BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI NGUYỄN ĐÍNH NGHIÊN CỨU SỰ THAY ĐỔI MỘT SỐ YẾU TỐ THỦY VĂN - THỦY LỰC HẠ LƯU HỆ THỐNG SÔNG HƯƠNG DƯỚI TÁC ĐỘNG CỦA CÁC CƠNG TRÌNH THỦY LỢI - THỦY ĐIỆN VÀ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Chuyên ngành: Mã số: Phát triển nguồn nước 62 44 92 01 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2014 Công trình hồn thành Trường Đại học Thủy lợi Người Hướng dẫn khoa học: PGS.TS Lê Đình Thành PGS.TS Hoàng Minh Tuyển Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Trường họp Trường Đại học Thủy lợi Vào hồi ngày tháng năm 2014 Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Quốc gia - Thư viện Trường Đại học Thủy lợi MỞ ĐẦU Tính cấp thiết luận án: Hiện lưu vực sông Hương xây dựng nhiều cơng trình thủy lợi – thủy điện lớn, có tác động đáng kể đến chế độ thủy văn - thủy lực hạ lưu Đồng thời biến đổi khí hậu có tác động đến tài nguyên nước lưu vực Vì việc nghiên cứu đề tài luận án “Nghiên cứu thay đổi số yếu tố thủy văn - thủy lực hạ lưu hệ thống sơng Hương tác động cơng trình thủy lợi - thủy điện biến đổi khí hậu” cần thiết, đáp ứng yêu cầu phát triển bền vững kinh tế - xã hội lưu vực, đặc biệt phục vụ cho công tác cấu trúc lại cấu nông nghiệp xây dựng tỉnh Thừa Thiên Huế phát triển thành thành đô thị loại I trực thuộc Trung ương Mục tiêu nghiên cứu: Làm rõ thay đổi số yếu tố thủy văn - thủy lực hạ lưu hệ thống sông Hương tác động cơng trình thủy lợi - thủy điện biến đổi khí hậu đề xuất giải pháp thích ứng nhằm giảm thiểu tác động xấu đến phát triển kinh tế xã hội bảo vệ môi trường hạ lưu sông Hương Đối tượng phạm vi nghiên cứu: Đánh giá tác động hệ thống cơng trình thủy lợi – thủy điện lớn lưu vực đến số yếu tố thủy văn - thủy lực hạ lưu sông Hương từ sau hồ chứa đến đập Thảo Long có xét đến biến đổi khí hậu đến năm 2030 Phương pháp nghiên cứu: Luận án sử dụng phương pháp: kế thừa, điều tra, khảo sát, phân tích thống kê, mơ hình tốn thuỷ văn - thuỷ lực, GIS, phân tích hệ thống, phương pháp chuyên gia tham vấn ý kiến cộng đồng Những đóng góp Luận án: 1) Đã đánh giá cách định lượng tác động công trình thủy lợi – thủy điện lưu vực sơng Hương tác động biến đổi khí hậu đến số yếu tố thủy văn - thủy lực hạ lưu hệ thống sông Hương 2) Đã đề xuất giải pháp phi cơng trình cơng trình nhằm giảm thiểu tác động tiêu cực cơng trình thủy lợi – thủy điện lưu vực sơng Hương đến chế độ dịng chảy hạ lưu nâng cao hiệu khai thác công trình Chương I TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 TỔNG QUAN VỀ CÁC NGHIÊN CỨU TRƯỚC ĐÂY CÓ LIÊN QUAN Luận án tiến hành nghiên cứu tổng quan 38 cơng trình nghiên cứu giới, nước lưu vực sông Hương 1.1.1 Các nghiên cứu giới Đã có nhiều nghiên cứu liên quan đến tác động hồ chứa biến đổi khí hậu đến chế độ thủy văn - thủy lực hạ lưu lưu vực sông giới Các cơng trình nghiên cứu nói chung thường tập trung vào lưu vực sơng có qui mơ lớn, chia thành hai hướng chính: (i) so sánh phân tích diễn biến mơi trường giai đoạn trước sau có hồ chứa số liệu thực đo, (ii) sử dụng mơ hình tốn thủy văn, thủy lực để đánh giá tác động tới dòng chảy hạ lưu 1.1.2 Các nghiên cứu nước Ở Việt Nam, việc đánh giá tác động cơng trình biến đổi khí hậu đến dịng chảy gần quan tâm nghiên cứu, đặc biệt từ có cơng trình thủy lợi - thủy điện (TL-TĐ) lớn hệ thống sông Nghiên cứu tác động biến đổi khí hậu đến tài nguyên nước tập trung đánh giá thay đổi nguồn nước lưu vực, chưa sâu đánh giá chi tiết định lượng tác động cơng trình thủy lợi - thủy điện biến đổi khí hậu đến yếu tố thủy văn - thủy lực hạ lưu hệ thống sông 1.1.3 Những hạn chế cơng trình nghiên cứu trước lưu vực sông Hương hướng khắc phục Các nghiên cứu lưu vực sông Hương trước thường đánh giá tác động cơng trình, tác động tổng hợp cơng trình biến đổi khí hậu (BĐKH) đến chế độ thủy văn - thủy lực (TVTL) hạ lưu sông Hương chưa xem xét đầy đủ Cách tiếp cận nghiên cứu chưa xét đủ tính hệ thống tích hợp, hầu hết dựa giả thiết điều kiện thủy văn mặt đệm lưu vực không thay đổi, đánh giá định lượng tác động hạn chế Hướng khắc phục luận án: - Xem xét đánh giá quan điểm phân tích hệ thống lưu vực sông Hương, tập trung vào cơng trình có tác động đáng kể đến chế độ dịng chảy hạ lưu sơng Hương - Đánh giá định lượng tác động cơng trình BĐKH, bước đầu xem xét đến vai trò sử dụng đất lớp thảm phủ rừng sở lựa chọn dòng chảy năm trận lũ cụ thể để nghiên cứu thay đổi số yếu tố TV-TL điển hình - Đề xuất giải pháp có sở khoa học thực tiễn, có tính khả thi, thiết thực hiệu 1.1.4 Hướng tiếp cận luận án - Tiếp cận tổng hợp theo hệ thống nguồn nước - Tiếp cận mô theo mơ hình tốn thủy văn thủy lực - Tiếp cận theo kịch Sơ đồ tiếp cận luận án xem hình 1.1 Thu thập số liệu khí hậu, thủy văn, địa hình, cơng trình TL-TĐ Phân tích yếu tố tác động đến chế độ TV-TL Tác động hệ thống hồ chứa thủy lợi – thủy điện lớn thượng lưu Tác động cơng trình thủy lợi vùng cửa sơng Mơ hình mưa – dòng chảy Thay đổi dòng chảy đến hồ Vận hành hồ chứa thủy lợi – thủy điện Đánh giá xu thay đổi số yếu tố khí hậu Lựa chọn kịch biến đổi khí hậu, NBD Chi tiết kịch biến đổi BĐKH Mơ hình tốn thủy văn thủy lực Thay đổi chế độ thủy văn- thủy lực hạ lưu So sánh với kết điều tra, khảo sát Đề xuất giải pháp định hướng Hình 1.1: Sơ đồ tiếp cận nghiên cứu luận án Hình 1.2: Lưu vực sơng Hương lãnh thổ Việt Nam 1.2 1.2.1 ĐẶC ĐIỂM LƯU VỰC SÔNG HƯƠNG Đặc điểm tự nhiên Lưu vực sông Hương nằm gần trọn tỉnh Thừa Thiên Huế (hình 1.2), gồm ba nhánh lớn: sông Bồ, Hữu Trạch Tả Trạch, Tả Trạch nguồn nước sơng Hương Tài ngun nước lưu vực sơng Hương có vai trò quan trọng phát triển kinh tế, văn hóa - xã hội, bảo vệ mơi trường tỉnh Thừa Thiên Huế 1.2.2 Đặc điểm kinh tế - xã hội Những năm gần lưu vực sông Hương có nhiều cơng trình TL-TĐ xây dựng để đáp ứng nhu cầu phát triểnvề kinh tế - xã hội lưu vực, cơng trình TL-TĐ với thay đổi cấu sử dụng đất lưu vực có tác động đáng kể đến chế độ TV-TL sông Hương 1.3 XU THẾ BIẾN ĐỔI MỘT SỐ YẾU TỐ KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN TRÊN LƯU VỰC SÔNG HƯƠNG 1.3.1 Dữ liệu phương pháp đánh giá xu Sử dụng số liệu nhiệt độ, mưa, bốc mực nước thu thập trạm đo đạc khu vực để tiến hành phân tích đánh giá xu số yếu tố khí tượng – thủy văn phương pháp kiểm định Mann Kendall phương pháp Sen 1.3.2 Xu biến đổi số yếu tố khí hậu Các đặc trưng mưa có xu tăng khơng rõ ràng (không thỏa mãn mức ý nghĩa 5%), ngược lại, bốc có xu giảm Nhiệt độ trung bình khu vực miền núi tăng, song Huế có xu giảm không rõ ràng (không thỏa mãn mức ý nghĩa 5%) 1.3.3 Xu biến đổi số yếu tố thủy văn Các đặc trưng mực nước trạm Kim Long, Phú Ốc có xu tăng, phù hợp với xu tăng lượng mưa lưu vực 1.3.4 Đánh giá chung xu diễn biến số yếu tố khí tượng, thủy văn kịch BĐKH, NBD cho lưu vực sông Hương Kết đánh giá xu cho thấy số yếu tố khí tượng, thủy văn lưu vực sơng Hương có xu diễn biến phù hợp với điều kiện BĐKH, đáng ý xu tăng lượng mưa mùa khô, mùa mưa, lượng mưa 1, 3, 5, ngày liên tục lớn yếu tố gây lũ lưu vực Năm 2012 Bộ Tài nguyên Môi trường cơng bố kịch biến đổi khí hậu, nước biển dâng cho Việt Nam, có khu vực Thừa Thiên Huế với mức thay đổi lượng mưa trung bình năm vào thời kỳ 2030 tăng 2,1% so với thời kỳ 1980-1999 1.4 Kết luận chương I Các nghiên cứu liên quan lưu vực sông Hương đến thường đánh giá tác động công trình Một số nghiên cứu đánh giá tác động đến dòng chảy chưa chi tiết đầy đủ mặt định lượng thay đổi yếu tố TV-TL hồ chứa lớn thượng nguồn hoạt động với đập Thảo Long hạ lưu, đặc biệt tình hình BĐKH đặt thách thức cho quản lý tổng hợp tài nguyên nước lưu vực sông Hương Xu biến đổi số yếu tố khí hậu, thủy văn lưu vực sơng Hương phù hợp với kịch BĐKH Bộ Tài nguyên Môi trường năm 2012 Trên sở định hướng nghiên cứu tiếp cận luận án, ứng dụng mơ hình tốn thủy văn – thủy lực phân tích tổng hợp chọn phương pháp chủ đạo đánh giá tác động cơng trình TL-TĐ lớn lưu vực với kịch BĐKH trung bình B2 cơng bố Chương II PHÂN TÍCH VÀ TÍNH TỐN 2.1 HỆ THỐNG CƠNG TRÌNH THỦY LỢI THỦY ĐIỆN TRÊN LƯU VỰC SƠNG HƯƠNG 2.1.1 Các cơng trình thủy lợi - thủy điện Liên quan trực tiếp đến tuyến sơng lưu vực có cơng trình hồ chứa thủy lợi, thủy điện, cơng trình cống đập lấy nước kết hợp ngăn mặn, lũ, cơng trình ngăn mặn tiêu lũ cửa sơng Hương chi lưu 2.1.2 Đặc điểm cơng trình thủy lợi- thủy điện Hệ thống cơng trình đa dạng, gồm hồ thượng nguồn có nhiệm vụ chống lũ, cấp nước, phát điện Các cơng trình vùng cửa sơng có nhiệm vụ ngăn mặn, giữ tiêu thoát lũ 2.1.3 Lựa chọn cơng trình nghiên cứu luận án Tiêu chí lựa chọn: V hồ chứa ≥ 100.106m3, N lắp máy ≥ 30MW hồ chứa thủy điện, ≥ 10MW hồ chứa kết hợp, đập Thảo Long cửa sơng Hương có tác động lớn dịng chảy mùa cạn tồn hệ thống, hồ Bình Điền, Hương Điền, Tả Trạch đập Thảo Long đưa vào nghiên cứu 2.1.4 Khung đánh giá tác động Trên sở phân tích lựa chọn cơng trình đưa vào nghiên cứu, khung đánh giá tác động trường hợp nghiên cứu trình bày hình 2.2 Hình 2.2: Khung đánh giá tác động cơng trình thủy lợi- thủy điện BĐKH đến số yếu tố TV-TL sông Hương 11 mực nước thực đo trạm lưu vực để tính tốn mơ hình Thơng qua xây dựng đồ số CN bước thiết lập mạng thủy văn, thủy lực, hiệu chỉnh kiểm định mơ hình dịng chảy lũ cho thấy thơng số mơ hình HEC-HMS đạt u cầu với hệ số Nash 0,90-0,92 (hiệu chỉnh, hình 2.17) 0,78- 0,95 (kiểm định, hình 2.21); hệ số Nash mơ hình HEC-RAS đạt 0,63-0,77 (hình 2.26, 2.27) Hình 2.17: Hiệu chỉnh mơ hình HEC-HMS Bình Điền Hình 2.21: Kiểm định mơ hình HEC-HMS Dương Hịa Hình 2.26: Kiểm định mơ hình Hình 2.27: Kiểm định mơ hình HEC-RAS Kim Long hình HEC-RAS Phú Ốc 2.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG II Các hồ chứa thượng lưu gồm Tả Trạch, Bình Điền, Hương Điền đập ngăn mặn Thảo Long hạ lưu cơng trình có vai trị quan trọng có tác động đáng kể đến chế độ thủy văn – thủy lực hạ du sông Hương, lựa chọn đưa vào nghiên cứu luận án Hoạt động cơng trình Thảo Long, Bình Điền Hương Điền thời gian qua chưa dài kết phân tích cho thấy có tác động đáng kể đến số yếu tố thủy văn – 12 thủy lực sơng Hương, cần nghiên cứu đánh giá định lượng trường hợp khác nhau, đặc biệt có thêm cơng trình hồ Tả Trạch vào vận hành xét đến biến đổi khí hậu Mơ hình tốn thủy văn HEC-HMS mơ hình tốn thủy lực HEC- RAS ứng dụng để mơ dịng chảy lưu vực sơng Hương gồm dịng chảy ngày năm, dòng chảy lũ dòng chảy kiệt Các kết hiệu chỉnh kiểm định mơ hình khả quan, chấp nhận để đánh giá thay đổi số yếu tố thủy văn – thủy lực hạ du sông Hương tác động cơng trình thủy lợi – thủy điện biến đổi khí hậu Chương III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 CÁC TRƯỜNG HỢP NGHIÊN CỨU VÀ PHƯƠNG ÁN VẬN HÀNH HỆ THỐNG CƠNG TRÌNH 3.1.1 Các trường hợp nghiên cứu Luận án nghiên cứu trường hợp (1) Điều kiện tự nhiên, chưa có cơng trình thủy lợi – thủy điện; (2) Có hồ Bình Điền (BĐ), Hương Điền (HĐ), Tả Trạch (TT) đập Thảo Long, khơng xét đến biến đổi khí hậu; (3) Có hồ BĐ, HĐ, TT, đập Thảo Long có xét đến biến đổi khí hậu đến năm 2030 theo kịch trung bình B2 Bộ TN&MT 2012 3.1.2 Phương án vận hành hệ thống cơng trình để đánh giá tác động Luận án đề xuất phương án vận hành hệ thống cơng trình (PA) để đánh giá tác động, gồm: (1) PAI: vận hành dựa vào qui trình hồ đơn độc; (2) PAII: vận hành phối hợp có xét đến mực nước theo cấp báo động lũ hạ lưu; (3) PAIII: bổ sung dung tích phịng lũ hạ du cho hồ Bình Điền, Hương Điền Các trường hợp tính tốn đánh giá tác động cơng trình BĐKH đến số yếu tố TV-TL hạ lưu sơng Hương tóm tắt bảng 3.1 13 Bảng 3.1: Các trường hợp tính tốn TT Kí hiệu TH1 TH2-PAI Điều kiện tính tốn Dịng chảy tự nhiên, chưa có cơng trình Có hồ Bình Điền, Hương Điền, Tả Trạch đập Thảo Long vận hành theo qui trình độc lập TH2-PAII Có hồ BĐ, HĐ, TT đập Thảo Long vận hành phối hợp theo mực nước báo động lũ hạ lưu TH2-PAIII Có hồ BĐ, HĐ, TT đập Thảo Long vận hành phối hợp theo mực nước báo động lũ hạ lưu, bổ sung dung tích phịng lũ cho hồ chứa TH3-PAI Có hồ BĐ, HĐ, TT đập Thảo Long, vận hành theo qui trình độc lập xét đến biến đổi khí hậu đến năm 2030 theo kịch B2 TH3-PAII Có hồ BĐ, HĐ, TT đập Thảo Long vận hành phối hợp theo mực nước báo động lũ hạ lưu xét đến BĐKH đến năm 2030 theo kịch B2 3.1.3 Xác định năm đại biểu lượng mưa theo kịch đến 2030 Sau xem xét tài liệu KT-TV có, luận án chọn năm 1984 năm nước trung bình để đánh giá dịng chảy năm, dịng chảy kiệt; chọn trận lũ lịch sử năm 1999 với đặc điểm mưa lũ cực đoan, mưa đồng lớn mưa vùng núi lũ đặc biệt lớn năm 1983 có mưa vùng núi lớn đồng để đánh giá tác động đến dịng chảy lũ Lượng mưa tính tốn xét đến BĐKH cho trạm lưu vực sông Hương xác định theo mức thay đổi mưa kịch biến đổi khí hậu B2 (Bộ TN&MT, 2012) 3.2 TÁC ĐỘNG CỦA CÁC CƠNG TRÌNH VÀ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐẾN MỘT SỐ YẾU TỐ THỦY VĂN – THỦY LỰC HẠ LƯU HỆ THỐNG SÔNG HƯƠNG 3.2.1 Vị trí kiểm tra đánh giá Các vị trí để kiểm tra, phân tích đánh giá thay đổi số yếu tố thủy lực – thủy văn hạ du sông Hương trạm Kim Long 14 sông Hương Phú Ốc sông Bồ Đây điểm kiểm soát mực nước quan trọng để cảnh báo lũ cho thành phố Huế vùng đồng hạ lưu sơng Hương 3.2.2 Tác động đến dịng chảy ngày năm Kết mô mực nước trung bình ngày năm nước trung bình Kim Long trường hợp cơng trình vận hành theo phương án I thể hình 3.2, bảng 3.4 Hình 3.2: Thay đổi mực nước Kim Long năm nước trung bình Bảng 3.4: Thay đổi mực nước trung bình năm nước trung bình Vị trí TH1 TH2-PAI TH3-PAI H0 (m) H1 (m) H1-H0 H2 (m) H2-H0 Kim Long 0,04 0,68 +0,64 0,69 +0,01 Phú Ốc 0,42 1,02 +0,60 1,06 +0,04 Khi không xét đến BĐKH, mực nước trung bình năm hạ lưu sơng Hương năm nước trung bình tác động cơng trình có xu hướng tăng, mức tăng khoảng 0,60 m so với chưa có đập Thảo Long hồ Khi có xét đến BĐKH, mực nước hạ lưu sơng Hương tăng không đáng kể so với tác động cơng trình TLTĐ Điều cho thấy thay đổi dịng chảy hạ lưu sơng Hương chịu tác động từ hệ thống cơng trình TL-TĐ lớn nhiều so với tác động BĐKH theo kịch nghiên cứu 15 Trước có cơng trình, mực nước vào mùa cạn dao động theo thủy triều, vào mùa lũ mực nước lên xuống đột ngột, đỉnh lũ cao Sau có cơng trình, mực nước mùa cạn trì ổn định, khơng cịn dao động theo triều biển; vào mùa lũ, đỉnh lũ hạ thấp, thời gian trì mực nước báo động (H≥ +2,0 m) Kim Long trung bình giảm từ ngày xuống cịn ngày song thời gian trì mực nước báo động (H≥ +1,0 m) trung bình tăng từ ngày lên 47-53 ngày 3.2.3 Tác động đến dịng chảy lũ Kết tính tốn dịng chảy lũ hạ lưu sơng Hương theo phương án trình bày hình 3.4, 3.6, bảng 3.6, 3.8 Bảng 3.6: Thay đổi mực nước đỉnh lũ tính tốn năm 1999 hạ lưu sông Hương theo trường hợp (m) Vị trí TH1 TH2- PAI H0 (m) H1 (m) Kim Long 6,09 5,81 Phú Ốc 4,68 4,60 H1-H0 -0,28 -0,08 TH2-PAII H2(m) 5,13 4,48 H2-H0 -0,96 -0,20 TH2-PAIII H3 (m) 5,10 4,47 H3-H0 -0,99 -0,21 Hình 3.4: Quá trình mực nước Hình 3.6: Q trình mực nước lũ tính tốn 1999 Kim Long lũ tính tốn 1983 Kim Long Khi khơng xét đến BĐKH, phân tích thay đổi số đặc trưng lũ tính tốn 1999 Kim Long trước sau có hồ chứa cho thấy chế độ lũ hạ lưu có thay đổi đáng kể Khi chưa có hồ, đỉnh lũ cao; sau có hồ, đỉnh lũ hạ thấp, cường suất lũ lên cực đại giảm từ 0,54 m/giờ xuống 0,24 – 0,52 m/giờ, cường suất lũ lên trung bình giảm từ 0,2 m/giờ xuống cịn 0,1 – 0,15 m/giờ tùy theo 16 phương án vận hành, thời gian trì mực nước báo động (H ≥ +3,5 m) giảm từ 4-8 giờ, lũ khốc liệt Bảng 3.8: Thay đổi mực nước đỉnh lũ tính tốn năm 1983 hạ du sơng Hương theo trường hợp (m) Vị trí TH1 TH2- PAI TH2- PAII TH2- PAIII H0 (m) H1 (m) H1-H0 H2(m) H2-H0 H3 (m) H3-H0 Kim Long 5,00 4,70 -0,30 3,81 -1,19 3,56 -1,44 Phú Ốc 4,73 4,43 -0,30 4,41 -0,32 4,30 -0,43 Với lũ 1983 kết tính tốn cho thấy số đặc trưng lũ Kim Long có thay đổi đáng kể Khi chưa có hồ, cường suất lũ lên cực đại 0,35 m/giờ, sau có hồ giảm xuống cịn 0,14 – 0,33 m/giờ, cường suất lũ lên trung bình giảm từ 0,09 m/giờ xuống 0,05 – 0,07 m/giờ tùy theo phương án vận hành, thời gian trì mực nước báo động giảm từ – giờ, lũ điều hịa Trường hợp có xét đến BĐKH, kết tính tốn lũ 1999 hạ lưu theo phương án vận hành hình 3.8, 3.9, bảng 3.10 Hình 3.8: Quá trình mực nước lũ Hình 3.9: Quá trình mực nước lũ tính tốn 1999 Kim Long, tính tốn 1999 Kim Long, hồ vận hành PAI, xét BĐKH hồ vận hành PAII, xét BĐKH Bảng 3.10: Thay đổi mực nước đỉnh lũ năm 1999 hạ du sơng Hương có xét đến biến đổi khí hậu (m) Vị trí Kim Long Phú Ốc TH1 H0 (m) 6,09 4,68 TH2 (H1) 5,81 4,60 PA I TH3 H2-H1 (H2) (m) 6,15 + 0,34 4,71 + 0,11 TH2 (H3) 5,13 4,48 PA II TH3 H4-H3 (H4) (m) 5,32 + 0,29 4,56 + 0,08 17 Như vậy, qua kết nghiên cứu cho thấy thay đổi chế độ dịng chảy lũ hạ lưu sơng Hương phụ thuộc lớn vào chế độ vận hành điều tiết lũ hồ chứa thượng lưu, đặc biệt hồ Tả Trạch Cả hai phương án PAII (vận hành phối hợp) PA III (vận hành phối hợp + tăng dung tích phịng lũ) làm giảm mực nước đỉnh lũ năm 1983 Kim Long từ 1,2-1,4m, đảm bảo tiêu chuẩn giảm lũ vụ năm 1983 cho thành phố Huế Trong trường hợp nghiên cứu, tác động BĐKH tới năm 2030 theo phương án vận hành hồ chứa đến thay đổi mực nước đỉnh lũ hạ lưu không đáng kể so với tác động hồ chứa gây 3.2.4 Tác động đến dòng chảy kiệt Các kết tính tốn mực nước dịng chảy kiệt (tháng I-VIII) năm nước trung bình theo phương án vận hành độc lập bảng 3.11 Bảng 3.11: Thay đổi mực nước mùa cạn năm nước trung bình TH1 TH2-PAI TH3-PAI Vị trí H1 (m) H2 (m) H2-H1 H3 (m) H3-H2 Kim Long -0,11 0,52 +0,63 0,52 0,00 Phú Ốc 0,17 0,74 +0,57 0,75 +0,01 Kết tính tốn cho thấy vào mùa cạn vai trò đập Thảo Long hồ chứa lớn, chúng làm tăng mực nước trung bình mùa cạn hạ lưu lên tới 0,60m Trường hợp có xét đến biến đổi khí hậu đến năm 2030, kết tính tốn cho thấy mực nước trung bình mùa cạn Kim Long, Phú Ốc khơng đổi Tại Kim Long, sau có cơng trình, mực nước +0,4 m trì suốt mùa cạn, mực nước trung bình mùa cạn đạt cao trình +0,52 m, đảm bảo cung cấp nguồn nước tưới tự chảy cho vùng đồng sông Hương, tạo tiềm chuyển nước cho vùng Phú Lộc (hỗ trợ hồ Truồi) 3.2.5 Tác động đến vấn đề bùn cát hạ lưu Kết tính tốn cho thấy mực nước trạm Bình Điền giảm đáng kể so với cấp lưu lượng Cùng trị số lưu lượng, mực nước hạ thấp trung bình 40 cm so với chưa có hồ Do có số 18 liệu khảo sát năm sau hồ Bình Điền vào vận hành nên chưa phản ánh đầy đủ xác nguyên nhân hạ thấp mực nước trạm Bình Điền, sơ cho thấy hồ Bình Điền có tác động định đến thay đổi bùn cát hạ lưu, nguyên nhân làm xói lở lịng sơng, làm cho quan hệ thủy văn - thủy lực biến đổi Khi có thêm hồ Tả Trạch vận hành, diễn biến quan hệ Q-H hạ lưu hồ chứa nhiều thay đổi 3.3 ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP ĐỊNH HƯỚNG GIẢM THIỂU TÁC ĐỘNG TIÊU CỰC VÀ TĂNG HIỆU QUẢ CÁC CƠNG TRÌNH THỦY LỢI - THỦY ĐIỆN 3.3.1 Mục tiêu sở đề xuất giải pháp - Giảm nhẹ tác động bất lợi cơng trình thủy lợi - thủy điện đến vùng hạ lưu mùa lũ mùa cạn nhằm phát triển kinh tế - xã hội bảo vệ môi trường; - Nâng cao hiệu cơng trình thủy lợi - thủy điện lưu vực nhằm giải mâu thuẫn lượng phịng chống lũ, an tồn giảm nhẹ thiệt hại cho vùng hạ lưu 3.3.2 Các giải pháp phi cơng trình (1) Tăng cường thảm phủ lưu vực: Từ số CN theo kịch thay đổi sử dụng đất thảm phủ rừng thời kỳ tương lai, ứng dụng mơ hình HEC-HMS tính dịng chảy lũ đến tuyến hồ chứa từ lũ năm 1983 Qua sơ ước tính phương trình tương quan số CN tổng lượng lũ đến tuyến hồ chứa y= 13,19x +2676, R2 =0,994 Kết mực nước lưu lượng đỉnh lũ năm 1983 Kim Long Phú Ốc theo kịch thay đổi thảm phủ tổng hợp bảng 3.16 19 Bảng 3.16: Ảnh hưởng thay đổi sử dụng đất che phủ rừng đến dòng chảy lũ năm 1983 hạ lưu sông Hương Kim Long Phú Ốc Năm Hmax ΔH Qmax ΔQ Hmax ΔH Qmax ΔQ 3 (m) (m) (m /s) (m /s) (m) (m) (m3/s) (m3/s) 1983 5,00 5.907 4,73 1.801 2020 5,00 0,00 5.898 -9 4,73 0,00 1.797 -4 2030 5,00 0,00 5.891 -16 4,71 -0,02 1.776 -25 2050 4,98 -0,02 5.880 -27 4,69 -0,04 1.759 -42 Như vậy, lớp phủ rừng sử dụng đất lưu vực có tác động đến dịng chảy lũ, nhiên mức độ khác khu vực, khu vực thượng lưu vai trò rõ rệt so với khu vực hạ lưu Diện tích rừng cần tăng cường khu vực trọng yếu: - Các vùng thượng nguồn hồ chứa thủy lợi - thủy điện (kể hồ chứa nhỏ) - Trồng rừng, trồng vành đai dọc sông hạ lưu dải ven biển - Cùng với trồng bảo vệ rừng quản lý tổng hợp lưu vực, quản lý tài nguyên nước trung tâm (2) Quy hoạch, xây dựng bảo vệ hành lang bảo vệ nguồn nước hồ, nguồn nước sông, đầm phá (3) Xây dựng quy trình vận hành liên hồ chứa phối hợp với đập Thảo Long Đề xuất Quy trình vận hành phối hợp cơng trình thủy lợi – thủy điện lưu vực sơng Hương có xét đến mực nước theo cấp báo động lũ hạ lưu với số nội dung sau: (1) Đối với hồ chứa thượng lưu a)- Hồ Bình Điền: - Mực nước trước lũ +80,6m - Khi lũ bắt đầu hồ, hồ chứa tích nước dần để đạt đến cao trình +85,0 m bắt đầu xả lũ với lưu lượng Qxả ≤ Qđến phối hợp với 20 ràng buộc đảm bảo yêu cầu chống lũ hạ du, mức xả tùy theo mực nước báo động lũ Kim Long - Sau lũ, tiếp tục vận hành xả lũ để đưa mực nước hồ +80,6m, chuẩn bị đón lũ b) Hồ Hương Điền: - MNTL +56,0m - Khi lũ về, tích nước dần để mực nước hồ lên +58,0 m bắt đầu xả với lưu lượng Qxả ≤ Qđến, mức xả tùy theo mực nước báo động lũ Phú Ốc - Sau lũ, vận hành xả lũ tiếp tục để đưa mực nước hồ +58,0m c) Hồ Tả Trạch: - Trước mùa lũ, mực nước hồ giữ mức +25,0 m - Khi lũ về, mực nước hồ tăng dần từ +25 m đến +46,97 m bắt đầu xả với lưu lượng Qxả ≤ Qđến, mức xả tùy theo mực nước báo động lũ Kim Long - Sau lũ, vận hành xả lũ tiếp tục để đưa mực nước hồ +45,0 m (2) Đối với đập Thảo Long hạ lưu Trong thời kỳ lũ lớn đập Thảo Long mở hồn tồn để lũ tối đa Trường hợp mực nước triều phía biển cao nâng cửa đập lên để ngăn mặn (do lũ nhỏ, triều cường, ) Hiệu giảm lũ theo phương án vận hành phối hợp so với phương án vận hành độc lập bảng 3.17 Bảng 3.17: Hiệu giảm lũ hạ lưu sông Hương hồ vận hành phối hợp so với vận hành độc lập (m) Lũ 1983 Lũ 1999 PA I PA II Mức PA I PA II Mức Tuyến giảm giảm Kim Long 4,70 3,81 -0,89 5,81 5,13 -0,68 Phú Ốc 4,43 4,41 -0,02 4,60 4,48 -0,12 3.3.3 Giải pháp cơng trình (1) Tăng thêm dung tích phịng lũ hồ Bình Điền Hương Điền 21 Bảng 3.18: Dung tích phòng lũ đề xuất hồ chứa Hiện Đề xuất Vpl (106m3) % Vhi Vpl (106m3) % Vhi Hồ chứa Tả Trạch 435,9 125,8 435,9 125,8 Bình Điền 70 20,3 150 43,6 Hương Điền 0 200 57,0 Tổng 505,9 48,6 785,9 75,4 Bảng 3.19: Hiệu giảm lũ hạ lưu sông Hương hồ vận hành phối hợp tăng dung tích phịng lũ so với giữ ngun dung tích phịng lũ vận hành độc lập (m) Lũ 1983 Lũ 1999 TH2TH2Mức TH2TH2Mức Tuyến PAI PAIII giảm PAI PAIII giảm Kim Long 4,70 3,56 -1,14 5,81 5,10 -0,71 Phú Ốc 4,43 4,30 -0,13 4,60 4,47 -0,13 Như thấy tăng tổng dung tích phịng lũ cho hồ thượng lưu (Bình Điền Hương Điền) vận hành phối hợp hiệu giảm lũ hạ lưu rõ ràng cho lũ năm 1983 lũ năm 1999, đặc biệt mực nước đỉnh lũ dịng sơng Hương (Kim Long) giảm tới 1,14 m với lũ 1983 0,71 m với lũ 1999 so với trường hợp giữ ngun dung tích phịng lũ vận hành độc lập Cả PAII (vận hành phối hợp) PAIII (vận hành phối hợp tăng dung tích phịng lũ) làm giảm mực nước đỉnh lũ năm 1983 Kim Long từ 1,19 – 1,44 m Với mức giảm đó, cao trình đỉnh lũ Kim Long đạt cao trình +3,69 m (PA II) +3,44 m (PA III), đáp ứng tiêu chuẩn giảm lũ vụ năm 1983 cho thành phố Huế Các kết nghiên cứu cho thấy giải pháp tăng tổng dung tích phịng lũ cho hồ thượng lưu chấp nhận Tuy nhiên cần có nghiên cứu sâu hơn, chi tiết hơn, với việc nghiên cứu giải hài hòa lợi ích chống lũ phát điện cơng trình thủy điện tư nhân đầu tư để đưa sở vững khả thi cho việc triển khai thực sau (2) Cải tạo nâng cấp tuyến tiêu thoát lũ, nâng cấp đê biển Cải tạo, mở rộng tuyến sơng hói hạ lưu Diên Hồng, An 22 Xuân, Kim Đôi khu vực bắc sông Hương; sông Như Ý, Phổ Lợi , Đại Giang đoạn bị bồi lắng; cải tạo, nâng cấp cống tiêu Hà Đồ, An Xuân, Quán Cửa, Cầu Long, cống trạm bơm tiêu, tuyến tràn đê ven phá Tam Giang - Cầu Hai Sau có qui trình vận hành liên hồ chứa Chính phủ phê duyệt thực hiện, nghiên cứu bước tháo dỡ cống đập: Phú Cam, La Ỷ, đập Đá Các tuyến đê cần nâng cấp gồm tuyến đông phá Tam Giang, tây phá Tam Giang, tuyến đê ven đầm Sam - Thủy Tú - Cầu Hai, để đảm bảo ngăn mặn, giữ ngọt, chống lũ, ngăn nước biển dâng 3.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG III Tác động cơng trình TL-TĐ hệ thống sơng Hương đến dịng chảy hạ lưu đáng kể, cần đặc biệt lưu ý đến (i)- quy trình vận hành hồ Bình Điền Hương Điền mùa lũ; (ii)- vai trò chủ đạo giảm lũ phần dung tích phịng lũ, điển hình hồ Tả Trạch vai trò ngăn ảnh hưởng triều đập Thảo Long Tác động BĐKH (B2) tới năm 2030 đến dòng chảy năm, dòng chảy kiệt hạ du không đáng kể so với tác động cơng trình TL-TĐ Đối với dịng chảy lũ, trường hợp mưa lũ cực đoan (lũ năm 1999) tác động BĐKH trở nên rõ ràng Các giải pháp định hướng để giảm thiểu tác động tiêu cực gồm nhóm giải pháp phi cơng trình: tăng cường trồng rừng lưu vực, xây dựng hành lang bảo vệ nguồn nước xây dựng qui trình vận hành liên hồ chứa phối hợp với đập Thảo Long; nhóm giải pháp cơng trình: tăng tổng dung tích phịng lũ hồ chứa cải tạo nâng cấp tuyến tiêu thoát lũ, nâng cấp đê biển KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Các kết nghiên cứu luận án việc đánh giá tác động hệ thống cơng trình thủy lợi – thủy điện biến đổi khí hậu đến số yếu tố thủy văn – thủy lực hạ lưu sông Hương quan điểm tiếp cận tổng hợp hệ thống với phương pháp cơng cụ tính tốn tiên tiến, đặc biệt mơ hình tốn thủy văn – thủy lực rút số kết luận sau: 23 1) Xu biến đổi số yếu tố khí hậu, thủy văn lưu vực sơng Hương đến năm 2030 nghiên cứu xác định phù hợp với kịch biến đổi khí hậu Bộ Tài ngun Mơi trường cho lưu vực sông Hương 2) Tác động công trình thủy lợi – thủy điện đến số yếu tố thủy văn – thủy lực hạ lưu sông Hương rõ ràng đáng kể, thể qua số kết định lượng cụ thể sau: - Đối với mực nước trung bình năm năm điển hình (1984): Hệ thống cơng trình đập Thảo Long hồ chứa Bình Điền, Hương Điền, Tả Trạch làm nâng cao mực nước trung bình năm hạ lưu tăng lên đáng kể, Kim Long tăng 0,64 m, Phú Ốc tăng 0,60 m - Đối với mực nước đỉnh lũ: Cả ba phương án vận hành hệ thống cơng trình (vận hành độc lập, vận hành phối hợp xét đến mực nước báo động lũ hạ lưu, vận hành phối hợp + tăng dung tích phòng lũ) làm giảm đáng kể mực nước đỉnh lũ hạ lưu sông Hương Đối với lũ năm 1983, mực nước đỉnh lũ giảm từ 0,30 - 1,44 m Kim Long, từ 0,30 - 0,43 m Phú Ốc; với lũ năm 1999 mực nước đỉnh lũ giảm từ 0,28 - 0,99 m Kim Long, Phú Ốc giảm vào khoảng 0,08 - 0,21 m - Đối với mực nước trung bình mùa cạn (I-VIII): Vai trị cơng trình mực nước trung bình mùa cạn hạ lưu đáng kể, đặc biệt đập Thảo Long Mực nước hạ lưu mùa cạn ổn định, khơng cịn ảnh hưởng thủy triều gia tăng đáng kể (trên 0,60 m) Kim Long Phú Ốc 3) Tác động biến đổi khí hậu lưu vực sông Hương theo kịch trung bình B2 đến số yếu tố thủy văn – thủy lực vùng hạ lưu nhìn chung khơng đáng kể so với tác động hệ thống cơng trình thủy lợi – thủy điện gây giai đoạn đến 2030 Trong trường hợp mưa lũ cực đoan (lũ 1999) tác động biến đổi khí hậu cho thấy rõ ràng 4) Dựa kết nghiên cứu với phân tích, đánh giá có sở khoa học thực tiễn đề xuất giải pháp giảm thiểu tác động bất lợi nâng cao hiệu cơng trình TL-TĐ theo hai hướng: - Giải pháp phi cơng trình gồm: (i) “Tăng cường thảm phủ 24 lưu vực”; (ii) “Qui hoạch, xây dựng bảo vệ hành lang bảo vệ nguồn nước hồ, nguồn nước sông, đầm phá”; (iii) “ Xây dựng qui trình vận hành liên hồ chứa phối hợp với đập Thảo Long” - Giải pháp cơng trình gồm: (i) “Tăng thêm dung tích phịng lũ hồ Bình Điền Hương Điền”; (ii) “Cải tạo nâng cấp tuyến tiêu thoát lũ, nâng cấp đê biển” Các giải pháp có tính khả thi phù hợp u cầu định hướng phát triển bền vững tỉnh Thừa Thiên Huế Những đóng góp luận án Luận án có đóng góp (xem phần mở đầu) Kiến nghị 1) Thực tế hệ thống cơng trình thủy lợi – thủy điện sông Hương đưa vào nghiên cứu luận án gồm hồ chứa lớn (Bình Điền, Hương Điền, Tả Trạch) đập Thảo Long, hồ thủy điện Bình Điền, Hương Điền đập Thảo Long thực hoạt động, cịn hồ Tả Trạch đến năm 2014 hồn thành hoạt động nên chưa có đủ số liệu vận hành để đánh giá thẩm định đầy đủ Vì kiến nghị Nhà nước cho phép đạo việc tổ chức quan trắc đồng yếu tố địa hình, khí tượng – thủy văn – hải văn, đồng thời nâng cấp trang thiết bị, xây dựng bổ sung số trạm đo mưa, lưu lượng lưu vực đạt sở tin cậy cao nhằm hồn thiện qui trình vận hành liên hồ chứa thủy lợi – thủy điện lưu vực sông Hương thời gian sớm 2) Để cơng tác vận hành hệ thống cơng trình TL-TĐ chống lũ, chống hạn, phát điện có hiệu quả, cần nâng cao chất lượng dự báo công nghệ dự báo Khí tượng – Thủy văn lưu vực đến hồ 3) Bài toán vận hành hệ thống cơng trình thủy lợi – thủy điện lưu vực sơng phức tạp có nhiều điều kiện ràng buộc tự nhiên kinh tế - kỹ thuật Do với lưu vực sông Hương cần tiếp tục nghiên cứu cách toàn diện hơn, đặc biệt giải hài hòa mâu thuẫn phân bổ dung tích phịng lũ, cấp nước mùa cạn hiệu phát điện DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CƠNG BỐ CỦA TÁC GIẢ Nguyễn Đính (2013), “Nghiên cứu tác động cơng trình thủy lợi, thủy điện tới dịng chảy hạ du sơng Hương”, Tạp chí Khí tượng Thủy văn, (634), trang -6 Nguyễn Đính, Nguyễn Hồng Sơn, Lê Đình Thành (2013), “Ứng dụng mơ hình HEC-HMS HEC-RAS nghiên cứu mơ dịng chảy lũ lưu vực sơng Hương”, Tạp chí khoa học kỹ thuật Thủy lợi Mơi trường, (42), trang 12-17 Nguyễn Đính, Lê Đình Thành, Ngô Lê An (2013), “Nghiên cứu đánh giá tác động biến đổi khí hậu tới chế độ thủy văn sơng Hương”, Tạp chí khoa học kỹ thuật Thủy lợi Mơi trường, (40), trang 15-22 Nguyễn Đính, Lê Đình Thành (2012), “Hiện trạng khai thác sử dụng quản lý tài nguyên nước mặt lưu vực sông Hương”, Tạp chí Khí tượng Thủy văn, (613), trang 7-13 Nguyễn Đính, Lê Đình Thành (2011), “Phát triển thủy điện lưu vực sông Hương- tồn giải pháp nâng cao hiệu quả”, Tạp chí khoa học kỹ thuật Thủy lợi Môi trường, (32), trang 3-10 ... đánh giá thay đổi số yếu tố thủy văn – thủy lực hạ du sông Hương tác động công trình thủy lợi – thủy điện biến đổi khí hậu Chương III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 CÁC TRƯỜNG HỢP NGHIÊN CỨU VÀ PHƯƠNG... biển KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Các kết nghiên cứu luận án việc đánh giá tác động hệ thống cơng trình thủy lợi – thủy điện biến đổi khí hậu đến số yếu tố thủy văn – thủy lực hạ lưu sông Hương. .. vệ môi trường hạ lưu sông Hương Đối tượng phạm vi nghiên cứu: Đánh giá tác động hệ thống cơng trình thủy lợi – thủy điện lớn lưu vực đến số yếu tố thủy văn - thủy lực hạ lưu sông Hương từ sau