Tài liệu đánh giá hiệu quả cắt lũ của hồ bản lải, tỉnh lạng sơn đến khu vực hạ du

LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả. Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận văn là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào. Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định. Tác giả luận văn Cao Lê Hùng i LỜI CÁM ƠN Sau một thời gian nghiên cứu, tác giả đã hoàn thành luận văn thạc sỹ “Đánh giá hiệu quả cắt lũ của hồ Bản Lải tỉnh Lạng Sơn đến khu vực hạ du”. Đây là một đề tài phức tạp và khó khăn trong cả việc thu thập, phân tích thông tin số liệu và cả những vấn đề liên quan đến đề xuất các giải pháp cụ thể. Tuy vậy, trong quá trình triển khai thực hiện tác giả đã cố gắng đến mức cao nhất để hoàn thành luận văn với khối lượng và chất lượng tốt nhất có thể. Trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn, tác giả đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ của thầy cô, bạn bè và gia đình. Trước hết tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và trân trọng tới PGS. TS Trần Kim Châu, người Thầy đã chỉ bảo, hướng dẫn và giúp đỡ tác giả rất tận tình trong suốt thời gian thực hiện và hoàn thành luận văn. Tác giả xin gửi lời cảm ơn đến Phòng Đào tạo đại học và sau đại học, Khoa Thủy văn và Tài nguyên nước của trường Đại học Thủy lợi và toàn thể các thầy cô đã giảng dạy, giúp đỡ tác giả trong thời gian học tập cũng như thực hiện luận văn. Nhân dịp này, tác giả xin chân thành cảm ơn Th.s Nguyễn Việt Hưng – Giám đốc Trung tâm Thủy văn Môi trường, Tổng Công ty Tư vấn Xây dựng thủy lợi Việt Nam CTCP và những đồng nghiệp đã giúp đỡ tác giả trong quá trình thực hiện luận văn. Cuối cùng tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các bạn bè, người thân trong gia đình đã động viên, ủng hộ, chia sẻ và là chỗ dựa tinh thần giúp tác giả tập trung nghiên cứu và hoàn thành bản luận văn. Do thời gian nghiên cứu không dài, trình độ và kinh nghiệm thực tiễn chưa nhiều nên luận văn chắc chắn không thể tránh được những hạn chế và thiếu sót. Tác giả kính mong các thầy, cô giáo, đồng nghiệp đóng góp ý kiến để kết quả nghiên cứu được hoàn thiện hơn. ii MỤC LỤC MỤC LỤC HÌNH ........................................................................................................ vi DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ......................................................................................vii MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HIỆU QUẢ CẮT LŨ CỦA HỒ CHỨA TRONG NƯỚC VÀ TRÊN THẾ GIỚI ...................................................................................... 4 1.1. Tổng quan các nghiên cứu ngoài nước về hiệu quả cắt lũ của hồ chứa ........ 4 1.2. Tổng quan các nghiên cứu trong nước về hiệu quả cắt lũ của hồ chứa ........ 5 1.3. Hiện trạng quy hoạch phòng chống lũ trên lưu vực sông Kỳ Cùng .............. 7 1.3.1. Hiện trạng hồ chứa thủy lợi ....................................................................... 7 1.3.2. Hiện trạng thủy điện ................................................................................... 8 1.3.3. Nhận xét chung ........................................................................................... 9 CHƯƠNG 2: ĐẶC ĐIỂM KHÍ HẬU ........................................................................ 11 2.1. Đặc điểm địa lý tự nhiên lưu vực nghiên cứu ................................................ 11 2.1.1. Vị trí địa lý ................................................................................................. 11 2.1.2. Đặc điểm địa hình, địa chất và thổ nhưỡng ............................................ 12 2.2. Các đặc trưng khí tượng .................................................................................. 14 2.2.1. Nhiệt độ ..................................................................................................... 14 2.2.2. Độ ẩm......................................................................................................... 15 2.2.3. Số giờ nắng................................................................................................ 15 2.2.4. Bốc hơi....................................................................................................... 16 2.2.5. Gió.............................................................................................................. 16 2.2.6. Chế dộ mưa ............................................................................................... 17 2.2.7. Các hiện tượng thời tiết đặc biệt khác ..................................................... 19 2.3. Chế độ lũ ............................................................................................................ 20 2.2.1. Đặc trưng lũ .............................................................................................. 20 2.2.2. Chế độ lũ.................................................................................................... 21 2.4. Thảm phủ thực vật ........................................................................................... 22 2.5. Đặc điểm hệ thống sông ngòi ........................................................................... 27 2.6. Tình hình tài liệu khí tượng thủy văn ............................................................. 29 2.6.1. Mạng lưới trạm khí tượng ........................................................................ 29 2.6.2. Mạng lưới trạm thủy văn .......................................................................... 29 CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THỦY VĂN THIẾT KẾ .......................................... 31 iii 3.1. Hiện trạng ngập lụt trên lưu vực sông Kỳ Cùng ........................................... 31 3.1.1. Đặc điểm địa hình các vùng ngập lụt ...................................................... 31 3.1.2. Thiệt hại do lũ trên lưu vực...................................................................... 35 3.2. Đặc điểm sự hình thành lũ và diễn biến một số trận lũ lớn trên lưu vực sông Kỳ Cùng ........................................................................................................... 40 3.2.1. Đặc điểm sự hình thành lũ trên lưu vực sông Kỳ Cùng ......................... 40 3.2.2. Diễn biến một số trận lũ lớn trên lưu vực sông Kỳ Cùng ....................... 41 3.3. Diện tích và vị trí các lưu vực nhập lưu ......................................................... 47 3.4. Tính toán các đặc trưng thủy văn ................................................................... 48 3.4.1. Tính toán lưu lượng đỉnh lũ lớn nhất ..................................................... 48 3.4.2. Tổng lượng lũ thiết kế .............................................................................. 50 3.4.3. Đường quá trình lũ ................................................................................... 52 3.5. Điều tiết lũ qua công trình ............................................................................... 53 CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG BẢN ĐỒ NGẬP LỤT HẠ DU VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CẮT LŨ CỦA HỒ BẢN LẢI............................................................................ 56 4.1. Phân tích lựa chọn mô hình ............................................................................. 56 4.1.1. Lựa chọn mô hình tính toán .................................................................... 56 4.1.2. Cơ sở lý thuyết mô hình MIKE FLOOD ................................................. 57 4.2. Thiết lập mô hình thủy lực .............................................................................. 60 4.2.2. Thiết lập mô hình thủy lực 1 chiều Mike 11 ........................................... 60 4.2.3. Thiết lập mô hình thủy lực 2 chiều Mike 21 ........................................... 63 4.2.4. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình ........................................................... 64 4.2.5. Tính toán các phương án thiết kế ............................................................ 73 4.3. Xây dựng bản đồ ngập lụt ............................................................................... 75 4.3.1. Công cụ xây dựng bản đồ ngập lụt .......................................................... 75 4.3.2. Xây dựng bản đồ ngập lụt theo các kịch bản tính toán .......................... 76 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................................... 81 KẾT LUẬN .............................................................................................................. 81 KIẾN NGHỊ ............................................................................................................. 81 iv MỤC LỤC BẢNG Bảng 1. 1. Hiện trạng hồ thủy lợi trên lưu vực .............................................................. 8 Bảng 1. 2. Hiện trạng công trình thủy điện trên lưu vực ............................................... 9 Bảng 2. 1. Đặc trưng nhiệt độ tháng nhiều năm tại các trạm (0C) ............................... 15 Bảng 2. 2. Đặc trưng độ ẩm tháng nhiều năm tại các trạm (%) ................................... 15 Bảng 2. 3. Đặc trưng số giờ nắng tháng nhiều năm tại các trạm (giờ) ........................ 16 Bảng 2. 4. Đặc trưng bốc hơi tháng nhiều năm tại các trạm (giờ) ............................... 16 Bảng 2. 5. Đặc trưng tốc độ gió trung bình tháng năm tại các trạm (m/s) ................... 17 Bảng 2. 6. Lượng mưa tháng năm tại các trạm (mm) ................................................... 18 Bảng 2. 7. Lượng mưa mùa lũ, mùa khô và tỷ lệ so với lượng mưa năm ...................... 18 Bảng 2. 8. Thống kê số đỉnh lũ xuất hiện các tháng trong năm các trạm vùng nghiên cứu ................................................................................................................................. 20 Bảng 2. 9. Lượng lũ thời đoạn lũ lớn nhất năm các trạm vùng nghiên cứu ................. 20 Bảng 3. 2. Diện tích và vị trí các lưu vực nhập lưu trên hệ thống ................................ 47 Bảng 3. 3. Kết quả lưu lượng đỉnh lũ tại tuyến đập theo các tần suất(m3/s) ................ 50 Bảng 3. 4. Bảng tổng lượng lũ tần suất P = 0,2% tại các lưu vực nhập lưu (tr m3) .... 50 Bảng 3. 5. Bảng tổng lượng lũ tần suất P = 1,0% tại các lưu vực nhập lưu (tr m3) .... 51 Bảng 3. 6. Đường quá trình lũ sau đập Bản Lải (m3/s)................................................. 54 So sánh và nhận xét kết quả tính toán: .......................................................................... 54 Bảng 3. 7. Kết quả tính toán lưu lượng đỉnh theo tần suất ........................................... 55 Bảng 4. 1. Kết quả hiệu chỉnh mô hình trận lũ năm 2014............................................. 66 Bảng 4. 2. Kết quả hiệu chỉnh mô hình trận lũ lịch sử năm 1986 ................................ 71 Bảng 4. 3. Mực nước lớn nhất tại các mặt cắt điển hình ứng với các kịch bản ............ 73 Bảng 4. 4. Kết quả tính toán diện ngập theo cấp độ sâu ngập vùng hạ du hồ .............. 73 Bảng 4. 5. Mực nước lớn nhất tại các mặt cắt điển hình ứng với các kịch bản ............ 74 Bảng 4. 6. Kết quả tính toán diện ngập theo cấp độ sâu ngập vùng hạ du hồ .............. 74 Bảng 4. 7. Đánh giá hiệu quả của hồ chứa nước Bản Lải giảm diện tích ngập lụt ...... 74 Bảng 4. 8. Giới thiệu các chức năng của phần ArcGIS ................................................ 76 v MỤC LỤC HÌNH Hình 2. 1. Bản đồ lưu vực sông Kỳ Cùng ...................................................................... 11 Hình 2. 2. Bản đồ mạng lưới trạm khí tượng, thủy văn lưu vực sông Kỳ Cùng ............ 30 Hình 4. 1. Kết nối chuẩn trong Mike Flood ................................................................. 58 Hình 4. 2. Kết nối bên trong Mike Flood ..................................................................... 59 Hình 4. 3. Kết nối công trình trong Mike Flood ........................................................... 59 Hình 4. 4. Sơ đồ mạng lưới sông vùng dự án ................................................................ 61 Hình 4. 5. Mặt cắt sông Kỳ Cùng tại K0+000 (sau đập Bản Lải) ................................ 62 Hình 4. 6. Mặt cắt sông Kỳ Cùng tại K46+350 ........................................................... 62 Hình 4. 7. Mặt cắt ngang sông Kỳ Cùng mô phỏng cầu Gia Cát ................................ 62 Hình 4. 8. Đập ngầm hạ lưu thành phố Lạng Sơn ....................................................... 63 Hình 4. 9. DEM địa hình .............................................................................................. 63 Hình 4. 10. Đường quá trình mực nước tính toán và thực đo trên sông Kỳ Cùng tại trạm Lạng Sơn ............................................................................................................... 64 Hình 4. 11. Đường quá trình lưu lượng tính toán và thực đo sông Kỳ Cùng tại trạm Lạng Sơn ........................................................................................................................ 65 Hình 4. 12. Quá trình mực nước tính toán và thực đo trận lũ 1986 trên sông Kỳ Cùng tại trạm Lạng Sơn .......................................................................................................... 68 Hình 4. 13. Diện ngập lũ lịch sử năm 1986 tại khu vực TP Lạng Sơn ........................ 69 Hình 4. 14. Bản đồ phạm vi ngập lưu vực sông Kỳ Cùng – Kịch bản lũ kiểm tra P = 0.2% khi chưa có hồ Bản Lải ........................................................................................ 77 Hình 4. 15. Bản đồ phạm vi ngập lưu vực sông Kỳ Cùng – Kịch bản lũ kiểm tra P = 1.0% khi chưa có hồ Bản Lải ........................................................................................ 78 Hình 4. 16. Bản đồ phạm vi ngập lưu vực sông Kỳ Cùng – Kịch bản xả lũ thiết kế P = 0.2% khi có hồ Bản Lải ................................................................................................. 79 Hình 4. 17. Bản đồ phạm vi ngập lưu vực sông Kỳ Cùng – Kịch bản xả lũ thiết kế P = 1.0% khi có hồ Bản Lải ................................................................................................. 80 vi DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT HEC Tổng Công ty Tư vấn Xây dựng thủy lợi Việt Nam - CTCP LVS Lưu vực sông KTTV Khí tượng Thủy văn vii MỞ ĐẦU Nhìn chung, các nghiên cứu quy hoạch thuỷ lợi trước đây chủ yếu tập trung giải quyết cấp nước tưới cho cây lúa, nhưng trong phát triển nông nghiệp với cơ cấu cây trồng thay đổi, trồng các loại cây con có giá trị kinh tế cao, nhu cầu nước cấp không chỉ cho cây lúa, màu mà còn phục vụ cho cây ăn quả và cây công nghiệp. Hơn nữa tốc độ đô thị, công nghiệp hoá tăng đòi hỏi yêu cầu cấp nước thay đổi. Dòng sông Kỳ Cùng có chiều dài trên 254km tới biên giới Việt - Trung. Ngoài ra trên toàn bộ lưu vực có trên 800 công trình thủy lợi lớn nhỏ phục vụ vào sản xuất nông nghiệp và dân sinh. Các giải pháp về phòng chống lũ trong các quy hoạch rất chung chung không có tính toán về các phương án phòng chống lũ và đánh giá hiệu quả của các công trình phòng lũ trên lưu vực. Điều này đã gây khó khăn cho công tác phòng chống lũ lụt hàng năm trên lưu vực khi lũ lớn xảy ra. Chính vì vậy, vấn đề quản lý lũ lụt trên lưu vực sông Kỳ Cùng cần được nghiên cứu chi tiết để giúp tỉnh và Ban chỉ đạo phòng chông lụt, bão và đê điều chỉ đạo có hiệu quả về công tác phòng chống lụt bão khi có lũ xảy ra. Nội dung luận văn “Đánh giá hiệu quả cắt lũ của hồ Bản Lải tỉnh Lạng Sơn đến khu vực hạ du” sẽ phần nào nói lên vai trò của hồ chứa nước Bản Lải trong việc cắt giảm, hạn chế lưu lượng lũ đến ở khu vực thượng nguồn sông Kỳ Cùng, giảm thiểu thiệt hại cho vùng hạ du nói chung cũng như thành phố Lạng Sơn nói riêng. 1. Tính cấp thiết của Đề tài: Lưu vực sông Kỳ Cùng thuộc vùng Đông Bắc Việt Nam. Đoạn chảy qua lãnh thổ Việt Nam có diện tích lưu vực là 6.600 km2, sông dài 243km bắt nguồn từ vùng núi Bắc Xa thuộc huyện Đình Lập có độ cao 1166m, chạy từ Đông Nam lên Tây Bắc qua huyện Lộc Bình đến thành phố Lạng Sơn, Điềm He, Na Sầm, Bình Độ. Do đặc điểm địa hình nên ở Lạng Sơn có ảnh hưởng của lũ quét trên nhiều vùng của lưu vực. Chính vì vậy mà hàng năm khi có mưa lớn xảy ra trên lưu vực, kết hợp với độ dốc lớn, tạo ra lũ sớm và tập trung nhanh, gây ngập lụt tại một số vùng như thị trấn 1 Thất Khê, thành phố Lạng Sơn,… làm xói lở các đoạn kè sung yếu, gây thiệt hại về người và tài sản của nhân dân lên đến hàng chục tỷ đồng. Chính vì vậy, việc xây dựng bản đồ ngập lụt cho hạ du tương ứng với các trường hợp trước và sau khi có công trình sẽ là cơ sở quan trọng trong việc đánh giá hiệu quả của hồ chứa Bản Lải trong việc cắt lũ cho hạ du. 2. Mục đích của Đề tài: - So sánh đánh giá việc cắt lũ của hồ Bản Lải với hiện trạng. - Nghiên cứu, đánh giá mức độ ngập lụt cho hạ du đập Bản Lải. 3. Phạm vi nghiên cứu: Phạm vi nghiên cứu của đề tài lưu vực sông Kỳ Cùng tính đến thành phố Lạng Sơn. Căn cứ vào điều kiện tài liệu địa hình, đề tài chỉ mô phỏng hệ thống thủy lực cho dòng chính sông Kỳ Cùng bắt đầu từ hạ lưu đập Bản Lải đến thành phố Lạng Sơn. 4. Phương pháp nghiên cứu: - Phương pháp thống kê: tổng hợp, thống kê tài liệu về các hiện tượng thời tiết, thiên tai bất thường, đặc điểm tự nhiên, khí hậu trên lưu vực sông Kỳ Cùng; - Phương pháp phân tích, đánh giá: trên cơ sở thống kê, kế thừa các tài liệu, dữ liệu liên quan đến vấn đề nghiên cứu, thực hiện phân tích diễn biến, xu thế lũ và khả năng ngập lụt xảy ra ở hạ du; - Phương pháp mô hình toán: sử dụng chuỗi số liệu thu thập và xử lý về thủy văn tại khu vực nghiên cứu làm đầu vào cho điều tiết lũ, mô hình thủy lực diễn toán dòng chảy. Sau đó phân tích kết quả mô hình, xây dựng bản đồ ngập lụt cho hạ du; - Phương pháp viễn thám GIS: Xây dựng bản đồ ngập lụt. 5. Phương pháp thực hiện: (i) Phương pháp thống kê: để phân tích đánh giá đặc điểm khí hậu và thủy văn của lưu vực nghiên cứu. Trong luận văn, phương pháp này được coi là phương pháp cơ bản đã 2 thông qua kết quả xử lý, đánh giá sự biến đổi của quá trình lũ sau khi điều tiết qua hồ Bản Lải; (ii) Phương pháp tổng hợp địa lý: để xác định được sự ảnh hưởng của vùng ngập hạ du hồ Bản Lải. Ngoài 2 phương pháp nêu trên, trong luận văn còn sử dụng thêm phương pháp như sau: - Phương pháp điều tra; - Phương pháp chuyên gia. 6. Cấu trúc luận văn: Các nội dung chính của luận văn ngoài mở đầu và kết luận gồm 4 chương: Chương 1: Tổng quan về hiệu quả cắt lũ của hồ chứa trong nước và trên thế giới Chương 2: Đặc điểm khí hậu Chương 3: Tính toán thủy văn thiết kế Chương 4: Xây dựng bản đồ ngập lụt hạ du và đánh giá hiệu quả cắt lũ của hồ Bản Lải 3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HIỆU QUẢ CẮT LŨ CỦA HỒ CHỨA TRONG NƯỚC VÀ TRÊN THẾ GIỚI 1.1. Tổng quan các nghiên cứu ngoài nước về hiệu quả cắt lũ của hồ chứa Nghiên cứu 2 tác giả J. Yazdi Và S. A. A. Salehi Neyshabouri [16] chỉ ra rằng: Các trận lũ lụt có thiệt hại và tổn thất cao nhất trong số các mối nguy hiểm tự nhiên. Có nhiều biện pháp khác nhau để giảm thiểu chi phí thiệt hại do lũ lụt và hậu quả tiêu cực của chúng. Việc dùng các hồ chứa kiểm soát lũ hoặc các đập ngăn nước, là một trong những biện pháp chính, có thể làm giảm tác động nghiêm trọng của lũ lụt hoặc thậm chí có thể làm tăng thiệt hại lũ lụt trong lưu vực bởi thiết kế không đảm bảo với chi phí xây dựng rất lớn. Thiết kế tối ưu của một hệ thống đa hồ chứa kiểm soát lũ có thể đồng thời giảm thiểu chi phí đầu tư của các công trình xây dựng và chi phí thiệt hại do lũ gây ra. Nghiên cứu này đề xuất phương pháp tối ưu hóa dựa trên mô phỏng để tối ưu hóa thiết kế của nhiều hồ chứa để kiểm soát lũ trong lưu vực đầu nguồn bằng cách ghép mô hình thủy động lực MIKE-11 và mô hình tối ưu hóa đa mục tiêu NSGA-II. Cách tiếp cận hiện tại cung cấp các giải pháp tối ưu Pareto giữa hai mục tiêu xung đột nhằm giảm thiểu tổng chi phí đầu tư và chi phí thiệt hại do lũ lụt dự kiến trong lưu vực. Áp dụng mô hình đề xuất cho một lưu vực nhỏ ở miền Trung Iran như một nghiên cứu điển hình cho thấy thiết kế tối ưu của hệ thống nhiều hồ chứa có thể giảm chi phí xây dựng, đỉnh lũ và chi phí thiệt hại tương ứng ở hạ lưu của lưu vực. Tác giả K. Kaboosi và R. Jelini [17] đã: đánh giá ảnh hưởng trữ lại của các hồ chứa lên lũ lụt, quá trình mưa sinh dòng chảy cũng như diễn toán hồ chứa được mô phỏng bằng phần mềm HEC-HMS. Mô hình này được thực hiện dưới bốn kịch bản khác nhau (không có hồ chứa và với một hồ chứa đầy, trống, đầy đủ và đầy đủ) và với thời gian lặp lại khác nhau từ 2 đến 100 năm tại lưu vực sông Jafar Abad, tỉnh Golestan, Iran. Phân tích thống kê các kết quả dựa trên phân tích phương sai một chiều. Để nghiên cứu ảnh hưởng của các hồ chứa, hai chỉ số đã được sử dụng: Tỷ lệ suy giảm lũ (FAR) và tỷ lệ lưu trữ (SR). Kết quả cho thấy việc xây dựng các hồ chứa dẫn đến giảm lưu lượng đỉnh và tổng lượng lũ qua hồ chứa và trì hoãn tỷ lệ xả đỉnh (The results indicated that the construction of detention reservoirs leads to the decrease in peak discharge and the 4 volume of flood that leaves the reservoir and postpones the incidence of the peak discharge). Ảnh hưởng của hồ chứa giảm dần theo thời gian. Mức giảm trữ lũ tối đa cho các hồ chứa rỗng, một nửa và đầy hồ chứa lần lượt là 61,1, 33,2 và 0,8% và tương ứng cho lưu lượng đỉnh lần lượt là 63,9, 32,8 và 6,6%. Giá trị tối đa của FAR đối với các hồ chứa trong điều kiện trống rỗng, một nửa và đầy hồ tương ứng là 26, 19 và 7%. Tương tự, SR tối đa tương ứng cho các hồ chứa rỗng và một nửa, đầy hồ là 14 và 5%, cho thấy hiệu quả của các hồ chứa trong kiểm soát lũ. Ngoài ra, kết quả cho thấy hiệu quả của các hồ chứa trong kiểm soát lũ không chỉ phụ thuộc vào thể tích hồ chứa và lượng lũ, mà còn phụ thuộc vào đặc tính hình học của hồ chứa và đập. 1.2. Tổng quan các nghiên cứu trong nước về hiệu quả cắt lũ của hồ chứa Tác giả Nguyễn Văn Tỉnh [5] đã chỉ ra rằng: Lũ, ngập lụt, úng thường xuyên xảy ra tại vùng hạ du lưu vực sông Hương do diễn biến bất thường của thời tiết, cùng với năng lực của hệ thống công trình phòng, chống lũ chưa được khai thác phù hợp. Nếu xây dựng hệ thống đê chống lũ sẽ tác động xấu đến cảnh quan thành phố Huế là trung tâm lịch sử, văn hóa của miền Trung, vì vậy cần tận dụng triệt để năng lực của các hồ chứa thượng nguồn để cắt, giảm lũ cho vùng hạ du lưu vực sông Hương. Nghiên cứu đã xây dựng mô hình toán thủy động lực học MIKE 11 phục vụ đánh giá hiệu quả cắt, giảm lũ ứng với các phương án hồ chứa thượng nguồn, từ đó đề xuất điều chỉnh nhiệm vụ các hồ Bình Điền, Hương Điền, bổ sung xây mới hồ chứa trên thượng nguồn sông Ô Lâu, kết hợp mở rộng các tuyến tiêu, thoát lũ ở hạ du. Giải pháp tổng hợp đề xuất sẽ góp phần giảm đáng kể ngập lụt tại hạ du sông Hương. Tác giả Bùi Minh Hòa [6] đã đánh giá tổng hợp đặc điểm tự nhiên, kinh tế xã hội và hệ thống tài nguyên nước trên lưu vực sông Ba. Áp dụng thành công mô hình EFDC để tính toán, mô phỏng diện ngập, độ sâu ngập và trường vận tốc tại các vị trí thuộc vùng hạ lưu sông Ba. Qua đó có thể sử dụng mô hình để phục vụ công tác dự báo, cảnh báo và phòng chống lũ. Xây dựng được các bản đồ cảnh báo cho khu vực nghiên cứu ứng với trận lũ thực năm 2009 và các tần suất lũ 1%, 2%, 5% và 10%. Tác giả Trần Văn Tình [7] đã ứng dụng mô hình thủy văn thủy lực tính toán ngập lụt khu vực nghiên cứu qua các mô hình HEC-HMS, HEC-RAS và mô hình HECGEORAS mô phỏng ngập lụt vùng hạ du. 5 Nhóm tác giả Nguyễn Hoàng Sơn, Hoàng Thanh Tùng, Lê Kim Truyền, Trần Kim Châu [8] chỉ ra rằng: Việt Nam có trên 6.500 hồ chứa thủy lợi có tác dụng rất lớn trong việc điều tiết dòng chảy phục vụ nhu cầu dùng nước của các ngành kinh tế. Tuy nhiên theo thời gian nhiều công trình cũng xuống cấp, thêm vào đó là những ảnh hưởng bất lợi của BĐKH, vì vậy an toàn hồ chứa là vấn đề được quan tâm hàng đầu của nhiều bộ ngành. Để đảm bảo an toàn hồ chứa, nhất là trong mùa mưa lũ, việc dự báo lũ, cảnh báo ngập lụt do xả lũ và do vỡ đập gây ra có ý nghĩa rất quan trọng để xây dựng các phương án phòng chống lụt bão và vận hành hồ chứa an toàn, hiệu quả. Bài báo này trình bày tóm tắt kết quả xây dựng công cụ dự báo lũ đến hồ và cảnh báo ngập lụt do xả lũ và do vỡ đập gây ra cho các hồ chứa vừa và nhỏ ở Miền Trung Việt Nam. Việc áp dụng thử nghiệm công cụ này cho một số hồ chứa cho thấy công cụ rất tiện lợi, có thể đưa ra những đánh giá nhanh mà không đòi hỏi phải có quá nhiều dữ liệu, đặc biệt là số liệu địa hình, rất phù hợp cho việc triển khai đánh giá cho các công trình hồ chứa được xây dựng trước đây với dữ liệu dùng để thiết kế bị hạn chế. Các tác giả Cao Đình Huy, Lê Hùng [9] đã cho thấy: Hàng năm lưu vực sông Ba cũng như các lưu vực khác của miền Trung luôn chịu ảnh hưởng nặng nền từ thiên tai do bão lũ gây ra. Từ sau khi các hồ chứa trên hệ thống sông Ba đi vào vận hành thì vấn đề ngập lụt càng trở nên nghiêm trọng hơn. Phần lớn các hồ chứa miền trung trong chờ vào có lũ mới đầy hồ, nên thường tích nước đây hồ rồi mới bắt đầu xả, khi hồ đầy thì lúc đó lưu lượng đến hồ lớn, nên để đảm bảo an toàn công trình các hồ chứa thường xả đột ngột, làm cho người dân vùng hạ du trở tay không kịp. Trong nghiên cứu này chúng tôi sẽ đánh giá mức độ cắt giảm lũ của các hồ chứa đến ngập lụt vùng Hạ du khi vận hành theo quy trình liên hồ chứa trên lưu vực sông Ba đã được Thủ tướng phê duyệt tại QĐ số 1077/QĐ-TTg. Nhóm tác giả Nguyễn Thanh Sơn, Phan Ngọc Thắng, Nguyễn Xuân [11] giới thiệu tình hình nghiên cứu ngập úng do mưa lớn và lũ lụt trên thế giới, từ đó nghiên cứu giải quyết bài toán ngập úng hạ du sông Lam. Từ việc tổng quan khoa học nhận thấy rằng để làm rõ được các nguyên nhân gây úng ngập thành phố Vinh, Nghệ An nói riêng và hạ du sông Lam nói chung phải giải quyết bằng mô hình toán thủy văn và thủy lực cho 3 trường hợp: 1) mưa lũ tự nhiên; 2) mưa lũ có ảnh hưởng của hệ thống hồ chứa và 3) 6 mưa lũ khu vực đô thị. Từ các bài toán riêng biệt đó có thể tổng hợp đề xuất các giải pháp thích ứng chống ngập úng hạ du sông Lam. Qua một số bài báo và công trình đã công bố, có thể thấy rằng các nghiên cứu mới chỉ tập trung vào tính toán ngập lụt hạ du, xây dựng các phương án, cắt giảm lũ và phòng chống ngập lụt cho hạ du của một số lưu vực lớn, bên cạnh đó có số ít các tính toán ngập lụt cho hạ du hồ chứa. Đặc biệt, chưa có công trình nào nghiên cứu và tính toán cắt lũ, xây dựng bản đồ ngập lụt cho hạ du lưu vực sông Kỳ Cùng (sau hồ Bản Lải). 1.3. Hiện trạng quy hoạch phòng chống lũ trên lưu vực sông Kỳ Cùng 1.3.1. Hiện trạng hồ chứa thủy lợi Hiện tại trên dòng chính sông Kỳ Cùng chưa có công trình cắt lũ. Dòng sông Kỳ Cùng có chiều dài trên 254km tới biên giới Việt - Trung. Ngoài ra trên toàn bộ lưu vực có trên 800 công trình thủy lợi lớn nhỏ phục vụ vào sản xuất nông nghiệp và dân sinh. Do đặc điểm địa hình nên ở Lạng Sơn có ảnh hưởng bão, song tốc độ gió không lớn, ít khi vượt quá 20m/s. Nhưng mưa lớn gây lũ quét ở nhiều vùng trên lưu vực. Để chống lũ quét nên tăng cường làm hồ chứa nước để điều tiết dòng chảy và Lạng Sơn cũng đang quan tâm đến chương trình trồng rừng ở các vùng đất trống, đồi trọc. Mặt khác xây dựng trang bị thông tin liên lạc của hệ thống tỉnh để dự báo và cảnh báo kịp thời khi có lũ. Xác định các công trình hồ chứa là công trình trọng điểm phòng chống lụt bão, đặc biệt là phòng chống lũ quét. Lạng Sơn có 153 hồ chứa, trong đó có 9 hồ chứa có dung tích trên dưới 1 triệu m3. Hầu hết các công trình hồ chứa trên lưu vực được xây dựng từ những năm 60- 70 của thế kỷ trước, do thiếu vốn duy tu bảo dưỡng, chưa được sửa chữa kịp thời nên đến nay một số công trình đó xuống cấp nghiêm trọng, luôn tiểm ẩn nguy cơ mất an toàn, một số công trình không thể tích nước đến mực nước dâng bình thường, một số công trình nước thấm mạnh qua mái hạ lưu như đập đất hồ Bản Cưởm huyện Cao Lộc, Hồ Khuôn Tùng, Cao Lan huyện Tràng Định. Tràn xả lũ hồ Khuổi Chủ, huyện Cao Lộc do nước phun ra với áp lực lớn từ phần tiếp giáp giữa đập tràn và tường cánh nên luôn tiềm ản nguy cơ mất an toàn; một số công trình cánh cống lấy nước hỏng, van đóng mở bị rò nước như cống đập Cao Lan, Hua Khao, Nà Ái, huyện 7 Tràng Định...cũng cần được đầu tư sửa chữa để đảm bảo an toàn trong phòng chống lũ. Trong lưu vực hiện có các công trình thủy lợi lớn đó là: Bảng 1. 1. Hiện trạng hồ thủy lợi trên lưu vực TT Vị trí công trình Tên Hồ Xã TP/Huyện (Km2) Dung tích hồ (106m3) Flv 1 Hồ Nà Cáy TT Na Dương Lộc Bình 19,2 3,840 2 Hồ Bản Chành Lợi Bác Lộc Bình 11,2 2,141 3 Hồ Tà Keo Sàn Viên Lộc Bình 37,0 13,99 4 Hồ Lẩu Xá TP Lạng Sơn 1,44 0,405 5 Thâm Luông Tràng Định 6,4 1,10 6 Hồ Nà Tâm TP Lạng Sơn 4,27 2,164 7 Hồ Thâm Sinh TP Lạng Sơn 2,15 1,219 8 Hồ Phai Đanh Bình Gia 5,6 2,30 9 Hồ Kéo Quân Tri Phương Tràng Định 1,6 0,528 10 Hồ Khuôn Tùng Tri Phương Tràng Định 1,6 0,599 11 Hồ Nà Chào Đại Đồng Tràng Định 8,0 2,3 12 Hồ Hua Khao Quốc Khánh Tràng Định 1,4 0,741 13 Hồ Kỳ Nà Quốc Khánh Tràng Định 2,0 0,90 Hùng Sơn Một số công trình hồ, đập lớn có khả năng tham gia phòng lũ nhưng không đáng kể như hồ Tà Keo, hồ Bản Chành,…chính vì vậy mà hàng năm khi có mưa lớn xảy ra trên lưu vực cùng với địa hình miền núi độ dốc lớn xuất hiện lũ sớm, tập trung nhanh, gây ngập lụt tại một số vùng như thị trấn Thất Khê, thành phố Lạng Sơn… làm xói lở các đoạn kè sung yếu, gây thiệt hại về người và tài sản của nhân dân lên tới hàng chục tỷ đồng. 1.3.2. Hiện trạng thủy điện Hiện nay đã có 5 thuỷ điện đang được đầu tư xây dựng và hoàn thiện đi vào phát điện. Hầu hết các nhà máy thủy điện khai thác sự dồi dào của dòng chảy trên 2 sông lớn là 8 sông Kỳ Cùng và sông Bắc Giang. Các hồ chứa này cột nước thấp, nhà máy phát điện với kiểu điều tiết ngày đêm. Các hồ không có dung tích phòng lũ. Bảng 1. 2. Hiện trạng công trình thủy điện trên lưu vực Vị trí công trình TT Tên trạm Xã 1 Khánh Khê Huyện Sông/suối Flv (km2) MND BT (m) Nlm (MW) Khánh Khê Văn Quan Kỳ Cùng 1708 246 9 Quý Hòa Bình Gia Bắc Giang 1980 214 14 Hùng Việt Tràng Định Bắc Giang 2660 183 20 - Trấn Ninh - Hoàng Việt Văn Quan Văn Lãng Kỳ Cùng 2450 190 11 Kim Đồng Tràng Định Bắc Khê 325 200 2 Bắc Giang 2 (Vàng Puộc) Bắc Giang 2 3 (Thác Xăng) Bản Nhùng 4 (Kỳ Cùng 6) Bắc Khê 1 5 (Bắc Khê) 1.3.3. Nhận xét chung Nhìn chung, các nghiên cứu quy hoạch thuỷ lợi trước đây chủ yếu tập trung giải quyết cấp nước tưới cho cây lúa, nhưng trong phát triển nông nghiệp với cơ cấu cây trồng thay đổi, trồng các loại cây con có giá trị kinh tế cao, nhu cầu nước cấp không chỉ cho cây lúa, màu mà còn phục vụ cho cây ăn quả và cây công nghiệp. Hơn nữa tốc độ đô thị, công nghiệp hoá tăng đòi hỏi yêu cầu cấp nước thay đổi. Chưa có quy hoạch phòng chống lũ. Các giải pháp về phòng chống lũ trong các quy hoạch rất chung chung không có tính toán về các phương án phòng chống lũ và đánh giá hiệu quả của các công trình phòng lũ trên lưu vực. Điều này đã gây khó khăn cho công tác phòng chống lũ lụt hàng năm trên lưu vực khi lũ lớn xảy ra. 9 Vấn đề quản lý lũ lụt trên lưu vực sông Kỳ Cùng cần được nghiên cứu chi tiết để giúp tỉnh và Ban chỉ đạo phòng chông lụt, bão và đê điều chỉ đạo có hiệu quả về công tác phòng chống lụt bão khi có lũ xảy ra. 10 CHƯƠNG 2: ĐẶC ĐIỂM KHÍ HẬU 2.1. Đặc điểm địa lý tự nhiên lưu vực nghiên cứu 2.1.1. Vị trí địa lý Lưu vực sông Kỳ Cùng thuộc vùng Đông Bắc Việt Nam, nằm trong toạ độ địa lý từ 21019’00” đến 22027’30” vĩ độ Bắc và từ 106006’07” đến 107021’45” kinh độ Đông (hình 2.1). Diện tích lưu vực sông Kỳ Cùng tính đến biên giới Việt - Trung là: 7.055,86km2, bao gồm đất đai của các tỉnh: Lạng Sơn (9 huyện, thị và 1 thành phố trừ huyện Hữu Lũng), tỉnh Cao Bằng có huyện Thạch An (9/15xã) và tỉnh Bắc Cạn gồm (Ngân Sơn (3/11xã), toàn bộ huyện Na Rỳ và Chợ Mới (3/16 xã). Trong lưu vực sông Kỳ Cùng tổng số hiện có 14 huyện, 179 xã và 14 phường, thị trấn. Hình 2. 1. Bản đồ lưu vực sông Kỳ Cùng 11 2.1.2. Đặc điểm địa hình, địa chất và thổ nhưỡng + Đặc điểm địa hình - Lưu vực có địa hình phức tạp gồm: vùng núi cao, vùng đá vôi, núi thấp và đồi thuộc miền Đông Bắc nước ta. Hình thế chung của địa hình là độ cao giảm dần từ Tây Bắc xuống Đông Nam, trong khi đó sông Kỳ Cùng chảy giữa máng trũng Lộc Bình - Thất Khê có hướng đi ngược lại, từ Đông Nam lên Tây Bắc. Điều này có nguyên nhân ở lịch sử cấu tạo địa chất, khi xảy ra đứt gãy, kiến tạo và địa tạo ở chu kỳ Inđôxini (trung sinh đại) và hiện tượng cướp dòng. (sông Kỳ Cùng trước kia chảy vào vịnh Bắc Bộ, sau biến động nói trên đổi hướng chảy vào sông Tây Giang ở Trung Quốc). - Thung lũng sông Kỳ Cùng chiếm phần lớn máng trũng Cao Lạng, nằm lọt giữa một vùng núi thấp. Phía Đông và phía Nam lưu vực là vùng đồi thấp cao độ khoảng 500 600m. Địa hình ở đây được hình thành chủ yếu bởi quá trình xâm thực, địa hình có thể phân ra hai dạng: đồi và thung lũng. - Các dạng đồi đều có sườn dốc dưới 250, có những ngọn đồi gần giống nhau, có cùng cao độ, hình dạng đỉnh bằng sườn thoải. Các thung lũng quanh co, uốn khúc liên tục và không có bậc thềm. - Ở phía Bắc địa hình thấp hơn, sườn đồi tròn thoải, địa hình xung quanh thành phố Lạng Sơn thấp, có cửa khẩu Hữu Nghị nối liền với Trung Quốc. Dãy núi Mẫu Sơn ở Đông Bắc Lạng Sơn có địa hình độc lập, đồi cao hẳn lên là phần đồi núi giữa sông Kỳ Cùng và sông Nà Làng, đỉnh cao nhất 1.541m. - Phía Tây lưu vực có các dãy núi cao trên 1.000m, như đỉnh Cốc (1.131m) là đường phân thủy giữa sông Na Rì với sông Cầu. Núi Khâu Pan (1.188m) là đường phân thuỷ giữa sông Bắc Giang với sông Hiến. Các dãy núi nằm trong nội bộ lưu vực sông Bắc Giang có độ cao từ 1.000-1.200m. - Phía Tây Nam và phía Nam có dãy núi tiếp cận với vùng đá vôi Bắc Sơn, có độ cao trung bình là 500 - 600m, đỉnh cao nhất là Bắc Hà (779m). Sông suối trong khu vực này dày đặc, dòng chảy mặt phong phú và có nhiều cánh đồng bằng phẳng phát triển nông nghiệp thuận lợi. 12