Tài liệu Nghiên cứu giải pháp nâng cấp công trình hồ chứa nước tỉnh hà tĩnh trong điều kiện biến đổi khí hậu, áp dụng cụ thể cho hồ nhà đường

1 LỜI CẢM ƠN Với sự giúp đỡ của phòng Đào tạo Đại học và sau Đại học, Khoa Công trình trường Đại học Thuỷ Lợi, cùng các thầy cô giáo, bạn bè, đồng nghiệp và gia đình đến nay Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật với đề tài: “Nghiên cứu giải pháp nâng cấp công trình hồ chứa nước tỉnh Hà Tĩnh trong điều kiện biến đổi khí hậu, áp dụng cụ thể cho hồ Nhà Đường” đã được hoàn thành. Tác giả xin tỏ lòng biết ơn chân thành đến các cơ quan đơn vị và các cá nhân đã truyền đạt kiến thức, cho phép sử dụng tài liệu đã công bố. Đặc biệt tác giả xin được tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến GS.TS Lê Kim Truyền và TS. Dương Đức Tiên người đã trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ tận tình cho tác giả trong quá trình thực hiện luận văn này. Với thời gian và trình độ còn hạn chế, luận văn không thể tránh khỏi những thiếu sót. Tác giả rất mong nhận được sự chỉ bảo và đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo, của các Quý vị quan tâm và bạn bè đồng nghiệp. Luận văn được hoàn thành tại Khoa Công trình, Trường Đại học Thủy Lợi. Hà Nội, tháng 05 năm 2014 Tác giả luận văn VÕ HỒNG QUẾ 2 BẢN CAM KẾT Tên tôi là: Võ Hồng Quế Học viên lớp: 19 C22 Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Những nội dung và kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình khoa học nào. Hà Nội, tháng 05 năm 2014 Tác giả luận văn VÕ HỒNG QUẾ 3 MỤC LỤC 1. Tính cấp thiết của đề tài ...................................................................................................1 2. Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu của đề tài. ...................................................................2 3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu. ...................................................................2 4. Kết quả dự kiến đạt được. ................................................................................................3 5. Bố cục của luận văn ..........................................................................................................3 CHƯƠNG I ........................................................................................................ 4 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CÔNG TRÌNH HỒ CHỨA Ở HÀ TĨNH . 4 1.1. Tổng quan về các yếu tố tự nhiên của Hà Tĩnh...........................................................4 1.1.1. Vị trí địa lý. ......................................................................................................... 4 1.1.2. Khí hậu, thủy văn............................................................................................... 5 1.1.2.1. Khí hậu:........................................................................................................ 5 1.1.2.2. Thủy văn: ..................................................................................................... 6 1.2. Tổng quan về công trình thủy lợi khu vực Hà Tĩnh. ..................................................7 1.2.1. Hồ chứa nước. .................................................................................................... 7 1.2.2. Đập dâng ........................................................................................................... 10 1.2.3. Hệ thống cống ngăn mặn giữ ngọt, cống vùng triều. .................................... 11 1.3. Hiện trạng chất lượng các hồ chứa của Hà Tĩnh. .....................................................11 1.3.1. Khái quát .......................................................................................................... 11 1.3.2. Đặc điểm ........................................................................................................... 13 1.4. Điều kiện địa hình các hồ chứa nước của Hà Tĩnh. ..................................................17 1.4.1. Điều kiện địa hình chung của Hà Tĩnh. ......................................................... 17 1.4.2. Điều kiện địa hình các hồ chứa. ...................................................................... 18 1.5. Điều kiện địa chất các hồ chứa nước khu vực Hà Tĩnh. ..........................................19 1.5.1. Điều kiện địa chất các hồ chứa khu vực Hà Tĩnh. ........................................ 19 1.5.1.1. Các thành tạo của đá: ................................................................................ 19 1.5.1.2. Các lớp phủ: ............................................................................................... 22 1.5.2. Các hoạt động kiến tạo trong khu vực:.......................................................... 22 1.5.3. Các hoạt động địa chất vật lý: ........................................................................ 23 1.5.4. Điều kiện địa chất thuỷ văn. ........................................................................... 23 1.6. Hiện trạng quản lý, vận hành các hồ chứa ở Hà Tĩnh. ............................................24 1.6.1. Mô hình quản lý ............................................................................................... 24 1.6.2. Thực trạng công tác quản lý hiện nay............................................................ 24 1.6.2.1. Lực lượng quản lý...................................................................................... 24 1.6.2.2. Hồ sơ quản lý. ............................................................................................ 24 1.6.3. Tình hinh vi phạm Pháp lệnh khai thác và bảo vệ công trình. .................... 25 1.6.4. Thực trạng khai thác. ...................................................................................... 25 1.7. Những yêu cầu đối với hồ chứa của Hà Tĩnh trong điều kiện biến đổi khí hậu. ...26 1.8. Kết luận chương 1. .......................................................................................................27 CHƯƠNG II .................................................................................................... 28 NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐẾN NHU CẦU DÙNG NƯỚC CỦA KHU VỰC. ................................................................. 28 2.1. Tổng quan về biến đổi khí hậu (BĐKH) [2]. .............................................................28 2.1.1. Khái quát. ......................................................................................................... 28 4 2.1.2. Các kịch bản biến đổi khí hậu ở khu vực Miền Trung [2]. .......................... 29 2.2. Ảnh hưởng của BĐKH đến khu vực tỉnh Hà Tĩnh. 29 2.2.1. Tác động của BĐKH đến chế độ khí tượng. .................................................. 30 2.2.1.1. Tác động của BĐKH đến chế độ nhiệt ..................................................... 30 2.2.1.2. Tác động của BĐKH đến chế độ mưa. ..................................................... 33 2.2.1.3. Tác động của BĐKH đến chế độ bốc hơi.................................................. 34 2.2.1.4. Tác động của BĐKH đến chỉ số ẩm ướt ................................................... 35 2.2.2. Tác động của BĐKH đến chế độ thủy văn..................................................... 36 2.3. Ảnh hưởng của BĐKH đến nhu cầu nước ở Hà Tĩnh. .............................................39 2.3.1. Ảnh hưởng biến đổi khí hậu đến nhu cầu nước cho nông nghiệp. .............. 39 2.3.2. Ảnh hưởng biến đổi khí hậu đến đến nhu cầu nước cho thủy sản. ............. 41 2.3.3. Ảnh hưởng biến đổi khí hậu đến nhu cầu nước cho các ngành khác. ........ 41 2.3.4. Những kiến nghị về tính toán nhu cầu dùng nước trong điều kiện biến đổi khí hậu. ....................................................................................................................... 41 2.4. Ảnh hưởng của BĐKH đến cân bằng nước các hồ chứa ở Hà Tĩnh. ......................43 CHƯƠNG III................................................................................................... 44 NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CẤP CÁC HỒ CHỨA CỦA HÀ TĨNH.................................................................................................................. 44 3.1. Đặt vấn đề. ....................................................................................................................44 3.2. Tính toán thủy văn lưu vực có xét đến ảnh hưởng của BĐKH. ..............................45 3.2.1. Phương pháp tính dòng chảy thiết kế đến hồ có xét đến ảnh hưởng của BĐKH .......................................................................................................................... 45 3.2.2. Tính toán dòng chảy lũ thiết kế khi xét đến ảnh hưởng của BĐKH. .......... 45 3.3. Tính toán cân bằng nước cho lưu vực hồ chứa. ........................................................46 3.3.1. Khái niệm về hệ thống nguồn nước và cân bằng nước hệ thống ................. 46 3.3.1.1. Hệ thống nguồn nước ................................................................................ 46 3.3.1.2. Khái niệm cân bằng nước hệ thống .......................................................... 46 3.3.2. Tính toán nhu cầu nước. ................................................................................. 47 3.3.2.1. Mức đảm bảo cấp nước. ............................................................................ 47 3.3.2.2. Các tài liệu về nông nghiệp. ...................................................................... 47 3.3.2.3. Tài liệu về các hộ dùng nước khác. .......................................................... 49 3.3.2.4. Tính toán nhu cầu nước. ........................................................................... 50 3.3.3. Tính toán cân bằng nước cho lưu vực hồ chứa. ............................................ 50 3.4. Tính toán điều tiết lũ, đề xuất giải pháp công trình tháo lũ. ...................................50 3.5. Nghiên cứu giải pháp nâng cấp công trình hồ chứa tỉnh Hà Tĩnh trong điều kiện biến đổi khí hậu. ..................................................................................................................50 3.5.1. Yêu cầu đặt ra. ................................................................................................. 50 3.5.2. Phân nhóm các hồ chứa theo đặc trưng của lưu vực và khả năng trữ nước. ..................................................................................................................................... 51 3.5.3. Các nhóm giải pháp. ........................................................................................ 52 3.5.3.1. Nhóm các giải pháp công trình:................................................................ 52 3.5.3.2. Nhóm các giải pháp phi công trình........................................................... 53 3.5.4. Các giải pháp công trình tổng thể. ................................................................. 53 3.5.4.1. Nâng cao trình ngưỡng tràn kết hợp cải tạo khả năng tháo của tràn (thay đổi hình thức ngưỡng để tăng hệ số lưu lượng). ...................................................... 53 3.5.4.2. Nâng cao ngưỡng tràn kết hợp với mở rộng khẩu độ tràn. ..................... 55 5 3.5.4.3. Nâng cao ngưỡng tràn kết hợp thay tràn không có cửa van bằng tràn có cửa van. ................................................................................................................... 56 3.5.4.4. Nâng cao ngưỡng tràn kết hợp làm thêm tràn phụ, tràn sự cố. .............. 57 3.5.4.5. Nâng cao ngưỡng tràn kết hợp thay đổi kiểu tràn thẳng sang tràn ziczắc. ................................................................................................................................. 66 3.5.4.6. Nâng cao trình ngưỡng tràn, Nâng cao đập kết hợp với làm tường chắn sóng.......................................................................................................................... 73 3.5.4.7. Kết hợp các giải pháp với nhau ................................................................. 74 3.6. Nghiên cứu các giải pháp nâng cấp công trình đầu mối các hồ chứa ở Hà Tĩnh...75 3.6.1. Các giải pháp nâng cấp đập dâng................................................................... 75 3.6.1.1. Đắp áp trúc, tôn cao đập. ........................................................................... 75 3.6.1.2. Xử lý chống thấm thân và nền đập. .......................................................... 78 3.6.1.3. Gia cố chống sóng mái thượng lưu........................................................... 79 3.6.1.4. Gia cố chống xói mái hạ lưu. .................................................................... 79 3.6.2. Các biện pháp nâng cấp cống lấy nước.......................................................... 80 3.6.3. Các biện pháp nâng cấp tràn xả lũ................................................................. 80 3.7. Kết luận .........................................................................................................................81 CHƯƠNG IV ................................................................................................... 82 ỨNG DỤNG KẾT QUẢ TÍNH TOÁN CÁC KỊCH BẢN BĐKH.............. 82 TÍNH TOÁN GIẢI PHÁP NÂNG CẤP CÔNG TRÌNH ĐẦU MỐI HỒ CHỨA NƯỚC NHÀ ĐƯỜNG................................................................................ 82 4.1. Giới thiệu chung về công trình ...................................................................................82 4.1.1. Vị trí địa lý ........................................................................................................ 82 4.1.2. Nhiệm vụ công trình ........................................................................................ 83 4.1.3. Các chỉ tiêu thiết kế ......................................................................................... 83 4.1.4. Quy mô công trình ........................................................................................... 83 4.2. Hiện trạng công trình hồ chứa nước Nhà Đường. ....................................................84 4.2.1. Hiện trạng về sử dụng nguồn nước. ............................................................... 84 4.2.2. Hiện trạng đập đất:.......................................................................................... 84 4.2.3. Hiện trạng cống lấy nước: ............................................................................... 85 4.2.4. Hiện trạng tràn xả lũ: ...................................................................................... 85 4.2.5. Hiện trạng hệ thống kênh: .............................................................................. 85 4.2.6. Công tác quản lý và cứu hộ: ........................................................................... 85 4.3. Tài liệu địa hình, địa chất............................................................................................85 4.3.1. Tài liệu địa hình. .............................................................................................. 85 4.3.2. Tài liệu địa chất. ............................................................................................... 87 4.4. Tính toán thủy văn hồ chứa. .......................................................................................87 4.4.1. Tài liệu thuỷ văn: ............................................................................................. 87 4.4.2. Tính toán thủy văn thiết kế. ............................................................................ 87 4.5. Tính toán cân bằng nước hồ chứa. .............................................................................88 4.5.1. Tính toán nhu cầu nước. ................................................................................. 88 4.5.2. Tính toán cân bằng nước................................................................................. 90 4.6. Nghiên cứu giải pháp nâng cấp hồ chứa nước Nhà Đường. ....................................90 4.7. Tính toán các giải pháp ...............................................................................................91 4.7.1. Nâng ngưỡng tràn và mở thêm tràn có cửa van bên cạnh ........................... 91 4.7.2. Nâng ngưỡng tràn và mở thêm tràn tự do .................................................... 91 6 4.7.3. Thay thế tràn tự do bằng tràn xả sâu có cửa van điều tiết. ......................... 92 4.8. Lựa chọn giải pháp nâng cấp hồ chứa. ......................................................................92 4.9. Tính toán giải pháp nâng cấp các công trình đầu mối. ............................................93 4.9.1. Đập đất. ............................................................................................................. 93 4.9.1.1. Hình thức nâng cấp. .................................................................................. 93 4.9.1.2. Cao trình đỉnh đập. .................................................................................... 93 4.9.1.3. Chiều rộng đỉnh đập: ................................................................................. 93 4.9.1.4. Mái đập và cơ đập: ..................................................................................... 93 4.9.1.6. Tính toán thấm và ổn định đập đất. .......................................................... 95 4.9.2. Tràn xả lũ. ........................................................................................................ 96 4.9.2.1. Giải pháp thiết kế. ...................................................................................... 96 4.9.2.2. Tính toán thủy lực ngưỡng tràn................................................................ 97 4.9.2.3. Kết cấu tràn. ............................................................................................... 99 4.9.3. Cống lấy nước................................................................................................... 99 4.10. Kết luận.....................................................................................................................100 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................... 101 1. Kết quả đạt được của luận văn. ...................................................................................101 2. Những tồn tại của luận văn ..........................................................................................101 3. Kiến nghị ........................................................................................................................101 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 102 PHỤ LỤC TÍNH TOÁN ............................................................................... 103 7 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Các hồ chứa có dung tích trên 1 tiệu m3 ở Hà Tĩnh ................................. 12 Bảng 1.2: Các hồ chứa được nâng cấp từ năm 2003 đến nay ................................... 13 Bảng 2.1: Mức tăng nhiệt độ vùng Bắc Trung Bộ theo các kịch bản BĐKH ............ 30 Bảng 2.2: Mức thay đổi lượng mưa năm (%)vùng Bắc trung bộ theo các kịch bản . 34 Bảng 2.3: Biến đổi của dòng chảy trung bình năm tại trạm thủy văn Dừa trên sông Cả ứng với các kịch bản so với thời kỳ 1980-1999.................................................... 37 Bảng 2.4: Biến đổi của dòng chảy trung bình mùa lũ tại trạm thủy văn Dừa trên sông Cả ứng với các kịch bản so với thời kỳ 1980-1999 ........................................... 38 Bảng 2.5: Biến đổi của dòng chảy trung bình mùa cạn tại trạm thủy văn Dừa trên sông Cả ứng với các kịch bản so với thời kỳ 1980-1999 ........................................... 38 Bảng 3.1: Yêu cầu nước của một số cây trồng cạn ................................................... 48 Bảng 3.2: Tính toán hệ số tưới cây nông nghiệp ....................................................... 48 .... 68 Bảng 3.3: Thông số cơ bản một số đập tràn labyrinth đã xây dựng trên thế giới. Bảng 4.1: Quan hệ mực nước và dung tích hồ Nhà Đường ...................................... 86 Bảng 4.2: Phân phối dòng chảy năm hồ Nhà Đường................................................87 Bảng 4.3a: Nhu cầu nước tưới nông nghiệp của hồ Nhà Đường (106m3).................88 Bảng 4.3b: Nhu cầu nước sinh hoạt, du lịch của hồ Nhà Đường (106m3).................89 Bảng 4.3c: Nhu cầu nước công nghiệp của hồ Nhà Đường (106m3).........................89 Bảng 4.3: Tổng nhu cầu nước của hồ Nhà Đường (106m3).......................................89 Bảng 4.5: Bảng so sánh kết quả tính toán điều lũ các giải pháp .............................. 92 Bảng 4.6: Bảng chỉ tiêu cơ lý tính toán ổn định đập.................................................95 Bảng 4.7: Các chỉ tiêu tính toán của tràn xả lũ ......................................................... 96 Bảng 4.8: Kết quả tính toán toạ độ đường cong ngưỡng tràn................................... 97 8 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1. 1: Bản đồ hành chính tỉnh Hà Tĩnh ................................................................ 4 Hình 1.2: Hồ chứa nước Kim Sơn ............................................................................... 8 Hình 1.3: Hồ chứa nước Thượng Sông Trí .................................................................. 8 Hình 1.4: Hồ chứa nước Kẻ Gỗ ................................................................................... 9 Hình 1.5: Hồ chứa nước Ngàn Trươi .......................................................................... 9 Hình 2.1: Hiệu ứng nhà kính ..................................................................................... 28 Hình 2.2: Nhiệt độ trung bình năm, thời kỳ 1980 - 1999........................................... 30 Hình 2.3: Nhiệt độ trung bình năm, thời kỳ 2041 - 2050........................................... 31 Hình 2.4: Nhiệt độ trung bình năm, thời kỳ 2091 – 2100 .......................................... 32 Hình 2.5: Lượng mưa năm thời kỳ 2041 – 2050 ........................................................ 33 Hình 2.6: Lượng bốc hơi trung bình năm thập kỷ 2041 – 2050 ................................ 35 Hình 2.7: Chỉ số ẩm năm thời kỳ 1980 – 1999 .......................................................... 36 Hình 2.8: Sơ đồ đánh giá ảnh hưởng của BĐKH đến tài nguyên nước .................... 37 Hình 3.1: Mặt cắt ngưỡng tràn đỉnh rộng ................................................................. 54 Hình 3.2: Mặt cắt của ngưỡng tràn thực dụng Ôphixêrôp ........................................ 54 Hình 3.3: Mặt bằng và cắt dọc ngưỡng tràn khi được nâng cao, mở rộng ............... 55 Hình 3.4: Chuyển hình thức tràn tự do sang tràn có cửa van ................................... 56 Hình 3.5: Tràn sự cố kiểu tự do ................................................................................. 58 Hình 3.6: Tràn sự cố hồ chứa nước Vực Trống – Can Lộc ....................................... 59 Hình 3.7: Tràn sự cố kiểu đập đất để gây vỡ hoặc tự do........................................... 61 Hình 3.8. Cắt dọc tràn sự cố hồ Easoup thượng ....................................................... 62 Hình 3.9: Cắt dọc tràn sự cố hồ Kè Gỗ - Hà Tĩnh .................................................... 64 Hình 3.10: Mặt bằng tràn sự cố hồ Kè Gỗ - Hà Tĩnh................................................ 65 Hình 3.11: Tràn zích zắc - Mỹ (nhìn từ hạ lưu) ......................................................... 67 Hình 3.12: Hình thức cấu tạo tràn labyrinth kiểu ngưỡng răng cưa ........................ 67 ............................................... 68 Hình 3.13: Mặt bằng các dạng ngưỡng tràn đặc biệt Hình 3.14: Mô hình tràn Sông Móng (nhìn từ thượng lưu) ....................................... 70 Hình 3.15: Mô hình 1/2 tràn Phước Hòa (nhìn từ thượng lưu)................................. 70 Hình 3.16: Đập tràn phím Piano Maguga ở Xoa zi lân ............................................ 71 Hình 3.17: Đập tràn phím Piano Liege ở Bỉ ............................................................ 71 Hình 3.18: Đập tràn phím Piano Goulou ở Pháp ..................................................... 72 Hình 3.19: Mô hình đập tràn phím Piano Văn Phong ở Việt Nam ........................... 72 Hình 3.20: Thi công tràn phím đàn- ống dẫn khí đặt dưới console hạ lưu ............... 73 Hình 3.21: Lắp ghép cửa van phụ ở phía trên ........................................................... 73 Hình 3.22: Áp trúc mái thượng lưu đập.................................................................... 76 Hình 3.23: Áp trúc mái thượng hạ lưu đập............................................................... 77 Hình 3.24: Áp trúc mái thượng thượng hạ lưu đập .................................................. 78 Hình 4.1: Mặt bằng vị trí hồ Nhà Đường .................................................................. 82 Hình 4.2. Đường quan hệ mực nước, diện tích ngập và dung tích trữ hồ ................ 86 Nhà Đường (Z - F- W) ............................................................................................... 86 Hình 4.3: Đường cong ngưỡng tràn. ......................................................................... 98 9 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT BĐKH: Biến đổi khí hậu MNDBT: Mực nước dâng bình thường MNDGC: Mực nước dâng gia cường MNLKT: Mực nước lũ kiểm tra. MNKC: Mực nước khống chế MNC: Mực nước chết KTXH: Kinh tế xã hội KH&CN: Khoa học và Công nghệ QCVN: Quy chuẩn Việt Nam TB: Tây Bắc BTB: Bắc Tây Bắc ĐB: Đông Bắc ĐBBB: Đồng bằng Bắc bộ BTB: Bắc trung bộ NTB: Nam trung bộ TN: Tây nguyên ĐNB: Đông Nam bộ TNB: Tây Nam bộ DANH MỤC CÁC PHỤ LỤC Bảng 4.3: Tính toán nhu cầu nước hồ Nhà Đường Bảng 4.4: Tính toán cân bằng nước hồ Nhà Đường Phụ lục 4.1: Tính toán điều tiết lũ phương án 1 (lũ thiết kế) Phụ lục 4.2: Tính toán điều tiết lũ phương án 2 (lũ thiết kế) Phụ lục 4.3a: Tính toán điều tiết lũ phương án 3 (lũ thiết kế) Phụ lục 4.3b: Tính toán điều tiết lũ phương án 3 (lũ kiểm tra) Phụ lục 4.4a: Tính toán thấm đập đất. Phụ lục 4.4b: Tính toán ổn định đập đất. 10 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Hiện nay cả nước đã xây dựng trên 2100 hồ chứa có dung tích mỗi hồ từ 0,5 triệu m3 trở lên, với tổng dung tích trữ được trên 41 tỷ m3 nước. Trong đó miền Trung và Tây Nguyên có trên 97 hồ Thủy lợi chứa hơn 2,4 tỷ m3 nước và 27 hồ Thủy điện chứa 6,4 tỷ m3 nước. Riêng khu vực Hà Tĩnh tính đến năm 2013 có tổng cộng 345 hồ chứa với tổng dung tích 742,9 triệu m3 nước, ngoài ra còn hai hồ chứa lớn là hồ Ngàn Trươi (706x106 m3) và hồ Rào Trổ (195x106 m3) đang trong quá trình xây dựng nâng tổng dung tích các hồ chứa ở Hà Tĩnh lên 1,644 tỷ m3 nước. Đa phần các hồ được xây dựng trong bối cảnh sau: • Xây dựng trong điều kiện Kinh tế chưa phát triển nên mức đầu tư chưa thỏa đáng, thường phải giảm nhỏ qui mô (đặc biệt mức bảo đảm của công trình), tiết kiệm đầu tư nên chưa tận dụng hết nguồn sinh thủy. • Điều kiện kỹ thuật chưa phát triển, nên việc khảo sát, tính toán, đánh giá tình hình tự nhiên chưa sát thực, chưa sử dụng hết nguồn sinh thủy, giải pháp kỹ thuật công nghệ xây dựng công trình còn hạn chế nên chưa mạnh dạn xây dựng những đập cao để sử dụng hết nguồn nước. • Về việc xác định nhiệm vụ công trình, nhiều hồ chứa chưa đề cập đến phục vụ đa mục tiêu mà đơn thuần cho tưới hoặc phát điện nên hiệu quả đầu tư thấp. • Do yêu cầu bức bách cấp nước cho hạ lưu nên việc khảo sát đánh giá đôi khi chưa được kỹ càng, xác định qui mô, công nghệ xây dựng chưa hợp lý. Trong bối cảnh xây dựng các công trình như trên nên việc giải quyết thoả đáng nhiệm vụ chức năng đa mục tiêu: cấp nước, giảm lũ, úng, hạn chưa được đặt ra đúng mức. Theo đánh giá của các nhà chuyên môn thì miền Trung mới khai thác được khoảng 15-20% lượng nước tự nhiên. Miền Trung có đặc điểm địa hình dốc, hẹp, lượng mưa tập trung trên 80% về mùa lũ nên mùa cạn thiếu nước nghiêm trọng. Mùa lũ do biến đổi khí hậu làm cường độ, thời gian mưa cũng thay đổi gây nên úng lụt nhiều nơi, điển hình như trận lũ năm 1999, năm 2010. Trong tương lai, do yêu cầu phát triển kinh tế xã hội sẽ dẫn tới nhu cầu dùng nước ngày càng cao. Theo chiến lược phát triển Thủy lợi của Bộ NN&PTNT đến năm 2020, nhu cầu dùng nước của các tỉnh miền Trung tăng 20-25% so với năm 2010. 2 Trong điều kiện biến đổi khí hậu, miền Trung là vùng sẽ chịu ảnh hưởng nặng nề của biến đổi khí hậu và nước biển dâng cao và có đặc điểm biến động thời tiết khá cao cho nên vốn là vùng khô hạn, nắng gió có cường độ mạnh; nay do biến đổi khí hậu nhiệt độ tăng làm cho nhiệt độ nước tăng, thúc đẩy quá trình bốc hơi nước nhanh hơn (tăng 7,7%-8,9%) dẫn đến yêu cầu nước dùng cho môi trường, tưới, sinh hoạt... tăng hơn. Nhìn chung, biến đổi khí hậu ảnh hưởng rất lớn đến lượng nước đến và nhu cầu dùng nước và an toàn cho công trình đầu mối, gây khó khăn cho công tác quản lý, khai thác các hồ chứa nước ở miền Trung. Tóm lại miền Trung là vùng đất có đặc điểm tự nhiên khắc nghiệt, địa hình ngắn, dốc, lũ lụt, hạn hán nặng nề, đời sống nhân dân còn nhiều khó khăn do bối cảnh lịch sử khi xây dựng các công trình thủy lợi. Nhiều công trình chưa phát huy hết năng lực, việc cung cấp điều hòa dòng chảy chưa đáp ứng được nhu cầu dùng nước và giảm nhẹ thiên tai, lượng nước thừa hàng năm đổ ra biển còn khá lớn, trong khi đó nhu cầu dùng nước ngày càng tăng. Để giải quyết mâu thuẫn đó thì ngoài đầu tư xây dựng những hồ đập mới, cần nghiên cứu công tác quản lý khai thác, điều hành để tăng hiệu quả đầu tư và nghiên cứu nâng cấp tăng thêm dung tích trữ nước của các hồ chứa đã xây dựng để thực hiện nhiệm vụ đa mục tiêu là giải pháp tốt nhất để giảm thiểu thiên tai, tăng thêm nguồn nước phục vụ phát triển kinh tế xã hội khu vực miền Trung. 2. Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu của đề tài. - Đánh giá ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến thiên tai và công tác quản lý, vận hành, đảm bảo an toàn hồ chứa nước khu vực tỉnh Hà Tĩnh. - Cụ thể của mục tiêu là sử dụng các kết quả phân tích số liệu thủy văn, khí hậu xác định được tác nhân gây nên hạn hán, lũ lụt… làm mất cân bằng lượng nước đến và yêu cầu dùng nước, gây khó khăn cho công tác quản lý, vận hành hồ chứa. - Đề xuất được giải pháp nâng cấp công trình hồ chứa nước trên địa bàn tỉnh Hà Tĩnh trong điều kiện biến đổi khí hậu. - Đề xuất và tính toán các giải pháp công trình nâng cấp đầu mối hồ chứa nước Nhà Đường. 3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu. Cách tiếp cận: - Tìm hiểu các tài liệu đã được nghiên cứu và ứng dụng; - Điều tra, khảo sát thực tế hiện trường công trình; 3 - Các đánh giá của các chuyên gia; Phương pháp nghiên cứu: - Nghiên cứu tổng quan lý thuyết và thực tiễn; - Nghiên cứu, đánh giá hiện trạng hồ chứa nước Nhà Đường; - Nghiên cứu các giải pháp khắc phục vấn đề tồn tại của công trình. 4. Kết quả dự kiến đạt được. Thể hiện được ảnh hưởng của biến đổi khí hậu theo các kịch bản đến việc tính toán nhu cầu dùng nước, mô hình tính toán lũ và công tác quản lý, vận hành đảm bảo an toàn và nâng cấp các hồ chứa. Đề xuất phân tích lựa chọn được dung tích hồ chứa và giải pháp nâng cấp công trình hồ chứa nước của khu vực Hà Tĩnh, nâng cao hiệu quả khai thác, giảm thiểu thiệt hại do thiên tai (lũ, hạn) và đảm bảo an toàn hồ chứa. Đề xuất lựa chọn được giải pháp công trình công trình cho hồ chứa nước Nhà Đường: - Tính toán cân bằng nước, lựa chọn được dung tích hồ chứa Nhà Đường theo yêu cầu phục vụ đa mục tiêu trong điều kiện biến đổi khí hậu; - Lựa chọn được giải pháp công trình cho đập đất, tràn xả lũ, cống lấy nước theo nhiệm vụ đặt ra, trên cơ sở bảo đảm an toàn hồ chứa nhằm nâng cao hiệu quả đầu tư; 5. Bố cục của luận văn MỞ ĐẦU Chương 1: Tổng quan về hệ thống công trình hồ chứa của Hà Tĩnh. Chương 2: Nghiên cứu ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến nhu cầu dùng nước của khu vực. Chương 3: Nghiên cứu các giải pháp nâng cấp các hồ chứa của Hà Tĩnh. Chương 4: Ứng dụng kết quả tính toán các kịch bản BĐKH tính toán các giải pháp nâng cấp công trình đầu mối hồ chứa nước Nhà Đường. Kết luận và kiến nghị. Tài liệu tham khảo. Phụ lục 4 CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CÔNG TRÌNH HỒ CHỨA Ở HÀ TĨNH 1.1. Tổng quan về các yếu tố tự nhiên của Hà Tĩnh. 1.1.1. Vị trí địa lý. Hình 1. 1: Bản đồ hành chính tỉnh Hà Tĩnh Tỉnh Hà Tĩnh có diện tích đất tự nhiên 5.997km2 (chiếm khoảng 1,8% diện tích cả nước) thuộc khu vực Bắc Trung Bộ, tọa độ địa lý: 17053’50’’ - 18045’40’’ độ vĩ Bắc và 105005’50’’ - 106030’20’’ độ kinh Đông. Ranh giới: - Phía bắc giáp tỉnh Nghệ An, ranh giới là Sông Lam và dãy núi Thiên Nhẫn. - Phía Nam giáp tỉnh Quảng Bình, ranh giới là dãy núi Hoành Sơn. - Phía Đông giáp biển Đông. - Phía Tây giáp tỉnh Bolikhămxay và tỉnh Khămmuộn (Lào) với chiều dài biên giới là 170km và ranh giới là dãy Trường Sơn. Tỉnh Hà Tĩnh gồm có: - 1 Thành phố: Thành Phố Hà Tĩnh; 5 - 1 Thị xã: Thị xã Hồng Lĩnh; - 10 huyện: Can Lộc, Cẩm Xuyên, Đức Thọ, Hương Khê, Hương Sơn, Kỳ Anh, Lộc Hà, Nghi Xuân, Thạch Hà và Vũ Quang. Hà Tĩnh có vị trí đặc biệt quan trọng không chỉ với cả nước mà còn với Lào và Thái Lan. Hà Tĩnh có điều kiện trở thành cầu nối của hai miền Nam, Bắc và là nút giao thông quan trọng trên trục hành lang Đông - Tây của khu vực, với các tuyến giao thông huyết mạch đi qua như: Quốc lộ 1A, đường Hồ Chí Minh, đường sắt Bắc - Nam, đường biển (trục giao thông Bắc - Nam); Quốc lộ 8 với của khẩu Quốc tế Cầu Treo và Quốc lộ 12 với cửa khẩu Cha Lo (Quảng Bình) nối với hệ thống cảng biển nước sâu Vũng Áng. Hà Tĩnh có 137km bờ biển có nhiều cảng và cửa sông lớn (Cửa Hội, Cửa Sót, Cửa Nhượng và Cửa Khẩu) cùng với hệ thống giao thông khá tốt, rất thuận lợi cho giao thương kinh tế, văn hóa xã hội và phát triển kinh tế. 1.1.2. Khí hậu, thủy văn 1.1.2.1. Khí hậu: Chế độ nhiệt: Nhiệt độ trung bình hàng năm 22-25oC. Trong năm, khí hậu được chia thành hai mùa rõ rệt: - Mùa nắng kéo dài từ tháng 4 đến tháng 10, khí hậu khô nóng nhất là từ tháng 5 đến tháng 8. Nhiệt độ trung bình tháng từ 24,7oC (tháng 4) đến 32,9oC (tháng 6). Nhiệt độ cao nhất có thể lên tới 38,5÷40oC. - Mùa mưa kéo dài từ tháng 10 đến tháng 3 năm sau, nhiệt độ trung bình tháng từ 18,3oC (tháng 1) đến 21,8oC (tháng 11) với nhiều ngày ở một số khu vực có nhiệt độ dưới 7oC (tháng 11,12). Độ ẩm: Nhìn chung độ ẩm không khí tương đối cao (trung bình khoảng từ 84÷87%), độ ẩm trung bình cao nhất khoảng 92÷96%, vào các tháng 1,2,3, độ ẩm trung bình thấp nhất khoảng 55÷70% vào các tháng 6,7,8. Bốc hơi: Bốc hơi Piche trung bình năm đạt 800mm. Lượng bốc hơi lớn thường xảy ra vào tháng 7 với mức trung bình tháng đạt 180 - 200 mm. Tháng 2 có lượng bốc hơi nhỏ nhất 27 - 34 mm. Số giờ nắng: 1.400-1.600 giờ/năm. 6 Chế độ gió: Hà Tĩnh nằm trong vùng khu vực chịu ảnh hưởng của chế độ gió mùa và gió Lào nhưng hướng gió mang tích chất phân mùa không rõ rệt như một số địa phương khác thuộc khu vực Bắc Trung Bộ hoặc Bắc Bộ. - Tốc độ gió trung bình đạt từ 1,7÷2,4 m/s. - Mùa Đông hướng gió chủ đạo là gió Tây Bắc rồi đến gió Bắc và Đông Bắc, tần suất tổng cộng tới 50÷60%. - Mùa hè: Hướng gió chủ đạo là gió Nam, tần suất 40 ÷ 50%. Bão thường xuất hiện bắt đầu từ tháng 8 và kết thúc vào tháng 11,12. Bình quân mỗi năm có từ 2 ÷ 3 cơn bão có ảnh hưởng trực tiếp đến Hà Tĩnh. Chế độ mưa: Hà Tĩnh có lượng mưa khá lớn, trung bình trên 2.000 mm/năm, cá biệt có nơi lên đến 3.500 mm/năm. Những cơn mưa lớn gồm thượng nguồn sông Ngàn Phố, Ngàn Sâu, Rào Trổ, khu vực Hoành Sơn, Kỳ Lạc - Kỳ Anh. Lượng mưa thường phân bố không đồng đều trong năm: Mùa Đông - Xuân lượng mưa thấp, chỉ đạt 25% lượng mưa hàng năm, chủ yếu là mưa phùn kết hợp với gió mùa Đông Bắc. Mưa lớn tập trung vào mùa Hạ và Thu; chiếm 85% lượng mưa cả năm, đặc biệt cuối thu thường mưa rất to. Mưa lớn thường gây ngập lụt, sạt lở đất, lũ quét. 1.1.2.2. Thủy văn: Hà Tĩnh có hệ thống sông ngòi khá dày đặc, nhưng có đặc điểm chung là chiều dài ngắn, lưu vực nhỏ, tốc độ dòng chảy lớn, nhất là về mùa mưa lũ. Sự phân bố dòng chảy đối với các sông suối ở Hà Tĩnh theo mùa rõ rệt, hầu hết các con sông chịu ảnh hưởng của mưa lũ ở thượng nguồn, những vùng thấp trũng ở hạ lưu đất thường bị nhiễm mặn do chế độ thủy văn. Hà Tĩnh có nguồn nước mặt phong phú nhờ hệ thống sông suối, hồ đập khá dày đặc. Ngoài 345 hồ chứa với tổng dung tích gần 743 triệu m3, 57 đập dâng lớn nhỏ có lưu lượng trên 30,13 m3/s. Các hồ, đập phục vụ cung cấp nước cho sinh hoạt, nông nghiệp, công nghiệp và các hoạt động phát triển KTXH khác đồng thời đây cũng là nơi giữ nước trong mùa mưa và điều tiết nước trong mùa hạn. Toàn tỉnh có trên 30 con sông lớn nhỏ với tổng chiều dài trên 400 km, trữ lượng khoảng 11-13 tỷ m3/năm. Tổng lưu vực của các con sông khoảng 5.436 km2, trong đó sông La do 2 con sông Ngàn Sâu và Ngàn Phố hợp thành với diện tích lưu vực 3.221 km2, sông 7 Cửa Sót hợp lưu của sông Nghèn và sông Rào Cái với diện tích lưu vực 1.349 km2, sông Cửa Nhượng hợp lưu của sông Gia Hội và sông Rác có diện tích lưu vực 356 km2, sông Cửa Khẩu hợp lưu của sông Trí và sông Quyền với diện tích lưu vực 510 km2. Các con sông ở Hà Tĩnh là nguồn cung cấp nước phục vụ nhu cầu sinh hoạt và các hoạt động phát triển KTXH, đồng thời cũng có chức năng thoát nước về mùa mưa lũ. Theo thống kê Hà Tĩnh có 9 vùng có triển vọng cung cấp nước dưới đất với tổng trữ lượng khoảng 85 triệu m3, bao gồm: Vùng Nghi Xuân diện tích khoảng 50 km2; vùng Nam núi Ông với diện tích khoản 7 km2; vùng Thạch Hà, Cẩm Xuyên với diện tích khoảng 76 km2; vùng thung lũng sông Rác với diện tích gần 90 km2; vùng thung lũng Rào Nộ diện tích khoảng 65 km2; vùng thung lũng Ngàn Sâu và sông Tiêm diện tích khoảng 230km2; vùng thung lũng Chúc A diện tích khoảng 65km2. 1.2. Tổng quan về công trình thủy lợi khu vực Hà Tĩnh. 1.2.1. Hồ chứa nước. Hà Tĩnh là tỉnh nằm giữa của khu vực Bắc trung bộ, có dãy Trường Sơn chạy song song với bờ biển và do phát triển ngang của dãy Hoành Sơn chắn phía Nam của tỉnh tạo thành một vùng hứng gió biển nên ở đây có lượng mưa lớn hơn các vùng khác trong tỉnh và lượng mưa trung bình nhiều năm cũng lớn hơn các tỉnh lân cận như Quảng Bình hay Nghệ An. Tổng lượng mưa rơi trên địa bàn tỉnh xấp xỉ 13 đến 18 tỷ m3/năm. Tổng lượng nước đến biến động từ 10 đến 11 tỷ m3/năm. Kết hợp với địa hình nhiều đồi núi rất thuận lợi cho phát triển xây dựng hồ chứa nước thủy lợi. Tính đến 31/12/2013 toàn tỉnh đã xây dựng được 345 hồ chứa với tổng dung tích 743 triệu m3, hiện đang đầu tư xây dựng thêm 2 hồ chứa có tổng dung tích 900 triệu m3 là hồ Ngàn Trươi và hồ Rào Trổ; và tiếp tục xem xét đầu tư xây dựng thêm khoảng 5 hồ chứa có dung tích 5 đến 10 triệu m3 nước theo quy hoạch đến năm 2020 nâng tổng dung tích các hồ chứa lên 1,7 tỷ m3 năm 2020. 8 Hình 1.2: Hồ chứa nước Kim Sơn Hình 1.3: Hồ chứa nước Thượng Sông Trí 9 Hình 1.4: Hồ chứa nước Kẻ Gỗ Hình 1.5: Hồ chứa nước Ngàn Trươi Hồ chứa nước là công trình lợi dụng tổng hợp, cấp nước tưới, sinh hoạt, công nghiệp và phát triển các ngành kinh tế quốc dân khác, cải tạo cảnh quan môi trường sinh thái; điều tiết lũ để phòng, tránh, giảm nhẹ thiên tai, đảm bảo an toàn tính mạng và tài sản nhân dân vùng hạ lưu. 10 Hồ chứa nước có vai trò quan trọng để phát triển kinh tế nói chung và sản xuất nông nghiệp nói riêng. Nhà nước rất quan tâm phát triển xây dựng các hồ chứa nước đặc biệt là từ sau khi đất nước thống nhất. Nhiều hồ chứa nước có dung tích lớn và trung bình so với cả nước như hồ Ngàn Trươi (huyện Vũ Quang), Kẻ Gỗ, Thượng Tuy (huyện Cẩm Xuyên), Rào Trổ, Sông Rác (huyện Kỳ Anh).v.v…mang lại hiệu ích to lớn, cấp nước phục vụ cho sản xuất nông nghiệp, công nghiệp, sinh hoạt, cải tạo môi trường sinh thái, còn có nhiệm vụ cắt lũ bảo đảm an toàn cho hạ du. Hà Tĩnh là địa phương nằm trong tốp 10 tỉnh có số hồ chứa lớn nhất cả nước với 345 hồ và là tỉnh có mật độ hồ chứa dày nhất nhì cả nước. Hồ chứa nước có nhiều lợi ích song cũng luôn tiềm ẩn nguy cơ sự cố, đe doạ đến an toàn của công trình và hạ du. Trong thời gian qua nhiều hồ chứa có quy mô vừa và nhỏ đã bị vỡ gây thiệt hại đáng kể tới người, tài sản của nhân dân. - Tháng 4 năm 1994 vỡ đập Họ Võ – xã Hương Giang – huyện Hương Khê có dung tích 1,6 triệu m3. - Năm 2007 do ảnh hưởng của các cơn bão số 2, số 5 mưa lớn đã gây vỡ 7 hồ đập ở huyện Hương Khê: hồ Khe Sắn, Đập Dài, Đập Làng... - Tháng 6 năm 2009 vỡ đập Ke 2/20 Rec (0,30 triệu m3) xã Hương Trạch – huyện Hương Khê. - Năm 2010, do ảnh hưởng của hai đợt lũ liên tiếp cuối thánh 9 và đầu thánh 10 đã gây vỡ các đập Khe Mơ, Vàng Anh, đập Ngưng (huyện Hương Sơn). Các hồ bị sự cố nguyên nhân do chất lượng thi công không bảo đảm, mưa lũ quá lớn vượt tần suất thiết kế, công tác quản lý còn nhiều hạn chế, không đủ kinh phí để sửa chữa nâng cấp. Để phát huy mặt lợi và đề phòng các diễn biến bất lợi, công tác đầu tư sửa chữa, nâng cấp, quản lý hồ chứa cần được quan tâm và tăng cường nhằm bảo đảm an toàn công trình và nâng cao hiệu quả của hồ chứa. 1.2.2. Đập dâng Với hệ thống sông suối khá dày đặc, điều kiện địa hình thay đổi nhiều và lượng dòng chảy cơ bản hàng năm khá lớn. Hà Tĩnh có khá nhiều công trình đập dâng quy mô nhỏ gồm 57 công trình với tổng lưu lượng cơ bản 30,13 m3/s.