(Luận văn thạc sĩ) - Nghiên cứu đánh giá tác động của các hồ chứa đến ngập lụt hạ lưu sông Lam

LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của bản thân. Các kết quả nghiên cứu
và các kết luận trong luận văn là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào
và dưới bất kỳ hình thức nào. Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được thực hiện
trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định.
Tác giả luận văn

Đinh Thị Hải Yến

i


LỜI CẢM ƠN
Sau một thời gian làm việc nghiêm túc, tác giả đã hoàn thành đề tài “Nghiên cứu
đánh giá tác động của các hồ chứa đến ngập lụt hạ lưu sông Lam” theo đúng nội
dung đề cương đăng ký.
Để đạt được kết quả trên, tôi xin được bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến các thầy, cơ giáo
Trường Đại học Thủy lợi nói chung, các thầy cơ Khoa Thủy văn và Tài nguyên nước
nói riêng đã dành thời gian, cơng sức giúp đỡ, hướng dẫn tơi hồn thành đề tài nghiên
cứu, đặc biệt là PGS.TS Nguyễn Hoàng Sơn, giáo viên trực tiếp hướng dẫn giúp đỡ tôi
trong suốt quá trình thực hiện luận văn này. Xin cảm ơn các anh, chị khóa 24V21 –
Trường Đại học Thủy lợi, đặc biệt là gia đình đã giúp đỡ, tạo điều kiện tốt nhất để tơi
hồn thành đề tài nghiên cứu.
Đề tài nghiên cứu sử dụng tài liệu thực tế và vận dụng tổng hợp các kiến thức đã học.
Dù bản thân đã hết sức cố gắng nhưng do thời gian cũng như sự hạn chế trong trình độ
nên đề tài nghiên cứu khơng thể tránh khỏi những thiếu sót. Để đề tài tiếp tục được
hồn thiện, tơi mong nhận được sự đóng góp từ các thầy, cơ giáo và các anh, chị, bạn
bè.
Tôi xin chân thành cảm ơn!

ii

MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH ẢNH ............................................................................................. v
DANH MỤC BẢNG BIỂU ........................................................................................ vii
DANH MỤC CÁC VIẾT TẮT VÀ GIẢI THÍCH THUẬT NGỮ ........................ viii
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC VÀ NGOÀI
NƯỚC................ .............................................................................................................3
1.1 Tổng quan các nghiên cứu trên thế giới ............................................................. 3
1.2 Tổng quan các nghiên cứu trong nước ............................................................... 5
1.3 Tổng quan các nghiên cứu trên lưu vực sông ....................................................8
1.4 Tổng quan về khu vực nghiên cứu ...................................................................12
1.4.1 Vị trí địa lý ................................................................................................ 12
1.4.2 Đặc điểm địa hình ..................................................................................... 13
1.4.3 Đặc điểm khí tượng, thủy văn ...................................................................14
1.4.4 Đặc điểm kinh tế - xã hội trên lưu vực ...................................................... 21
1.5 Tình hình ngập lụt và hệ thống hồ chứa trên lưu vực ......................................22
1.5.1 Hệ thống hồ chứa và đập dâng trên lưu vực sông Cả ............................... 22
1.5.2 Tình hình lũ, ngập lụt và thiệt hại trên lưu vực sông ................................ 24
CHƯƠNG 2 CƠ SỞ KHOA HỌC NGHIÊN CỨU VẬN HÀNH HỒ CHỨA
VÀ XÂY DỰNG BẢN ĐỒ NGẬP LỤT HẠ DU HỒ CHỨA ..................................30
2.1 Cơ sở khoa học lựa chọn mơ hình tính tốn ngập lụt hạ du hồ chứa ...............30
2.2 Mơ hình vận hành hồ chứa HEC – RESSIM ...................................................32
2.3 Mơ hình MIKE FLOOD ..................................................................................33
2.4 Mơ hình mưa dịng chảy MIKE – NAM .......................................................... 37
2.5 Mơ hình thủy lực MIKE 11 (1D) .....................................................................40
2.6 Mơ hình MIKE 21 Flow Model FM (2D)........................................................ 42
2.7 Nguyên lý và phương pháp sử dụng xây dựng bản đồ ngập lụt ...................... 44
CHƯƠNG 3 ĐÁNG GIÁ TÁC ĐỘNG HỒ CHỨA ĐẾN HẠ LƯU SƠNG

LAM………….. ............................................................................................................47
3.1 Xây dựng mơ hình vận hành hồ chứa HEC – RESSIM ...................................47
3.2 Thiết lập mạng lưới mô phỏng một chiều (MIKE 11) .....................................51
3.2.1 Sơ đồ mạng lưới và biên tính tốn ............................................................ 51
3.2.2 Tính tốn biên đầu vào (nhập lưu khu giữa – NAM) ................................ 53
3.2.3 Hiệu chỉnh và kiểm định bộ thông số NAM .............................................53
3.3 Thiết lập mơ hình MIKE 21 (2D) ....................................................................56
3.3.1 Thiết lập miền tính, lưới và địa hình vùng nghiên cứu ............................. 56
3.3.2
3.3.3

Thiết lập hệ thống đê, đường giao thông trên miền tính ........................... 59
Kết nối mơ hình một chiều và hai chiều (MIKE FLOOD) ....................... 60
iii


3.4 Hiệu chỉnh và kiểm định mơ hình ....................................................................61
3.4.1 Kết quả hiệu chỉnh mơ hình ......................................................................61
3.4.2 Kiểm định bộ thơng số mơ hình ................................................................ 64
3.5 Xây dựng các kịch bản mô phỏng vận hành hồ chứa ......................................67
3.6 Xây dựng bản đồ ngập lụt ứng với các kịch bản mô phỏng vận hành hồ
chứa............................................................................................................................ 73
3.7 Đánh giá tác động của việc vận hành hồ chứa đến ngập lụt vùng hạ lưu sông
Lam... ......................................................................................................................... 86
3.7.1 Đánh giá mực nước tại các trạm thủy văn hạ lưu sông Lam ....................86
3.7.2

Đánh giá ngập lụt vùng hạ lưu sông Lam .................................................88

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................................................... 94

DANH MỤC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ ........................................................... 96
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................... 97
PHỤ LỤC ...................................................................................................................100

iv


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Sơ đồ vị trí nghiên cứu lưu vực sơng ............................................................. 13
Hình 1.2 Đặc điểm địa hình trên lưu vực sơng .............................................................. 14
Hình 1.3 Vị trí một số hồ chứa trên lưu vực..................................................................23
Hình 2.1 Sơ đồ tổng ứng dụng các mơ hình tốn trong bài tốn ...................................32
Hình 2.2 Các ứng dụng trong kết nối tiêu chuẩn ........................................................... 34
Hình 2.3 Một ứng dụng trong kết nối biên ....................................................................35
Hình 2.4 Một ví dụ trong kết nối cơng trình .................................................................35
Hình 2.5 Sơ đồ mơ phỏng mơ hình NAM .....................................................................38
Hình 2.6 Sơ đồ nguyên lý xây dựng bản đồ ngập lụt ...................................................45
Hình 3.1 Mạng lưới mơ phỏng hệ thống hồ chứa trên lưu vực sơng Cả - mơ hình
HEC-RESSIM ...............................................................................................................48
Hình 3.2 Hình ảnh thiết lập hồ Bản Vẽ trên HEC-RESSIM ........................................49
Hình 3.3 Hình ảnh thiết lập hồ Khe Bố trên HEC-RESSIM ........................................49
Hình 3.4 Hình ảnh thiết lập hồ Chi Khê trên HEC-RESSIM .......................................49
Hình 3.5 Hình ảnh chế độ vận hành hồ Khe Bố trên HEC-RESSIM ........................... 50
Hình 3.6 Hình ảnh chế độ vận hành hồ Khe Bố trên HEC-RESSIM ........................... 50
Hình 3.7 Mạng lưới mơ phỏng mơ hình MIKE 11 hệ thống sơng Lam ........................ 51
Hình 3.8 Kết quả hiệu chỉnh mơ hình NAM trạm Sơn Diệm trận lũ 9/1978 ................55
Hình 3.9 Kết quả hiệu chỉnh mơ hình NAM trạm Sơn Diệm trận lũ 10/2010 ..............55
Hình 3.10 Kết quả kiểm định mơ hình NAM trạm Sơn Diệm trận lũ 9/2013 ...............56
Hình 3.11 Phạm vị mơ phỏng lưới hai chiều trên lưu vực sơng Cả .............................. 57
Hình 3.12 Miền tính tốn được mơ phỏng trên MIKE 21FM .......................................58

Hình 3.13 Hình ảnh thiết lập lưới tính tốn ...................................................................58
Hình 3.14 Hình ảnh thiết lập lưới tính tốn (tiếp) ......................................................... 58
Hình 3.12 Hình ảnh thiết lập đê trên mơ hình MIKE 21FM .........................................59
Hình 3.13 Danh sách hệ thống đê, điều được sử dụng và thiết lập trên MIKE 21 FM .59
Hình 3.17 Hình ảnh kết nối mơ hình MIKE 11 và MIKE 21FM bằng mơ hình
MIKEFOOD ..................................................................................................................61
Hình 3.18 Hình ảnh tính tốn sai số lần lượt tại trạm Nam Đàn và Hòa Duyệt trận lũ
10/12/2010 – 10/30/2010 ............................................................................................... 62
Hình 3.19 Kết quả hiệu chỉnh mơ hình hai chiều trích tại trạm Nam Đàn trận lũ
10/12/2010 – 10/30/2010 ............................................................................................... 62
Hình 3.20 Kết quả hiệu chỉnh mơ hình hai chiều trích tại trạm Hịa Duyệt trận lũ
10/12/2010 – 10/30/2010 ............................................................................................... 63
Hình 3.21 Kết quả kiểm định mơ hình trạm Nam Đàn trận lũ 17/9/2013 – 26/9/2013 63
Hình 3.22 Kết quả hiệu chỉnh mơ hình hai chiều trích tại trạm Linh Cảm trận lũ
17/9/2013 – 26/9/2013 ...................................................................................................64
Hình 3.23 Tính tốn sai số lần lượt tại trạm Nam Đàn và Linh Cảm trận lũ 9/2013 ....64
Hình 3.24 Tính toán sai số lần lượt tại trạm Nam Đàn và Linh Cảm trận lũ 10/2013 ..65
v


Hình 3.25 Kết quả kiểm định mơ hình trạm Nam Đàn trận lũ 14/10/2013 – 23/10/2013
.......................................................................................................................................65
Hình 3.26 Kết quả kiểm định mơ hình trạm Linh Cảm trận lũ 14/10/2013 – 23/10/2013
.......................................................................................................................................65
Hình 3.27 Tính tốn sai số lần lượt tại trạm Nam Đàn và Hịa Duyệt trận lũ 10/2016 .66
Hình 3.28 Kết quả kiểm định mơ hình trạm Nam Đàn trận lũ 10/2016 ........................ 66
Hình 3.29 Kết quả kiểm định mơ hình trạm Hịa Duyệt trận lũ 10/2016 ...................... 67
Hình 3.30 Kết quả điều tiết hồ Bản Vẽ với tần suất lũ đến 1%.....................................68
Hình 3.31 Kết quả điều tiết hồ Khe Bố với tần suất lũ đến 1% ....................................68
Hình 3.32 Kết quả điều tiết hồ Chi Khê với tần suất lũ đến 1% ...................................69

Hình 3.33 Kết quả điều tiết hồ Bản Vẽ với tần suất lũ đến 0,5%..................................69
Hình 3.34 Kết quả điều tiết hồ Khe Bố với tần suất lũ đến 0,5% .................................69
Hình 3.35 Kết quả điều tiết hồ Chi Khê với tần suất lũ đến 0,5% ................................ 70
Hình 3.36 Kết quả điều tiết hồ Bản Vẽ với tần suất lũ đến 0,1%..................................70
Hình 3.37 Kết quả điều tiết hồ Khe Bố với tần suất lũ đến 0,1% .................................70
Hình 3.38 Kết quả điều tiết hồ Chi Khê với tần suất lũ đến 0,1% ................................ 71
Hình 3.39 Đường quá trình lũ đến trạm Dừa khi khơng có hồ và sau khi hồ điều tiết
với tần suất lũ đến 1% ...................................................................................................71
Hình 3.40 Đường quá trình lũ đến trạm Dừa khi khơng có hồ và sau khi hồ điều tiết
với tần suất lũ đến 0,5% ................................................................................................ 72
Hình 3.41 Đường quá trình lũ đến trạm Dừa khi khơng có hồ và sau khi hồ điều tiết
với tần suất lũ đến 0,1% ................................................................................................ 72
Hình 3.42 Bản đồ ngập lụt hạ lưu sông Lam – trường hợp không cắt lũ, tần suất 1% .76
Hình 3.43 Bản đồ ngập lụt hạ lưu sông Lam – trường hợp cắt lũ ứng với tần suất 1% 77
Hình 3.44 Bản đồ ngập lụt hạ lưu sông Lam – trường hợp không cắt lũ, tần suất 0,5%
.......................................................................................................................................80
Hình 3.45 Bản đồ ngập lụt hạ lưu sông Lam – trường hợp cắt lũ, tần suất 0,5% .........81
Hình 3.46 Bản đồ ngập lụt hạ lưu sơng Lam – trường hợp khơng cắt lũ, tần suất 0,1%
.......................................................................................................................................84
Hình 3.47 Bản đồ ngập lụt hạ lưu sông Lam – trường hợp cắt lũ ứng với tần suất 0,1%
.......................................................................................................................................85
Hình 3.48 Đường quá trình mực nước tại trạm Nam Đàn khi cắt lũ và khơng cắt lũ với
tần suất 1%..................................................................................................................... 87
Hình 3.49 Đường quá trình mực nước tại trạm Nam Đàn khi cắt lũ và khơng cắt lũ với
tần suất 0,5%..................................................................................................................88
Hình 3.50 Đường quá trình mực nước tại trạm Nam Đàn khi cắt lũ và không cắt lũ với
tần suất 0,1%..................................................................................................................88

vi

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Thông số các hồ chứa theo quy trình vận hành liên hồ chứa ......................... 23
Bảng 1.2 Thông số các hồ Bản Mồng trên sông Hiếu ...................................................24
Bảng 3.1 Mạng lưới sơng sử dụng trong mơ hình MIKE 11 ........................................52
Bảng 3.2 Kết nối mơ hình NAM trong mơ hình MIKE 11 ...........................................52
Bảng 3.3 Kết quả hiệu chỉnh và kiểm định mơ hình NAM trạm Sơn Diệm .................54
Bảng 3.4 Bảng liên kết trong mơ hình MIKE FLOOD .................................................60
Bảng 3.5 Kết quả hiệu chỉnh và kiểm định mơ hình hai chiều trận lũ tháng 10/2010 ..62
Bảng 3.6 Kết quả hiệu chỉnh và kiểm định mơ hình hai chiều trận lũ tháng 9/2013 ....63
Bảng 3.7 Kết quả hiệu chỉnh và kiểm định mơ hình hai chiều trận lũ tháng 10/2013 ..64
Bảng 3.8 Kết quả hiệu chỉnh và kiểm định mô hình hai chiều trận lũ tháng 10/2016 ..66
Bảng 3.9 Kết quả điều tiết HEC-RESSIM trích xuất tại trạm Dừa ............................... 73
Bảng 3.10 Bảng thống kê diện tích ngập với trường hợp không cắt lũ – tần suất lũ 1%
.......................................................................................................................................73
Bảng 3.11 Bảng thống kê diện tích ngập với trường hợp cắt lũ – tần suất lũ 1% .........74
Bảng 3.12 Bảng thống kê diện tích ngập với trường hợp khơng cắt lũ - tần suất lũ 0,5%
.......................................................................................................................................78
Bảng 3.13 Bảng thống kê diện tích ngập với trường hợp cắt lũ - tần suất lũ 0,5% ......79
Bảng 3.14 Bảng thống kê diện tích ngập với trường hợp không cắt lũ - tần suất lũ 0,1%
.......................................................................................................................................82
Bảng 3.15 Bảng thống kê diện tích ngập với trường hợp cắt lũ – tần suất lũ 0,1% ......83
Bảng 3.16 Kết quả diễn tốn dịng chảy mơ hình hai chiều tại trạm Nam Đàn ............87
Bảng 3.17 Thống kê số lượng xã bị ngập hạ lưu sông Lam ..........................................89
Bảng 3.18 Kết quả đánh giá ngập lụt hạ lưu sông Lam với trường hợp cắt lũ và không
cắt lũ ứng với tần suất 1% ............................................................................................. 90
Bảng 3.19 Kết quả đánh giá ngập lụt hạ lưu sông Lam với trường hợp cắt lũ và không
cắt lũ ứng với tần suất 0,5% .......................................................................................... 91
Bảng 3.20 Kết quả đánh giá ngập lụt hạ lưu sông Lam với trường hợp cắt lũ và không
cắt lũ ứng với tần suất 0,1% .......................................................................................... 92

vii


DANH MỤC CÁC VIẾT TẮT VÀ GIẢI THÍCH THUẬT NGỮ
ATNĐ: Áp thấp nhiệt đới
DHI: Viện Thủy lực Đan Mạch
GDP: Tổng sản phẩm nội địa
GRDP: Tổng sản phẩm trên địa bàn
MNDBT: Mực nước dâng bình thường
MNC: Mực nước chết
NASH: Nash–Sutcliffe
UBND: Ủy ban nhân dân
TX: Thị xã
TP: Thành phố
Wc: Dung tích chết
Whi: Dung tích hữu ích
Wplu: Dung tích phịng lũ
Wtb: Dung tích toàn bộ

viii


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của Đề tài
Lưu vực sơng Cả là một hệ thống sông lớn ở vùng Bắc Trung Bộ với tổng diện tích tự
nhiên tồn lưu vực là 27.200 km2, trong đó phần diện tích trên đất Việt Nam là 17.730
km2. Sông Cả gồm nhiều nhánh sông nhỏ nhập lưu như sông Hiếu, sông Giăng, sông
La (bao gồm Ngàn Phố - Ngàn Sâu). Mặc dù diện tích lưu vực lớn, nguồn nước khá
dồi dào, nhưng phấn bố thiên lệch theo thời gian tập trung lớn vào các tháng mùa lũ

dẫn đến mực nước sông dâng cao gây khó khăn cho cơng tác chống lũ và tiêu thốt nội
đồng và tác động mạnh tới tiến trình phát triển kinh tế xã hội ở hạ du.
Các hồ chứa đóng vai trò quan trọng trong việc cắt lũ ở vùng hạ du. Hiện nay khu vực
miền Trung đã có và đang xây dựng thêm rất nhiều hồ chứa thủy điện, thủy lợi nhằm
mục đích cấp nước, phát điện và phịng chống lũ. Thực tiễn, nếu xảy ra lũ lớn bất
thường thì vùng hạ du sẽ ứng phó như thế nào để giảm thiểu ngập lụt do xả lũ từ các
hồ chứa và mưa lớn gây ra. Vì vậy, việc đánh giá tác động của các hệ thống hồ chứa
đến lũ lụt hạ du trong điều kiện khí hậu hiện nay là hết sức cần thiết.
Do vậy, tác giả đã lựa chọn đề tài “Nghiên cứu đánh giá tác động của các hồ chứa
đến ngập lụt hạ lưu sông Lam” với mong muốn nghiên cứu cơ sở khoa học về các tác
động của hồ chứa nhằm nâng cao hiệu quả phòng lũ cho hạ du.
2. Mục tiêu nghiên cứu: Đưa ra tác động của hồ chứa đến hạ lưu sông Lam khi có lũ
lớn xảy ra.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Phạm vi nghiên cứu: Lưu vực sông Cả nằm ở vùng Bắc Trung bộ có toạ độ địa lý:
18015' đến 20010'30'' vĩ độ Bắc; 103045'20'' đến 105015'20'' kinh độ Đông. Điểm sông
Cả chảy vào đất Việt Nam tại Biên giới trên dịng Nậm mơ có toạ độ: 19 024'59'' độ vĩ
Bắc; 104004'12'' kinh độ Đông.
Vùng hạ lưu sông Lam giới hạn bởi các huyện Đô Lương, Yên Thành, Diễn Châu,
Thanh Chương, Anh Sơn, Hưng Nguyên, Nam Đàn, Nghi Lộc, TX. Cửa Lò, TP. Vinh
(Nghệ An). Huyện Đức Thọ, Nghi Xuân, Can Lộc. Lộc Hà, TX. Hồng Lĩnh (Hà Tĩnh).
1


Có tọa độ địa lý: 18015’đến 1903’ vĩ độ Bắc, 104055’20” đến 105058’30” kinh độ.
- Đối tượng nghiên cứu: Vận hành hồ chứa trên lưu vực sông Cả; Đánh giá tác động
của các hồ chứa đến vùng hạ du hồ chứa.
4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
Phương pháp thống kê, thu thập số liệu, xử lí số liệu: Tiến hành thu thập số liệu, tài
liệu liên quan đến đề tài nghiên cứu, tài liệu khu vực nghiên cứu lưu vực sông Cả. Các

số liệu được thu thập bao gồm về địa hình, khí tượng, thủy văn, thủy lực phục vụ báo
cáo tính tốn, phân tích của bài báo cáo. Phương pháp thực hiện tham khảo tài liệu,
thống kê các tài liệu thu thập được. Kiểm tra đánh giá, tổng hợp, cập nhật các số liệu
thủy văn, địa hình, điều kiện tự nhiên,… Đồng thời xử lý các số liệu về lũ, điều kiện
lưu vực sông, điều kiện dân sinh kinh tế.
Từ kết quả thu thập số liệu, tài liệu tiến hành tổng hợp, phân tích, xử lý số liệu, tài liệu
phục vụ đề tài nghiên cứu:
Phương pháp mô hình tốn: Ứng dựng mơ hình tốn để tính tốn lũ trên lưu vực.
Phương pháp kế thừa: Để kết quả nghiên cứu đề tài có tính khoa học và thực tiến tác
giả đã nghiên cứu, tham khảo các kết quả, cơng trình đã được nghiên cứu trước đây
của các tác giả khác từ đó rút kinh nghiệm và kế thừa một số sản phẩm.

2


CHƯƠNG 1
NGOÀI NƯỚC

TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC VÀ

1.1 Tổng quan các nghiên cứu trên thế giới
Những năm gần đây trên thế giới, nghiên cứu vận hành hồ chứa tập trung vào sử dụng
cơng cụ mơ hình tốn, lý thuyết tối ưu nhằm tính tốn vận hành hồ chứa theo thời gian
thực, tính tốn tối ưu vận hành hồ chứa phòng lũ, phát điện, cấp nước hạ du và các vấn
đề liên quan. Tại các nước phát triển, hệ thống số liệu, tài liệu nền của các ngành dùng
nước được xây dựng một cách đầy đủ và đồng bộ. Công tác quản lý tài nguyên nước
cũng được thực hiện một cách hiệu quả và có sự đồng thuận cao giữa các ngành cũng
như các mục tiêu vận hành. Tuy nhiên, dưới tác động của biến đổi khí hậu: bão, lũ lớn
tăng cả tần số lẫn cượng độ cùng với mực nước biển dâng dẫn đến nguy cơ thoát lũ
kém, kèm theo hệ thống phòng, chống lũ nhưng đê điều được xây dựng đã lâu chưa

được nâng cấp hoàn chỉnh làm cho lũ lụt ngày càng xảy ra nghiêm trọng, thiệt hại càng
tăng. Trước thực trạng đó, các quốc gia phát triển đã tập trung nghiên cứu các tác động
do việc xả lũ từ các hồ chứa gây ra để phịng trường hợp thời tiết khí hậu cực đoan, từ
đó đưa ra các phương án khả thi và tăng tính hiệu quả cao cho an toàn hồ chứa, lẫn hạ
du.
Long, N. L và nnk [12] đã nghiên cứu kết hợp mơ hình mơ phỏng và mơ hình tối ưu để
vận hành hồ Hịa Bình giải quyết xung đột chính giữa phòng lũ và phát điện ở giai
đoạn cuối mùa lũ và đầu mùa kiệt. Tác giả đã sử dụng phần mềm MIKE 11 để mô
phỏng hệ thống sông và hồ chứa kết hợp với các thuật toán tối ưu SCE (shuffled
complexevolution) để tìm ra quỹ đạo tối ưu (pareto) khi xem xét cả hai ưu tiên giữa
phòng lũ và phát điện. Kết quả đạt được cho thấy hồn tồn có thể dùng mơ hình mơ
phỏng để giải quyết vấn đề phịng lũ cho cơng trình và cho hạ du mà vẫn có thể duy trì
mực nước cao ở cuối mùa lũ để đảm bảo hiệu ích cao trong phát điện ở mùa kiệt kế
tiếp. Đồng thời nghiên cứu cũng cho thấy thuật tốn tối ưu SCE là một cơng cụ hữu
hiệu trong giải quyết các bài toán hệ thống phức tạp.
Chang, L. C. và Chang, F. J [23] đã nghiên cứu áp dụng thuật tốn tiến hóa (Evolution
3


Algorithm – NSGA-II) vào vận hành hệ thống hồ chứa gồm hồ Feitsui và Shihmen ở
Đài Loan. Các tác giả đã mô phỏng và vận hành hệ thống hồ chứa theo thời đoạn ngày,
sau đó tính tốn các chỉ số thiếu hụt nước (shortage indices – SI) cho cả 2 hồ 16 trong
một thời gian dài mơ phỏng. Thuật tốn NSGA-II đã được sử dụng để làm giảm chỉ số
SI thông qua chiến lược phối hợp vận hành 2 hồ. Với 49 năm số liệu, các tác giả cho
thấy hoàn tồn có thể tìm các chiến lược phối hợp vận hành tốt hơn nhiều so với thực
tế vận hành trong 49 năm qua và giải tối ưu Pareto tìm được cho 2 hồ chính là giải
kiến nghị cho việc vận hành phối hợp.
Wei, C. C. and Hsu, N. S. [25] nghiên cứu áp dụng vận hành tối ưu với các quy tắc
nhánh cây (treebased rules) cho hệ thống hồ chứa đa mục tiêu phòng lũ với thời gian
thực bằng việc tích hợp vào hệ thống mơ hình dự báo thủy văn. Phương pháp này đã

được áp dụng cho hệ thống hồ chứa trên sông Tanshui ở Đài Loan. Kết quả vận hành
thử nghiệm cho các trận mưa lũ lịch sử năm 2004 (trận Aere, Haima và Neck-ten) cho
thấy phương pháp này có kết quả tốt nhơn nhiều đảm bảo cắt được đỉnh lũ theo yêu
cầu của các điểm kiểm soát ở hạ lưu mà vẫn đảm bảo yêu cầu tích nước ở cuối mùa lũ
ở các hồ chứa.
Knebla, M. R. và nnk (2005) [24] đã xây dựng một mơ hình dự báo lũ cho lưu vực
sơng San Antonio (diện tích khoảng 10.000 km2) ở Bang Texas, Hoa Kỳ. Mơ hình dự
báo lũ này thực chất là sự kết hợp giữa mơ hình thủy văn, thủy lực HEC – HMS, HEC
– RAS và mơ hình dự báo mưa bằng radar NEXRAD với sự trợ giúp của cơng cụ GIS
có tên “Map to Map” sử dụng phần mở rộng ArcHydro trong ArcGIS cho khu vực
nghiên cứu. Mơ hình HEC – HMS trong nghiên cứu này là mơ hình thơng số phân bố
(sử dụng lựa chọn lũ đơn vị ModClark) với ô lưới 4 km x 4 km tương ứng với độ phân
giải của mưa lưới từ mơ hình dự báo mưa bằng radar NEXRAD. Công cụ “Map to
Map” được sử dụng để xây dựng các bản đồ đất, thảm phủ dạng lưới làm đầu vào cho
HEC – HMS. Mơ hình kết hợp này đã được hiệu chỉnh với lưu lượng thực đo tại 12
trạm thủy văn trong lưu vực và được kiểm định với thông tin từ ảnh vệ tinh Landsat
TM để đảm bảo độ tin cậy. Công cụ GIS được sử dụng để xây dựng cơ sở dữ liệu bản
đồ ngập lụt. Nghiên cứu đã thử nghiệm dự báo cho trận lũ lớn mùa hè năm 2002 và kết
quả đạt được là khá tốt. Mơ hình kết hợp này đã mở ra triển vọng cho việc dự báo lũ
4


với phạm vi vùng và có thể áp dụng cho nhiều vùng khác nhau ở Hoa Kỳ.
1.2 Tổng quan các nghiên cứu trong nước
Các hồ chứa thượng nguồn đã có những ảnh hưởng không nhỏ đến chế độ lũ và ngập
lụt hạ du các lưu vực sơng. Nếu có chế độ vận hành hợp lý các hồ chứa sẽ có tác động
tích cực đến hạ du mà vẫn đảm bảo được mục tiêu phát điện, an tồn hồ chứa, phịng
lũ cho hạ du. Vì vậy, việc đánh giá tác động của hệ thống hồ chứa đến lũ lụt hạ do
trong điều kiện biến đổi khí hậu là hết sức cần thiết.
Nguyễn Tiền Giang và nnk [13] đã đánh giá ảnh hưởng của hệ thống hồ chứa và biến

đổi khí hậu tới q trình lũ tại hạ du lưu vực sơng Bến Hải – Thạch Hãn sử dụng bộ
mơ hình mơ phỏng bao gồm mơ đun mưa rào – dịng chảy, diễn toán lũ trong kênh, và
diễn toán lũ qua hồ chứa, đập dâng. Từ các kết quả từ các kịch bản mà nghiên cứu đã
chọn co thầy tác dụng cắt lũ của các hồ chứa thủy điện, thủy lợi đã lựa chọn đưa vào
kịch bản vận hành là đáng kể. Tác động của điều tiết hồ chứa tới đặc trưng dịng chảy
lũ mạnh mẽ hơn so với biến đổi khí hậu. Khi có sự tham gia của vận hành hồ chứa,
quá trình lưu lượng sau hồ bị điều tiết bởi quy trình vận hành hồ chứa. Lưu lượng xả
phụ thuộc vào mực nước trong hồ. Do vậy, với kịch bản khơng có hồ thì lũ có đỉnh cao
hơn và xuất hiện sớm hơn đối với kịch bản có hồ, dịng chảy về hồ bị giữ lại và được
xả theo quy trình vận hành hồ chứa. Đối với các hồ chứa thủy lợi có dung tích và diện
tích khống chế nhỏ thì lưu lượng khống chế phịng lũ đáng kể so với tổng lượng dòng
chảy lũ của cả lưu vực. Kết quả nghiên cứu cho thấy việc đánh giá ảnh hưởng của hồ
chứa đến dòng chảy hạ lưu là rất cần thiết.
Cao Đình Huy, Lê Hùng [1] “Nghiên cứu hiệu quả cắt giảm lũ hạ du của hệ thống hồ
chứa thủy điện trên sơng Ba” đã tính tốn hai nội dung: Từ dòng chảy lũ đến hồ tiến
hành vận hành điều tiết hồ và diễn tốn lũ phía thượng lưu theo các phương án sau đó
và tính tốn ngập lụt phía hạ lưu với cơng cụ tính tốn mơ phỏng tương ứng theo hai
mơ hình là: Mơ hình HEC-Ressim để vận hành điều tiết hồ chứa và diễn toán lũ
thượng lưu; Mơ hình được thiết lập điều hành hệ thống 3 hồ chứa lớn trên lưu vực
sông Ba là Krông Hnăng, sông Hinh và sông Ba Hạ, các kết quả điều tiết xả lũ tại sơng
Ba Hạ và sơng Hình làm đầu vào cho mơ hình thủy lực MIKE FLOOD (DHI). Nghiên
cứu mô phỏng điều tiết hồ với 2 phương án: Phương án 1 điều tiết các hồ chứa với
5


mực nước hồ ban đầu là mực nước trước lũ, sau đó hạ mực nước hồ xuống mực nước
đón lũ theo Quy trình liên hồ chứa của chính phủ; Phương án 2 là điều tiết giữ nguyên
mực nước hồ bằng mực nước trước theo Quy trình liên hồ chứa của chính phủ, khơng
hạ mực nước hồ xuống đón lũ. Kết quả nghiên cứu đề xuất chế độ vận hành hệ thống
hồ chứa thượng nguồn lưu vực sông Ba cho 2 phương án: Phương án theo quy trình

liên hồ của chính phủ, tạo dung tích đón lũ và phương án giữ ngun mực nước đón lũ,
ta thấy việc tạo dung tích đón lũ tuy có hiệu quả cắt đỉnh lũ so với phương án giữ
nguyên mực nước đón trước khoảng 5%; tuy nhiên việc cắt lũ không hiệu quả sẽ làm
thiệt hại sản lượng điện năng của các nhà máy thủy điện. Đề xuất hai nhóm kịch bản
nêu trên, có thể thấy được mức độ phòng lũ của hệ thống hồ chứa sông Ba là không
lớn. Sự khác nhau giữa kịch bản tạo dung tích đón lũ và giữ ngun mực nước trước lũ
là không đáng kể, trong khi việc vận hành để tạo dung tích đón lũ sẽ gặp nhiều khó
khăn cho người điều hành vì khả năng dự báo lũ hiện nay của các con sơng Miền
Trung nói chung và sơng Ba nói riêng có độ chính xác thấp, thời gian dự báo không
dài.
Tô Thúy Nga [15] “Nghiên cứu vận hành hệ thống hồ chứa lớn trên lưu vực sơng Vu
Gia – Thu Bồn phục vụ phịng chống lũ” với cơ sở đề xuất phương án vận hành xả lũ
dựa trên khả năng mô phỏng cảnh báo, dự báo lũ khi có thơng tin, dự báo mưa từ trung
tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Quốc gia. Với thời gian dự báo mưa khoảng 3 ngày
sẽ nhận định khả năng gây lũ từ đó vận hành hồ xả nước đón lũ. Điều này cho phép
các hồ chứa vẫn có thể tích nước cao hơn mực nước trước lũ thậm chí có thể tới mực
nước dâng bình thường. Nghiên cứu đã xây dựng mơ hình MOPHONG-LU trên cơ sở
tích hợp các mơ hình mưa – dịng chảy, mơ hình vận hành hồ chứa và diễn tốn lũ
trong sơng cho phép mô phỏng, cảnh báo, dự báo lũ đến các nút hồ chứa và các nút
sông. Kết quả nghiên cứu cho thấy việc cảnh báo, sự báo mưa có thể xả lũ trước 60h
kéo dài thời gian xả lũ hạ mực nước hồ xuống mực nước trước lũ sau đó tủy quy mô
trận lũ dự báo tiếp theo mà tiến hành hạ tiếp mực nước xuống mực nước đón lũ. Điều
này vẫn đảm bảo hiệu quả cắt lũ hạ du mà khơng ảnh hưởng nhiệm vụ phát điện và
khả năng tích nước đầy hồ và cuối mùa lũ.
Nguyễn Thế Toàn và Phạm Thị Hương Lan [14] đề tài “Xây dựng bản đồ ngập lụt
6


theo các kịch bản chống lũ trên lưu vực sông Hồng Long” sử dụng mơ hình MIKE
Flood kết hợp mơ hình thủy lực một chiều mơ phỏng hệ thống sơng Hồng – Đáy –

Hồng Long với mơ hình thủy lực hai chiều mô tả ngập lụt vùng bãi; ArcGis để xây
dựng bản đồ ngập lụt với 2 giải pháp quyết định trong quy hoạch phịng chống lũ sơng
Hồng Long: phân lũ vào Đầm Cút với lưu lượng 208 m3/s mục đích chuyển bớt một
phần lũ từ sơng Hồng Long sang sơng Đáy; phân lũ qua tràn Lạc Khối với lưu lượng
303 m3/s để chuyển một phần lũ trên dịng chính Hồng Long vào khu chậm lũ Lạc
Khối sau đó thốt dần qua sông Bến Đang ra biển. Kết quả nghiên cứu xác định được
diện tích ngập với độ sâu ngập giúp cho cơng tác phịng chống lụt bão có tính chủ
động, ứng phó trong trường hợp xảy ra lũ vượt thiết kế.
Dương Quốc Huy, và nnk [5] nghiên cứu “Ứng dụng mơ hình tốn xây dựng bản đồ
ngập lụt hạ du lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn” sử dụng bộ phần mềm MIKE phục vụ
việc mô phỏng. Trong đó, mơ hình MIKE – UHM được sử dụng cho diễn tốn mưa
rào – dịng chảy tại các tiểu lưu vực, các hồ chứa. Các giá trị tính tốn được sử dụng
làm đầu vào cho mơ hình vận hành hồ chứa, diễn tốn dịng chảy lũ trong sơng (MIKE
11) và tính tốn các mức độ ngập lụt khác nhau trong vùng đồng bằng của lưu vực
(MIKE 21). Các kịch bản tính tốn được xác định với tần suất mưa, lũ 1% và 5% cho
kết quả diện tích ngập lớn nhất lần lượt là 529,7 km2, 494,1 km2 và phân theo từng cấp
độ ngập khác nhau. Kết quả nghiên cứu sẽ phuc vụ trực tiếp cho cơng tác cảnh báo,
phịng tránh thiên tai lũ lụt. Bên cạnh đó, bản đồ ngập lụt còn là cơ sở quan trọng trong
việc đánh giá ảnh hưởng, đề xuất giải pháp giảm thiểu, quy hoạch hạ tầng phòng
chống lũ hiệu quả.
Trần Kim Châu và Nguyễn Tuấn Anh [16] “Ứng dụng mơ hình thủy lực một và hai
chiều kết hợp để xây dựng bản đồ ngập lụt hạ du hồ chứa Thác Chuối, Quảng Bình”
xây dựng bản đồ ngập lụt trong hai trường hợp vỡ đập và xả lũ. Phạm vi tính tốn của
nghiên cứu được xác định từ hạ lưu hồ Thác Chuối ra đến biển. Đề tài sử dụng công
thức kinh nghiệp Froehlich (1995, 2008) xác định các thơng số vết vỡ, q trình xả lũ
xuống hạ du được nghiên cứu xác định thông qua q trình điều tiết hồ chứa, cịn
đường q trình dịng chảy lũ do vỡ đập được tính tốn dựa vào các thông số vết vỡ đã
được xác định. Nghiên cứu sử dụng mơ hình thủy văn HEC-HMS để mơ phỏng biên
7

tiểu lưu vực làm biên đầu vào cho mơ hình thủy lực một chiều HEC-RAS. Sử dụng số
liệu địa hình 1:10.000 mơ phỏng các ơ chứa trong mơ hình hai chiều HEC-RAS để
tính tốn và mơ phỏng. Kết quả xác định được phạm vi ngập cũng như thời gian và cấp
độ ngập cho thấy mơ hình 1&2 chiều kết hợp là cơng cụ thích hợp để mơ phỏng ngập
lụt cho khu vực có địa hình phức tạp, đưa ra kết quả trực quan về mô phỏng vỡ đập và
xả lũ.
Công ty tư vấn điện 1 (PECC1), “Điều chỉnh Quy trình vận hành liên hồ chứa Sơn La,
Hịa Bình, Thác Bà và Tuyên Quang trong mùa lũ hàng năm” [2] đã nghiên cứu đề
xuất một số hiệu chỉnh quy trình vận hành hệ thống hồ chứa trên sông Hồng theo
Quyết định 198/2001/QĐ-TTg. Đề án đã ứng dụng mơ hình MIKE 11 để mô phỏng lũ
cho hệ thống sông Hồng, sử dụng mơ hình lũ PMF và lũ chu kỳ lặp lại 500 băn tại Sơn
Tây tính tốn điều chỉnh nâng cao mực nước trước lũ cho hồ chứa Sơn La. Thực tế đã
được Quyết định 1622/2015/QĐ-TTg quy định quy trình vận hành liên hồ chứa trên
lưu vực sông Hồng đã nâng mực nước trước lũ của hồ chứa Sơn La trong thời kỳ lũ
chính vụ từ 194 m lên 197,3 m. Kết quả nghiên cứu trong thời kỳ lũ chính vụ, khi
khơng có lũ lớn, mực nước hồ Sơn La và hồ Hịa Bình duy trì ở ngưỡng cao hơn mực
nước trước lũ (vận hành theo khung tham chiếu phụ thuộc vào mực nước Hà Nội), khi
dự báo có lũ lớn xảy ra sẽ tiến hành hạ mực nước hồ Sơn La và Hịa Bình về mực
nước trước lũ để sẵn sàng điều tiết, chống lũ thiết kế 500 năm tại Sơn Tây cho hạ du.
Tuy nhiên, đề án chỉ dừng lại điều chỉnh khoản 6 của quy trình 198, chưa đề cập đến
vấn đề vận hành hồ chứa trong thời kỳ lũ muộn khi xảy ra lũ bất thường.
1.3 Tổng quan các nghiên cứu trên lưu vực sông
Cat, V. M và nnk [22] đã nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn cho lưu
vực sông Cả (Lào – Việt Nam) đã xây dựng công nghệ dự báo mưa trung hạn sử dụng
mơ hình BOLAM và MOLOCH do đối tác Italia chuyển giao cho lưu vực sông Cả
(bao gồm cả diện tích bên Lào). Mơ hình BOLAM phiên bản mới với mã nguồn song
song hóa đã được nghiên cứu và chạy thử nghiệm dự báo định lượng mưa lớn trên khu
vực lưu vực sông Cả trong 3 mùa lũ 2009 - 2011 với số liệu đầu vào từ mơ hình tồn
cầu GFS (độ phân giải 0,5 độ) tại Trung tâm Dự báo khí tượng thủy văn Trung ương.

Các kết quả đánh giá kỹ năng dự báo mưa lớn cho thấy mơ hình BoLAM có khả năng
8


mô phỏng tương đối tốt các đợt mưa lớn ở lưu vực sông Cả, song dự báo định lượng
mưa từ mơ hình BoLAM có sai số hệ thống âm, đặc biệt đối với những đợt mưa do kết
hợp của nhiều hình thế động lực phi thủy tĩnh gây nên. Điều này có thể do nguyên
nhân từ hạn chế động lực học thủy tĩnh của mơ hình BoLAM. Xây dựng cơng nghệ dự
báo lũ cho hệ thống sông Cả với việc xây dựng và kết nối các mơ hình dự báo lũ đến
các hồ chứa (HEC-HMS, EANN, DIMOSHONG) với mơ hình điều hành hệ thống hồ
chứa (HEC-RESSIM) và với các mô hình diễn tốn dịng chảy theo cả phương pháp
thủy văn và thủy lực (HEC-RESSIM, HEC-RAS) để có thể tiến hành dự báo thủy văn
cho tất cả các trạm trên hệ thống sơng Cả trong trường hợp có sự điều tiết và khơng có
sự điều tiết của các hồ chứa phịng lũ.
Xây dựng và mơ phỏng mơ hình điều hành hệ thống hồ chứa phịng lũ cho lưu vực
sơng Cả (5 hồ) và đề xuất quy tắc vận hành trong các thời kỳ lũ khác nhau. Mơ hình
điều hành hệ thống hồ chứa được xây dựng dựa trên sự kết hợp giữa mơ hình mơ
phỏng HEC-HMS, HEC-RESSIM và mơ hình điều khiển với các lệnh điều khiển được
viết và tích hợp trong hệ thống, rất thuận tiện cho việc điều hành tác nghiệp. Công 198
cụ điều hành trên đã được chuyển giao, hướng dẫn sử dụng cho Đài khí tượng thủy
văn Bắc trung bộ và hy vọng khi các hồ đi vào vận hành sẽ là công cụ đắc lực điều tiết
dịng chảy lũ và giảm thiểu tình trạng ngập úng cho hạ lưu.
Đề tài đã lập chương trình tích hợp giữa các mô đun dự báo mưa, dự báo lũ, điều hành
hệ thống hồ chứa phịng lũ. Chương trình tích hợp này có giao diện thuận tiện, dễ
dùng, được quản lý trong một cơ sở dữ liệu chung của đề tài HEC-DSS, vì vậy có tính
liên thơng cao. Số liệu đo đạc từ trạm tự động được cập nhật trực tiếp vào cơ sở dữ
liệu, nên việc điều hành hệ thống hồ chứa và dự báo lũ theo thời gian thực là hồn tồn
có thể thực hiện được vì mơ hình điều hành hồ chứa khi hoạt động ln lấy biến mực
nước tại Nam Đàn là biến trạng thái khi điều khiển hệ thống.
Hoàng Thanh Tùng, và nnk [10] “Nghiên cứu cơ sở khoa học vận hành hệ thống hồ

chứa phịng lũ cho lưu vực sơng Cả” đã thiết lập các quy tắc vận hành cho từng vùng
dung tích, các quy tắc kiểm soát lưu lượng dưới hạ lưu (bằng việc thiết lập và tích hợp
các lệnh điều khiển vào trong phần mềm HEC-RESSIM), kết nối giữa dự báo dòng
chảy với vận hành hệ thống liên hồ chứa, nghiên cứu đã thử nghiệm phối hợp vận
9


hành các hồ chứa phịng lũ cho lưu vực sơng Cả ứng với các kịch bản lũ, các trận lũ
lịch sử, từ đồ thiết lập cơ sở khoa học cho việc vận hành phối hợp hệ thống liên hồ
chứa. Nghiên cứu sử dụng mơ hình HEC trong đó HEC-RESSIM mơ phỏng hệ thống
các hồ chứa, đoạn sơng, các cơng trình đầy mối của hồ chứa, bên cạnh đó nghiên cứu
tiến hành tích hợp mơ hình dự báo
mưa, lũ với mơ hình hệ thống liên hồ chứa theo thời gian thực, là phương pháp mà các
nước phát triển trên thế giới đang thực hiện.
Kết quả nghiên cứu về dòng chảy lũ trên lưu vực sông Cả cho thấy thời gian xuất hiện
lũ lớn trên các khu vực thượng nguồn sông Cả, sông Hiếu, và phần trung và hạ du
sông Cả là lệch nhau. Đây là điều kiện thuận lợi khi phối hợp vận hành các hồ chứa
phòng lũ cho hạ du:
- Những trận lũ lớn ở thượng nguồn không gặp mưa lớn ở hạ du thì nước lũ ở hạ du
sơng Cả không lớn.
- Lũ xảy ra vào tháng 7, 8 thường khơng nguy hiểm cho vùng hạ du phần vì các tháng
này bão chưa hoạt động mạnh ở phần lưu vực.
- Lũ lớn ở các lưu vực sông nhánh lớn của sông Cả không xuất hiện cùng thời gian với
lũ lớn ở thượng nguồn của dịng chính sơng Cả cho nên chưa xuất hiện tổ hợp lũ bất
lợi cho hạ du. Bên sông Hiếu lũ lớn nhất thường xuất hiện vào tháng 10 trong khi đó lũ
lởn ở thượng nguồn sông Cả lại xuất hiện vào tháng 8.
- Số liệu quan trắc từ năm 1960 – 2008 cũng chưa thấy lũ đặc biệt lớn ở thượng nguồn
gặp lũ khu giữa lớn.
- Bảng Nhận dạng hình thế thời tiết gây mưa lớn trên lưu vực sông Cả. Bảng nhận
dạng này được dùng để hiệu chỉnh giá trị dự báo mưa từ các mơ hình dự báo số trị như

BOLAM, MR5, HRM,... từ đó đưa vào mơ hình dự báo dịng chảy hoặc sơ bổ ước tỉnh
tổng lượng lũ vào từng hồ chứa.
- Kết quả mơ phỏng mơ hình tính tốn thủy văn tính tốn và dự báo dịng chảy đến các
hồ chứa, Bộ thơng số tìm được của mơ hình cho các lưu vực bộ phận sẽ được sử dụng

10


để tính tốn dịng chảy đến hồ khi có các giá trị mưa dự báo.
- Kết quả mô phỏng hệ thống liên hồ chứa trên lưu vực sông Cả bao gồm các quy tắc
vận hành cho từng vùng dung tích, các quy tắc kiểm soát lưu lượng dưới hạ lưu bằng
các lệnh điều khiển đã được tích hợp vào hệ thống. Các lệnh điều khiển được tích hợp
vào hệ thống được viết dựa trên những quy tắc.
Nghiên cứu đã tiến hành kết hợp mơ hình mơ phỏng với mơ hình điều khiển hệ thống
để xây dựng mơ hình mơ phỏng hệ thống liên hồ chứa sông Cả, đã tiến hành tích hợp
mơ hình dự báo mưa, lũ với mơ hình vận hành hồ chứa, tiến hành vận hành thử
nghiệm cho các kịch bản dòng chảy lũ khác nhau đến các hồ chứa, từ đó xây dựng cơ
sở khoa học vận hành hệ thống liên hồ chứa phòng lũ cho lưu vực sơng Cả. Bên cạnh
đó, với sự tích hợp mơ hình dự báo mưa, lũ với mơ hình vận hành hồ chứa, nghiên cứu
đã đưa ra tiền đề cho việc vận hành hồ chưa theo thời gian thực giúp việc vận hành hồ
mềm dẻo và hiệu quả, đây là phương pháp mà các nước phát triển trên thế giới đang
thực hiện và cần được nghiên cứu chuyên sâu để áp dụng ở Việt Nam.
Hoàng Thanh Tùng [11] “Nghiên cứu dự báo lũ trung hạn lưu vực sông Cả” lựa chọn
mô hình lai ghép giữa tất định và ngẫu nghiên như HEC-HMS lai ghép với ARIMA
(p,d,q) và EANN (mơ hình mạng nơ ron theo thuyết tiến hóa) lai ghép với ARIMA
(p,d,q) để xây dựng phương án dự báo lũ trung hạn phù hợp cho lưu vực sông Cả. Việc
lai ghép các mơ hình trên cho phép tận dụng được những ưu điểm của các phương
pháp dự báo trung hạn truyền thống với các phương pháp hiện đại. Trong đó các mơ
hình tất định được sử dụng để đưa ra trị số dự báo sơ bộ, cịn mơ hình ngẫu nhiên được
sử dụng để đưa ra giá trị hiệu chỉnh sai số dự báo.

Dự án “Quy hoạch tài nguyên nước tỉnh Nghệ An đến năm 2025, tầm nhìn đến năm
2035” [21] đã đưa ra 3 mục tiêu quy hoạch chính với nội dung Quy hoạch phân bổ tài
nguyên nước, Quy hoạch bảo vệ tài nguyên nước và Quy hoạch phòng chống lũ, lụt
trên địa bàn tỉnh Nghệ An. Trong đó, Quy hoạch có xác định phạm vi, tính tốn đối
với sơng Cả thuộc địa phận tỉnh Nghệ An và đưa ra các biện cơng trình và phi cơng
trình để khắc phục tình trạng do lũ, lụt gây ra như sau:
- Biện pháp cơng trình: Tăng cường trồng rừng và bảo vệ rừng đầu nguồn, tăng cường
11


các hoạt động quản lý xây dựng cơ bản, chương trình di dân tái định cư; Xây dựng hồ
chứa điều tiết lũ ở khu vực thường xảy ra lũ quét; Xây dựng đê, tường chắn lũ quét:
Các khu vực có điều kiện xây dựng cơng trình ngăn lũ qt, nghiên cứu xây dựng các
tuyến đê hoặc tường chắn lũ quét để giữ dòng lũ cháy trong lòng dẫn, ngăn chặn các
tác động của lũ quét đối với khu vực cần bảo vệ.
- Biện pháp phi cơng trình: Lập bản đồ phân vùng nguy cơ lũ quét: Lập được bản đồ
phân vùng nguy cơ lũ quét (nguy cơ cao, nguy cơ trung bình và vùng ít có khả năng
xảy ra lũ quét); Quản lý sử dụng đất: Quy hoạch sử dụng đất hạn chế phát triển trong
vùng nguy cơ lũ quét cao. Rà soát, bổ sung quy hoạch đối với các khu dân cư để thực
hiện tái định cư ra khỏi vùng có nguy cơ lũ quét, sạt lở đất cao; Xây dựng hệ thống
cảnh báo dự báo, nối mạng thông tin và truyền dẫn dữ liệu đo đạc trực tuyến: Xây
dựng chương trình dự báo lũ quét; tăng cường trang thiết bị và năng lực xử lý thông tin
dự báo cho ban chỉ huy phòng, chống lụt bão của tỉnh và của các huyện để có hệ thống
chỉ huy đồng bộ, kịp thời, chính xác; Lập kế hoạch phịng chống giảm nhẹ lũ quét ở
các cấp tỉnh, cấp huyện và cấp xã; Lập kế hoạch quản lý rủi ro do lũ quét gây ra trên
địa bàn tỉnh.
- Đối với phòng, chống giảm thiểu lũ, lụt vùng hạ lưu sông Cả và vùng các sơng độc
lập ven biển thì với tiêu chuẩn phịng lũ thì: Mức đảm bảo chống lũ trên sông Cả với
tần suất là P = 1%; Đối với các lưu vực sông Con, tiêu chuẩn chống lũ hè thu P = 10%.
1.4 Tổng quan về khu vực nghiên cứu

1.4.1 Vị trí địa lý
Sơng Cả là sơng chính của thệ thống sông Lam, một trong 9 hệ thống sông lớn của
nước ta. Sông bắt nguồn từ nước Lào, chảy qua hầu hết địa phận tỉnh Nghệ An, được
gọi là sông Cả. Đến hạ lưu vùng Nam Đàn (tại Chợ Tràng) sông tiếp nhận nhánh sông
La từ Hà Tĩnh chảy sang. Từ ngã ba này ra tới biển sông được gọi là sông Lam.
Lưu vực sông Cả nằm ở vùng Bắc Trung Bộ có toạ độ địa lý: 18015' đến 20010'30'' vĩ
độ Bắc; 103045'20'' đến 105015'20'' kinh độ Đông. Điểm sông Cả chảy vào đất Việt
Nam tại Biên giới trên dịng Nậm Mơ có toạ độ: 19024'59'' độ vĩ Bắc, 104004'12'' kinh
độ Đông. Vùng hạ lưu sông Cả giới hạn bởi các huyện Đô Lương, Yên Thành, Diễn
12


Châu, Thanh Chương, Anh Sơn, Hưng Nguyên, Nam Đàn, Nghi Lộc, thị xã Cửa Lò,
thành phố Vinh (tỉnh Nghệ An). Huyện Đức Thọ, Nghi Xuân, Can Lộc, Lộc Hà, thị xã
Hồng Lĩnh (tỉnh Hà Tĩnh ) và có tọa độ địa lý: 18015’ đến 1903’ vĩ độ Bắc, 104055’20”
đến 105058’ 30” kinh độ Đơng.

Hình 1.1 Sơ đồ vị trí nghiên cứu lưu vực sơng
1.4.2 Đặc điểm địa hình
Lưu vực sơng Cả phát triển theo hướng Tây Bắc - Đông Nam, nghiêng dần ra biển.
Phần ở địa phận Việt Nam hơn 80% diện tích là đồi núi, diện tích đất có độ dốc thoả
mãn cho yêu cầu phát triên nông nghiệp chỉ chiếm 19% toàn vùng và 14% toàn lưu
vực. Dãy núi Phu Hoạt ở thượng nguồn sơng Hiếu có đỉnh cao 2.452 m, thượng nguồn
sông Giăng, sông La là dãy núi Trường Sơn có độ cao trên 2.000 m, càng gần về phía
Nam và Tây Nam núi đồi thấp dần xuống độ cao 1.300 - 1.800 m, đến vùng núi đồi Hà
Tĩnh độ cao giảm còn 400-600 m. Dải Trường Sơn và các dãy núi cao của 6 huyện
miền núi Nghệ An đã hình thành một bức tường thành ngăn gió biển thổi vào đất Lào
tạo nên sự khác biệt về chế độ khí hậu của hai nước.

13

Địa hình sơng Cả rất đa dạng, vùng đồi núi độ dốc lớn gây ra tình trạng tập trung nước
nhanh dễ gây ra lũ lớn. Thấp nhất là vùng đồng bằng các huyện Quỳnh Lưu, Diễn
Châu, Yên Thành, có nơi chỉ cao 0,2 m so với mặt nước biển (xã Quỳnh Thanh,
Quỳnh Lưu). Đặc điểm địa hình trên là một trở ngại lớn cho việc phát triển mạng lưới
giao thông đường bộ, đặc biệt là các tuyến giao thông vùng trung du và miền núi, gây
khó khăn cho phát triển lâm nghiệp và bảo vệ đất đai khỏi bị xói mịn, gây lũ lụt cho
nhiều vùng trong tỉnh.

Hình 1.2 Đặc điểm địa hình trên lưu vực sơng
1.4.3 Đặc điểm khí tượng, thủy văn
1.4.3.1 Đặc điểm khí tượng:
Khu vực Nghệ An - Hà Tĩnh có vĩ độ địa lý thấp so với các tỉnh phía Bắc nên có mùa
đơng ngắn và mùa hè kéo dài, độ cao mặt trời ở Nghệ An - Hà Tĩnh quanh năm đều
cao, thời gian chiếu sáng giữa các mùa trong năm chênh lệch không lớn lắm. Vì vậy,
trên lãnh thổ đều nhận được một nguồn nhiệt lượng mặt trời lớn và khô như ở Bắc Bộ.
Điều đó, đã khiến cho khu vực Nghệ An - Hà Tĩnh có một mùa đơng ngắn hơn và ít
lạnh hơn so với các tỉnh phía Bắc, nhưng lại ẩm hơn rất nhiều. Trên lưu vực có một số
14


hiện tượng khí hậu theo từng mùa cụ thể sau:
Hồn lưu gió mùa Đơng Bắc: Với hướng chung của dãy Trường Sơn và dãy Hồnh
Sơn có hướng Đơng Tây, nên gần như đối lập với hướng gió Đơng Bắc, có tác dụng
ngăn chặn dịng khơng khí lạnh trên đường di chuyển từ phía Bắc về phía Nam; khơng
khí này khi về đến đây gặp núi cao phải trườn lên theo sườn núi và tạo ra hiệu ứng
mưa trước núi, trước khi nó cịn đủ sức lấn xuống về phía Nam. Về mùa đơng, khi có
khơng khí lạnh tràn về, khu vực Nghệ An nói chung và vùng Bắc Đèo Ngang nói
riêng, có lượng mưa về mùa Đơng Xn tương đối lớn, nhất là những tháng vào đầu

mùa Đông so với nhiều vùng ở Bắc Bộ.
Hồn lưu gió mùa Tây Nam: Dãy Trường Sơn nằm đối lập với hướng gió Tây Nam,
khiến cho luồng khơng khí có nguồn gốc Đại Dương mát và ẩm cũng biến thành khơ
nóng khi vượt qua Trường Sơn do hiệu ứng “Phơn nhiệt”.
Gió Tây Nam với lượng ẩm hầu như trút hết ở phía Tây Trường Sơn và với hiệu ứng
“phơn nhiệt” khi đến sườn Đông trở nên khơ nóng. Vì vậy, những tháng mùa hè ở khu
vực Nghệ An - Hà Tĩnh thường là khô hạn, lượng mưa ít, nhất là hai tháng 6 và 7 hàng
năm.
Trong những tháng khô hạn nhất của mùa hè, độ ẩm trung bình của khu vực cũng đạt
trên 70%. Vùng duyên hải chịu tác dụng điều hòa nhiệt độ của biển càng rõ rệt. Do
hiệu ứng Đất - Biển, ban ngày gió từ đất liền thổi ra biển, chiều tối và đêm gió từ biển
lại thổi vào đất liền đã tạo nên sự dịu mát với chênh lệch nhiệt độ ngày, đêm từ 7 0C 90C. Ngược lại, gần biển về mùa Đông nước biển ấm hơn đất liền nên giảm bớt sự
lạnh giá khi gió mùa.
- Nhiệt độ: lưu vực sông Cả chia làm hai thời kỳ rõ rệt: nhiệt độ mùa đông và nhiệt độ
mùa lũ, nhiệt độ bình qn năm trên lưu vực ít có biến đổi. Vùng đồng bằng cao hơn
trung du và miền núi, thể hiện theo nhiệt độ bình quân trạm Vinh: 23,80C, Đơ Lương
23,70C, Tương Dương 23,60C, Tây Hiếu 23,20C.
Mùa Đơng có thể tính từ tháng 11 đến tháng 3 năm sau trùng với thời kỳ hoạt động
mạnh của khối khơng khí lạnh lục địa Châu Á. Nhiệt độ thấp nhất là tháng 1, nhiệt độ
15


tức thời thấp nhất tại Quỳ Châu là – 0,50C (1974), Tương Dương 1,70C, Đô Lương
40C, Vinh 40C. Chênh lệch nhiệt độ ngày trong mùa Đông từ 60C đến 80C, mùa hè có
thể tính bắt đầu từ tháng 4 đến tháng 10 khi khối khơng khí xích đạo - Thái Bình
Dương ảnh hưởng lớn tới lưu vực. Nhiệt độ trung bình ngày các tháng mùa lũ đạt từ
260C - 280C. Tháng có nhiệt độ cao nhất là tháng 7 bình quân ngày đạt tới 390C. Nhiệt
độ tối cao tuyệt đối đo được tại Tương Dương là 42,70C (tháng 5/1966), Quỳ Châu
41,30C (5/1966), Đô Lương 41,10C (5/1966), Vinh 42,10C (5/1902), chênh lệch nhiệt
độ trong ngày về mùa lũ đạt tới 12-140C.

- Bức xạ: Theo tài liệu đo đạc của các trạm khí tượng, số giờ nắng trung bình năm trên
lưu vực sơng Cả biến động từ 1.500 ÷1.800 giờ/năm. Lượng bức xạ nhiệt tổng đạt bình
qn 120÷130 Kcad/cm2 năm. Số giờ nắng trung bình và lượng bức xạ lớn trên lưu
vực là điều kiện thuận lợi để phát triển sản xuất nơng lâm ngư nghiệp trên lưu vực.
- Bốc thốt hơi nước: Lượng bốc hơi nước trên lưu vực sông Cả khoảng 940 mm/năm.
Trạm Vinh do theo thiết bị GGI-3000 lượng nước bốc hơi bình qn năm 954
mm/năm. Khu vực có lượng bốc hơi năm bình quân nhỏ nhất là lưu vực sông Hiếu, tại
Quỳ Châu là 701 mm/năm. Lượng nước bốc hơi bình quân tháng lớn nhất vào tháng 7
khi gió Lào và nắng hoạt động lớn trên lưu vực. Tại Vinh tháng 7 đạt 172 mm/tháng,
tháng có lượng bốc hơi nhỏ nhất vào tháng 2 chỉ đạt 29,7 mm/tháng. Bốc hơi 4 tháng
lớn nhất là 5, 6, 7, 8 tổng lượng bốc hơi đạt tới 541 mm chiếm gần 60% tổng lượng
bốc hơi năm. Bốc hơi ngày lớn nhất tại Vinh đạt tới 5,4 mm/ngày.
- Độ ẩm khơng khí: Độ ẩm bình qn năm trên lưu vực sơng Cả biến động từ 82% đến
85% vùng có độ ẩm bình quân năm cao là Con Cuông 86,5%, Đô Lương 85,5, Tương
Dương 81,5%, Quỳ Châu 86,6%, Vinh 83,5%. Tháng có độ ẩm cao nhất là tháng 1, 2
độ ẩm cao đạt tới 94%, tháng có độ ẩm thấp nhất là tháng 7, có ngày độ ẩm thấp chỉ
cịn 36 - 38%.
- Gió: Có hai mùa rõ rệt gió mùa đơng và gió mùa hè. Vào mùa đơng hướng gió thịnh
hành là Tây Bắc - Đơng Nam và gió Đơng Bắc. Tốc độ gió trung bình đạt 1,9÷3,0 m/s.
Một năm có khoảng 3÷4 đợt gió mùa gây lạnh trên lưu vực.Gió mùa hè có hướng
thịnh hành là gió Đơng và Đơng Nam, tốc độ gió trung bình 1,5 ÷ 3,0 m/s giữa mùa
16


đơng và mùa hè có gió Tây và Tây Nam hoạt động. Trên tồn lưu vực gió có tốc độ từ
2,0 ÷ 4,0 m/s đặc trưng của gió này là khơ, nóng, thổi theo từng đợt từ 5-7 ngày mà
nhân dân thường gọi là gió Lào. Một năm trên lưu vực có từ 5 ÷ 7 đợt gió Tây và xuất
hiện từ đầu tháng 4 đến tháng 7.
- Bão: Hàng năm lưu vực sông Cả chịu ảnh hưởng của bão và bão đổ bộ trực tiếp từ
1,0 - 1,5 cơn bão trong năm. Tốc độ gió do bão gây ra đạt tới cấp 9 ÷ 10 khi giật lên

đến cấp 12. Bão thường đổ bộ vào lưu vực sông Cả từ cuối tháng 9, 10 và đầu tháng
11. Tốc độ gió lớn nhất đã quan trắc được tại Tương Dương 25 m/s hướng N.W
(1975). Tại Quỳ Châu lớn hơn 20 m/s hướng N.W năm 1973, tại Đô Lương 28 m/s
hướng E.N.E (1965), tại Vinh 40 m/s xuất hiện năm 1982, 1987, 1989, 1990.
- Mưa: Trung tâm mưa lớn như thượng nguồn sông Hiếu, lưu vực sông La, lưu vực
sông Giăng lượng mưa bình quân năm đạt 2.000 - 2.400 mm/năm. Trung tâm mưa nhỏ
dọc theo dịng chính sơng Cả, tại Cửa Rào, Mường Xén đạt 1.100 - 1.400 mm/năm.
Vùng đồng bằng hạ du sơng Cả có lượng mưa bình qn năm từ 1.700 - 1.800
mm/năm.
Mưa phân bố theo thời gian trong năm có 2 mùa rõ rệt: Mùa mưa ít và mùa mưa nhiều.
Ở thượng nguồn sông Cả, sông Hiếu mùa mưa có thể tính từ tháng 5 đến tháng 10
nhưng ở hạ du và phía sơng La mùa mưa có thể tính từ tháng 6 đến tháng 11. Mưa lớn
trong năm thường có 2 đỉnh, đỉnh mưa lớn thứ nhất xuất hiện vào cuối tháng 5 đầu
tháng 6 khi gió giao mùa. Đỉnh mưa này là ngun nhân chính xuất hiện lũ tiểu mãn.
Đỉnh mưa lớn nhất trong năm thường xuất hiện vào cuối tháng 9, 10 hàng năm. Đầu
mùa hạ lượng mưa tháng đạt cực đại vào tháng 5, 6 sau đó mưa giảm nhỏ vào tháng 7,
8. Tổng lượng mưa hai tháng 5, 6 đạt tới 20% tổng lượng mưa năm. Trong 2 tháng
mưa lớn tháng 9, 10 lượng mưa đạt tới 40 - 50% tổng lượng mưa năm, cường độ mưa
trong mùa mưa rất lớn. Trong 1 ngày lượng mưa có thể đạt từ 700 mm đến 800 mm,
mưa 3 ngày đạt trên 1.000 mm điển hình như trận mưa ngày 20/8/1965 thành phố Vinh
chỉ trong 1 giờ lượng mưa đạt 142 mm/giờ. Những trận mưa lớn như trên thường gây
lũ nghiêm trọng trên lưu vực sông Cả.
Tổng lượng mưa 6 tháng mùa khô lại rất nhỏ chỉ chiếm 15 - 20% tổng lượng mưa
17