46’ kinh độ Đông, có tổng diện tích 29.450 km², chiều dài sông chính đạt 640 km và độ hạ thấp khoảng 800m.
Sông Srêpôk, một trong những nhánh chính của sông Mê Kông, bắt nguồn từ các vùng núi cao trên 800m ở phía Nam, Đông Nam và phía Đông tỉnh Đăk Lăk.
- 2.000m, hợp lưu với sông Mê Kông tại vị trí cách Stung Treng (Campuchia) 35km về
Lưu vực sông Srêpôk tại Việt Nam có diện tích khoảng 18.000 km², bao gồm các phụ lưu như Prek - Drang, Ya Hleo và sông Srêpôk thượng Sông Srêpôk thượng được hình thành từ hai nhánh chính là Krông Ana và Krông Knô, với diện tích lưu vực lần lượt là 4.000 km² và 3.900 km².
Sông Krông Ana có ba nhánh chính: Krông Búk từ vùng núi cao 900m, Krông Păk từ vùng núi cao 1.200m, và Krông Bông từ vùng núi cao từ 1.300m đến 2.000m Tất cả các nhánh sông này đều chảy qua khu vực đồi núi với lòng sông hẹp và dốc.
Sông Krông Ana chảy từ hợp lưu Krông Bông đến hợp lưu với Krông Knô trong khu vực tương đối bằng phẳng, có lòng sông rộng và nhiều vùng ngập nước thường xuyên Đặc biệt, khu vực từ hồ Lăk đến hợp lưu với sông Krông Knô hoạt động như một hồ điều tiết lớn trong mùa mưa lũ.
Sông Krông Knô bắt nguồn từ vùng núi phía Đông Nam Buôn Ma Thuột, có độ cao từ 1.600m - 1.800m, giáp với lưu vực sông Đa Nhim và sông Cái Sông chảy theo hướng Đông - Tây từ đầu nguồn đến Đức Xuyên, nơi có lòng sông hẹp và dốc Từ Đức Xuyên đến hợp lưu với sông Krông Ana, sông chuyển hướng Đông Nam - Tây Bắc, có lòng sông rộng và nhiều khu vực thường xuyên bị ngập nước, cùng với các hồ ao đầm lầy như Ea R’Bin, Ea Tut, Ea Roume, và Ea Sno.
Hình 1-1: Tổng thể lưu vực sông Srêpôk
Sông Srêpôk chảy từ hợp lưu Krông Ana và Krông Knô đến biên giới Việt Nam - Campuchia theo hướng Đông Nam - Tây Bắc, với chiều dài khoảng 110km và độ hạ thấp 200m Đoạn sông này có nhiều ghềnh thác nổi bật như thác Buôn Kuốp cao 60m, thác Dray H’linh 15m và thác Srepok 3 cao 35m Địa hình lưu vực sông Srêpôk thượng được chia thành ba dạng chính: vùng núi, cao nguyên, và vùng trũng đồng bằng Vùng núi có độ cao từ 800m đến 2.000m, nơi bắt nguồn của các sông Krông Búk, Krông Păk, Krông Bông và Krông Ana Cao nguyên Buôn Ma Thuột và M’Đrăk có độ cao từ 300m đến 800m, trong khi vùng trũng kéo dài từ Krông Pắk đến Lắk, hình thành từ thung lũng bóc mòn với nhiều đầm lầy.
Bảng 1-1: Đặc trưng hình thái sông ngòi lưu vực Srêpôk
Chiều rộng lưu vực (km) Độ cao bình quân lưu vực (m) Độ dốc lòng sông (‰)
1.1.1 Đặc điểm địa hình Địa hình vùng nghiên cứu trong báo cáo này tương đối đa dạng, đồi núi xen kẽ bình nguyên và thung lũng, khái quát có thể chia thành các dạng địa hình sau: Địa hình vùng núi cao: nằm ở phía Nam và Đông Nam của lưu vực, có độ cao trung bình 1.000 - 1.200m, có các đỉnh núi cao như Chu-Yang-Sin (2.405m) và Chư- Pan-Phan (2.175m) Dải Trường Sơn chạy qua vùng thuộc địa phận huyện Krông Bông, huyện Lăk Trong khu vực địa hình này diện tích rừng còn nhiều, độ dốc lớn và địa hình chia cắt mạnh Địa hình vùng cao nguyên: Vùng cao nguyên với những đồng bằng lượn sóng và
Vùng cao nguyên Buôn Ma Thuột và Đăk Nông có địa hình dốc thoải, với cao độ trung bình từ 400 - 500m và 700 - 800m, tương ứng Cao nguyên Buôn Ma Thuột có địa hình bằng phẳng hơn so với Đăk Nông, cả hai đều hình thành từ phun trào bazan thời kỳ tiền đệ tứ, tạo ra lớp đất đỏ màu mỡ, thích hợp cho phát triển cây công nghiệp dài ngày Bên cạnh đó, vùng đất thấp gồm các dải đất phù sa bằng phẳng dọc theo sông, chủ yếu tập trung ở các huyện Lăk, Krông Ana và Ea Suop, với cao độ từ 410m - 450m Đặc điểm địa lý và địa hình của khu vực ảnh hưởng trực tiếp đến khí hậu, mang lại tính chất nhiệt đới nóng ẩm và sự mát mẻ của vùng cao nguyên.
Theo đánh giá thổ nhưỡng của Viện Qui hoạch và thiết kế Nông nghiệp, toàn lưu vực có các loại đất đa dạng, bao gồm nhóm đất phù sa, đất Glay, đất than bùn, đất đen, đất xám, đất đỏ, đất mùn Alit trên núi cao, và đất trơ sỏi đá Trong số đó, hai nhóm đất đen xám và đỏ chiếm diện tích lớn nhất.
Nhóm đất xám chủ yếu phân bố tại các khu vực như Ea Suop, Cư Jút, M'Đrăk và Krông Bông Đặc điểm nổi bật của loại đất này là tầng đất mỏng, độ dốc lớn và thường có đá lẫn trong cấu trúc, với thảm thực vật tự nhiên chủ yếu là rừng thứ sinh.
Nhóm đất đỏ chủ yếu tập trung tại các khu vực Bazan như Buôn Ma Thuột, Đăk Nông và Đăk Mil So với nhóm đất xám, đất đỏ Bazan có độ dốc thấp hơn và lớp đất dày hơn rõ rệt.
ĐẶC TRƯNG KINH TẾ XÃ HỘI TỈNH ĐẮK LẮK
Tỉnh Đắk Lắk, với diện tích 13.125,4 km², tọa lạc tại Tây Nguyên, nằm trong khoảng tọa độ 107°28'57" - 108°59'37" kinh Đông và 12°9'45" - 13°25'06" vĩ Bắc Phía Bắc giáp tỉnh Gia Lai, phía Nam giáp tỉnh Lâm Đồng, phía Đông giáp tỉnh Phú Yên và Khánh Hòa, trong khi phía Tây giáp Vương quốc Campuchia và tỉnh Đắk Nông Đắk Lắk có đường biên giới dài 70 km với Campuchia, nơi có quốc lộ 14C chạy dọc theo biên giới, tạo điều kiện thuận lợi cho phát triển kinh tế vùng biên và bảo vệ an ninh quốc phòng.
Hình 1-3: Bản đồ hành chính tỉnh Đắk Lắk
Kinh tế Đắk Lắk chủ yếu dựa vào sản xuất và xuất khẩu nông sản, lâm sản, với tiềm năng du lịch sinh thái đáng kể Năm 2017, tỉnh xếp hạng 31/63 trong Chỉ số năng lực cạnh tranh cấp tỉnh của Việt Nam Đắk Lắk nổi bật với diện tích và sản lượng cà phê xuất khẩu lớn nhất cả nước, đạt 182.343ha và hơn 400.000 tấn mỗi năm, chiếm 40% tổng sản lượng cả nước Ngoài cà phê, tỉnh còn trồng bông, cacao, cao su, điều và phát triển nhiều loại cây ăn trái như bơ, sầu riêng, chôm chôm, xoài.
Năm 2018, UBND tỉnh Đắk Lắk đặt mục tiêu tổng sản phẩm xã hội đạt 51.480 tỷ đồng với mức tăng trưởng kinh tế từ 7,8-8% Dự kiến thu nhập bình quân đầu người đạt 41 triệu đồng, huy động vốn đầu tư toàn xã hội khoảng 27.720 tỷ đồng, tổng kim ngạch xuất khẩu đạt khoảng 600 triệu USD và thu ngân sách nhà nước ước tính khoảng 5.000 tỷ đồng.
1.2.2 Văn hóa, xã hội Đắk Lắk có bản sắc văn hoá đa dạng như các trường ca truyền miệng lâu đời Đam San, Xinh Nhã dài hàng nghìn câu, như các ngôn ngữ của người Ê Đê, người M'Nông như các đàn đá, đàn T'rưng, đàn k'lông pút Đắk Lắk được xem là một trong những cái nôi nuôi dưỡng Không gian văn hóa Cồng Chiêng Tây Nguyên, được UNESCO công nhận là Kiệt tác truyền khẩu và phi vật thể nhân loại
Đắk Lắk nổi bật với nhiều lễ hội truyền thống hàng năm như Lễ mừng lúa mới, Lễ bỏ mả, Lễ hội đâm trâu, và Lễ hội cà phê Tỉnh có diện tích rộng lớn và dân số khoảng 1,9 triệu người, bao gồm 47 dân tộc anh em, với mật độ dân số đạt 135 người/km2 Trong đó, 27% dân số sống ở thành thị và 73% ở nông thôn Đắk Lắk cũng có khoảng 700 trường học từ cấp tiểu học đến phổ thông và sự đa dạng tôn giáo với 13 tôn giáo khác nhau, chủ yếu là Công giáo, Phật giáo và Tin lành Các di tích lịch sử như Đình Lạc Giao, Chùa Sắc tứ Khải Đoan và Khu Biệt điện Bảo Đại là điểm đến hấp dẫn cho du khách.
Mạng lưới giao thông của tỉnh chủ yếu dựa vào đường bộ và hàng không, với sân bay Buôn Ma Thuột và 14 tỉnh lộ dài tổng cộng 460 km Quốc lộ 14 chạy qua tỉnh, kết nối với thành phố Đà Nẵng qua các tỉnh Gia Lai, Kon Tum, và liên kết với Thành phố Hồ Chí Minh qua Bình Phước và Bình Dương Ngoài ra, quốc lộ 14C cũng song song với biên giới Campuchia, tạo thêm sự thuận lợi trong giao thông.
CÁC ĐẶC TRƯNG HỒ CHỨA SREPOK 3
Thủy điện Srêpôk 3 là một phần của hệ thống thủy điện trên sông Srêpôk, với các nhà máy thủy điện Buôn Tua Srah, Buôn Kuốp, Hòa Phú và Đrây H’linh nằm ở phía thượng nguồn Ở phía hạ nguồn, có thủy điện Srêpôk 4 và Srêpôk 4A Tất cả các công trình này hiện đã được đưa vào vận hành.
Hình 1-4: Sơ đồ các tuyến đập thủy điện chính trên sông Srêpôk
NMTẹ ẹa Nhim Hoà ẹụn Dửụng ẹễN DệễNG
TP HOÀ CHÍ MINH HUEÁ ủak Klau ẹa k ke õn ẹ ak K ro ng 500
VÙ NG ĐỆ M ẹAẫ K LAẫ K
VÙ NG ĐỆ M LÂ M HOÀ NG
TTV Giang Sôn ĐAK GÀ NH ẹAẫ C NOÂ NG
Hồ chứ a hiệ n hữ u Hồ chứ a dự kiế n xâ y dựng
S.Đồng Nai Sô ng ngò i Đườ ng quố c lộ Đườ ng phâ n lưu
Trạm thủ y vă n hiệ n hữ u
BẢ N ĐỒ HỆ THỐ NG LƯỚ I TRẠM KHÍ TƯỢNG THỦ Y VĂ N VẬ N HÀ NH CÁ C
NMTẹ BUOÂ N TUA SRAH, BUOÂ N KUOÁ P, SREÂ POK 3
Trạm đo mưa hiệ n có Trạm khí tượng hiệ n có
Hiện nay, các trạm đo mưa, trạm khí tượng và trạm thú y đều có sẵn nhưng chưa được tích hợp và sử dụng hiệu quả trong hệ thống.
Hình 1-5: Sơ đồ các tuyến đập thủy điện chính và các trạm KTTV trên sông Srêpôk
Tuyến đập công trình tọa lạc cách trung tâm hành chính huyện Buôn Đôn khoảng 6,5km về phía Tây Nam, đồng thời cách trung tâm thành phố Buôn Ma Thuột một khoảng cách không xa.
20km về hướng Tây Tây Bắc và cách tỉnh lộ 681 khoảng 5,5km về hướng Tây
Nhà máy thủy điện Srêpôk 3 được thiết kế với hai cụm công trình chính: cụm tuyến đầu mối và cụm tuyến năng lượng Cụm đầu mối bao gồm đập chính, cùng với ba đập phụ và đập tràn xả lũ, trong khi cụm năng lượng gồm cửa nhận nước, đường hầm dẫn nước, nhà máy thủy điện và kênh xả Các hạng mục này có quy mô lớn và kết cấu phức tạp, góp phần quan trọng vào hiệu quả hoạt động của nhà máy.
Bảng 1-2: Các thông số công trình thủy điện Srêpôk 3
TT CÁC THÔNG SỐ ĐƠN VỊ GIÁ TRỊ
1 Diện tích lưu vực Km 2 9.410
2 Lưu lượng trung bình nhiều năm m 3 /s 250
3 Lưu lượng đỉnh lũ kiêm tra p=0, 1 % m 3 /s 12.270
4 Lưu lượng đỉnh lũ thiết kế p=0,5% m 3 /s 8.760
II Hồ chứa: Điều tiết ngày
1 Mực nước dâng bình thường MNDBT m 272
3 Mực nước gia cường MNGC m 275
7 Diện tích mặt hồ ứng với MNDBT Km 2 17,68
1 Loại đập Đập đá đổ có lõi đất chống thấm ở giữa
3 Chiều cao đập lớn nhất m 52,5
5 Chiều dài đập theo đỉnh m 460
1 Loại Tràn xả mặt có cửa van cung
3 Cao trình đỉnh ngưỡng tràn m 256,5
4 Kích thước mỗi cửa van(BxH) m 15 x 15,5
5 Lưu lượng xả tràn ứng với MNDBT m 3 /s 8.755
6 Lưu lượng xả tràn ứng với MNKT m 3 /s 11.600
TT CÁC THÔNG SỐ ĐƠN VỊ GIÁ TRỊ
4 Kích thước mỗi cửa (BxH) m 13 x 16
VI Đường hầm dẫn nước
1 Loại Bọc bê tông cốt thép
1 Lưu lượng thiết kể (Qtk) m3/s 412,8
2 Cột nước thiết kế (Htk) m 60
3 Công suất lắp máy (Nlm) MW 220
Tỉnh Đăk Lắk sở hữu điều kiện tự nhiên phong phú và địa hình địa chất thuận lợi cho phát triển thủy điện Tuy nhiên, việc xây dựng thủy điện cần phải chú trọng đến bản sắc văn hóa dân tộc đa dạng của địa phương, đồng thời có kế hoạch bảo tồn khi tái định cư các buôn làng Quy hoạch khu tái định cư cần gắn liền với việc phát triển các ngành nghề truyền thống ổn định của cộng đồng địa phương.
CƠ SỞ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN BỒI LẮNG HỒ CHỨA
TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN BỒI LẮNG HỒ CHỨA 21 1 Tổng quan trên thế giới
2.1.1 Tổng quan trên thế giới
Hiện tượng bồi lắng hồ chứa là một vấn đề phức tạp và quan trọng, đã được nghiên cứu từ sớm trên thế giới và tại Việt Nam bởi các nhà khoa học trong lĩnh vực thuỷ văn và tài nguyên nước Các nghiên cứu hiện tại chủ yếu tập trung vào việc vận chuyển và phân bố bùn cát theo không gian và thời gian trong lòng hồ chứa, và có thể được phân loại theo nhiều hướng nghiên cứu khác nhau, mỗi hướng đại diện cho một phương pháp nghiên cứu điển hình.
Phương pháp nghiên cứu đầu tiên thường được các nhà nghiên cứu thực hiện đó là
Phương pháp sử dụng số liệu thực đo cho phép các nhà nghiên cứu tận dụng tối đa dữ liệu khảo sát và quan trắc để tính toán tổng lượng bồi lắng qua các giai đoạn Một phương pháp phổ biến khác là sử dụng công thức kinh nghiệm và quan hệ thương quan, trong đó đường cong hiệu quả bẫy bùn cát của Churchill được phát triển dựa trên mối quan hệ giữa phần trăm bùn cát tháo ra và chỉ số bồi lắng Các nghiên cứu sau đó đã sửa đổi và bổ sung thông số để cải thiện độ chính xác Phương pháp Borland-Miller cũng được nhắc đến, giúp xác định sự phân bố bùn cát trong hồ chứa Cuối cùng, phương pháp mô hình toán, mặc dù phát triển sau, nhưng lại cho phép giải các phương trình phức tạp với khả năng tính toán chuỗi số liệu dài và được kết hợp với công nghệ viễn thám và GIS để nâng cao độ chính xác Phương pháp này còn nổi bật với khả năng dự báo các tình huống tương lai dựa trên biến động của nhiều yếu tố đầu vào Trong luận văn này, sẽ có tổng quan về các nghiên cứu liên quan đến từng phương pháp tính toán.
2.1.1.1 Phương pháp sử dụng số liệu thực đo
Năm 1974, Denly thực hiện nghiên cứu về hiệu quả bẫy bùn cát tại 17 hồ chứa nhỏ trên khắp nước Mỹ, trải qua nhiều vùng sinh thái khác nhau Nghiên cứu này bao gồm việc thiết kế các hố bẫy bùn trong thời gian 10 ngày, trong đó lưu lượng nước đến hồ và mẫu bùn cát được ghi nhận để tính toán lưu lượng bùn cát Kết quả cho thấy lượng bùn cát trung bình hàng năm dao động từ 23,35 đến 1.721 tấn/km², và hiệu quả của bẫy bùn phụ thuộc vào vận tốc nước và kích thước hạt bùn cát Hiệu quả bẫy bùn được tính toán lại dựa trên số liệu thực đo, dao động từ 81 đến 98% trong giai đoạn từ 4 đến 16 năm.
Năm 1980, Batten và cộng sự đã tiến hành khảo sát khu vực lòng hồ chứa trên sông White, Tây Bắc Hoa Kỳ, nhằm xác định cao trình bề mặt bùn cát bồi lắng Nghiên cứu sử dụng dữ liệu lưu lượng nước và bùn cát thực đo từ tháng 5 đến tháng 12 năm 1976 để tính toán lượng bùn cát bồi lắng và tốc độ bồi lắng trung bình qua các thời kỳ Kết quả cho thấy khả năng bẫy bùn cát đạt 80% khi hồ mới tích nước, nhưng giảm xuống còn 20% khi hồ đã đầy bùn cát Tuy nhiên, nghiên cứu không dự đoán được lượng bùn cát và tốc độ bồi lắng cho các thời kỳ tương lai cũng như sự thay đổi của chúng theo thời gian.
Năm 2002, Demetris Zarris và các cộng sự từ Đại học Công nghệ quốc gia Athen đã tiến hành nghiên cứu về lượng bùn cát bồi lắng tại hồ chứa Kremasta, thuộc lưu vực sông Acheloos, Hy Lạp Họ đã sử dụng dữ liệu khảo sát thủy văn trong nhiều năm sau khi xây dựng đập và tạo ra bản đồ số độ cao (DEM) với tỉ lệ 1:5000 Nghiên cứu so sánh bản đồ DEM từ dữ liệu khảo sát giai đoạn thiết kế năm 1964 với bản đồ DEM được xây dựng vào năm 1998.
Năm 1999, nghiên cứu về lượng bùn cát bồi lắng trong lòng hồ cho thấy phần lớn bùn cát tích tụ ở khu vực thượng nguồn, với tổng lượng bùn cát tích tụ đạt 112,5 triệu tấn trong thời gian vận hành hồ chứa từ năm 1964 đến 1999, tương ứng với 106,4 kg/s Các tác giả cũng nhấn mạnh tầm quan trọng của độ dài liệt số liệu trong quá trình nghiên cứu.
Phương pháp tính toán này giúp chính xác hóa kết quả nhưng chỉ cho phép xác định lượng bùn cát bồi lắng trung bình trong nhiều năm mà không phản ánh được quá trình bồi lắng theo thời gian Hạn chế này có thể được khắc phục bằng cách tăng cường số lần khảo sát trên lưu vực, đặc biệt ở khu vực thượng lưu, kết hợp với mô hình toán học Do đó, kết quả tính toán chỉ mang tính chất tổng kết và đánh giá tình hình bồi lắng của hồ chứa tại thời điểm có dữ liệu.
2.1.1.2 Phương pháp sử dụng số liệu công thức kinh nghiệm và quan hệ tương quan
Brune (1953) đã phát triển đường cong hiệu quả bẫy bùn cát dựa trên mối quan hệ giữa tỷ lệ bùn cát trong hồ và tỉ số dung tích hồ ở mức nước cao nhất so với lượng nước đến hồ hàng năm, từ đó xây dựng công thức tính hệ số bồi lắng Năm 1974, Dendy đã bổ sung số liệu thực tế vào đường cong của Brune và tạo ra phương trình dự báo hệ số bồi lắng Tuy nhiên, cả công thức của Brune và Churchill chỉ có thể xác định tổng lượng bùn cát bồi lắng hàng năm mà không phân tích được sự phân bố bùn cát theo thời gian và không gian, đồng thời chỉ tính toán được lượng bùn cát bồi lắng đến thời điểm có số liệu quan trắc mà không dự đoán được bồi lắng trong tương lai, và phương pháp này chỉ áp dụng cho từng hồ riêng lẻ.
Khi không có số liệu quan trắc lượng bùn cát ra khỏi hồ chứa, phương pháp của Churchill và Brune có thể được áp dụng để xác định hiệu quả bẫy bùn cát và tính toán lượng bùn cát bồi lắng Tuy nhiên, nhược điểm của các công thức kinh nghiệm này trong việc dự đoán bồi lắng có thể được khắc phục bằng cách dự báo lưu lượng nước và bùn cát đến hồ.
Borland và Miller (1958) đã phát triển một phương pháp kinh nghiệm để tính toán phân bố bùn cát bồi lắng trong hồ chứa, dựa trên dữ liệu khảo sát từ 30 hồ chứa ở Mỹ Họ phân loại các hồ chứa thành 4 loại khác nhau và xác định các hệ số cho từng loại trong công thức của mình Phương pháp này cho phép tính toán thể tích bùn cát bồi lắng theo các cấp độ sâu khác nhau, với việc thử nghiệm cho đến khi tổng lượng bùn cát bồi lắng tính toán gần bằng tổng lượng đã biết Để đạt được kết quả chính xác, cần xác định một số thông số liên quan đến hồ chứa.
Phương pháp Borland-Miller được áp dụng để phân tích 24 hồ chứa, bao gồm các yếu tố như độ sâu lớn nhất trước đập, độ sâu bùn cát lắng đọng ban đầu, diện tích mặt hồ và thể tích bùn cát bồi lắng Tuy nhiên, phương pháp này chỉ cho phép tính toán phân bố bùn cát theo không gian trong một khoảng thời gian nhất định mà chưa dự đoán được diễn biến theo thời gian hoặc cho tương lai, và chỉ áp dụng cho từng hồ chứa đơn lẻ Hơn nữa, việc phân loại hồ chứa trong tính toán mang tính tương đối và có quãng biến động lớn Mặc dù phương pháp này được phát triển dựa trên dữ liệu từ các hồ chứa ở Mỹ, nó đã được áp dụng thành công ở nhiều quốc gia khác và hoàn toàn có thể áp dụng cho các hồ chứa ở Việt Nam nếu có đủ dữ liệu cần thiết.
Dendy và Bolton (1976) đã phân tích dữ liệu bùn cát từ khoảng 800 hồ tại Mỹ, với diện tích lưu vực từ 2,5 km² đến 75.000 km², cùng với thông tin về diện tích lưu vực sông và dòng chảy trung bình hàng năm Dựa trên mối quan hệ giữa ba yếu tố này, các tác giả đã phát triển hai phương trình kinh nghiệm để xác định lượng bùn cát đến hồ từ dữ liệu dòng chảy trung bình và diện tích lưu vực, áp dụng cho hai trường hợp: lưu vực có dòng chảy lớn hơn và nhỏ hơn 50 mm Các phương trình này hữu ích khi không có số liệu quan trắc bùn cát, tuy nhiên, cần lưu ý rằng đặc điểm bùn cát của các lưu vực khác nhau có thể khác nhau, do đó cần xây dựng công thức riêng hoặc điều chỉnh các công thức của Dendy và Bolton để phù hợp với từng khu vực cụ thể nhằm đạt được kết quả tính toán chính xác hơn.
2.1.1.3 Phương pháp mô hình toán
Hiện nay, nhiều mô hình toán học đã được phát triển để tính toán bồi lắng bùn cát cho hồ chứa, bao gồm mô hình 1 chiều, 2 chiều và 3 chiều Mô hình 1 chiều thường được sử dụng hiệu quả để dự đoán bồi lắng trong thời gian dài, mặc dù kết quả thô hơn so với mô hình 2 và 3 chiều Tuy nhiên, mô hình 1 chiều yêu cầu ít dữ liệu đầu vào và thời gian tính toán ngắn hơn, rất phù hợp cho các hồ chứa dạng sông có chiều dài lớn hơn chiều rộng Ngược lại, mô hình 2 và 3 chiều cung cấp kết quả chi tiết hơn, nhưng đòi hỏi nhiều dữ liệu và thời gian tính toán hơn.
Các mô hình 1 chiều yêu cầu dữ liệu đầu vào phức tạp hơn, thường chỉ áp dụng cho các hồ tự nhiên có độ rộng và độ sâu lớn.
Năm 1995, Robert A Hainly và cộng sự đã nghiên cứu quá trình bồi lắng và vận chuyển bùn cát ở hạ lưu sông Susquehana, New York, nơi có ba đập thủy điện: Safe Harbor, Holtwood và Conowingo Khoảng 259 triệu tấn phù sa đã được giữ lại trong các hồ chứa này, với hồ Clarke và hồ Aldred đã đạt trạng thái cân bằng và không còn khả năng lưu giữ bùn cát Dự đoán cho thấy hồ Conowingo sẽ đạt trạng thái cân bằng trong 20 đến 30 năm tới, dẫn đến sự gia tăng lượng bùn cát vận chuyển đến vịnh Chesapeake, đặc biệt khi dòng phía trên gây xói bùn cát Robert và các cộng sự đã chọn mô hình HEC-6 để mô phỏng bồi lắng, với giả thiết hiệu suất tối đa và phân phối kích thước hạt bùn cát tự nhiên Mô hình này có khả năng mô phỏng một chiều quá trình bồi lắng và xu hướng bồi xói dài hạn, nhưng lại có hạn chế trong việc mô phỏng các dòng mật độ, hình dạng đáy và quá trình bồi lắng theo phương ngang.
Năm 1998, mười lăm cơ quan thuộc Hoa Kỳ đã tham gia Nhóm Công tác về Phục hồi sông Liên ngành Liên bang (Federal Interagency Stream Restoration Working Group
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Để tính toán bồi lắng bùn cát cho hồ chứa, nhiều phương pháp đã được áp dụng trên thế giới và tại Việt Nam, mỗi phương pháp đều có ưu và nhược điểm riêng Đối với hồ chứa thủy điện Srêpôk 3, tác giả đã lựa chọn phương pháp mô hình toán 1 chiều để thực hiện tính toán bồi lắng bùn cát, dựa trên thực tiễn và số liệu hiện có từ sông Srêpôk.
Lựa chọn mô hình tính toán bồi lắng bùn cát cho hồ chứa
Việc lựa chọn mô hình phụ thuộc vào nhiều yếu tố quan trọng, bao gồm mục đích nghiên cứu, sự biến đổi của các yếu tố thủy lực-bùn cát trong không gian, và đặc điểm địa mạo của hồ như tỷ lệ giữa độ rộng, độ sâu và độ dài Mục tiêu chính của nghiên cứu bồi lắng bùn cát trong hồ chứa là phân tích diễn biến lòng hồ qua các thời kỳ dài hạn từ 10 đến 100 năm hoặc hơn Hiện tượng bồi lắng xảy ra trong lòng dẫn động với cùng một giá trị đầu vào như lưu lượng nước, lưu lượng bùn cát và thành phần hạt.
Lắng ở những thời điểm khác nhau sẽ có sự khác biệt Hiện nay, việc đáp ứng yêu cầu này trong mô hình hai chiều hoặc ba chiều là rất khó khăn.
Hồ chứa Srêpôk 3 được xây dựng ở vùng núi với độ dốc lớn, dẫn đến sự biến đổi các yếu tố thủy lực-bùn cát theo chiều dòng chảy mạnh hơn so với chiều ngang và chiều sâu Quá trình bồi lắng chủ yếu diễn ra ở khu vực lòng chính sông cũ trên mỗi mặt cắt ngang Việc sử dụng mô hình một chiều có khả năng phân biệt quá trình bồi lắng trong lòng chính và các bãi tràn không chỉ giảm khối lượng tính toán mà còn đảm bảo độ tin cậy cần thiết cho các mục đích thiết kế.
Vì những lý do trên, trong nghiên cứu của luận văn này, sử dụng mô hình HEC-
6 để mô phỏng sự bồi lắng cho hồ chứa Srêpôk 3, bản thân mô hình HEC-6 có những ưu điểm sau:
1 HEC-6 mô phỏng được biến đổi lòng dẫn và quá trình bồi lắng cát bùn trong các hồ chứa trong thời đoạn dài nhiều năm
2 HEC-6 cho phép mô tả tình trạng dòng chảy sát thực hơn bằng việc chia lòng sông thành các bộ phận: bờ trái, lòng chính và bờ phải (hoặc phần đáy động và đáy cứng) với đặc điểm thủy lực và bùn cát khác nhau
3 HEC-6 có khả năng mô phỏng quá trình bồi-xói các kích bùn cát khác nhau
4 HEC-6 sử dụng 11 quan hệ để tính toán sức tải cát cho từng cấp hạt khác nhau, ngoài ra còn cho phép người sử dụng xây dựng hàm sức tải riêng nếu có đủ số liệu đo đạc
5 HEC-6 cho phép tính toán đường mặt nước trong sông, hồ ứng với các điều kiện lòng cứng và lòng động
6 HEC-6 có khả năng mô phỏng quá trình thô hóa đáy sông hạ lưu đập dựa trên khái niệm về lớp hoạt động và lớp không hoạt động cũng như quá trình trao đổi bùn cát giữa hai lớp này
Mô Hình HEC-6 đã được nghiên cứu và áp dụng cho các hồ chứa dạng sông ở Việt Nam, cho thấy khả năng mô phỏng quá trình biến đổi lòng dẫn hiệu quả Để tính toán bồi lắng cho hồ chứa Srêpôk 3, dữ liệu cần thiết bao gồm thông tin về thủy văn, địa hình và phù sa.
- Sử dụng số liệu về bùn cát đo đạc được tại trạm thủy văn Cầu 14 tạo biên
39 đầu vào cho mô hình HEC-6
- Sử dụng mô hình thủy lực HEC-6 để mô phỏng diễn biến bồi lắng bùn cát cho hồ chứa Srêpôk 3
2.2.1 Cơ sở lý thuyết của mô hình HEC-6
2.2.1.1 Cơ sở lý thuyết tính toán thủy lực của mô hình HEC-6
Các tham số thủy lực quan trọng để tính toán sức tải bùn cát bao gồm vận tốc, độ sâu, chiều rộng và độ dốc năng lượng, tất cả đều được xác định từ đường mặt nước tính toán.
Phương trình bảo toàn năng lượng viết cho dòng chảy đều biến đổi dần: en
(2.2) Dạng sai phân của phương trình (3.7): g h 2
Q = lưu lượng nước v = lưu tốc trung bình mặt cắt phía trên QL
A = diện tích mặt cắt ngang
QL = lưu lượng nước gia nhập khu giữa g = gia tốc trọng trường
Sen = độ dốc đường năng he = tổn thất năng lượng v1,v2 = vận tốc trung bình tại 2 mặt cắt
WS1, WS2 = cao trình mực nước tại 2 mặt cắt
1, 2 = hệ số phân bố lưu tốc tại 2 mặt cắt của đoạn sông
Phương trình (2.3) được giải bằng phương pháp bước chuẩn, cho phép tính toán các tham số thủy lực tại mỗi mặt cắt ngang tương ứng với các cấp lưu lượng kế tiếp nhau, như thể hiện trong Hình 2-1.
Số hạng tổn thất năng lượng he bao gồm tổn thất do ma sát hf và tổn thất hình dạng ho Tổn thất hình dạng là tổn thất cục bộ xảy ra khi lòng sông hoặc hồ bị thu hẹp hoặc mở rộng đột ngột, được xác định từ tài liệu địa hình Công thức tính toán tổn thất năng lượng được thể hiện qua phương trình h h he = f + o.
Hệ số tổn thất ma sát hf được tính toán theo công thức:
Hình 2-1 Các thành phần của phương trình năng lượng
A1, A2 = diện tích mặt cắt ngang thượng hạ lưu;
NSS = tổng số mặt cắt ướt thành phần có trong mỗi mặt cắt ngang;
Kt' = hệ số chuyển tải bình quân;
Lj = chiều dài của bó dòng thứ j nằm giữa các mặt cắt bộ phận; n = hệ số nhám Manning;
R1, R2 = bán kính thủy lực tương ứng tại mặt cắt thượng hạ lưu
Tổn thất hình dạng ho được tính toán theo công thức sau: g 2 v g
Trong đó : CL là hệ số tổn thất do thu hẹp hay mở rộng dòng chảy
Nếu giá trị trong dấu tuyệt đối là âm (-), dòng chảy sẽ bị thu hẹp và hệ số CL biểu thị cho hệ số thu hẹp dòng chảy Ngược lại, nếu giá trị là dương (+), dòng chảy sẽ được mở rộng và hệ số CL sẽ là hệ số mở rộng dòng chảy.
Mặt cắt ngang điển hình được mô tả bởi các điểm tọa độ (x,y) và bao gồm ba phần chính: lòng chính, bãi tràn bờ trái và bãi tràn bờ phải Mỗi mặt cắt ngang được chia thành nhiều mặt cắt bộ phận, trong đó diện tích, chu vi ướt, bán kính thủy lực, hệ số chuyển tải dòng chảy, hệ số phân bố vận tốc, chiều rộng và độ sâu hiệu quả của từng mặt cắt bộ phận được xác định từ các phân tố hình thang nhỏ hơn, được giới hạn bởi đường mặt nước và các điểm tọa độ liền kề.
Hình 2-2 Sơ đồ một mặt cắt ngang điển hình
Dòng chảy trong lòng dẫn có hình dạng bất kỳ có khả năng vận chuyển bùn cát được qui về mặt cắt hình chữ nhật, với một cạnh là độ sâu hiệu quả (EFD) tính theo phương trình (3.8) và cạnh còn lại là chiều rộng hiệu quả (EFW) được xác định từ độ sâu hiệu quả theo phương trình (3.14).
(2.9) Trong đó: ai = diện tích dòng chảy của mỗi phân tố hình thang
Davg = chiều sâu trung bình của mỗi phân tố hình thang it = tổng số phân tố hình thang có trong một mặt cắt bộ phận
Việc tính toán chuyển tải bùn cát chỉ dựa vào các tham số thủy lực của dòng chảy trong lòng chính, do đó, các yếu tố thủy lực được xác định từ tài liệu địa hình chỉ giới hạn trong phạm vi lòng chính.