Nghiên cứu áp dụng mô hình hec ressim tính toán điều tiết lũ hệ thống ba hồ chứa lai châu, sơn la, hoà bình trên lưu vực sông đà

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
KHOA KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN

HỌ VÀ TÊN NGƯỜI THỰC HIỆN ĐỀ TÀI
NGUYỄN THỊ THOA

TÊN ĐỀ TÀI

NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG MÔ HÌNH HEC RESSIM
TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT LŨ HỆ THỐNG BA HỒ CHỨA
LAI CHÂU, SƠN LA, HOÀ BÌNH
TRÊN LƯU VỰC SÔNG ĐÀ

ĐỒ ÁN KHÓA ĐH1T
Ngành: Thủy văn

Hà nội - 2015


BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
KHOA KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN

HỌ VÀ TÊN NGƯỜI THỰC HIỆN ĐỀ TÀI
NGUYỄN THỊ THOA
TÊN ĐỀ TÀI

NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG MÔ HÌNH HEC RESSIM
TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT LŨ HỆ THỐNG BA HỒ CHỨA
LAI CHÂU, SƠN LA, HOÀ BÌNH

TRÊN LƯU VỰC SÔNG ĐÀ
ĐỒ ÁN KHÓA ĐH1T
Ngành: Thủy văn
NGƯỜI HƯỚNG DẪN
TS. PHẠM VĂN TUẤN

Hà nội - 2015


LỜI CẢM ƠN
Trải qua 10 tuần làm đồ án tốt nghiệp, với sự giúp đỡ tận tình của các thầy
cô giáo trong trường Đại học Tài nguyên và môi trường Hà Nội cùng với sự nỗ lực
của bản thân em đã hoàn thành đồ án “Nghiên cứu áp dụng mô hình HEC
RESSIM tính toán điều tiết lũ hệ thống ba hồ chứa Lai Châu, Sơn La, Hoà
Bình.”
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy giáo ThS. Phạm Văn Tuấn đã
giúp đỡ, hướng dẫn và chỉ dạy rất tận tình cho em.
Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn gia đình bạn bè, đã luôn chia sẻ, giúp
đỡ, động viên cổ vũ và trợ giúp em trong thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp.
Do hạn chế về thời gian cũng như khả năng của bản thân, mặc dầu đã có
nhiều cố gắng nhưng đồ án không tránh khỏi còn những hạn chế và thiếu sót. Vì
vậy, em rất mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo quý báu của thầy cô và các bạn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 15 tháng 6 năm 2015
Sinh viên thực hiện

Nguyễn Thị Thoa


MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN
MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1
1. Tính cấp thiết của đề tài ....................................................................................... 1
2. Mục tiêu nghiên cứu ............................................................................................ 2
2.1 Mục tiêu chung............................................................................................. 2
2.2 Mục tiêu cụ thể............................................................................................. 2
3. Thời gian, đối tượng phạm vi nghiên cứu ............................................................ 2
4. Phương pháp luận và phương pháp nghiên cứu .................................................... 2
5. Nội dung nghiên cứu ........................................................................................... 2
CHƯƠNG 1: ĐIỀU KIỆN ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN, KINH TẾ - XÃ HỘI LƯU VỰC
SÔNG ĐÀ ............................................................................................................... 3
1.1. Điều kiện địa lý tự nhiên ............................................................................. 3
1.1.1. Vị trí địa lý. ...................................................................................................... 3
1.1.2. Địa hình, địa mạo............................................................................................. 4
1.1.3.Địa chất, thổ nhưỡng. ........................................................................... 5
1.1.4. Thực vật. .......................................................................................................... 5
1.1.5. Điều kiện khí hậu. ............................................................................................ 7
1.1.6. Mạng lưới sông suối. .................................................................................... 12
1.1.7 Mạng lưới trạm khí tượng thuỷ văn................................................................ 13
1.1.8 Tình hình quan trắc và chất lượng tài liệu. ..................................................... 14
1.1.9 Đặc trưng thuỷ văn ........................................................................................ 16
1.1.10 Đặc điểm dân sinh kinh tế. ........................................................................... 16
1.2 Hệ thống hồ chứa lưu vực sông Đà ............................................................. 18
1.2.1 Hồ Lai Châu.................................................................................................... 18
1.2.2 Hồ Sơn La .......................................................................................... 20
1.2.3. Hồ Hòa Bình. .................................................................................... 21
Chương 2: TÍNH TOÁN XỬ LÝ SỐ LIỆU ĐẦU VÀO CHO MÔ HÌNH ............ 22
HEC RESSIM ....................................................................................................... 22

2.1 Giới thiệu mô hình Hec Ressim .................................................................. 22
2.2 Mục đích .................................................................................................................. 22
2.3 Nguyên lý ................................................................................................................ 22
2.4 Cấu trúc mô hình ..................................................................................................... 23
2.5 Các bước sử dụng mô hình: ........................................................................ 25
2.5.1 Môđun thiết lập lưu vực (Watershed setup) ................................................... 25
2.5.2 Môđun mạng lưới hồ (Reservoir nework) ..................................................... 27
2.5.3 Môđun mô phỏng (Simulation) ...................................................................... 29
2.5.4 Tạo cơ sở dữ liệu .DSS file ................................................................ 29
2.5.5 Xem, ghi, in ấn kết quả ................................................................................... 30
2.6 Tính toán xử lý số liệu làm đầu vào cho mô hình HEC RESSIM........... 30
2.6.1 Cơ sở lý thuyết mô hình MIKE NAM ........................................................... 30
2.6.2. Hiệu chỉnh các thông số của mô hình ................................................ 34
2.6.3. Những điều kiện ban đầu................................................................... 35
2.6.4 Chỉ tiêu đánh giá kết quả hiệu chỉnh và kiểm định ............................. 35
2.7 Ứng dụng mô hình MIKE- NAM làm đầu vào cho mô hình HEC RESSIM 36
2.7.1 Xác định và tính diện các tiểu lưu vực khu vực nghiên cứu........................... 36
2.7.2 Xác định trọng số các trạm mưa trong lưu vực .............................................. 38
2.7.3 Hiệu chỉnh mô hình ........................................................................................ 39
2.7.4 Kết quả xác định bộ thông số mô hình MIKE- NAM. ........................ 41
2.7.5 Kiểm định bộ thông số mô hình MIKE- NAM ................................... 46
Chương 3: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÔ HÌNH HEC-RESSIM TÍNH TOÁN
ĐIỀU TIẾT LŨ HỆ THỐNG HỒ CHỨA LƯU VỰC SÔNG ĐÀ ......................... 52
3.1 Sơ lược mạng lưới các trạm dùng trong tính toán điều tiết .......................... 52
3.2 Phân tích số liệu đầu vào ............................................................................ 52
3.3 Đánh giá số liệu đầu vào ............................................................................ 53
3.4 Hiệu chỉnh mô hình HEC RESSIM tính hệ số Muskingum .................................. 53
3.5 Áp dụng mô hình Hec Ressim điều tiết ba hồ chứa Lai Châu, Sơn La, Hoà
Bình ................................................................................................................. 56

3.5.1 Thiết lập mạng lưới sông Đà khi có ba hồ chứa .................................. 56
3.5.2 Số liệu đầu vào................................................................................... 57
3.5.3 Quy trình vận hành liên hồ chứa Lai Châu, Sơn La, Hoà Bình ........... 57
3.5.4 Kết quả điều tiết liên hồ chứa ............................................................. 59
3.6 Kịch bản điều tiết lũ ứng với tần suất lũ thiết kế thuỷ điện Lai Châu .......... 63
3.6.1 Tiêu chuẩn tính lũ thiết kế .................................................................. 63
3.6.2 Tính toán lưu lượng đỉnh lũ thiết kế. .................................................. 63
3.6.3 Kịch bản lũ tần suất thiết kế P=0.1% .................................................. 66
3.6.4 Kết quả điều tiết liên hồ chứa kịch bản P= 0.1% ................................ 67
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................... 70
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 72
PHỤ LỤC


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC TỪ VIẾT TẮT
MNDBT: Mực nước dâng bình thường
MNTL: Mực nước trước lũ
NMTĐ: Nhà máy thuỷ điện
QTVH: Quy trình vận hành


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Đặc trưng nhiệt độ không khí tháng và năm............................................. 8
Bảng 1.2 Độ ẩm tuyệt đối của không khí các trạm ................................................... 9
Bảng 1.3: Lượng mưa tháng, năm tại các trạm đại biểu lưu vực sông Đà (mm). ............... 10
Bảng 1.4: Tốc độ gió lớn nhất theo tần suất tại các trạm khí tượng (m/s)........................... 11
Bảng 1.5 : Lượng bốc hơi (Piche) các trạm đại biểu trên lưu vực sông Đà (mm) .............. 12
Bảng 1.6: Các sông nhánh cấp 1 chính của của sông Đà trên lãnh thổ ............................... 12
Bảng 1.7: Danh sách các trạm khí tượng điện báo mưa trên sông Đà .................................. 1

Bảng 1.8: Danh sách các trạm thủy văn trên lưu vực sông Đà ............................................. 2
Bảng 1.9: Diện tích và dân số một số tỉnh Tây Bắc. ........................................................... 17
Bảng 1.10 : Cơ cấu kinh tế theo GDP vùng Tây Bắc giai đoạn 2001 - 2007 (%) .............. 18
Bảng 2.2 Trọng số các trạm đo mưa trên lưu vực sông Dà................................................. 39
Bảng 2.3: Danh sách các trạm thủy văn trên lưu vực sông Đà dùng để hiệu chỉnh và kiểm
định bộ thông số mô hình .................................................................................................... 40
Bảng 2.4: Số liệu sử dụng để hiệu chỉnh và kiểm định ...................................................... 40
Bảng 2.5: Lưu vực dùng cần hiệu chỉnh và kiểm định bộ thông số trong mô hình ............ 41
Bảng 2.6: Bộ thông số mô hình của lưu vực Nậm Giàng ................................................... 41
Bảng 2.7: Kết quả mô phỏng tại trạm Nậm Giàng.............................................................. 42
Bảng 2.8: Bộ thông số mô hình của lưu vực Bản Củng ...................................................... 43
Bảng 2.9 Kết quả mô phỏng tại trạm Bản Củng ................................................................ 44
Bảng 2.10: Bộ thông số mô hình của các lưu vực Mường Tè – Lai Châu.......................... 45
Bảng 2.11: Kết quả mô phỏng tại trạm Lai Châu................................................................ 46
Bảng 2.12: Kết quả kiểm định mô hình tại trạm Nậm Giàng ............................................. 48
Bảng 2.13 Kết quả kiểm định mô hình tại trạm Bản Củng ................................................ 49
Bảng 2.14 Kết quả kiểm định mô hình tại trạm Lai Châu................................................... 51
Bảng 3.1: Số liệu đầu vào tính hệ số Muskingum ............................................................... 53
Bảng 3.2: Hệ số diễn toán muskingum................................................................................ 56
Bảng 3.3 Số liệu đầu vào ..................................................................................................... 57
Bảng 3.4. Mực nước đón lũ cho phép .................................................................... 57


Bảng 3.5: Ngưỡng cắt lũ cho ba hồ năm 2014 .................................................................. 57
Bảng 3.6: Các hàm điều tiết liên hồ chứa năm 2014 ......................................................... 58
Bảng 3.7 : Hiệu quả giảm lũ khi hồ chứa Lai Châu vận hành cắt lũ ................................. 59
Bảng 3.7 : Hiệu quả giảm lũ khi hồ chứa Sơn La vận hành cắt lũ..................................... 60
Bảng 3.9 : Hiệu quả giảm lũ khi hồ chứa Hoà Bình vận hành cắt lũ................................. 61
Bảng 3.10: Hiệu quả giảm lũ vận hành cắt lũ ở trạm Bến Ngọc ....................................... 62
Bảng 3.11 Các đặc trưng thống kê chuỗi Qmax đỉnh (1956-2002)................................... 64

Bảng 3.12: Tần suất đỉnh lũ thiết kế:.................................................................................. 65
Bảng 3.13: Ngưỡng lưu lượng Q cắt lũ các hồ chứa ......................................................... 66
Bảng 3.14: Các hàm điều tiết liên hồ chứa năm 1971 ( P=0.1%)...................................... 66
Bảng 3.15 : Hiệu quả giảm lũ khi hồ chứa Lai Châu vận hành cắt lũ ............................... 67
Bảng 3.16 : Hiệu quả giảm lũ khi hồ chứa Sơn La vận hành cắt lũ................................... 68
Bảng 3.17 : Hiệu quả giảm lũ khi hồ chứa Hoà Bình vận hành cắt lũ............................... 69


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1 Bản đồ lưu vực sông Đà ............................................................................ 3
Hình 1.2: Sơ đồ hệ thống sông Đà trên lãnh thổ Việt Nam..................................... 13
Hình 1.3 : Bản đồ vị trí các trạm thuỷ văn trên lưu vực sông Đà ........................................ 14
Hình 14: Đập thuỷ điện Lai Châu........................................................................................ 19
Hình 1.5: Đập thuỷ điện Sơn La .......................................................................................... 20
Hình 1.6: Đập thuỷ điện Hoà Bình........................................................................ 21
Hình 2.1: Quá trình lũ đến và xả lũ của hồ chứa ................................................................. 23
Hình 2.2: Sơ đồ tổng quát các môdun của mô hình HEC-ResSim ..................................... 24
Hình 2.3: Cửa sổ làm việc ................................................................................................... 25
Hình 2.4: Dạng bản đồ dùng được cho Hec Ressim ........................................................... 27
Hình 2.5: Cấu trúc mô hình NAM....................................................................................... 31
Hình 2.6 Sơ đồ các bước tính toán phân chia các lưu vực bộ phận .................................... 39
Hình 2.7 Kết quả phân chia tiểu lưu vực trên sông Đà....................................................... 37
Hình 2.8 Phân vùng ảnh hưởng của các trạm đo mưa trên lưu vực sông Đà Hình ............ 41
Hình 2.9 Đường quá trình lưu lượng tính toán và thực đo trạm Nậm Giàng năm 2004..... 42
Hình 2.10: Đường quá trình lưu lượng tính toán và thực đo trạm Bản Củng năm 2004 .... 43
Hình 2.11: Đường quá trình lưu lượng tính toán và thực đo trạm Lai Châu năm 2004...... 45
Hình 2.12: Đường quá trình lưu lượng tính toán và thực đo trạm Nậm Giàng năm
2005 ...................................................................................................................... 47
Hình 2.13: Đường quá trình lưu lượng tính toán và thực đo trạm Nậm Giàng 2007.......... 47
Hình 2.14 Đường quá trình lưu lượng tính toán và thực đo trạm Bản Củng 2005 ............. 48

Hình 2.15 Đường quá trình lưu lượng tính toán và thực đo trạm Bản Củng 2007 ... 49
Hình 2.16: Đường quá trình lưu lượng tính toán và thực đo trạm Lai Châu 2005.............. 50
Hình 2.17: Đường quá trình lưu lượng tính toán trạm Lai Châu 2007 ............................... 50
Hình 3.1 : Sơ đồ mạng lưới hệ thống trạm khu vực nghiên cứu ......................................... 52
Hình 3.2: Mạng lưới sông Đà trường hợp không có hồ chứa ............................................ 54
Hình 3.3: Diễn toán muskingum tại nút kiểm tra Tạ Bú .................................................... 55


Hình 3.4: Diễn toán muskingum tại nút kiểm tra Hoà Bình................................................ 55
Hình 3.5 : Mạng lưới liên hồ chứa bậc thang Lai Châu, Sơn La, Hoà Bình ...................... 59
Hình 3.6 : Kết quả điều tiết hồ Lai Châu ............................................................................. 59
Hình 3.7: Kết quả điều tiết hồ Sơn La ................................................................................. 60
Hình 3.8: Kết quả điều tiết hồ Hoà Bình ............................................................................. 61
Hình 3.9 : Kết quả quá trình lưu lượng điều tiết tại Bến ngọc............................................. 62
Hình 3.10: Đường tần suất đỉnh lũ tuyến Lai Châu............................................................. 64
Hình 3.11 : Kết quả điều tiết hồ Lai Châu ........................................................................... 67
Hình 3.12: Kết quả điều tiết hồ Sơn La ............................................................................... 68
Hình 3.13 Kết quả điều tiết hồ Hoà Bình ............................................................................ 69


1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Để tăng cường điều hòa dòng chảy, nhiều công trình thủy lợi, đặc biệt là
công trình hồ chứa đã được xây dựng nhằm phục vụ đời sống và sản xuất cũng như
phòng, chống, giảm nhẹ thiên tai. Các công trình này đã góp phần quan trọng trong
việc đạt được những thành tựu về phát triển kinh tế - xã hội của Việt Nam trong thời
gian qua. Và thực tế hiện nay, Sông Đà không chỉ có ý nghĩa đối với sự phát triển
kinh tế - xã hội của các tỉnh Tây Bắc, mà còn có vai trò rất quan trọng đối với các
tỉnh vùng Đồng bằng sông Hồng, trong đó có thủ đô Hà Nội, đặc biệt là trong

phòng chống và giảm nhẹ thiên tai, lũ lụt. Tiềm năng thuỷ điện của lưu vực sông Đà
chiếm trên 50% tiềm năng thuỷ điện cả nước và là một nguồn tài nguyên thủy điện
lớn cho ngành công nghiệp điện Việt Nam. Năm 1994, khánh thành Nhà máy Thủy
điện Hoà Bình có công suất 1.920 MW với 8 tổ máy. Năm 2012 khánh thành nhà
máy thủy điện Sơn La với công suất lắp máy 2.400 MW. Dự kiến nhà máy Thủy
điện Lai Châu sẽ phát điện tổ máy cuối vào năm 2016, hoàn thành công trình vào
năm 2017 ở thượng nguồn con sông này. Hệ thống bậc thang thuỷ điện sông Đà
đang dần đi vào hoàn chỉnh[6]
Với lượng nước rất phong phú nhưng dòng chảy trên lưu vực sông Đà phân
phối không đều trong năm, mùa lũ lượng dòng chảy rất lớn dẫn đến thừa nước gây
ra lũ lụt, mùa cạn lượng dòng chảy nhỏ dẫn đến thiếu nước dùng. Do đó, vai trò các
hồ chứa Lai Châu, Sơn La, Hoà Bình rất quan trọng trong việc trữ nước vào mùa
nhiều nước và tăng lưu lượng vào màu khô so với lưu lượng tự nhiên nhằm điều hoà
dòng chảy theo thời gian. Vì vậy, việc tính toán điều tiết cho hồ chứa Lai Châu
(đang thi công), kết hợp với quy trình điều tiết của hồ chứa Sơn La, Hoà Bình (đang
hoạt động) trên lưu vực sông Đà để điều tiết phòng lũ cho hạ du là rất cần thiết. Với
mong muốn vận dụng các kiến thức đã học về nghành Thủy văn, đặc biệt là chuyên
ngành Tính toán Thủy văn và mô hình toán em đã lựa chọn đề tài nghiên cứu :
“Nghiên cứu áp dụng mô hình Hec Ressim tính toán điều tiết lũ hệ thống ba hồ
chứa Lai Châu, Sơn La, Hoà Bình trên lưu vực sông Đà”.


2
2. Mục tiêu nghiên cứu
2.1 Mục tiêu chung
Tìm ra các bước xây dựng quy trình điều tiết liên hồ chứa từ công cụ tính toán là
mô hình Hec Ressim một cách khoa học nhằm đưa ra một quy trình điều tiết liên hồ
có cơ sở khoa học chặt chẽ, hy vọng mang lại hiệu quả về phòng chống và giảm nhẹ
thiên tai do lũ gây ra cho vùng hạ du, đặc biệt là thủ đô Hà Nội.
2.2 Mục tiêu cụ thể

- Tìm hiểu điều kiện địa lý tự nhiên khu vực và các hồ chứa Lai Châu, Sơn La, Hoà
Bình trên lưu vực sông Đà.
- Thử nghiệm mô hình Hec Ressim để mô phỏng hệ thống ba hồ chứa Lai Châu,
Sơn La, Hoà Bình, tính toán điều tiết để đưa ra kịch bản phòng lũ và quy trình vận
hành liên hồ chứa trên lưu vực sông Đà.
3. Thời gian, đối tượng, phạm vi nghiên cứu
- Thời gian nghiên cứu: 10 tuần
- Đối tượng nghiên cứu: Các hồ chứa Lai Châu, Sơn La, Hoà Bình
- Phạm vi nghiên cứu: hồ chứa Lai Châu xã Nậm Hàng huyện Mường Tè, tỉnh Lai

Châu; hồ chứa Sơn La xã Ít Ong, huyện Mường La, tỉnh Sơn La; hồ chứa Hoà Bình
tỉnh Hòa Bình.
4. Phương pháp luận và phương pháp nghiên cứu:
- Phương pháp điều tra và thu thập số liệu để có được đầy đủ số liệu cần cho tính
toán
- Phương pháp thống kê xác suất để xác định đặc trưng khí tượng thuỷ văn
- Phương pháp sử dụng mô hình toán để để mô phỏng hoạt động của hệ thống cũng
như xây dựng công nghệ diễn toán và dự báo hỗ trợ.
5. Nội dung nghiên cứu
Nội dung chính của đồ án được trình bày trong 3 chương:
Chương 1: Đặc điểm địa lý tự nhiên xã hội lưu vực sông Đà
Chương 2: Tính toán xử lý số liệu làm đầu vào cho mô hình Hec Ressim
Chương 3: Nghiên cứu ứng dụng mô hình Hec Ressim tính toán điều tiết lũ hệ
thống hồ chứa lưu vực sông Đà.