Nghiên cứu ứng dụng và phát triển mô hình athen vận hành liên hồ chứa lưu vực sông ba (luận văn thạc sĩ)

MỤC LỤC
DANH MỤC BẢNG ................................................. Error! Bookmark not defined.
DANH MỤC HÌNH VẼ .............................................................................................. 3
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT................................................................................... 3
MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 4
Chƣơng 1: TỔNG QUAN ........................................................................................... 5
1.1. Tổng quan về điều tiết hồ chứa .....................................................................5
1.1.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước ..............................................................5
1.1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước .............................................................11
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 ...........................................................13
1.2. Tổng quan về điều kiện tự nhiên lƣu vực sông Ba ....................................14
1.2.1. Vị trí địa lý và điều kiện Khí hậu Thủy văn ..............................................14
1.2.2. Mạng lưới sông ngòi ..................................................................................22
1.2.3. Tình hình tài liệu khí tượng thủy văn .......................................................24
1.2.4. Hệ thống hồ chứa trên lưu vực sông Ba ...................................................27
Chƣơng 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHÁT TRIỂN MÔ HÌNH ATHEN ĐIỀU TIẾT
LIÊN HỒ CHỨA ...................................................................................................... 29
2.1. Cơ sở phát triển mô hình Athen điều tiết liên hồ chứa .............................29
2.2. Lý thuyết mô hình Athen .............................................................................32
2.2.1. Các thành phần mô hình ...........................................................................32
2.2.2. Phương trình diễn toán ..............................................................................33
2.3. Lý thuyết phƣơng pháp Muskingum ..........................................................34
2.4. Liên kết mô hình Athen điều tiết đơn hồ chứa và phƣơng pháp
Muskingum ..........................................................................................................37
2.5. Yêu cầu tệp số liệu đầu vào cho mô hình Athen điều tiết liên hồ chứa ...39
Chƣơng 3. ỨNG DỤNG MÔ HÌNH ATHEN VẬN HÀNH ĐIỀU TIẾT LIÊN HỒ
CHỨA LƢU VỰC SÔNG BA .................................................................................. 40
3.1. Dữ liệu đầu vào của mô hình .......................................................................40
3.1.1. Số liệu thủy văn và đặc trưng hồ chứa ......................................................40
3.1.2. Số liệu nhu cầu sử dụng nước của các hộ dùng nước .............................42

3.1.3. Các thông số của phương pháp Muskingum ............................................42
3.2. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình ...............................................................42

1


3.2.1. Kết quả hiệu chỉnh mô hình ......................................................................43
3.2.2. Kết quả kiểm định mô hình ........................................................................45
3.3. Vận hành điều tiết liên hồ chứa...................................................................45
3.3.1. Quy tắc vận hành ........................................................................................45
3.3.2. Thứ tự ưu tiên các nhu cầu sử dụng nước ...............................................46
3.3.3. Kịch bản điều hành ....................................................................................47
3.3.4. Kết quả tính toán cho năm điển hình 1982 ...............................................48
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................................................................................... 64
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 66
PHỤ LỤC .................................................................. Error! Bookmark not defined.

2


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Biểu diễn dƣới dạng đồ thị của diễn toán hồ chứa ..................................... 6
Hình 1.2: Sự cần thiết của điều tiết để đáp ứng yêu cầu của xã hội ........................... 7
Hình 1.3: Bản đồ lƣu vực sông Ba tỷ lệ 1/100.000 ................................................... 15
Hình 1.4: Bản đồ mạng lƣới trạm khí tƣợng thủy văn lƣu vực sông Ba tỷ lệ
1/100.000 ................................................................................................................... 26
Hình 1.5: Vị trí các hồ chứa trên lƣu vực sông Ba ................................................... 28
Hình 2.1: Sơ đồ tổng quát phát triển mô hình Athen ................................................ 31
Hình 2.2: Quan hệ λij, zij trong mô hình Athen........................................................ 32
Hình 2.3: Sơ đồ thuật toán vận hành đơn hồ chứa .................................................... 34

Hình 2.4: Sơ đồ diễn toán mô hình Athen đơn hồ chứa và phƣơng pháp Muskingum38
Hình 3.1: Các file số liệu đầu vào của mô hình Athen ............................................. 40
Hình 3.2: Đƣờng quá trình Q~t của các trạm trên sông Ba năm 1982 ..................... 41
Hình 3.3: Đƣờng quá trình lƣu lƣợng tính toán và thực đo trạm thủy văn Củng Sơn
năm 1983 ................................................................................................................... 44
Hình 3.4: Đƣờng quá trình lƣu lƣợng tính toán và thực đo trạm thủy văn Củng Sơn
năm 1982 ................................................................................................................... 45
Hình 3.5: File số liệu kết quả đầu ra sau khi chạy mô hình ...................................... 48
Hình 3.6: Quan hệ đầu ra giữa mực nƣớc hồ chứa, lƣợng trữ và tổng lƣợng ra (ứng
với nhu cầu thủy điện ở mức tối đa, hệ số 0.5) ......................................................... 50
Hình 3.7: Quan hệ đầu ra giữa các sử dụng nƣớc (ứng với nhu cầu thủy điện ở mức
tối đa, hệ số 0.5) ........................................................................................................ 51
Hình 3.8: Quan hệ giữa mực nƣớc tổng lƣợng đến hồ, tổng lƣợng nƣớc phát điện
ứng với mƣc đảm bảovà mực nƣớc hồ chứa sau khi vận hành ................................. 52
Hình 3.9: Quan hệ đầu ra giữa các nhu cầu sử dụng nƣớc (ứng với nhu cầu thủy
điện ở mức đảm bảo, hệ số 1.0) ................................................................................ 53
Hình 3.10: Nhu cầu, lƣợng nƣớc dùng thực tế của các hộ dùng nƣớc tại hồ An khê54
Hình 3.11: Nhu cầu, lƣợng nƣớc dùng thực tế của các hộ dùng nƣớc tại hồ Ba Hạ. 55
Hình 3.12: Nhu cầu, lƣợng nƣớc dùng thực tế của các hộ dùng nƣớc tại hồ An khê56
Hình 3.13: Nhu cầu, lƣợng nƣớc dùng thực tế của các hộ dùng nƣớc hồ Krông Hnăng ... 57
Hình 3.14: Quan hệ giữa mực nƣớc hồ sau khi vận hành, tổng lƣợng đến hồ, tổng
lƣợng nƣớc phát điện ứng với mức phù hợp ............................................................. 60
Hình 3.15: Quan hệ đầu ra giữa các nhu cầu sử dụng nƣớc ứng với mức phù hợp .. 63

3


MỞ ĐẦU
Hiện nay nhiều phần mềm vận hành tối ƣu hệ thống hồ chứa đã đƣợc xây
dựng, tuy nhiên khả năng giải quyết các bài toán thực tế vẫn còn hạn chế. Các phần

mềm tối ƣu hiện nay nói chung vẫn chỉ đƣa ra lời giải cho những điều kiện đã biết
mà không đƣa ra đƣợc 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 đƣa ra một phƣơng 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 lƣu vực sông Ba.
III. Nội dung nghiên cứu chủ yếu của Luận văn
Chƣơng 1: TỔNG QUAN
Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHÁT TRIỂN MÔ HÌNH ATHEN
LIÊN HỒ CHỨA
Chƣơng 3: ỨNG DỤNG MÔ HÌNH ATHEN VẬN HÀNH ĐIỀU TIẾT
LIÊN HỒ CHỨA LƢU VỰC SÔNG BA

4


Chƣơng 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
đƣợc các lợi ích kinh tế - xã hội nhƣ 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 nhƣ chống lũ, phát điện, cấp nƣớc, cảnh quan môi trƣờng, du lịch,... thƣờng
là những mục tiêu trái ngƣợc nhau về nhu cầu sử dụng lƣợng nƣớc 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 đƣợc 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 đƣợc các nhà khoa
học, các cơ quan quản lý khai thác lƣu vực sông trên thế giới đầu tƣ 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 nƣớc các lƣu 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 lƣu vực sông của Cơ quan quản lý vùng hạ lƣu sông Colorado (LCRA), nghiên
cứu của cơ quan năng lƣợng quốc gia Brazin về quản lý hệ thống hồ chứa thuỷ điện
trên sông Amazon... Mặc dù đã đƣợc nghiên cứu từ khá lâu nhƣng vẫn chƣa xác định
đƣợc phƣơng 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 phƣơng pháp cơ bản trong giai đoạn thiết kế và vận hành hồ chứa.

5


Diễn toán dòng chảy (trong đó có sóng lũ) qua một hồ chứa đƣợc 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 nƣớc lớn nhất trong thời kỳ thiết kế hồ chứa, thiết kế
các công trình xả tràn và cửa xả nƣớc và phân tích sóng lũ vỡ đập. Một hồ chứa có
thể đƣợc kiểm soát hoặc không đƣợc kiểm soát. Hồ chứa đƣợc 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 lƣợng xả.

Hình 1.1: Biểu diễn dưới dạng đồ thị của diễn toán hồ chứa
Một vài phƣơng pháp diễn toán sóng lũ qua hồ chứa đã đƣợc xây dựng, nhƣ
trong bảng sau:

Bảng 1.1: Một số phương pháp diễn toán sóng lũ qua hồ chứa
Phƣơng pháp đƣờng cong lũy tích

Phƣơng pháp Puls

Phƣơng pháp Puls cải tiến

Phƣơng pháp Wisler-Brater

Phƣơng pháp Goodrich

Phƣơng pháp Steinberg

Phƣơng pháp hệ số

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

6


nƣớc từ các dự án cung cấp nƣớc đô thị thế hệ kế tiếp sẽ thƣờng cao hơn 2 - 3 lần thế
hệ hiện tại. Do đó, bắt buộc tất cả các dự án phải đƣợc 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 đƣa ra trong
hình 1.2.
Điều hành hồ chứa là một phần quan trọng của quy hoạch và quản lý tài
nguyên nƣớc. Sau khi đƣợc xây dựng, các hƣớng dẫn chi tiết đƣợc đƣa đến cho
ngƣời điều hành để đƣa ra các quyết định đúng. Chính sách (quy trình) vận hành hồ
chứa xác định lƣợng xả từ lƣợng trữ tại một thời điểm nào đấy phụ thuộc vào trạng
thái của hồ chứa, mức yêu cầu cấp nƣớc và các thông tin về lƣợng 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 ƣu lƣu lƣợng
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 tƣơng thích với nó. Nếu các mục tiêu là tƣơng
thích, ít cần sự nỗ lực phối hợp giữa các mục tiêu.

7


* Phương pháp tối ưu hoá
Kỹ thuật tối ƣu hoá bằng quy hoạch tuyến tính và quy hoạch động đã đƣợc
sử dụng rộng rãi trong tài nguyên nƣớc. Loucks và nnk (1981) đã minh họa áp
dụng, quy hoạch phi tuyến và Quy hoạch động cho tài nguyên nƣớc. Nhiều tổng

quan áp dụng kỹ thuật hệ thống cho bài toán tài nguyên nƣớc đã đƣợc đăng tải
nhiều lần, thí dụ nhƣ bởi Yakowitz (1982), Yeh (1985), Simonovic (1992) và
Wurbs (1993).
Young (1967) lần đầu tiên đề xuất sử dụng phƣơng pháp hồi quy tuyến tính
để vạch ra quy tắc vận hành chung từ tối ƣu hoá. Phƣơng pháp mà ông đã dùng
đƣợc gọi là “quy hoạch động Monte - Carlo”. Về cơ bản, phƣơng pháp của ông
dùng kỹ thuật Monte - Carlo tạo ra một số chuỗi dòng chảy năm tổng hợp cho sông.
Quy trình tối ƣu thu đƣợc cho mỗi chuỗi dòng chảy nhân tạo sau đó đƣợc sử dụng
trong phân tích hồi quy để cố gắng xác định nhân tố ảnh hƣởng đến chiến thuật tối
ƣu. Các kết quả là một xấp xỉ tốt của quy trình tối ƣu thực.
Một mô hình quy hoạch để thiết kế hệ thống kiểm soát lũ hồ chứa đa mục
tiêu đã đƣợc 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 đƣợc Bhaskar và Whilach
(1980) gợi ý. Quy tắc để điều hành một hệ thống nhiều hồ chứa cũng đƣợc phát
triển trên quy hoạch động ngẫu nhiên, yêu cầu mô tả rõ xác suất dòng chảy và hàm
tổn thất. Phƣơng pháp này đƣợc Butcher (1971), Louks (1981) và nhiều ngƣời khác
sử dụng.
Mô hình tối ƣu hoá thƣờng đƣợc 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 ƣu hoá
với mục tiêu cực tiểu hoá tổn thất hạn ngắn. Nghiên cứu chỉ ra rằng khi có một sự
nhân nhƣợng là gánh chịu một đơn vị độ lệch lƣợng trữ và một đơn vị độ lệch lƣợng
xả từ các giá trị đích tƣơng ứng thì phép giải tối ƣu hoá phụ thuộc vào dòng chảy
tƣơng lai bất định cũng nhƣ hình dạng hàm tổn thất.

8


Áp dụng mô hình tối ƣu 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 tƣơng lai bất định, sự bất
lực để xác định và định lƣợng tất cả các mục tiêu và sự cần thiết cho việc tƣơng tác
tốt hơn với ngƣời sử dụng). Một phƣơng pháp khác đang đƣợc sử dụng hiện nay để
giải thích tính ngẫu nhiên của đầu vào là chƣơng trình logic mờ. Lý thuyết tập mờ
đã đƣợc Zadeth (1965) giới thiệu. Jairaj và Vedula (2000) đã áp dụng phƣơng pháp
này cho tối ƣu hoá nhiều hồ chứa.
Phƣơng pháp tối ƣu hoá là phƣơng pháp xác định lời giải của hệ thống theo
mục tiêu khai thác hệ thống bằng cách lƣợng hoá chúng thành các hàm mục tiêu.
Sau khi xác định đƣợc 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 ƣu. Mô hình mô tả hàm mục tiêu đƣợc gọi là mô hình tối ƣu. 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 thƣờng gặp các bài toán đa mục tiêu do những mục đích
khai thác khác nhau. Dƣới 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 nƣớc.
* Phương pháp mô phỏng
Vì không có khả năng để thí nghiệm với hồ chứa thực, mô hình mô phỏng
toán học đƣợc 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 nƣớc
của đầu vào, đầu ra hồ chứa và biến đổi lƣợng trữ. Kỹ thuật mô phỏng đã cung cấp
cầu nối từ các công cụ giải tích trƣớc 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

9

riêng biệt hoặc hiệu quả của các hiện tƣợng 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 ƣu hoá. Các kết quả mô phỏng sẽ
dễ dàng thỏa hiệp trong trƣờng 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 đƣợc 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 đƣợc đánh giá nhanh
chóng.
Một trong số mô hình phổ biến rộng rãi nhất đƣợc 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 tƣơng tác (IRIS) (Loucks
và nnk 1989). Gói phân tích quyền lợi nƣớc (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 nƣớc của hệ thống hồ
chứa dựa trên các đƣờng 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 đƣợc so sánh và đánh giá. Phân tích tính toán giá trị trung
bình, phƣơng sai và phân bố theo thời gian của các chỉ số đánh giá họat động hồ
chứa, nhƣ dung tích hồ chứa, lƣợng 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 nhƣ độ tin cậy, độ phục hồi và tính dễ bị tổn thƣơng hệ thống. Các mô
10


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, đƣa 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 đƣợc 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 tƣơng lai gần sẽ có thêm các hồ chứa nhƣ 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 nƣớc cho vùng đồng bằng Bắc bộ với khoảng 1 triệu ha đất nông
nghiệp và góp phần sản xuất một lƣợng lớn nguồn điện cho quốc gia.
Bậc thang hồ chứa trên sông Đồng Nai gồm các hồ chứa lớn nhƣ Trị An,
Hàm Thuận - Đa Nhim, Dầu Tiếng, Thác Mơ, Phƣớc Hòa, Đồng Nai 3, Đồng Nai 4
phục vụ cấp nƣớc, 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, Thƣợng Kon Tum, Pleikrong, Sesan 3, Sesan 3A, Sesan 4, đập
điều hoà, BuonKop, BuonTuaSrah, thƣợng KrongBuk, phục vụ phát điện, cấp nƣớc
nông nghiệp cho vùng lãnh thổ Việt Nam đảm bảo duy trì dòng chảy môi trƣờng
cho vùng hạ lƣu thuộc lãnh thổ Campuchia.
Để phục vụ cho bài toán quản lý lũ, xây dựng hệ thống vận hành chống lũ
lƣu vực sông Hƣơng 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 nƣớc
đƣợc thực hiện trong nhiều nghiên cứu nhƣ 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 lƣu vực sông Orange-FishSundays ở Nam Phi,...

11


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 ƣu phát điện đã đề xuất chế độ vận hành hợp lý đảm bảo an toàn chống lũ hạ
du đồng thời tăng sản lƣợng 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-chƣa 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
đƣợc sử dụng phục vụ cho bài toán vận hành hệ thống công trình phục vụ cấp nƣớc
bằng diễn toán quá trình dòng chảy trong sông và hệ thống lấy nƣớc vùng hạ du
(trạm bơm, cống tự chảy, đập dâng …) để kiểm tra khả năng cấp của hệ thống, cũng
nhƣ khả năng vận hành các cống, trạm bơm…. có thể lấy đủ nƣớc vào trong các hệ
thống sử dụng nƣớc hay không.
Lê Kim Truyền, Đại học Thủy lợi - Nghiên cứu cơ sở khoa học và thực tiễn
điều hành cấp nƣớc 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 nƣớc TN1, TN2 do
Trƣờng Đại học Thủy lợi xây dựng. Đề xuất mực nƣớc 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 600m3/s, Thác Bà là 140m3/s, Tuyên Quang: 150m3/s. Khi có hồ Sơn La,
1100m3/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 nƣớc 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
ƣu nhu cầu sử dụng nƣớc và mô hình MIKE-11 để tính toán dòng chảy hạ du. Thời
đoạn phân tích là 10 ngày.

12


Nguyễn Lan Châu, Trung tâm Dự báo Khí tƣợng Thủy văn Trung ƣơng Đánh giá tác động của hệ thống hồ chứa trên sông Đà, sông Lô đến dòng chảy mùa
cạn hạ lƣu sông Hồng và đề xuất giải pháp đảm bảo nguồn nƣớc cho hạ du.
Trƣờng 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 nƣớc chống hạn hạ lƣu. Tác giả dùng HEC-RESSIM cùng với MIKE11
để tính toán, đề xuất các phƣơng án xả nƣớc và thời kỳ xả nƣớc để duy trì mực nƣớc
Hà Nội không dƣới 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 ƣu hệ thống hồ chứa đã đƣợc xây dựng, tuy
nhiên khả năng giải quyết các bài toán thực tế vẫn còn hạn chế. Các phần mềm tối
ƣu hiện nay nói chung vẫn chỉ đƣa ra lời giải cho những điều kiện đã biết mà không
đƣa ra đƣợc các nguyên tắc vận hành hữu ích. Phần lớn các phần mềm vận hành hồ
chứa đƣợc kết nối với mô hình diễn toán lũ dựa trên mô hình Muskingum hay sóng
động học nhƣ các phần mềm thƣơng 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 đƣợc cho lƣu
vực có ảnh hƣởng của thủy triều hay nƣớc vật. Các nghiên cứu mới nhất gần đây về
điều hành chống lũ cũng chỉ đƣợc 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 phƣơng
trình cân bằng nƣớc 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 nƣớc 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
đƣợc vào mô hình.
Năm 2007 (phiên bản 1), năm 2010 (phiên bản 2) - Trƣờng 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
13


đây là mô hình có mã nguồn mở, do vậy khi cần can thiệp vào mô hình, chúng ta có
thể can thiệp đƣợc.
Do vậy dựa vào mô hình Athen điều tiết đơn hồ chứa và phƣơng 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
lƣu vực sông Ba.
1.2. Tổng quan về điều kiện tự nhiên lƣu 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
Lƣu vực sông Ba là một trong chín lƣu vực sông lớn nhất Việt Nam. Lƣu 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 lƣu vực ở vào khoảng 12 055’ đến 14038’ vĩ độ Bắc và
108000’ đến 109055’ kinh độ Đông, phía Bắc giáp với lƣu vực sông Sêsan và sông
Trà Khúc, phía Nam giáp với lƣu vực sông Cái, sông Srêpok, phía Đông giáp lƣu
vực sông Kôn, sông Kỳ Lộ và Biển Đông. Diện tích tự nhiên lƣu vực kể cả nhánh
sông Bàn Thạch là 14.140 km2.
Địa hình của lƣu vực bị chia cắt mạnh bởi sự chi phối mạnh mẽ của dãy
Trƣờng Sơn tạo cho lƣu vực có dạng lòng máng chạy dài từ thƣợng nguồn đến hạ

lƣu 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 lƣu sông Ayun với tiềm
năng đất canh tác nông nghiệp hàng vạn ha, rất thích hợp với các loại cây lƣơng
thực và cây công nghiệp ngắn ngày phát triển. Vùng hạ lƣu 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.

14


S.Ba Thƣợng

S.Yayun

S.Krông Hnăng

S.Đà Rằng

S.Hinh

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

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

15


b. Điều kiện Khí hậu, Thủy văn
Phần lớn đất đai lƣu vực sông Ba nằm ở sƣờn phía Tây Trƣờng Sơn và một
phần nhỏ ở hạ lƣu nằm ở phía Đông Trƣờng Sơn, do vậy hàng năm sông Ba chịu
ảnh hƣởng của hai luồng gió: gió mùa Tây Nam và gió mùa Đông Bắc. Song do tính
chất phức tạp của địa hình trên lƣu vực, đặc biệt là sự chi phối mạnh mẽ của dãy
Trƣờng Sơn kết hợp với hoàn lƣu gió mùa đã tạo cho lƣu vực sông Ba có ba kiểu
khí hậu khác nhau. Trong đó, vùng thƣợng lƣu và trung lƣu chịu ảnh hƣởng của khí
hậu Tây Trƣờng Sơn và khí hậu chuyển tiếp còn vùng hạ lƣu chịu ảnh hƣởng của
khí hậu Đông Trƣờng 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 mƣa dông với lƣợng
mƣa khá phong phú. Từ tháng XI đến tháng IV năm sau là một mùa khô ít mƣa 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 hƣởng 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 Trƣờng Sơn bị suy yếu thành áp thấp nhiệt đới gây mƣa lớn ở hạ lƣu sông Ba từ
Củng Sơn đến biển, lƣu vực sông Hinh và lƣu 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. Lƣợng mƣa chín tháng này chỉ chiếm 30 - 35% tổng lƣợng mƣa
năm.
Khí hậu chuyển tiếp: do tác động của hai kiểu khí hậu Đông và Tây Trƣờng
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 lƣu (từ An Khê đến Củng Sơn) hàng năm từ tháng V
đến tháng XI có mùa mƣa dịu mát. Tuy lƣợng mƣa vùng không lớn nhƣng lại kéo
dài nhiều ngày cũng là một thuận lợi cho cây công nghiệp, cây màu phát triển…

16


Các đặc trưng khí hậu cơ bản trên lưu vực sông Ba
-

Nhiệt độ không khí

Nhiệt độ bình quân vùng thƣợng lƣu là 21,5 – 23,50C, vùng trung lƣu là 25 260C, và vùng hạ lƣu 26 - 270C. Tháng có nhiệt độ cao nhất ở vùng thƣợng lƣu và
trung lƣu là tháng IV, tháng V và nhiệt độ trong các tháng này có thể đạt 24 - 280C,
ở vùng hạ du thƣờng là tháng VI, tháng VII và nhiệt độ có thể đạt 28 - 290C.
Tháng có nhiệt độ thấp nhất trên toàn lƣu vực là tháng I hàng năm và nhiệt
độ ở vùng núi đạt khoảng 19 - 220C, vùng thung lũng và đồng bằng đạt 19 - 220C.
-

Số giờ nắng

Số giờ nắng trên lƣu vực sông Ba hàng năm khoảng 2180 - 2540 giờ/năm.
Tháng có số giờ nắng nhiều nhất thƣờng 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 thƣờng vào tháng
cuối mùa mƣa 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 lƣợng mƣa.
Vào các tháng mùa mƣa, độ ẩm có thể đạt 80 - 90%. Các tháng mùa khô, độ ẩm chỉ
từ 70 - 80%. Độ ẩm không khí thấp nhất trên lƣu vực sông Ba có thể xuống tới mức
15 - 20%.

-

Bốc hơi

Khả năng bốc hơi trên lƣu vực phụ thuộc vào các yếu tố khí hậu: nhiệt độ
không khí, nắng, gió, độ ẩm, mặt đệm… Đối với lƣu vực sông Ba, tuỳ từng vị trí
lƣợng bốc hơi hàng năm khoảng 1000 - 1500 mm. Khả năng bốc hơi nhiều thƣờng
xảy ra vào các tháng ít mƣa, nhiều nắng, nhiệt độ cao và tốc độ gió lớn, khả năng
bốc hơi nhỏ thì ngƣợc lại.
Ở vùng thƣợng du và trung du, lƣợng bốc hơi lớn nhất thƣờng vào tháng III
và tháng IV có thể đạt 120 - 200 mm/tháng, lƣợng bốc hơi nhỏ nhất thƣờng từ tháng
X đến tháng XI và chỉ đạt 50 - 85 mm/tháng. Ở hạ lƣu sông Ba lƣợng bốc hơi lớn
nhất vào tháng VI đến tháng VIII với lƣợng bốc hơi khoảng 130 - 200 mm/tháng.
Bốc hơi nhỏ nhất vào tháng X đến tháng XII với lƣợng bốc hơi khoảng 50 - 80
mm/tháng.

17


-

Gió

Trên nền chung của cơ chế gió mùa cùng với sự chia cắt mạnh mẽ của địa
hình và hƣớng của các dãy núi cao. Hàng năm vùng lƣu vực sông Ba chịu ảnh
hƣởng của hai hƣớng gió chính thổi tới, từ tháng V đến tháng IX hƣớng Tây và Tây
Nam, từ tháng X đến tháng IV năm sau là hƣớng Đông và Đông Bắc. Vùng thƣợng
và hạ lƣu sông Ba tốc độ gió thƣờng lớn hơn vùng trung du, nguyên nhân là vùng
trung du bị các dãy núi cao che khuất nhiều, còn vùng thƣợng và hạ du khá thuận
lợi cho việc đón các hƣớng gió.

Tốc độ gió trung bình hàng năm vùng thƣợng 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 đƣợc
ở thƣợng 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 thƣờng xuất hiện từ biển Đông. Do tác động chắn gió của dải Trƣờng
Sơn nên hàng năm lƣu vực sông Ba phần thƣợng và trung lƣu thƣờng không có bão.
Khi bão từ biển Đông đổ bộ vào gặp dải Trƣờng 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 mƣa lớn
cho toàn lƣu vực sông Ba. Riêng phần hạ du lƣu vực sông Ba mở ra theo hƣớng
Đông - Tây nên thuận tiện cho bão tràn vào gây gió mạnh và mƣa lớn ở hạ lƣu.
-

Mưa

Do đặc điểm địa hình và điều kiện khí hậu mà chế độ mƣa của lƣu vực sông
Ba khá phức tạp so với các lƣu vực sông lân cận. Khi vùng thƣợng và trung du lƣu
vực đã bƣớc vào mùa mƣa thì vùng hạ du vẫn đang ở thời kỳ khô hạn, ngƣợc lại,
khi vùng thƣợng và trung du đã kết thúc mùa mƣa nhƣng vùng hạ du vẫn trong thời
kỳ mƣa lớn. Mùa mƣa ở vùng thƣợng và trung du thƣờng đến sớm từ tháng V và kết
thúc vào tháng X hoặc tháng XI, kéo dài trong 6 - 7 tháng. Trong khi đó, mùa mƣa
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 mƣa bao gồm những tháng có lƣợng mƣa lớn hơn
lƣợng mƣa bình quân tháng trong năm và đạt trên 50% tổng số năm quan trắc thì
mùa mƣa tại các nơi trên lƣu vực sông Ba nhƣ sau:
+ Khu vực Tây Trƣờng Sơn

18

Mùa mƣa kéo dài 6 tháng, từ tháng V đến tháng X trùng với mùa gió mùa
Tây Nam hoạt động. Lƣợng mƣa cả mùa mƣa xấp xỉ 90% lƣợng mƣa năm. Tháng
VIII và tháng IX thƣờng có lƣợng mƣa tháng lớn nhất và đạt trên 200 mm/tháng, ở
nơi ít mƣa từ 350 đến 470 mm/tháng ở nơi nhiều mƣa. Từ tháng I đến tháng III có
nhiều năm không có mƣa và nếu có thì lƣợng mƣa cũng không đáng kể (chỉ từ 2 10 mm/tháng) và cũng chỉ mƣa trong một vài ngày. Đại diện cho khu vực này là
trạm Pleiku, Pơ Mơ Rê, Chƣ Sê…
+ Khu vực Đông Trƣờng Sơn
Mùa mƣa 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. Lƣợng
mƣa trong mùa mƣa ở đây chiếm 65 - 75% lƣợng mƣa cả năm. Mƣa lớn thƣờng xảy
ra vào tháng X và tháng XI, tháng có lƣợng mƣa 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 mƣa trong tháng từ 20 - 25 ngày/tháng. Mùa ít mƣa kéo dài 8 - 9
tháng (từ tháng I đến tháng VIII hoặc IX) lƣợng mƣa trong mùa ít mƣa chiếm 30 35% lƣợng mƣa cả năm. Tháng II đến tháng III thƣờng có lƣợng mƣa nhỏ nhất và
chỉ đạt 20 - 30 mm/tháng đối với vùng cao, dƣới 20 mm/tháng đối với vùng thấp.
Khu vực này thƣờng có đỉnh mƣa từ tháng V đến tháng VI hàng năm. Tháng VII và
tháng VIII lƣợng mƣa 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 Trƣờng Sơn.
Mùa mƣa ở đây kéo dài bảy tháng từ tháng V đến tháng XI. Lƣợng mƣa mùa mƣa
chiếm khoảng 85 - 93 % lƣợng mƣa năm. Số ngày mƣa trong mùa mƣa khoảng 15 20 ngày mƣa trong một tháng. Tháng IX và tháng X thƣờng có lƣợng mƣa tháng lớn
nhất đạt khoảng 250 - 350 mm/tháng, xấp xỉ 20% lƣợng mƣa 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 mƣa nhất, lƣợng mƣa trong hai tháng này có nhiều năm bằng 0 và nếu có
mƣa thì cũng chỉ đạt 2 - 10 mm/tháng và cũng chỉ mƣa trong vài ngày.

19

-

Dòng chảy lũ

Nguyên nhân sinh lũ là do mƣa có cƣờng độ lớn gây ra lũ trên sông suối
trong lƣu vực gọi là mƣa sinh lũ. Các đặc trƣng của mƣa sinh lũ nhƣ cƣờng độ mƣa,
tâm mƣa, phân bố mƣa là các yếu tố quyết định đến độ lớn nhỏ của dòng chảy lũ.
Mƣa sinh lũ trên lƣu vực sông Ba chủ yếu do các nguyên nhân sau:
Mƣa dông do gió mùa Tây Nam kết hợp với dải hội tụ nhiệt đới.
Do bão từ biển Đông vào đất liền, gặp dải Trƣờng Sơn tạo thành vùng áp
thấp nhiệt đới.
Sự kết hợp của hai yếu tố trên thƣờng xảy ra vào cuối mùa mƣa Tây Trƣờng
Sơn, vào cuối tháng X hoặc tháng XI hàng năm. Khả năng của mƣa sinh lũ lớn trên
lƣu vực sông Ba thƣờng rơi vào tháng IX đến tháng XI hàng năm. Qua nghiên cứu
cho thấy từ tháng V đến tháng VIII tuy đã là mùa mƣa Tây Trƣờng Sơn và lƣợng
mƣa cũng khá lớn, song lƣợng mƣa và cƣờng độ mƣa vẫn chƣa đủ lớn, đất đai lại
mới trải qua một mùa khô hạn gay gắt. Vì vậy, mƣa 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 mƣa cuối mùa phía
Tây Trƣờng Sơn làm cho lƣợng mƣa và cƣờng độ mƣa trên lƣu vực tăng lên mạnh
mẽ vƣợt qua cƣờng độ thấm, khả năng trữ nƣớc trong đất đã đạt đến mức bão hoà
do đó lũ trong thời gian này là lũ lớn nhất trong năm.
Phần lƣu vực sông Ba từ trung du đến thƣợng nguồn nằm trên các khu vực
địa hình khác nhau, có chế độ mƣa khác nhau và cƣờng độ mƣa sinh lũ nói chung
không lớn nên lũ vùng này không lớn và hầu nhƣ không có sự tổ hợp của các lũ
sông nhánh gặp nhau ở dòng chính gây lũ lớn.
Phần lƣu vực phía hạ lƣu thì ngƣợc lại, mƣa lớn trong năm tập trung trong
thời gian tƣơng đối ngắn, cƣờng độ mƣa lớn, khi lũ cuối mùa trên dòng chính sông
Ba về đến Củng Sơn thƣờng trùng với thời kỳ mƣa lớn vùng hạ lƣu, do đó lũ lớn

trong năm thƣờng gặp nhau. Do lũ lớn hàng năm ở hạ lƣu sông Ba thƣờng gặp nhau
nên tình hình ngập lụt vùng hạ du trong thời gian này nói chung là nghiêm trọng,

20


nhất là đối với vùng canh tác lúa Tuy Hoà thuộc hệ thống tƣới Đồng Cam. Vì vậy
cần có giải pháp tiêu thoát nƣớc vùng hạ lƣu và nhất là vùng lúa Phú Yên và thành
phố Tuy Hoà.
Trên lƣu vực, đỉnh lũ xuất hiện ở các sông nhánh và sông chính thƣờng
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 thƣờng xuất hiện chủ yếu vào tháng X và XI, mô đuyn đỉnh lũ trung bình An Khê
khoảng 920 l/skm2, tại Củng Sơn khoảng 660 l/skm2. Lƣu 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 lƣu vực sông Ba thƣờng xuất hiện vào tháng III
hoặc IV đối với vùng thƣợng 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/km2 vùng thƣợng và trung
du, từ 5 ÷ 12 l/s/km2 vùng hạ du.
Dòng chảy kiệt ngày thƣờng rơi vào tháng có dòng chảy kiệt nhất.
Nhìn chung, ở những nơi có độ dốc lƣu vực lớn, rừng đầu nguồn bị khai phá
nhiều, đất đai tơi xốp, lƣợng mƣa nhỏ thì dòng chảy kiệt ở đó nghèo nàn.
Tại các vị trí trạm đo thuỷ văn thuộc lƣu vực sông Ba đã đo đƣợc dòng chảy
kiệt nhƣ sau:

Bảng 1.2: Dòng chảy kiệt đo tại các trạm thủy văn trên lưu vực sông Ba

Dòng chảy kiệt tháng
Trạm

An
Khê
Krông
HNăng

Flv
(km2)

M

Mmax

Năm

(l/skm2) (l/skm2)

Dòng chảy kiệt ngày

Mmin

Năm

(l/skm2)

M

Mmax

Năm

(l/skm2) (l/skm2)

Mmin

Năm

(l/skm2)

1350

5.64

11.0

97

0.39

83

3.51

7.85

99

0.22

83

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
21


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 km2 hầu nhƣ
không có nƣớc.
Kết quả đo đạc dòng chảy kiệt tại một số vị trí dòng nhánh và dòng chính của
sông Ba nhƣ sau:

Bảng 1.3: Kết quả đo đạc dòng chảy kiệt một số vị trí trên sông Ba
Vị trí tuyến đo

Flv (km2)

Ngày

Q (m3/s)

M (l/s/km2)

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
Lƣu vực sông Ba bắt nguồn từ đỉnh núi cao Ngọc Rô 1549 m của dải Trƣờng
Sơn. Từ thƣợng nguồn đến An Khê sông chảy theo hƣớng Tây Bắc - Đông Nam sau
đó chuyển hƣớng Bắc Nam, đến cửa sông Hinh chảy theo hƣớng gần nhƣ Tây Đông
rồi đổ ra biển Đông tại Tuy Hoà.
Tính từ thƣợng nguồn đến cửa ra (sông Đà Rằng), sông Ba có diện tích lƣu
vực 13.900 km2, với chiều dài sông chính là 374 km, mật độ lƣới sông 0,22
km/km2.

22


Sông Ba có nhiều suối nhỏ đổ vào, trong đó có 36 phụ lƣu cấp I, 54 phụ lƣu
cấp II, 14 phụ lƣu cấp III và 1 sông nhánh cấp IV. Có 3 sông nhánh đáng chú ý:
- Sông Ayun: bắt nguồn từ đỉnh núi KrôngHơDung cao 1220 m. Sông chảy
theo hƣớng Bắc Nam, sau đó chuyển hƣớng Tây Bắc - Đông Nam rồi nhập với
dòng chính sông Ba tại vị trí cách thị trấn Cheo Reo chừng 1 km về phía Bắc. Đây
là dòng nhánh lớn nhất có diện tích lƣu vực 2950 km2, độ dài sông 175 km.
- Sông Hinh: bắt nguồn từ đỉnh núi ChƣH’Mu cao 2051 m. Hƣớng dòng
chảy chính là Tây Bắc - Đông Nam đến vĩ độ 12005’, sông chảy theo hƣớng Bắc
Nam rồi nhập với dòng chính sông Ba ở phía trên Sơn Hòa. Sông có diện tích lƣu
vực 1040 km2, độ dài sông 88 km. Lƣu vực sông Hinh có lƣợng mƣa dồi dào nhất
lƣu vực sông Ba.

- Sông Krông HNăng: bắt nguồn từ đỉnh núi Chƣ Tung cao 1215 m. Hƣớng
dòng chảy tƣơng đối phức tạp gần nhƣ hình vòng cung. Hƣớng dòng chảy chủ yếu
là Bắc Nam và Tây Bắc - Đông Nam rồi nhập với sông Ba tại ranh giới Gia Lai và
Phú Yên. Sông có diện tích lƣu vực là 1840 km2, độ dài sông là 130 km.
Ba nhánh sông trên đều nằm trên hữu ngạn sông Ba. Hàng năm, trên toàn lƣu
vực nhận một lƣợng mƣa bình quân khoảng 1740 mm với mô số dòng chảy đạt 22.8
l/skm2, lƣợng nƣớc đến hàng năm tại cửa ra khoảng 9,5 tỷ m3. Các sông suối thuộc
lƣu vực sông Ba hẹp và sâu, độ dốc sông suối lớn nên có tiềm năng lớn về thủy
năng.

Bảng 1.4: Đặc trưng hình thái lưu vực sông Ba

Tên
sông

Sông
Ba
Đak
PôKô

Diện
Chiều
tích
dài
lƣu vực lƣu vực
2
(km)
(km )

Độ cao Độ dốc Chiều

bình
bình
rộng
quân
quân
bình
lƣu
lƣu
quân
vực
vực
lƣu vực
(m)
(%)
(km)

Độ cao
nguồn
sông
(m)

Chiều
dài
sông
(km)

1200

388

386

13900

400

10.9

48.6

0.22

900

52

30

762

574

11.5

25.4

0.45

23

Mật độ
lƣới sông
(km/km2)


IA Pi
Hao

800

70

56.5

55.2

540

8.4

9.8

0.32

Ayun

850

175

118

2950

537

7.1

25

0.41

900

130

75

1840

477

9.5

24.5

0.54

550

88

59

1040

526

15.7

17.7

0.53

Krông
HNăng
Sông
Hinh

Nguồn: Đề tài cấp nhà nước-KC08.30-10.2010
1.2.3. Tình hình tài liệu khí tượng thủy văn
+ Tài liệu khí tượng
Trong và lân cận lƣu vực sông Ba có 28 trạm đo mƣa và khí hậu, trong đó có
7 trạm đo các yếu tố khí hậu. Tính trung bình khoảng 695 km2 có một trạm đo mƣa
và 2400 km2 có một trạm đo khí hậu. Phần lớn các trạm đƣợc quan trắc từ sau ngày
giải phóng miền Nam (1975) trong đó có 5 trạm đo mƣa có tài liệu trƣớc giải phóng
là: Pleiku năm 1934 - 1944, 1956 - 1974, An Khê năm 1928 - 1940, Cheo Reo năm
1931 - 1942, 1961 - 1974, Tuy Hoà năm 1933 - 1942, 1957 - 1974, Mdrăk năm
1931 - 1942. Còn phần lớn các trạm có tài liệu từ năm 1977 đến nay.
+ Tài liệu thuỷ văn

Trên lƣu vực sông Ba và vùng lân cận có 15 trạm quan trắc thuỷ văn, trong
đó có 13 trạm đo mực nƣớc và lƣu lƣợng, 2 trạm đo mực nƣớc. Các trạm có tài liệu
quan trắc trƣớc năm 1975 là An Khê ở thƣợng lƣu dòng chính sông Ba có tài liệu
mực nƣớc lƣu lƣợng từ năm 1967 - 1974. Trạm Cheo Reo ở trung lƣu dòng chính
sông Ba chỉ có tài liệu mực nƣớc và lƣu lƣợng các năm 70, 73, 74, trạm Kon Tum
sông Đak Bla có tài liệu mực nƣớc lƣu lƣợng (1966 - 1974) còn lại các trạm đều có
tài liệu quan trắc sau năm 1975: gồm 4 trạm trên dòng chính sông Ba trong đó có 2
trạm đo mực nƣớc và lƣu lƣợng là An Khê và Củng Sơn, 2 trạm đo mực nƣớc là
Cheo Reo và Phú Lâm (Tuy Hoà), 3 trạm đo trên dòng chính còn lại là các trạm
nằm ngoài lƣu vực sông Ba. Trong nghiên cứu tính toán đã sử dụng toàn bộ tài liệu
của các trạm hiện có vùng ven biển khu 5 và Tây Nguyên.

24


Bảng 1.5: Danh sách các trạm khí tượng thủy văn trên lưu vực sông Ba
Loại trạm

Tọa độ

Tên Trạm

Thủy
văn

Khí
tƣợng

Đo
mƣa

Kinh độ

Vĩ độ

1

2

3

4

5

6

1

Củng Sơn

x

108059'

13002'

2

Phú Lâm

x

109018'

13004'

3

Cheo Reo

x

108026'

13025'

4

Sông Hinh

x

108058'

13001'

5

Tuy Hòa

x

109016'

13004'

6

KonPlông

x

108008'

14028'

7

An Khê

x

108039'

13057'

8

Ayun Pa

x

108028'

13028'

9

Pơ Mơ Rê

x

108021'

14002'

10

Buôn Hồ

x

108016'

12054'

11

Sơn Hòa

x

108059'

12003'

12

MĐrăk

x

108047'

12042'

13

Kon Tum

x

108001'

14030'

14

Plêiku

x

108000'

13059'

15

An Hòa

x

108055'

14035'

16

Sơn Thành

x

109001'

12056'

17

Mang Yang

x

108000'

13058'

18

Thuần Mẫn

x

108001'

13014'

19

Đá Bàn

x

109006'

12037'

20

Nghĩa Thành

x

108047'

13005'

21

Sông Cầu

x

109004'

13027'

22

Chƣ Sê

x

108004'

13042'

TT

x

x

x

25