Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019. ISBN: 978-604-82-2981-8

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN BỒI LẮNG
HỒ CHỨA BẰNG MƠ HÌNH TỐN
1

Đỗ Xn Khánh1, Trần Kim Châu1, Phạm Thị Hương Lan1
Trường Đại học Thủy lợi, email:

1. GIỚI THIỆU CHUNG

Hồ chứa là một cơng trình thủy lợi đặc
biệt, có nhiệm vụ điều tiết nguồn nước đáp
ứng yêu cầu phát triển kinh tế xã hội của khu
vực. Tuy nhiên rất nhiều hồ chứa, sau một
thời gian sử dụng đã bị bồi lắng mạnh, ảnh
hưởng đến việc khai thác vận hành hồ. Sự bồi
lắng này không chỉ ảnh hưởng đến tuổi thọ
và chức năng của hồ chứa mà còn kéo theo
rất nhiều hệ lụy khác về môi trường xã hội.
Hiện nay có rất nhiều phương pháp tính
tốn bồi lắng hồ chứa, mỗi phương pháp đều
có những ưu nhược điểm riêng. Các phương
pháp chính có thể kể đến phương pháp so sánh
thể tích qua việc đo đạc địa hình lịng hồ hàng
năm (Levec và Skinner 2004 [1]), phương
pháp sử dụng phương trình kinh nghiệm mơ tả
mối quan hệ giữa lưu lượng nước với phù sa
(Mohammad và nnk. 2006 [2]), phương pháp
sử dụng đồng vị phóng xạ (Krishnawami và
nnk. 1971 [3]) và phương pháp sử dụng các

mơ hình tốn (Mohammad và nnk 2016 [4]).
Trong các phương pháp trên, phương pháp
mơ hình tốn được đánh giá là khá hiệu quả
khi xét đến chi phí tính tốn và độ chính xác.
Đặc biệt, phương pháp này rất thích hợp khi
sử dụng tại những khu vực khơng có hoặc có
ít số liệu đo đạc về khí tượng thủy văn. Các
mơ hình tiêu biểu cho xu hướng này có thể kể
đến HEC6 (Phạm 2004 [5]) hay G-STARS
(Ahn và nnk. 2017 [6]) hay HEC-RAS và
MIKE 11 (Trần 2017 [7]). Việc lựa chọn mơ
hình tính tốn phụ thuộc vào nhiều yếu tố bao
gồm mục đích nghiên cứu và tình hình số liệu
về địa hình, khí tượng thủy văn, vv… Trong
hầu hết các nghiên cứu trước đây lượng bùn
cát đến hồ được tính tốn chủ yếu từ q trình

vận chuyển dọc hồ bằng các mơ hình 1 chiều
hoặc giả 2 chiều. So với các mơ hình 2 chiều,
mơ hình 1 chiều có nhiều hạn chế khi mơ tả
q trình bồi lắng theo không gian, tuy nhiên
chúng lại khả thi hơn khi xét đến thời gian mô
phỏng hồ chứa dài hạn. Tuy nhiên nếu chỉ áp
dụng các mơ hình thủy lực 1, 2 chiều thì vẫn
chưa có thể mơ phỏng được lượng bùn cátgia
nhập từ khu giữa do xói mịn và sạt lở. Chính
lượng bùn cát nàyvốn bị chi phối mạnh bởi
mưa và tình trạng sử dụng đấtlại có vai trị
quyết định ảnh hưởng trực tiếp đến hiện tượng
bồi lắng hồ chứa. Hiện nay, đặc biệt tại Việt

nam vẫn chưa có nhiều nghiên cứu về bồi lắng
hồ chứa khi xét đến đồng thời cả hai phương
diện bùn cát dọc sông và bùn cát trên lưu vực.
Do vậy mục tiêu của nghiên cứu này là đề
xuất sử dụng đồng thời mơ hình tính tốn xói
mịn lưu vực (SWAT) và mơ hình vận
chuyển bùn cát trong sơng (HEC-RAS) để
tính tốn bồi lắng hồ chứa. Phương pháp tính
tốn này sẽ được áp dụng cho hồ chứa Đăk
Uy trên lưu vực sông Sê San, Tây Ngun.
2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Mơ hình SWAT
Mơ hình SWAT được sử dụng để đánh giá
tác động của việc sử dụng đất và xói mịn lên
một hệ thống lưu vực sơng. Việc mơ tả các
q trình thủy văn được chia làm hai phần
bao gồm phần xảy ra trên lưu vực với các chu
trình thủy văn kiểm sốt khối lượng nước,
bùn cát được truyền tải tới các kênh dẫn
chính và phần diễn tốn dịng chảy, bùn cát
trên hệ thống kênh tới mặt cắt cửa ra của lưu
vực (SWAT 2012 user’s manual [8]).

314


Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019. ISBN: 978-604-82-2981-8

2.2. Mơ hình HEC-RAS

Mơ hình HEC-RAS là mơ hình có khả năng
tính tốn thủy lực và bùn cát chi tiết cho mạng
lưới sông kênh. Để xác định lượng vận chuyển
bùn cát trong sông HEC RAS cho phép 6 lựa
chọn cơng thức tính tốn bao gồm các cơng
thức của Ackers và White, Englund-Hansen,
Laursen, Myer-Peter-Muller, Tofaleti, và Yang
sao cho phù với điều kiện bùn cát và thủy
động lực của khu vực nghiên cứu (HEC-RAS
5.1 user’s manual [9]).

Tiểu lưu vực
Đăk Mốt

SwatLandUseClass(LandUse4)
Classes

Nước
Đất nông nghiệp
Cây công nghiệp
Đất rừng
COFF
Cây bụi
URBN
Đất đô thị
WATR

Bản đồ sử dụng đất

Thổ nhưỡng


Đăk Mốt

Kon plơng

AGRR

Đăk Tơ

CORN
FRST

UTM_48N
Sa Thầy

0

5

10

20

30

40
Kilometers

Hình 2. Vị trí tiểu lưu vực Đak Mốt và
tiểu lưu vực hồ Đăk Uy trong lưu vực Sêsan

Các trạm này đều có số liệu đo mưa tương
đối đầy đủ và bao trong một khoảng thời gian
dài từ năm 1977 đến năm 2017. Trong số này
thì chỉ có trạm thủy văn Đăk Mốt có đồng
thời số liệu đo đạc dòng chảy và bùn cát. Do
vậy, để xác định lưu lượng bùn cát đến hồ
Đăk Uy, nghiên cứu trước tiên sẽ sử dụng số
liệu thực đo tại trạm Đăk Mốt để xác định các
tham số của mơ hình SWAT cho tiểu lưu vực
Đăk Mốt,sau đó sẽ áp dụng nguyên lý lưu
vực tương tự cho lưu vực hồ Đăk Uy.

Khí hậu

SWAT
Lưu lượng bùn cat _Qsed (ton/ngày)
Mặt cắt hồ chứa

Trạm đo mưa
Trạm thủy văn
Hồ chứa

Tiểu lưu vực
hồ Đăk Uy

Chú giải

2.3. Sơ đồ tính tốn bồi lắng hồ chứa
DEM


.

Đăk Glei

HEC-RAS
Phân bố bùn
cát dọc hồ chứa

Hình 1. Sơ đồ tính tốn
Hai mơ hình SWAT và HEC-RAS sẽ được
chạy độc lập và nối tiếp nhau như mơ tả trên
sơ đồ tính tốn trong hình 1. Trước tiên mơ
hình SWAT sẽ xét đến ảnh hưởng của các
yếu tố khí hậu (mưa, nhiệt độ, độ ẩm, vv…),
địa hình, sử dụng đất và thổ nhưỡng để xác
định tổng lượng bùn cát từ lưu vực đến hồ.
Lượng bùn cát này được biểu diễn dưới dạng
chuỗi thời gian với đơn vị tấn/ngày. Đây là
những số liệu đầu vào cần thiết,được mơ hình
HEC-RAS sử dụng sau đó để mô tả sự vận
chuyển và phân bố bùn cát dọc hồ chứa theo
thời gian.
2.4. Khu vực nghiên cứu
Hồ chứa Đăk Uyvới dung tích hữu ích
khoảng 29 triệum3 nằm trên sông Đăk Uy là
nhánh cấp I của sông Krông Pô Cô. Hồ nằm
trên phần thượng lưu của lưu vực sông Sê
San nơi xung quanh có các trạm khí tượng
thủy văn Đăk Glei, Đăk Mốt, Đăk Tô, Sa
Thầy và Kon Plong (Hình 2).


3. KẾT QUẢ

Mơ hình SWAT trước tiên sẽ được thiết lập
cho lưu vực Đăk Mốt dựa trên 3 bản đồ DEM
( sử dụng đất
( />wnload/index.aspxnăm 2010) và thổ nhưỡng
(sở TNMT 2014) cũng như các dữ liệu về khí
hậu. Có thể thấy loại hình sử dụng đất phổ
biến nhất trên lưu vực Đak Mốt là đất rừng
chiếm tới 62% tổng diện tích lưu vực, sau đó
là đất nơng nghiệp với 23%, cịn lại là các loại
hình sử dụng đất khác như nước, đơ thị…
Hình 3 mơ tả kết quả mơ phỏng dòng chảy
bùn cát tại trạm Đăk Mốt khi so sánh với số
liệu thực đo khi trình hiệu chỉnh (2005-2013)
và kiểm định (2014-2016) mơ hình. Việc lựa
chọn thời gian tính tốn từ năm 2005 đến
2016 phụ thuộc vào số liệu thực đo bùn cát
có sẵntại trạm Đăk Mốt. Mặt khác trong
khoảng thời gian này, thượng ngồn của lưu
vực Đăk Mốt là tự nhiên chưa có sự can thiệp

315


Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019. ISBN: 978-604-82-2981-8

của con người thơng qua các cơng trình điều
tiết như hồ chứa. Kết quả cho thấy dòng chảy

bùn cát mơ phỏng bằng mơ hình SWAT có
tương quan tốt so với kết quả quan trắc với
giá trị Nash đều lớn hơn 0.55.
Bảng 1 trình bày một số tham số chính của
lưu vực Đak Mốt. Các tham số này sau đó
được sử dụng để tính tốn lượng bùn cát tới
hồ Đăk Uy theo nguyên lý lưu vực tương tự
bởi hai lưu vực này nằm gần nhau, có các điều
kiện về địa hình, thổ nhưỡng và sử dụng đất
tương tự nhau. Quan sát trên Hình 2 cho ta
thấy loại hình sử dụng đất chính trên lưu vực
Đak Uy là đất rừng, sau đó là đất nơng nghiệp.
Hình 4 biểu diễn lưu lượng bùn cát tới hồ
theo năm từ 1999 đến 2017, lượng bùn cát
này biến động khá lớn trong khoảng từ 3000
đến khoảng 22000 tấn/năm. Giá trị trung bình
nhiều năm khoảng 10.023 tấn (Hình 4).

Qsedtb=10.023 ton

Hình 4. Lưu lượng bùn cát trung bình năm
tới hồ Đăk Uy

Bảng 1. Các tham số của lưu vực
CN2

Sol_AWC

Sol_K


USLE_ K

68

0.01

5 mm/hr

0.12

Lưu lượng bùn cát (ton)

350000

Hiệu chỉnh

300000
250000
200000

Qsed_sim

Hình 5. Phân bố bùn cát dọc hồ chứa
4. KẾT LUẬN

Qsed_obs

Kiểm định

R2=0.71

Nash=0.57

R2=0.79
Nash=0.72

150000
100000
50000
0

Thời gian (tháng)

Hình 3. So sánh bùn cát đo đạc và mơ phỏng
Hình 5 miêu tả diễn biến bồi lắng hồ Đăk
Uy theo thời gian. Quá trình bồi lắng diễn ra
khá phức tạp. Trong khoảng 10 năm đầu, lòng
hồ xuất hiện cả q trình bồi và xói ở vị trí phía
đi hồ. Sau 30 năm sau, bồi lắng trở thành xu
thế chính với sự xuất hiện của Nêm bùn cát
hình thành khoảng 2500m về phía thượng lưu
đập. Xu thế bồi lắng vẫn tiếp tục sau 20 năm
nữa nhưng với tốc độ nhỏ hơn. Theo thời gian,
nêm bùn cát dâng cao và dịch chuyển chậm về
phía hạ lưu, đến khoảng 90 năm sau nêm cát ở
vị trí cách đập khoảng 1000m.

Nghiên cứu đã đề xuất phương pháp tính
tốn bồi lắng hồ chứa bằng mơ hình tốn.
Lượng bùn cát đến hồ được tính toán trên cả
hai phương diện bùn cát lưu vưc được xác

định thơng qua mơ hình SWAT và bùn cát vận
chuyển dọc sơng bằng mơ hình HEC-RAS.
Kết quả áp dụng cho hồ Đăk Uy cho thấy tổng
lượng bùn cát đến hồ hàng năm là khoảng
10.023 tấn. Quá trình hình thành nêm bùn cát
phát triển phức tạp. Nêm có xu hướng dịch
chuyển với tốc độ chậm dần về phía hạ lưu.
5. TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Trần Kim Châu 2017 “Tính tốn bồi lắng
hồ chứa của hệ thống thủy điện bậc thang
thượng lưu sơng Đà” Tạp chí khí tượng
thủy văn, Vol. 6, pp- 50-56.
[2] SWAT 2012 User’s manual.
[3] HEC-RAS 5.1 User’s manual.

316