Nghiên cứu ứng dụng và phát triển mô hình Athen vận hành liên hành hồ chứa lưu vực Sông Ba

1
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN







Thân Văn Đón




NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG VÀ PHÁT TRIỂN MÔ HÌNH
ATHEN VẬN HÀNH LIÊN HỒ CHỨA LƢU VỰC SÔNG BA


Chuyên ngành: Thủy văn học
Mã số: 60.44.90




LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC



NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS.TS NGUYỄN HỮU KHẢI








Hà Nội-Năm 2011


ii
MỤC LỤC
DANH MỤC BẢNG iv
DANH MỤC HÌNH VẼ v
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT vi
MỞ ĐẦU 1
Chương 1: TỔNG QUAN 2
1.1. Tổng quan về điều tiết hồ chứa 2
1.1.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước 2
1.1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước 8
1.1.3. Một số mô hình mô phỏng vận hành hồ chứa đã và đang được nghiên
cứu phát triển và ứng dụng trong thực tế 10
1.2. Tổng quan về điều kiện tự nhiên lưu vực sông Ba 11
1.2.1. Vị trí địa lý và điều kiện Khí hậu Thủy văn 11
1.2.2. Mạng lưới sông ngòi 19
1.2.3. Tình hình tài liệu khí tượng thủy văn 21
1.2.4. Hệ thống hồ chứa trên lưu vực sông Ba 24
Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHÁT TRIỂN MÔ HÌNH ATHEN ĐIỀU TIẾT

LIÊN HỒ CHỨA 26
2.1. Cơ sở phát triển mô hình Athen điều tiết liên hồ chứa 26
2.2. Lý thuyết mô hình Athen 29
2.2.1. Các thành phần mô hình 29
2.2.2. Phương trình diễn toán 30
2.3. Lý thuyết phương pháp Muskingum 31
2.4. Liên kết mô hình Athen điều tiết đơn hồ chứa và phương pháp
Muskingum 34
2.5. Yêu cầu tệp số liệu đầu vào cho mô hình Athen điều tiết liên hồ chứa 36
Chương 3. ỨNG DỤNG MÔ HÌNH ATHEN VẬN HÀNH ĐIỀU TIẾT LIÊN HỒ
CHỨA LƯU VỰC SÔNG BA 37
3.1. Dữ liệu đầu vào của mô hình 37
3.1.1. Số liệu thủy văn và đặc trưng hồ chứa 37
3.1.2. Số liệu nhu cầu sử dụng nước của các hộ dùng nước 39
3.1.3. Các thông số của phương pháp Muskingum 39
3.2. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình 39

iii
3.2.1. Kết quả hiệu chỉnh mô hình 40
3.2.2. Kết quả kiểm định mô hình 42
3.3. Vận hành điều tiết liên hồ chứa 42
3.3.1. Quy tắc vận hành 42
3.3.2. Thứ tự ưu tiên các nhu cầu sử dụng nước 43
3.3.3. Kịch bản điều hành 44
3.3.4. Kết quả tính toán cho năm điển hình 1982 45
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 61
TÀI LIỆU THAM KHẢO 63
PHỤ LỤC 64

iv

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Một số phương pháp diễn toán sóng lũ qua hồ chứa 3
B ả ng 1.2: Dòng chảy kiệt đo tại các trạm thủy văn trên lưu vực sông Ba 18
Bảng 1.3: Kết quả đo đạc dòng chảy kiệt một số vị trí trên sông Ba 19
Bảng 1.4: Đặc trưng hình thái lưu vực sông Ba 20
Bảng 1.5: Danh sách các trạm khí tượng thủy văn trên lưu vực sông Ba 22
Bảng 3.1: Các đặc trưng của hồ chứa trên sông Ba 38
Bảng 3.2: Bộ thông số của mô hình Muskingum diễn toán từng đoạn sông 41
Bảng 3.2: Các hệ số trong mô hình ứng với kịch bản 1 44
Bảng 3.3: Các hệ số trong mô hình ứng với kịch bản 2 45
Bảng 3.4: Các hệ số trong mô hình ứng với kịch bản 3 55


v
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Biểu diễn dưới dạng đồ thị của diễn toán hồ chứa 3
Hình 1.2: Sự cần thiết của điều tiết để đáp ứng yêu cầu của xã hội 4
Hình 1.3: Bản đồ lưu vực sông Ba tỷ lệ 1/100.000 12
Hình 1.4: Bản đồ mạng lưới trạm khí tượng thủy văn lưu vực sông Ba tỷ lệ
1/100.000 23
Hình 1.5: Vị trí các hồ chứa trên lưu vực sông Ba 25
Hình 2.1: Sơ đồ tổng quát phát triển mô hình Athen 28
Hình 2.2: Quan hệ λij, zij trong mô hình Athen 29
Hình 2.3: Sơ đồ thuật toán vận hành đơn hồ chứa 31
Hình 2.4: Sơ đồ diễn toán mô hình Athen đơn hồ chứa và phương pháp Muskingum35
Hình 3.1: Các file số liệu đầu vào của mô hình Athen 37
Hình 3.2: Đường quá trình Q~t của các trạm trên sông Ba năm 1982 38
Hình 3.3: Đường quá trình lưu lượng tính toán và thực đo trạm thủy văn Củng Sơn
năm 1983 41
Hình 3.4: Đường quá trình lưu lượng tính toán và thực đo trạm thủy văn Củng Sơn

năm 1982 42
Hình 3.5: File số liệu kết quả đầu ra sau khi chạy mô hình 45
Hình 3.6: Quan hệ đầu ra giữa mực nước hồ chứa, lượng trữ và tổng lượng ra (ứng
với nhu cầu thủy điện ở mức tối đa, hệ số 0.5) 47
Hình 3.7: Quan hệ đầu ra giữa các sử dụng nước (ứng với nhu cầu thủy điện ở mức
tối đa, hệ số 0.5) 48
Hình 3.8: Quan hệ giữa mực nước tổng lượng đến hồ, tổng lượng nước phát điện
ứng với mưc đảm bảovà mực nước hồ chứa sau khi vận hành 49
Hình 3.9: Quan hệ đầu ra giữa các nhu cầu sử dụng nước (ứng với nhu cầu thủy
điện ở mức đảm bảo, hệ số 1.0) 50
Hình 3.10: Nhu cầu, lượng nước dùng thực tế của các hộ dùng nước tại hồ An khê51
Hình 3.11: Nhu cầu, lượng nước dùng thực tế của các hộ dùng nước tại hồ Ba Hạ . 52
Hình 3.12: Nhu cầu, lượng nước dùng thực tế của các hộ dùng nước tại hồ An khê53
Hình 3.13: Nhu cầu, lượng nước dùng thực tế của các hộ dùng nước hồ Krông Hnăng 54
Hình 3.14: Quan hệ giữa mực nước hồ sau khi vận hành, tổng lượng đến hồ, tổng
lượng nước phát điện ứng với mức phù hợp 57
Hình 3.15: Quan hệ đầu ra giữa các nhu cầu sử dụng nước ứng với mức phù hợp 60

vi
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
MNDBT: Mực nước dâng bình thường;
MNC
:

M
ực n
ư
ớc chết
;

MNGC: Mực nước gia cường;
Vtb
:

Dung tích toàn b
ộ
;

Vhi: Dung tích hiệu dụng;
Vc: Dung tích chết;
Vpl: Dung tích phòng lũ;
Qmaxtbin: Lưu lượng lớn nhất qua tubin.

1
MỞ ĐẦU
Hiện nay nhiều phần mềm vận hành tối ưu hệ thống hồ chứa đã được xây
dựng, tuy nhiên khả năng giải quyết các bài toán thực tế vẫn còn hạn chế. Các phần
mềm tối ưu hiện nay nói chung vẫn chỉ đưa ra lời giải cho những điều kiện đã biết
mà không đưa ra được các nguyên tắc vận hành hữu ích. Phần lớn các mô hình mô
phỏng lại dựa trên quy tắc vận hành không có điều khiển, điều này rất hạn chế cho
điều tiết vận hành chống hạn và chống lũ. Mô hình Athen hiện tại là mô hình điều
tiết đơn hồ chứa, cho phép điều tiết có điều khiển và có mã nguồn mở. Do vậy việc
nghiên cứu và phát triển mô hình Athen để tính toán điều tiết liên hồ chứa trong
mùa cạn là việc làm cần thiết, nhằm đưa ra một phương án điều tiết liên hồ có cơ sở
khoa học chặt chẽ, hy vọng mang lại hiệu quả cả về mặt kinh tế và xã hội.
Vì vậy Luận văn đã chọn đề tài “Nghiên cứu ứng dụng và phát triển mô hình
Athen vận hành liên hồ chứa lưu vực sông Ba”.
I. Phạm vi nghiên cứu của Luận văn
Phạm vi không gian: bao gồm các hồ chứa Yayun Hạ, An Khê-Kanak,
Krông Hnăng, sông Hinh, Ba Hạ và sau hồ chứa cuối cùng là trạm thủy văn Củng

Sơn.
Phạm vi thời gian: điều hành hệ thống hồ chứa trong mùa kiệt.
II. Mục tiêu của Luận văn
Phát triển mô hình Athen điều tiết đơn hồ chứa thành liên hồ chứa, áp dụng
thử nghiệm lưu vực sông Ba.
III. Nội dung nghiên cứu chủ yếu của Luận văn
Chương 1: TỔNG QUAN
Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHÁT TRIỂN MÔ HÌNH ATHEN
LIÊN HỒ CHỨA
Chương 3: ỨNG DỤNG MÔ HÌNH ATHEN VẬN HÀNH ĐIỀU TIẾT
LIÊN HỒ CHỨA LƯU VỰC SÔNG BA


2
Chương 1: TỔNG QUAN
Theo nhận định của Ủy ban Đê đập Thế giới (World Commision on Dams
2000 [1]), nhiều hệ thống đê đập lớn trên thế giới đã hoạt động không đảm bảo
được các lợi ích kinh tế - xã hội như mục tiêu thiết kế đề ra. Điều đó có thể do
những sơ xuất trong thiết kế, xây dựng, do những nhu cầu sử dụng mới xuất hiện,
do những vấn đề điều hành hệ thống hay do những thay đổi khí hậu toàn cầu Để
phát huy tối đa lợi ích của các hồ chứa, các nghiên cứu cần tập trung vào việc nâng
cao hiệu quả điều hành của các hồ chứa. Các mục tiêu kinh tế xã hội của hệ thống
hồ chứa như chống lũ, phát điện, cấp nước, cảnh quan môi trường, du lịch, thường
là những mục tiêu trái ngược nhau về nhu cầu sử dụng lượng nước có sẵn trong hệ
thống hồ. Điều đó dẫn đến một bài toán hết sức phức tạp, các công cụ toán học và
các mô hình trên máy tính được sử dụng để nghiên cứu vấn đề đặt ra.
1.1. Tổng quan về điều tiết hồ chứa
1.1.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước
Nghiên cứu vận hành hệ thống liên hồ chứa đa mục tiêu đã được các nhà khoa
học, các cơ quan quản lý khai thác lưu vực sông trên thế giới đầu tư nghiên cứu từ

những năm 50 và 60 của thế kỷ 20. Kết quả nghiên cứu đã góp phần làm tăng hiệu quả
khai thác hệ thống nguồn nước các lưu vực sông trên toàn thế giới, có thể kể đến các
nghiên cứu về vận hành hệ thống liên hồ chứa ở bang Calionia, Mỹ, nghiên cứu về
quản lý lưu vực sông của Cơ quan quản lý vùng hạ lưu sông Colorado (LCRA), nghiên
cứu của cơ quan năng lượng quốc gia Brazin về quản lý hệ thống hồ chứa thuỷ điện
trên sông Amazon Mặc dù đã được nghiên cứu từ khá lâu nhưng vẫn chưa xác định
được phương pháp, công cụ chung cho xây dựng quy trình hệ thống liên hồ chứa mùa
cạn mà các nghiên cứu vẫn phụ thuộc rất nhiều vào đặc thù riêng của từng hệ thống hồ
chứa cụ thể.
a. Phương pháp diễn toán hồ chứa
Đây là phương pháp cơ bản trong giai đoạn thiết kế và vận hành hồ chứa.

3
Diễn toán dòng chảy (trong đó có sóng lũ) qua một hồ chứa được gọi là diễn
toán hồ chứa. Đó là một phần quan trọng của phân tích hồ chứa mà những ứng dụng
chính của nó là: xác định mực nước lớn nhất trong thời kỳ thiết kế hồ chứa, thiết kế
các công trình xả tràn và cửa xả nước và phân tích sóng lũ vỡ đập. Một hồ chứa có
thể được kiểm soát hoặc không được kiểm soát. Hồ chứa được kiểm soát bởi công
trình xả tràn với các khoang tràn khống chế bằng các cửa van để kiểm soát dòng
chảy ra. Công trình xả tràn của một hồ chứa không kiểm soát là công trình tràn tự
do không có cửa van để khống chế lượng xả.

Hình 1.1: Biểu diễn dưới dạng đồ thị của diễn toán hồ chứa
Một vài phương pháp diễn toán sóng lũ qua hồ chứa đã được xây dựng, như
trong bảng sau:
Bảng 1.1: Một số phương pháp diễn toán sóng lũ qua hồ chứa
Phương pháp đường cong lũy tích Phương pháp Puls
Phương pháp Puls cải tiến Phương pháp Wisler-Brater
Phương pháp Goodrich Phương pháp Steinberg
Phương pháp hệ số

b. Vận hành hồ chứa
Sử dụng hiệu quả tài nguyên nước yêu cầu không chỉ thiết kế đúng đắn mà cả
quản lý đúng cách sau khi xây dựng. Biswas (1991) ước lượng rằng giá một đơn vị

4
nước từ các dự án cung cấp nước đô thị thế hệ kế tiếp sẽ thường cao hơn 2 - 3 lần thế
hệ hiện tại. Do đó, bắt buộc tất cả các dự án phải được quản lý một cách tốt nhất. Một
mô tả khái niệm về sự cần thiết điều tiết để đáp ứng yêu cầu của xã hội đưa ra trong
hình 1.2.
Điều hành hồ chứa là một phần quan trọng của quy hoạch và quản lý tài
nguyên nước. Sau khi được xây dựng, các hướng dẫn chi tiết được đưa đến cho
người điều hành để đưa ra các quyết định đúng. Chính sách (quy trình) vận hành hồ
chứa xác định lượng xả từ lượng trữ tại một thời điểm nào đấy phụ thuộc vào trạng
thái của hồ chứa, mức yêu cầu cấp nước và các thông tin về lượng dòng chảy có thể
đến hồ chứa. Bài toán vận hành cho hồ chứa đơn mục tiêu là quyết định quy trình
tháo từ hồ chứa sao cho lợi ích cho mục tiêu đó là tối đa.

Hình 1.2: Sự cần thiết của điều tiết để đáp ứng yêu cầu của xã hội
Nguồn: được dịch trong cuốn sách P.V.Singh (2004), Water resourcess
system planning and management. Elsevier
Với hồ chứa đa mục tiêu, ngoài ra còn yêu cầu phân phối tối ưu lưu lượng
tháo giữa các mục tiêu. Sự phức tạp của bài toán vận hành hồ chứa phụ thuộc vào
quy mô mà các mục tiêu mong muốn tương thích với nó. Nếu các mục tiêu là tương
thích, ít cần sự nỗ lực phối hợp giữa các mục tiêu.



5
* Phương pháp tối ưu hoá
Kỹ thuật tối ưu hoá bằng quy hoạch tuyến tính và quy hoạch động đã được

sử dụng rộng rãi trong tài nguyên nước. Loucks và nnk (1981) đã minh họa áp
dụng, quy hoạch phi tuyến và Quy hoạch động cho tài nguyên nước. Nhiều tổng
quan áp dụng kỹ thuật hệ thống cho bài toán tài nguyên nước đã được đăng tải
nhiều lần, thí dụ như bởi Yakowitz (1982), Yeh (1985), Simonovic (1992) và
Wurbs (1993).
Young (1967) lần đầu tiên đề xuất sử dụng phương pháp hồi quy tuyến tính
để vạch ra quy tắc vận hành chung từ tối ưu hoá. Phương pháp mà ông đã dùng
được gọi là “quy hoạch động Monte - Carlo”. Về cơ bản, phương pháp của ông
dùng kỹ thuật Monte - Carlo tạo ra một số chuỗi dòng chảy năm tổng hợp cho sông.
Quy trình tối ưu thu được cho mỗi chuỗi dòng chảy nhân tạo sau đó được sử dụng
trong phân tích hồi quy để cố gắng xác định nhân tố ảnh hưởng đến chiến thuật tối
ưu. Các kết quả là một xấp xỉ tốt của quy trình tối ưu thực.
Một mô hình quy hoạch để thiết kế hệ thống kiểm soát lũ hồ chứa đa mục
tiêu đã được phát triển bởi Windsor (1975). Karamouz và Houck (1987) đã vạch ra
quy tắc vận hành chung khi sử dụng Quy hoạch động xác định và hồi quy. Mô hình
hồi quy sát nhập thủ tục hồi quy tuyến tính nhiều biến đã được Bhaskar và Whilach
(1980) gợi ý. Quy tắc để điều hành một hệ thống nhiều hồ chứa cũng được phát
triển trên quy hoạch động ngẫu nhiên, yêu cầu mô tả rõ xác suất dòng chảy và hàm
tổn thất. Phương pháp này được Butcher (1971), Louks (1981) và nhiều người khác
sử dụng.
Mô hình tối ưu hoá thường được sử dụng trong nghiên cứu điều hành hồ
chứa sử dụng dòng chảy dự báo làm đầu vào. Datta và Bunget (1984) vạch ra một
chính sách điều hành hạn ngắn cho hồ chứa đa mục tiêu từ một mô hình tối ưu hoá
với mục tiêu cực tiểu hoá tổn thất hạn ngắn. Nghiên cứu chỉ ra rằng khi có một sự
nhân nhượng là gánh chịu một đơn vị độ lệch lượng trữ và một đơn vị độ lệch lượng
xả từ các giá trị đích tương ứng thì phép giải tối ưu hoá phụ thuộc vào dòng chảy
tương lai bất định cũng như hình dạng hàm tổn thất.

6
Áp dụng mô hình tối ưu hoá cho điều hành hồ chứa đa mục tiêu có những

khó khăn. Sự khó khăn trong áp dụng bao gồm phát triển mô hình, huấn luyện nhân
lực, chi phí giải (bao gồm đầy đủ cả điều kiện thủy văn tương lai bất định, sự bất
lực để xác định và định lượng tất cả các mục tiêu và sự cần thiết cho việc tương tác
tốt hơn với người sử dụng). Một phương pháp khác đang được sử dụng hiện nay để
giải thích tính ngẫu nhiên của đầu vào là chương trình logic mờ. Lý thuyết tập mờ
đã được Zadeth (1965) giới thiệu. Jairaj và Vedula (2000) đã áp dụng phương pháp
này cho tối ưu hoá nhiều hồ chứa.
Phương pháp tối ưu hoá là phương pháp xác định lời giải của hệ thống theo
mục tiêu khai thác hệ thống bằng cách lượng hoá chúng thành các hàm mục tiêu.
Sau khi xác định được mục tiêu của bài toán quy hoạch thì vấn đề quan trọng nhất
cần đặt ra là xây dựng hàm mục tiêu của bài toán quy hoạch còn gọi là thiết lập bài
toán tối ưu. Mô hình mô tả hàm mục tiêu được gọi là mô hình tối ưu. Việc xây dựng
hàm mục tiêu tuỳ thuộc vào nhiệm vụ của bài toán quy hoạch và tính phức tạp của
hệ thống. Trong thực tế thường gặp các bài toán đa mục tiêu do những mục đích
khai thác khác nhau. Dưới đây sẽ trình bày các dạng cơ bản của hàm mục tiêu đối
với bài toán thiết kế hệ thống, phát triển hệ thống và quản lý điều hành hệ thống
nguồn nước.
* Phương pháp mô phỏng
Vì không có khả năng để thí nghiệm với hồ chứa thực, mô hình mô phỏng
toán học được phát triển và sử dụng trong nghiên cứu. Thí nghiệm có thể thực hiện
bằng cách sử dụng các mô hình này để cung cấp một sự hiểu biết sâu về bài toán.
Mô hình mô phỏng kết hợp với điều hành hồ chứa bao gồm tính toán cân bằng nước
của đầu vào, đầu ra hồ chứa và biến đổi lượng trữ. Kỹ thuật mô phỏng đã cung cấp
cầu nối từ các công cụ giải tích trước đây cho phân tích hệ thống hồ chứa đến các
gói mục đích chung phức tạp hơn. Theo Simonovic (1992), các khái niệm vốn gắn
với mô phỏng là dễ hiểu và thân thiện hơn các khái niệm mô hình hoá khác.
Các mô hình mô phỏng có thể cung cấp biểu diễn chi tiết và hiện thực hơn hệ
thống hồ chứa và điều hành chúng (chẳng hạn đáp ứng chi tiết của các hồ và kênh

7

riêng biệt hoặc hiệu quả của các hiện tượng theo thời gian khác nhau nhất định).
Thời gian yêu cầu để chuẩn bị đầu vào, chạy mô hình và các yêu cầu tính toán khác
của mô phỏng là ít hơn nhiều so với mô hình tối ưu hoá. Các kết quả mô phỏng sẽ
dễ dàng thỏa hiệp trong trường hợp đa mục tiêu. Số phần mềm máy tính đa mục tiêu
phổ biến có sẵn có thể sử dụng để phân tích mối quan hệ quy họach, thiết kế và vận
hành hồ chứa. Hầu hết các phần mềm có thể chạy trong máy vi tính đang sử dụng
rộng rãi hiện nay. Hơn nữa, ngay sau khi số liệu yêu cầu cho phần mềm thực hành
đã được chuẩn bị, nó dễ dàng chuyển đổi cho nhau và do đó các kết quả của thiết
kế, quyết định điều hành, thiết kế lựa chọn khác nhau có thể được đánh giá nhanh
chóng.
Một trong số mô hình phổ biến rộng rãi nhất được sử dụng trong mô phỏng
hệ thống hồ chứa tổng quát là mô hình HEC - 5, phát triển bởi Trung tâm thủy văn
công trình (Feldman 1981, Wurbs 1996). Một trong những mô hình mô phỏng nổi
tiếng khác là mô hình Acres (Sigvaldson 1976); Tổng hợp dòng chảy và điều tiết hồ
chứa (SSARR) (USACE 1987), Mô phỏng hệ thống sóng tương tác (IRIS) (Loucks
và nnk 1989). Gói phân tích quyền lợi nước (WRAP) (Wurbs và nnk, 1993). Lund
và Ferriera (1996) đã nghiên cứu hệ thống hồ chứa sông Missouri và tìm thấy mô
hình mô phỏng để nâng cấp kỹ thuật hồi quy cổ điển cho quy tắc điều hành chi tiết
và suy luận vạch ra từ mô hình tất định quy hoạch động. Jain và Goel (1999) đã giới
thiệu một mô hình mô phỏng tổng quát cho điều hành cấp nước của hệ thống hồ
chứa dựa trên các đường điều phối. Mặc dù sự sẵn có của một số mô hình tổng quát,
vẫn cần thiết phát triển các mô hình mô phỏng cho hồ chứa xác định cụ thể vì mỗi
hệ thống hồ chứa có những đặc điểm riêng.
Mô hình mô phỏng nhiều hồ chứa đã dùng để đánh giá tác động của các
chính sách điều hành khác nhau chỉ có lợi nếu đầu ra nhiều mặt từ tất cả các lần
chạy khác nhau có thể được so sánh và đánh giá. Phân tích tính toán giá trị trung
bình, phương sai và phân bố theo thời gian của các chỉ số đánh giá họat động hồ
chứa, như dung tích hồ chứa, lượng xả, các lợi ích và tổn thất liên quan và chúng có
thể sử dụng để đánh giá và so sánh quy trình. Việc đánh giá cũng có thể sử dụng các
khái niệm như độ tin cậy, độ phục hồi và tính dễ bị tổn thương hệ thống. Các mô

8
hình mô phỏng cho điều hành hồ chứa là công cụ trợ giúp trong đánh giá tác động
có thể của các quy trình vận hành thay đổi và cho dự báo trạng thái tiếp theo của hệ
thống, đưa ra các quy trình vận hành và các kịch bản thủy văn dự báo.
1.1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước
Ở Việt Nam, nhiều hồ chứa trên các hệ thống sông với nhiều mục đích khác
nhau đã và đang được tiến hành xây dựng. Hệ thống hồ chứa trên sông Hồng gồm
các hồ Hoà Bình trên sông Đà, Thác Bà trên sông Chảy và hồ Tuyên Quang trên
sông Gâm, trong tương lai gần sẽ có thêm các hồ chứa như Sơn La, Lai Châu trên
sông Đà, Huổi Quảng, Bản Chát trên nhánh sông Nậm Mu, Bắc Hà trên sông Chảy,
Bảo Lạc trên sông Gâm. Hệ thống hồ chứa trên sông Hồng với mục tiêu chính là
chống lũ, cấp nước cho vùng đồng bằng Bắc bộ với khoảng 1 triệu ha đất nông
nghiệp và góp phần sản xuất một lượng lớn nguồn điện cho quốc gia.
Bậc thang hồ chứa trên sông Đồng Nai gồm các hồ chứa lớn như Trị An,
Hàm Thuận - Đa Nhim, Dầu Tiếng, Thác Mơ, Phước Hòa, Đồng Nai 3, Đồng Nai 4
phục vụ cấp nước, phát điện cho vùng đồng bằng Nam Bộ.
Hệ thống hồ chứa bậc thang thuỷ điện trên sông Sê San và sông Sêrêpôk
gồm các hồ Yali, Thượng Kon Tum, Pleikrong, Sesan 3, Sesan 3A, Sesan 4, đập
điều hoà, BuonKop, BuonTuaSrah, thượng KrongBuk, phục vụ phát điện, cấp nước
nông nghiệp cho vùng lãnh thổ Việt Nam đảm bảo duy trì dòng chảy môi trường
cho vùng hạ lưu thuộc lãnh thổ Campuchia.
Để phục vụ cho bài toán quản lý lũ, xây dựng hệ thống vận hành chống lũ
lưu vực sông Hương hiện tại mô hình toán AUTOCAL có khả năng mô tả chi tiết
các chế độ vận hành của hệ thống hồ chứa thủy điện để đề xuất chế độ vận hành
hợp lý cho hệ thống hồ. Ứng dụng AUTOCAL trong vận hành hệ thống nguồn nước
được thực hiện trong nhiều nghiên cứu như nghiên cứu vận hành chống lũ và phát
điện cho nhà máy thủy điện Hòa Bình trong Luận văn tiến sỹ của Ngô Lê Long,
nghiên cứu vận hành hệ thống công trình thủy lợi lưu vực sông Orange-Fish-
Sundays ở Nam Phi,

9
Trong nghiên cứu cho hồ Hòa Bình, tác giả Ngô Lê Long (2006) đã sử dụng
AUTOCAL tính toán đề xuất chế độ vận hành thực bao gồm hệ thống mô hình thủy
động lực học hệ thống sông Hồng (vận hành 1 hồ Hòa Bình) chống lũ cho hạ du kết
hợp tối ưu phát điện đã đề xuất chế độ vận hành hợp lý đảm bảo an toàn chống lũ hạ
du đồng thời tăng sản lượng điện phát từ hồ Hòa Bình hàng năm khoảng 0.4 triệu
KWh/năm. Tuy nhiên nghiên cứu này mới chỉ xét đến chế độ vận hành đơn hồ
chứa-chưa xem xét đến việc phối hợp vận hành hệ thống liên hồ chứa.
Ngoài việc tính toán phục vụ quản lý lũ, mô hình thủy động lực học cũng
được sử dụng phục vụ cho bài toán vận hành hệ thống công trình phục vụ cấp nước
bằng diễn toán quá trình dòng chảy trong sông và hệ thống lấy nước vùng hạ du
(trạm bơm, cống tự chảy, đập dâng …) để kiểm tra khả năng cấp của hệ thống, cũng
như khả năng vận hành các cống, trạm bơm…. có thể lấy đủ nước vào trong các hệ
thống sử dụng nước hay không.
Lê Kim Truyền, Đại học Thủy lợi - Nghiên cứu cơ sở khoa học và thực tiễn
điều hành cấp nước mùa cạn cho đồng bằng sông Hồng (2005-2007). Xây dựng
Quy trình mùa cạn cho 4 hồ chứa Hòa Bình, Thác Bà, Tuyên Quang và Sơn La . Sử
dụng mô hình Mike-11 và các phần mềm điều tiết hồ chứa cấp nước TN1, TN2 do
Trường Đại học Thủy lợi xây dựng. Đề xuất mực nước tối thiểu trong mùa cạn tại
Hà Nội là 2,5m. Các hồ phải vận hành tối thiểu theo công suất đảm bảo: Hồ Hòa
Bình là 600m
3
/s, Thác Bà là 140m
3
/s, Tuyên Quang: 150m
3
/s. Khi có hồ Sơn La,
1100m
3

/s.
Tô Trung Nghĩa, Viện Quy hoach Thủy lợi - Nghiên cứu xây dựng quy trình
vận hành hệ thống hồ chứa trên sông Đà, Lô điều tiết nước cho mùa khô hạ du sông
Hồng-Thái Bình (2007): Xây dựng Quy trình vận hành cho 3 hồ Hòa Bình, Thác Bà
và Tuyên Quang trong mùa cạn Đề tài ứng dụng công nghệ GAMS để tính toán tối
ưu nhu cầu sử dụng nước và mô hình MIKE-11 để tính toán dòng chảy hạ du. Thời
đoạn phân tích là 10 ngày.

10
Nguyễn Lan Châu, Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Trung ương -
Đánh giá tác động của hệ thống hồ chứa trên sông Đà, sông Lô đến dòng chảy mùa
cạn hạ lưu sông Hồng và đề xuất giải pháp đảm bảo nguồn nước cho hạ du.
Trường Đại học Khoa học tự nhiên, PGS.TS Nguyễn Hữu Khải: Nghiên cứu
cơ sở khoa học điều hành hệ thống hồ chứa Hòa Bình-Tuyên Quang phục vụ phát
điện và cấp nước chống hạn hạ lưu. Tác giả dùng HEC-RESSIM cùng với MIKE11
để tính toán, đề xuất các phương án xả nước và thời kỳ xả nước để duy trì mực nước
Hà Nội không dưới 2,3-2,5m.
1.1.3. Một số mô hình mô phỏng vận hành hồ chứa đã và đang được
nghiên cứu phát triển và ứng dụng trong thực tế
Nhiều phần mềm vận hành tối ưu hệ thống hồ chứa đã được xây dựng, tuy
nhiên khả năng giải quyết các bài toán thực tế vẫn còn hạn chế. Các phần mềm tối
ưu hiện nay nói chung vẫn chỉ đưa ra lời giải cho những điều kiện đã biết mà không
đưa ra được các nguyên tắc vận hành hữu ích. Phần lớn các phần mềm vận hành hồ
chứa được kết nối với mô hình diễn toán lũ dựa trên mô hình Muskingum hay sóng
động học như các phần mềm thương mại MODSIM (Labadie et al. 2000),
RiverWare (Zagona et al. 1998, Biddle 2001), CalSIM (Munevar & Chung 1999).
Điều này rất hạn chế cho việc điều hành chống lũ và không áp dụng được cho lưu
vực có ảnh hưởng của thủy triều hay nước vật. Các nghiên cứu mới nhất gần đây về
điều hành chống lũ cũng chỉ được áp dụng cho hệ thống một hồ Hsu & Wei (2007),
Madsen et al. (2007).

Hiện nay hầu hết các mô hình mô phỏng vận hành hồ chứa dựa vào phương
trình cân bằng nước theo quy tắc vận hành không có điều khiển, chỉ có duy nhất mô
hình HEC_RESSIM là mô hình vận hành có điều khiển, tuy nhiên mô hình không
cho phép điều khiển mực nước hồ trong thời gian bất kỳ của mùa cạn và mô hình
không có mã nguồn mở, nên khi muốn thay đổi các điều khiển thì không can thiệp
được vào mô hình.
Năm 2007 (phiên bản 1), năm 2010 (phiên bản 2) - Trường Đại học kỹ thuật
Quốc gia Athens (Hy Lạp) xây dựng mô hình điều tiết đơn hồ chứa bằng ngôn ngữ
lập trình Delphi, đây là mô hình điều tiết đơn hồ chứa đa mục tiêu và có điều khiển
đối với bất kỳ mực nào của hồ chứa, đây chỉ là mô hình điều tiết đơn hồ chứa và

11
đây là mô hình có mã nguồn mở, do vậy khi cần can thiệp vào mô hình, chúng ta có
thể can thiệp được.
Do vậy dựa vào mô hình Athen điều tiết đơn hồ chứa và phương pháp
Muskingum diễn toàn dòng chảy trong sông, tác giả nghiên cứu thuật toán liên kết 2
mô hình này thành một mô hình điều tiết liên hồ chứa và áp dụng thử nghiệm trên
lưu vực sông Ba.
1.2. Tổng quan về điều kiện tự nhiên lưu vực sông Ba
1.2.1. Vị trí địa lý và điều kiện Khí hậu Thủy văn
a. Vị trí địa lý lưu vực sông Ba
Lưu vực sông Ba là một trong chín lưu vực sông lớn nhất Việt Nam. Lưu vực
sông nằm trong phạm vi ranh giới hành chính của 20 huyện thị và một thành phố
thuộc ba tỉnh Tây Nguyên (Kon Tum, Gia Lai, Đăk Lăk) và một tỉnh duyên hải
miền Trung Trung Bộ là Phú Yên.
Vị trí địa lý của lưu vực ở vào khoảng 12
0
55’ đến 14
0
38’ vĩ độ Bắc và

108
0
00’ đến 109
0
55’ kinh độ Đông, phía Bắc giáp với lưu vực sông Sêsan và sông
Trà Khúc, phía Nam giáp với lưu vực sông Cái, sông Srêpok, phía Đông giáp lưu
vực sông Kôn, sông Kỳ Lộ và Biển Đông. Diện tích tự nhiên lưu vực kể cả nhánh
sông Bàn Thạch là 14.140 km
2
.
Địa hình của lưu vực bị chia cắt mạnh bởi sự chi phối mạnh mẽ của dãy
Trường Sơn tạo cho lưu vực có dạng lòng máng chạy dài từ thượng nguồn đến hạ
lưu sông Ba, cao độ phổ biến ở thung lũng An Khê là 400 - 500 m, Cheo Reo là 150
- 200 m và Phú Túc là 100 - 150 m, các thung lũng trên khá bằng phẳng, tạo thành
những cánh đồng lớn nằm dọc hai bên bờ sông Ba và hạ lưu sông Ayun với tiềm
năng đất canh tác nông nghiệp hàng vạn ha, rất thích hợp với các loại cây lương
thực và cây công nghiệp ngắn ngày phát triển. Vùng hạ lưu có núi non bao bọc 3
phía Bắc, Tây, Nam, cao độ biến đổi từ 200 - 500 m và bị chia cắt mạnh, các dãy
núi này ôm lấy vùng đồng bằng Tuy Hoà rộng trên 24000 ha có xu thế mở rộng ra
phía Biển, cao độ biến đổi từ 5 - 10 m, vùng cửa sông và ven biển cao độ biến đổi
từ 0.5 - 2 m. Đặc biệt, phía Đông có dải cát ngăn cách đồng bằng và biển với cao độ
10 m, bề rộng cồn cát 1 - 2 km, kéo dài tiếp xúc với biển khoảng 30 – 40 km.

12

Hình 1.3: Bản đồ lưu vực sông Ba tỷ lệ 1/100.000

Luận văn “Nghiên cứu ứng dụng
và phát triển mô hình Athen vận
hành liên hồ chứa lưu vực sông

Ba”
S.Đà Rằng
S.Hinh
S.Krông Hnăng
S.Yayun
S.Ba Thượng

13
b. Điều kiện Khí hậu, Thủy văn
Phần lớn đất đai lưu vực sông Ba nằm ở sườn phía Tây Trường Sơn và một
phần nhỏ ở hạ lưu nằm ở phía Đông Trường Sơn, do vậy hàng năm sông Ba chịu
ảnh hưởng của hai luồng gió: gió mùa Tây Nam và gió mùa Đông Bắc. Song do tính
chất phức tạp của địa hình trên lưu vực, đặc biệt là sự chi phối mạnh mẽ của dãy
Trường Sơn kết hợp với hoàn lưu gió mùa đã tạo cho lưu vực sông Ba có ba kiểu
khí hậu khác nhau. Trong đó, vùng thượng lưu và trung lưu chịu ảnh hưởng của khí
hậu Tây Trường Sơn và khí hậu chuyển tiếp còn vùng hạ lưu chịu ảnh hưởng của
khí hậu Đông Trường Sơn.
Khí hậu Tây Trường Sơn: gió mùa Tây Nam thổi qua vịnh Bengal mang theo
hơi ẩm vào hàng năm từ tháng V đến tháng X tạo nên các trận mưa dông với lượng
mưa khá phong phú. Từ tháng XI đến tháng IV năm sau là một mùa khô ít mưa gây
tình trạng khô hạn nghiêm trọng.
Khí hậu Đông Trường Sơn: đặc điểm là sự tác động mạnh mẽ của các nhiễu
động thời tiết từ biển Đông và sự kết hợp ảnh hưởng của gió mùa Đông Bắc. Hàng
năm từ tháng XI đến tháng XII, các cơn bão từ biển Đông đổ bộ vào đất liền gặp
dãy Trường Sơn bị suy yếu thành áp thấp nhiệt đới gây mưa lớn ở hạ lưu sông Ba từ
Củng Sơn đến biển, lưu vực sông Hinh và lưu vực sông Krông HNăng. Từ tháng I
đến tháng IX là mùa khô, có hai thời kỳ khô kiệt nhất là tháng II, tháng III và tháng
VII, tháng VIII. Lượng mưa chín tháng này chỉ chiếm 30 - 35% tổng lượng mưa
năm.
Khí hậu chuyển tiếp: do tác động của hai kiểu khí hậu Đông và Tây Trường

Sơn. Hai luồng không khí Đông Bắc và Tây Nam tác động qua lại và có lúc lấn át
nhau tạo thành một vùng trung lưu (từ An Khê đến Củng Sơn) hàng năm từ tháng V
đến tháng XI có mùa mưa dịu mát. Tuy lượng mưa vùng không lớn nhưng lại kéo
dài nhiều ngày cũng là một thuận lợi cho cây công nghiệp, cây màu phát triển…




14
Các đặc trưng khí hậu cơ bản trên lưu vực sông Ba
- Nhiệt độ không khí
Nhiệt độ bình quân vùng thượng lưu là 21,5 – 23,5
0
C, vùng trung lưu là 25 -
26
0
C, và vùng hạ lưu 26 - 27
0
C. Tháng có nhiệt độ cao nhất ở vùng thượng lưu và
trung lưu là tháng IV, tháng V và nhiệt độ trong các tháng này có thể đạt 24 - 28
0
C,
ở vùng hạ du thường là tháng VI, tháng VII và nhiệt độ có thể đạt 28 - 29
0
C.
Tháng có nhiệt độ thấp nhất trên toàn lưu vực là tháng I hàng năm và nhiệt
độ ở vùng núi đạt khoảng 19 - 22
0
C, vùng thung lũng và đồng bằng đạt 19 - 22
0

C.
- Số giờ nắng
Số giờ nắng trên lưu vực sông Ba hàng năm khoảng 2180 - 2540 giờ/năm.
Tháng có số giờ nắng nhiều nhất thường rơi vào tháng III (cuối mùa khô) và đạt tới
240 - 280 giờ/tháng, 9,3 giờ/ngày. Tháng có số giờ nắng ít nhất thường vào tháng
cuối mùa mưa và chỉ đạt khoảng 120 giờ/tháng, 4 giờ/ngày.
- Chế độ ẩm
Độ ẩm không khí có quan hệ chặt chẽ với nhiệt độ không khí và lượng mưa.
Vào các tháng mùa mưa, độ ẩm có thể đạt 80 - 90%. Các tháng mùa khô, độ ẩm chỉ
từ 70 - 80%. Độ ẩm không khí thấp nhất trên lưu vực sông Ba có thể xuống tới mức
15 - 20%.
- Bốc hơi
Khả năng bốc hơi trên lưu vực phụ thuộc vào các yếu tố khí hậu: nhiệt độ
không khí, nắng, gió, độ ẩm, mặt đệm… Đối với lưu vực sông Ba, tuỳ từng vị trí
lượng bốc hơi hàng năm khoảng 1000 - 1500 mm. Khả năng bốc hơi nhiều thường
xảy ra vào các tháng ít mưa, nhiều nắng, nhiệt độ cao và tốc độ gió lớn, khả năng
bốc hơi nhỏ thì ngược lại.
Ở vùng thượng du và trung du, lượng bốc hơi lớn nhất thường vào tháng III
và tháng IV có thể đạt 120 - 200 mm/tháng, lượng bốc hơi nhỏ nhất thường từ tháng
X đến tháng XI và chỉ đạt 50 - 85 mm/tháng. Ở hạ lưu sông Ba lượng bốc hơi lớn
nhất vào tháng VI đến tháng VIII với lượng bốc hơi khoảng 130 - 200 mm/tháng.
Bốc hơi nhỏ nhất vào tháng X đến tháng XII với lượng bốc hơi khoảng 50 - 80
mm/tháng.

15
- Gió
Trên nền chung của cơ chế gió mùa cùng với sự chia cắt mạnh mẽ của địa
hình và hướng của các dãy núi cao. Hàng năm vùng lưu vực sông Ba chịu ảnh
hưởng của hai hướng gió chính thổi tới, từ tháng V đến tháng IX hướng Tây và Tây
Nam, từ tháng X đến tháng IV năm sau là hướng Đông và Đông Bắc. Vùng thượng

và hạ lưu sông Ba tốc độ gió thường lớn hơn vùng trung du, nguyên nhân là vùng
trung du bị các dãy núi cao che khuất nhiều, còn vùng thượng và hạ du khá thuận
lợi cho việc đón các hướng gió.
Tốc độ gió trung bình hàng năm vùng thượng và hạ du có thể đạt tới 2,3 –
2,4 m/s, vùng trung du chỉ đạt 1,4 – 1,7 m/s. Tốc độ gió lớn nhất đã quan trắc được
ở thượng du (trạm An Khê) là 23 m/s và ở hạ du (trạm Tuy Hoà) là 36 m/s, trong
khi đó ở trung du trạm Cheo Reo lớn nhất chỉ đạt 20 m/s.
Bão thường xuất hiện từ biển Đông. Do tác động chắn gió của dải Trường
Sơn nên hàng năm lưu vực sông Ba phần thượng và trung lưu thường không có bão.
Khi bão từ biển Đông đổ bộ vào gặp dải Trường Sơn làm cho tốc độ gió và tốc độ
di chuyển của bão chậm lại. Bão trở thành vùng áp thấp gây gió mạnh và mưa lớn
cho toàn lưu vực sông Ba. Riêng phần hạ du lưu vực sông Ba mở ra theo hướng
Đông - Tây nên thuận tiện cho bão tràn vào gây gió mạnh và mưa lớn ở hạ lưu.
- Mưa
Do đặc điểm địa hình và điều kiện khí hậu mà chế độ mưa của lưu vực sông
Ba khá phức tạp so với các lưu vực sông lân cận. Khi vùng thượng và trung du lưu
vực đã bước vào mùa mưa thì vùng hạ du vẫn đang ở thời kỳ khô hạn, ngược lại,
khi vùng thượng và trung du đã kết thúc mùa mưa nhưng vùng hạ du vẫn trong thời
kỳ mưa lớn. Mùa mưa ở vùng thượng và trung du thường đến sớm từ tháng V và kết
thúc vào tháng X hoặc tháng XI, kéo dài trong 6 - 7 tháng. Trong khi đó, mùa mưa
vùng hạ du đến muộn và kết thúc sớm, chỉ kéo dài 3 - 4 tháng, khoảng tháng IX đến
tháng XII.
Nếu coi thời gian mùa mưa bao gồm những tháng có lượng mưa lớn hơn
lượng mưa bình quân tháng trong năm và đạt trên 50% tổng số năm quan trắc thì
mùa mưa tại các nơi trên lưu vực sông Ba như sau:
+ Khu vực Tây Trường Sơn

16
Mùa mưa kéo dài 6 tháng, từ tháng V đến tháng X trùng với mùa gió mùa
Tây Nam hoạt động. Lượng mưa cả mùa mưa xấp xỉ 90% lượng mưa năm. Tháng

VIII và tháng IX thường có lượng mưa tháng lớn nhất và đạt trên 200 mm/tháng, ở
nơi ít mưa từ 350 đến 470 mm/tháng ở nơi nhiều mưa. Từ tháng I đến tháng III có
nhiều năm không có mưa và nếu có thì lượng mưa cũng không đáng kể (chỉ từ 2 -
10 mm/tháng) và cũng chỉ mưa trong một vài ngày. Đại diện cho khu vực này là
trạm Pleiku, Pơ Mơ Rê, Chư Sê…
+ Khu vực Đông Trường Sơn
Mùa mưa ngắn chỉ 3 - 4 tháng, từ tháng IX đến tháng XI hoặc XII hàng năm
cùng với thời kỳ gió mùa Đông Bắc và bão muộn hoạt động trên biển Đông. Lượng
mưa trong mùa mưa ở đây chiếm 65 - 75% lượng mưa cả năm. Mưa lớn thường xảy
ra vào tháng X và tháng XI, tháng có lượng mưa lớn có thể đạt trên 600 mm/tháng
có năm có trạm đạt tới 1920 mm/(XI - 81) ở Sông Hinh, 1310 mm/(XI - 90) ở Tuy
Hoà. Số ngày mưa trong tháng từ 20 - 25 ngày/tháng. Mùa ít mưa kéo dài 8 - 9
tháng (từ tháng I đến tháng VIII hoặc IX) lượng mưa trong mùa ít mưa chiếm 30 -
35% lượng mưa cả năm. Tháng II đến tháng III thường có lượng mưa nhỏ nhất và
chỉ đạt 20 - 30 mm/tháng đối với vùng cao, dưới 20 mm/tháng đối với vùng thấp.
Khu vực này thường có đỉnh mưa từ tháng V đến tháng VI hàng năm. Tháng VII và
tháng VIII lượng mưa lại giảm đi. Đại diện cho vùng này là các trạm Sông Hinh,
Sơn Thành, Tuy Hoà.
+ Khu vực trung gian
Khu vực này chịu tác động qua lại của khí hậu Tây và Đông Trường Sơn.
Mùa mưa ở đây kéo dài bảy tháng từ tháng V đến tháng XI. Lượng mưa mùa mưa
chiếm khoảng 85 - 93 % lượng mưa năm. Số ngày mưa trong mùa mưa khoảng 15 -
20 ngày mưa trong một tháng. Tháng IX và tháng X thường có lượng mưa tháng lớn
nhất đạt khoảng 250 - 350 mm/tháng, xấp xỉ 20% lượng mưa năm. Mùa khô kéo dài
5 tháng từ tháng XII đến tháng IV năm sau, trong đó tháng I và tháng II là những
tháng ít mưa nhất, lượng mưa trong hai tháng này có nhiều năm bằng 0 và nếu có
mưa thì cũng chỉ đạt 2 - 10 mm/tháng và cũng chỉ mưa trong vài ngày.

17
- Dòng chảy lũ

Nguyên nhân sinh lũ là do mưa có cường độ lớn gây ra lũ trên sông suối
trong lưu vực gọi là mưa sinh lũ. Các đặc trưng của mưa sinh lũ như cường độ mưa,
tâm mưa, phân bố mưa là các yếu tố quyết định đến độ lớn nhỏ của dòng chảy lũ.
Mưa sinh lũ trên lưu vực sông Ba chủ yếu do các nguyên nhân sau:
Mưa dông do gió mùa Tây Nam kết hợp với dải hội tụ nhiệt đới.
Do bão từ biển Đông vào đất liền, gặp dải Trường Sơn tạo thành vùng áp
thấp nhiệt đới.
Sự kết hợp của hai yếu tố trên thường xảy ra vào cuối mùa mưa Tây Trường
Sơn, vào cuối tháng X hoặc tháng XI hàng năm. Khả năng của mưa sinh lũ lớn trên
lưu vực sông Ba thường rơi vào tháng IX đến tháng XI hàng năm. Qua nghiên cứu
cho thấy từ tháng V đến tháng VIII tuy đã là mùa mưa Tây Trường Sơn và lượng
mưa cũng khá lớn, song lượng mưa và cường độ mưa vẫn chưa đủ lớn, đất đai lại
mới trải qua một mùa khô hạn gay gắt. Vì vậy, mưa trong thời gian này chỉ gây nên
các trận lũ nhỏ trên sông suối nhỏ và có biên độ không lớn.
Từ tháng IX đến tháng XI các nhiễu động thời tiết ở biển Đông (chủ yếu là
bão muộn, có khi là gió mùa Đông Bắc) mạnh lên kết hợp với mưa cuối mùa phía
Tây Trường Sơn làm cho lượng mưa và cường độ mưa trên lưu vực tăng lên mạnh
mẽ vượt qua cường độ thấm, khả năng trữ nước trong đất đã đạt đến mức bão hoà
do đó lũ trong thời gian này là lũ lớn nhất trong năm.
Phần lưu vực sông Ba từ trung du đến thượng nguồn nằm trên các khu vực
địa hình khác nhau, có chế độ mưa khác nhau và cường độ mưa sinh lũ nói chung
không lớn nên lũ vùng này không lớn và hầu như không có sự tổ hợp của các lũ
sông nhánh gặp nhau ở dòng chính gây lũ lớn.
Phần lưu vực phía hạ lưu thì ngược lại, mưa lớn trong năm tập trung trong
thời gian tương đối ngắn, cường độ mưa lớn, khi lũ cuối mùa trên dòng chính sông
Ba về đến Củng Sơn thường trùng với thời kỳ mưa lớn vùng hạ lưu, do đó lũ lớn
trong năm thường gặp nhau. Do lũ lớn hàng năm ở hạ lưu sông Ba thường gặp nhau
nên tình hình ngập lụt vùng hạ du trong thời gian này nói chung là nghiêm trọng,

18

nhất là đối với vùng canh tác lúa Tuy Hoà thuộc hệ thống tưới Đồng Cam. Vì vậy
cần có giải pháp tiêu thoát nước vùng hạ lưu và nhất là vùng lúa Phú Yên và thành
phố Tuy Hoà.
Trên lưu vực, đỉnh lũ xuất hiện ở các sông nhánh và sông chính thường
không trùng nhau; ví dụ năm 1981 đỉnh lũ xuất hiện tại An Khê vào ngày 9/XI, tại
sông Hinh 10/XI còn tại Củng Sơn là 18/XI. Lũ sông Ba thuộc loại lũ lớn, các đỉnh
lũ thường xuất hiện chủ yếu vào tháng X và XI, mô đuyn đỉnh lũ trung bình An Khê
khoảng 920 l/skm
2
, tại Củng Sơn khoảng 660 l/skm
2
. Lưu vực sông Ba xuất hiện ba
trận lũ lịch sử vào năm 1938, 1964 và năm 1993.
- Dòng chảy kiệt
Dòng chảy kiệt nhất trên lưu vực sông Ba thường xuất hiện vào tháng III
hoặc IV đối với vùng thượng và trung du, vào tháng IV hoặc VIII đối với vùng hạ
du. Mô số dòng chảy kiệt trong các tháng này từ 2 ÷ 5 l/s/km
2
vùng thượng và trung
du, từ 5 ÷ 12 l/s/km
2
vùng hạ du.
Dòng chảy kiệt ngày thường rơi vào tháng có dòng chảy kiệt nhất.
Nhìn chung, ở những nơi có độ dốc lưu vực lớn, rừng đầu nguồn bị khai phá
nhiều, đất đai tơi xốp, lượng mưa nhỏ thì dòng chảy kiệt ở đó nghèo nàn.
Tại các vị trí trạm đo thuỷ văn thuộc lưu vực sông Ba đã đo được dòng chảy
kiệt như sau:
Bảng 1.2: Dòng chảy kiệt đo tại các trạm thủy văn trên lưu vực sông Ba
Trạm
Flv

(km
2
)
Dòng chảy kiệt tháng Dòng chảy kiệt ngày
M
(l/skm
2
)

M
max

(l/skm
2
)

Năm

M
min

(l/skm
2
)

Năm

M
(l/skm
2

)

M
max

(l/skm
2
)

Năm

M
min

(l/skm
2
)

Năm

An
Khê
1350 5.64 11.0 97 0.39 83 3.51 7.85 99 0.22 83
Krông
HNăng

235 9.16 16.2 79 5.40 83 5.26 10.98 79 2.55 86
Sông
Hinh
747 12.27 24.2 92 4.08 79 6.67 11.12 94 1.87 79

Củng
Sơn
12410

4.22 11.2 97 0.85 83 2.32 6.45 99 0.62 83
Nguồn: Đề tài cấp nhà nước-KC08.30-10.2010

19
Qua thực tế khảo sát điều tra những năm gần đây cho thấy, vào các tháng III,
IV hàng năm nhiều nhánh suối bị khô cạn, những nhánh suối vài chục km
2
hầu như
không có nước.
Kết quả đo đạc dòng chảy kiệt tại một số vị trí dòng nhánh và dòng chính của
sông Ba như sau:
Bảng 1.3: Kết quả đo đạc dòng chảy kiệt một số vị trí trên sông Ba
Vị trí tuyến đo
Flv (km
2
) Ngày Q (m
3
/s) M (l/s/km
2
)
Kan Nak 89.7 28/IV 0.591 6.59
Tầu Dầu 60.4 2/V 0.163 2.7
Đăk Mo Ta
670 1/V 10.4 15.58
IaPet
124.1 27/IV 1.90 15.32

Đak Pi hao
526 2/V 0.532 1.01
EA Rsai
322 30/IV 0.060 0.186
KRông Năng
297.2 1/V 0.656 2.21
Ngân Điền 214.2 2/V 0.308 1.44
Suối Trôi
224.8 2/V 0.604 2.69
Nguồn: Quy hoạch tài nguyên nước lưu vực sông Ba
1.2.2. Mạng lưới sông ngòi
Lưu vực sông Ba bắt nguồn từ đỉnh núi cao Ngọc Rô 1549 m của dải Trường
Sơn. Từ thượng nguồn đến An Khê sông chảy theo hướng Tây Bắc - Đông Nam sau
đó chuyển hướng Bắc Nam, đến cửa sông Hinh chảy theo hướng gần như Tây Đông
rồi đổ ra biển Đông tại Tuy Hoà.
Tính từ thượng nguồn đến cửa ra (sông Đà Rằng), sông Ba có diện tích lưu
vực 13.900 km
2
, với chiều dài sông chính là 374 km, mật độ lưới sông 0,22
km/km
2
.