Nghiên cứu dự báo biến động lòng dẫn hạ du hệ thống sông Mã do ảnh hưởng của các thủy điện thượng nguồn

Các công trình hồ thủy điện trên thượng nguồn hệ thống sông Mã lần lượt được xây dựng đã và đang có ảnh hưởng tới hạ du sau một số năm vận hành. Hiện tượng xói phổ biến gây hạ thấp lòng dẫn hệ thống sông đã xuất hiện. Nghiên cứu này trình bày một số kết quả tính toán dự báo diễn biến lòng dẫn, xói phổ biến lan truyền xuống hạ du và biến động quan hệ Q-H do sự hạ thấp lòng dẫn. Kết quả tính toán ở nghiên cứu này có thể sử dụng để đề xuất các giải pháp khắc phục, giảm thiểu các tác động bất lợi của thủy điện cho khu vực hạ du hệ thống sông Mã.

1. ĐẶT VẤN ĐỀ

Khi xây dựng đập ngăn sông tạo hồ chứa nước cho mục đích thuỷ điện hoặc cấp nước sẽ làm chế độ thuỷ lực, thuỷ văn và lòng dẫn của thượng và hạ lưu đập có những thay đổi căn bản. Ở vùng thượng lưu đập dâng sẽ hình thành một hồ trữ nước lớn và được điều tiết theo chế độ vận hành của nhà máy thuỷ điện. Ở đó mực nước dâng cao, diện tích, dung tích tăng lên và tốc độ dòng chảy giảm nhỏ làm cho bùn cát của sông lắng đọng lại trong hồ chứa. Do bùn cát được giữ lại trong lòng hồ dẫn đến mất cân bằng bùn cát ở đoạn sông hạ du. Sự mất cân bằng giữa khả năng tải cát của dòng nước (St) với lượng chuyển cát thực tế của dòng sông hạ lưu S0, với St luôn lớn hơn S0 (St>S0). Vì thế dòng chảy luôn đói bùn cát sẽ đào xói lòng dẫn hạ lưu để lấy lại trạng thái cân bằng vận chuyển bùn cát. Cũng vì vậy lòng dẫn sông bị hạ thấp. Quá trình xói lòng dẫn như trên gọi là xói phổ biến hạ du công trình thủy điện. Xói phổ biến kéo dài theo thời gian và lan truyền theo không gian về phía hạ lưu cho tới giai đoạn ổn định. Số liệu thực tế cho thấy mức độ hạ thấp lòng sông từ 0.4-0.5m ở năm đầu thủy điện Tuyên Quang vận hành và kéo theo sạt, sụt lở bờ. Mức độ xói sâu lòng dẫn ở thủy điện này được dự đoán tới 5-7 m sau 10-20 năm (Nguyễn Ngọc Quỳnh và nnk, 2010). Đối với nhà máy thuỷ điện Hoà Bình, xói cục bộ trong thời gian đầu vận hành (khoảng 8-9 năm đầu) diễn ra rất ác liệt đã ảnh hưởng rất lớn tới khu vực hạ lưu sát đập và thị xã Hoà Bình. Ở sau khu vực tiêu năng lòng sông đã bị xói sâu tới 12m, có chỗ 15 m (Nguyễn Văn Toán, 2000). Hiện tượng xói phổ biến lan truyền ở hạ du các đập thủy điện ở các sông trên thế giới cũng được phân tích qua tổng kết ở nghiên cứu của Trần Xuân Thái và nnk, 2005.

Nghiên cứu này tập trung vào dự báo biến động lòng sông ở hạ lưu với thay đổi đầu vào của dòng chảy và bùn cát qua các đập thủy điện thượng nguồn hệ thống sông Mã tỉnh Thanh Hóa. Mục tiêu của nghiên cứu gồm:

(1) Xác định xu hướng biến đổi lòng dẫn theo không gian và thời gian trước và sau khi xây dựng đập, trọng tâm là biến đổi chế độ thủy văn và bùn cát, dẫn đến sự thay đổi vật liệu đáy, độ cao đáy, độ rộng lòng dẫn.

(2) Sử dụng mô hình toán để dự đoán biến đổi lòng dẫn trong tương lai (5, 10 và 20 năm sau) và đặc biệt là mức hạ thấp đáy lòng sông.

Về tình hình biến đổi chế độ thủy văn và bùn cát trên hệ thống sông Mã từ khi các hồ chứa vận hành đã được thảo luận trong nghiên cứu của Nguyễn Thanh Hùng và nnk, 2015. Bài báo này tiếp tục phân tích và dự báo độ hạ thấp lòng dẫn đáy sông Mã và các điều kiện thủy lực khác liên quan do ảnh hưởng của các thủy điện thượng nguồn.

2. TÀI LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Giới thiệu lưu vực sông Mã và các công trình thủy điện thượng nguồn

2.2. Phương pháp nghiên cứu

3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. Kết quả hiệu chỉnh, kiểm định mô hình MIKE11

3.2. Hiệu chỉnh kiểm định mô hình MIKE11ST

3.3. Kết quả mô phỏng dự báo biến động lòng dẫn hạ du sông Mã

3.4. Kết quả tính độ hạ thấp mực nước và thay đổi đường quan hệ Q-H

4. KẾT LUẬN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]      Nguyễn Kiên Dũng, Cao Phong Nhã 2013, Nghiên cứu các đặc điểm bùn cát trên các lưu vực sông Ba, Mã, Thu Bồn và Serepok, Tuyển tập báo cáo Hội thảo khoa học lần thứ  10 -  Viện KH KTTV & MT, Hà Nội, 2013.

[2]      Hà Ngọc Hiến 2013, Nghiên cứu đánh giá lắng đọng bùn cát tại các hồ chứa thượng nguồn lưu vực sông Mã, Chuyên đề khoa học thuộc đề tài KHCN cấp nhà nước KC08-32/11-15, Hà Nội 2014.

[3]      Nguyễn Thanh Hùng và nnk 2015, Nghiên cứu đánh giá tác động của các hồ chứa thượng nguồn đến biến động lòng dẫn hạ du, cửa sông ven biển hệ thống sông Mã và đề xuất giải pháp hạn chế tác động bất lợi nhằm phát triển bền vững, Đề tài KHCN cấp nhà nước KC08.32/11-15, Hà Nội, 2015.

[4]      Nguyễn Thanh Hùng, Nguyễn Thị Thu Huyền, Vũ Đình Cương 2015, Nghiên cứu ảnh hưởng của hồ chứa thượng nguồn đến các đặc trưng thủy văn trên hệ thống sông Mã, Tạp chí Khí tượng thủy văn, số 657 tháng 9 năm 2015.

[5]      Nguyễn Ngọc Quỳnh, Trần Xuân Thái, Hồ Việt Cường 2013, Kết quả nghiên cứu diễn biến lòng dẫn và chế độ thủy văn hạ du sông Lô- Gâm do ảnh hưởng của thủy điện Tuyên Quang, Tạp chí Khoa học công nghệ thủy lợi, số 16 ngày 30/09/2013.

[6]      Nguyễn Văn Toán 2000, Dự án Điều tra cơ bản xói phổ biến ở hạ lưu đập Hòa Bình, Viện Khoa học Thuỷ Lợi, thực hiện 1994-2000, Hà Nội 2000.

[7]      Trần Xuân Thái, Nguyễn Tuấn Anh 2005, Nghiên cứu dự báo xói lở, bồi lắng lòng dẫn và đề xuất các biện pháp phòng chống cho hệ thống sông vùng đồng bằng Bắc Bộ, Đề tài KHCN cấp nhà nước KC08-11, Hà Nội 2005.

[8]      Brown C. B. 1944, Discussion of sedimentation in reservoirs. Ed. J. Witzig. Proc. of the American Society of Civil Engineers, Vol. 69, pp. 1493-1500.

[9]         Brune, G. M. 1953, Trap efficiency of reservoirs, Trans. Am. Geophys. Union, 34, 407–418.

[10]    DHI 2007, A modding system for Rivers and channels User Guide, Denmark, 2007.

[11]       Williams, G. P., and M. G. Wolman, 1984, Downstream effects of dams on alluvial rivers, Geol. Surv. Prof. Pap. 1286, 83 pp., 1984.  (http://pubs.usgs.gov/pp/1286/report.pdf).