Kiến thức về mối quan hệ giữa thủy điện và lũ lụt ở Việt Nam 1 pptx

Kiến thức về mối quan hệ giữa thủy điện và
lũ lụt ở Việt Nam
1

GIỚI THIỆU
Mục đích gồm (1) trình bày một số khái niệm căn bản của kỹ thuật thủy điện
(hydropower engineering) cho những người không ở trong ngành chuyên môn
này; và (2) bàn về vấn đề lũ lụt ở Việt Nam và vai trò các hồ chứa thủy điện. Một
số danh từ kỹ thuật tiếng Việt được chua thêm tiếng Anh trong ngoặc đơn để làm
rõ nghĩa hơn. Trong trường hợp phải đề cập một chi tiết nặng về kỹ thuật, phần
chú thích ở cuối bài sẽ giải thích rõ hơn, tuy rằng khá vắn tắt, cho những độc giả
“hiếu kỳ”. Tác giả hy vọng là phần (1) sẽ giúp người đọc có một vốn liếng tối
thiểu để có thể hiểu rõ hơn khi đọc một bản tin trên báo chí có ít nhiều liên quan
đến thủy điện. Ví dụ lũ lụt làm vỡ đập có phải là một chuyện tự nhiên hay là một
sai sót trong thiết kế và xây dựng? Thủy điện có thể giúp chống lũ được không hay
có thể làm tình hình lụt lội ở hạ lưu trở nên tồi tệ hơn? Phần (2) sẽ bàn về một vấn
đề có tính thời sự ở Việt Nam là hồ chứa thủy điện và nhiệm vụ chống lũ (flood
control) hay điều tiết lũ (flood regulation), và một số biện pháp đề nghị.
KIẾN THỨC CĂN BẢN VỀ KỸ THUẬT THỦY ĐIỆN
Vì sức hút của trái đất (trọng lực) nên nước chảy từ chỗ cao xuống chỗ thấp.
Chênh lệch độ cao càng nhiều (độ dốc lớn) thì nước chảy càng nhanh càng mạnh.
Cái lực của nước chảy này có thể khai thác để tạo ra năng lượng, và lưu lượng
nước (flow rate, discharge) càng nhiều thì càng tạo ra nhiều năng lượng. Như vậy
thủy điện là cách tạo ra năng lượng điện dùng sức nước chảy để quay máy phát
điện (generator) qua trung gian tuộc-bin thủy lực (hydraulic turbine). Nói chung
hiệu suất (efficiency) của tuộc-bin và máy phát điện rất cao, hơn 95%, nên công
suất của một nhà máy phát điện tùy thuộc phần lớn vào thế năng của nước và lưu
lượng nước chảy qua tuộc-bin. Đây là hai thông số quan trọng khi thiết kế và xây
dựng một nhà máy thủy điện.
> Đập và hồ chứa Các nhà máy thủy điện cỡ vừa và cỡ lớn thường có hồ chứa, vì
hồ chứa đáp ứng được hai mục đích: (i) nâng cao mực nước phía thượng lưu của

nhà máy thủy điện, nghĩa là làm tăng thế năng của nước – nói cách khác là tăng
công suất của nhà máy; và
(ii) trữ nước trong mùa mưa để dùng trong mùa khô.
Giống như một trương mục tiết kiệm ở ngân hàng để cất giữ tiền dư cho những lúc
thiếu hụt, hồ chứa dùng để tích trữ lượng nước thừa trong mùa mưa lũ và sử dụng
khi cần thiết trong mùa khô hạn. Muốn có hồ chứa thì phải xây đập trừ phi có thể
dùng hồ thiên nhiên để làm hồ chứa. Đập càng cao thì mực nước hồ càng cao và
sức chứa càng lớn nhưng chi phí đầu tư và diện tích đất đai bị chìm dưới lòng hồ
cũng lớn theo. Như vậy người thiết kế phải tìm ra kích thước tối ưu của đập và hồ
chứa. Điều này không đơn giản. Trước tiên phải xác định mục đích của hồ chứa:
ngoài thủy điện thì hồ chứa còn nhiệm vụ gì khác, ví dụ như cấp nước cho nông
nghiệp, cho thành phố, hay chống lũ, giao thông đường thủy, v.v Kế tiếp là phân
tích số liệu thủy văn (hydrology) để biết được lượng nước vào hồ (reservoir
inflow) thay đổi từng năm từng mùa như thế nào (seasonal distribution), tần suất
nước mùa khô và mùa lũ ra sao (low flow frequency, flood flow frequency).
Thường thì số liệu thủy văn không đầy đủ nên phải ước tính lưu lượng nước dựa
trên các số liệu khí tượng bằng cách dùng một mô hình thủy văn (hydrologic
model, rainfall-runoff model). Nếu số liệu khí tượng cũng thiếu thì có thể dùng các
mô hình khí tượng để ước tính. Phương pháp dùng mô hình thủy văn để kéo dài số
liệu về dòng chảy thường hiệu quả hơn là dùng các phương pháp thống kê
(statistical methods)(1). Phẩm chất và số lượng của số liệu thủy văn có tính quyết
định lên tất cả các tính toán của một dự án thủy điện, do đó cần sử dụng những
phương pháp tân tiến nhất cho giai đoạn quan trọng này. Có một sự tương quan
giữa dung tích hồ chứa và lượng nước vào hồ; đó là chu kỳ tích nước và xả nước
của hồ chứa, chu kỳ có thể là một năm cho hồ chứa khá lớn: tích nước dư vào mùa
mưa để dùng thêm trong mùa khô. Chu kỳ này cũng có thể là một tuần lễ cho các
hồ nhỏ: tích nước vào ngày nghỉ cuối tuần khi nhu cầu điện thấp để phát điện
nhiều hơn trong những ngày làm việc khi nhu cầu điện cao hơn. Những hồ chứa
thật lớn mất nhiều năm mới có thể làm đầy hồ thường không có năng suất sử dụng
cao. Như vậy người thiết kế phải cân nhắc giữa chi phí xây đập và lợi ích mà hồ

chứa sẽ mang lại. Một tương quan khác là dung tích hồ chứa và công suất tối đa
của nhà máy. Đây là một tương quan nghịch chiều và một lần nữa người thiết kế
phải tìm một phối hợp tối ưu. Nhà máy có công suất nhỏ quá khi nước nhiều thì
phải xả thừa (spill) nếu không còn chỗ chứa trong hồ, như vậy là chưa sử dụng hết
tài nguyên nước. Nhà máy công suất lớn quá thì một phần lớn thời gian sẽ không
chạy hết công suất, như vậy là hiệu quả sử dụng thấp. Có một điểm cần lưu ý là
phần công suất dư không xài có thể dùng để dự phòng cho hệ thống (reserved
capacity). Phương pháp isoquant(2) có thể dùng để phân tích kinh tế tương quan
giữa hai thành phần đắt tiền nhất của một dự án thủy điện là hồ chứa và nhà máy.
Đập thường làm bằng các vật liệu dễ có như đất, đá, bê-tông. Trừ đập tràn
(overflow dam) là loại đập cho phép nước chảy tràn qua đỉnh đập, các loại đập
khác đều được xây như thế nào để mức nước hồ không thể vượt qua đỉnh đập.
Nghĩa là đập phải có chỗ để xả nước (spillway) khi có lũ lớn và hồ đã đầy không
thể chứa thêm. Chỗ xả nước - là phần đắt tiền nhất của đập - có thể là một đường
hầm xuyên qua lòng đập có van đóng mở hoặc một đoạn đập tràn có cửa đóng mở
hoặc cả hai. Khi hồ đã đầy và lượng nước vào hồ lớn hơn sức xả tối đa của đập thì
nước sẽ tràn qua đỉnh đập và có nguy cơ làm vỡ đập. Người thiết kế đập phải cân
nhắc giữa chi phí xây dựng chỗ xả nước và nguy cơ vỡ đập làm thiệt hại ở hạ lưu.
Nếu vỡ đập có thể làm thiệt hại nhân mạng thì đập phải được thiết kế như thế nào
để có thể xả được lượng nước của cơn lũ cực đại (probable maximum flood -
PMF)(3).
> Nhà máy và tuộc-bin Đây là một bộ phận thuộc loại đắt tiền nhất nhì trong một
dự án thủy điện, vì vậy kích cỡ của nhà máy cần được tính toán kỷ lưỡng về mặt
kinh tế. Vì nước chảy vào hồ từ thượng nguồn của lưu vực thay đổi nhiều trong
năm, lượng nước vào mùa mưa lũ có thể gấp trăm hay gấp ngàn lần lượng nước
vào mùa khô kiệt nên câu hỏi cho nhà thiết kế là nên sử dụng tài nguyên nước đến
mức nào (bằng cách xác định kích cỡ của tổ hợp hồ chứa và nhà máy) để có thể
tạo ra hiệu quả kinh tế cao nhất trong việc sử dụng nguồn nước đồng thời giảm
thiểu tối đa những ảnh hưởng xấu lên môi trường ở thượng nguồn cũng như ở hạ
lưu của dự án. Tuộc-bin được chọn lựa phần lớn tùy theo chiều cao cột nước

(water column) – tức là chênh lệch độ cao giữa mực nước trên và dưới nhà máy -
và lưu lượng nước, cũng như chi phí bố trí và xây cất nhà máy và các bộ phận thủy
lực khác. Hiệu suất của mỗi loại tuộc-bin khác nhau và thay đổi theo mực nước
cũng như lưu lượng nước. Đây là những yếu tố cần xem xét khi xác định bao
nhiêu tổ máy (unit) nên có trong một nhà máy. Sử dụng một mô hình điện toán có
khả năng tính toán tối ưu (optimization model) nhiều phương án khác nhau để so
sánh và chọn lựa là phương pháp hay nhất hiện nay.
> Ảnh hưởng lên môi trường của dự án thủy điện Bất cứ một công trình xây
dựng nào của con người đều tác động lên thiên nhiên không nhiều thì ít, từ một tòa
nhà, một con đường, cây cầu, một cái đập nước, v.v Vì vậy bổn phận của người
xây dựng, cũng như chính quyền cung cấp giấy phép xây dựng, là cân nhắc hai
phương diện đối nghịch với nhau: (i) sự cần thiết và lợi ích mang lại cho con
người của công trình sẽ xây dựng, và (ii) tác hại trước mắt cũng như lâu dài của
công trình đó. Sự cân nhắc tính toán này chỉ được thực hiện đầy đủ và hợp lý khi
những người có trách nhiệm biết đặt quyền lợi chung của công chúng lên trên hết,
và sử dụng các phương pháp phân tích tân tiến nhất. Xây dựng một cái đập trên
một con sông cũng giống như xây một xa lộ qua một vùng hoang dã, nó sẽ chia cắt
môi trường thiên nhiên thành hai không gian khác nhau. Trong trường hợp đập có
hồ chứa để điều hòa dòng nước thì dòng chảy tự nhiên của con sông sẽ thay đổi.
Sự thay đổi sẽ nhiều hay ít tùy theo hồ chứa được vận hành như thế nào. Khi dòng
chảy tự nhiên của một con sông thay đổi thì hệ sinh thái trong lưu vực con sông đó
cũng bị ảnh hưởng và có thể mất một thời gian khá lâu mới tìm được sự cân bằng
mới. Quá trình này ảnh hưởng như thế nào lên môi trường sống của con người và
thiên nhiên cần được nghiên cứu kỹ lưỡng để có thể đánh giá mức độ tác động của
dự án. Các dự án thủy điện thường nằm ở những vùng rừng núi nên khi xây dựng
cần phải khai quang một diện tích lớn để xây các công trình như đường sá, đập,
nhà máy, đường dây dẫn điện, v.v Phần lòng hồ sẽ bị ngập nước cũng phải được
khai quang và dân cư trong vùng phải được dời đi chỗ khác. Những hoạt động này
sẽ ảnh hưởng lên môi trường thiên nhiên đã có sẵn trước đó và tác động lên hệ
sinh thái của khu vực. Đời sống của dân cư trong vùng cũng như các giá trị văn

hóa lịch sử của khu vực dự án cũng sẽ bị thay đổi hoặc biến mất. Để có thể đánh
giá đúng đắn lợi ích của một dự án thủy điện, tất cả các yếu tố nêu trên cần được
phân tích đầy đủ, kể cả những thiệt hại hay lợi ích không thể quy ra tiền.