Ứng dụng mô hình toán đánh giá bồi lắng hồ chứa tuyên quang

B GIÁO D C VÀ ÀO T O
TR

NGă

B NÔNG NGHI P VÀ PTNN
IăH CăTHU ăL I

L UăTH ăH NGăLINH

NGăD NGăMỌăHỊNHăTOÁNă ÁNHăGIÁăB IăL NG
H ăCH AăTUYểNăQUANG

LU NăV NăTH CăS

HƠ N i ậ 2014


B GIÁO D C VÀ ÀO T O

TR

B NÔNG NGHI P VÀ PTNT

NGă

IăH CăTHU ăL I

L UăTH ăH NGăLINH

NGăD NGăMỌăHỊNHăTOÁNă ÁNHăGIÁăB IăL NG

H ăCH AăTUYểNăQUANG

ChuyênăngƠnh:ăTh yăv năh c
Mưăs : 604490
LU NăV NăTH CăS

Ng

iăh

ngăd n khoaăh c:

1. PGS. TS Hoàng MinhăTuy n
2. PGS. TS Ngô Lê Long

HƠ N i ậ 2014


L IăC Mă N
Sau m t th i gian nghiên c u, h c viên đã hoàn thành lu n v n th c s “ ng
d ng mô hình toán đánh giá b i l ng h ch a Tuyên Quang”.

ây là m t đ tài

ph c t p và khó kh n trong vi c thu th p, phân tích thông tin s li u. Vì v y, trong
quá trình th c hi n đ hoàn thành lu n v n, ngoài s c g ng c a b n thân còn có s
giúp đ nhi t tình c a quý th y cô, s đ ng viên c a gia đình, b n bè và đ ng nghi p.
Tr

c h t tác gi xin bày t lòng bi t n sâu s c và trân tr ng t i PGS. TS

Hoàng Minh Tuy n, PGS. TS Ngô Lê Long, hai th y đã ch b o, h

ng d n và giúp

đ tác gi r t t n tình trong su t th i gian th c hi n và hoàn thành lu n v n.
Tác gi xin g i l i c m n đ n Phòng
Th y v n Tài nguyên n

c c a tr

ng

ào t o đ i h c và sau đ i h c, Khoa

i h c Th y l i và toàn th các th y cô đã

gi ng d y, giúp đ tác gi trong th i gian h c t p c ng nh th c hi n lu n v n.
Tác gi c ng chân thành c m n t i các b n đ ng nghi p, b n bè, đ c bi t
phòng ánh giá Quy ho ch và Tài nguyên n

c - Vi n Khoa h c Khí t

ng Th y v n

và Bi n đ i khí h u n i tác gi đang công tác đã h tr chuyên môn, thu th p tài li u
liên quan đ lu n v n đ

c hoàn thành.

Do th i gian nghiên c u không dài, trình đ và kinh nghi m th c ti n ch a
nhi u nên lu n v n ch c ch n không th tránh đ

c nh ng h n ch và thi u sót. Tác

gi kính mong các th y, cô giáo, đ ng nghi p đóng góp ý ki n đ k t qu nghiên c u
đ

c hoàn thi n h n.
Tác gi xin chân thành c m n.
Hà N i, ngày 30 tháng 11 n m 2014
Tác gi

L uăTh ăH ngăLinh


B NăCAMăK T
Tôi xin cam đoan đơy lƠ công trình nghiên c u c a riêng tôi. Các s li u, k t
qu nêu trong lu n v n lƠ trung th c vƠ ch a t ng đ

c công b trong b t k công

trình nào khác.
Tôi xin cam đoan, m i s giúp đ cho vi c th c hi n lu n v n nƠy đư đ
c m n vƠ các thông tin trích d n trong lu n v n đư đ

c ghi rõ ngu n g c.

H c viên th c hi n lu n v n

L u Th H ng Linh

c


M CăL C
M

U ............................................................................................................. 1

1. Tính c p thi t c a đ tƠi ................................................................................ 1
2. M c đích c a đ tƠi ....................................................................................... 1
it

3.

ng vƠ ph m vi nghiên c u ................................................................. 2

4. Cách ti p c n vƠ ph

ng pháp nghiên c u ................................................... 2

5. B c c lu n v n: ............................................................................................ 3
CH

NG 1. T NG QUAN NGHIểN C U B I L NG H CH A .............. 4

1.1. Các nghiên c u trên th gi i v b i l ng h ch a ........................................ 4
1.2. Các nghiên c u trong n
1.3. H

CH

c v b i l ng h ch a .......................................... 7

ng nghiên c u c a lu n v n ................................................................... 9
NG 2.

C I MT

NHIểN VÙNG NGHIểN C U....................... 12

2.1. V trí đ a lý .................................................................................................. 12
2.2.

c đi m đ a hình, th nh

ng, th m ph l u v c h ............................... 13

2.2.1.

c đi m sông ngòi .............................................................................. 13

2.2.2.

c đi m đ a hình................................................................................. 14

2.2.3.

c đi m th nh

2.2.4.

c đi m th m ph ............................................................................... 20

ng ........................................................................... 16

2.3.

c đi m khí h u ........................................................................................ 23

2.4.

c đi m th y v n và bùn cát..................................................................... 24

2.4.1.

c đi m th y v n ................................................................................ 24

2.4.2.

c đi m bùn cát .................................................................................. 31

2.5. Gi i thi u h ch a Tuyên Quang................................................................ 41
CH NG 3. THI T L P MÔ HỊNH TOÁN D TệNH B I L NG H
CH A TUYÊN QUANG .................................................................................. 44
3.1. Thi t l p mô hình SWAT xác đ nh bùn cát đ n h Tuyên Quang ............. 44
3.1.1. Gi i thi u mô hình SWAT ................................................................... 44
3.1.2. Thi t l p mô hình SWAT l u v c tính toán......................................... 54

3.1.3. Hi u ch nh vƠ ki m đ nh mô hình ........................................................ 59
3.2. Thi t l p mô hình Mike 11 d tính b i l ng h Tuyên Quang ................... 63
3.2.1. Gi i thi u mô hình................................................................................ 63
3.2.2. S li u đ u vƠo cho mô hình ................................................................ 68
3.2.3. Thi t l p mô hình Mike 11 ................................................................... 69
3.2.4. Hi u ch nh vƠ ki m đ nh mô hình th y l c Mike 11 ........................... 72
CH NG 4. NG D NG MÔ HỊNH TOÁN D TệNH B I L NG H
CH A TUYÊN QUANG .................................................................................. 76
4.1. Thi t l p ph

ng án tính toán ..................................................................... 76

4.2. Xác đ nh dòng ch y, bùn cát đ n h Tuyên Quang b ng mô hình
SWAT ................................................................................................................ 77
4.2.1. K t qu mô ph ng dòng ch y vƠo h Tuyên Quang ............................ 77
4.2.2. K t qu mô ph ng l

ng bùn cát vƠo h Tuyên Quang ...................... 79

4.3. ánh giá di n bi n b i l ng h Tuyên Quang b ng mô hình MIKE 11.... 82
4.3.1 K t qu tính ............................................................................................... 82
K T LU N VÀ KI N NGH ........................................................................... 87
TÀI LI U THAM KH O ................................................................................. 89


DANHăM CăCÁCăHỊNHăV
Hình 1.1. S đ tính toán b i l ng bùn cát h ch a Tuyên Quang ................... 10
Hình 2.1. B n đ vùng nghiên c u .................................................................... 12
Hình 2.2. B n đ sông ngòi vùng nghiên c u ................................................... 14
Hình 2.3. B n đ đ a hình vùng nghiên c u ...................................................... 16

Hình 2.4. B n đ đ t l u v c sông Gơm ........................................................... 19
Hình 2.5. B n đ th m ph vùng nghiên c u .................................................... 23
Hình 2.6. Di n bi n l u l

ng tr m Chiêm Hóa ............................................... 26

Hình 2.7. Di n bi n l u l

ng tháng l n nh t tr m Chiêm Hóa ....................... 26

Hình 2.8. Di n bi n l u l

ng tháng nh nh t tr m Chiêm Hóa ...................... 26

Hình 2.9. Di n bi n l u l

ng tr m Na Hang ................................................... 27

Hình 2.10. Di n bi n l u l

ng tháng nh nh t tr m Na Hang ........................ 27

Hình 2.11. Di n bi n l u l

ng tháng l n nh t tr m Na Hang ......................... 28

Hình 2.12. Di n bi n l u l

ng tr m B o L c .................................................. 28

Hình 2.13. Di n bi n l u l

ng tháng nh nh t tr m B o L c ......................... 29

Hình 2.14. Di n bi n l u l

ng tháng l n nh t tr m B o L c .......................... 29

Hình 2.15. Di n bi n l u l

ng tr m

Hình 2.16. Di n bi n l u l

ng tháng nh nh t tr m

u

ng ...................... 30

Hình 2.17. Di n bi n l u l

ng tháng l n nh t tr m

u

ng ....................... 30

Hình 2.18. Di n bi n l u l

ng tr m Thác H c ................................................ 30

Hình 2.19. Di n bi n l u l

ng tháng nh nh t tr m Thác H c ....................... 31

Hình 2.20. Di n bi n l u l

ng tháng l n nh t tr m Thác H c ........................ 31

u

ng ............................................... 29

Hình 2.21. Di n bi n bùn cát tr m Chiêm Hóa ................................................. 35
Hình 2.22. Chênh l ch bùn cát gi a các tr m th y v n trên l u v c sông
Gâm .................................................................................................................... 40
Hình 3.1. B n đ l i tr m khí t ng th y v n trên l u v c sông Gơm đ n
tr m Chiêm Hóa ................................................................................................. 56
Hình 3.2. B n đ các l u v c b ph n trong mô hình SWAT .......................... 58


Hình 3.3.
ng quá trình l u l ng hi u ch nh vƠ th c đo t i tr m B o
L c ...................................................................................................................... 60
Hình 3.4.
ng quá trình l u l ng ki m đ nh vƠ th c đo t i tr m B o
L c ...................................................................................................................... 60
Hình 3.5.
ng quá trình l u l ng hi u ch nh vƠ th c đo t i tr m Chiêm

Hóa ..................................................................................................................... 60
Hình 3.6.
ng quá trình l u l ng ki m đ nh vƠ th c đo t i tr m Chiêm
Hóa ..................................................................................................................... 61
Hình 3.7.
ng quá trình t ng l ng bùn cát tháng hi u ch nh vƠ th c đo
t i tr m B o L c ................................................................................................. 61
Hình 3.8.
ng quá trình t ng l ng bùn cát tháng ki m đ nh vƠ th c đo
t i tr m B o L c ................................................................................................. 62
Hình 3.9.
ng quá trình t ng l ng bùn cát tháng hi u ch nh vƠ th c đo
t i tr m Chiêm Hóa ............................................................................................ 62
Hình 3.10.
ng quá trình t ng l ng bùn cát tháng ki m đ nh vƠ th c đo
t i tr m Chiêm Hóa ............................................................................................ 62
Hình 3.11. S đ các đi m l

i xen k ............................................................. 65

Hình 3.12. S đ m ng th y l c mô hình MIKE 11 ......................................... 70
Hình 3.13. S đ các v trí m t c t ngang lòng h Tuyên Quang ..................... 71
Hình 3.14. S đ m ng l

i mô hình 1 chi u tính toán cho sông Gâm ............ 72

Hình 3.15.
ng quá trình l u l ng ậ m c n c ậ vƠ v n chuy n bùn cát
hi u ch nh mô hình mike 11 vƠ th c đo............................................................. 74
Hình 3.16.

ng quá trình l u l ng ậ m c n c ậ v n chuy n bùn cát
ki m đ nh mô hình mike 11 vƠ th c đo ............................................................. 75
Hình 4.1. T l l ng n c đ n h c a các l u v c th ng l u th y đi n
Tuyên Quang ...................................................................................................... 78
Hình 4.2. Phơn ph i l u l ng dòng ch y đ n h Tuyên Quang qua các th i
k ........................................................................................................................ 79
Hình 4.3. T l t ng l ng bùn cát gia nh p h Tuyên Quang c a các l u
v c th ng l u ................................................................................................... 81
Hình 4.4. Phơn ph i bùn cát đ n h trung bình các th i k t

ng lai ............... 81


Hình 4.5. Thay đ i m t c t đáy d c h Tuyên Quang sau 40 n m v n hƠnh
(đ n n m 2050) .................................................................................................. 84
Hình 4.6. Thay đ i cao trình đáy h đo n cách đ p Tuyên Quang v phía
th ng l u 60km đ n 80km ............................................................................... 85
Hình 4.7. Thay đ i cao trình đáy h đo n cách đ p Tuyên Quang v phía
th ng l u 40km đ n 60km ............................................................................... 85
Hình 4.8. Thay đ i cao trình đáy h đo n cách đ p Tuyên Quang v phía
th ng l u 40 km đ n 23km .............................................................................. 85
Hình 4.9. Thay đ i cao trình đáy h đo n cách đ p Tuyên Quang v phía
th ng l u 23 km đ n 6km ................................................................................ 86
Hình 4.10. Thay đ i cao trình đáy h đo n cách đ p Tuyên Quang v phía
th ng l u cách đ p 6km................................................................................... 86


DANHăM CăCÁCăB NGăBI U
B ng 2.1. ThƠnh ph n đ t chính c a l u v c sông Gơm vƠ kí hi u theo
phơn lo i c a FAO ............................................................................................. 18

B ng 2.2: Phơn lo i th m ph l u v c sông Gơm ............................................. 22
B ng 2.3: L u l ng trung bình tháng t i các tr m trên l u v c h th y
đi n Tuyên Quang trên sông Gơm (m3/s) .......................................................... 24
B ng 2.4: L u l ng bùn cát trung bình tháng t i các tr m trên l u v c h
th y đi n Tuyên Quang trên sông Gâm (kg/s)................................................... 32
B ng 2.5: T ng l ng bùn cát hƠng n m t i tr m Chiêm Hóa trên l u v c
h th y đi n Tuyên Quang trên sông Gơm (106 t n) ......................................... 33
B ng 2.6: Quan h l u l ng n c vƠ l u l ng bùn cát l l ng t i tr m
thu v n Chiêm Hóa .......................................................................................... 36
B ng 2.7: T ng l

ng bùn cát l l ng trung bình n m t i các tr m ................. 38

B ng 2.8: T ng l

ng bùn cát l l ng trung bình mùa l ................................. 38

B ng 2.9: T ng l

ng bùn cát l l ng trung bình mùa c n............................... 39

B ng 2.10: Các thông s c b n c a h Tuyên Quang ...................................... 42
B ng 3.1: Các tr m đo m a vƠ tr m khí t ng dùng trong tính toán mô hình
SWAT trên l u v c sông Gơm .......................................................................... 55
B ng 3.2: Các tr m đo l u l ng trên l u v c sông Gơm tính đ n Chiêm
Hóa ..................................................................................................................... 56
B ng 3.3: Danh sách các l u v c vƠ tr m m a đ i bi u t

ng ng .................. 58

B ng 3.4: Th i k hi u ch nh, ki m đ nh t i B o L c vƠ Chiêm Hóa .............. 59
B ng 3.5: Ch s Nash hi u ch nh ki m đ nh t i tr m B o L c vƠ Chiêm
Hóa ..................................................................................................................... 59
B ng 3.6: Ch s Nash hi u ch nh ki m đ nh t i tr m B o L c vƠ Chiêm
Hóa ..................................................................................................................... 61
B ng 3.7:
ng c p ph i h t bùn cát đáy t i m t s m t c t thu c sông
Ma vƠ sông N ng ............................................................................................... 69
B ng 3.8: Th i gian hi u ch nh vƠ ki m đ nh mô hình Mike11 ........................ 72


B ng 3.9: K t qu hi u ch nh vƠ ki m đ nh mô hình mô ph ng b i l ng bùn
cát lòng h Tuyên Quang b ng mô hình Mike11 .............................................. 73
B ng 4.1: L

ng m a t i các tr m qua các th i k ........................................... 76

B ng 4.2: M c gia t ng nhi t đ trung bình

các th i k t

ng lai ................ 77

B ng 4.3: T ng l ng n c trung bình mùa l , mùa c n vƠ c n m t các
ti u l u v c th ng l u h Tuyên Quang (tri u m3) ......................................... 77
B ng 4.4: L u l ng trung bình tháng t các ti u l u v c th ng l u h
Tuyên Quang ...................................................................................................... 78
B ng 4.5: T ng l ng bùn cát l l ng (103 t n) gia nh p lòng h Tuyên
Quang hƠng n m ................................................................................................ 80
B ng 4.6: T ng l ng bùn cát l l ng hƠng tháng gia nh p h Tuyên

Quang qua các th i k ....................................................................................... 80
B ng 4.7: Di n bi n đ cao đáy trong t

ng lai đ n n m 2050 ........................ 83

B ng 4.8: T ng dung tích bùn cát b i l ng qua các n m................................... 84


DANHăM CăVI TăT T

1. LVS: L u v c sông
2. MNC: M c n

c ch t

3. MNDBT: M c n

c dơng bình th

4. MNXHN: M c n

c x hƠng n m

5. TNN: TƠi nguyên n
6. KTTV: Khí t

ng

c

ng th y v n

7. Vi n KHKTTV&B KH: Vi n Khoa h c Khí t
Bi n đ i khí h u

ng Th y v n vƠ


1
M ă

U

1. Tínhăc păthi tăc aăđ ătƠi
H Tuyên Quang đ

c xơy d ng trên sông Gơm lƠ công trình s d ng t ng

h p. H ch a th y đi n n m trong đ a ph n ba t nh Tuyên Quang, HƠ Giang, B c
K n. NhƠ máy Thu đi n Tuyên Quang g m 3 t máy (t ng công su t l p máy 342
MW), s n l

ng đi n hƠng n m lƠ 1.329,55 tri u kWh. ơy lƠ nhƠ máy thu đi n có

công su t l n th ba c a mi n B c sau nhƠ máy thu đi n S n La vƠ HoƠ Bình.
Công trình đ

c xơy d ng trong 7 n m vƠ b t đ u đi vƠo v n hƠnh chính th c t

n m 2008.

Công trình th y đi n Tuyên Quang hoƠn thƠnh không nh ng đóng góp vai
trò quan tr ng trong h th ng đi n qu c gia, mƠ nó còn góp ph n tích c c vƠo vi c
ch ng l vƠ c p n

c trên h th ng sông Lô - Gơm cho th xư Tuyên Quang vƠ đ ng

b ng sông H ng. Vi c xơy d ng h ch a đư lƠm thay đ i cơn b ng t nhiên c a
dòng sông v l

ng n

c vƠ bùn cát. Bùn cát khi v h ch a, do m t c t m r ng,

t c đ dòng ch y gi m d n đ n b i l ng phía th

ng l u đ p. Hi n t

ng b i l ng

trong quá trình h ch a v n hƠnh không nh ng gi m dung tích h , gi m tu i th
công trình mƠ còn h n ch các l i ích c a công trình nh phòng l , phát đi n hay
c pn

c. Chính vì v y, nghiên c u tính toán b i l ng h có ý ngh a quan tr ng đ a

ra c s khoa h c trong qu n lý v n hƠnh đ m b o an toƠn c p n

c c a h ch a

c ng nh đ m b o an toƠn tính m ng, tƠi s n, công trình, đ t đai vƠ môi tr

ng các

thƠnh ph phía h l u. V i ý ngh a đó, h c viên đư l a ch n v n đ ắ ng d ng mô
hình toán đánh giá b i l ng h ch a Tuyên Quang” lƠm đ tƠi nghiên c u lu n
v n c a mình.
2. M căđíchăc aăđ ătƠi
ng d ng mô hình toán d tính b i l ng h ch a ph c v công tác qu n lý
h ch a h Tuyên Quang


2
3.

iăt

ngăvƠăph măviănghiênăc u

it

ng nghiên c u: Lu n v n t p trung ch y u vƠo vi c nghiên c u, tính toán

vƠ đánh giá v ch đ vƠ đ c đi m quá trình v n chuy n bùn cát khu v c nghiên c u.
Ph m vi nghiên c u: l u v c sông Gơm bao g m c th

ng l u vƠ h l u đ p

Tuyên Quang. Trong đó vùng nghiên c u chính lƠ th ng l u lòng h Tuyên Quang
n m trong lưnh th Vi t Nam.
4. Cáchăti păc năvƠăph

ngăphápănghiênăc u

Cáchăti păc n:
Ti p c n t yêu c u th c ti n: lu n v n đ

c xơy d ng t nhu c u th c ti n

v ho t đ ng vƠ quá trình b i l ng c a h ch a. Lu n v n s tính toán mô ph ng ch
đ bùn cát c a h Tuyên Quang, t đó nh m đánh giá, d báo di n bi n b i l ng
trong t

ng lai.
Ti p c n theo quan đi m h th ng: H Tuyên Quang n m trên sông Gơm lƠ

công trình quan tr ng có m i quan h đ n toƠn h th ng sông H ng. Do đó đ có
th nghiên c u v tình tr ng b i l ng h Tuyên Quang c n ph i xem xét h ch a
trên quan đi m h th ng, có m i quan h v i các công trình, ho t đ ng khai thác
phía th

ng ngu n c ng nh vai trò c a h đ i v i h du;
Ti p c n theo quy lu t t nhiên c a dòng sông: Lu n v n đ

c th c hi n

trên c s nghiên c u, phơn tích nh ng quy lu t t nhiên th y l c vƠ bùn cát c a
dòng ch y trong sông;
Ti p c n d a trên quy ho ch LVS, quy ho ch TNN: đ có th mô ph ng vƠ
d báo di n bi n b i l ng h , lu n v n s nghiên c u d a trên nh ng quy ho ch v
s d ng n

Ph
+ Ph
Ph

c, s d ng đ t hi n tr ng c ng nh trong t

ng lai

ng pháp nghiên c u:
ng pháp đi u tra thu th p, phơn tích th ng kê, phơn tích x lý s li u:

ng pháp nƠy đ

c s d ng trong vi c x lý các tƠi li u khí t

thu l c ph c v cho các phơn tích, tính toán c a lu n v n;

ng, th y v n,


3
+ Ph

ng pháp mô hình toán thu v n, thu l c:

ng d ng mô hình SWAT

vƠ MKE 11 tính toán di n bi n b i l ng h ch a Tuyên Quang;
+ Ph

ng pháp k th a các tƠi li u đư có: các k t qu nghiên c u đư có v

th y v n, thu l c khu v c nghiên c u có liên quan đ n các n i dung nghiên
c u c a đ tƠi lu n v n;
5. B ăc călu năv n: NgoƠi ph n m đ u vƠ k t lu n, lu n v n g m 4 ch

ng:

 Ch

ng I: T ng quan nghiên c u b i l ng h ch a

 Ch

ng II:

 Ch

ng III: Thi t l p mô hình toán d tính b i l ng h ch a Tuyên

c đi m t nhiên vùng nghiên c u

Quang
 Ch

ng IV:

Quang

ng d ng mô hình toán d tính b i l ng h ch a Tuyên

4
CH

NGă1. T NGăQUANăNGHIểNăC UăB IăL NGăH ăCH A

1.1. Cácănghiênăc uătrênăth ăgi iăv ăb iăl ngăh ăch a
Hi n nay trên th gi i có r t nhi u nghiên c u v v n chuy n bùn cát trong
sông nói chung vƠ b i l ng trong các h ch a nói riêng. Nh ng nghiên c u nƠy s
d ng các ph

ng pháp khác nhau đ tính toán, phơn tích vƠ d báo tình hình b i

l ng trong t

ng lai. Ph

pháp mô hình v t lý, ph

ng pháp d a trên các công th c kinh nghi m, ph

ng

ng pháp mô hình toán m t chi u, hai chi u.

1. ắSedimentationă ofă rivers,ă reservoirsă andă canals”ă K.G. Ranga Raju,
Univesity of Roorkee, India.
Vi c nghiên c u v v n chuy n bùn cát có ý ngh a r t quan tr ng đ i v i
ho t đ ng c a các h ch a, đ p dơng vƠ các kênh t

Trong các thi t k c a các công trình nƠy th

i khai thác n

ng quan tơm đ n t i l

c trên sông.
ng bùn cát

trên sông. Nghiên c u đư đ c p đ n vai trò c a vi c tính toán b i l ng bùn cát đ i
v i ho t đ ng c a h ch a, đ c bi t đ i v i hi u su t c a h . Nghiên c u c ng đư
đ a ra m t s ph

ng pháp tính toán t i l

ng bùn cát đ n h s d ng các công

th c kinh nghi m.
2. EP31A-0789 ắTwo-dimensional sediment transport modeling for
reservoir sedimentă management:ă Reventazonă River,ă Costaă Rica” c a Ian M
Dubinski.
Nghiên c u đ a ra nh m tính toán s phơn b theo không gian vƠ th i gian
c a tr m tích l ng đ ng trong m t h ch a d ki n thu c sông Reventazón, Costa
Rica trong th i gian ho t đ ng lƠ 40 n m theo các k ch b n b i l ng khác nhau. Mô
hình v n chuy n bùn cát hai chi u Mike 21C xơy d ng b i DHI đ

c s d ng đ

mô ph ng tr m tích b i l ng cho tr

ng h p c b n (không có x bùn cát) vƠ đánh

giá hi u qu d đoán c a hai chi n l

c qu n lý bùn cát (rút x hoƠn toƠn vƠ rút x

m t ph n cát bùn). T ng l

ng bùn cát đ n đ

c tính toán d a vƠo l

ng bùn cát l


5
l ng tính toán vƠ đo đ c, k t h p v i l

ng bùn cát đáy d a vƠo ph

ng trình c a

Wilcock và Crowe (2003).
4. ắUncertaintyă analysisă ofă reservoiră sedimentation”, Jose D. Salas and
Hyun-Suk Shin, Journal of Hydraulic Engineering, Vol. 125, No. 4, April, 1999.
Trong nghiên c u, mô ph ng Monte Carlo đ

c s d ng đ đ nh l

ng các

y u t b t đ nh c a b i l ng h ch a hƠng n m vƠ l y tích b i l ng theo th i gian.
NgoƠi ra, phơn tích đ nh y đ

c th c hi n đ xem xét t m quan tr ng c a hƠng

lo t các y u t mang tính b t đ nh trong b i l ng h ch a hƠng n m. Các quy trình
đ xu t đ

c áp d ng cho h Kenny trên l u v c sông White thu c Colorado. S

không ch c ch n c a b i l ng h ch a hƠng n m vƠ tác đ ng c a m i y u t không
ch c ch n c a các h ch a tích l y bùn cát theo th i gian đư đ
cho th y l u l

ng dòng ch y hƠng n m vƠ l

c ki m tra. K t qu

ng phù sa lƠ nh ng y u t quan

tr ng nh t quy t đ nh s thay đ i c a b i l ng h ch a vƠ tích l y bùn cát hƠng n m
c a h ch a.Trong tr

ng h p c a h ch a Kenny, s không ch c ch n th hi n

b ng h s bi n đ i có th lƠ 65% cho b i l ng h ch a hƠng n m vƠ 39% cho h
ch a tích l y bùn cát.
5. ắSurfaceă erosion,ă sedimentă transport,ă andă reservoiră sedimentation”,
Chih Ted Yang, Timothy J.Randle, 1998

Các tác gi phơn tích t m quan tr ng c a vi c xác đ nh t l xói mòn b m t
l u v c, v n chuy n bùn cát, l ng đ ng vƠ phơn ph i bùn cát trong h ch a đ i v i
tu i th c a h ch a vƠ gi m thi u tác đ ng tiêu c c c a b i l ng. Nghiên c u đư
trình bày ng n g n v cách ti p c n t ng h p vƠ h th ng d a trên nh ng ph
trình v n chuy n bùn cát đư thi t l p, lý thuy t t l t n th t n ng l

ng

ng t i thi u vƠ

mô hình c a C c c i t o đ t cho mô ph ng đ t phù sa sông (GSTAS 2.0).
Nghiên c u nƠy trình bƠy tóm l

c cách ti p c n có h th ng vƠ h p lý đ

xác đ nh t l xói mòn b m t, v n chuy n bùn cát trong sông vƠ kh n ng phát tri n
k thu t tính toán b i l ng h ch a vƠ mô hình qu n lý b ng máy tính.


6
6. ắDepositionă andă simulationă ofă sedimentă transportă ină theă loweră
Susquehanaăriverăreservoirăsystem” Robert A.Hainly et al, 1995.
Nghiên c u nƠy đư mô ph ng quá trình v n chuy n bùn cát h l u sông
Susquehana, New York. Nghiên c u s d ng mô hình HEC-6 đ mô ph ng quá
trình b i l ng t i các h . Mô hình đ
n m 1987, quá trình hi u ch nh đ
phơn ph i kích th

c s d ng đ hi u ch nh t i l

ng bùn cát theo

c xơy d ng v i gi thi t v i hi u su t t i đa vƠ

c h t tr m tích t nhiên.

7. Lu n v n ắ2Dămodellingăofăturbulentătransportăofăcohesiveăsedimentsă
inăshallowăreservoirs” c a JWL de Villiers n m 2006.
Do tính ch t xáo tr n cao c a quá trình b i l ng trong h ch a, nghiên c u
th c hi n hi u ch nh ph
hình Mike21C.
l c

ng trình khu ch tán hai chi u không n đ nh b ng mô

ơy lƠ mô hình hai chi u l

i cong đ

c xơy d ng b i Vi n Th y

an M ch (DHI) dùng đ mô ph ng di n bi n th y l c vƠ hình thái lòng d n

trong sông vƠ h ch a.
8. ắSedimentationă Modelingă foră Riversă andă Reservoirs” Francisco J.M.
SimBes and Chih Ted Yang.
Nghiên c u nh ng thay đ i sông t nhiên vƠ s can thi p c a con ng
trong các vùng n

c t nhiên lƠ m t ho t đ ng khó kh n nh ng quan tr ng, nh gia

t ng dơn s , thay đ i nhu c u dùng n
mô hình v t lý (còn đ
v ph

i

c. Có hai lo i mô hình: mô hình toán h c vƠ

c g i lƠ mô hình t l ). Nghiên c u nƠy cung c p t ng quan

ng pháp toán h c vƠ mô hình s d a trên k thu t tính toán, trái ng

cv i

mô hình v t lý, v n d a trên các k thu t phòng thí nghi m truy n th ng vƠ đo
l

ng.
Tóm t i, v i công ngh hi n nay, ngoƠi đo đ c kh o sát th c t , xu th chung

trên th gi i d tính b i l ng h ch a b ng mô ph ng s v i các mô hình th y đ ng
l c 1,2 ho c 3 chi u vƠ mô hình v t lý. Nh các công c nƠy mƠ vi c d tính b i
l ng h ch a đ

c th c hi n chi ti t, nhanh vƠ r h n nhi u so v i đo đ c th c đi .


7
1.2. Cácănghiênăc uătrongăn

căv ăb iăl ngăh ăch a

Hi n nay Vi t Nam đư có r t nhi u các nghiên c u áp d ng mô hình toán
v b i l ng h ch a, đ c bi t lƠ các h ch a thu c h th ng sông H ng. M t s
nghiên c u đáng l u ý sau:
1. “Tính toán d báo n c d nh b i l ng h ch a công trình th y đi n Hoà
Bình” do Công ty CP T v n xơy d ng i n I th c hi n n m 2008 [1].
tƠi đ c
xơy d ng nh m m c đích sau:
- ánh giá hi n tr ng t ng l ng phù sa b i l ng ph n dung tích ch t, dung
tích h u ích vƠ dung tích t ng c ng c a h ch a Hòa Bình theo tƠi li u quan tr c
- Xác đ nh quá trình di n bi n l ng theo không gian vƠ th i gian d c theo h .
- Xác đ nh l

ng phù sa x xu ng h l u.

- Tính toán d báo t ng l
có h Lai Chơu.

ng phù sa b i l ng h ch a thu đi n S n La khi

- Tính toán d báo sau 100 n m t ng l
đi n HoƠ Bình khi có h S n La.

ng phù sa b i l ng h ch a thu

- Tính toán d báo n c d nh h HoƠ Bình sau 100 n m b i l ng ng v i
m c n c h cao nh t khi có l thi t k x y ra.
Công c đ c s d ng trong đ tƠi lƠ mô hình HEC-6 đ mô hình hóa trao

đ i bùn cát theo chi u th ng đ ng. HEC-6 tính đ n hai ngu n bùn cát: bùn cát l
l ng có trong dòng ch y đ n vƠ bùn cát đáy.
2. “ ánh giá m c đ b i l ng h Tr An ph c v công tác qu n lý b o v an
toàn h ch a” do Vi n Khoa h c Th y l i Mi n Nam th c hi n n m 2009.
tƠi
s d ng s li u đo đ c khí t ng th y v n vƠ bùn cát t n m 1995 đ n 2002 vƠ mô
hình hai chi u đ mô ph ng ch đ th y l c vƠ kh n ng b i l ng c a h Tr An.
D a trên k t qu tính toán đ xơy d ng b n đ phơn vùng m c đ b i l ng lòng h ,
đánh giá kh n ng b i l ng theo t ng giai đo n trong n m t đó d đoán đ c kh
n ng nơng cao lòng h theo th i gian do nh h ng c a b l ng đ có m t k ho ch
qu n lý v n hƠnh, duy tu vƠ b o d ng h h p lý vƠ an toƠn.
3. “Tính toán n c d nh và h ch a th y đi n S n La” - Công ty T v n
đi n I ậ T ng công ty đi n l c Vi t Nam ậ 2005.
D án thu đi n S n La lƠ d án thu đi n l n nh t Vi t Nam n m trên sông
Ơ lƠ m t ph l u l n c a sông H ng. Công trình đ c thi t k xơy d ng trên tuy n


8
Pa Vinh n m cách th xư S n La 40km có nhi m v chính lƠ phát đi n vƠ ch ng l
cho h du lƠ h HoƠ Bình vƠ th đô HƠ n i.
tƠi s d ng mô hình HEC-6 đ mô ph ng quá trình th y l c vƠ bùn cát
trong h ch a. K t qu cho th y trong nh ng n m đ u v n hƠnh h ch a thu đi n
S n La, ch a có quá trình b i l ng, khi x y ra l t n su t p=1% trên toƠn b l u
v c sông Ơ thì t i tuy n Pa Vinh m c n c cao nh t lƠ 215m, t i tr m Qu nh Nhai
cách tuy n Pa Vinh 72,3km m c n c lƠ 215,12m, t i tr m thu v n Lai Chơu cách
Pa Vinh 151,7km m c n c lƠ 215,75m vƠ t i N m Nhùn m c n c lƠ 217,21m.
Nh v y sau khi h ch a thu đi n S n La đ c v n hƠnh khi có l p=1% thì m c
n c cao nh t t i h ch a S n La lƠ 217,21m t i chơn đ p Lai Chơu tuy n N m
Nhùn.
4. ắThi t k k thu t Th y đi n A L

l ng h ch a vƠ n c d nh.

i” c ng nghiên c u v hi n t

ng b i

Tính toán b i l ng vƠ n c dơng h ch a thu đi n A L i lƠ m t khơu quan
tr ng không th thi u trong thi t k công trình trong vi c đánh giá tác đ ng c a h
ch a t i môi tr ng vùng h , đ c bi t lƠ nh h ng c a nó t i các công trình nhà
c a, ru ng n ng n m trong khu v c, t i di dơn vùng h c ng nh m c đ xói l h
l u công trình, vƠ nh h ng đ n các công trình đ u m i. BƠi toán b i l ng h ch a,
n c dơng h th y đi n A L i s d ng mô hình HEC-6 nh m:
- Xác đ nh t ng dung tích, s phơn b c a dung tích phù sa b i l ng theo
t ng c p m c n c dơng h ch a, theo th i gian v n hƠnh, nh h ng c a b i l ng
t i dung tích h u ích h ch a, kh n ng phát đi n c a công trình.
- D báo quá trình di n bi n lòng h , đ ng n c d nh h ch a ng v i các
ph ng án MNDBT khi có l v i t n su t P=1% theo không gian vƠ th i gian v n
hƠnh h ch a.
- Xác đ nh quá trình bùn cát x xu ng h l u tuy n đ p.
5. “Tính toán b i l ng h ch a S n La” PGS.PTS. Cao
Nguy n Kiên D ng.

ng D vƠ NCS.

Các tác gi đư s d ng ph ng pháp cơn b ng l ng phù sa qua h đ i v i
h ch a S n La. L ng phù sa chuy n đ n h t l i sông đ c tính toán d a trên
k t qu đo đ c t các tr m th y v n.
6. “ ánh giá hi n tr ng, d báo di n bi n bùn cát h ch a Thác Bà”, TS.
Nguy n Kiên D ng, Cao Phong Như, Vi n Khí t ng Th y v n.

9
Nghiên c u đư s d ng mô hình HEC-6 đ đánh giá hi n tr ng vƠ d báo
di n bi n bùn cát h ch a Thác BƠ. K t qu c a nghiên c u nh sau:
Dung tích còn l i c a h Thác BƠ sau 30 n m v n hƠnh vƠo kho ng 94-95%
dung tích ban đ u. L ng bùn cát l ng đ ng trung bình 50 n m v n hƠnh ti p theo
là 4,52 x 106m3/n m, t ng ng v i h s b y bùn cát lƠ 76,74%.
7. ắ ánhăgiáăb iăl ngăvƠăn

căd nhătrongăh ăch a”ăCông trình th y đi n

Tuyên Quang - thi t k k thu t giai đo n 1 Công ty CP T v n Xơy d ng i n 1
ánh giá b i l ng vƠ n
hai ph

ng pháp tính l

d ng ch

c d nh trong h ch a báo cáo đư trình bƠy s d ng

ng bùn cát b i l ng vƠ phơn ph i c a nó trong h : + S

ng trình HEC 6; + Phơn b b i l ng theo ph

Borland vƠ Miller, trong đó l

ng phù sa b i l ng đ

ng pháp kinh nghi m c a

c tính theo quan h Braune.

Nhìn chung, các nghiên c u tính toán b i l ng h ch a

Vi t Nam c ng đư

ti p c n t công th c kinh nghi m khi h th ng máy tính còn h n ch . Cho đ n nay
vi c ng d ng mô hình toán đư đ

c ng d ng khá ph bi n

trên th gi i vƠ

Vi t Nam.
1.3. H

ngănghiênăc uăc aălu năv n
Trên th gi i c ng nh t i Vi t Nam, vi c đ p đ p ng n sông t o thƠnh các

h ch a ph c v nhi u m c đích khác nhau nh phòng l , phát đi n, t

i tiêuầ s

lƠm ng p c m t vùng r ng l n. Ch đ thu v n thu l c thay đ i d n đ n l ng
đ ng bùn cát trong h , xói l h du vƠ lƠm bi n đ i ch t l

ng n

sông t nhiên. i u nƠy gơy ra các tác đ ng tiêu c c đ n môi tr

c so v i n

c

ng sinh thái trong

h vƠ h l u công trình.
HƠng n m h Tuyên Quang tr đ

cm tl

ng n

c đáng k , t o ngu n c p

n

c mùa c n cho các vùng h l u h vƠ đ ng b ng sông H ng. Theo th i gian,

l

ng tr n

c s gi m đi do quá trình b i l ng bùn cát trong long h . Do đó, công

tác tính toán l ng đ ng bùn cát trong h lƠ vô cùng quan tr ng, đ c bi t lƠ trong quá
trình v n hành công trình. Tính toán vƠ d báo b i l ng s đóng m t vƠi trò quan

10
tr ng trong quy t đ nh qu n lý v n hƠnh h đ gi m thi u các tác đ ng tiêu c c,
phát huy hi u qu công trình trong t

ng lai.

Vi c nghiên c u b i l ng h ch a ch y u t p trung vƠo các v n đ chính:
1. Xác đ nh l

ng bùn cát vƠo h ch a;

2. Xác đ nh l

ng bùn cát b i l ng sau m t s n m v n hƠnh;

3. Xác đ nh phơn b l

ng bùn cát b i l ng theo không gian vƠ th i gian.

Trong ph m vi nghiên c u c a lu n v n, n i dung nghiên c u t p trung vào:
Xác đ nh l

ng bùn cát vƠo h vƠ xác đ nh di n bi n phơn b bùn cát theo h

d c sông. Vi c nghiên c u tính toán b i l ng th

ng đ

ng

c xác đ nh d a trên c s

các tƠi li u th y v n, bùn cát, đ a hình, th m ph , đ t vƠ các tƠi li u th c nghi m
nghiên c u xói mòn đ t ho c ng d ng mô hình toán. Trong lu n v n s s d ng
mô hình toán đ tính toán, xác đ nh l

ng bùn cát vƠ phơn b l

h đ n n m 2050. S đ th c hi n bƠi toán đ

ng bùn cát trong

c th hi n nh sau (hình 1.1):

Hình 1.1. S đ tính toán b i l ng bùn cát h ch a Tuyên Quang
Hi n nay có r t nhi u mô hình mô ph ng dòng ch y t

m a: SSARR,

RRMOD, TANK, NAM, TOPMODEL, MARINE, SWAT, HEC-HMS, MIKE
SHE, WetSPAầ; mô hình mô hình th y l c di n toán dòng ch y, ch t l

ng n

c:


11
VRSAP, KOD, b mô hình HEC, HecRas, ISIS, SMSầ vƠ b mô hình th

ng m i

Mike 1 chi u vƠ 2 chi u.
Trong các mô hình mô ph ng dòng ch y t m a, thì mô hình SWAT vƠ
MIKE SHE đ

c tích h p c mô đun tính toán dòng ch y vƠ bùn cát trên l u v c.

Mô hình MIKE SHE hi n nay ít đ
vƠo. Mô hình SWAT đ n nay đư đ
c ng nh các n

c ng d ng do đòi h i ph c t p v s li u đ u
c d ng khá r ng rưi vƠ ph bi n

Vi t Nam

c thu c thu c l u v c sông Mê Công, đi u ki n ng d ng, các s

li u,tƠi li u đ xơy d ng mô hình lƠ khá đ n gi n vƠ phù h p v i các đi u ki n s
li u hi n có.
H Tuyên Quang có hình d ng ph c t p, h dƠi kho ng 80,5 km (xét v i
m cn

c dơng bình th

ng c a h lƠ 120 m), h có nhi u nhánh sông m r ng

h l u g n đ p do v y vi c ng d ng mô hình 2 chi u đ mô ph ng bùn cát lƠ phù
h p h n mô hình 1 chi u. H đi vƠo v n hƠnh t n m 2007, cho đ n nay m i ch

ho t đ ng đ

c 5 n m vƠ không đo đ c quan tr c các y u t bùn cát, dòng ch y, d n

đ n vi c khó kh n trong vi c áp d ng mô hình th y l c 2 chi u trong tính toán. M t
khác, vi c ng d ng mô hình 2 chi u ch y mô ph ng r t m t th i gian, trong khi đó
vi c mô ph ng di n bi n bùn cát đòi h i ph i mô ph ng trong m t th i gian dƠi.
Do v y, đ th c hi n n i dung vƠ m c tiêu đ t ra, trong lu n v n l a ch n
mô hình SWAT đ mô ph ng dòng ch y vƠ bùn cát đ n h , k t qu đ u ra s lƠ biên
vƠo c a mô hình 1 chi u Mike 11 đ mô ph ng phơn b bùn cát d c sông.
d ng các mô hình s đ

c trình bƠy trong các ch

ng ti p theo c a lu n v n.

ng


12
CH

NGă2.

Că I M T

NHIÊN VÙNGăNGHIểNăC U

2.1. V ătríăđ aălý
Sông Gơm lƠ nhánh l n c p I c a sông Lô, đ ng th i lƠ nhánh c p II c a h

th ng sông H ng. Sông b t ngu n t vùng núi Vơn Nam có đ cao trên 1600 m c a
Trung Qu c. V trí đ u ngu n vƠo kho ng 105o3350 kinh

ông và 23o3240 v

đ B c. T đ u ngu n v biên gi i Vi t-Trung sông ch y theo h

ng B c-Nam, t

biên gi i Vi t-Trung đ n ngư ba sông Ma- sông Gơm, sông ch y theo h

ng

B c-Tơy Nam, sau đó ch y theo h

Khe Lau

ng B c-Nam r i nh p vƠo sông Lô

cách th xư Tuyên Quang kho ng 9 km v phía th

ng l u.

Hình 2.1. B n đ vùng nghiên c u

ông


13
T ng di n tích l u v c sông Gơm lƠ 17200 km2, ph n di n tích n m trên lưnh

th Trung Qu c 7420 km2, chi m 43,0% di n tích toƠn l u v c. Chi u dƠi dòng
chính sông Gơm lƠ 297 km, trong đó chi u dƠi sông ch y trên lưnh th Vi t Nam
kho ng 217 km. Tính đ n v trí tuy n đ p có di n tích l u v c lƠ 14973 km2, trong
đó ph n di n tích n m trên lưnh th Trung Qu c lƠ 7420 km2 chi m 49,6%.
căđi măđ aăhình,ăth ănh

2.2.
2.2.1.

ng,ăth măph l uăv căh

c đi m sông ngòi
H th y đi n Tuyên Quang n m

Hang kho ng 1 km v phía th

h l u c a sông N ng, cách th tr n Na

ng l u. Di n tích l u v c sông Gơm tính đ n Na

Hang là 14973 km2.
Sông Gơm b t ngu n t vùng núi cao trên 1600m thu c t nh Vơn Nam Trung
Qu c (150027’ ậ 23028’), th
theo h

ng l u sông Gơm v i tên g i lƠ sông Xam Cam ch y

ng Tơy B c - ông Nam vƠo đ a ph n n

c ta qua các huy n B o L c, B c

Mê, Chiêm Hóa (V nh L c), r i hòa vƠo dòng chính sông Lô t i H Chuông thu c
xư Tơn Long, huy n Yên S n, t nh Tuyên Quang. Dòng chính sông Gơm dƠi 297
km (trong đó có 217 km ch y trong lưnh th n

c ta), ph n di n tích l u v c n

c

ta chi m 9700 km2 (56,4%) trên t ng di n tích toƠn l u v c lƠ 17200 km2
Sông Nho Qu c ng b t ngu n t vùng núi cao trên 1800 m
Trung Qu c (104027’ - 23021’). Ph n th
h

ng Tây -

ông vƠo lưnh th n

Vơn Nam

ng l u v i tên g i Ph Mai HƠ, ch y theo

c ta t i L ng Cú ch y qua vùng cao nguyên

ng V n ậ Mèo V c nh p vƠo sông Gơm t i C c Pái. Sông Nho Qu dƠi 192 km,
di n tích l u v c 6050 km2 (chi m 35% di n tích l u v c sông Gơm), trong đó ch y
trong lưnh th n

c ta ch có 46 km vƠ di n tích l u v c 2010 km2. Sông N ng b t

ngu n t dưy núi Piada cao 1980 m
h

huy n B o Lơm t nh Cao B ng, ch y theo

ng Tơy B c - ông Nam r i ông B c ậ Tây Nam qua th tr n Ch Rư, đ ng đá

vôi Puông. Tr

c khi v

t qua Thác

u

ng, sông N ng ti p nh n n

B , r i ch y vƠo đ a ph n t nh Tuyên Quang, ch y vƠo sông Gơm

phía th

c h Ba
ng l u

Na Hang. Sông N ng dƠi 113 km, di n tích l u v c 2270 km2 (chi m 13% di n tích