Luận văn Nghiên cứu diễn biến bồi lắng lòng hồ hòa bình và phân tích một số nguyên nhân gây bồi lắng làm cơ sở khoa học cho việc quản lý bền vững hồ

đến108m để cắt lũ, sau đó lại xả về 105m. Từ 10/VII đến 20/VII bắt đầu điều tiết nước về 101m. 2-Thời kỳ lũ chính vụ 20/VII - 21/VIII: Khi dự báo trong 24 giờ mực nước tại Hà Nội >11,5m, tích nước hồ Sơn La đến 196 - 200m, tích nước hồ Hòa Bình đến 107m để giữ mực nước tại Hà Nội ≤11,5m, sau đó xả nước hồ Sơn La về 194m và Hòa Bình về 101m. Khi mực nước tại Hà Nội >11,5m và sẽ tăng trong 24 giờ, hồ Sơn La được tích đến 203 - 205m hoặc cao hơn, hồ Hòa Bình được tích đến 109m hoặc cao hơn để cắt lũ cho Hà Nội ≤13,1m, sau đó xả nước hồ Sơn La về 194m và hồ Hòa Bình về 101m. Khi mực nước tại Hà Nội >13,1m và dự báo sẽ vượt 13,4m trong 24 giờ, tích nước hồ Sơn La đến 215 m, hồ Hòa Bình đến 117m để giữ mực nước tại Hà Nội ≤13,4m, sau đó xả nước hồ Sơn La về 194m, hồ Hòa Bình về 101m. Khi hồ Sơn La, Hòa Bình hết dung tích phòng lũ mà dự báo lũ còn lên trong 24 giờ và tại Hà Nội sẽ vượt 13,4m, cần xem xét công bố lệnh báo động khẩn cấp về lũ lụt, hồ chứa chuyển sang vận hành đảm bảo an toàn công trình, đồng bằng sông Hồng - Thái Bình cần thực hiện ngay biện pháp chống lũ vượt lũ thiết kế. Sau 18-21/VIII được phép tích nước hồ Hòa Bình đến110m. 3- Thời kỳ lũ muộn từ 22/VIII - 15/IX: Từ 22/VIII - 30/IX hồ Hòa Bình được xét tích đến 117m, nếu lưu lượng đến hồ tăng, thì được phép xả bằng lưu lượng đến. 2.2. Phương pháp nghiên cứu 2.2.1. Phương pháp kế thừa tài liệu thứ cấp Luận văn đã kế thừa có chọn lọc các tài liệu, tư liệu thứ cấp và kết quả của các công trình nghiên cứu đã công bố liên quan đến vấn đề nghiên cứu, để làm cơ sở 24 cho việc lựa chọn vấn đề nghiên cứu và có được cái nhìn tổng thể, khách quan về hiện trạng, diễn biến bồi lắng bùn cát lòng hồ Hòa Bình. Danh mục các tài liệu thứ cấp đã tham khảo được trình bày trong phần “Tài liệu tham khảo” của luận văn. Trong luận văn tác giả đã thu thập và tổng hợp các tài liệu thủy văn, thủy lực của sông Đà và lòng hồ Hòa Bình, kết quả đo đạc phù sa, lưu lượng nước, cao trình đáy hồ hàng năm và kết quả đo thực nghiệm xói mòn đất dốc được thực hiện tại Trạm quan trắc Môi trường và Lắng đọng axít Hòa Bình. Do bản thân tác giả từng là nhân viên của trạm từ năm 2000 và hiện nay là người quản lý, điều hành các nhiệm vụ thường xuyên của trạm, tác giả cũng vừa là người chịu trách nhiệm xây dựng kế hoạch khảo sát bồi lắng và giám sát chất lượng nước hồ chứa Hòa Bình hàng năm cho trạm và vừa trực tiếp tham gia các đợt khảo sát đó. Kết quả của việc thu thập số liệu, xử lý số liệu theo quy phạm và xây dựng bộ số liệu đồng bộ qua các năm vừa là tài sản của cơ quan chủ quản, vừa chứa đựng công sức đóng góp của chính tác giả. Trong quá trình công tác, tác giả cũng đã cùng đồng nghiệp công bố được hai kết quả nghiên cứu là bài viết “X ế diễn biến b i lắng h chứa ước Hòa Bình iai oạn 1989 - 7” đăng trong tạp chí Khí tượng Thủy văn số 576 xuất bản tháng 12 năm 2008, trang 46 - 53, 2 bài báo cáo “Đá iá iện trạ ước h chứa Hòa Bình và những gi i pháp b o vệ chấ lư ướ ” và “ ướ ầ á iá nh ưởng của ưa ến xói mòn khu vực h Hòa Bình (phần Việt Nam)” lần lượt đăng trong Tuyển tập báo cáo khoa học tại Hội thảo khoa học của Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Môi trường lần thứ XIV năm 2011, XVI năm 2013, tập 2 trang 297 - 301. Tác giả cũng đã được tham gia thực hiện phần tổng quan về hồ chứa Hòa Bình trong đề tài “Nghiên cứu ứng dụng ảnh vệ tinh VNREDSAT-1 và tương đương trong điều tra, dự báo và đánh giá các tai biến địa chất các công trình hồ thuỷ điện, đường giao thông các tỉnh khu vực Tây Bắc” của Viện Địa chất do Tiến sĩ Phạm Quang Sơn làm chủ nhiệm đề tài. Đề tài đã nghiên cứu trên 2 hồ lớn điển hình của khu vực là hồ chứa Hòa Bình và Sơn La. 2.2.2. Phương pháp phân tích nhân quả và phân tích tổng hợp Các quá trình sinh dòng chảy và xói mòn trên sườn dốc lưu vực là những quá trình địa lý tự nhiên có tính nhân quả và phụ thuộc phức tạp vào tổ hợp các yếu tố 25 nhất định một cách có quy luật. Như xói mòn sườn dốc là hàm của các yếu tố nguyên nhân chính là đặc trưng mưa sinh dòng chảy, đặc điểm độ dốc và độ dài sườn dốc, đặc trưng kháng xói mòn của đất, đặc trưng lớp phủ thực vật và đặc điểm tác động của hoạt động nhân sinh. Khi mưa rơi xuống bề mặt, một phần tiêu hao cho bốc thoát hơi, thấm xưống đất và đọng ở các chỗ trũng, phần còn lại tạo thành lớp nước chảy tràn trên sườn dốc, lượng mưa tham gia tính toán xói mòn là lượng mưa theo trận với lượng mưa đủ lớn để sinh ra dòng chảy. Sử dụng tiếp cận phân tích nhân quả, trạm nghiên cứu đã thiết kế xây dựng bãi thực nghiệm đo xói mòn, làm cơ sở cho việc nghiên cứu nguyên nhân gây bồi lắng lòng hồ Hòa Bình, từ đó đề xuất một số biện pháp hạn chế phát sinh bồi lắng hồ Hòa Bình. Trong tính toán xói mòn theo hàm tương quan, các nhà nghiên cứu phải xác định được phần cường độ mưa sinh xói mòn trong cường độ mưa tổng thì hệ số tương quan mới đủ lớn. 2.2.3. Phương pháp đo đạc, khảo sát và thu thập, xử lý số liệu 2.2.3.1 .Đánh giá nhanh môi trường a) Kh o sát thự ịa Quan sát định kỳ, ghi chép, chụp ảnh tuyến nghiên cứu dọc theo hồ để nhận diện các thay đổi tại mặt cắt đo đạc và các vùng bờ, vùng nước; Ghi nhận các thay đổi hoạt động canh tác vùng bán ngập, các vết trượt lở vùng bờ, điểm cháy rừng. b) Phỏng vấn Phỏng vấn không chính thức: Phỏng vấn được thực hiện đối với những người địa phương tình cờ gặp trên đường trong các kỳ đo đạc. Thông qua phỏng vấn nhanh có thể thu thập được các thông tin về hoạt động sản xuất nông nghiệp trên vùng bán ngập, điều kiện sống và những khó khăn mà họ gặp phải trong quá trình canh tác vén trên vùng bán ngập hay khai thác thủy sản trong lòng hồ. Phỏng vấn bán chính thức các chuyên gia: Tác giả sử dụng kỹ thuật phỏng vấn bán chính thức đối với một số chuyên gia có trình độ chuyên môn cao, hoặc giàu kinh nghiệm trong lĩnh vực đo đạc, tính toán, nghiên cứu bồi lắng hồ chứa, đặc biệt các nhà khoa học đã có những công trình nghiên cứu về bồi lắng hồ Hòa Bình, một số chuyên gia đã nhiều năm đi khảo sát thực địa cùng tác giả, có bề dầy kinh nghiệm trong lĩnh sử dụng thiết bị đo ngoài hiện trường tham gia góp ý cho Luận văn. Với 26 phương pháp này, tác giả đã tiếp thu được những ý kiến đóng góp quý báu và chuyên sâu hơn trong lĩnh vực bồi lắng, giúp kết quả nghiên cứu của tác giả được hoàn thiện hơn (Danh sách chuyên gia trong phần phụ lục). 2.2.3.2. Đo và tính bồi lắng lòng hồ Trong các chuyến đi thực địa, nhiệm vụ chính của tác giả là sử dụng máy hồi âm đo sâu đa tần, máy định vị GPS 2 tần,... để xác định tọa độ, độ sâu tại các điểm đo trên các mặt cắt ngang của hồ từ thượng lưu về đến hạ lưu, điều tra sạt lở 2 bên bờ, vị trí và chiều dài các bãi bồi, quan trắc, lấy mẫu trầm tích đáy hồ và đo và lấy mẫu giám sát chất lượng nước hồ. a) Hệ th ng tuyế o ặt cắt ngang h Hòa Bình: Căn cứ hồ sơ thiết kế xây dựng hồ chứa Hòa Bình và kết quả khảo sát của Viện khoa học Khí tượng Thủy văn, hai mặt cắt Tạ Bú và chân đập được chọn làm tuyến cửa vào và cửa ra của hồ, được bố trí đặt 2 trạm đo đạc thủy văn theo quy chuẩn. Viện khoa học Khí tượng Thủy văn và Công ty thủy điện Hòa Bình cũng đã xây dựng được hệ thống mặt cắt chuẩn cố định để đo đạc giám sát bồi lắng lòng hồ theo phương pháp so sánh thể tích. Mỗi mặt cắt ngang có 04 mốc bê tông kiên cố: PA, PB, TA, TB lần lượt là mốc bờ phải chính, phụ và mốc bờ trái chính, phụ. Cao độ và tọa độ của mốc tại các mặt cắt đã được Trung tâm Nghiên cứu Môi trường và Công ty thủy điện Hòa Bình dẫn truyền từ mạng lưới cao - tọa độ Quốc gia hạng IV trong năm 1990. Để thuận tiện cho việc xác định vị trí các điểm đặc trưng của mặt cắt, quy ước lấy mốc chính bờ trái (TjA) làm mốc khởi điểm, hướng đi từ TjA đến TjB hoặc các điểm nằm giữa TjA và TjB mang dấu âm (-) [27]. Về nguyên tắc, nếu các mặt cắt ngang bố trí càng dày thì kết quả tính toán thể tích lòng hồ và lượng bùn cát bồi lắng càng chính xác, song như vậy sẽ rất tốn kém. Dựa theo kết quả nghiên cứu 57 hồ chứa có diện tích vực từ 30 ha đến 15.000 ha, Cục khai hoang Hoa Kỳ đã xây dựng được công thức kinh nghiệm (2) tính số mặt cắt ngang tối thiểu Ncstheo diện tích mặt hồ As (ha) ứng với mực nước dâng bình thường, phục vụ tính bồi lắng hồ chứa bằng phương pháp so sánh thể tích theo công thức (1): Ncs = 2,942As 0,3652 (1) 27 Năm 1989, khi hồ bắt đầu tích nước đến cao trình 90m và điều tiết phát điện, hệ thống thiết lập được 39 mặt cắt phân bố từ cửa đập (mặt cắt số 1) đến Chim Vàn, huyện Mai Sơn, tỉnh Sơn La (cách đập 154km). Năm 1990, khi mực nước dâng đến cao trình bình thường, hệ thống phát triển lên đến Bản Trang, huyện Mường La, tỉnh Sơn La và có 64 mặt cắt (hình 2). Hình 2. Sơ đồ vị trí các mặt cắt ngang hồ chứa Hòa Bình Ngu n: Trung tâm Nghiên cứu Môi rường Ứng với cao trình 115m, mặt hồ Hòa Bình rộng 19.730ha, nên theo công thức (1), hồ phải được giám sát với số mặt cắt ngang tối thiểu là 110 mặt cắt. Thực tế trước đây chỉ bố trí được 64 mặt cắt trên lòng chính, trung bình khoảng 3km/1 mặt cắt, nhưng có nơi cách tới trên 10km (mặt cắt 18-19), các phụ lưu lớn của hồ như Hiền Lương, suối Rút, Suối Tốc.... không có tuyến khống chế nghiên cứu, nên kết quả tính toán bồi lắng chỉ đạt được độ tin cậy nhất định [15]. Từ năm 1998 các tuyến mặt cắt trên đoạn hồ từ Tạ Bú đến Bản Trang (mặt cắt 56 - 60) bị loại bỏ không quan trắc. Năm 2013, hệ thống lại thay đổi, xây thêm được 33 mặt cắt tại những vị trí giữa các mặt cắt có khoảng cách lớn như một số mặt cắt tại phía hạ lưu, do đó tổng cộng có 97 mặt cắt, sẽ được đưa vào đo đạc từ năm 2015. 28 b) P ươ á o kh o á ịa hình lòng h : Thời gian khảo sát địa hình lòng hồ thường được tiến hành vào cuối tháng XII hàng năm (thời điểm mực nước hồ cao và ổn định, lượng bùn cát về hồ nhỏ nhất, lòng hồ tương đối ổnđịnh để đảm bảo tính đồng nhất của bộ số liệu đo đạc) [27]. Địa hình lòng hồ phần bị ngập nước được đo bằng máy hồi âm đo sâu FURUNO-600 và FURUNO-400 của Nhật, phần không bị ngập nước (phần cạn) được đo bằng máy thủy chuẩn Ni-025 của Đức. Góc định vị của các điểm phất cờ được đo bằng máy kinh vĩ THEO-020A của Đức. Đường đáy và khoảng cách giữa hai mốc PA-TA được đo bằng máy đo khoảng cách bằng ánh sáng của Nga. Từ năm 2002, đo bồi lắng lòng hồ đã được thay đổi và áp dụng theo nguyên lý tích hợp số liệu GPS 2 tần TSIMBLE-R4 và máy hồi âm đo sâu đa tần HDROTRAC-II của Mỹ. Mô hình đo bình đồ lòng hồ được thể hiện trong hình 3. Tọa độ các điểm được xác định bằng công nghệ DGPS RTK - kỹ thuật đo nhanh có độ chính xác cao của máy 2 tần, trong đó: Tọa độ của điểm B là: (XB=XA+dX, YB=YA+dY, ZB=ZA+dZ) (2) Tọa độ của điểm C là: (XC=XB, YC=YB , ZC=F+H+XB) (3) Trong đó: A là điểm gốc đã biết tọa độ, nơi đặt trạm máy tĩnh, B là điểm của trạm máy động (tọa độ xác định bằng công nghệ DSPS RTK), dX, dY, dZ là gia số tọa độ được tính toán sau khi giải mã các tín hiệu vệ tinh thu được từ 2 máy thu tĩnh và động, C là điểm cần các xác định tọa độ và độ sâu, F là khoảng cách từ ăng ten máy GPS động đến ăng ten máy đo sâu hồi âm, H là độ sâu xác định bằng máy đo sâu hồi âm theo công thức: 2 vt H  (4), với v là vận tốc sóng âm, t là thời gian từ khi phát sóng đến khi thu được sóng phản hồi. Máy đo sâu hồi âm là thiết bị có nhiệm vụ phát và thu tín hiệu để tính khoảng cách từ bộ phát biến đến đáy sông dựa vào sóng âm. Khi đo, tại mỗi một mặt cắt đo 3 tuyến (tuyến thượng lưu, tuyến chính và tuyến hạ lưu của mặt cắt). Như vậy cứ một mặt cắt có 3 chuỗi số liệu đo sâu. 29 Hình 3. Sơ đồ đo bình đồ lòng hồ Hòa Bình c) P ươ á í b i lắng h Hòa Bình Để xác định lượng bùn cát bồi lắng hồ Hòa Bình, dùng phần mềm TOBO nội suy đường đồng mức ở khu vực mặt cắt theo mô hình mặt cắt. Vẽ mặt cắt chính qua điểm đầu TA và điểm cuối PA với khoảng cách giữa 2 điểm đo sâu là 10 - 15m. Xuất số liệu sang file TXT rồi dùng phần mềm trong NC để tính ra thể tích. Thể tích hồ ứng với cao trình 120 m tính theo công thức (4) hoặc (5) [22]: (4) hoặc: (5) Trong đó: V là thể tích hồ ứng với mực nước nào đó (m3), A là diện tích mặt cắt ngang ứng với mực nước nào đó (m2), ∆F là diện tích mặt hồ khống chế giữa 2 mặt cắt ngang (m2), B là độ rộng của hồ ứng với mực nước nào đó (m), ∆L là khoảng cách giữa 2 mặt cắt ngang liên tiếp (m), J là số thứ tự các mặt cắt ngang. 30 Hình 4. Sơ đồ đoạn sông, hồ có số liệu mặt cắt ngang 2.2.3.3. Phương pháp đo đạc tính toán xói mòn sườn dốc trên bãi thực nghiệm Hệ thống bãi đo xói mòn gồm 8 bãi được xây dựng năm 1996, thiết kế cho 4 độ dốc 3%, 7%, 10% và 15%, mỗi độ dốc 2 bãi với 2 kiểu thảm thực vật khác nhau, diện tích mỗi bãi là 50m2. Các bãi có tường xây bao giữ dòng chảy và có 2 bể (có mái che mưa) đặt ở cuối bãi để hứng dòng chảy và vật chất xói mòn cuốn theo (1 bể hứng dòng mặt, một bể hứng dòng ngầm) [27]. Xói mòn trên đất dốc được đo và tính theo phương pháp sau: * Phương pháp cân đong trực tiếp: Khi mưa kết thúc, đọc mực nước, đo độ đục. Sau đó tháo nước, vét bùn đáy bể, cân sấy và tính toán theo các bước sau: - Tính lượng dòng chảy V hứng được theo công thức: V= (Hc- Hđ) x S (m 3 ) (6) Trong đó: Hđ, Hc là mực nước đọc lần đầu,l ần cuối, S là diện tích đáy bể. - Lượng bùn cát lơ lửng (BCLL) tính theo công thức: BCLL =  x V (kg) (7) Trong đó:  là độ đục trung bình - Tổng lượng bùn cát (BCTT) tính theo công thức: BCTT = BCLL+BCĐ (kg)(8) Trong đó: BCĐ là bùn cát đáy. Từ đó tính được lượng đất bị xói mòn, rửa trôi của từng bãi. h i Lj Aj Aj+1 Bj+1 Bj 31 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1. Đánh giá diễn biến bồi lắng lòng hồ Hòa Bình theo không gian và thời gian 3.1.1. Kết quả tính toán bồi lắng của hồ Hòa Bình Kết quả tính lượng bồi lắng lòng hồ được trình bày trong bảng 2 [5], [27]. Bảng 2. Kết quả tính bồi lắng lòng hồ Hòa Bình (1990 - 2013) Năm Lượng nước về (10 9 m 3 ) Khối lượng bồi lắng (10 6 m 3 ) 1990 66,9 84,0 1991 59,9 79,0 1992 40,3 58,9 1993 46,0 46,7 1994 57,1 61,1 1995 62,9 69,3 1996 68,8 87,5 Tr bì ời ỳ 99 - 1996 57,4 69,5 1997 60,3 77,1 1998 57,5 85,8 1999 67,3 73,6 2000 53,1 68,9 2001 60,4 78,4 2002 63,0 73,1 2003 87,7 42,7 2004 46,8 47,5 2005 49,8 46,4 2006 45,5 60,6 2007 56,6 73,6 2008 62,2 71,1 2009 47,0 47,2 Tr bì ời ỳ 997 - 2009 58,2 65,1 2010 32,8 - 2011 34,7 30,6 2012 45,7 - 2013 47,7 24,0 Tr bì ời ỳ - 2013 40,2 13,7 Tổng cộng 1319,9 1423,1 Trung bình 55,0 57,8 Ngu n: Trạm Quan trắ ôi rường và Lắ ọng axít Hòa Bình 32 3.1.2. Đánh giá diễn biến bồi lắng lòng hồ Hòa Bình theo không gian và thời gian Để có thể đánh giá quá trình bồi lắng hồ Hòa Bình một cách chi tiết, tác giả chia thời gian đánh giá làm 3 giai đoạn là: 1-Giai đoạn chưa hình thành hồ chứa Hòa Bình; 2-Giai đoạn hình thành hồ chứa Hòa Bình và bắt đầu tích nước; 3-Giai đoạn tích nước và điều tiết đến cao trình mực nước dâng bình thường 115 - 117m. * Giai đoạn chưa hình thành hồ (1961 - 1986): Theo số liệu thống kê, khi chưa có hồ chứa Hòa Bình, hàng năm lượng cát bùn chuyển qua mặt cắt Tạ Bú là 93,4 triệu tấn, qua mặt cắt Hòa Bình là 83,9 triệu tấn, nghĩa là đã bị hụt khoảng 9,5 triệu tấn (7,3 triệu m3) do bồi lắng hoặc chuyển sang di đẩy (trường hợp thiếu hụt như trên chiếm 80% số năm tính toán). Năm thiếu hụt lớn là 1966 (56,7 triệu tấn) [15]. * Giai đoạn hình thành hồ và bắt đầu tích nước: Trong 3 năm đầu xây dựng mạnh mẽ nhất (1987 - 1989), trung bình lượng bùn cát chuyển vào hồ qua mặt cắt Tạ Bú đạt khoảng 57 triệu tấn/năm, bằng 63% bình quân nhiều năm, qua mặt cắt Hòa Bình giảm mạnh chỉ còn 10,1 triệu tấn/năm. Do đập chưa hoàn thiện, ổn định, mực nước hồ thường chỉ được duy trì ở cao trình 22 - 42m, hồ vận hành như sông, nước về bao nhiêu xả qua đập bấy nhiêu, nên lượng bùn cát bị giữ lại trong hồ không nhiều, khoảng 36,1 triệu m3/năm [15], [30]. * Giai đoạn hồ tích nước và điều tiết đến cao trình mực nước dâng bình thường: Đây là thời kỳ có mức độ bồi lấp diễn biến phức tạp, phân bố không đều theo không gian và thời gian. Theo số liệu thực đo, trong giai đoạn 1990 - 2013, lượng bồi lắng lòng hồ trung bình là 57,8 triệu m3/năm [27]. Tổng lượng bồi lắng đã bằng 37% dung tích chết, một số mặt cắt khu vực trung lưu hồ đã bị bồi lấp vào phần dung tích hữu ích. 3.1.2.1. Diễn biến bồi lắng lòng hồ theo thời gian Diễn biến bồi lắng lòng hồ qua các năm được thể hiện trong hình 4. Phân tích hình 4 cho thấy: Khối lượng bồi lắng qua các năm là khác nhau, năm có lượng bồi lắng lớn nhất là năm 1996 với khối lượng là 87,5 triệu m3, nguyên nhân là do năm 1996 có lũ lịch sử với lưu lượng đỉnh lũ đạt 22.650m3/s đã chuyển về hồ một lượng bùn cát khổng lồ. Năm có lượng bồi lắng ít nhất là năm 2013, nguyên 33 nhân là hồ thủy điện Sơn La đã tích nước và điều tiết đến cao trình mực nước dâng bình thường và đóng vai trò chính trong nhiệm vụ cắt lũ cho phía hạ du nên phần lớn lượng bùn cát lơ lửng đã được lắng đọng tại hồ Sơn La. Hình 5. Biểu đồ diễn biến mức độ bồi lắng hồ Hòa Bình theo thời gian (1990 - 2013) Diễn biến bồi lắng hồ Hòa Bình (từ 1990 đến 2013) được đánh giá thông qua sự thay đổi diện tích mặt cắt ngang đo được qua các năm. Từ kết quả đo diện tích mặt cắt ngang, áp dụng công thức (9) có thể xác định được tỷ lệ diện tích bị bồi, xói đối với từng mặt cắt giữa hai lần đo (năm trước và năm sau) cho từng thời kỳ với cao trình mực nước nhất định (cao trình mực nước được chọn là 120 m) [5]. 100% (9) Trong đó: ai là tỷ lệ phần diện tích mặt cắt thứ i bị bồi hoặc xói giữa 2 năm đo đạc thứ n và thứ n+1, đơn vị %; Si,n là diện tích mặt cắt i năm đo n, đơn vị m 2 ; Si,n+1 là diện tích mặt cắt i năm đo n+1, đơn vị m2. Nếu ai >0: diện tích mặt cắt bị thu hẹp lại, mặt cắt đó bị bồi; Nếu ai <0: diện tích mặt cắt mở rộng ra, mặt cắt đó bị xói; Nếu ai =0: diện tích mặt cắt không thay đổi, không bồi, không xói. Kết quả tính toán tỷ lệ bồi, xói lòng hồ tại một số mặt cắt theo thời gian từ năm 1990 đến năm 2013 của hồ chứa Hoà Bình được trình bày trong bảng 3. 34 Bảng 3. Kết quả tính toán tỷ lệ bồi lắng theo diện tích mặt cắt trong các giai đoạn vận hành hồ chứa Hoà Bình 1990 - 2013 Số hiệu mặt cắt Khoảng cách đến đập (m) Thời gian 1990-1996 1996-2009 2009 -2013 1990-2013 (%) (%) (%) (%) Đập 0 1 2900 17.1 -16.8 -0.4 2.9 5 23100 6.1 3.1 -3.9 5.6 9 34275 9.3 -12.0 3.3 1.7 13 50325 7.9 -7.9 6.1 6.7 17 65150 8.0 -2.7 2.3 7.7 21 88025 14.2 39.0 -6.3 44.4 24a 106600 16.0 39.0 -8.3 44.5 28 119575 21.4 13.9 1.4 33.3 31a 132050 12.0 28.1 -14.8 27.4 35 141825 18.3 4.7 7.3 27.8 39 154750 11.3 10.3 -6.4 15.4 44 162500 11.9 10.3 -1.1 20.1 47 168450 11.4 -14.0 -10.4 -11.5 50 177575 7.2 -12.6 2.0 -2.4 56 189375 4.4 2.4 16.8 22.4 60 197925 47.4 Từ kết quả nghiên cứu trên có thể phân chia quá trình bồi lắng lòng hồ một cách tương đối thành 3 thời kỳ như sau: + Thời kỳ bồi điền trũng và sạt lở bờ dần đi vào ổn định (1990 - 1996) + Thời kỳ bồi lắng ổn định (1996 - 2009) + Thời kỳ hồ thủy điện Sơn La đi vào hoạt động (2009 - 2013) a) Thời kỳ b i iề rũ v ạt lở bờ dầ i v o ổ ịnh (từ 1990 - 1996) Từ số liệu bảng 3, xây dựng biểu đồ bồi lắng theo tỷ lệ diện tích cho từng thời kỳ được thể hiện trong hình 6, 7, 8. 35 Hình 6. Biểu đồ mức độ bồi lắng lòng hồ Hòa Bình theo tỷ lệ diện tích mặt cắt ngang giai đoạn (1990-1996) Hình 7. Biểu đồ mức độ bồi lắng lòng hồ Hòa Bình theo tỷ lệ diện tích mặt cắt ngang giai đoạn (1996-2009) Hình 8. Biểu đồ thể hiện mức độ bồi lắng lòng hồ Hòa Bình theo tỷ lệ diện tích mặt cắt ngang (2009-2013) 36 Phân tích số liệu bảng 4 cho thấy: Kể từ khi hồ chứa Hoà Bình tích nước và điều tiết đến cao trình mực nước dâng bình thường, năm 1990, đến năm 2013, diện tích các mặt cắt ngang đều đã bị thu hẹp dần theo xu thế phù hợp quy luật chung, một số mặt cắt ở đoạn trung lưu hồ (mặt cắt 19 - 25) có diện tích bị thu hẹp trung bình khoảng 30 - 40%. Tuy nhiên, cũng có một số mặt cắt có xu thế mở rộng, do tình trạng sạt lở bờ và ảnh hưởng cục bộ của lũ từ các sông nhập lưu đổ vào hồ. Trên hình 6 thể hiện rõ: Phần lớn diện tích mặt cắt năm 1996 so với năm 1990 đều bị thu hẹp, mặt cắt 59, 60 có diện tích bị thu hẹp 30 - 50% . Một vài mặt cắt có diện tích mở rộng như mặt cắt 47a, 52 (6 %). + Giai đoạn này được xem là thời kỳ bồi lắng ban đầu khi hồ tích nước và điều tiết đến cao trình bình thường, quá trình tái tạo đường bờ xảy ra mạnh mẽ, địa hình lòng hồ vẫn mang đặc điểm của sông thiên nhiên, dốc và nhọn (hình chữ V) nên lượng bùn cát bồi lắng hầu như được lấp vào các hố trũng (phần đỉnh chữ V). Năm 1996 đã xảy ra lũ lịch sử, với đỉnh lũ đạt 22.650m3/s, dẫn đến lượng bồi lắng thời kỳ này khá cao, trong thời gian 7 năm mà tổng lượng bồi lắng đạt đến 486,5 triệu m3, chiếm 35% tổng lượng bồi lắng hàng năm (trung bình là 65,9 triệu m3/năm), cao hơn trung bình nhiều năm 8,1 triệu m3. Lúc này, bãi bồi đã bắt đầu được hình thành vào những năm cuối của thời kỳ. b) Thời kỳ b i lắng ổ ịnh (từ 1996 - 2009) + Phân tích hình 7 cho thấy phần lớn các mặt cắt tại khu vực trung lưu hồ (từ mặt cắt 19 - 44) của năm 2009 so với năm 1996 đều bị thu hẹp lại, bãi bồi đã hình thành rõ rệt, có đỉnh tại mặt cắt 19 (cách đập 83,3km), đuôi trên bãi bồi tại mặt cắt 44. Tuy nhiên, tại phía hạ lưu, từ mặt cắt 17 về đến đập và phía thượng lưu (từ mặt cắt 45 đến mặt cắt 55) diện tích một số mặt cắt lại có xu thế mở rộng ra so với năm trước. Nguyên nhân là do sự dao động mực nước trong năm khá cao khoảng 22 - 30m đã tạo ra vùng bán ngập của hồ tương đối lớn. Bên cạnh đó, thời gian tích nước ở cao trình bình thường của hồ khá lâu (khoảng 5 - 6 tháng), làm cho cấu trúc vật lý của đất tại 2 bờ bị thay đổi đã gây ra hiện tượng sạt lở bờ nghiêm trọng, đặc biệt phía hạ lưu hồ. Điều đó dẫn đến diện tích tại một số mặt cắt bị mở rộng ra về hai phía. 37 Trong thời kỳ này, tổng lượng bồi lắng là 846triệu m3 (chiếm khoảng 61% tổng lượng bồi lắng hàng năm) và trung bình là 65,1 triệu m3/năm cao hơn trung bình nhiều năm 7,3 triệu m3 và đây là thời kỳ cuối cùng trước khi công trình thủy điện Sơn La được hình thành. c) Thời kỳ h thủ iện Sơ La i v o oạ ng (2009 - 2013) Công trình nhà máy thủy điện Sơn La bắt đầu ngăn sông từ tháng 1 năm 2008, đóng kênh dẫn dòng tích nước tháng 5 năm 2010, tích nước đến cao trình 189,3m tháng 11 năm 2010 và đến năm 2011, hồ tích nước đến cao trình bình thường (215m). Trong thời kỳ này, phần lớn lưu lượng chất lơ lửng thượng lưu sông Đà được giữ lại tại hồ chứa Sơn La đã làm cho lượng bồi lắng lòng hồ Hòa Bình giảm mạnh. Trung bình trong thời gian 4 năm, lượng bồi lắng hồ Hòa Bình là 13,7 triệu m3/năm. Phân tích hình 8 cho thấy: công trình điện Sơn La đi vào hoạt động đã tác động mạnh đến mức độ bồi lắng lòng hồ Hòa Bình (lượng bồi lắng hàng năm giảm đáng kể) và quá trình bồi lắng cũng diễn ra rất phúc tạp tại các mặt cắt, diện tích mặt cắt ngang có sự thay đổi đen sen nhau, đặc biệt tại mặt cắt 30 diện tích mở rộng >30%. Nguyên nhân tại khu vực này năm 2011 đã xảy ra hiện tượng sạt lở nghiêm trọng 2 bờ do quá trình xói lở lòng hồ diễn ra mạnh mẽ làm cho một số mặt cắt có xu hướng bị mở rộng ra. Tóm lại: Mức độ bồi lắng lòng hồ Hòa Bình phân bố không đều và có xu thế giảm dần theo thời gian vận hành hồ, đặc biệt sau khi công trình thủy điện Sơn La đi vào hoạt động đã tác động mạnh đến mức độ bồi lấp của hồ Hòa Bình, lượng bồi lắng hàng giảm, bằng ¼ so với trung bình nhiều năm. 3.1.2.2. Diễn biến bồi lắng lòng hồ theo không gian Diễn biến bồi lắng lòng hồ Hòa Bình theo không gian được thể hiện trong hình 9. Phân tích hình 9 cho thấy: Sau thời gian hồ tích nước và điều tiết, bãi bồi đã được hình thành rất rõ tại khu vực trung lưu hồ, đỉnh bãi bồi nằm ở vùng mặt cắt 19, thuộc khu vực Suối Lúa - Nà Giang, cách đập khoảng 83,3km; đuôi trên của bãi bồi tại Bản Khộc, huyện Bắc Yên, Sơn La (mặt cắt 37) cách đập 139,3km, bãi bồi có 38 chiều dài khoảng 56,1km. Với sự hình thành của bãi bồi ở khu vực trung lưu hồ, sẽ chia không gian hồ thành 3 khu vực chính: + Khu vực 1: từ thượng lưu hồ về đến Bản Khộc (mặt cắt 37); + Khu vực 2: từ Bản Khộc (mặt cắt 37) về đến Suối Lúa - Nà Giang (mặt cắt 19) - khu vực bãi bồi trọng điểm; + Khu vực 3: từ Suối Lúa - Nà Giang (mặt cắt 19) về đến cửa đập Hình 9.Biểu đồ phân bố lượng bồi lắng theo không gian dọc hồ (năm 2013) a) Khu vự ư lư ) Khu vực thượng lưu hồ có chiều dài 53km. Vào mùa mưa lũ, địa hình lòng hồ có đặc điểm gần giống sông thiên nhiên (chưa có hồ), cao trình và độ dốc đáy hồ lớn (dao động từ 88 -114m), độ rộng nhỏ (dao động từ 200 - 350m - ứng với cao trình mực nước 120m). Lượng bùn cát giữ lại tại khu vực này không nhiều. Trong suốt thời kỳ hoạt động của hồ, tổng lượng bùn cát lắng đọng ở đây là 80,1 triệu m3(c