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

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

Thân Văn Đón

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

Chuyên ngành:
Mã số:

Thủy văn học
60.44.90

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS.TS NGUYỄN HỮU KHẢI

Hà Nội-Năm 2011

1


MỤC LỤC
DANH MỤC BẢNG ............................................................................................. iv
DANH MỤC HÌNH VẼ ...........................................................................................v
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT .............................................................................. vi
MỞ ĐẦU .................................................................................................................1
Chương 1: TỔNG QUAN ........................................................................................2

1.1. Tổng quan về điều tiết hồ chứa .................................................................. 2
1.1.1. Tình hình nghiên cứu ngồi nước ........................................................... 2
1.1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước ............................................................ 8
1.1.3. Một số mơ hình mơ phỏng vận hành hồ chứa đã và đang được nghiên
cứu phát triển và ứng dụng trong thực tế ........................................................ 10
1.2. Tổng quan về điều kiện tự nhiên lưu vực sơng Ba .................................. 11
1.2.1. Vị trí địa lý và điều kiện Khí hậu Thủy văn ............................................ 11
1.2.2. Mạng lưới sơng ngịi............................................................................... 19
1.2.3. Tình hình tài liệu khí tượng thủy văn .................................................... 21
1.2.4. Hệ thống hồ chứa trên lưu vực sông Ba ................................................ 24
Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHÁT TRIỂN MƠ HÌNH ATHEN ĐIỀU TIẾT
LIÊN HỒ CHỨA ................................................................................................... 26
2.1. Cơ sở phát triển mơ hình Athen điều tiết liên hồ chứa ........................... 26
2.2. Lý thuyết mơ hình Athen ......................................................................... 29
2.2.1. Các thành phần mơ hình ........................................................................ 29
2.2.2. Phương trình diễn toán .......................................................................... 30
2.3. Lý thuyết phương pháp Muskingum ....................................................... 31
2.4. Liên kết mơ hình Athen điều tiết đơn hồ chứa và phương pháp
Muskingum ...................................................................................................... 34
2.5. Yêu cầu tệp số liệu đầu vào cho mơ hình Athen điều tiết liên hồ chứa .. 36
Chương 3. ỨNG DỤNG MƠ HÌNH ATHEN VẬN HÀNH ĐIỀU TIẾT LIÊN HỒ
CHỨA LƯU VỰC SÔNG BA ............................................................................... 37
3.1. Dữ liệu đầu vào của mơ hình.................................................................... 37
3.1.1. Số liệu thủy văn và đặc trưng hồ chứa ................................................... 37
3.1.2. Số liệu nhu cầu sử dụng nước của các hộ dùng nước ........................... 39
3.1.3. Các thông số của phương pháp Muskingum .......................................... 39
3.2. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình ............................................................ 39

ii

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

iii


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

iv

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Biểu diễn dưới dạng đồ thị của diễn tốn hồ chứa ...................................3
Hình 1.2: Sự cần thiết của điều tiết để đáp ứng yêu cầu của xã hội...........................4
Hình 1.3: Bản đồ lưu vực sơng Ba tỷ lệ 1/100.000 ................................................. 12
Hình 1.4: Bản đồ mạng lưới trạm khí tượng thủy văn lưu vực sơng Ba tỷ lệ
1/100.000 ............................................................................................................... 23
Hình 1.5: Vị trí các hồ chứa trên lưu vực sơng Ba .................................................. 25
Hình 2.1: Sơ đồ tổng qt phát triển mơ hình Athen .............................................. 28
Hình 2.2: Quan hệ λij, zij trong mơ hình Athen ...................................................... 29
Hình 2.3: Sơ đồ thuật tốn vận hành đơn hồ chứa .................................................. 31
Hình 2.4: Sơ đồ diễn tốn mơ hình Athen đơn hồ chứa và phương pháp Muskingum35
Hình 3.1: Các file số liệu đầu vào của mơ hình Athen ............................................ 37
Hình 3.2: Đường q trình Q~t của các trạm trên sơng Ba năm 1982 ..................... 38
Hình 3.3: Đường q trình lưu lượng tính toán và thực đo trạm thủy văn Củng Sơn
năm 1983 ............................................................................................................... 41
Hình 3.4: Đường q trình lưu lượng tính tốn và thực đo trạm thủy văn Củng Sơn
năm 1982 ............................................................................................................... 42
Hình 3.5: File số liệu kết quả đầu ra sau khi chạy mơ hình ..................................... 45
Hình 3.6: Quan hệ đầu ra giữa mực nước hồ chứa, lượng trữ và tổng lượng ra (ứng
với nhu cầu thủy điện ở mức tối đa, hệ số 0.5) ....................................................... 47
Hình 3.7: Quan hệ đầu ra giữa các sử dụng nước (ứng với nhu cầu thủy điện ở mức
tối đa, hệ số 0.5)..................................................................................................... 48
Hình 3.8: Quan hệ giữa mực nước tổng lượng đến hồ, tổng lượng nước phát điện
ứng với mưc đảm bảovà mực nước hồ chứa sau khi vận hành ................................ 49
Hình 3.9: Quan hệ đầu ra giữa các nhu cầu sử dụng nước (ứng với nhu cầu thủy
điện ở mức đảm bảo, hệ số 1.0).............................................................................. 50
Hình 3.10: Nhu cầu, lượng nước dùng thực tế của các hộ dùng nước tại hồ An khê51
Hình 3.11: Nhu cầu, lượng nước dùng thực tế của các hộ dùng nước tại hồ Ba Hạ. 52
Hình 3.12: Nhu cầu, lượng nước dùng thực tế của các hộ dùng nước tại hồ An khê53
Hình 3.13: Nhu cầu, lượng nước dùng thực tế của các hộ dùng nước hồ Krông Hnăng ... 54

Hình 3.14: Quan hệ giữa mực nước hồ sau khi vận hành, tổng lượng đến hồ, tổng
lượng nước phát điện ứng với mức phù hợp ........................................................... 57
Hình 3.15: Quan hệ đầu ra giữa các nhu cầu sử dụng nước ứng với mức phù hợp .. 60

v


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
MNDBT:

Mực nước dâng bình thường;

MNC:

Mực nước chết;

MNGC:

Mực nước gia cường;

Vtb:

Dung tích tồn bộ;

Vhi:

Dung tích hiệu dụng;

Vc:

Dung tích chết;

Vpl:

Dung tích phịng lũ;

Qmaxtbin:

Lưu lượng lớn nhất qua tubin.

vi


MỞ ĐẦU
Hiện nay nhiều phần mềm vận hành tối ưu hệ thống hồ chứa đã được xây
dựng, tuy nhiên khả năng giải quyết các bài tốn thực tế vẫn cịn hạn chế. Các phần
mềm tối ưu hiện nay nói chung vẫn chỉ đưa ra lời giải cho những điều kiện đã biết
mà không đưa ra được các nguyên tắc vận hành hữu ích. Phần lớn các mơ hình mơ
phỏng lại dựa trên quy tắc vận hành khơng có điều khiển, điều này rất hạn chế cho
điều tiết vận hành chống hạn và chống lũ. Mơ hình Athen hiện tại là mơ 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 mơ hình Athen để tính toán điều tiết liên hồ chứa trong
mùa cạn là việc làm cần thiết, nhằm đưa ra một phương án điều tiết liên hồ có cơ sở
khoa học chặt chẽ, hy vọng mang lại hiệu quả cả về mặt kinh tế và xã hội.
Vì vậy Luận văn đã chọn đề tài “Nghiên cứu ứng dụng và phát triển mơ 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 mơ hình Athen điều tiết đơn hồ chứa thành liên hồ chứa, áp dụng
thử nghiệm lưu vực sông Ba.
III. Nội dung nghiên cứu chủ yếu của Luận văn
Chương 1: TỔNG QUAN
Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHÁT TRIỂN MÔ HÌNH ATHEN
LIÊN HỒ CHỨA
Chương 3: ỨNG DỤNG MƠ HÌNH ATHEN VẬN HÀNH ĐIỀU TIẾT
LIÊN HỒ CHỨA LƯU VỰC SÔNG BA

1


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

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

2


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

Hình 1.1: Biểu diễn dưới dạng đồ thị của diễn toán hồ chứa
Một vài phương pháp diễn tốn sóng lũ qua hồ chứa đã được xây dựng, như
trong bảng sau:

Bảng 1.1: Một số phương pháp diễn tốn sóng lũ qua hồ chứa
Phương pháp đường cong lũy tích

Phương pháp Puls

Phương pháp Puls cải tiến

Phương pháp Wisler-Brater

Phương pháp Goodrich

Phương pháp Steinberg

Phương pháp hệ số

b. Vận hành hồ chứa
Sử dụng hiệu quả tài nguyên nước yêu cầu không chỉ thiết kế đúng đắn mà cả
quản lý đúng cách sau khi xây dựng. Biswas (1991) ước lượng rằng giá một đơn vị
3


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

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

4


* Phương pháp tối ưu hoá
Kỹ thuật tối ưu hoá bằng quy hoạch tuyến tính và quy hoạch động đã được
sử dụng rộng rãi trong tài nguyên nước. Loucks và nnk (1981) đã minh họa áp
dụng, quy hoạch phi tuyến và Quy hoạch động cho tài nguyên nước. Nhiều tổng
quan áp dụng kỹ thuật hệ thống cho bài toán tài nguyên nước đã được đăng tải
nhiều lần, thí dụ như bởi Yakowitz (1982), Yeh (1985), Simonovic (1992) và
Wurbs (1993).
Young (1967) lần đầu tiên đề xuất sử dụng phương pháp hồi quy tuyến tính
để vạch ra quy tắc vận hành chung từ tối ưu hố. Phương pháp mà ơng đã dùng
được gọi là “quy hoạch động Monte - Carlo”. Về cơ bản, phương pháp của ông
dùng kỹ thuật Monte - Carlo tạo ra một số chuỗi dòng chảy năm tổng hợp cho sơng.
Quy trình tối ưu thu được cho mỗi chuỗi dịng chảy nhân tạo sau đó được sử dụng
trong phân tích hồi quy để cố gắng xác định nhân tố ảnh hưởng đến chiến thuật tối
ưu. Các kết quả là một xấp xỉ tốt của quy trình tối ưu thực.
Một mơ hình quy hoạch để thiết kế hệ thống kiểm soát lũ hồ chứa đa mục
tiêu đã được phát triển bởi Windsor (1975). Karamouz và Houck (1987) đã vạch ra
quy tắc vận hành chung khi sử dụng Quy hoạch động xác định và hồi quy. Mơ hình
hồi quy sát nhập thủ tục hồi quy tuyến tính nhiều biến đã được Bhaskar và Whilach

(1980) gợi ý. Quy tắc để điều hành một hệ thống nhiều hồ chứa cũng được phát
triển trên quy hoạch động ngẫu nhiên, yêu cầu mô tả rõ xác suất dòng chảy và hàm
tổn thất. Phương pháp này được Butcher (1971), Louks (1981) và nhiều người khác
sử dụng.
Mô hình tối ưu hố thường được sử dụng trong nghiên cứu điều hành hồ
chứa sử dụng dòng chảy dự báo làm đầu vào. Datta và Bunget (1984) vạch ra một
chính sách điều hành hạn ngắn cho hồ chứa đa mục tiêu từ một mơ hình tối ưu hố
với mục tiêu cực tiểu hoá tổn thất hạn ngắn. Nghiên cứu chỉ ra rằng khi có một sự
nhân nhượng là gánh chịu một đơn vị độ lệch lượng trữ và một đơn vị độ lệch lượng
xả từ các giá trị đích tương ứng thì phép giải tối ưu hố phụ thuộc vào dịng chảy
tương lai bất định cũng như hình dạng hàm tổn thất.

5


Áp dụng mơ hình tối ưu hố cho điều hành hồ chứa đa mục tiêu có những
khó khăn. Sự khó khăn trong áp dụng bao gồm phát triển mơ hình, huấn luyện nhân
lực, chi phí giải (bao gồm đầy đủ cả điều kiện thủy văn tương lai bất định, sự bất
lực để xác định và định lượng tất cả các mục tiêu và sự cần thiết cho việc tương tác
tốt hơn với người sử dụng). Một phương pháp khác đang được sử dụng hiện nay để
giải thích tính ngẫu nhiên của đầu vào là chương trình logic mờ. Lý thuyết tập mờ
đã được Zadeth (1965) giới thiệu. Jairaj và Vedula (2000) đã áp dụng phương pháp
này cho tối ưu hoá nhiều hồ chứa.
Phương pháp tối ưu hoá là phương pháp xác định lời giải của hệ thống theo
mục tiêu khai thác hệ thống bằng cách lượng hoá chúng thành các hàm mục tiêu.
Sau khi xác định được mục tiêu của bài tốn quy hoạch thì vấn đề quan trọng nhất
cần đặt ra là xây dựng hàm mục tiêu của bài tốn quy hoạch cịn gọi là thiết lập bài
tốn tối ưu. Mơ hình mơ tả hàm mục tiêu được gọi là mơ hình tối ưu. Việc xây dựng
hàm mục tiêu tuỳ thuộc vào nhiệm vụ của bài toán quy hoạch và tính phức tạp của
hệ thống. Trong thực tế thường gặp các bài toán đa mục tiêu do những mục đích

khai thác khác nhau. Dưới đây sẽ trình bày các dạng cơ bản của hàm mục tiêu đối
với bài toán thiết kế hệ thống, phát triển hệ thống và quản lý điều hành hệ thống
nguồn nước.
* Phương pháp mơ phỏng
Vì khơng có khả năng để thí nghiệm với hồ chứa thực, mơ hình mơ phỏng
tốn học được phát triển và sử dụng trong nghiên cứu. Thí nghiệm có thể thực hiện
bằng cách sử dụng các mơ hình này để cung cấp một sự hiểu biết sâu về bài tốn.
Mơ hình mô phỏng kết hợp với điều hành hồ chứa bao gồm tính tốn cân bằng nước
của đầu vào, đầu ra hồ chứa và biến đổi lượng trữ. Kỹ thuật mô phỏng đã cung cấp
cầu nối từ các công cụ giải tích trước đây cho phân tích hệ thống hồ chứa đến các
gói mục đích chung phức tạp hơn. Theo Simonovic (1992), các khái niệm vốn gắn
với mô phỏng là dễ hiểu và thân thiện hơn các khái niệm mơ hình hố khác.
Các mơ hình mơ 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

6


riêng biệt hoặc hiệu quả của các hiện tượng theo thời gian khác nhau nhất định).
Thời gian yêu cầu để chuẩn bị đầu vào, chạy mơ hình và các u cầu tính tốn khác
của mơ phỏng là ít hơn nhiều so với mơ hình tối ưu hố. Các kết quả mô phỏng sẽ
dễ dàng thỏa hiệp trong trường hợp đa mục tiêu. Số phần mềm máy tính đa mục tiêu
phổ biến có sẵn có thể sử dụng để phân tích mối quan hệ quy họach, thiết kế và vận
hành hồ chứa. Hầu hết các phần mềm có thể chạy trong máy vi tính đang sử dụng
rộng rãi hiện nay. Hơn nữa, ngay sau khi số liệu yêu cầu cho phần mềm thực hành
đã được chuẩn bị, nó dễ dàng chuyển đổi cho nhau và do đó các kết quả của thiết
kế, quyết định điều hành, thiết kế lựa chọn khác nhau có thể được đánh giá nhanh
chóng.
Một trong số mơ hình phổ biến rộng rãi nhất được sử dụng trong mơ phỏng
hệ thống hồ chứa tổng qt là mơ hình HEC - 5, phát triển bởi Trung tâm thủy văn

công trình (Feldman 1981, Wurbs 1996). Một trong những mơ hình mơ phỏng nổi
tiếng khác là mơ hình Acres (Sigvaldson 1976); Tổng hợp dòng chảy và điều tiết hồ
chứa (SSARR) (USACE 1987), Mơ phỏng hệ thống sóng tương tác (IRIS) (Loucks
và nnk 1989). Gói phân tích quyền lợi nước (WRAP) (Wurbs và nnk, 1993). Lund
và Ferriera (1996) đã nghiên cứu hệ thống hồ chứa sơng Missouri và tìm thấy mơ
hình mơ phỏng để nâng cấp kỹ thuật hồi quy cổ điển cho quy tắc điều hành chi tiết
và suy luận vạch ra từ mơ hình tất định quy hoạch động. Jain và Goel (1999) đã giới
thiệu một mơ hình mơ phỏng tổng quát cho điều hành cấp nước của hệ thống hồ
chứa dựa trên các đường điều phối. Mặc dù sự sẵn có của một số mơ hình tổng qt,
vẫn cần thiết phát triển các mơ hình mơ phỏng cho hồ chứa xác định cụ thể vì mỗi
hệ thống hồ chứa có những đặc điểm riêng.
Mơ hình mơ phỏng nhiều hồ chứa đã dùng để đánh giá tác động của các
chính sách điều hành khác nhau chỉ có lợi nếu đầu ra nhiều mặt từ tất cả các lần
chạy khác nhau có thể được so sánh và đánh giá. Phân tích tính tốn giá trị trung
bình, phương sai và phân bố theo thời gian của các chỉ số đánh giá họat động hồ
chứa, như dung tích hồ chứa, lượng xả, các lợi ích và tổn thất liên quan và chúng có
thể sử dụng để đánh giá và so sánh quy trình. Việc đánh giá cũng có thể sử dụng các
khái niệm như độ tin cậy, độ phục hồi và tính dễ bị tổn thương hệ thống. Các mô
7


hình mơ phỏng cho điều hành hồ chứa là cơng cụ trợ giúp trong đánh giá tác động
có thể của các quy trình vận hành thay đổi và cho dự báo trạng thái tiếp theo của hệ
thống, đưa ra các quy trình vận hành và các kịch bản thủy văn dự báo.
1.1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước
Ở Việt Nam, nhiều hồ chứa trên các hệ thống sông với nhiều mục đích khác
nhau đã và đang được tiến hành xây dựng. Hệ thống hồ chứa trên sông Hồng gồm
các hồ Hồ Bình trên sơng Đà, Thác Bà trên sơng Chảy và hồ Tuyên Quang trên
sông Gâm, trong tương lai gần sẽ có thêm các hồ chứa như Sơn La, Lai Châu trên
sông Đà, Huổi Quảng, Bản Chát trên nhánh sông Nậm Mu, Bắc Hà trên sông Chảy,

Bảo Lạc trên sông Gâm. Hệ thống hồ chứa trên sông Hồng với mục tiêu chính là
chống lũ, cấp nước cho vùng đồng bằng Bắc bộ với khoảng 1 triệu ha đất nông
nghiệp và góp phần sản xuất một lượng lớn nguồn điện cho quốc gia.
Bậc thang hồ chứa trên sông Đồng Nai gồm các hồ chứa lớn như Trị An,
Hàm Thuận - Đa Nhim, Dầu Tiếng, Thác Mơ, Phước Hòa, Đồng Nai 3, Đồng Nai 4
phục vụ cấp nước, phát điện cho vùng đồng bằng Nam Bộ.
Hệ thống hồ chứa bậc thang thuỷ điện trên sông Sê San và sông Sêrêpôk
gồm các hồ Yali, Thượng Kon Tum, Pleikrong, Sesan 3, Sesan 3A, Sesan 4, đập
điều hoà, BuonKop, BuonTuaSrah, thượng KrongBuk, phục vụ phát điện, cấp nước
nông nghiệp cho vùng lãnh thổ Việt Nam đảm bảo duy trì dịng chảy mơi trường
cho vùng hạ lưu thuộc lãnh thổ Campuchia.
Để phục vụ cho bài toán quản lý lũ, xây dựng hệ thống vận hành chống lũ
lưu vực sơng Hương hiện tại mơ hình tốn AUTOCAL có khả năng mơ tả chi tiết
các chế độ vận hành của hệ thống hồ chứa thủy điện để đề xuất chế độ vận hành
hợp lý cho hệ thống hồ. Ứng dụng AUTOCAL trong vận hành hệ thống nguồn nước
được thực hiện trong nhiều nghiên cứu như nghiên cứu vận hành chống lũ và phát
điện cho nhà máy thủy điện Hịa Bình trong Luận văn tiến sỹ của Ngơ Lê Long,
nghiên cứu vận hành hệ thống cơng trình thủy lợi lưu vực sông Orange-FishSundays ở Nam Phi,...

8


Trong nghiên cứu cho hồ Hịa Bình, tác giả Ngơ Lê Long (2006) đã sử dụng
AUTOCAL tính tốn đề xuất chế độ vận hành thực bao gồm hệ thống mô hình thủy
động lực học hệ thống sơng Hồng (vận hành 1 hồ Hịa Bình) chống lũ cho hạ du kết
hợp tối ưu phát điện đã đề xuất chế độ vận hành hợp lý đảm bảo an toàn chống lũ hạ
du đồng thời tăng sản lượng điện phát từ hồ Hòa Bình hàng năm khoảng 0.4 triệu
KWh/năm. Tuy nhiên nghiên cứu này mới chỉ xét đến chế độ vận hành đơn hồ
chứa-chưa xem xét đến việc phối hợp vận hành hệ thống liên hồ chứa.
Ngồi việc tính tốn phục vụ quản lý lũ, mơ hình thủy động lực học cũng

được sử dụng phục vụ cho bài toán vận hành hệ thống cơng trình phục vụ cấp nước
bằng diễn tốn q trình dịng chảy trong sơng và hệ thống lấy nước vùng hạ du
(trạm bơm, cống tự chảy, đập dâng …) để kiểm tra khả năng cấp của hệ thống, cũng
như khả năng vận hành các cống, trạm bơm…. có thể lấy đủ nước vào trong các hệ
thống sử dụng nước hay không.
Lê Kim Truyền, Đại học Thủy lợi - Nghiên cứu cơ sở khoa học và thực tiễn
điều hành cấp nước mùa cạn cho đồng bằng sông Hồng (2005-2007). Xây dựng
Quy trình mùa cạn cho 4 hồ chứa Hịa Bình, Thác Bà, Tun Quang và Sơn La . Sử
dụng mơ hình Mike-11 và các phần mềm điều tiết hồ chứa cấp nước TN1, TN2 do
Trường Đại học Thủy lợi xây dựng. Đề xuất mực nước tối thiểu trong mùa cạn tại
Hà Nội là 2,5m. Các hồ phải vận hành tối thiểu theo cơng suất đảm bảo: Hồ Hịa
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 nước cho mùa khô hạ du sơng
Hồng-Thái Bình (2007): Xây dựng Quy trình vận hành cho 3 hồ Hịa Bình, Thác Bà
và Tun Quang trong mùa cạn Đề tài ứng dụng công nghệ GAMS để tính tốn tối
ưu nhu cầu sử dụng nước và mơ hình MIKE-11 để tính tốn dịng chảy hạ du. Thời
đoạn phân tích là 10 ngày.

9


Nguyễn Lan Châu, Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Trung ương Đánh giá tác động của hệ thống hồ chứa trên sơng Đà, sơng Lơ đến dịng chảy mùa
cạn hạ lưu sông Hồng và đề xuất giải pháp đảm bảo nguồn nước cho hạ du.
Trường Đại học Khoa học tự nhiên, PGS.TS Nguyễn Hữu Khải: Nghiên cứu
cơ sở khoa học điều hành hệ thống hồ chứa Hịa Bình-Tun Quang phục vụ phát
điện và cấp nước chống hạn hạ lưu. Tác giả dùng HEC-RESSIM cùng với MIKE11
để tính tốn, đề xuất các phương án xả nước và thời kỳ xả nước để duy trì mực nước
Hà Nội khơng dưới 2,3-2,5m.

1.1.3. Một số mơ hình mơ phỏng vận hành hồ chứa đã và đang được
nghiên cứu phát triển và ứng dụng trong thực tế
Nhiều phần mềm vận hành tối ưu hệ thống hồ chứa đã được xây dựng, tuy
nhiên khả năng giải quyết các bài tốn thực tế vẫn cịn hạn chế. Các phần mềm tối
ưu hiện nay nói chung vẫn chỉ đưa ra lời giải cho những điều kiện đã biết mà không
đưa ra được các nguyên tắc vận hành hữu ích. Phần lớn các phần mềm vận hành hồ
chứa được kết nối với mơ hình diễn tốn lũ dựa trên mơ hình Muskingum hay sóng
động học như các phần mềm thương mại MODSIM (Labadie et al. 2000),
RiverWare (Zagona et al. 1998, Biddle 2001), CalSIM (Munevar & Chung 1999).
Điều này rất hạn chế cho việc điều hành chống lũ và khơng áp dụng được cho lưu
vực có ảnh hưởng của thủy triều hay nước vật. Các nghiên cứu mới nhất gần đây về
điều hành chống lũ cũng chỉ được áp dụng cho hệ thống một hồ Hsu & Wei (2007),
Madsen et al. (2007).
Hiện nay hầu hết các mơ hình mơ phỏng vận hành hồ chứa dựa vào phương
trình cân bằng nước theo quy tắc vận hành khơng có điều khiển, chỉ có duy nhất mơ
hình HEC_RESSIM là mơ hình vận hành có điều khiển, tuy nhiên mơ hình khơng
cho phép điều khiển mực nước hồ trong thời gian bất kỳ của mùa cạn và mơ hình
khơng có mã nguồn mở, nên khi muốn thay đổi các điều khiển thì khơng can thiệp
được vào mơ hình.
Năm 2007 (phiên bản 1), năm 2010 (phiên bản 2) - Trường Đại học kỹ thuật
Quốc gia Athens (Hy Lạp) xây dựng mơ hình điều tiết đơn hồ chứa bằng ngơn ngữ
lập trình Delphi, đây là mơ 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 mơ hình điều tiết đơn hồ chứa và
10


đây là mơ hình có mã nguồn mở, do vậy khi cần can thiệp vào mơ hình, chúng ta có
thể can thiệp được.
Do vậy dựa vào mơ hình Athen điều tiết đơn hồ chứa và phương pháp
Muskingum diễn tồn dịng chảy trong sơng, tác giả nghiên cứu thuật tốn liên kết 2

mơ hình này thành một mơ hình điều tiết liên hồ chứa và áp dụng thử nghiệm trên
lưu vực sông Ba.
1.2. Tổng quan về điều kiện tự nhiên lưu vực sơng Ba
1.2.1. Vị trí địa lý và điều kiện Khí hậu Thủy văn
a. Vị trí địa lý lưu vực sơng Ba
Lưu vực sơng Ba là một trong chín lưu vực sông lớn nhất Việt Nam. Lưu vực
sông nằm trong phạm vi ranh giới hành chính của 20 huyện thị và một thành phố
thuộc ba tỉnh Tây Nguyên (Kon Tum, Gia Lai, Đăk Lăk) và một tỉnh duyên hải
miền Trung Trung Bộ là Phú Yên.
Vị trí địa lý của lưu vực ở vào khoảng 12055’ đến 14038’ vĩ độ Bắc và
108000’ đến 109055’ kinh độ Đơng, phía Bắc giáp với lưu vực sơng Sêsan và sơng
Trà Khúc, phía Nam giáp với lưu vực sơng Cái, sơng Srêpok, phía Đơng giáp lưu
vực sông Kôn, sông Kỳ Lộ và Biển Đông. Diện tích tự nhiên lưu vực kể cả nhánh
sơng Bàn Thạch là 14.140 km2.
Địa hình của lưu vực bị chia cắt mạnh bởi sự chi phối mạnh mẽ của dãy
Trường Sơn tạo cho lưu vực có dạng lịng máng chạy dài từ thượng nguồn đến hạ
lưu sông Ba, cao độ phổ biến ở thung lũng An Khê là 400 - 500 m, Cheo Reo là 150
- 200 m và Phú Túc là 100 - 150 m, các thung lũng trên khá bằng phẳng, tạo thành
những cánh đồng lớn nằm dọc hai bên bờ sông Ba và hạ lưu sông Ayun với tiềm
năng đất canh tác nông nghiệp hàng vạn ha, rất thích hợp với các loại cây lương
thực và cây cơng nghiệp ngắn ngày phát triển. Vùng hạ lưu có núi non bao bọc 3
phía Bắc, Tây, Nam, cao độ biến đổi từ 200 - 500 m và bị chia cắt mạnh, các dãy
núi này ôm lấy vùng đồng bằng Tuy Hồ 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 Đơng 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.

11

S.Ba Thượng

S.Yayun

S.Krông Hnăng

S.Đà Rằng

S.Hinh

Luận văn “Nghiên cứu ứng dụng
và phát triển mơ hình Athen vận
hành liên hồ chứa lưu vực sơng
Ba”

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

12


b. Điều kiện Khí hậu, Thủy văn
Phần lớn đất đai lưu vực sơng Ba nằm ở sườn phía Tây Trường Sơn và một
phần nhỏ ở hạ lưu nằm ở phía Đông Trường Sơn, do vậy hàng năm sông Ba chịu
ảnh hưởng của hai luồng gió: gió mùa Tây Nam và gió mùa Đơng Bắc. Song do tính
chất phức tạp của địa hình trên lưu vực, đặc biệt là sự chi phối mạnh mẽ của dãy
Trường Sơn kết hợp với hoàn lưu gió mùa đã tạo cho lưu vực sơng Ba có ba kiểu
khí hậu khác nhau. Trong đó, vùng thượng lưu và trung lưu chịu ảnh hưởng của khí
hậu Tây Trường Sơn và khí hậu chuyển tiếp cịn vùng hạ lưu chịu ảnh hưởng của
khí hậu Đơng Trường Sơn.
Khí hậu Tây Trường Sơn: gió mùa Tây Nam thổi qua vịnh Bengal mang theo

hơi ẩm vào hàng năm từ tháng V đến tháng X tạo nên các trận mưa dông với lượng
mưa khá phong phú. Từ tháng XI đến tháng IV năm sau là một mùa khơ ít mưa gây
tình trạng khơ hạn nghiêm trọng.
Khí hậu Đơng Trường Sơn: đặc điểm là sự tác động mạnh mẽ của các nhiễu
động thời tiết từ biển Đông và sự kết hợp ảnh hưởng của gió mùa Đơng Bắc. Hàng
năm từ tháng XI đến tháng XII, các cơn bão từ biển Đông đổ bộ vào đất liền gặp
dãy Trường Sơn bị suy yếu thành áp thấp nhiệt đới gây mưa lớn ở hạ lưu sông Ba từ
Củng Sơn đến biển, lưu vực sông Hinh và lưu vực sông Krông HNăng. Từ tháng I
đến tháng IX là mùa khơ, có hai thời kỳ khơ kiệt nhất là tháng II, tháng III và tháng
VII, tháng VIII. Lượng mưa chín tháng này chỉ chiếm 30 - 35% tổng lượng mưa
năm.
Khí hậu chuyển tiếp: do tác động của hai kiểu khí hậu Đơng và Tây Trường
Sơn. Hai luồng khơng khí Đơng Bắc và Tây Nam tác động qua lại và có lúc lấn át
nhau tạo thành một vùng trung lưu (từ An Khê đến Củng Sơn) hàng năm từ tháng V
đến tháng XI có mùa mưa dịu mát. Tuy lượng mưa vùng không lớn nhưng lại kéo
dài nhiều ngày cũng là một thuận lợi cho cây công nghiệp, cây màu phát triển…

13


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

Nhiệt độ khơng khí

Nhiệt độ bình qn vùng thượng lưu là 21,5 – 23,50C, vùng trung lưu là 25 260C, và vùng hạ lưu 26 - 270C. Tháng có nhiệt độ cao nhất ở vùng thượng lưu và
trung lưu là tháng IV, tháng V và nhiệt độ trong các tháng này có thể đạt 24 - 280C,
ở vùng hạ du thường là tháng VI, tháng VII và nhiệt độ có thể đạt 28 - 290C.
Tháng có nhiệt độ thấp nhất trên toàn lưu 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 lưu vực sông Ba hàng năm khoảng 2180 - 2540 giờ/năm.
Tháng có số giờ nắng nhiều nhất thường rơi vào tháng III (cuối mùa khô) và đạt tới
240 - 280 giờ/tháng, 9,3 giờ/ngày. Tháng có số giờ nắng ít nhất thường vào tháng
cuối mùa mưa và chỉ đạt khoảng 120 giờ/tháng, 4 giờ/ngày.
-

Chế độ ẩm

Độ ẩm khơng khí có quan hệ chặt chẽ với nhiệt độ khơng khí và lượng mưa.
Vào các tháng mùa mưa, độ ẩm có thể đạt 80 - 90%. Các tháng mùa khô, độ ẩm chỉ
từ 70 - 80%. Độ ẩm khơng khí thấp nhất trên lưu vực sơng Ba có thể xuống tới mức
15 - 20%.
-

Bốc hơi

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

mm/tháng.

14


-

Gió

Trên nền chung của cơ chế gió mùa cùng với sự chia cắt mạnh mẽ của địa
hình và hướng của các dãy núi cao. Hàng năm vùng lưu vực sông Ba chịu ảnh
hưởng của hai hướng gió chính thổi tới, từ tháng V đến tháng IX hướng Tây và Tây
Nam, từ tháng X đến tháng IV năm sau là hướng Đông và Đông Bắc. Vùng thượng
và hạ lưu sông Ba tốc độ gió thường lớn hơn vùng trung du, nguyên nhân là vùng
trung du bị các dãy núi cao che khuất nhiều, còn vùng thượng và hạ du khá thuận
lợi cho việc đón các hướng gió.
Tốc độ gió trung bình hàng năm vùng thượng và hạ du có thể đạt tới 2,3 –
2,4 m/s, vùng trung du chỉ đạt 1,4 – 1,7 m/s. Tốc độ gió lớn nhất đã quan trắc được
ở thượng du (trạm An Khê) là 23 m/s và ở hạ du (trạm Tuy Hoà) là 36 m/s, trong
khi đó ở trung du trạm Cheo Reo lớn nhất chỉ đạt 20 m/s.
Bão thường xuất hiện từ biển Đông. Do tác động chắn gió của dải Trường
Sơn nên hàng năm lưu vực sông Ba phần thượng và trung lưu thường khơng có bão.
Khi bão từ biển Đơng đổ bộ vào gặp dải Trường Sơn làm cho tốc độ gió và tốc độ
di chuyển của bão chậm lại. Bão trở thành vùng áp thấp gây gió mạnh và mưa lớn
cho tồn lưu vực sơng Ba. Riêng phần hạ du lưu vực sông Ba mở ra theo hướng
Đông - Tây nên thuận tiện cho bão tràn vào gây gió mạnh và mưa lớn ở hạ lưu.
-

Mưa

Do đặc điểm địa hình và điều kiện khí hậu mà chế độ mưa của lưu vực sông
Ba khá phức tạp so với các lưu vực sông lân cận. Khi vùng thượng và trung du lưu
vực đã bước vào mùa mưa thì vùng hạ du vẫn đang ở thời kỳ khô hạn, ngược lại,
khi vùng thượng và trung du đã kết thúc mùa mưa nhưng vùng hạ du vẫn trong thời
kỳ mưa lớn. Mùa mưa ở vùng thượng và trung du thường đến sớm từ tháng V và kết
thúc vào tháng X hoặc tháng XI, kéo dài trong 6 - 7 tháng. Trong khi đó, mùa mưa
vùng hạ du đến muộn và kết thúc sớm, chỉ kéo dài 3 - 4 tháng, khoảng tháng IX đến
tháng XII.
Nếu coi thời gian mùa mưa bao gồm những tháng có lượng mưa lớn hơn
lượng mưa bình qn tháng trong năm và đạt trên 50% tổng số năm quan trắc thì
mùa mưa tại các nơi trên lưu vực sơng Ba như sau:
+ Khu vực Tây Trường Sơn
15


Mùa mưa kéo dài 6 tháng, từ tháng V đến tháng X trùng với mùa gió mùa
Tây Nam hoạt động. Lượng mưa cả mùa mưa xấp xỉ 90% lượng mưa năm. Tháng
VIII và tháng IX thường có lượng mưa tháng lớn nhất và đạt trên 200 mm/tháng, ở
nơi ít mưa từ 350 đến 470 mm/tháng ở nơi nhiều mưa. Từ tháng I đến tháng III có
nhiều năm khơng có mưa và nếu có thì lượng mưa cũng khơng đáng kể (chỉ từ 2 10 mm/tháng) và cũng chỉ mưa trong một vài ngày. Đại diện cho khu vực này là
trạm Pleiku, Pơ Mơ Rê, Chư Sê…
+ Khu vực Đông Trường Sơn
Mùa mưa ngắn chỉ 3 - 4 tháng, từ tháng IX đến tháng XI hoặc XII hàng năm
cùng với thời kỳ gió mùa Đơng Bắc và bão muộn hoạt động trên biển Đông. Lượng
mưa trong mùa mưa ở đây chiếm 65 - 75% lượng mưa cả năm. Mưa lớn thường xảy
ra vào tháng X và tháng XI, tháng có lượng mưa lớn có thể đạt trên 600 mm/tháng
có năm có trạm đạt tới 1920 mm/(XI - 81) ở Sông Hinh, 1310 mm/(XI - 90) ở Tuy
Hoà. Số ngày mưa trong tháng từ 20 - 25 ngày/tháng. Mùa ít mưa kéo dài 8 - 9
tháng (từ tháng I đến tháng VIII hoặc IX) lượng mưa trong mùa ít mưa chiếm 30 35% lượng mưa cả năm. Tháng II đến tháng III thường có lượng mưa nhỏ nhất và
chỉ đạt 20 - 30 mm/tháng đối với vùng cao, dưới 20 mm/tháng đối với vùng thấp.

Khu vực này thường có đỉnh mưa từ tháng V đến tháng VI hàng năm. Tháng VII và
tháng VIII lượng mưa lại giảm đi. Đại diện cho vùng này là các trạm Sơng Hinh,
Sơn Thành, Tuy Hồ.
+ Khu vực trung gian
Khu vực này chịu tác động qua lại của khí hậu Tây và Đơng Trường Sơn.
Mùa mưa ở đây kéo dài bảy tháng từ tháng V đến tháng XI. Lượng mưa mùa mưa
chiếm khoảng 85 - 93 % lượng mưa năm. Số ngày mưa trong mùa mưa khoảng 15 20 ngày mưa trong một tháng. Tháng IX và tháng X thường có lượng mưa tháng lớn
nhất đạt khoảng 250 - 350 mm/tháng, xấp xỉ 20% lượng mưa năm. Mùa khô kéo dài
5 tháng từ tháng XII đến tháng IV năm sau, trong đó tháng I và tháng II là những
tháng ít mưa nhất, lượng mưa trong hai tháng này có nhiều năm bằng 0 và nếu có
mưa thì cũng chỉ đạt 2 - 10 mm/tháng và cũng chỉ mưa trong vài ngày.

16


-

Dịng chảy lũ

Ngun nhân sinh lũ là do mưa có cường độ lớn gây ra lũ trên sông suối
trong lưu vực gọi là mưa sinh lũ. Các đặc trưng của mưa sinh lũ như cường độ mưa,
tâm mưa, phân bố mưa là các yếu tố quyết định đến độ lớn nhỏ của dòng chảy lũ.
Mưa sinh lũ trên lưu vực sông Ba chủ yếu do các nguyên nhân sau:
Mưa dông do gió mùa Tây Nam kết hợp với dải hội tụ nhiệt đới.
Do bão từ biển Đông vào đất liền, gặp dải Trường Sơn tạo thành vùng áp
thấp nhiệt đới.
Sự kết hợp của hai yếu tố trên thường xảy ra vào cuối mùa mưa Tây Trường
Sơn, vào cuối tháng X hoặc tháng XI hàng năm. Khả năng của mưa sinh lũ lớn trên
lưu vực sông Ba thường rơi vào tháng IX đến tháng XI hàng năm. Qua nghiên cứu
cho thấy từ tháng V đến tháng VIII tuy đã là mùa mưa Tây Trường Sơn và lượng

mưa cũng khá lớn, song lượng mưa và cường độ mưa vẫn chưa đủ lớn, đất đai lại
mới trải qua một mùa khô hạn gay gắt. Vì vậy, mưa trong thời gian này chỉ gây nên
các trận lũ nhỏ trên sơng 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 Đơng Bắc) mạnh lên kết hợp với mưa cuối mùa phía
Tây Trường Sơn làm cho lượng mưa và cường độ mưa trên lưu vực tăng lên mạnh
mẽ vượt qua cường độ thấm, khả năng trữ nước trong đất đã đạt đến mức bão hoà
do đó lũ trong thời gian này là lũ lớn nhất trong năm.
Phần lưu vực sông Ba từ trung du đến thượng nguồn nằm trên các khu vực
địa hình khác nhau, có chế độ mưa khác nhau và cường độ mưa sinh lũ nói chung
khơng lớn nên lũ vùng này khơng lớn và hầu như khơng có sự tổ hợp của các lũ
sơng nhánh gặp nhau ở dịng chính gây lũ lớn.
Phần lưu vực phía hạ lưu thì ngược lại, mưa lớn trong năm tập trung trong
thời gian tương đối ngắn, cường độ mưa lớn, khi lũ cuối mùa trên dòng chính sơng
Ba về đến Củng Sơn thường trùng với thời kỳ mưa lớn vùng hạ lưu, do đó lũ lớn
trong năm thường gặp nhau. Do lũ lớn hàng năm ở hạ lưu sơng Ba thường gặp nhau
nên tình hình ngập lụt vùng hạ du trong thời gian này nói chung là nghiêm trọng,

17


nhất là đối với vùng canh tác lúa Tuy Hoà thuộc hệ thống tưới Đồng Cam. Vì vậy
cần có giải pháp tiêu thoát nước vùng hạ lưu và nhất là vùng lúa Phú Yên và thành
phố Tuy Hoà.
Trên lưu vực, đỉnh lũ xuất hiện ở các sông nhánh và sông chính thường
khơng trùng nhau; ví dụ năm 1981 đỉnh lũ xuất hiện tại An Khê vào ngày 9/XI, tại
sông Hinh 10/XI cịn tại Củng Sơn là 18/XI. Lũ sơng Ba thuộc loại lũ lớn, các đỉnh
lũ thường xuất hiện chủ yếu vào tháng X và XI, mô đuyn đỉnh lũ trung bình An Khê
khoảng 920 l/skm2, tại Củng Sơn khoảng 660 l/skm2. Lưu vực sông Ba xuất hiện ba
trận lũ lịch sử vào năm 1938, 1964 và năm 1993.

-

Dòng chảy kiệt

Dịng chảy kiệt nhất trên lưu vực sơng Ba thường xuất hiện vào tháng III
hoặc IV đối với vùng thượng và trung du, vào tháng IV hoặc VIII đối với vùng hạ
du. Mơ số dịng chảy kiệt trong các tháng này từ 2 ÷ 5 l/s/km2 vùng thượng và trung
du, từ 5 ÷ 12 l/s/km2 vùng hạ du.
Dịng chảy kiệt ngày thường rơi vào tháng có dịng chảy kiệt nhất.
Nhìn chung, ở những nơi có độ dốc lưu vực lớn, rừng đầu nguồn bị khai phá
nhiều, đất đai tơi xốp, lượng mưa nhỏ thì dịng chảy kiệt ở đó nghèo nàn.
Tại các vị trí trạm đo thuỷ văn thuộc lưu vực sơng Ba đã đo được dịng chảy
kiệt như sau:

Bảng 1.2: Dòng chảy kiệt đo tại các trạm thủy văn trên lưu vực sơng Ba
Dịng chảy kiệt tháng
Trạm

Flv
(km2)

Dịng chảy kiệt ngày

M

Mmax

Năm

(l/skm2)

Mmin

Năm

(l/skm2) (l/skm2)

M

Mmax

Năm

(l/skm2)

Mmin

Năm

(l/skm2) (l/skm2)

An
Khê
Krông
HNăng

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
18


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 như
khơng có nước.
Kết quả đo đạc dịng chảy kiệt tại một số vị trí dịng nhánh và dịng chính của
sơng Ba như sau:

Bảng 1.3: Kết quả đo đạc dịng chảy kiệt một số vị trí trên sơng 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 sơng Ba
1.2.2. Mạng lưới sơng ngịi
Lưu vực sông Ba bắt nguồn từ đỉnh núi cao Ngọc Rô 1549 m của dải Trường
Sơn. Từ thượng nguồn đến An Khê sông chảy theo hướng Tây Bắc - Đông Nam sau
đó chuyển hướng Bắc Nam, đến cửa sơng Hinh chảy theo hướng gần như Tây Đông
rồi đổ ra biển Đông tại Tuy Hồ.
Tính từ thượng nguồn đến cửa ra (sơng Đà Rằng), sơng Ba có diện tích lưu
vực 13.900 km2, với chiều dài sơng chính là 374 km, mật độ lưới sông 0,22
km/km2.

19