(Luận văn thạc sĩ file word) Ứng dụng mô hình toán đánh giá bồi lắng hồ chứa Tuyên Quang

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI

LƯU THỊ HỒNG LINH

ỨNG DỤNG MƠ HÌNH TOÁN ĐÁNH GIÁ BỒI LẮNG
HỒ CHỨA TUYÊN QUANG

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hà Nội – 2014


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI

LƯU THỊ HỒNG LINH

ỨNG DỤNG MƠ HÌNH TOÁN ĐÁNH GIÁ BỒI LẮNG
HỒ CHỨA TUYÊN QUANG

Chuyên ngành: Thủy văn học
Mã số: 604490

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Người hướng dẫn khoa học:
1. PGS. TS Hồng Minh Tuyển
2. PGS. TS Ngơ Lê Long

Hà Nội – 2014


LỜI CẢM ƠN
Sau một thời gian nghiên cứu, học viên đã hồn thành luận văn thạc sỹ “Ứng
dụng mơ hình toán đánh giá bồi lắng hồ chứa Tuyên Quang”. Đây là một đề tài
phức tạp và khó khăn trong việc thu thập, phân tích thơng tin số liệu. Vì vậy, trong
q trình thực hiện để hồn thành luận văn, ngồi sự cố gắng của bản thân cịn có sự
giúp đỡ nhiệt tình của q thầy cơ, sự động viên của gia đình, bạn bè và đồng nghiệp.
Trước hết tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và trân trọng tới PGS. TS
Hồng Minh Tuyển, PGS. TS Ngơ Lê Long, hai thầy đã chỉ bảo, hướng dẫn và giúp
đỡ tác giả rất tận tình trong suốt thời gian thực hiện và hoàn thành luận văn.
Tác giả xin gửi lời cảm ơn đến Phòng Đào tạo đại học và sau đại học, Khoa
Thủy văn Tài nguyên nước của trường Đại học Thủy lợi và tồn thể các thầy cơ đã
giảng dạy, giúp đỡ tác giả trong thời gian học tập cũng như thực hiện luận văn.
Tác giả cũng chân thành cảm ơn tới các bạn đồng nghiệp, bạn bè, đặc biệt
phòng Đánh giá Quy hoạch và Tài nguyên nước - Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn
và Biến đổi khí hậu nơi tác giả đang công tác đã hỗ trợ chuyên môn, thu thập tài liệu
liên quan để luận văn được hồn thành.
Do thời gian nghiên cứu khơng dài, trình độ và kinh nghiệm thực tiễn chưa
nhiều nên luận văn chắc chắn không thể tránh được những hạn chế và thiếu sót. Tác
giả kính mong các thầy, cơ giáo, đồng nghiệp đóng góp ý kiến để kết quả nghiên cứu
được hoàn thiện hơn.
Tác giả xin chân thành cảm ơn.
Hà Nội, ngày 30 tháng 11 năm 2014

Tác giả

Lưu Thị Hồng Linh


BẢN CAM KẾT
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết
quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được cơng bố trong bất kỳ cơng
trình nào khác.
Tơi xin cam đoan, mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được
cảm ơn và các thơng tin trích dẫn trong luận văn đã được ghi rõ nguồn gốc.

Học viên thực hiện luận văn

Lưu Thị Hồng Linh


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU..............................................................................................................1
1. Tính cấp thiết của đề tài.................................................................................1
2. Mục đích của đề tài........................................................................................1
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu................................................................. 2
4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu....................................................2
5. Bố cục luận văn............................................................................................. 3
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU BỒI LẮNG HỒ CHỨA..............4
1.1. Các nghiên cứu trên thế giới về bồi lắng hồ chứa.........................................4
1.2. Các nghiên cứu trong nước về bồi lắng hồ chứa...........................................7
1.3. Hướng nghiên cứu của luận văn................................................................... 9
CHƯƠNG 2. ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN VÙNG NGHIÊN CỨU....................... 12
2.1. Vị trí địa lý..................................................................................................12

2.2. Đặc điểm địa hình, thổ nhưỡng, thảm phủ lưu vực hồ................................13
2.2.1. Đặc điểm sơng ngịi..............................................................................13
2.2.2. Đặc điểm địa hình.................................................................................14
2.2.3. Đặc điểm thổ nhưỡng........................................................................... 16
2.2.4. Đặc điểm thảm phủ...............................................................................20
2.3. Đặc điểm khí hậu........................................................................................ 23
2.4. Đặc điểm thủy văn và bùn cát.....................................................................24
2.4.1. Đặc điểm thủy văn................................................................................24
2.4.2. Đặc điểm bùn cát..................................................................................31
2.5. Giới thiệu hồ chứa Tuyên Quang................................................................41
CHƯƠNG 3. THIẾT LẬP MƠ HÌNH TỐN DỰ TÍNH BỒI LẮNG HỒ
CHỨA TUN QUANG.................................................................................. 44
3.1. Thiết lập mơ hình SWAT xác định bùn cát đến hồ Tun Quang...............44
3.1.1. Giới thiệu mơ hình SWAT.................................................................... 44
3.1.2. Thiết lập mơ hình SWAT lưu vực tính toán..........................................54


3.1.3. Hiệu chỉnh và kiểm định mơ hình........................................................ 59
3.2. Thiết lập mơ hình Mike 11 dự tính bồi lắng hồ Tun Quang....................63
3.2.1. Giới thiệu mơ hình................................................................................63
3.2.2. Số liệu đầu vào cho mơ hình................................................................ 68
3.2.3. Thiết lập mơ hình Mike 11................................................................... 69
3.2.4. Hiệu chỉnh và kiểm định mơ hình thủy lực Mike 11............................72
CHƯƠNG 4. ỨNG DỤNG MƠ HÌNH TỐN DỰ TÍNH BỒI LẮNG HỒ
CHỨA TUYÊN QUANG.................................................................................. 76
4.1. Thiết lập phương án tính tốn..................................................................... 76
4.2. Xác định dịng chảy, bùn cát đến hồ Tun Quang bằng mơ hình SWAT
77
4.2.1. Kết quả mơ phỏng dòng chảy vào hồ Tuyên Quang............................ 77
4.2.2. Kết quả mô phỏng lượng bùn cát vào hồ Tuyên Quang.......................79

4.3. Đánh giá diễn biến bồi lắng hồ Tuyên Quang bằng mô hình MIKE 11....82
4.3.1 Kết quả tính...............................................................................................82
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ........................................................................... 87
TÀI LIỆU THAM KHẢO..................................................................................89


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Sơ đồ tính tốn bồi lắng bùn cát hồ chứa Tuyên Quang....................10
Hình 2.1. Bản đồ vùng nghiên cứu.................................................................... 12
Hình 2.2. Bản đồ sơng ngịi vùng nghiên cứu....................................................14
Hình 2.3. Bản đồ địa hình vùng nghiên cứu...................................................... 16
Hình 2.4. Bản đồ đất lưu vực sơng Gâm............................................................19
Hình 2.5. Bản đồ thảm phủ vùng nghiên cứu.................................................... 23
Hình 2.6. Diễn biến lưu lượng trạm Chiêm Hóa................................................26
Hình 2.7. Diễn biến lưu lượng tháng lớn nhất trạm Chiêm Hóa........................26
Hình 2.8. Diễn biến lưu lượng tháng nhỏ nhất trạm Chiêm Hóa.......................26
Hình 2.9. Diễn biến lưu lượng trạm Na Hang....................................................27
Hình 2.10. Diễn biến lưu lượng tháng nhỏ nhất trạm Na Hang.........................27
Hình 2.11. Diễn biến lưu lượng tháng lớn nhất trạm Na Hang..........................28
Hình 2.12. Diễn biến lưu lượng trạm Bảo Lạc...................................................28
Hình 2.13. Diễn biến lưu lượng tháng nhỏ nhất trạm Bảo Lạc..........................29
Hình 2.14. Diễn biến lưu lượng tháng lớn nhất trạm Bảo Lạc.......................... 29
Hình 2.15. Diễn biến lưu lượng trạm Đầu Đẳng................................................29
Hình 2.16. Diễn biến lưu lượng tháng nhỏ nhất trạm Đầu Đẳng.......................30
Hình 2.17. Diễn biến lưu lượng tháng lớn nhất trạm Đầu Đẳng........................30
Hình 2.18. Diễn biến lưu lượng trạm Thác Hốc................................................ 30
Hình 2.19. Diễn biến lưu lượng tháng nhỏ nhất trạm Thác Hốc........................31
Hình 2.20. Diễn biến lưu lượng tháng lớn nhất trạm Thác Hốc........................ 31
Hình 2.21. Diễn biến bùn cát trạm Chiêm Hóa..................................................35
Hình 2.22. Chênh lệch bùn cát giữa các trạm thủy văn trên lưu vực sơng

Gâm....................................................................................................................40
Hình 3.1. Bản đồ lưới trạm khí tượng thủy văn trên lưu vực sông Gâm đến
trạm Chiêm Hóa.................................................................................................56
Hình 3.2. Bản đồ các lưu vực bộ phận trong mơ hình SWAT............................58


Hình 3.3. Đường quá trình lưu lượng hiệu chỉnh và thực đo tại trạm Bảo
Lạc......................................................................................................................60
Hình 3.4. Đường quá trình lưu lượng kiểm định và thực đo tại trạm Bảo
Lạc......................................................................................................................60
Hình 3.5. Đường quá trình lưu lượng hiệu chỉnh và thực đo tại trạm Chiêm
Hóa.....................................................................................................................60
Hình 3.6. Đường q trình lưu lượng kiểm định và thực đo tại trạm Chiêm
Hóa.....................................................................................................................61
Hình 3.7. Đường q trình tổng lượng bùn cát tháng hiệu chỉnh và thực đo
tại trạm Bảo Lạc.................................................................................................61
Hình 3.8. Đường quá trình tổng lượng bùn cát tháng kiểm định và thực đo
tại trạm Bảo Lạc.................................................................................................62
Hình 3.9. Đường quá trình tổng lượng bùn cát tháng hiệu chỉnh và thực đo
tại trạm Chiêm Hóa............................................................................................62
Hình 3.10. Đường quá trình tổng lượng bùn cát tháng kiểm định và thực đo
tại trạm Chiêm Hóa............................................................................................62
Hình 3.11. Sơ đồ các điểm lưới xen kẽ.............................................................65
Hình 3.12. Sơ đồ mạng thủy lực mơ hình MIKE 11..........................................70
Hình 3.13. Sơ đồ các vị trí mặt cắt ngang lịng hồ Tun Quang......................71
Hình 3.14. Sơ đồ mạng lưới mơ hình 1 chiều tính tốn cho sơng Gâm.............72
Hình 3.15. Đường quá trình lưu lượng – mực nước – và vận chuyển bùn cát
hiệu chỉnh mơ hình mike 11 và thực đo.............................................................74
Hình 3.16. Đường quá trình lưu lượng – mực nước – vận chuyển bùn cát
kiểm định mơ hình mike 11 và thực đo..............................................................75

Hình 4.1. Tỷ lệ lượng nước đến hồ của các lưu vực thượng lưu thủy điện
Tuyên Quang......................................................................................................78
Hình 4.2. Phân phối lưu lượng dịng chảy đến hồ Tuyên Quang qua các thời
kỳ........................................................................................................................79
Hình 4.3. Tỷ lệ tổng lượng bùn cát gia nhập hồ Tuyên Quang của các lưu
vực thượng lưu...................................................................................................81
Hình 4.4. Phân phối bùn cát đến hồ trung bình các thời kỳ tương lai...............81


Hình 4.5. Thay đổi mặt cắt đáy dọc hồ Tuyên Quang sau 40 năm vận hành
(đến năm 2050).................................................................................................. 84
Hình 4.6. Thay đổi cao trình đáy hồ đoạn cách đập Tuyên Quang về phía
thượng lưu 60km đến 80km...............................................................................85
Hình 4.7. Thay đổi cao trình đáy hồ đoạn cách đập Tuyên Quang về phía
thượng lưu 40km đến 60km...............................................................................85
Hình 4.8. Thay đổi cao trình đáy hồ đoạn cách đập Tuyên Quang về phía
thượng lưu 40 km đến 23km..............................................................................85
Hình 4.9. Thay đổi cao trình đáy hồ đoạn cách đập Tuyên Quang về phía
thượng lưu 23 km đến 6km................................................................................86
Hình 4.10. Thay đổi cao trình đáy hồ đoạn cách đập Tuyên Quang về phía
thượng lưu cách đập 6km...................................................................................86


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1. Thành phần đất chính của lưu vực sơng Gâm và kí hiệu theo
phân loại của FAO..............................................................................................18
Bảng 2.2: Phân loại thảm phủ lưu vực sông Gâm..............................................22
Bảng 2.3: Lưu lượng trung bình tháng tại các trạm trên lưu vực hồ thủy
điện Tuyên Quang trên sông Gâm (m3/s)...........................................................24
Bảng 2.4: Lưu lượng bùn cát trung bình tháng tại các trạm trên lưu vực hồ

thủy điện Tuyên Quang trên sông Gâm (kg/s)...................................................32
Bảng 2.5: Tổng lượng bùn cát hàng năm tại trạm Chiêm Hóa trên lưu vực
hồ thủy điện Tuyên Quang trên sông Gâm (106 tấn)..........................................33
Bảng 2.6: Quan hệ lưu lượng nước và lưu lượng bùn cát lơ lửng tại trạm
thuỷ văn Chiêm Hóa.......................................................................................... 36
Bảng 2.7: Tổng lượng bùn cát lơ lửng trung bình năm tại các trạm..................38
Bảng 2.8: Tổng lượng bùn cát lơ lửng trung bình mùa lũ................................. 38
Bảng 2.9: Tổng lượng bùn cát lơ lửng trung bình mùa cạn...............................39
Bảng 2.10: Các thông số cơ bản của hồ Tuyên Quang...................................... 42
Bảng 3.1: Các trạm đo mưa và trạm khí tượng dùng trong tính tốn mơ hình
SWAT trên lưu vực sông Gâm........................................................................... 55
Bảng 3.2: Các trạm đo lưu lượng trên lưu vực sơng Gâm tính đến Chiêm
Hóa.....................................................................................................................56
Bảng 3.3: Danh sách các lưu vực và trạm mưa đại biểu tương ứng..................58
Bảng 3.4: Thời kỳ hiệu chỉnh, kiểm định tại Bảo Lạc và Chiêm Hóa...............59
Bảng 3.5: Chỉ số Nash hiệu chỉnh kiểm định tại trạm Bảo Lạc và Chiêm
Hóa.....................................................................................................................59
Bảng 3.6: Chỉ số Nash hiệu chỉnh kiểm định tại trạm Bảo Lạc và Chiêm
Hóa.....................................................................................................................61
Bảng 3.7: Đường cấp phối hạt bùn cát đáy tại một số mặt cắt thuộc sông
Ma và sông Năng............................................................................................... 69
Bảng 3.8: Thời gian hiệu chỉnh và kiểm định mơ hình Mike11........................ 72


Bảng 3.9: Kết quả hiệu chỉnh và kiểm định mô hình mơ phỏng bồi lắng bùn
cát lịng hồ Tun Quang bằng mơ hình Mike11...............................................73
Bảng 4.1: Lượng mưa tại các trạm qua các thời kỳ........................................... 76
Bảng 4.2: Mức gia tăng nhiệt độ trung bình ở các thời kỳ tương lai.................77
Bảng 4.3: Tổng lượng nước trung bình mùa lũ, mùa cạn và cả năm từ các
tiểu lưu vực thượng lưu hồ Tuyên Quang (triệu m3)..........................................77

Bảng 4.4: Lưu lượng trung bình tháng từ các tiểu lưu vực thượng lưu hồ
Tuyên Quang......................................................................................................78
Bảng 4.5: Tổng lượng bùn cát lơ lửng (103 tấn) gia nhập lòng hồ Tuyên
Quang hàng năm................................................................................................ 80
Bảng 4.6: Tổng lượng bùn cát lơ lửng hàng tháng gia nhập hồ Tuyên
Quang qua các thời kỳ........................................................................................80
Bảng 4.7: Diễn biến độ cao đáy trong tương lai đến năm 2050.........................83
Bảng 4.8: Tổng dung tích bùn cát bồi lắng qua các năm...................................84


DANH MỤC VIẾT TẮT

1. LVS: Lưu vực sông
2. MNC: Mực nước chết
3. MNDBT: Mực nước dâng bình thường
4. MNXHN: Mực nước xả hàng năm
5. TNN: Tài nguyên nước
6. KTTV: Khí tượng thủy văn
7. Viện KHKTTV&BĐKH: Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và
Biến đổi khí hậu


13

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Hồ Tuyên Quang được xây dựng trên sơng Gâm là cơng trình sử dụng tổng
hợp. Hồ chứa thủy điện nằm trong địa phận ba tỉnh Tuyên Quang, Hà Giang, Bắc
Kạn. Nhà máy Thuỷ điện Tuyên Quang gồm 3 tổ máy (tổng công suất lắp máy 342
MW), sản lượng điện hàng năm là 1.329,55 triệu kWh. Đây là nhà máy thuỷ điện có

cơng suất lớn thứ ba của miền Bắc sau nhà máy thuỷ điện Sơn La và Hồ Bình.
Cơng trình được xây dựng trong 7 năm và bắt đầu đi vào vận hành chính thức từ
năm 2008.
Cơng trình thủy điện Tun Quang hồn thành khơng những đóng góp vai
trị quan trọng trong hệ thống điện quốc gia, mà nó cịn góp phần tích cực vào việc
chống lũ và cấp nước trên hệ thống sông Lô - Gâm cho thị xã Tuyên Quang và đồng
bằng sông Hồng. Việc xây dựng hồ chứa đã làm thay đổi cân bằng tự nhiên của
dịng sơng về lượng nước và bùn cát. Bùn cát khi về hồ chứa, do mặt cắt mở rộng,
tốc độ dòng chảy giảm dẫn đến bồi lắng phía thượng lưu đập. Hiện tượng bồi lắng
trong q trình hồ chứa vận hành khơng những giảm dung tích hồ, giảm tuổi thọ
cơng trình mà cịn hạn chế các lợi ích của cơng trình như phịng lũ, phát điện hay
cấp nước. Chính vì vậy, nghiên cứu tính tốn bồi lắng hồ có ý nghĩa quan trọng đưa
ra cơ sở khoa học trong quản lý vận hành đảm bảo an toàn cấp nước của hồ chứa
cũng như đảm bảo an tồn tính mạng, tài sản, cơng trình, đất đai và mơi trường các
thành phố phía hạ lưu. Với ý nghĩa đó, học viên đã lựa chọn vấn đề “Ứng dụng mơ
hình tốn đánh giá bồi lắng hồ chứa Tuyên Quang” làm đề tài nghiên cứu luận
văn của mình.
2. Mục đích của đề tài
Ứng dụng mơ hình tốn dự tính bồi lắng hồ chứa phục vụ cơng tác quản lý
hồ chứa hồ Tuyên Quang


3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu: Luận văn tập trung chủ yếu vào việc nghiên cứu, tính
tốn và đánh giá về chế độ và đặc điểm quá trình vận chuyển bùn cát khu vực nghiên
cứu.
Phạm vi nghiên cứu: lưu vực sông Gâm bao gồm cả thượng lưu và hạ lưu
đập Tuyên Quang. Trong đó vùng nghiên cứu chính là thượng lưu lịng hồ Tun
Quang nằm trong lãnh thổ Việt Nam.
4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên

cứu Cách tiếp cận:
Tiếp cận từ yêu cầu thực tiễn: luận văn được xây dựng từ nhu cầu thực tiễn
về hoạt động và quá trình bồi lắng của hồ chứa. Luận văn sẽ tính tốn mơ phỏng chế
độ bùn cát của hồ Tuyên Quang, từ đó nhằm đánh giá, dự báo diễn biến bồi lắng
trong tương lai.
Tiếp cận theo quan điểm hệ thống: Hồ Tuyên Quang nằm trên sông Gâm là
cơng trình quan trọng có mối quan hệ đến tồn hệ thống sơng Hồng. Do đó để có
thể nghiên cứu về tình trạng bồi lắng hồ Tuyên Quang cần phải xem xét hồ chứa
trên quan điểm hệ thống, có mối quan hệ với các cơng trình, hoạt động khai thác
phía thượng nguồn cũng như vai trị của hồ đối với hạ du;
Tiếp cận theo quy luật tự nhiên của dịng sơng: Luận văn được thực hiện
trên cơ sở nghiên cứu, phân tích những quy luật tự nhiên thủy lực và bùn cát của
dịng chảy trong sơng;
Tiếp cận dựa trên quy hoạch LVS, quy hoạch TNN: để có thể mơ phỏng và
dự báo diễn biến bồi lắng hồ, luận văn sẽ nghiên cứu dựa trên những quy hoạch về
sử dụng nước, sử dụng đất hiện trạng cũng như trong tương lai
Phương pháp nghiên cứu:
+ Phương pháp điều tra thu thập, phân tích thống kê, phân tích xử lý số liệu:
Phương pháp này được sử dụng trong việc xử lý các tài liệu khí tượng, thủy văn,
thuỷ lực phục vụ cho các phân tích, tính tốn của luận văn;


+ Phương pháp mơ hình tốn thuỷ văn, thuỷ lực: Ứng dụng mơ hình SWAT
và MKE 11 tính tốn diễn biến bồi lắng hồ chứa Tuyên Quang;
+ Phương pháp kế thừa các tài liệu đã có: các kết quả nghiên cứu đã có về

thủy văn, thuỷ lực khu vực nghiên cứu có liên quan đến các nội dung nghiên
cứu của đề tài luận văn;
5. Bố cục luận văn: Ngoài phần mở đầu và kết luận, luận văn gồm 4 chương:
• Chương I: Tổng quan nghiên cứu bồi lắng hồ chứa

• Chương II: Đặc điểm tự nhiên vùng nghiên cứu
• Chương III: Thiết lập mơ hình tốn dự tính bồi lắng hồ chứa Tun
Quang
• Chương IV: Ứng dụng mơ hình tốn dự tính bồi lắng hồ chứa Tuyên
Quang


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU BỒI LẮNG HỒ CHỨA
1.1. Các nghiên cứu trên thế giới về bồi lắng hồ chứa
Hiện nay trên thế giới có rất nhiều nghiên cứu về vận chuyển bùn cát trong
sơng nói chung và bồi lắng trong các hồ chứa nói riêng. Những nghiên cứu này sử
dụng các phương pháp khác nhau để tính tốn, phân tích và dự báo tình hình bồi
lắng trong tương lai. Phương pháp dựa trên các công thức kinh nghiệm, phương
pháp mơ hình vật lý, phương pháp mơ hình tốn một chiều, hai chiều.
1. “Sedimentation of rivers, reservoirs and canals” K.G. Ranga Raju, Univesity of
Roorkee, India.
Việc nghiên cứu về vận chuyển bùn cát có ý nghĩa rất quan trọng đối với
hoạt động của các hồ chứa, đập dâng và các kênh tưới khai thác nước trên sông.
Trong các thiết kế của các cơng trình này thường quan tâm đến tải lượng bùn cát
trên sông. Nghiên cứu đã đề cập đến vai trị của việc tính tốn bồi lắng bùn cát đối
với hoạt động của hồ chứa, đặc biệt đối với hiệu suất của hồ. Nghiên cứu cũng đã
đưa ra một số phương pháp tính tốn tải lượng bùn cát đến hồ sử dụng các công
thức kinh nghiệm.
2. EP31A-0789 “Two-dimensional sediment transport modeling for reservoir
sediment management: Reventazon River, Costa Rica” của Ian M Dubinski.
Nghiên cứu đưa ra nhằm tính tốn sự phân bố theo khơng gian và thời gian
của trầm tích lắng đọng trong một hồ chứa dự kiến thuộc sông Reventazón, Costa
Rica trong thời gian hoạt động là 40 năm theo các kịch bản bồi lắng khác nhau. Mơ
hình vận chuyển bùn cát hai chiều Mike 21C xây dựng bởi DHI được sử dụng để
mơ phỏng trầm tích bồi lắng cho trường hợp cơ bản (khơng có xả bùn cát) và đánh

giá hiệu quả dự đoán của hai chiến lược quản lý bùn cát (rút xả hoàn toàn và rút xả
một phần cát bùn). Tổng lượng bùn cát đến được tính tốn dựa vào lượng bùn cát lơ


lửng tính tốn và đo đạc, kết hợp với lượng bùn cát đáy dựa vào phương trình của
Wilcock và Crowe (2003).
4. “Uncertainty analysis of reservoir sedimentation”, Jose D. Salas and Hyun-Suk
Shin, Journal of Hydraulic Engineering, Vol. 125, No. 4, April, 1999.
Trong nghiên cứu, mô phỏng Monte Carlo được sử dụng để định lượng các
yếu tố bất định của bối lắng hồ chứa hàng năm và lũy tích bồi lắng theo thời gian.
Ngồi ra, phân tích độ nhạy được thực hiện để xem xét tầm quan trọng của hàng
loạt các yếu tố mang tính bất định trong bồi lắng hồ chứa hàng năm. Các quy trình
đề xuất được áp dụng cho hồ Kenny trên lưu vực sông White thuộc Colorado. Sự
không chắc chắn của bồi lắng hồ chứa hàng năm và tác động của mỗi yếu tố không
chắc chắn của các hồ chứa tích lũy bùn cát theo thời gian đã được kiểm tra. Kết quả
cho thấy lưu lượng dòng chảy hàng năm và lượng phù sa là những yếu tố quan
trọng nhất quyết định sự thay đổi của bồi lắng hồ chứa và tích lũy bùn cát hàng năm
của hồ chứa.Trong trường hợp của hồ chứa Kenny, sự không chắc chắn thể hiện
bằng hệ số biến đổi có thể là 65% cho bồi lắng hồ chứa hàng năm và 39% cho hồ
chứa tích lũy bùn cát.
5. “Surface erosion, sediment transport, and reservoir sedimentation”,
Chih Ted Yang, Timothy J.Randle, 1998
Các tác giả phân tích tầm quan trọng của việc xác định tỉ lệ xói mịn bề mặt
lưu vực, vận chuyển bùn cát, lắng đọng và phân phối bùn cát trong hồ chứa đối với
tuổi thọ của hồ chứa và giảm thiểu tác động tiêu cực của bồi lắng. Nghiên cứu đã
trình bày ngắn gọn về cách tiếp cận tổng hợp và hệ thống dựa trên những phương
trình vận chuyển bùn cát đã thiết lập, lý thuyết tỉ lệ tổn thất năng lượng tối thiểu và
mơ hình của Cục cải tạo đất cho mô phỏng đất phù sa sông (GSTAS 2.0).
Nghiên cứu này trình bày tóm lược cách tiếp cận có hệ thống và hợp lý để
xác định tỷ lệ xói mịn bề mặt, vận chuyển bùn cát trong sông và khả năng phát

triển kỹ thuật tính tốn bồi lắng hồ chứa và mơ hình quản lý bằng máy tính.


6. “Deposition and simulation of sediment transport in the lower Susquehana
river reservoir system” Robert A.Hainly et al, 1995.
Nghiên cứu này đã mơ phỏng q trình vận chuyển bùn cát hạ lưu sơng
Susquehana, New York. Nghiên cứu sử dụng mơ hình HEC-6 để mơ phỏng q
trình bồi lắng tại các hồ. Mơ hình được sử dụng để hiệu chỉnh tải lượng bùn cát theo
năm 1987, quá trình hiệu chỉnh được xây dựng với giả thiết với hiệu suất tối đa và
phân phối kích thước hạt trầm tích tự nhiên.
7. Luận văn “2D modelling of turbulent transport of cohesive sediments in
shallow reservoirs” của JWL de Villiers năm 2006.
Do tính chất xáo trộn cao của quá trình bồi lắng trong hồ chứa, nghiên cứu
thực hiện hiệu chỉnh phương trình khuếch tán hai chiều khơng ổn định bằng mơ
hình Mike21C. Đây là mơ hình hai chiều lưới cong được xây dựng bởi Viện Thủy
lực Đan Mạch (DHI) dùng để mô phỏng diễn biến thủy lực và hình thái lịng dẫn
trong sơng và hồ chứa.
8. “Sedimentation Modeling for Rivers and Reservoirs” Francisco J.M. SimBes
and Chih Ted Yang.
Nghiên cứu những thay đổi sông tự nhiên và sự can thiệp của con người
trong các vùng nước tự nhiên là một hoạt động khó khăn nhưng quan trọng, như gia
tăng dân số, thay đổi nhu cầu dùng nước. Có hai loại mơ hình: mơ hình tốn học và
mơ hình vật lý (cịn được gọi là mơ hình tỉ lệ ). Nghiên cứu này cung cấp tổng quan
về phương pháp tốn học và mơ hình số dựa trên kỹ thuật tính tốn, trái ngược với
mơ hình vật lý, vốn dựa trên các kỹ thuật phịng thí nghiệm truyền thống và đo
lường.
Tóm tại, với cơng nghệ hiện nay, ngồi đo đạc khảo sát thực tế, xu thế chung
trên thế giới dự tính bồi lắng hồ chứa bằng mơ phỏng số với các mơ hình thủy động
lực 1,2 hoặc 3 chiều và mơ hình vật lý. Nhờ các cơng cụ này mà việc dự tính bồi
lắng hồ chứa được thực hiện chi tiết, nhanh và rẻ hơn nhiều so với đo đạc thực điạ.

1.2. Các nghiên cứu trong nước về bồi lắng hồ chứa
Hiện nay ở Việt Nam đã có rất nhiều các nghiên cứu áp dụng mơ hình tốn
về bồi lắng hồ chứa, đặc biệt là các hồ chứa thuộc hệ thống sơng Hồng. Một số
nghiên cứu đáng lưu ý sau:
1. “Tính tốn dự báo nước dềnh bồi lắng hồ chứa cơng trình thủy điện Hồ Bình” do
Cơng ty CP Tư vấn xây dựng Điện I thực hiện năm 2008 [1]. Đề tài được xây dựng
nhằm mục đích sau:
- Đánh giá hiện trạng tổng lượng phù sa bồi lắng ở phần dung tích chết, dung tích
hữu ích và dung tích tổng cộng của hồ chứa Hịa Bình theo tài liệu quan trắc
- Xác định q trình diễn biến lắng theo khơng gian và thời gian dọc theo hồ.
- Xác định lượng phù sa xả xuống hạ lưu.
- Tính tốn dự báo tổng lượng phù sa bồi lắng hồ chứa thuỷ điện Sơn La khi có hồ
Lai Châu.
- Tính tốn dự báo sau 100 năm tổng lượng phù sa bồi lắng hồ chứa thuỷ điện
Hồ Bình khi có hồ Sơn La.
- Tính tốn dự báo nước dềnh hồ Hồ Bình sau 100 năm bồi lắng ứng với mực nước
hồ cao nhất khi có lũ thiết kế xảy ra.
Công cụ được sử dụng trong đề tài là mơ hình HEC-6 để mơ hình hóa trao
đổi bùn cát theo chiều thắng đứng. HEC-6 tính đến hai nguồn bùn cát: bùn cát lơ
lửng có trong dịng chảy đến và bùn cát ở đáy.
2. “Đánh giá mức độ bồi lắng hồ Trị An phục vụ công tác quản lý bảo vệ an toàn hồ
chứa” do Viện Khoa học Thủy lợi Miền Nam thực hiện năm 2009. Đề tài sử dụng
số liệu đo đạc khí tượng thủy văn và bùn cát từ năm 1995 đến 2002 và mô hình hai
chiều để mơ phỏng chế độ thủy lực và khả năng bồi lắng của hồ Trị An. Dựa trên
kết quả tính tốn để xây dựng bản đồ phân vùng mức độ bồi lắng lòng hồ, đánh giá
khả năng bồi lắng theo từng giai đoạn trong năm từ đó dự đốn được khả năng nâng
cao lịng hồ theo thời gian do ảnh hưởng của bồ lắng để có một kế hoạch quản lý
vận hành, duy tu và bảo dưỡng hồ hợp lý và an tồn.

3. “Tính tốn nước dềnh và hồ chứa thủy điện Sơn La” - Công ty Tư vấn điện I –
Tổng công ty điện lực Việt Nam – 2005.
Dự án thuỷ điện Sơn La là dự án thuỷ điện lớn nhất Việt Nam nằm trên sông
Đà là một phụ lưu lớn của sơng Hồng. Cơng trình được thiết kế xây dựng trên tuyến


Pa Vinh nằm cách thị xã Sơn La 40km có nhiệm vụ chính là phát điện và chống lũ
cho hạ du là hồ Hồ Bình và thủ đơ Hà nội.
Đề tài sử dụng mơ hình HEC-6 để mơ phỏng q trình thủy lực và bùn cát
trong hồ chứa. Kết quả cho thấy trong những năm đầu vận hành hồ chứa thuỷ điện
Sơn La, chưa có q trình bồi lắng, khi xảy ra lũ tần suất p=1% trên toàn bộ lưu
vực sơng Đà thì tại tuyến Pa Vinh mực nước cao nhất là 215m, tại trạm Quỳnh Nhai
cách tuyến Pa Vinh 72,3km mực nước là 215,12m, tại trạm thuỷ văn Lai Châu cách
Pa Vinh 151,7km mực nước là 215,75m và tại Nậm Nhùn mực nước là 217,21m.
Như vậy sau khi hồ chứa thuỷ điện Sơn La được vận hành khi có lũ p=1% thì mực
nước cao nhất tại hồ chứa Sơn La là 217,21m tại chân đập Lai Châu tuyến Nậm
Nhùn.
4. “Thiết kế kỹ thuật Thủy điện A Lưới” cũng nghiên cứu về hiện tượng bồi lắng hồ
chứa và nước dềnh.
Tính toán bồi lắng và nước dâng hồ chứa thuỷ điện A Lưới là một khâu quan
trọng không thể thiếu trong thiết kế cơng trình trong việc đánh giá tác động của hồ
chứa tới môi trường vùng hồ, đặc biệt là ảnh hưởng của nó tới các cơng trình nhà
cửa, ruộng nương nằm trong khu vực, tới di dân vùng hồ cũng như mức độ xói lở hạ
lưu cơng trình, và ảnh hưởng đến các cơng trình đầu mối. Bài tốn bồi lắng hồ chứa,
nước dâng hồ thủy điện A Lưới sử dụng mơ hình HEC-6 nhằm:
- Xác định tổng dung tích, sự phân bố của dung tích phù sa bồi lắng theo từng
cấp mực nước dâng hồ chứa, theo thời gian vận hành, ảnh hưởng của bồi lắng tới
dung tích hữu ích hồ chứa, khả năng phát điện của cơng trình.
- Dự báo q trình diễn biến lịng hồ, đường nước dềnh hồ chứa ứng với các phương
án MNDBT khi có lũ với tần suất P=1% theo khơng gian và thời gian vận hành hồ

chứa.
- Xác định quá trình bùn cát xả xuống hạ lưu tuyến đập.
5. “Tính tốn bồi lắng hồ chứa Sơn La” PGS.PTS. Cao Đăng Dư và NCS. Nguyễn
Kiên Dũng.
Các tác giả đã sử dụng phương pháp cân bằng lượng phù sa qua hồ đối với
hồ chứa Sơn La. Lượng phù sa chuyển đến hồ từ lưới sơng được tính tốn dựa trên
kết quả đo đạc từ các trạm thủy văn.
6. “Đánh giá hiện trạng, dự báo diễn biến bùn cát hồ chứa Thác Bà”, TS. Nguyễn
Kiên Dũng, Cao Phong Nhã, Viện Khí tượng Thủy văn.


Nghiên cứu đã sử dụng mơ hình HEC-6 để đánh giá hiện trạng và dự báo
diễn biến bùn cát hồ chứa Thác Bà. Kết quả của nghiên cứu như sau:
Dung tích cịn lại của hồ Thác Bà sau 30 năm vận hành vào khoảng 94-95%
dung tích ban đầu. Lượng bùn cát lắng đọng trung bình 50 năm vận hành tiếp theo
là 4,52 x 106m3/năm, tương ứng với hệ số bẫy bùn cát là 76,74%.
7. “Đánh giá bồi lắng và nước dềnh trong hồ chứa” Cơng trình thủy điện Tun
Quang - thiết kế kĩ thuật giai đoạn 1 Công ty CP Tư vấn Xây dựng Điện 1
Đánh giá bồi lắng và nước dềnh trong hồ chứa báo cáo đã trình bày sử dụng
hai phương pháp tính lượng bùn cát bồi lắng và phân phối của nó trong hồ: + Sử
dụng chương trình HEC 6; + Phân bố bồi lắng theo phương pháp kinh nghiệm của
Borland và Miller, trong đó lượng phù sa bồi lắng được tính theo quan hệ Braune.
Nhìn chung, các nghiên cứu tính tốn bồi lắng hồ chứa ở Việt Nam cũng đã
tiếp cận từ công thức kinh nghiệm khi hệ thống máy tính cịn hạn chế. Cho đến nay
việc ứng dụng mơ hình tốn đã được ứng dụng khá phổ biến ở trên thế giới và ở
Việt Nam.
1.3. Hướng nghiên cứu của luận văn
Trên thế giới cũng như tại Việt Nam, việc đắp đập ngăn sông tạo thành các
hồ chứa phục vụ nhiều mục đích khác nhau như phòng lũ, phát điện, tưới tiêu… sẽ
làm ngập cả một vùng rộng lớn. Chế độ thuỷ văn thuỷ lực thay đổi dẫn đến lắng

đọng bùn cát trong hồ, xói lở hạ du và làm biến đổi chất lượng nước so với nước
sông tự nhiên. Điều này gây ra các tác động tiêu cực đến môi trường sinh thái trong
hồ và hạ lưu cơng trình.
Hàng năm hồ Tun Quang trữ được một lượng nước đáng kể, tạo nguồn cấp
nước mùa cạn cho các vùng hạ lưu hồ và đồng bằng sông Hồng. Theo thời gian,
lượng trữ nước sẽ giảm đi do quá trình bồi lắng bùn cát trong long hồ. Do đó, cơng
tác tính tốn lắng đọng bùn cát trong hồ là vơ cùng quan trọng, đặc biệt là trong q
trình vận hành cơng trình. Tính tốn và dự báo bồi lắng sẽ đóng một vài trị quan


trọng trong quyết định quản lý vận hành hồ để giảm thiểu các tác động tiêu cực,
phát huy hiệu quả cơng trình trong tương lai.
Việc nghiên cứu bồi lắng hồ chứa chủ yếu tập trung vào các vấn đề chính:
1. Xác định lượng bùn cát vào hồ chứa;
2. Xác định lượng bùn cát bồi lắng sau một số năm vận hành;
3. Xác định phân bố lượng bùn cát bồi lắng theo không gian và thời gian.
Trong phạm vi nghiên cứu của luận văn, nội dung nghiên cứu tập trung vào:
Xác định lượng bùn cát vào hồ và xác định diến biến phân bố bùn cát theo hướng
dọc sông. Việc nghiên cứu tính tốn bồi lắng thường được xác định dựa trên cơ sở
các tài liệu thủy văn, bùn cát, địa hình, thảm phủ, đất và các tài liệu thực nghiệm
nghiên cứu xói mịn đất hoặc ứng dụng mơ hình tốn. Trong luận văn sẽ sử dụng
mơ hình tốn để tính toán, xác định lượng bùn cát và phân bố lượng bùn cát trong
hồ đến năm 2050. Sơ đồ thực hiện bài tốn được thể hiện như sau (hình 1.1):

Hình 1.1. Sơ đồ tính tốn bồi lắng bùn cát hồ chứa Tun Quang
Hiện nay có rất nhiều mơ hình mơ phỏng dòng chảy từ mưa: SSARR,
RRMOD, TANK, NAM, TOPMODEL, MARINE, SWAT, HEC-HMS, MIKE
SHE, WetSPA…; mơ hình mơ hình thủy lực diễn tốn dịng chảy, chất lượng nước:

VRSAP, KOD, bộ mơ hình HEC, HecRas, ISIS, SMS… và bộ mơ hình thương mại
Mike 1 chiều và 2 chiều.
Trong các mơ hình mơ phỏng dịng chảy từ mưa, thì mơ hình SWAT và
MIKE SHE được tích hợp cả mơ đun tính tốn dịng chảy và bùn cát trên lưu vực.
Mơ hình MIKE SHE hiện nay ít được ứng dụng do địi hỏi phức tạp về số liệu đầu
vào. Mơ hình SWAT đến nay đã được dụng khá rộng rãi và phổ biến ở Việt Nam
cũng như các nước thuộc thuộc lưu vực sông Mê Công, điều kiện ứng dụng, các số
liệu,tài liệu để xây dựng mơ hình là khá đơn giản và phù hợp với các điều kiện số
liệu hiện có.
Hồ Tun Quang có hình dạng phức tạp, hồ dài khoảng 80,5 km (xét với
mực nước dâng bình thường của hồ là 120 m), hồ có nhiều nhánh sơng mở rộng ở
hạ lưu gần đập do vậy việc ứng dụng mơ hình 2 chiều để mơ phỏng bùn cát là phù
hợp hơn mơ hình 1 chiều. Hồ đi vào vận hành từ năm 2007, cho đến nay mới chỉ
hoạt động được 5 năm và không đo đạc quan trắc các yếu tố bùn cát, dịng chảy, dẫn
đến việc khó khăn trong việc áp dụng mơ hình thủy lực 2 chiều trong tính tốn. Mặt
khác, việc ứng dụng mơ hình 2 chiều chạy mô phỏng rất mất thời gian, trong khi đó
việc mơ phỏng diễn biến bùn cát địi hỏi phải mô phỏng trong một thời gian dài.
Do vậy, để thực hiện nội dung và mục tiêu đặt ra, trong luận văn lựa chọn
mơ hình SWAT để mơ phỏng dịng chảy và bùn cát đến hồ, kết quả đầu ra sẽ là biên
vào của mơ hình 1 chiều Mike 11 để mô phỏng phân bố bùn cát dọc sông. Ứng
dụng các mơ hình sẽ được trình bày trong các chương tiếp theo của luận văn.


CHƯƠNG 2. ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN VÙNG NGHIÊN CỨU
2.1. Vị trí địa lý
Sơng Gâm là nhánh lớn cấp I của sông Lô, đồng thời là nhánh cấp II của hệ
thống sông Hồng. Sông bắt nguồn từ vùng núi Vân Nam có độ cao trên 1600 m của
Trung Quốc. Vị trí đầu nguồn vào khoảng 105 o33′50′′ kinh Đông và 23o32′40′′ vĩ
độ Bắc. Từ đầu nguồn về biên giới Việt-Trung sông chảy theo hướng Bắc-Nam, từ
biên giới Việt-Trung đến ngã ba sông Ma- sông Gâm, sông chảy theo hướng Đông

Bắc-Tây Nam, sau đó chảy theo hướng Bắc-Nam rồi nhập vào sơng Lô ở Khe Lau
cách thị xã Tuyên Quang khoảng 9 km về phía thượng lưu.

Hình 2.1. Bản đồ vùng nghiên cứu


Tổng diện tích lưu vực sơng Gâm là 17200 km2, phần diện tích nằm trên lãnh
thổ Trung Quốc 7420 km2, chiếm 43,0% diện tích tồn lưu vực. Chiều dài dịng
chính sơng Gâm là 297 km, trong đó chiều dài sơng chảy trên lãnh thổ Việt Nam
khoảng 217 km. Tính đến vị trí tuyến đập có diện tích lưu vực là 14973 km 2, trong
đó phần diện tích nằm trên lãnh thổ Trung Quốc là 7420 km2 chiếm 49,6%.
2.2. Đặc điểm địa hình, thổ nhưỡng, thảm phủ lưu vực hồ
2.2.1. Đặc điểm sơng ngịi
Hồ thủy điện Tun Quang nằm ở hạ lưu của sông Năng, cách thị trấn Na
Hang khoảng 1 km về phía thượng lưu. Diện tích lưu vực sơng Gâm tính đến Na
Hang là 14973 km2.
Sơng Gâm bắt nguồn từ vùng núi cao trên 1600m thuộc tỉnh Vân Nam Trung
Quốc (150027’ – 23028’), thượng lưu sông Gâm với tên gọi là sông Xam Cam chảy
theo hướng Tây Bắc - Đông Nam vào địa phận nước ta qua các huyện Bảo Lạc, Bắc
Mê, Chiêm Hóa (Vĩnh Lộc), rồi hịa vào dịng chính sơng Lơ tại Hố Chng thuộc
xã Tân Long, huyện n Sơn, tỉnh Tun Quang. Dịng chính sơng Gâm dài 297
km (trong đó có 217 km chảy trong lãnh thổ nước ta), phần diện tích lưu vực nước
ta chiếm 9700 km2 (56,4%) trên tổng diện tích tồn lưu vực là 17200 km2
Sông Nho Quế cũng bắt nguồn từ vùng núi cao trên 1800 m ở Vân Nam
Trung Quốc (104027’ - 23021’). Phần thượng lưu với tên gọi Phố Mai Hà, chảy theo
hướng Tây - Đông vào lãnh thổ nước ta tại Lũng Cú chảy qua vùng cao nguyên
Đồng Văn – Mèo Vạc nhập vào sông Gâm tại Cốc Pái. Sơng Nho Quế dài 192 km,
diện tích lưu vực 6050 km2 (chiếm 35% diện tích lưu vực sơng Gâm), trong đó chảy
trong lãnh thổ nước ta chỉ có 46 km và diện tích lưu vực 2010 km 2. Sơng Năng bắt
nguồn từ dãy núi Piada cao 1980 m ở huyện Bảo Lâm tỉnh Cao Bằng, chảy theo

hướng Tây Bắc - Đông Nam rồi Đông Bắc – Tây Nam qua thị trấn Chợ Rã, động đá
vôi Puông. Trước khi vượt qua Thác Đầu Đẳng, sông Năng tiếp nhận nước hồ Ba
Bể, rồi chảy vào địa phận tỉnh Tuyên Quang, chảy vào sơng Gâm ở phía thượng lưu
Na Hang. Sơng Năng dài 113 km, diện tích lưu vực 2270 km2 (chiếm 13% diện tích