Đề tài Tính toán Thủy văn và Điều tiết hồ chứa Xạ Hương – huyện Bình Xuyên – tỉnh Vĩnh Phúc

MỤC LỤC MỞ ĐẦU Như chúng ta đều biết, nước có vai trò đặc  biệt quan trọng đối với sự hình thành, phát triển của xã hội loài người. Bên cạnh vai trò quan trọng đó nước cũng là một trong những tác nhân gây ra các hiểm hoạ như lũ lụt, hạn hán và sa mạc hoá, tác động trực tiếp đến đời sống của con người. Thậm chí ở một số nơi trên thế giới, việc giành quyền sở hữu nguồn nước là nguyên nhân trực tiếp dẫn đến những cuộc xung đột đẫm máu giữa một số quốc gia. Việt Nam có khí hậu nhiệt đới gió mùa, hệ thống sông, hồ, kênh rạch phong phú và lượng mưa trung bình hàng năm tương đối lớn, từ 1.200 đến 3.000 mm. Là một trong những quốc gia có nguồn tài nguyên nước phong phú, thuộc loại cao trên thế giới và có trữ lượng nước dồi dào ở khu vực Châu Á Chính sự ưu đãi to lớn về tài nguyên thiên nhiên như vậy đã tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của kinh tế - xã hội. Tuy nhiên, sự phân bố rất không đều giữa các mùa trong năm và giữa các vùng, các lưu vực sông trong cả nước, gây ra lũ lụt vào mùa mưa và hạn hán, thiếu nước về mùa khô. Cùng với quá trình công nghiệp hoá – hiện đại hoá đất nước, những vấn đề mới nảy sinh như ô nhiễm môi trường, ô nhiễm dòng chảy sông hồ, sự cạn kiệt nguồn nước… đã và đang gây ra những hậu quả nặng nề, ảnh hưởng tiêu cực đến sự phát triển và an sinh xã hội. Hiện nay, nhiều quốc gia trên thế giới đang phải từng ngày, từng giờ hứng chịu những tác động tiêu cực của biến đổi khí hậu như hiện tượng trái đất nóng lên, hiện tượng El Nino, La Nina…mà Việt Nam là một trong những nước bị ảnh hưởng nặng nề nhất. Nhiều vùng đất đai màu mỡ của Việt Nam đang đứng trước nguy cơ bị biến mất trên bản đồ trong vòng vài chục năm tới. Để tăng cường điều hòa dòng chảy, nhiều công trình thủy lợi, đặc biệt là công trình hồ chứa đã được xây dựng nhằm phục vụ đời sống và sản xuất cũng như phòng, chống, giảm nhẹ thiên tai. Các công trình này đã góp phần quan trọng trong việc đạt được những thành tựu về phát triển kinh tế - xã hội của Việt Nam trong thời gian qua. Với mong muốn vận dụng các kiến thức đã học về nghành Thủy văn, đặc biệt là chuyên ngành Tính toán Thủy văn, em đã chọn đề tài: “Tính toán Thủy văn và Điều tiết hồ chứa Xạ Hương – huyện Bình Xuyên – tỉnh Vĩnh Phúc ” để làm đồ án tốt nghiệp. Nội dung chủ yếu của đồ án là nghiên cứu và tính toán một số đặc trưng Khí tượng - Thủy văn thiết kế cho lưu vực để phục vụ bài toán quy hoạch, tính toán điều tiết hồ chứa phục vụ cấp nước tưới cho nông nghiệp. Với mục tiêu đề ra như trên, đồ án đã sử dụng những phương pháp sau để phân tích tính toán: - Phương pháp điều tra và thu thập số liệu. - Phương pháp thống kê xác suất. - Phương pháp sử dụng mô hình toán. Ngoài phần mở đầu và kết luận, đồ án được trình bày trong 4 chương, bao gồm: Chương 1: Điều kiện địa lý tự nhiên khu vực nghiên cứu : Chương này trình bày khái quát một số đặc điểm địa lý, địa hình của lưu vực và khái quát về tình hình dân sinh kinh tế của tỉnh Vĩnh Phúc và huyện Bình Xuyên. Chương 2: Tính toán các yếu tố khí tượng: Chương này phân tích và tính toán một số đặc trưng bao gồm: Lượng mưa bình quân trên lưu vực; lượng mưa năm thiết kế; phân mùa mưa, tính toán phân phối mưa năm. Chương 3: Tính toán thủy văn thiết kế: Chương này phân tích tính toán dòng chảy năm; tính toán dòng chảy lũ; tính toán dòng chảy bùn cát. Chương 4: Điều tiết dòng chảy : Chương này tính toán điều tiết để xác định dung tích hiệu dụng của hồ Xạ Hương từ đó phục vụ thiết kế xây dựng hồ chứa và điều tiết cấp nước cho khu vực Bình Xuyên. Ngoài ra tính toán điều tiết lũ nhằm phòng lũ cho công trình. Với những nội dung đó, đồ án giúp Sinh Viên biết cách vận dụng các các kiến thức đã học vào việc tính toán thủy văn phục vụ thiết kế xây dựng các công trình thủy lợi. Ngoài ra đồ án còn giúp sinh viên biết phân tích lựa chọn những phương pháp tính toán phù hợp, phân tích được tính quy luật của các yếu tố thủy văn từ kết quả tính toán. CHƯƠNG I ĐIỀU KIỆN ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN KHU VỰC NGHIÊN CỨU I.1. Tỉnh Vĩnh Phúc I.1.1. Điều kiện tự nhiên I.1.1.1. Vị trí địa lí Tỉnh Vĩnh Phúc nằm trong khu vực châu thổ sông Hồng thuộc trung du và miền núi phía bắc. Vĩnh Phúc là một tỉnh ở vùng đỉnh của châu thổ Sông Hồng, thuộc khu vực chuyển tiếp giữa miền núi và đồng bằng vì vậy có ba vùng sinh thái: Đồng bằng ở phía Nam tỉnh, Trung du ở phía Bắc tỉnh, vùng núi ở huyện Tam Đảo. Diện tích tự nhiên, tính đến 31/12/2008 là 1.231,76 km2 Tỉnh Vĩnh Phúc có các điểm cực: Điểm cực bắc ở 210,35 vĩ bắc (Đạo Trù - Tam Đảo) Điểm cực nam ở 210,06 vĩ bắc (Tráng Việt - Mê Linh) Điểm cực đông ở 1060,48 kinh đông (Ngọc Thanh TX Phúc Yên) Điểm cực tây ở 1060,19 kinh đông (Bạch Lưu – Lập Thạch) Tỉnh Vĩnh Phúc tiếp giáp với các tỉnh: Phía bắc giáp hai tỉnh Thái Nguyên và Tuyên Quang, đường ranh giới là dãy núi Tam Đảo, Sáng Sơn. Phía tây giáp tỉnh Phú Thọ, ranh giới tự nhiên là Sông Lô Phía nam giáp Hà Nội, ranh giới tự nhiên là sông Hồng. Phía đông giáp hai huyện Sóc Sơn, Đông Anh – Hà Nội. (Nguồn: www.vi.wikipedia.org) I.1.1.2. Địa hình Địa hình Vĩnh Phúc kéo dài theo phương Tây Bắc - Đông Nam, là phương chung của địa hình ở miền Bắc và Đông Bắc Bắc bộ Việt Nam. Phía bắc của tỉnh có dãy núi Tam Đảo với đỉnh Đạo Trù cao 1.592m, phía tây Nam được bao bọc bởi 2 con sông lớn là sông Hồng và sông Lô, tạo nên dạng địa hình thấp dần từ đông bắc xuống tây nam và chia ra 3 vùng có địa hình đặc trưng: đồng bằng, gò đồi, núi thấp và trung bình. Địa hình đồng bằng: gồm 76 xã, phường và thị trấn, với diện tích tự nhiên là 46.800 ha. Vùng đồng bằng bao gồm vùng phù sa cũ và phù sa mới, chủ yếu do phù sa của các hệ thống sông lớn như: Sông Hồng, sông Lô, sông Đáy bồi đắp nên vùng phù sa cũ chiếm diện tích khá rộng, gồm phía bắc của thị xã Phúc Yên, các huyện Yên Lạc, Vĩnh Tường và phía nam của các huyện Tam Dương, Bình Xuyên, được hình thành cùng thời kì hình thành châu thổ sông Hồng. Vùng phù sa mới dọc theo các con sông thuộc các huyện Lập Thạch, Vĩnh Tường, Yên Lạc, nam Bình Xuyên, được hình thành vào thời kì Đệ tứ - Thống Holoxen. Đất đai vùng đồng bằng được phù sa sông Hồng bồi đắp nên rất màu mỡ, là điều kiện lí tưởng cho việc phát triển kinh tế nông nghiệp thâm canh. Địa hình đồi: gồm 33 xã, phường và thị trấn, với diện tích tự nhiên là 24.900 ha, đây là vùng đồi thuận lợi cho phát triển cây công nghiệp, cây ăn quả và hoa màu kết hợp với chăn nuôi gia súc, tạo điều kiện thuận lợi trong việc chuyển đổi cơ cấu cây trồng và chăn nuôi theo hướng tăng sản xuất hàng hoá thực phẩm. Vùng đồi núi Bình Xuyên là vùng được thành tạo vào thời kì Trung Trias giữa Đệ Tam, gồm các lớp trầm tích bể cạn, gồm các phiến thạch, sa thạch, phiến sa và một số loại đá khác xen kẽ. Địa hình núi thấp và trung bình: Có diện tích tự nhiên là 56.300 ha, chiếm 46,3% diện tích tự nhiên của tỉnh. Địa hình vùng núi phức tạp bị chia cắt, có nhiều sông suối, đây là một trong những ưu thế của Vĩnh Phúc so với các tỉnh quanh Hà Nội, vì nó sẽ là điều kiện thuận lợi cho việc phát triển các khu công nghiệp tập trung và các khu du lịch sinh thái. Vùng núi Tam Đảo có diện tích rừng quốc gia là 15.753ha. a. Vùng núi Lập Thạch, Sông Lô, Tam Đảo Vùng núi Tam Đảo, Lập Thạch, Sông Lô nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới ẩm mưa mùa vùng núi. Lượng mưa ở đai cao của núi Tam Đảo khá lớn (2.600 mm) vì ở đây có thêm lượng mưa địa hình. Mùa mưa từ tháng 4 đến cuối tháng 10 chiếm 90% tổng lượng mưa cả năm. Mưa nhiều vào các tháng 6, 7, 8 và 9, cao nhất vào tháng 8 dương lịch, thường gây xói mòn và lũ lớn. Số ngày mưa khá nhiều trong năm (trên 140 ngày). Nhiệt độ trung bình của vùng núi cao trung bình là 19-200C. Còn khu vực chân núi nhiệt độ cao hơn, khoảng từ 22-230C, tháng lạnh nhất là tháng 1 (11-150C), tháng nóng nhất là khoảng tháng 7 (26-280C). Riêng vùng đỉnh núi có nền nhiệt độ thấp hơn cả, bình quân từ 18 - 190C, nhiệt độ xuống thấp nhất là tháng 1 (10,80C), nhiệt độ cao nhất vào tháng 6 (khoảng 230C). Nhiệt độ khu nghỉ mát Tam Đảo thấp hơn nhiệt độ ở thành phố Vĩnh Yên khoảng 60C. Khí hậu vùng núi Tam Đảo, Lập Thạch chia thành 2 tiểu vùng: tiểu vùng khí hậu núi cao Tam Đảo quanh năm mát mẻ, thuận tiện cho việc phát triển du lịch, hình thành các khu nghỉ mát, du lịch vui chơi giải trí. Khu vực còn lại thuộc tiểu vùng mang đặc điểm của khí hậu gió mùa chí tuyến Đông Bắc Bắc Bộ. Độ ẩm bình quân là 84- 85%, vào mùa mưa, nhất là khi có mưa phùn độ ẩm có thể lên tới 90%, nhưng vào mùa khô độ ẩm giảm xuống có khi chỉ còn 70-75%. Do lượng mưa vùng khá lớn nên tạo ra mạng lưới sông suối trong vùng ngắn và dốc, có dạng chân rết, cấu trúc dốc và hẹp lòng từ đỉnh xuống chân núi, lưu lượng nước lớn, chảy vào các hồ trong vùng, thuộc lưu vực sông Đáy. Chia làm hai mùa rõ rệt: mùa lũ (xảy ra vào tháng 8) lũ tập trung nhanh và cũng rút nhanh; mùa kiệt (tháng 2). Vùng có hệ thống hồ lớn nhỏ, lớn nhất là hồ Vân Trục nằm ở phía Nam vùng, hồ Bò Lạc, hồ Suối Sải, hồ Đá Ngang và nhiều hồ nhỏ khác. Đất vùng này chủ yếu là các loại đất xám, bao gồm: Đất xám mùn đá nông: Phân bố ở độ cao trên 700m. Đất xám đỏ vàng đá nông: phân bố ở phần lớn diện tích vùng núi Tam Đảo, ở độ cao dưới 700m. Một phần nhỏ diện tích đất loang lổ chạy dọc theo thung lũng sông Bá. Phía Nam của vùng có đất xám đỏ vàng điển hình. Dọc theo sông Cà Lồ và các nhánh của nó tồn tại các loại đất xám điển hình và các loại đất xám loang lổ. Dọc theo các sông suối, thung lũng, các đứt gãy trong vùng có các loại đất cát chua và một số nơi có đất phù sa chua. Phía Nam của vùng có đất xám vàng đá nông, phía Tây có đất xám điển hình glay sâu. Đối với vùng núi Tam Đảo, Lập Thạch, Sông Lô tính đặc thù của các nhân tố sinh thái phát sinh đã tạo nên đặc điểm đa dạng sinh học và tài nguyên sinh vật phong phú bao gồm các kiểu rừng: Rừng kín thường xanh mưa ẩm nhiệt đới núi thấp: Phân bố ở khu vực 700m, loại rừng này chiếm phần lớn dãy Tam Đảo với những loài cây có giá trị kinh tế cao như: Chò chỉ (Choera chinensis), Giổi (Michelia Ital), Re (Cinnamomum Ital)... Quần hệ thực vật kiểu rừng này gồm nhiều tầng, tán kín với những loài cây lá rộng thường xanh hợp thành. Kiểu rừng này đang bị tàn phá nặng nề. Rừng kín thường xanh mưa ẩm á nhiệt đới núi trung bình: Phân bố ở độ cao 800m trở lên (chỉ có ở dãy Tam Đảo). Quần hệ thực vật là các loài họ Dầu (Dipterocarpaceae), họ Re (Lauraceae). Dẻ (Fagceae), họ Chè (Theaceae), họ Mộc Lan (Magnoliaceae), họ Sau Sau (Hamamelidaceae). Ngoài ra, ở độ cao trên 1.000 m xuất hiện một số loài thuộc ngành hạt trần như: Thông (Dacrycarpus), Pơ mu (Fokienia hodginsii), Thông tre (Podocarpus neriifolius), Thông yến tử (Podorcarpus pilgeri), Kim giao (Nageia fleuryi). Rừng lùn trên đỉnh núi: Là một kiểu phụ đặc thù của rừng kín thường xanh mưa ẩm á nhiệt đới núi trung bình, được hình thành trên các đỉnh dốc, hay các đỉnh núi cao đất xấu, nhiều nắng gió, mây mù. Vì vậy cây cối thường thấp, bé và phát triển chậm. Rừng tre nứa: Mọc xen kẽ trong các kiểu rừng khác. Các loại tiêu biểu là Vầu, Sặt gai ở độ cao trên 800m; Giang thường ở độ cao 500- 800m; Nứa thường ở độ cao dưới 500m. Rừng phục hồi sau nương rẫy: Kiểu rừng này hình thành từ rừng bị khai thác gỗ nặng nề trước những năm 80, thường có ở vùng đệm của Vườn Quốc gia Tam Đảo. Rừng trồng: Gồm các loại rừng: Rừng thông, rừng Bạch đàn, rừng Keo và rừng lá rộng, được trồng ở độ cao khoảng từ 200-600m. Rừng trồng được bao phủ với diện tích khá lớn ở phần phía Tây Bắc của vùng (vùng Lập Thạch). Ngoài ra, những khu vực thung lũng, sông suối và phần phía Nam của vùng còn trồng cây lương thực, rau màu.  Ngoài ra trong vùng còn có các kiểu trảng cây bụi, trảng cỏ thứ sinh sau khai thác. b. Vùng trung du: Bình Xuyên, Vĩnh Yên, Phúc Yên, Tam Dương Vùng này nằm trên nền đá biến chất cao, tạo thành dải kéo dài theo hướng Tây Bắc - Đông Nam, gồm các đá gnei giàu plagioclas, biotit, silimanit, có tuổi Proterozoi giữa (PR2- i1 sc), đôi chỗ gặp quarzit chứa mica hệ tầng Chiêm Hóa (PR3- € ch). Phía Tây của vùng có một vài khối đồi sót có tuổi Neogen sớm (N1) hệ tầng Na Dương, là khối xâm nhập còn sót lại sau quá trình biển thoái cuối cùng. Ngoài ra, phần lớn diện tích vùng đồi này được cấu tạo bởi trầm tích Đệ tứ có tuổi Pleistocen trung - thượng (QII-III), và tuổi Holocen trung - thượng (QIV2-3). Vùng đồi có độ cao từ 20 đến 238m, độ dốc trung bình 200, khu vực này các dãy đồi cao chạy theo hướng Tây Bắc - Đông Nam. Các đồi gò khác tồn tại ở dạng khối, phần lớn là các bề mặt Pediment cao 20-60m với độ dốc trung bình cấp III (từ 8 đến 150). Dọc theo các sông suối có các bậc thềm tích tụ sông bậc 1 và các bề mặt đồng bằng tích tụ tầng thấp giữa vùng đồi thấp. Thấp hơn là những bãi bồi tuổi hiện đại bằng phẳng (< 30). Phần phía Đông của vùng có dạng địa hình đồi cao, nằm trên phần kéo dài của khối Tam Đảo, có tuổi Triat trung thuộc hệ tầng Nà Khuất và hệ tầng sông Hiến. Đây là vùng đồi gò nên các chỉ tiêu khí hậu được đo tại trạm khí tượng Vĩnh Yên. Khí hậu thuộc kiểu khí hậu nhiệt đới gió mùa: Gió Đông Nam: thổi từ tháng 4 đến tháng 9; Gió Đông Bắc: thổi từ tháng 10 đến tháng 3 năm sau. Tạo ra 2 mùa rõ rệt: Mùa nóng ẩm, mưa nhiều: từ tháng 4 đến tháng 9; Mùa lạnh khô, mưa ít: từ tháng 10 đến tháng 3 năm sau. Nhiệt độ trung bình năm khoảng 23- 240C, lạnh nhất vào tháng 1 là 16,70C và tháng nóng nhất là tháng 7 với nhiệt độ trung bình tháng là 30,2oC. Lượng mưa hàng năm là 1.166,6mm, tháng khô nhất là tháng 11 - 12 với lượng mưa chỉ vào khoảng 9,0 đến 9,5 mm, tháng mưa nhiều nhất là tháng 8 với lượng mưa lên tới 236,0 mm. Độ ẩm tương đối trung bình là 78 - 80%, trong đó tháng độ ẩm nhỏ nhất là tháng 2 (72%), và độ ấm lớn nhất vào tháng 8. Mạng lưới thủy văn dày đặc, nhiều sông, suối, hồ, đầm. Hệ thống lớn nhất là hệ thống sông Đáy, với lưu lượng nước bình quân là 23 m3/s; lưu lượng cao nhất là 833m3/s; mùa khô kiệt, lưu lượng chỉ 4 m3/s, có quãng sông cạn có thể lội qua được. Hệ thống sông này cung cấp nước tưới cho đồng ruộng của các huyện Tam Dương, Bình Xuyên. Hệ thống kênh mương trong vùng tương đối dày, nhưng do nằm trong vùng hạ lưu các con sông chảy xuống từ Tam Đảo và do địa hình thoải, nên vào mùa mưa thoát nước kém, gây ngập úng, tạo ra nhiều hồ đầm trong vùng. Hệ thống hồ đầm có tác dụng tích nước cho mùa khô phục vụ cho sản xuất nông nghiệp, trong đó đầm lớn nhất phải kể đến là Đầm Vạc nằm ở phía Nam và hồ Đại Lải ở phía Đông. Đầm Vạc có diện tích mặt thoáng về mùa kiệt là 250ha, về mùa lũ lên tới 500ha có tác dụng tưới tiêu nước cho khu vực. Hồ Đại Lải là hồ nhân tạo lớn nhất trong vùng với dung tích hữu ích là 25,4 triệu m3, diện tích tưới thiết kế là 2.700ha. Ngoài nhiệm vụ tưới nước và phòng lũ còn phục vụ du lịch sinh thái, tạo cảnh quan môi trường hồ nước vùng trung du. Ngoài ra, trong vùng còn có hệ thống kênh mương đào và các trạm bơm phục vụ công tác tưới, tiêu nước cho vùng. Do phát triển trên các đá gneis giàu plagioclas, biotit, silimanit nên loại đất được hình thành chủ yếu là đất xám, gồm các loại đất xám điển hình và đất xám đỏ vàng. Đất phù sa chua điển hình phân bố dọc theo các sông suối như sông Đáy, sông Xạ Hương và các chi lưu của nó. Theo dải hẹp nhỏ dọc theo sông Đáy có đất phù sa trung tính ít chua, ngập úng vào mùa mưa; Đất glay phân bố ở phía Nam huyện Lập Thạch, chủ yếu là glay chua điển hình. Đất loang lổ có tồn tại ở khu vực phía Đông Nam và Tây Nam của vùng. Đất phù sa chua tồn tại phần lớn ở phía Tây và phần trung tâm của Yên Lạc; đất loang lổ phân bố ở phần phía Tây, phía Bắc và phía Đông Yên Lạc; đất gley có nhiều nhất ở phía Bắc Yên Lạc và một phần ở phía Nam thị trấn Xuân Hòa, thị xã Phúc Yên. Đất phù sa trung tính ít chua có ở ven các con sông chảy trong vùng. Ngoài ra, còn có đất tầng mỏng trên vùng đồi cao thuộc thị trấn Xuân Hòa Phúc Yên. Sản phẩm trên bề mặt vùng đồi Vĩnh Phúc là sản phẩm phong hoá gồm các lớp đất sét nâu đỏ, laterit và các mũ sắt. Nhân dân thường dùng lớp đất sét có latarit này để làm gạch đá ong và gạch không nung. Thực vật trong vùng chủ yếu là rừng trồng rải rác khắp vùng và trồng các loại cây ăn quả như vải, nhãn,… các loại cây công nghiệp ngắn ngày (đậu tương, lạc), cây lương thực được trồng ở những khu vực có địa hình thấp, độ dốc nhỏ. c. Vùng đồng bằng Vĩnh Tường, Yên Lạc, Nam Bình Xuyên Vùng này phần lớn diện tích nằm trên trầm tích sông tuổi Holocen trung - thượng (aQIV2-3), phía Đông và Đông Nam có trầm tích biển tuổi Pleistocen (mQIII), trầm tích hồ - đầm tuổi Pleistocen (lbQIV2-3) và một khối sót có tuổi Neogen hạ thuộc hệ tầng Na Dương (N1 nd). Đây là vùng đồng bằng ven sông có độ cao nhỏ hơn 30m. Gồm các khu vực ven sông Hồng, vùng này có độ dốc nhỏ, dưới 50. Khí hậu vùng thuộc kiểu khí hậu vùng đồng bằng Bắc Bộ, nhiệt độ trung bình khoảng 230C, nhiệt độ trung bình tháng 7 là 280C, trung bình tháng 1 là 160C. Mùa nóng, nhiệt độ cực đại tuyệt đối có thể lên tới 400C. Vùng này có mưa phùn nhiều vào tháng 1 và tháng 2. Lượng mưa trung bình khoảng 1500 - 2.000 mm. Do địa hình thấp nên vào mùa mưa thường gây ngập úng, tạo ra nhiều hồ đầm trong vùng. Nhiều hệ thống kênh mương dẫn nước, tưới tiêu nước cho khu vực như kênh Liễn Sơn kéo dài trên 7 huyện, thị từ miền núi, trung du tới vùng đồng bằng (Lập Thạch, Tam Dương, Bình Xuyên, Yên Lạc, Vĩnh Tường). Sông Cà Lồ chảy từ xã Vạn Yên, huyện Mê Linh theo hướng Đông Bắc – Tây Nam, giữa hai huyện Bình Xuyên và Mê Linh, có chiều dài 86km. Nguồn nước sông Cà Lồ chủ yếu là tập trung nước các sông, suối bắt nguồn từ núi Tam Đảo, núi Sóc Sơn. Lưu lượng bình quân chỉ 30 m3/s. Lưu lượng cao nhất về mùa mưa là 286 m3/s. Tác dụng chính của sông là tiêu úng vào mùa mưa lũ. Riêng khúc sông đầu nguồn cũ từ Vạn Yên đến sông Cánh đã được đắp chặn lại ở gần thôn Đại Lợi (Mê Linh), dài gần 20km, biến thành một hồ chứa nước lớn tưới ruộng và nuôi cá. Đầm Rưng trải dài trên khu vực 3 xã: Tam Phúc, Tứ Trung, Ngũ Kiên (Vĩnh Tường) có diện tích mặt thoáng khoảng 205 ha, về mùa lũ có khi lên tới 500 ha, có tác dụng tưới tiêu cho khu vực xung quanh và nuôi trồng thủy sản. Đất trong vùng chủ yếu là đất phù sa trung tính ít chua, trong đó có phù sa trung tính ít chua điển hình, phù sa trung tính ít chua glay nông và sâu, phù sa trung tính ít chua loang lổ nông và sâu, phù sa trung tính ít chua có kết von. Phù sa chua là dải nằm ở phía sau dải đất phù sa trung tính ít chua tính từ sông vào. Phía Đông của vùng là dải đất loang lổ chiếm diện tích khá lớn, có xen lẫn đất xám. Thảm thực vật rừng trồng ít, do đây là vùng đồng bằng phù sa nên chủ yếu trồng các loại cây công nghiệp ngắn ngày, cây lương thực. Ngoài ra, còn trồng các loại cây dược thảo, các loại hoa. Khu vực trong đê thường trồng lúa 1 vụ, 2 vụ; khu vực ngoài đê thường là đất được sử dụng chuyên trồng màu. Như vậy, sự phân hóa về địa bàn của Vĩnh Phúc khá phức tạp. Dựa vào đặc điểm điều kiện tự nhiên, sự phân hóa về địa hình, cấu trúc của lớp địa chất, thổ nhưỡng, điều kiện khí hậu thủy văn, Vĩnh Phúc được chia thành 3 vùng địa lí tự nhiên, mỗi vùng có những đặc trưng riêng: vùng núi Tam Đảo, Lập Thạch, Sông Lô có khí hậu mát mẻ, có tiềm năng du lịch lớn; đồng thời phát triển các loại hình kinh tế hộ, kinh tế trang trại. Vùng trung du Bình Xuyên, Vĩnh Yên, Phúc Yên, Tam Dương phát triển mạnh cả về công nghiệp lẫn nông nghiệp; vùng đồng bằng Vĩnh Tường, Yên Lạc, Nam Bình Xuyên đẩy mạnh phát triển các khu công nghiệp tập trung, nông nghiệp hàng hóa. Đây là vùng có lợi thế phát triển nông nghiệp, các làng nghề và tiểu thủ công nghiệp. I.1.1.3. Địa chất Về đất, có thể nói tiềm năng to lớn nhất của Vĩnh Phúc là đất. Đất ở đây có nhiều loại. Không kể vùng núi cao Tam Đảo, Vĩnh Phúc chủ yếu là bán sơn địa, vùng trung du, vùng đồi đất thấp và đồng bằng. Vùng đồi gò trung du Vĩnh Phúc kéo dài từ Lập Thạch qua Vĩnh Yên đến Mê Linh là vùng đất mở rộng từ chân núi Tam Đảo ra tới gần quốc lộ 2. Đây là vùng phù sa cổ được nâng lên, có tầng dày đất sét pha cát có lẫn một ít sỏi và cuội rất thích hợp để trồng cây ăn quả, cây công nghiệp dài ngày và cây lương thực phụ. Vùng đồng bằng châu thổ kéo dài từ vùng đồi gò ra tận thung lũng sông Hồng, sông Lô. Đây là vùng đất phù sa mới, được bồi tụ trong thời toàn tân, chứa nhiều khoáng chất và vi lượng nên rất phì nhiêu, mầu mỡ, sẵn nước cộng với khí hậu ôn hoà, rất thuận lợi cho việc thâm canh phát triển nền công nghiệp trồng lúa nước. Nhờ vậy, mà đất ở Vĩnh Phúc, kể cả vùng gò đồi lẫn đồng bằng châu thổ đã sớm được khai phá trồng trọt từ thời dựng nước đầu tiên của dân tộc. I.1.1.4. Thực vật và động vật Thảm thực vật ở đây thể hiện rõ trong nền cảnh chung của rừng nhiệt đới gió mùa. Vào cuối thời cảnh tân và thời toàn tân, trên đất Vĩnh Phúc rừng rậm không chỉ phủ kín dãy Tam Đảo với nhiều loại gỗ quý hiếm, mà vùng đồi gò nhấp nhô, thậm chí cả vùng đồng bằng bao suốt từ Lập Thạch, Tam Dương đến Bình Xuyên, Mê Linh cũng là những cánh rừng bạt ngàn. Qua hàng ngàn, hàng vạn năm bị khai thác, tàn phá nghiệm trọng, đồng bằng đã trở thành những làng trù phú, những cánh đồng xanh mướt, gò đồi trở nên trơ trụi bạc màu, còn vùng núi cao rừng sâu Tam Đảo bị chặt phá thảm hại. Thế mà ngày nay, Tam Đảo vẫn được xem là vùng đa dạng sinh học lớn. Xem thế đủ biết, tiềm năng thực động vật thời tiền sơ sử phong phú biết bao. Gần đây thôi và cũng chỉ mới qua khảo sát bước đầu các nhà thực vật học đã thống kê được trong vườn quốc gia Tam Đảo có tới 130 họ, 344 chi, 490 loài thực vật bậc cao. Trong đó, nhóm quyết thực vật có 21 họ, 32 chi, 53 loại, nhóm thực vật hạt kín có 102 họ, 305 chi, 426 loài. Xét về công dụng, có thể phân chia thực vật ở rừng Tam Đảo thành các nhóm sau. Nhóm cho gỗ có 83 loài, nhóm làm rau ăn có 54 loài, nhóm làm thuốc có 214 loài và nhóm cho quả ăn có 62 loài. Trong số đó, có nhiều loài có giá trị cao như Pơmu, La Hán, Kim Giao, Sam Pông, Trầm hương. Những loại thực vật quý hiếm này tập trung ở đỉnh Rùng Rinh và phân bố ở độ cao trên 800m. Các loại gỗ tứ thiết đinh, lim, sến, táu, lát hoa, nhiều cây thuốc quý như Sa nhân, Ngũ gia bì, Hà thủ ô, v.v.. và nhiều loại cây búng báng thường gặp trong rừng núi Tam Đảo. Về động vật, thống kê cho thấy rừng Tam Đảo có tới 4 lớp, 26 bộ, 86 họ, 281 loài. Trong đó, lớp lưỡng cư có 19 loài, đặc biệt là loài cá lóc Tam Đảo được đưa vào sách đỏ những là động vật cực kỳ quý hiếm. Lớp bò sát có 46 loài, trong đó tắc kè, kỳ đà, thằn lằn là những loài có số lợng lớn. Lớp chim nhiều hơn cả, có tới 158 loài, trong đó có nhiều loại quý hiếm như gà lôi trắng, gà tiền. Lớp thú có 58 loài, các loài lớn nh gấu, hổ, báo, các loại nhỏ như cầy, sóc, chuột, hươu, nai, hoẵng ..., một số có giá trị khoa học cao như cheo cheo, voọc đen má trắng, voọc mũi hếch… Trong số hàng mấy trăm loại động vật ở núi rừng Tam Đảo, có 47 loài được xem là động vật quý hiếm, trong đó có loài có nguy cơ bị tuyệt diệt. Hiện nay, vườn quốc gia Tam Đảo vẫn được xem là một bảo tàng thiên nhiên vô giá. Chắc hẳn vào thời cách tân và toàn tân, không chỉ rừng núi Tam Đảo mà cả Vĩnh Phúc là một quần thể động thực vật vô cùng phong phú, nguồn cung cấp lương thực quan trọng cho con ngời lúc bấy giờ, nhất là trong thời kỳ sinh sống bằng săn bắt và hái lượm. Cũng cần nói thêm, Vĩnh Phúc có sông lớn bao quanh 3 mặt, có nhiều đầm hồ lớn nhỏ đều khắp các huyện, không những là nguồn cung cấp nước quan trọng mà còn là nơi cung cấp thực phẩm cần thiết cho cuộc sống con ngời. Đó là các loại thuỷ sản như cá, tôm, cua, ốc, hến…, trong đó có nhiều loại nổi tiếng cho mãi đến hôm nay, như cá Anh Vũ trong lòng sông Hồng, vùng Việt Trì - Bạch Hạc được xem là một đặc sản, một loại cá quý của Vĩnh Phúc. Hoặc như hến trong lòng sông Phan, đã trở thành một món ăn đặc sản của nhân dân vùng quê Yên Lạc hôm nay. Chắc hẳn từ thuở xa xưa, người dân nơi đây đã biết đến hến và khai thác hến làm thức ăn. Trong di chỉ Yên Lạc đã phát hiện được khá nhiều vỏ hến bị đốt cháy là minh chứng cụ thể sinh động về việc bắt hến chế làm thức ăn của ngời xa xưa. I.1.1.5. Khí hậu Vĩnh Phúc nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, có đầy đủ các đặc điểm khí hậu của vùng trung du miền núi phía Bắc. Nhiệt độ trung bình năm là 23,5 – 250C, nhiệt độ cao nhất là 41.10C, nhiệt độ thấp nhất là 20C. Tổng số giờ nắng bình quân trong năm là 1.400 đến 1.800 giờ, Độ ẩm bình quân cả năm là 83%. Lượng mưa trung bình hàng năm đạt 1.400 đến 1.600 mm, trong đó, lượng mưa bình quân cả năm của vùng đồng bằng và trung du tại trạm Vĩnh Yên là 1.570,2 mm, vùng núi tại trạm Tam Đảo là 2.140 mm. Lượng mưa phân bố không đều trong năm tập trung chủ yếu từ tháng 5 đến tháng 10, chiếm 80% tổng lượng mưa cả năm. Mùa khô từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau chỉ chiếm 20% tổng lượng mưa trong năm. Bảng 1-2: Lượng mưa trung bình các tháng tỉnh Vĩnh Phúc (mm) Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Trạm Vĩnh Yên 23.6 25.3 42.9 98.1 182.8 240.2 264.7 295.1 194.7 132.4 52.7 17.6 Trạm Tam Đảo 10,7 79,5 78,9 112.6 107,8 227,4 167,2 185,5 310,3 117,9 26,6 38,0 I.1.2. Tình hình dân sinh kinh tế I.1.2.1. Bản đồ hành chính I.1.2.2. Các đơn vị hành chính Vĩnh Phúc có 1 thành phố, 1 thị xã và 7 huyện Thành phố Vĩnh Yên có 7 phường và 2 xã (được chuyển từ thị xã từ ngày 29 tháng 12 năm 2006) Thị xã Phúc Yên có 6 phường và 4 xã Huyện Bình Xuyên có 3 thị trấn và 10 xã Huyện Lập Thạch có 2 thị trấn và 18 xã Huyện Sông Lô có 1 thị trấn và 16 xã (tách ra từ huyện Lập Thạch cũ kể từ ngày 23-12-2008) Huyện Tam Dương có 1 thị trấn và 12 xã Huyện Tam Đảo có 1 thị trấn và 8 xã Huyện Vĩnh Tường có 3 thị trấn và 26 xã Huyện Yên Lạc có 1 thị trấn và 16 xã (Nguồn: www.vi.wikipedia.org) I.1.2.3. Dân cư dân tộc a. Thành phần dân cư Ngay từ thời dựng nước, người Việt cổ đã sinh sống tại địa bàn Vĩnh Phúc. Các cuộc khai quật khảo cổ học cho phép đoán định rằng người Việt cổ có mặt ở Vĩnh Phúc từ hơn 3.500 năm nay. Từ hơn 1.500 năm trước Công nguyên, người Việt cổ đã tiến ra chinh phục vùng đỉnh châu thổ sông Hồng, định cư tại các địa điểm mà người xưa gọi là chạ, trang, ké, làng v.v. Từ thế kỷ II, dân cư Vĩnh Phúc đã có những biến động do phiêu tán và nhập cư. Vào thế kỷ XVII-XVIII, một số tộc người ở miền nam Trung Quốc bị phong kiến nhà Minh, nhà Thanh chèn ép, bóc lột và bị thiên tai đã tìm đường sang Việt Nam sinh sống. Sau khi du canh, du cư ở nhiều nơi, một bộ phận người Cao Lan, người Dao, người Sán Dìu đã đến định cư ở Vĩnh Phúc. Thời kỳ thuộc Pháp, ở Vĩnh Phúc còn có một số ngoại kiều đến làm việc, buôn bán. Sách "Niên giám đại cương các nước Đông Dương" năm 1903 ghi: "Vĩnh Yên có 39 người Âu, 7 người Hoa. Người Âu là quan và lính Pháp, người Hoa là các nhà buôn", “Phù Lỗ có 18 người Âu và 4 người Hoa". Năm 1930 tỉnh Vĩnh Yên có 208.282 người Kinh; 56 người Âu; 2.008 người Cao Lan và Sán Dìu; 45 người Thổ; 31 người Hoa. Tỉnh Phúc Yên có 174.467 người Kinh; 22 người Âu; 727 người Sán Dìu; 34 người Hoa. Năm 1990 – 1996 tỉnh Vĩnh Phúc, không kể người Kinh và người nước ngoài, tòan tỉnh có 30 dân tộc thiểu số. Các dân tộc Sán Chay (nhóm Cao Lan), Sán Dìu, Dao (nhóm Dao Quần Chẹt) có dân số đông hơn cả so với các dân tộc thiểu số khác. Tuy vậy, ở tỉnh Vĩnh Phúc, thành phần dân tộc chủ yếu chỉ bao gồm 8 dân tộc có từ 100 người trở lên là Kinh (1.055.390 người), Tày (870 người), Thái (155 người), Mường (347 người), Nùng (451 người), Dao (666 người), Sán Chay (nhóm Cao Lan, 1.281 người), Sán Dìu (32.495 người), trong đó người Kinh chiếm đa số (96,6%), còn lại là các dân tộc thiểu số (3,4%). Sán Dìu là dân tộc đông dân nhất trong các dân tộc thiểu số ở Vĩnh Phúc, chiếm 88,63% tổng dân số các dân tộc thiểu số trong tỉnh. Tỉnh Vĩnh Phúc có 39 xã được công nhận là xã miền núi, trong đó 25 xã ở huyện Lập Thạch, 9 xã ở huyện Tam Đảo, 3 xã ở huyện Tam Dương, 1 xã ở huyện Bình Xuyên (xã Trung Mỹ) và 1 xã ở thị xã Phúc Yên (xã Ngọc Thanh). Tính đến thời điểm 31/ 12 / 2007, người dân tộc thiểu số trong toàn tỉnh có 9.127 hộ với 43.056 khẩu (tăng 1,09% so với năm 2005), chiếm 3,58% dân số toàn tỉnh, bao gồm các dân tộc: Sán Dìu có 39.539 khẩu chiếm 91,82%; Sán Chay (nhóm Cao Lan) có 1.493 khẩu, chiếm 3,46%; Nùng có 752 khẩu, chiếm 1,75%; Dao có 723 khẩu chiếm 1,68%; Tày có 336 khẩu, chiếm 0,78%; Mường có 139 khẩu, chiếm 0,32%; Ngái có 20 khẩu, chiếm 0,05%; Lào có 17 khẩu, chiếm 0,04%; Hoa có 15 khẩu, chiếm 0,034%; Thái có 14 khẩu, chiếm 0,032%; các dân tộc thiểu số khác có 19 khẩu, chiếm 0,04%. Các dân tộc thiểu số được phân bố trong các huyện, thị xã như sau: - Huyện Tam Đảo: ở 9 xã, thị trấn với 6.455 hộ, 30.959 khẩu; - Huyện Lập Thạch: ở 36 xã, thị trấn với 912 hộ, 3.512 khẩu; - Huyện Bình Xuyên: ở 01 xã với 785 hộ, 3.345 khẩu; - Thị xã Phúc Yên: ở 01 xã với 975 hộ, 4.981 khẩu. Trừ dân tộc Kinh, các dân tộc thiểu số như Sán Chay (nhóm Cao Lan), Sán Dìu, Dao (nhóm Dao Quần Chẹt) đến định cư ở Vĩnh Phúc sớm và đông người hơn cả. Cả ba dân tộc này đều sinh sống tập trung ở ven phía nam chân núi Tam Đảo, thuộc địa bàn các huyện Tam Đảo, Lập Thạch, Tam Dương, Bình Xuyên và thị xã Phúc Yên. Người Sán Dìu từ lâu vẫn tự nhận là Sán Dẻo Nhín (họ còn có những tên gọi khác là Trại Đất, Mán Quần Cộc, Mán Đất, Slản Dáo, v.v.) nhập cư vào tỉnh Vĩnh Phúc khoảng 300 năm trước. Do không chịu được sự áp bức, bóc lột, đàn áp thời kỳ cuối đời Minh, đầu đời Thanh, người Sán Dìu từ Quảng Đông, Trung Quốc đã tìm đường sang Việt Nam sinh sống. Con đường di cư của họ trải qua Hoàng Chúc, Cao Sơn đến Hà Lôi, Tiên Yên rồi tỏa ra vùng ven biển Quảng Ninh, ngược lên Bắc Giang, Thái Nguyên, Tuyên Quang và xuống vùng chân núi Tam Đảo thuộc tỉnh Vĩnh Phúc. Địa bàn cư trú của người Sán Dìu là vùng bán sơn địa, phía bắc các tỉnh trung du và phía nam các tỉnh miền núi phía Bắc. Ở Vĩnh Phúc họ sống rải rác theo chân núi phía sườn Tây - Nam của dãy Tam Đảo thuộc các huyện Lập Thạch, Tam Đảo, Tam Dương, Bình Xuyên và thị xã Phúc Yên. Từ giữa thế kỷ XX, họ đã cư trú ổn định trên một dải đất dài hàng trăm km từ xã Ngọc Thanh (Phúc Yên) tới xã Quang Sơn và Yên Dương, huyện Lập Thạch, Sông Lô. Người Sán Dìu thích chọn nơi đất ở là vùng bán sơn địa, có đồi, núi, đất bằng ven sông suối để khai khẩn thành ruộng lúa nước. Vùng đất đầu tiên họ đến là ven chân núi Tam Đảo, nơi có rừng nguyên sinh rậm rạp, nhiều chim thú, đất đai mầu mỡ, có tầng đất mùn dày thích hợp trồng cấy các loại cây lương thực, lại có nguồn nước vô tận từ các dòng suối lớn nhỏ bắt nguồn từ núi Tam Đảo. Các xã Minh Quang, Tam Quan, Trung Mỹ, Hồ Sơn, Hợp Châu... tuy xưa kia là núi rừng rậm rạp nhưng đến nay đã là dải đất khá bằng phẳng, đã quy tụ nhiều người Sán Dìu sinh sống. Người Sán Dìu ở các xã Đạo Trù, Yên Dương, Bồ Lí, Quang Sơn, Bắc Bình. v.v. phía đông - bắc huyện Lập Thạch cũng có địa thế sinh tụ tương tự. Hai nhóm người Cao Lan và Sán Chỉ có nguồn gốc ở Quảng Đông và Quảng Tây, Trung Quốc đến Việt Nam vào khoảng cuối đời Minh, đầu đời Thanh, vượt qua biên giới Việt - Trung ở khu vực từ Móng Cái đến Lạng Sơn, sau đó chuyển dần về phía nam đến các tỉnh Bắc Giang, Thái Nguyên, Vĩnh Phúc, Phú Thọ, Tuyên Quang, Yên Bái. Theo tài liệu của Ban Dân tộc tỉnh Vĩnh Phú (1972), người Cao Lan có nguồn gốc ở Quảng Đông, Trung Quốc, bị nhà Minh đàn áp, bóc lột mới di cư sang Việt Nam vào khoảng những năm 1624. Người Cao Lan nhập cư vào Vĩnh Phúc trên 100 năm nay, họ chủ yếu cư trú tại xã Quang Yên, huyện Sông Lô. Nơi đây có thể coi là điểm chót của dải đất lớn mà người Cao Lan sinh sống vốn trải dài từ huyện Trấn Yên, Yên Bình, Lục Yên (tỉnh Yên Bái), huyện Đoan Hùng, Phù Ninh (tỉnh Phú Thọ), huyện Yên Sơn, Sơn Dương, Hàm Yên (tỉnh Tuyên Quang). Trong xã Quang Yên, người Cao Lan cư trú tập trung trong 4 thôn bám vào chân núi Sáng, núi Bồ Thần và núi Thét, đó là: Đồng Dong, Đồng Dạ, Bản Mo (Xóm Mới) và bản Đồng Găng (hay Đồng Căng). Theo số liệu Ban dân tộc tỉnh Vĩnh Phúc đến tháng 12 -2007, dân số người Cao Lan chiếm hơn 20% dân số toàn xã, phân bố trong các thôn như sau: Đồng Dạ (63 hộ, 251 khẩu), Đồng Găng (43 hộ, 205 khẩu), Xóm Mới (90 hộ, 407 khẩu) và Đồng Dong (94 hộ, 600 khẩu). Đồng Dong, Đồng Dạ và Đồng Găng ở chân núi, Xóm Mới ở đồng bằng. Thôn Đồng Dong và Xóm Mới thuộc diện thôn bản đặc biệt khó khăn (vùng 3). Người Dao tự gọi mình là Dìu Miền hay Kìm Miền, ngoài ra trước đây họ còn các tên gọi khác là Mán, Trại, Động, Xá, v.v. Người Dao đến Việt Nam bằng nhiều con đường khác nhau, sớm nhất có thể vào thế kỷ XI. Hiện nay, ở  nước ta có khoảng 30 nhóm Dao. Họ cư trú khá phân tán trên một địa bàn rộng lớn thuộc các tỉnh miền núi trung du Bắc Bộ và trải dài cho đến Ninh Bình, Thanh Hóa. Sau năm 1975, đất nước thống nhất, người Dao còn đến làm ăn sinh sống ở các tỉnh Tây Nguyên và miền Đông Nam Bộ. Theo Nguyễn Xuân Lân, người Dao từ Quảng Đông, Trung Quốc đến Việt Nam đã mấy trăm năm nay. Gia phả của họ Dương ở bản Thành Công, xã Lãng Công ghi rằng sau khi di cư qua các tỉnh Quảng Ninh, Thái Nguyên, Hòa Bình, người Dao đã đến sinh cơ lập nghiệp ở bản Thành Công, xã Lãng Công, huyện Lập Thạch, lúc đó chỉ có 20 hộ với hơn 100 nhân khẩu. Từ đó đến trước năm 2000, người Dao ở bản Thành Công, xã Lãng Công đã được hơn 170 năm, qua 7 thế hệ con cháu, có 113 hộ với 585 khẩu. Ngoài bản Thành Công, người Dao còn 6 hộ ở xã Trung Mỹ, huyện Bình Xuyên và 7 hộ ở xã Quang Yên, huyện Lập Thạch. Người Dao ở xã Lãng Công là Dao Quần Chẹt, thuộc nhóm Dao Đại Bản, còn được người dân ở đây gọi là Mán Sơn Đầu, Dao Sơn Đầu, Dao Tam Đảo, Dao Nga Hoàng. Đến tháng 12 / 2007, bản Thành Công có 186 hộ, 834 khẩu người Dao. b. Dân số Quy mô dân số Đến năm 1930, tỉnh Vĩnh Yên có 5 huyện (Tam Dương, Bình Xuyên, Lập Thạch, Yên Lạc và Vĩnh Tường), với 46 tổng, 302 làng, dân số 210.422 người (trong đó 208.282 người Kinh, 56 người Âu, 2.008 người Cao Lan, Sán Dìu, 45 người Thổ, 31 người Hoa). Tỉnh Phúc Yên có 4 huyện (Yên Lãng, Đa Phúc, Kim Anh, Đông Anh) với 34 tổng, 217 làng, dân số 175.250 người (174.467 người Kinh, 22 người Âu, 727 người Sán Dìu, 34 người Hoa). Tổng dân số Vĩnh Phúc lúc này là 385.672 người. Năm 1950, khi hợp nhất tỉnh, Vĩnh Phúc có diện tích 1.715 km2 với dân số gần 47 vạn người, bao gồm 14 dân tộc, trong đó đông nhất là người Kinh (chiếm 98,38%). Đồng bào dân tộc thiểu số sống rải rác ở 17 xã dọc dãy núi Tam Đảo và núi Sáng thuộc 5 huyện (Tam Dương, Bình Xuyên, Lập Thạch, Kim Anh và Đa Phúc). Theo bảng thống kê dân số năm 1956 của tỉnh Vĩnh Phúc đã được Bộ Nội vụ điều chỉnh số liệu thì tổng số hộ là 123.098 và số dân 541.038 người. Tính đến 31/12/1985, toàn tỉnh có 841.390 người. Năm 1997, ngay sau khi tái lập tỉnh, dân số toàn tỉnh là 1.103.810 người. Năm 1999, theo kết quả Tổng điều tra dân số và nhà ở, toàn tỉnh có 1.091.973 người (trong đó có 560.077 nữ). Từ năm 2000 đến năm 2007, dân số toàn tỉnh tương ứng đạt quy mô: 1.110.111; 1.125.415; 1.137.316; 1.148.731; 1.154.792; 1.168.889; 1.180.418 và 1.190.428. Bình quân mỗi năm dân số Vĩnh Phúc tăng thêm hơn 10 nghìn người; nhiều gấp 1,3 lần dân số một xã trung bình của tỉnh Vĩnh Phúc hiện nay. Với mức dân số 1.014.488 người, Vĩnh Phúc là tỉnh có quy mô dân số nhỏ hơn so với dân số trung bình của một tỉnh trong toàn quốc và thấp hơn nhiều so với dân số trung bình của một tỉnh thuộc vùng Đồng bằng sông Hồng. Bảng 1-7: Đơn vị hành chính, diện tích, dân số trung bình và mật độ dân số tỉnh Vĩnh Phúc năm 2008 STT Tên huyện, thị xã, thành phố Số xã Số phường, thị trấn Diện tích(Km2) Dân số trung bình (Người) Mật độ dân số(Người/Km2) 1 Thành phố Vĩnh Yên 2 7 50,81 85.231 1.677 2 Thị xã Phúc Yên 4 6 120,13 88.657 738 3 Huyện Tam Dương 12 1 107,18 96.736 902 4 Huyện Tam Đảo 8 1 235,88 69.315 294 5 Huyện Bình Xuyên 10 3 145,67 108.944 748 6 Huyện Yên Lạc 16 1 106,77 149.387 1.399 7 Huyện Vĩnh Tường 27 2 141,90 198.918 1.402 8 Huyện Sông Lô 16 1 150,31 93.984 625 9 Huyện Lập Thạch 18 2 173,10 123.664 714 Tổng số 113 24 1.231,76 1.014.488 824 (Nguồn: www.vinhphuc.gov.vn) Tốc độ tăng dân số Từ ngày hòa bình lập lại (1954) cho đến sau này, dân số Vĩnh Phúc phát triển với tốc độ khá nhanh, chủ yếu do tăng cơ học. So sánh khái quát (trừ dân số các huyện Đông Anh, Đa Phúc, Kim Anh tách về Hà Nội), trong vòng 70 năm (1930-2000), dân số tỉnh Vĩnh Phúc tăng gấp 4 lần (hiện nay, mỗi năm dân số Việt Nam tăng trên 1 triệu người. Kết quả điều tra và thống kê dân số học cho thấy sau 85 năm, dân số nước ta tăng lên 5,3 lần, trong khi cùng thời gian này dân số thế giới chỉ tăng khoảng 3,6 lần). Từ năm 1990 đến năm 2004, tuy tốc độ phát triển dân số ở Vĩnh Phúc có chiều hướng giảm nhưng quy mô dân số vẫn tiếp tục gia tăng bình quân 12.850 người/năm, lớn hơn 1,7 lần dân số một xã trung bình năm 2004 của tỉnh, do đó năm 1990 dân số trung bình toàn tỉnh mới có 962.003 người, nhưng sau 15 năm đã đạt 1.154.792 người (thấp hơn so với dự báo trong Chiến lược dân số giai đoạn 2001- 2010; dự báo năm 2004 đạt 1.164.400 người). Theo dự báo của Cục Thống kê tỉnh Vĩnh Phúc, trong 10 năm từ 2001 đến 2010, mỗi năm dân số vẫn tăng trung bình 11.685 người, quy mô dân số sẽ đạt 1.241.000 người vào năm 2010. Tốc độ tăng dân số tỉnh Vĩnh Phúc có xu hướng tăng, nhưng đến năm 2002 và 2003 mức tăng đã có biểu hiện giảm xuống. Nếu coi tốc độ tăng dân số năm 1990 là 100% thì năm 2001 đạt 101,38% và năm 2004 chỉ ở mức 100,53%. Dân số phát triển với tốc độ cao và chưa ổn định đã gây sức ép không nhỏ tới sự phát triển kinh tế - xã hội của tỉnh. Quy mô dân số tăng lên kéo theo số phụ nữ trong độ tuổi sinh đẻ (15- 49) cũng sẽ tăng trung bình 7.750 người/năm trong giai đoạn 2001-2010. Uớc tính bình quân trong giai đoạn 2001-2010, mỗi năm cứ có 1 phụ nữ bước ra khỏi tuổi sinh đẻ thì có 2,94 phụ nữ bước vào tuổi sinh đẻ. Tỷ lệ này cho thấy một tiềm năng sinh sản cao của dân số Vĩnh Phúc trong thập kỷ đầu tiên của thế kỷ XXI. Theo kết quả điều tra dân số 01/04/2009 dân số tỉnh Vĩnh Phúc là 1.000.838 người. Phân bố dân số Quy mô dân số tăng lên trên một diện tích tự nhiên vốn tương đối ổn định, dẫn đến mật độ dân số Vĩnh Phúc cũng tăng theo: từ 680 người/km2 năm 1989 đã tăng lên tới 867 người/km2 năm 2007, cao hơn 3 lần so với mật độ trung bình của nước ta (Việt Nam năm 2007: 257 người/km2). Để đảm bảo chất lượng cuộc sống, bình quân 1 km2 chỉ nên có 35 - 40 người sinh sống, tuy nhiên, mật độ dân số ở Vĩnh Phúc đã cao gấp nhiều lần so với mật độ dân số chuẩn. Do mật độ dân số cao lại là tỉnh trung du, miền núi nên bình quân đất canh tác trên đầu người ở Vĩnh Phúc rất thấp, chỉ có 0,04 ha/người trong khi bình quân toàn quốc là 0,09 ha/người. Cũng giống như tình trạng chung của toàn quốc, mật độ dân số ở Vĩnh Phúc không đều, tập trung dày ở đô thị và thưa thớt ở nông thôn, miền núi. Ví dụ năm 2007 cao nhất ở thành phố Vĩnh Yên (1.663 người/km2) và các huyện đồng bằng như Yên Lạc (1.387 người/km2), Vĩnh Tường (1.390 người/km2), nhưng thấp ở các huyện miền núi, trung du như Tam Đảo (291 người/ km2), Lập Thạch (666 người/ km2). Điều bất hợp lí là vùng đồng bằng có đất đai màu mỡ, thuận lợi phát triển nông nghiệp, chỉ chiếm hơn 18% diện tích của tỉnh nhưng lại tập trung tới hơn 29% dân số. Cơ cấu dân số - Cơ cấu theo tuổi Tháp dân số năm 1989 của tỉnh Vĩnh Phúc có đáy rộng, đặc trưng cho mô hình dân số ở các nước đang phát triển, biểu thị cơ cấu dân số có tỉ trọng trẻ em lớn nhất, là kết quả của mức sinh đẻ còn cao. Tuy vậy, chỉ sau một thập kỉ, năm 1999 tháp dân số của tỉnh đã có biến đổi rõ rệt theo chiều hướng giảm tỉ trọng trẻ em nhóm 0 - 4 và 5 - 9 tuổi. Kết quả này là do tác động của công tác dân số của tỉnh trong một thời gian lâu dài. Tháp dân số năm 1999 tỉnh Vĩnh Phúc đã có biến đổi theo chiều hướng đáy tháp thu hẹp lại. Tỉ trọng trẻ em dưới 15 tuổi có xu hướng giảm từ 40% năm 1989 xuống còn 32,1% năm 2000 (tương đương với toàn quốc: 39,2% và 33,0% ) và dự kiến còn 28% năm 2010. Tuy vậy, tỉ trọng này cũng vẫn là thách thức lớn đối với việc chăm sóc, nuôi dạy trẻ em và tạo việc làm cho người lao động. Bên cạnh đó tình trạng già hóa dân số cũng diễn ra dù chậm chạp, với tỉ trọng nhóm người 60 tuổi trở lên tuy thấp nhưng đang tăng lên từ 7,5% năm 1989 đến 8,6% năm 2000 và dự kiến đạt 10% vào năm 2010, sẽ liên quan đến việc gia tăng các phúc lợi xã hội và dịch vụ chăm sóc sức khỏe cho người già. Tỉ trọng nhóm tuổi lao động (15 - 59) chiếm 50,5% năm 1989 (thấp hơn so với toàn quốc: 53,7%), tăng lên 60,6% năm 2000 (toàn quốc năm 1999: 59,0%) và dự kiến sẽ tăng lên 62% năm 2010. Sự tăng lên không ngừng của dân số trong tuổi lao động trong giai đoạn 2001- 2010 là lợi thế cho nguồn lao động nhưng cũng trở thành nguy cơ bùng nổ dân số nếu chính sách dân số không được thực hiện tốt. Với cơ cấu tuổi như nêu trên, tỉ số phụ thuộc trong dân số Vĩnh Phúc cũng giống như của cả nước đã và sẽ không ngừng giảm xuống, mỗi người lao động sẽ nhẹ gánh người ăn theo hơn, tạo điều kiện tốt cho nền kinh tế quốc dân, kinh tế gia đình có tiết kiệm để đầu tư và phát triển. - Cơ cấu dân số theo giới Từ năm 1990 đến năm 2007, những số liệu có được đã cho thấy ở tỉnh Vĩnh Phúc, số lượng nữ trong dân số luôn nhiều hơn so với số lượng nam. Tỉ lệ nam giới trong dân số ở Vĩnh Phúc năm 1990 chiếm 47,8%, năm 1997 là 48,6% và năm 2004 là 48,3% đều thấp hơn so với tỉ lệ nam trong dân số toàn quốc (tương ứng là 48,54%; 48,96% và 49,15%). Đến hết 31/12/ 2006, theo số liệu thống kê chuyên ngành Dân số Gia đình Trẻ em, số trẻ sinh ra trong toàn tỉnh là 18.711 cháu, trong đó số trẻ là nữ có 8.632 cháu, tỉ lệ giới tính của trẻ khi sinh là 117 nam/100 nữ, báo hiệu sự mất cân bằng giới tính khi sinh. - Cơ cấu dân số theo khu vực thành thị và nông thôn Việt Nam là quốc gia có tỉ lệ dân đô thi thấp so với thế giới và các nước đang phát triển. Tỉ lệ dân số thành thị của tỉnh Vĩnh Phúc còn rất thấp so với toàn quốc, tuy hàng năm có tăng dần, năm 1990 là 5,8%, nhưng đến năm 1999 mới đạt 10,17%, thấp xa so với mức của toàn quốc (23,48%) và của vùng đồng bằng sông Hồng (21,06%). Đến năm 2007, tỷ lệ dân số thành thị của tỉnh Vĩnh Phúc mới đạt 17,23%, trong khi mức của toàn quốc là 27,44%. Tỉ lệ dân số thành thị ở Vĩnh Phúc không đều giữa các đơn vị hành chính trực thuộc tỉnh; năm 2007, đạt 83,9% ở thành phố Vĩnh Yên hoặc 70,2% ở thị xã Phúc Yên, nhưng rất thấp ở khu vực huyện, nhất là các huyện Tam Đảo (1,1%), Vĩnh Tường (2,6%), Lập Thạch (4%), v.v... Cùng với quá trình đô thị hóa của cả nước, tỉ lệ dân số thành thị ở Vĩnh Phúc đã tăng dần hàng năm, đạt 13,9% năm 2004 và 17,23% năm 2007. Tuy nhiên, so với dự báo của Chiến lược dân số tỉnh Vĩnh Phúc giai đoạn 2001- 2010 thì kết quả này không đạt (năm 2004: chỉ tiêu là 18,4%  ) và không đạt được mức 25,7% vào năm 2005 cũng như rất khó đạt mức 28,9% vào năm 2010. Trong những năm gần đây, tỉ lệ dân đô thị ở Vĩnh Phúc tăng mạnh. Mặc dù so với một số tỉnh ở vùng đồng bằng sông Hồng, vào năm 1999, tỉ lệ dân đô thị ở Vĩnh Phúc còn cao hơn Hà Tây (7,8%), Thái Bình (5,6%), Hà Nam (6%). I.1.2.4. Kinh tế Vĩnh Phúc vốn là một tỉnh thuần nông đang chuyển đổi cơ cấu. Năm 1997 cơ cấu kinh tế là nông nghiệp 52%, dịch vụ 36%, công nghiệp 12%, thu ngân sách đạt gần 100 tỷ đồng. Năm 2004 có cơ cấu kinh tế là công nghiệp (49,7%); dịch vụ (26,2%); nông nghiệp (24,1%); Tốc độ tăng trưởng kinh tế bình quân 8 năm (1997-2004) là 16,6%. Năm 2006, Vĩnh Phúc đã vươn lên đứng thứ 9 trong các tỉnh thành trên cả nước về thu ngân sách với 4.027 tỷ đồng. Với hàng trăm doanh nghiệp trong nước và nước ngoài với tổng mức vốn đầu tư khoảng gần 600 triệu USD và 15.600 tỷ đồng, được đầu tư ở 14 cụm, khu công nghiệp, khu vui chơi, giải trí, du lịch trên khắp địa bàn. Vĩnh Phúc là một trong những tỉnh liên tục đứng ở vị trí tốp đầu về chỉ só năng lực cạnh tranh cấp tỉnh trong bảng xếp hạng những năm gần đây. I.2. Huyện Bình Xuyên – Vĩnh Phúc I.2.1. Địa lý Bình Xuyên là một huyện bán sơn địa (trung du), phần phía bắc có địa hình gò đồi. Huyện Bình Xuyên có ranh giới phía Đông Nam giáp huyện Mê Linh, phía Đông giáp thị xã Phúc Yên, phía Bắc và Đông Bắc giáp huyện Tam Đảo, phía Tây Bắc giáp huyện Tam Dương, phía Tây giáp thành phố Vĩnh Yên, phía Tây Nam giáp huyện Yên Lạc. Huyện Bình Xuyên có diện tích 145.67 km2. I.2.2. Hành chính Huyện Bình Xuyên có 3 thị trấn: Hương Canh (huyện lỵ và là một nơi làm ngói và sản phẩm đồ gốm nổi tiếng), Thanh Lãng, Gia Khánh. Có 10 xã: Đạo Đức, Tam Hợp, Hương Sơn, Trung Mỹ, Sơn Lôi, Quất Lưu, Phú Xuân, Bá Hiền, Tân Phong, Thiện Kế. I.2.3. Giao thông Đường bộ: có quốc lộ 2 chạy qua; Đường sắt có tuyến đường sắt Hà Nội - Lào Cai chạy dọc theo quốc lộ 2. I.3. Hồ Xạ Hương Hồ Xạ Hương nằm trong thung lũng núi con Trâu thuộc xã Minh Quang huyện Bình Xuyên. Hồ Xạ Hương có diện tích lưu vực 24km2 với nhiều ngách lớn xuyên vào các cánh rừng, có nhiệm vụ cung cấp nước tưới cho 850ha diện tích nông nghiệp của huyện Bình Xuyên. Tình hình tài liệu sử dụng trong tính toán thủy văn và điều tiết hồ Xạ Hương - Tài liệu bốc hơi tháng trạm Vĩnh Yên từ năm 1960 – 2004. - Tài liệu mưa tháng trạm Vĩnh Yên từ năm 1960 – 2004. - Tài liệu mưa ngày trạm Vĩnh Yên từ năm 1980 – 2004. - Do khu vực hồ Xạ Hương không có tài liệu dòng chảy nên khi tính toán thủy văn cần mượn tài liệu dòng chảy trung bình tháng trạm thủy văn Ngọc Thanh – Sông Thanh Lộc với diện tích lưu vực là 19.5 km2 đo đạc dòng chảy từ năm 1967–1980 để tính toán. CHƯƠNG II TÍNH TOÁN CÁC ĐẶC TRƯNG KHÍ TƯỢNG II.1. Nhiệt độ Nhiệt độ trung bình năm là 23,5 – 250C, nhiệt độ cao nhất là 41.10C, nhiệt độ thấp nhất là 20C. Tuy nhiên do ảnh hưởng của yếu tố địa hình nên có sự chênh lệch khá lớn về nhiệt độ giữa vùng núi và vùng đồng bằng. Vùng Tam Đảo, ở độ cao 1.000 m so với mực nước biển có nhiệt độ trung bình năm là 18,40C. Bảng 2-1: Đặc trưng nhiệt độ không khí đo tại trạm Vĩnh Yên Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm Trung bình 16.6 17.6 20.4 24.1 27.6 29.0 29.2 28.6 27.6 25.0 21.7 18.2 23.8 Cao nhất 31.4 33.1 35.1 37.9 41.1 40.2 39.2 38.1 36.7 34.4 33.9 31.5 41.1 II.2. Nắng Số giờ nắng: Tổng số giờ nắng bình quân trong năm là 1.400 đến 1.800 giờ, trong đó, tháng có nhiều giờ nắng trong năm nhất là tháng 7, tháng có ít giờ nắng trong năm ít nhất là tháng 2. Bảng 2-2: Số giờ nắng trung bình tháng và năm trạm Vĩnh Yên (1960-2000) I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm 71.2 51.8 55.1 96.4 188.4 176.5 201.2 190.3 192.2 174.4 142.6 125.2 1665.3 II.3. Gió Trong năm có 2 loại gió chính: Gió đông nam thổi từ tháng 4 đến tháng 9; gió đông bắc: thổi từ tháng 10 đến tháng 3 năm sau. Tốc dộ gió lớn nhất đo được tại trạm Vĩnh Yên là 2.2 m/s. Bảng 2-3: Tốc độ gió trung bình các tháng trong năm Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm Max Trung bình 1.6 1.8 2.0 2.2 2.1 1.8 1.9 1.5 1.2 1.2 1.2 1.3 1.7 2.2 II.4. Độ ẩm Độ ẩm bình quân cả năm là 83%. Nhìn chung độ ẩm không có sự chênh lệch nhiều qua các tháng trong năm giữa vùng núi với vùng trung du và vùng đồng bằng. Vùng núi độ ẩm không khí được đo tại trạm Tam Đảo, vùng trung du được đo tại trạm khí tượng Vĩnh Yên: Bảng 2-4: Độ ẩm tương đối trung bình các tháng trong năm Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Vĩnh Yên 75,0 72,0 87,0 79,0 73,0 76,0 77,0 80,0 78,0 76,0 76,0 82,0 Tam Đảo 84,0 92,0 98,0 87,0 84,0 89,0 90,0 89,0 85,0 86,0 66,0 94,0 II.5. Bốc hơi Lượng bốc hơi: Bốc hơi bình quân trong năm là 958.0 mm, lượng bốc hơi bình quân trong tháng 5 là lớn nhất, lượng bốc hơi bình quân trong tháng 2 là nhỏ nhất. Bảng 2-5: Lượng bốc hơi tháng trung bình nhiều năm trạm Vĩnh Yên I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm 66.7 59.4 63.9 73.4 104.0 99.4 96.4 79.0 79.3 83.1 77.1 76.1 958.0 II.6. Mưa Mưa là một trong những yếu tố quan trọng nhất hình thành nên dòng chảy. Lượng mưa là lớp nước mưa rơi trong một thời đoạn nào đó, đơn vị tính là mm. Nếu thời đoạn tính toán là một tháng, một năm ta có tương ứng lượng mưa tháng, lượng mưa năm. Không chỉ có lượng mưa đặc trưng cho mưa mà còn có cường độ mưa và chế độ mưa. Cường độ mưa là lượng mưa rơi trong một đơn vị thời gian, đơn vị tính thường là mm/phút hoặc mm/h. Chế độ mưa có thể được hiểu là sự thay đổi có quy luật của mưa theo thời gian. Phân tích chế độ mưa nhiều năm, chế độ mưa năm và chế độ mưa gây lũ là rất cần thiết trong tính toán thủy văn. Tùy yêu cầu của bài toán cụ thể mà mưa được tính theo các thời khoảng. Trong thủy văn mưa được coi là một thành phần quan trọng trong cân bằng nước. Việc tính toán mưa giúp cho ta đánh giá được tài nguyên nước của lưu vực. Biết được quy luật hình thành và phân phối mưa giúp cho ta đánh giá được tính đúng đắn trong tính toán phân tích sự hình thành và phân phối dòng chảy. Từ việc tính toán được phân bố mưa các mùa, các tháng ta có thể tính toán được lượng nước dùng trong thủy lợi, trong nông nghiệp. Khu vực Vĩnh Phúc có hai trạm khí tượng đó là trạm khí tượng Vĩnh Yên và trạm khí tượng Tam Đảo. Hình 2-1: Mạng lưới trạm khí tượng tỉnh Vĩnh Phúc Trạm khí tượng Vĩnh Yên có tọa độ 21o17’B – 105o35’Đ đóng tại thị xã Vĩnh Yên tỉnh Vĩnh Phúc, trạm bắt đầu hoạt động từ năm 1960 đến nay. Trạm chịu trách nhiệm đo đặc các yếu tố khí tượng: mưa, bốc hơi, nhiệt độ không khí… Trạm khí tượng Tam Đảo có tọa độ 21o28’B – 105o39’Đ đóng tại thị trấn Tam Đảo tỉnh Vĩnh Phúc, trạm bắt đầu hoạt động từ năm 1960 đến nay. Trạm chịu trách nhiệm đo đặc các yếu tố khí tượng: mưa, bốc hơi, nhiệt độ không khí… Trong tính toán mưa khu vực tỉnh Vĩnh Phúc sử dụng 45 năm số liệu mưa trạm Vĩnh Yên để tính toán. Sở dĩ không chọn số liệu mưa trạm Tam Đảo vì khu vực Tam Đảo là tâm mưa khá lớn, chịu ảnh hưởng nhiều của địa hình đồi núi cụ thể là dãy núi Tam Đảo nên không phản ánh khách quan được đặc điểm mưa của toàn khu vực tỉnh VĨnh Phúc. II.6.1. Quy luật biến đổi mưa theo thời gian Ở nước ta lượng mưa trong năm biến động khá lớn, có tháng lượng mưa rất nhiều (có nơi đạt trên 1000 - 1500mm) có tháng lượng mưa rất ít, thậm chí trong năm có nhiều tháng liên tục không mưa. Những tháng có mưa nhiều thường gây nên lũ lụt, úng ngập. Để phân biệt thời kỳ mưa nhiều và thời kỳ mưa ít tương ứng với mùa lũ và mùa cạn trong sông ta thường phân chia một năm thành hai mùa, mùa mưa và mùa khô. Mùa mưa gồm những tháng liên tục có lượng mưa tháng vượt quá lượng tổn thất ổn định nào đó. Lượng tổn thất đó có thể dùng khả năng bốc hơi (lấy lượng bốc hơi mặt nước đo bằng thùng, chậu) tương ứng làm đặc trưng tính toán. Mức độ ổn định có thể lấy tần suất P ≥ 50% cho vùng có sự tương phản rõ rệt giữa mùa mưa và mùa khô và dùng P ≥ 75% đối với vùng còn lại. Vùng có sự tương phản giữa hai mùa là vùng đồng bằng Nam Bộ và Tây Nguyên. Trong tính toán cụ thể chỉ cần xét đối chiếu chỉ tiêu với những tháng chuyển tiếp từ mùa khô qua mùa mưa và từ mùa mưa qua mùa khô tương ứng. II.6.1.1. Xác định lượng tổn thất ổn định Theo kết quả quan trắc lượng bốc hơi tháng nhiều năm ở trạm Vĩnh Yên, lượng tổn thất ổn định có thể tính như sau : . – Xác định lượng bốc hơi tháng trung bình nhiều năm trạm Vĩnh Yên: Trong đó: : lượng bốc hơi tháng trung bình nhiều năm Zi : lượng bốc hơi tháng năm thứ i Bảng 2-6: Lượng bốc hơi tháng trung bình nhiều năm Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII ZTB mm 66.7 59.4 63.9 73.4 104.0 99.4 96.4 79.0 79.3 83.1 77.1 76.1 - Xác định lượng tổn thất ổn định: (mm) Trong đó: Ztb : lượng bốc hơi ổn định Zi : lượng bốc hơi tháng trung bình trong nhiều năm Như vậy lượng tổn thất ổn định hàng tháng lấy bằng 80mm. II.6.1.2. Phân mùa mưa Để phân mùa mưa tiến hành như sau: - Sử dụng tài liệu mưa tháng trạm Vĩnh Yên từ 1960-2004 - Chọn lượng tổn thất ổn định là 80mm. - Đánh dấu các tháng có lượng mưa tháng vượt trên 80mm (Phụ lục 2-1) - Tính tần suất xuất hiện: P = Số lần vượt x 100% Tổng số năm thống kê - Chọn các tháng có tần suất P ≥ 75% là mùa mưa. Kết quả tính toán phân mùa mưa trạm Vĩnh Yên được kết quả tổng hợp như trong Phụ lục 2-1. Ta thấy có có 5 tháng vượt chỉ tiêu với tần suất trên 75% xuất hiện lượng mưa trên 80mm. Như vậy khu vực Vĩnh Yên mùa mưa kéo dài 5 tháng bắt đầu từ tháng V và kết thúc vào tháng IX, mùa khô kéo dài 7 tháng bắt đầu từ tháng X đến tháng IV năm sau (Phụ lục 2-2). II.6.2. Tính lượng mưa năm trung bình nhiều năm Lượng mưa năm trung bình nhiều năm hay còn gọi là chuẩn mưa năm là thành phần quan trọng nhất trong cân bằng nước thẳng đứng là cơ sở để xác định lượng mưa năm ứng với tần suất thiết kế. Từ tài liệu 44 năm lượng mưa tháng theo năm thủy văn trạm Vĩnh Yên (Phụ lục 2-2), tính lượng mưa năm trung bình nhiều năm cho khu vực Vĩnh Phúc theo công thức: =1583.9 (mm) Trong đó: X0 : lượng mưa năm trung bình nhiều năm (chuẩn mưa năm) Xi : lượng mưa năm thứ i II.6.3. Tính lượng mưa năm thiết kế Tính toán lượng mưa năm ứng với tần suất thiết kế phục vụ cho việc đánh giá nguồn tài nguyên nước, tính toán được thành phần cân bằng nước trên lưu vực. Để xác định được lượng mưa năm thiết kế ta cần phải xác định được các tham số thống kê: Trị số bình quân của chuỗi số ; hệ số biến đổi Cv và hệ số không đối xứng CS của chuỗi mưa năm. Các tham số này được xác định bằng cách vẽ đường tần suất lý luận. Dựa vào số liệu 44 năm lượng mưa của trạm Vĩnh Yên (Phụ lục 2-2) sử dụng phần mềm FFC vẽ đường tân suất lý luận lượng mưa năm (Phụ lục 2-3) và xác định lượng mưa năm ứng với tần suất thiết kế. Kết quả các thông số thống kê và lượng mưa năm ứng với tần suất thiết kế thống kê trong bảng sau: Bảng 2-7: Các thông số thống kê và Lượng mưa năm ứng với tần suất thiết kế TSTK XTB (mm) CV CS P = 25% P = 50% P = 75% Giá trị 1583.9 0.19 0.64 1764.2 1550.5 1365.7 II.6.4. Phân phối mưa năm II.6.4.1. Phân phối mưa năm trung bình Phân phối mưa năm trung bình cho thấy sự thay đổi của lượng mưa trong năm trung bình nhiều năm, đồng thời có thể so sánh một cách tương đối lượng mưa giữa các vùng. Từ số liệu lượng mưa tháng trạm Vĩnh Yên (Phụ lục 2-2) xác định lượng mưa tháng trung bình nhiều năm và vẽ phân phối lượng mưa tháng trung bình nhiều năm. Lượng mưa tháng trung bình nhiều năm xác định theo công thức: Trong đó: XTB : lượng mưa tháng trung bình nhiều năm. Xi : lượng mưa tháng thứ i. Bảng 2-8: Lượng mưa tháng trung bình nhiều năm trạm Vĩnh Yên Tháng V VI VII VIII IX X XI XII I II III IV X mm 184.0 240.9 265.2 297.1 197.9 135.4 53.3 17.8 23.5 25.7 42.9 100.3 Theo Bảng 2- 4 nhận thấy lượng mưa tháng VIII là lớn nhất và lượng mưa tháng XII là nhỏ nhất. Phân phối lượng mưa tháng trung bình nhiều năm. Hình 2-2: Mô hình phân phối mưa tháng trong năm Qua các bảng và mô hình phân phối lượng mưa hàng tháng ta thấy phân phối mưa trong năm rất không đều. Lượng mưa trong 5 tháng mùa mưa chiếm khoảng 74.8 % lượng mưa cả năm còn mùa khô chỉ chiếm khoảng 25.2% lượng mưa cả năm. Trong đó tháng mưa lớn nhất là tháng VIII và tháng mưa nhỏ nhất là tháng XII. Riêng tháng IV là tháng cuối mùa khô có lượng mưa khá lớn chiếm khoảng 6.3% lượng mưa cả năm. II.6.4.2. Phân phối mưa năm thiết kế Mô hình mưa tháng trung bình nhiều năm có nhược điểm là mô hình ảo không xảy ra đúng với thực tế, mặt khác nó chỉ nêu lên được tính trung bình còn đối với những năm mưa ít ta không lường được. Để khắc phục nhược điểm trên đáp ứng với yêu cầu nghiên cứu ta tiến hành tính phân phối mưa năm thiết kế (tức sử dụng phương pháp năm đại biểu). Phương pháp năm đại biểu là phương pháp lựa chọn một mô hình mưa năm đại biểu thực tế rồi thu phóng thành mô hình phân phối mưa năm thiết kế. Các bước tính toán - Lập chuỗi mưa năm của trạm (Phụ lục 2-2). - Vẽ đường tần suất lý luận và xác định lượng mưa năm ứng với tần suất thiết kế (Phụ lục 2-3) Kết quả được thống kê trong Bảng 2-7 - Chọn năm đại biểu ứng với tần suất thiết kế theo các nhóm năm mưa nhiều, mưa trung bình và mưa ít như sau: Năm đại biểu mưa nhiều là năm có lượng mưa ứng với tần suất P= 1÷33%, có thời gian mùa mưa kéo dài trong năm, lượng mưa mùa mưa khá lớn, tháng mưa lớn nhất rơi đúng vào tháng mưa lớn nhất xuất hiện nhiều trong nhóm năm quan trắc. Năm đại biểu mưa ít là năm có lượng mưa tương ứng với tần suất P= 67÷99%, có thời gian mùa khô kéo dài trong năm, lượng mưa mùa khô tương đối ít, có tháng mưa nhỏ nhất rơi đúng vào tháng mưa nhỏ nhất xuất hiện nhiều trong nhóm năm quan trắc. Năm đại biểu mưa trung bình là năm có lượng mưa tháng, lượng mưa năm bằng số trung bình nhiều năm của số năm quan trắc. Theo chỉ tiêu trên, dựa vào lượng mưa năm thiết kế ở Bảng 2-7 và tài liệu lượng mưa năm (Phụ lục 2-2), ta chọn các mô hình mưa năm đại biểu sau: -Năm mưa nhiều chọn năm thực tế 1960-1961, có lượng mưa năm X = 1790.2 mm, có lương mưa mùa mưa khá lớn và kéo dài. -Năm mưa trung bình chọn năm thực tế 2002-2003, có lượng mưa năm X = 1575.4mm, có phân phối giống với phân phối mưa trung bình nhiều năm. -Năm mưa ít chọn năm thực tế 1991-1992, có lượng mưa năm X = 1330.5 mm, có mùa khô kéo dài và lượng mưa mùa khô nhỏ. - Tính hệ số thu phóng mô hình phân phối mưa năm đại biểu thành mô hình phân phối mưa năm thiết kế. Hệ số thu phóng xác định theo công thức: K25%= = 0.99 K50%= = 1.01 K75%= = 1.03 -Nhân hệ số K với lượng mưa từng tháng của năm đại biểu ta được mô hình phân phối mưa năm thiết kê. Lượng mưa năm thiết kế cho nhóm năm mưa nhiều là 1764.2mm. Lượng mưa năm thiết kế cho nhóm năm mưa trung bình là 1583.9mm. Lượng mưa năm thiết kế cho nhóm năm mưa ít là 1365.7mm. Bảng 2-9: Mô hình mưa năm theo phương phâp năm đại biểu trạm Vĩnh Yên Tháng V VI VII VIII IX X XI XII I II III IV Xcn Năm mưa nhiều P = 25% XĐB(mm) 85.6 93.5 421.7 474 451 91.7 22.6 1.5 4.5 12.9 27.3 103.9 1790.2 γ% 4.8 5.2 23.6 26.5 25.2 5.1 1.3 0.1 0.3 0.7 1.5 5.8 100 XP(mm) 84.4 92.1 415.6 467.1 444.4 90.4 22.3 1.5 4.4 12.7 26.9 102.4 1764.2 Năm mưa trung bình P = 50% XĐB(mm) 213.9 257 214.5 211.3 210.9 113.6 54.9 37.3 59.7 23.3 73.6 105.4 1575.4 γ% 13.6 16.3 13.6 13.4 13.4 7.2 3.5 2.4 3.8 1.5 4.7 6.7 100 XP(mm) 215.1 258.4 215.7 212.4 212.0 114.2 55.2 37.5 60.0 23.4 74.0 106.0 1583.9 Năm mưa it P = 75% XĐB(mm) 111.6 203.2 497.2 180.5 62.4 56 48.4 38.4 33.3 44.5 16.7 38.3 1330.5 γ% 8.4 15.3 37.4 13.6 4.7 4.2 3.6 2.9 2.5 3.3 1.3 2.9 100 XP(mm) 114.6 208.6 510.4 185.3 64.1 57.5 49.7 39.4 34.2 45.7 17.1 39.3 1365.7 Đối với mô hình phân phối mưa năm thiết kế năm mưa nhiều nhận thấy lượng mưa mùa mưa lớn chiếm 85.2% lượng mưa cả năm còn mùa khô lượng mưa chỉ chiếm 14.8%. Đối với mô hình phân phối mưa năm thiết kế năm mưa trung bình nhận thấy mô hình phân phối mưa năm giống với mô hình phân phối mưa trung bình nhiều năm. Đối với mô hình phân phối mưa năm thiết kế năm mưa ít nhận thấy lượng mưa mùa khô nhỏ và thời gian mùa khô kéo dài từ tháng IX đến tháng IV năm sau. Như vậy các năm đại biểu được chọn đã phù hợp với yêu cầu chọn năm đại biểu. Trên các Hình 2-3 đến 2-5 là mô hình phân phối lượng mưa năm ứng với tần suất thiết kế tương ứng với các nhóm năm. Hình 2-3: Mô hình phân phối mưa năm thiết kế trạm Vĩnh Yên Năm mưa nhiều Hình 2-4: Mô hình phân phối mưa năm thiết kế trạm Vĩnh Yên Năm mưa trung bình Hình 2-5: Mô hình phân phối mưa năm thiết kế trạm Vĩnh Yên Năm mưa ít II.6.5. Mưa vụ Lượng mưa ở nước ta rất phong phú nhưng phân bố không đều cả về không gian và thời gian. Đặc điểm đó rất bất lợi cho cây trồng trong nông nghiệp. Để phục vụ cho sản xuất nông nghiệp chúng ta cần xem xét khả năng cung cấp nước tự nhiên do mưa đối với cây trồng như thế nào. Thời vụ tính toán được chọn phụ thuộc vào yêu cầu sản xuất của từng địa phương, vào thời tiết, giống cây trồng và nguồn nước. Đối với khu vực tỉnh Vĩnh Phúc, thời vụ được chia như sau: Vụ Chiêm: từ tháng I – 15/V (Từ 01/I – 15/I gieo mạ, từ 16/I bắt đầu xuống đồng). Vụ Mùa: từ tháng VI – 12/IX (Từ 01/VI – 15/VI gieo mạ, từ 16/VI bắt đầu xuống đồng). Vụ Đông: từ 13/X – 31/XII. II.6.5.1. Tính toán mưa vụ thiết kế Để xác định lượng mưa từng vụ ứng với tần suất thiết kế cho khu vực tỉnh Vĩnh Phúc, các bước tính toán lượng mưa vụ: - Tính lượng mưa vụ Chiêm Xuân (I-V), vụ Mùa (VI-IX), vụ Đông (X – XII) (Phụ lục 2-4). - Vẽ đường tần suất lượng mưa vụ (Phụ lục 2-5, Phụ lục 2-6 Phụ lục 2-7). Các đặc trưng thống kê lượng mưa từng vụ ứng với tần suất thiết kế như bảng sau: Bảng 2-10: Các đặc trưng thống kê của mưa vụ Thời vụ XTB (mm) CV CS XP=75% mm XP=85% mm Chiêm Xuân 372.7 0.24 0.15 311.3 280.3 Mùa 994. 8 0.25 0.31 824.4 742.6 Đông 202.7 0.55 0.49 123.1 88.5 II.6.5.2. Xác định mô hình mưa vụ thiết kế Để xác định mô hình mưa từng vụ ứng với tần suất thiết kế ta chọn phương pháp năm đại biểu. - Lượng mưa từng vụ ứng với tần suất thiết kế thể hiện trong Bảng 2-10. - Lựa chọn năm đại biểu. Chọn mô hình mưa vụ đại biểu theo yêu cầu: chọn trong số năm quan trắc một vụ mưa có lượng mưa toàn vụ bằng hoặc xấp xỉ bằng lượng mưa vụ thiết kế. Theo yêu cầu trên chọn được năm đại biểu như sau: Vụ Chiêm xuân chọn năm 1983 (lượng mưa vụ 321.6mm) ứng với tần suât 75 % và năm 1966 (lượng mưa vụ 286.5mm) ứng với tần suât 85 % Vụ Mùa chọn năm 1974 (lượng mưa vụ 813.3mm) ứng với tần suât 75 % và năm 1967 (lượng mưa vụ 770.0 mm) ứng với tần suât 85 % Vụ Chiêm xuân chọn năm 1972 (lượng mưa vụ 130.6mm) ứng với tần suât 75 % và năm 1973 (lượng mưa vụ 92.3mm) ứng với tần suât 85 % - Tính hệ số thu phóng lượng mưa vụ thiết kế theo công thức: Hệ số k cho từng vụ như sau: Bảng 2-11: Hệ số thu phóng cho từng vụ Thời vụ k (P=75%) k (P=85%) Chiêm Xuân 0.97 0.98 Mùa 1.01 0.96 Đông 0.94 0.96 - Xác đinh mô hình mưa tưới thiết kế: Căn cứ vào lượng mưa vụ đại biểu và hệ số k, nhân hệ số k với lượng mưa từng tháng của từng vụ được mô hình mưa tưới thiết kế cho từng vụ. Lượng mưa tưới thiết kế vụ Chiêm Xuân (từ tháng I-V) Lượng mưa vụ Chiêm Xuân ứng với tần suất 75%: 311.3mm Lượng mưa vụ Chiêm Xuân ứng với tần suất 85%: 280.3mm Bảng 2-12: Lượng mưa vụ Chiêm Xuân thiết kế Tháng I II III IV V Tổng P=75% XĐB(mm) 71.5 32.7 56.8 79.1 81.5 321.6 γ% 22.2 10.2 17.7 24.6 25.3 100 Xp(mm) 69.2 31.7 55.0 76.6 78.9 311.3 P=85% XĐB(mm) 18.1 6.6 9.7 143.6 108.5 286.5 γ% 6.3 2.3 3.4 50.1 37.9 100 Xp (mm) 17.7 6.5 9.5 140.5 106.2 280.3 Lượng mưa tưới thiết kế vụ Mùa (từ tháng VI-IX) Lượng mưa vụ Mùa ứng với tần suất 75%: 824.4mm Lượng mưa vụ Mùa ứng với tần suất 85%: 742.6mm Bảng 2-13: Lượng mưa vụ Mùa thiết kế Tháng VI VII VIII IX Tổng P=75% XĐB (mm) 259.6 287.8 193.3 72.6 813.3 γ% 31.9 35.4 23.8 8.9 100 Xp (mm) 263.1 291.7 195.9 73.6 824.4 P=85% XĐB (mm) 205.2 154.9 151.6 258.3 770.0 γ% 26.6 20.1 19.7 33.5 100 Xp (mm) 197.9 149.4 146.2 249.1 742.6 Lượng mưa tưới thiết kế vụ Đông (từ tháng X-XII) Lượng mưa vụ Đông ứng với tần suất 75%: 123.1mm Lượng mưa vụ Đông ứng với tần suất 85%: 88.5mm Bảng 2-14: Lượng mưa vụ Đông thiết kế Tháng X XI XII Tổng P=75% XĐB (mm) 78.1 47.7 4.8 130.6 γ% 59.8 36.5 3.7 100 Xp (mm) 73.6 45.0 4.5 123.1 P=85% XĐB (mm) 79.1 7.8 5.4 92.3 γ% 85.7 8.5 5.9 100 Xp (mm) 75.8 7.5 5.2 88.5 II.6.6. Mưa lũ Dòng chảy lũ sinh ra trên lưu vực cũng như sự úng ngập trên đồng ruộng do mưa lũ gây nên. Trong thực tế có thể phân ra làm hai trường hợp tính toán mưa lũ để phục vụ cho các mục đích khác nhau. Để tính toán lượng mưa tiêu phục vụ cho nông nghiệp hoặc tính lũ cho các lưu vực lớn thường tính mưa lũ với thời khoảng T ≥ 1 ngày và tính tiêu nước cho thành phố, xí nghiệp hay tính lũ từ mưa rào trên lưu vực nhỏ thường tính với thời khoảng T < 1 ngày. Các bước tính toán mưa lũ: - Từ tài liệu mưa 1 ngày của trạm Vĩnh Yên (từ 1980-2004) chọn mỗi năm 1 giá trị mưa 1 ngày max (Phụ lục 2-8). - Vẽ đường tần suất lượng mưa 1 ngày max (Phụ lục 2-9) và xác định lượng mưa 1 ngày max ứng với tần suất thiết kế:Chuỗi mưa 1 ngày max có các tham số thống kê và lượng mưa ứng với tần suất thiết kế như bảng sau: Bảng 2-15: Các tham số thống kê và lương mưa 1 ngày ứng với thiết kế TSTK XTB (mm) CV CS P = 1% P = 2% P = 5% P = 10% P = 20% Giá trị 105.4 0.47 1.80 278.3 245.6 202.6 170.1 137.3 CHƯƠNG III TÍNH TOÁN THỦY VĂN THIẾT KẾ III.1. Đặt Vấn Đề Nội dung của chương là tính toán thủy văn thiết kế nhằm phục vục cho quy hoạch, tính toán thiết kế công trình hồ chứa Xạ Hương. Hồ xạ Hương có diện tích lưu vực là 24 km2, hồ có nhiệm vụ cung cấp nước tưới cho 850h diện tích lúa của huyện Bình Xuyên – tỉnh Vĩnh Phúc. Tuy nhiên do điều kiện không có tài liệu đo đạc dòng chảy đến hồ vì vậy để tính toán thủy văn cho khu vực hồ chứa thì ta sử dụng mô hình toán để tính toán dòng chảy đến hồ dựa trên số liệu mưa và bốc hơi trong vùng. III.1.1. Giới thiệu về mô hình toán a. Giới thiệu chung Mô hình toán là sự mô tả gần đúng một hệ thống hay một quá trình thực bằng các biểu thức toán học. Các mô tả này buộc phải đơn giản hóa, khái quát hóa hệ thống thực hay quá trình thực. Các mô hình toán không ngừng hoàn thiện kỹ thuật, luôn được bổ sung, mềm dẻo hơn với sự hỗ trợ của các phần mềm thông tin, công nghệ viễn thám v..v.. và ứng dụng vào dự báo trên diện rộng mà các phương pháp truyền thống không đáp ứng được Mô hình toán có ưu điểm là ít tốn kém, trong một thời gian ngắn có thể thu được nhiều số liệu, có thể thí nghiệm với bất cứ kịch bản nào. Nhưng mô hình toán có nhược điểm là nếu kiểm định không tốt sẽ dẫn đến khai thác rất nhiều so với thực tế. Mô hình toán giúp khôi phục và kéo dài tài liệu. Một số mô hình chiếm ưu thế trong việc khôi phục và kéo dài tài liệu cho kết quả đáng tin cậy như: mô hình HEC – HMS, mô hình mưa rào – dòng chảy Nam, mô hình TANK, mô hình SWAT, mô hình thuỷ lực Mike 11 b. Phân loại các mô hình toán - Mô hình ngẫu nhiên - Mô hình tất định - Mô hình tất định ngẫu nhiên c. Các bước áp dụng mô hình toán - Lựa chọn mô hình Để lựa chọn mô hình toán phù hợp với bài toán cần nghiên cứu, cần xem xét các chỉ tiêu sau. + Mục đích sử dụng mô hình toán cho bài toán + Khả năng số liệu thực đo (phục vụ cho bước hiệu chỉnh và kiểm định mô hình. + Nguồn lực: con người và tài chính -Chuẩn bị số liệu Theo fomat mà định dạng số liệu theo yêu cầu. Phải chia dữ liệu thu thập được thành hai phần: 70% dùng để hiệu chỉnh mô hình, 30% dùng để kiểm định mô hình. - Hiệu chỉnh mô hình Là quá trình đi tìm bộ thông số a1, a2,..an sao cho kết quả tính toán từ mô hình này phù hợp với số liệu thực đo. Thông số a1, a2,..an (chưa biết) Inputs (đã biết) X, E Outputs (tính) Q Tìm bộ thông số bằng 2 cách: + Thử sai: là phương pháp thủ công (những người có kinh nghiệm hay dùng phương pháp này) + Dò tìm tối ưu: là phương pháp cho máy dò tìm, dựa vào các hàm mục tiêu. Gồm phương pháp: lưới ô vuông, phương pháp mặt cắt vàng… Cả hai phương pháp này đều có ưu điểm và nhược điểm: phương pháp dò tìm tối ưu giúp tiết kiệm được thời gian nhưng do máy làm nên nhiều khi ra bộ thông số phi thực tế. Người có kinh nghiệm thường kết hợp hai phương pháp này với nhau. Phương pháp thử sai định hướng các vùng dò tìm, rồi dùng phương pháp dò tìm tối ưu tìm một bộ thông số thích hợp. - Kiểm định mô hình Thông số a1, a2,..an (đã biết theo bước hiệu chỉnh) Inputs (đã biết) Outputs (tính) So sánh kết quả tính với kết quả thực đo. Để đánh giá sự phù hợp giữa tính toán và thực đo thường sử dụng các chỉ tiêu các chỉ tiêu đánh giá và đồng thời xem xét trên đường quá trình giữa tính toán và thực đo. + Chỉ tiêu NASH: EI EI = 1- Trong đó : Qtđi là lưu lượng thực đo tại thời điểm i Qtti là lưu lượng tính toán tại thời điểm i là lưu lượng thực đo trung bình Chỉ tiêu EI càng tiến gần đến 1 càng tốt (tính toán càng chuẩn). + Chỉ tiêu sai số tổng lượng: F F = Trong đó : Qtđi là lưu lượng thực đo tại thời điểm i Qtti là lưu lượng tính toán tại thời điểm i Chỉ tiêu F càng tiến gần đến 0 càng tốt. Thường dùng chỉ tiêu F tính toán phục vụ mục đích tưới tiêu và tính kiệt. + Chỉ tiêu sai số quân phương : RMSE RMSE = Trong đó : Qtđi là lưu lượng thực đo tại thời điểm i Qtti là lưu lượng tính toán tại thời điểm i Chỉ tiêu RMSE càng tiến gần đến 0 càng tốt. Thường dùng chỉ tiêu này tính toán lũ, dự báo lũ. + Chỉ tiêu sai số đỉnh (đối với lũ) = Qmaxtd - Qmaxtt Sau khi dùng chỉ tiêu đánh giá, nếu đạt thì dừng tìm, nếu chưa đạt tuyệt đối không được thay đổi thông số ở bước nào. - Mô phỏng mô hình Thông số a1, a2,..an (đã biết theo bước kiểm định) Inputs (kịch bản) Outputs (tính) Với bộ thông số tìm được, người làm hoàn toàn tìm được kịch bản mô phỏng phục vụ cho quy hoạch, thiết kế, vận hành quản lý. Nhưng bước này không cho ta biết thời gian xuất hiện, vị trí xuất hiện. - Dự báo Cho biết thời gian dự kiến xảy ra ở đâu, thế nào Thông số a1, a2,..an (đã biết theo bước kiểm định) Inputs (dự báo) Outputs (dự báo) Đối với đồ án “Tính toán thủy văn và Điều tiết hồ chứa Xà Hương- huyện Bình Xuyên – tỉnh Vĩnh Phúc” mô hình được sử dụng để tính toán tài liệu dòng chảy đến hồ Xạ Hương là mô hình Tank tháng. III.1.2. Giới thiệu mô hình TANK Mô hình Tank là mô hình tính toán dòng chảy (dòng chảy thời đoạn 1 ngày, 10 ngày...) từ các yếu tố khí tượng như lượng mưa, bốc hơi phục vụ cho công tác phục hồi số liệu, bổ sung số liệu... dùng cho việc quy hoạch hệ thống thuỷ lợi, tính toán xây dựng các qui trình vận hành hồ chứa nước... - Mô hình TANK là loại mô hình tất định, nhận thức. Mô hình TANK ra đời năm 1956 tại Trung tâm Quốc gia phòng chống lũ lụt của Nhật bản, tác giả M.Sugawara. - Đến nay mô hình đã được hoàn thiện và ứng dụng rộng rãi nhiều nơi trên thế giới, đặc biệt là ở Việt nam rất nhiều cơ quan nghiên cứu ứng dụng như Trường Đại học Thuỷ lợi, Viện Khí tượng Thuỷ văn, Viện Thiết kế Thuỷ lợi Quốc gia, Công ty Khảo sát Thiết kế điện 1, Công ty Khảo sát Thiết kế Thuỷ lợi 1-2, các đơn vị tư vấn thiết kế thường sử dụng mô hình TANK tính toán dòng chảy từ mưa cho các lưu vực có số liệu quan trắc ngắn nhằm bổ sung kéo dài tài liệu làm cơ sở cho việc xây dựng các qui trình vận hành hồ chứa nước. - Mô hình Tank có 2 loại là Tank đơn và Tank kép. Tank đơn gồm 4 bể chứa xếp theo chiều thẳng đứng và nằm ngang để mô tả dòng chảy khi mưa rơi xuống gồm dòng chảy mặt, dòng chảy sát mặt và nước ngầm. Với cấu trúc như thế này mô hình Tank đơn thích hợp với các lưu vực vừa và nhỏ nằm trong vùng ẩm ướt như ở nước ta. Trong phạm vi đề tài nghiên cứu khoa học nhóm nghiên cứu chỉ nghiên cứu mô hình Tank đơn. III.1.2.1. Cấu trúc mô hình TANK đơn Mô hình TANK đơn quan niệm lưu vực sông như là một dãy bể chứa xếp theo phương thẳng đứng. Bể thứ nhất mô tả lớp đất mặt nên có thêm cơ cấu truyền ẩm, còn từ bể thứ hai trở đi có cấu tạo tương tự nhau. Về nguyên tắc có thể chọn số bể chứa tuỳ ý nhưng thường chỉ chọn 3 hay 4 bể chứa là đủ. Có khi chỉ chọn 2 bể chứa, nhưng bao giờ cũng phải có bể chứa thứ nhất. Y CH1 Y3A a3A Y1A HA2 HA1 CA1 CA2 HB YB B YBd HC YC C YAd Ycd HD YD D Ydd Y CH2 HC MƯA (Xmm) Hình 3-1: Cấu trúc mô hình TANK Bể thứ nhất Bể chứa thứ nhất dùng để mô phỏng độ ẩm của lớp đất phía trên, có độ dày từ mặt đất đến độ sâu nào đó, sao cho khi mặt đất khô đi do bốc hơi thì lượng nước từ dưới sâu này có thể truyền lên mặt đất theo mao dẫn. Độ dày của lớp đất thuộc bể thứ nhất không cố định, mà thay đổi theo đặc tính lưu vực mô tả, thay đổi theo cấu tạo thổ nhưỡng của lớp đất bề mặt, thay đổi theo thảm phủ thực vật có trên lưu vực. Nói cách khác, việc mô tả bể thứ nhất có hai lớp là một phát hiện độc đáo của mô hình TANK, một tiến bộ so với các mô hình bể chứa khác. Cách mô tả này vẫn tuân theo nguyên tắc của bể chứa là nước chỉ đi từ bể chứa phía trên xuống bể chứa phía dưới, không xảy ra trường hợp nước từ bể chứa phía dưới đi lên bể chứa phía trên. Thực tế vẫn xảy ra hiện tượng truyền ẩm từ lớp đất sâu lên lớp đất trên mặt, mô hình TANK đưa ra loại bể chứa đặc biệt, có hai lớp (bể thứ nhất) để mô tả hiện tượng này. Lớp sát mặt đất ký hiệu: A1 ,và lớp đất dưới sâu hơn một chút ký hiệu: A2. Như vậy việc truyền ẩm từ dưới lên trên xảy ra trong nội bộ bể thứ nhất, không xảy ra hiện tượng nước từ bể thứ hai truyền lên bể thứ nhất. Bể chứa thứ nhất có 2 lớp, lớp A1 biểu thị độ ẩm ở mặt đất và lớp A2 biểu thị độ ẩm của lớp đất dưới mặt đất nhưng vẫn có liên hệ với lớp đất phía trên mặt. Giả sử có lượng mưa Xm mm/ngày rơi xuống bể A sẽ tạo ra lượng nước ngấm xuống lớp đất dưới sâu hơn: A2 tính theo công thức: Trong đó: Co, C : là các hằng số : lượng ẩm hiện có ở lớp A2 : lượng ẩm bão hoà ở lớp A2 Lớp nước tự do còn lại ở bể A là: XA = XAo + XM - E – T1 Nếu lớp nước tự do trên bể A cao hơn ngưỡng tràn: XA > H1A thì sinh ra dòng chảy mặt. Ngược lại khi lớp nước tự do trên bể A thấp hơn ngưỡng tràn: XA < H1A khi đó lượng mưa chưa đủ thấm và điền trũng nên lượng dòng chảy tràn trên mặt đất bằng không. . Y3A H3A Y2A XA Y1A H1A H2A T1 T2 YAd Hình 3- 2: Bể chứa thứ nhất. Bể thứ nhất được đặt từ 1 đến 3 cửa ra có các ngưỡng tràn tương ứng các độ cao: H1A, H2A và H3A. Khi XA > H1A Y1A = ( XA - H1A).a1 XA < H1A Y1A = 0 a1: là hệ số dòng chảy nhỏ hơn 1 và là thông số của mô hình Lớp nước tự do còn lại ở bể A là: XA = XAo + XM - E - T1 - Y1A nếu XA > H2A Y2A = ( XA - H2A).a2 khi Y2A < 0 thì lấy Y2A = 0 Lớp nước tự do còn lại ở bể A là: XA = XAo + XM - E - T1 - Y1A - Y2A nếu XA > H3A Y3A = ( XA - H3A).a3 khi Y3A < 0 thì lấy Y3A = 0 Lớp nước tự do còn lại ở bể A là: XA = XAo + XM - E - T1 - Y1A - Y2A - Y3A Dòng chảy xuống bể B phía dưới cũng được coi là tỷ lệ thuận với lớp nước tự do trên bể A: YAd = aA. XA dòng chảy ra khỏi bể A là : YA = Y1A + Y2A + Y3A + YAd mực nước ở bể A vào cuối ngày thứ nhất là XA = XAo - E - T1 +XM - YA - YAd Thực ra quá trình bay hơi, thấm xuống lớp đất dưới, và sinh ra dòng chảy tràn trên mặt đất, dòng chảy xuống lớp đất sâu hơn xảy ra đồng thời. Các giá trị độ sâu lớp nước tự do ở bể A: XA phải là trung bình cộng của hai giá trị tại đầu và cuối thời đoạn tính toán, như vậy sẽ phải tính lặp, để tránh tính lặp người ta coi độ sâu lớp nước tự do ở bể A trong thời đoạn Dt bằng giá trị tại đầu thời đoạn. Điều này chỉ đúng khi thời đoạn ngắn. Cách liên tục điều chỉnh giá trị XA như trên chỉ để hạn chế sai số khi thời đoạn tính toán dài. Trường hợp không có mưa: XM = 0, sau một số thời đoạn tính toán, lớp nước tự do trên bể A sẽ cạn dần. Đầu tiên là dòng chảy tràn trên mặt đất sẽ chấm dứt khi khi lớp nước tự do trên bể A hạ xuống tới mức bằng hay thấp hơn ngưỡng tràn thấp nhất: XA < H1A. Sau đó lớp nước tự do trên bể A tiếp tục cạn đi vì lượng nước mất đi do bốc hơi: E, vì lượng nước mất đi do truyền ẩm xuống phía dưới T1 và lượng nước mất đi do truyền xuống tầng đất sâu hơn, làm cho độ sâu lớp nước tự do trên bể A giảm tới số không: XA = 0. Khi đó dòng chảy qua cửa đáy chấm dứt YAd = 0. Khi lớp nước tự do trên bể A đã cạn hết: XA = 0, lớp đất phía trên A1 sẽ bị khô đi do bốc hơi. Lượng ẩm trong lớp đất phía trên A1 sẽ chuyển từ mức bão hoà độ ẩm CA1 sang mức thiếu hụt ẩm XA1. Khi đó lớp đất phía dưới A2 lại truyền ẩm ngược lên lớp A1 theo tốc độ. Trong đó: bo, b : là các hằng số. XA1: là lượng ẩm hiện có trong lớp đất phía trên A1 CA1: là lượng ẩm bão hoà trong lớp đất phía trên A1 Cân bằng ẩm trong lớp đất phía trên A1 là: XA1[i] = XA1[i-1] - E[i] +T2[i] - T1[i] Cân bằng ẩm trong lớp đất phía dưới A2 là: XA2[i] = XA2[i-1] - T2[i] + T1[i] Giả sử để bão hoà ẩm lớp đất bề mặt kí hiệu A1 cần lớp nước 3mm (CA1 = 3) và bão hoà lớp đất dưới sâu kí hiệu A2 cần 4mm (CA2 = 4). Ban đầu độ ẩm của lớp đất bề mặt chỉ là XA1 = 2mm và độ ẩm của lớp đất phía dưới là XA2 = 3mm, ở lớp đất phía trên lượng ẩm hiện có nhỏ hơn lượng ẩm bão hoà XA1 < CA1 nên không thể tồn tại lớp nước tự do ở bể A: XAo = 0. Nếu có lượng mưa XM = 25 mm lớp đất phía trên A1 sẽ nhận ngay được 1mm còn thiếu để trở nên bão hoà ẩm và lượng ẩm truyền xuống lớp đất phía dưới A2 là: Lượng ẩm ở lớp đất phía dưới A2 sẽ được nhận thêm 0,7 mm là XA2 = 3 + 0.7 = 3.7 mm Lượng ẩm này vẫn chưa đạt tới mức bão hoà ẩm XA2 CA2 điều này không thể xảy ra nên khi tính ra T1 > CA2 - XA2 thì chỉ lấy: T1 = CA2 - XA2. Sau khi truyền ẩm xuống lớp đất phía dưới, lớp nước tự do còn trong bể A là XA[i] = XA[i-1] + XM [i] - (CA1[i] - XA1[i]) - T1[i] [i] = 0 + 25 - 1 - 0.7 = 23.3 mm [i]: lượng nước còn lại ở bể A sau khi có mưa và đã khấu trừ đi tổn thất tối thiểu ban đầu (mưa vượt thấm). Lớp nước này tiếp tục tham gia dòng chảy tràn trên mặt đất qua các cửa bên, bay hơi và đi xuống bể phía dưới qua cửa đáy. Cuối cùng lớp nước tự do còn lại trong bể A là: XA [I] = XA[I-1] - E[I] - T1[I] +XM[I] - YA[I] - YAd[I] tới khi XA [I] < H1 thì dòng chảy tràn trên mặt đất chấm dứt, các thành phần YA1, YA2, YA3 º 0 chỉ còn truyền ẩm xuống lớp đất phía dưới T1[I] dòng chảy qua cửa đáy YAd[I] và bay hơi E[I]. Nói cách khác, nếu mưa ngừng lại, lớp nước tự do trên mặt đất sẽ cạn dần, khi lớp nước tự do trên mặt đất thấp hơn ngưỡng thấp nhất để sinh dòng chảy tràn thì thì dòng chảy tràn trên mặt đất chấm dứt, lúc đó lớp nước tự do còn lại được coi là lớp nước điền chỗ trũng, không sinh dòng chảy. Nếu các thời đoạn tiếp theo vẫn không có mưa bổ xung thêm thì: XA [I] = XA[I-1] - E[I] - T1[I] - YAd[I] Cho tới khi lớp nước tự do trên mặt đất cạn hết: XA = 0 thì dòng chảy qua cửa đáy xuống các bể phía dưới cũn chấm dứt: YAd = 0 và lớp đất phía trên A1 bắt đầu khô. XA1[i] = XA1[i-1] - E[i] +T2[i] - T1[i] vì XA1[i] là lượng ẩm của lớp đất phía trên nên kết quả tính toán không nhận giá trị âm. Khi tính ra XA1[i] 0 chỉ còn là "khả năng bốc hơi", nếu lớp đất phía trên đã khô thì lớp đất phía dưới A2 sẽ truyền ẩm lên lớp đất phía trên A1 do sự truyền ẩm này lớp đất phía dưới A2 cũng bắt đầu khô. XA2[i] = XA2[i-1] - T2[i] + T1[i] Nhận được lượng ẩm T2[i] lớp đất phía trên A1 sẽ ẩm hơn XA1[i] = XA1[i-1] + T2[i] - E[i] - T1[i] Nhưng lượng ẩm của lớp đất phía trên XA1[i] không thể vượt quá lượng ẩm bão hoà . Nếu XA1[i] > CA1. thì lấy XA1[i] = Ca1 và tính lại lượng ẩm truyền từ lớp đất phía dưới lên: T2 = T2 - ( XA1 - CA1) Khi cả hai lớp đất phía trên và lớp đất phía dưới A1 , A2 đều không còn bão hoà ẩm cần tính cả T1 và T2 sau đó tính cân bằng ẩm cho từng lớp đất. Tóm lại ở bể chứa thứ nhất có 13 thông số sau: a1, a2, a3, ad , C, Co, b, bo, H1A, H2A, H3A , CA1, CA2 và thêm 1 hay 2 thông số tuỳ theo cách chọn công thức tính bốc hơi E. Ơ thời đoạn tính toán đầu tiên cần chọn trước 15 thông số trên và chọn thêm 2 giá trị điều kiện đầu XA1[i-1], XA2[i-1]. Sau mỗi thời đoạn tính toán phải tính toán cân bằng ẩm ở hai lớp đất A1, A2 và cân bằng lớp nước tự do ở bể A. Bể chứa thứ hai Từ bể chứa thứ hai đến bể chứa thứ n của mô hình TANK đều cấu tạo giống nhau. Các bể loại này chỉ có một cửa đáy và một cửa bên, không có cấu tạo truyền ẩm. Nói cách khác, từ bể chứa thứ hai trở đi, nước chỉ chảy từ bể trên xuống bể dưới chứ không chảy ngược từ bể dưới lên bể trên, cũng không xảy ra hiện tượng bay hơi ở các bể chứa phía dưới. Hình 3-3: Bể chứa thứ hai Các thông số của bể chứa thứ hai là : aB, HB, aBd và lớp nước ban đầu có trong bể XB gọi là điều kiện đầu. Cân bằng nước bể chứa thứ hai giai đoạn 1 là: Nếu độ sâu lớp nước tự do trong bể chứa thứ hai cao hơn ngưỡng tràn: XB > HB thì từ bể chứa này có một lớp dòng chảy đi ngầm dưới đất chảy vào sông: YB = aB. (XB - HB), ngược lại khi độ sâu lớp nước tự do trong bể chứa thứ hai thấp hơn ngưỡng tràn: XB < HB thì lớp dòng chảy ngầm dưới đất từ bể chứa thứ hai bằng không: YB = 0; Phương trình cân bằng nước bể chứa thứ hai giai đoạn này là: Khi độ sâu lớp nước tự do trong bể chứa thứ hai lớn hơn không, sẽ tồn tại lớp dòng chảy qua cửa đáy bổ xung cho tầng sâu hơn : YBd = aBd . XB a1 aBd là các hệ số dòng chảy nhỏ hơn 1và là thông số của mô hình Phương trình cân bằng nước tại bể chứa thứ hai trong giai đoạn này là: Tương tự từ bể chứa thứ ba cũng tính được lớp dòng chảy đi ngầm dưới đất chảy vào sông: YC = aC. (XC - HC), tính được lớp dòng chảy qua cửa đáy bổ xung cho tầng sâu hơn: YCd = aCd . XC , tính được lớp nước trong bể chứa thứ ba tại cuối thời đoạn tính toán (bể C ) là: dòng chảy ở cửa ra lưu vực bao gồm dòng chảy tràn trên mặt đất từ bể A, và dòng chảy ngầm dưới đất từ các bể chứa phía dưới: YTC = YA1 + YA2 + YA3 + YB + YC + ... Chú ý rằng mô hình TANK đơn quan niệm lưu vực là một dãy bể chứa xếp theo phương thẳng đứng nên chỉ có bể chứa thứ nhất phản ánh quá trình hình thành dòng chảy tràn trên mặt đất. Theo cách tính toán như trên, dòng chảy xảy ra cùng lúc với mưa, không có thời gian tập trung nước trên sườn dốc, không có thời gian chảy truyền trong mạng sông suối và cũng chưa mô phỏng quá trình trữ nước trong lưới sông. Để khắc phục sai sót này người ta đưa thêm vào mô hình một bể chứa điều tiết để phản ánh khả năng trữ nước trong mạng lưới sông và cộng thêm thời gian trễ để tạo ra sự chênh lệch thời gian từ đỉnh mưa tới đỉnh lũ, nhằm phản ánh thời gian chảy truyền trên sườn dốc và chảy truyền trong lưới sông. Bể điều tiết Bể chứa điều tiết có cấu tạo gần giống bể chứa thứ hai nhưng không có cửa đáy, chỉ có một cửa bên. Bể chứa điều tiết nhận nước từ tất cả các cửa bên của các bể chứa xếp theo phương thẳng đứng nên lượng nước đi vào bể chứa điều tiết không phải là lượng mưa mà là dòng chảy qua cửa bên của tất cả các bể chứa xếp theo phương thẳng đứng YTC, Dòng chảy đi ra khỏi bể chứa điều tiết chính là dòng chảy ở cửa ra của lưu vực Thuỷ văn: Ydt = adt. (Xdt - Hdt) Phương trình cân bằng nước bể điều tiết là: Nếu độ sâu lớp nước tự do trong bể điều tiết cao hơn ngưỡng tràn: Xdt > Hdt thì từ bể chứa này có một lớp dòng chảy đi vào sông: Ydt = adt. (Xdt - Hdt) Ngược lại khi độ sâu lớp nước tự do trong bể điều tiết thấp hơn ngưỡng tràn: XB < HB thì lớp dòng chảy đi vào sông bằng không: Ydt = 0; Phương trình cân bằng nước viết cho bể chứa điều tiết tại cuối thời đoạn tính toán là: Hình 3-4: Bể chứa điều tiết Số thông số của mô hình TANK đơn gồm 15 thông số cho bể thứ nhất (bể A), 2 thông số cho bể điều tiết và mỗi bể chứa đặt theo phương thẳng đứng (bể B, bể C...) có thêm 3 thông số nữa. Nếu mô hình gồm 4 bể chứa xếp theo phương thẳng đứng thì mô hình có : 15 + 2 + 3x3 = 26 thông số. Trong 26 thông số này chỉ có khoảng 4 hay 5 thông số có tác dụng mạnh còn các thông số khác tác dụng tới kết quả tính toán yếu hơn. III.1.2.2. Bộ thông số của mô hình Bộ thông số của mô hình: 26 thống số về các bể chứa, 7 thông số là các giá trị mực nước ban đầu tại các bể chứa, 1 thông số là hệ số bốc hơi lưu vực và trọng số của các trạm mưa trong lưu vực. Bộ thông số của mô hình được được chia thành các nhóm cụ thể như sau: - Nhóm thông số gồm các ngưỡng của các bể chứa: HA1, HA2, HA3, HB, HC, HD, HCH. - Nhóm thông số gồm hệ số cửa ra của các bể chứa: α1A, α2A, α3A, αAD, αBC, , αCC, αDC, αBD, αCD ,αDD, αCH1, αCH2. - Nhóm thông số gồm giá trị mực nước ban đầu của các bể chứa và tầng chứa ẩm trong bể A: XA, XA1, XA2, XB, XC, XD, XCH. - Nhóm thông số gồm thông số hệ số bốc hơi, truyền ẩm và thông số độ ẩm bão hoà: K, B, Bo, C, Co, CA1, CA2. - Nhóm thông số gồm trọng số của các trạm mưa trong lưc vực. III.1.2.3. Nguyên lý của mô hình Tank Khi có một chuỗi số liệu quan trắc song song về mưa, dòng chảy, bốc hơi liên tục của lưu vực trong một thời gian nhất định, từ chuỗi số liệu đó mô hình Tank sẽ xây dựng cho lưu vực một bộ thông số phù hợp. Một bộ thông số được gọi là phù hợp nếu từ bộ thông số ấy và số liệu mưa, bốc hơi mô hình tính toán ra được chuỗi số liệu dòng chảy gần giống như chuỗi số liệu dòng chảy thực đo. Khi lưu vưc có số liệu mưa và bốc hơi mà thiếu số liệu dòng chảy thì theo bộ thống số đã có của lưu vực mô hình tính toán ra số liệu dòng chảy. Số liệu dòng chảy đó được gọi là số liệu dòng chảy được khôi phục từ mô hình Tank. Nhiệm vụ cơ bản của chương trình là diễn toán từ mưa, bốc hơi ra dòng chảy qua bộ thống số và dò tìm ra một bộ thông số thích để tính toán ra dòng chảy chính xác. Ngoài khả năng diễn toán từ mưa, bốc hơi ra dòng chảy chính xác. Ngoài khả năng diễn toán trên chương trình có hỗ trợ 2 phương pháp tự động dò tìm bộ thông số hợp lý và một phương pháp tính thử để dò tìm bộ thông số. Ngoài ra chương trình cung cấp nhiều chức năng giúp tính toán dòng chảy từ mưa rất nhanh và thuận tiện. Việc chỉnh sửa số liệu trên màn hình, thao tác tính toán, phân tích lựa chọn dạng kết quả rất phong phú, bạn có thể chọn kết quả tính dạng bảng số, dạng đồ thị... Chương trình có các chỉ tiêu đánh giá giúp nhận định kết quả một cách tốt nhất. III.1.3. Ứng dụng mô hình Tank để tính toán dòng chảy đến hồ Để ứng dụng mô hình TANK tính toán dòng chảy đến hồ Xạ Hương ta sử dụng tài liệu dòng chảy thực đo trạm Ngọc Thanh, tài liệu mưa và bốc hơi trạm Vĩnh Yên để xác định bộ thông số của mô hình, sau đó sử dụng bộ thông số của mô hình để tính toán dòng chảy đến tuyến công trình. III.1.3.1. Tài liệu dùng cho mô hình - Số liệu dòng chảy trung bình tháng trạm Ngọc Thanh từ năm 1967-1980. - Số liệu lượng mưa tháng trạm Vĩnh Yên từ năm 1967-2004. - Số liệu lượng bốc hơi tháng trung bình nhiều năm trạm Vĩnh Yên. III.1.3.2. Xác định bộ thông số mô hình Bộ thông số mô hình được xác định theo số liệu dòng chảy trung bình tháng của trạm Ngọc Thanh từ năm 1967-1980 và số liệu lượng mưa tháng trạm Vĩnh Yên từ năm 1967-1980, số liệu lượng bốc hơi tháng trung bình nhiều năm trạm Vĩnh Yên. - Dòng chảy trung bình tháng trạm Ngọc Thanh (Phụ lục 3-1). - Lượng mưa tháng trạm Vĩnh Yên (Phụ lục 3-2). - Lượng bốc hơi tháng trung bình nhiều năm trạm Vĩnh Yên (Phụ lục 3-3). Hiệu chỉnh mô hình Quá trình hiệu chỉnh mô hình sử dụng 8 năm tài liệu: - Số liệu dòng chảy trung bình tháng của trạm Ngọc Thanh từ năm 1967-1974. - Số liệu lượng mưa tháng trạm Vĩnh Yên từ năm 1967-1974. - Số liệu lượng bốc hơi tháng trung bình nhiều năm trạm Vĩnh Yên. Lập file hiệu chỉnh 8NAMVY.DAT và tiến hành chạy hiệu chỉnh: Hình 3-5: Hiệu chỉnh bộ thông số Hình 3-6: Kết quả hiệu chỉnh bộ thông số Kết quả tính chỉ tiêu NASH-SUTERLIFE đạt 81.8 % như vậy tương quan giữa dòng chảy mô phỏng và dòng chảy thực đo được coi là chặt chẽ. Đặt tên bộ thông số là TSVY.PAR. Kiểm định mô hình Quá trình kiểm định mô hình sử dụng 6 năm tài liệu: - Số liệu dòng chảy trung bình tháng của trạm Ngọc Thanh từ năm 1975-1980. - Số liệu lượng mưa tháng trạm Vĩnh Yên từ năm 1975-1980. - Số liệu lượng bốc hơi tháng trung bình nhiều năm trạm Vĩnh Yên. Lập file kiểm định 6NAMVY.DAT và tiến hành chạy kiểm định bộ thông sô . TSVY.PAR Kết quả kiểm định như sau: Hình 3-7: Kết quả chỉ số NASH phần kiểm định Chỉ tiêu NASH-SUTERLIFE đạt 80.1 %. Nhận xét: Cả 2 phần hiệu và kiểm định kết quả tính chỉ tiêu NASH-SUTERLIFE đều đạt >80% như vậy có thể dùng bộ thông số TSVY.PAR để khôi phục dòng chảy tháng của lưu vực tính đến hồ chứa Xạ Hương. Bộ thông số TSVY.PAR: Bảng 3-1: Bộ thông số mô hình TSVY.PAR A1 A2 B1 C1 D1 Ao Bo Co Do 0.44 0.3 0.2 0.2 0.1 0.2 0.47 0.4 0.35 HA1 HA2 HB HC HD HS PS SS XA 90 250 100 140 100 2000 50 10 20 XS XB XC XD R1 R2 HR XR KXF 10 10 10 400 0.38 0.38 60 30 1.0 WX(Kp=1) 1.00 III.1.3.3. Tính toán dòng chảy đến hồ Xạ Hương Sử dụng bộ thông số TSVY.PAR (Bảng 3-1) kết hợp với lượng mưa tháng trạm Vĩnh Yên (1981-2004) và lượng bốc hơi tháng trung bình nhiều năm trạm Vĩnh Yên để tính toán dòng chảy đến hồ Xạ Hương. Kết quả tính toán dòng chảy được thể hiện trong bảng Phụ lục 3-4. Quá trình tính toán dòng chảy sẽ được tiến hành như trong trường hợp có số liệu thực đo. III.2. Tính toán dòng chảy III.2.1. Tính toán dòng chảy năm III.2.1.1. Dòng chảy năm Dòng chảy năm là trị số lưu lượng nước chảy qua mặt cắt khống chế của lưu vực tính trung bình trong một năm. Lượng dòng chảy năm trong lưu vực luôn luôn thay đổi, sự thay đổi đó mang hai tính chất: - Tính chất chu kỳ thể hiện trong từng năm bởi hai mùa lũ và mùa cạn - Trong nhiều năm nó cũng tạo thành thời kỳ nhiều nước, nước trung bình và ít nước kề nhau, tuy nhiên điều này thể hiện không rõ ràng lắm. Dòng chảy chính là kết quả của sự tổ hợp nhiều yếu tố mức độ ảnh hưởng khác nhau. Có những nhân tố ảnh hưởng trực tiếp như mưa và các đặc trưng lưu vực, có những nhân tố ảnh hưởng gián tiếp như; to,Z, điah hình . . . nhìn chung có thể chia các nhân tố ảnh hưởng theo nhiều cách. Có thể chia thành hai loại nhân tố thiên nhiên và nhân tố hoạt động kinh tế con người. a. Khái niệm chuẩn dòng chảy năm Chuẩn dòng chảy năm hay còn gọi là dòng chảy chuẩn: là trị số trung bình của đặc trưng dòng chảy năm trong thời kỳ nhiều năm đã tiến tới ổn định, với điều kiện cảnh quan địa lý, điều kiện địa chất không thay đổi và không kể đến sự thay đổi quy luật tự nhiên của dòng chảy do các hoạt động dân sinh kinh tế của con người. Chuẩn dòng chảy năm là giá trị quan trọng có ý nghĩa trong tính toán thuỷ văn thiết kế các công trình thuỷ lợi. Nó là giá trị đặc trưng cho trữ lượng tài nguyên nước của một lưu vực. Chuẩn dòng chảy năm là một thành phần quan trọng trong phương trình cân bằng nước. Nó là cơ sở cho phép ta xác định các đặc trưng khác như dòng chảy năm, dòng chảy mùa hay dòng chảy tháng. b. Các đặc trưng biểu thị của chuẩn dòng chảy năm Chuẩn dòng chảy năm có thể biểu thị dưới các hình thức: - Lưu lượng dòng chảy chuẩn Q 0 (m3/s.), - Tổng lượng dòng chảy chuẩn W0 (m3/ năm, km3/năm), - Mô đuyn dòng chảy chuẩn M0 ( l/s.km2), - Lớp nước dòng chảy chuẩn Y0 ( mm/năm). Chuẩn dòng chảy năm biểu thị dưới hình thức mô đuyn dòng chảy bình quân năm hay lớp nước dòng chảy bình quân năm không phụ thuộc vào diện tích lưu vực, cũng như các thành phần khí hậu khác (mưa - X, bốc hơi - Z) biến đổi nhịp nhàng theo lãnh thổ nên có thể biểu thị bằng bản đồ đẳng trị. Các đặc trưng chuẩn dòng chảy năm: Từ tài liệu dòng chảy đến khu vực hồ Xạ Hương (Phụ lục 3-4) tính toán các đặc trưng chuẩn dòng chảy năm: Do chuỗi dòng chảy đã đã khôi phục được là 38 năm nên chọn n là số năm quan trắc dòng chảy năm, ở đây n=38. (m3/s) Trong đó: - Qo là chuẩn dòng chảy năm. - Qi là lưu lượng dòng chảy trung bình của năm thứ i. Các đặc trưng biểu thị chuẩn dòng chảy năm như Bảng 3-2. Bảng 3-2: Các đặc trương của chuẩn dòng chảy năm. Đặc trưng Qo(m3/s) Wo(m3) Mo(l/s.km2) Yo(mm) Giá trị 0.43 13440220.7 17.8 560 Sai số của chuẩn dòng chảy năm Chuẩn dòng chảy năm khác với trị trung bình thực 1 đại lượngnào đó. Nghĩa là: Trong đó: - Q0n: là giá trị bình quân của chuỗi n năm - Q0N: là giá trị bình quân của chuỗi N năm - : là sai số quân phương của trị trung bình n năm và bằng: - : là độ lệch quân phương của toàn liệt hình thành từ các giá trị dòng chảy năm riêng lẻ Qi so với trị số dòng chảy năm trung bình của n năm hoặc từ bình quân của tổng độ lệch bình phương của các số hạng chuỗi dòng chảy năm Qi so với giá trị trưng bình - Tính sai số chuẩn dòng chảy (Phụ lục 3-5). xác định theo công thức: - Để so sánh mức độ chính xác việc xác định chuẩn dòng chảy năm, người ta dùng giá trị tương đối của sai số quân phương, nghĩa là biểu thịbằng % của Q0n. Như vậy sẽ nhận được sai số quân phương tương đối: Như vậy với khá lớn điều đó cho thấy sai số khá lớn khi tính chuẩn dòng chảy năm. III.2.1.2. Lượng dòng chảy năm thiết kế Lượng dòng chảy năm thiết kế là lượng dòng chảy năm ứng với 1 tần suất thiết kế nào đó. Đế tính được lượng dòng chảy năm thiết kế cần xác định được các tham số thống kê của chuỗi đặc trưng dòng chảy năm. Có thể vẽ đường tần suất lý luận và xác định các tham số thống kê của chuỗi dòng chảy năm bằng 1 trong các phương pháp: - Phương pháp Mômen. - Phương pháp bộ thích hợp. - Phương pháp bộ ba điểm. - Phương pháp phần mềm. Để thuận lợi, sử dụng phương pháp phần mềm FFC 2008 để vẽ đường tần suất lượng dòng chảy năm khu vực hồ Xạ Hương (Phụ lục 3-6) và xác định lượng dòng chảy năm ứng với tần suất thiết kế, kết quả như sau: Các đặc trưng thống kê và lượng dòng chảy năm ứng với tần suất thiết kế dòng chảy năm đế hồ Xạ Hương như sau: Bảng 3-3: Lưu lượng dòng chảy năm ứng với các tần suất thiết kế khu vực hồ Xạ Hương Đặc trưng QTB (m³/s) CV CS P = 25% P = 50% P = 75% Giá trị 0.43 0.42 0.58 0.54 0.41 0.30 III.2.2. Phân phối dòng chảy năm III.2.2.1. Phân mùa dòng chảy Ở nước ta (xét về lượng) chia thành 2 mùa rõ rệt: mùa mưa nhiều (mùa mưa) và mùa mưa ít (mùa khô) tương ứng là dòng chảy mùa lũ và mùa cạn. Thông thường người ta dùng chỉ tiêu vượt trung bình để phân mùa dòng chảy. Mùa lũ bao gồm các tháng liên tục có lượng dòng chảy tháng lớn hơn hoặc bằng 1/12 lượng dòng chảy năm với mức độ ổn định hàng năm lớn hơn 50%. P (Qtb tháng mùa lũ ≥ Qtb năm) ≥ 50% Các bước tiến hành phân mùa dòng chảy: - Đánh dấu những tháng có lưu lượng dòng chảy trung bình tháng lớn hơn lưu lượng dòng chảy trung bình năm (Phụ lục 3-7). - Tính tần suất xuất hiện: P = Số lần lượt x 100% Tổng số năm thống kê - Phân mùa dòng chảy khu vực hồ Xạ Hương. Lựa chon các tháng có P ≥ 50% là các tháng mùa lũ. Theo kết quả bảng phân mùa nhận thấy: Mùa lũ gồm 5 tháng : tháng VI,VII, VIII, IX, X. Mùa cạn là 7 tháng còn lại từ tháng XI năm trước đến tháng V năm sau (Phụ lục 3-8). Lượng dòng chảy năm, mùa lũ, mùa cạn và tỷ lệ lượng dòng chảy mùa lũ mùa cạn như (Phụ lục 3-9). III.2.2.2. Mô hình phân phối dòng chảy trung bình Đối với dòng chảy năm ngoài sự phân mùa ta thấy trong từng mùa dòng chảy các tháng cũng biến đổi. Để nghiên cứu ứng dụng phân phối dòng chảy các tháng trong năm, ta có thể tiến hành theo hai hướng: nghiên cứu mô hình dòng chảy trung bình nhiều năm và mô hình dòng chảy năm thiết kế. Phân phối dòng chảy trung bình nhiều năm cho thấy sự thay đổi của lượng dòng chảy trong năm trung bình nhiều năm, đồng thời có thể so sánh một cách tương đối lượng dòng chảy giữa các vùng. Từ số liệu dòng chảy đến khu vực hồ Xạ Hương theo năm thủy văn (Phụ lục 3-8) xác định lượng dòng chảy trung bình tháng trong nhiều năm và vẽ phân phối lượng dòng chảy trung bình tháng trung bình nhiều năm. Lượng dòng chảy trung bình tháng trong nhiều năm tính theo công thức: Trong đó QTB: lượng dòng chảy trung bình tháng trong nhiều năm. Qi: lượng dòng chảy trung bình tháng thứ i. Bảng 3-4: Lượng dòng chảy trung bình tháng trong nhiều năm Tháng VI VII VIII IX X XI XII I II III IV V Năm Q (m3/s) 0.62 0.98 1.18 0.97 0.52 0.23 0.09 0.06 0.04 0.03 0.07 0.21 0.43 Tỷ lệ (%) 12.4 19.5 23.5 19.4 10.4 4.6 1.9 1.2 0.8 0.7 1.4 4.2 100 Qua các bảng và mô hình phân phối lượng dòng chảy trung bình tháng ta thấy phân phối dòng chảy trong năm rất không đều. Lượng dòng chảy trong 5 tháng mùa lũ chiếm khoảng 85.2% lượng dòng chảy cả năm còn mùa cạn chỉ chiếm khoảng 14.8% lượng dòng chảy cả năm. Trong đó lượng dòng chảy tháng VIII là lớn nhất và lượng dòng chảy nhỏ nhất là tháng III. Riêng tháng IV là tháng cuối mùa cạn có lượng dòng chảy khá lớn chiếm khoảng 4.2% lượng dòng chảy cả năm. Phân phối lượng dòng chảy trung bình tháng trung bình nhiều năm. Hình 3-8: Mô hình Phân phối lượng dòng chảy trung bình tháng III.2.2.3. Mô hình phân phối dòng chảy theo phương pháp năm đại biểu Mô hình dòng chảy năm trung bình nhiều năm có nhược điểm là mô hình ảo không xảy ra đúng với thực tế, mặt khác với yêu cầu dùng nước thì nó chỉ nêu lên được tính trung bình còn đối với những năm ít nước ta không lường được. Để khắc phục nhược điểm trên đáp ứng với yêu cầu dùng nước ta tiến hành tính phân phối theo năm thiết kế. Phương pháp năm đại biểu là phương pháp lựa chọn một mô hình dòng chảy năm đại biểu thực tế rồi thu phóng thành mô hình phân phối dòng chảy năm thiết kế. Các bước tính toán phân phối dòng chảy: - Xác định lượng dòng chảy năm ứng với tần suất thiết kế. Vẽ đường tần suất lượng dòng chảy năm thiết kế (Phụ lục 3-10) được các đặc trưng thống kê: WTB = 5.02 m³/s.tháng, CV = 0.39, CS = 0.72 Lượng dòng chảy năm ứng với tần suất thiết kế: WP = 25% = 6.17 m3/s.tháng; WP = 50% = 4.78 m3/s.tháng; WP = 75% = 3.59 m3/s.tháng; - Chọn mô hình năm đại biểu theo 3 yêu cầu: Đã đo đạc, thu thập số liệu đầy đủ, có lượng dòng chảy năm bằng hoặc gần bằng lượng dòng chảy năm ứng với tần suất thiết kế và có mô hình phân phối bất lợi cho công trình. + Năm đại biểu nhiều nước (P=1-33%) là năm có lượng dòng chảy năm lớn và phải có Wn~ WnP (hay Qn~Qnp). Lượng dòng chảy lũ lớn, thời gian lũ dài. + Năm đại biểu nước trung bình (P = 34-66%) là năm có Wn~ WnP (hay Qn~Qnp) và mô hình phân phối dòng chảy trong năm đại biểu phải tương tự như mô hình phân phối dòng chảy bình quân nhiều năm. + Năm đại biểu năm ít nước (P = 67-99%) là năm có Wn~ WnP (hay Qn~Qnp), trong năm mùa cạn có dòng chảy nhỏ và thời gian kéo dài. Từ tài liệu dòng chảy tháng và lượng dòng chảy năm thiết kế, căn cứ theo các yêu cầu trên chọn các năm đại biểu như sau: Năm đại biểu nhiều nước P = 25% chọn năm 1973 – 1974 có tổng lượng dòng chảy năm 6.49 m³/s.tháng xấp xỉ với tổng lượng dòng chảy năm thiết kế và có phần bất lợi vì mùa lũ lớn và mùa cạn nhỏ kéo dài. Năm đại biểu nước trung bình P = 50% chọn năm 1993-1994 có tổng lượng dòng chảy năm 4.79 m³/s.tháng xấp xỉ với tổng lượng dòng chảy năm trung bình. Năm đại biểu ít nước P = 75% chọn năm 1977-1978 có tổng lượng dòng chảy năm 3.47 m³/s.tháng xấp xỉ với tổng lượng dòng chảy năm thiết kế và có phần bất lợi vì mùa lũ lớn và mùa cạn nhỏ kéo dài. - Tính hệ số thu phóng K theo công thức: - Tính phân phối dòng chảy các tháng trong năm thiết kế: Từ lưu lượng dòng chảy trung bình tháng của năm đại biểu nhân với hệ số K tương ứng với tần suất thiết kế được phân phối dòng chảy năm thiết kế. Bảng 3-5: Mô hình phân phối dòng chảy năm thiết kế khu vực hồ Xạ Hương Tháng VI VII VIII IX X XI XII I II III IV V Năm Tần suất thiết kế P = 25% QĐB (m3/s) 0.87 0.93 1.39 2.61 0.49 0.07 0.03 0.02 0.02 0.01 0.04 0.01 0.54 γ % 13.4 14.3 21.4 40.2 7.6 1.1 0.5 0.3 0.3 0.2 0.6 0.2 100 QP (m3/s) 0.83 0.88 1.32 2.48 0.47 0.07 0.03 0.02 0.02 0.01 0.04 0.01 0.51 Tần suất thiết kế P = 50% QĐB (m3/s) 0.33 0.62 1.14 1.48 0.40 0.16 0.09 0.06 0.04 0.02 0.02 0.43 0.40 γ % 7.0 12.9 23.8 30.9 8.3 3.3 2.0 1.2 0.8 0.5 0.3 9.0 100 QP (m3/s) 0.33 0.62 1.14 1.48 0.40 0.16 0.09 0.06 0.04 0.02 0.02 0.43 0.40 Tần suất thiết kế P = 75% QĐB (m3/s) 0.02 1.35 0.67 0.46 0.30 0.17 0.10 0.06 0.03 0.04 0.05 0.22 0.29 γ % 0.6 38.9 19.3 13.3 8.6 4.9 2.9 1.7 0.9 1.2 1.4 6.3 100 QP (m3/s) 0.02 1.39 0.69 0.47 0.31 0.18 0.10 0.06 0.03 0.04 0.05 0.23 0.30 Đối với mô hình phân phối dòng chảy năm thiết kế năm nhiều nước nhận thấy lượng dòng chảy mùa lũ lớn chiếm 96.9% lượng dòng chảy cả năm còn mùa cạn lượng dòng chảy chỉ chiếm 3.1%. Như vậy đảm bảo được yêu cầu chọn năm đại biểu. Đối với mô hình phân phối dòng chảy năm thiết kế năm nước trung bình nhận thấy mô hình phân phối dòng chảy năm giống với mô hình phân phối dòng chảy trung bình nhiều năm. Như vậy đã phù hợp với yêu cầu chọn năm đại biểu. Đối với mô hình phân phối dòng chảy năm thiết kế năm ít nước nhận thấy lượng dòng chảy mùa cạn nhỏ và thời gian mùa cạn kéo dài từ tháng XII đến tháng VI năm sau. Như vậy đảm bảo được yêu cầu chọn năm đại biểu. - Phân phối dòng chảy các tháng trong năm thiết kế Hình 3-9: Mô hình phân phối dòng chảy năm thiết kế năm nhiều nước khu vực hồ Xạ Hương Hình 3-10: Mô hình phân phối dòng chảy năm thiết kế năm nước trung bình khu vực hồ Xạ Hương Hình 3-11: Mô hình phân phối dòng chảy năm thiết kế năm ít nước khu vực hồ Xạ Hương III.2.3. Tính toán dòng chảy lũ Dòng chảy lũ sinh ra do các trận mưa rào hay các trận mưa dài gây nên. Dòng chảy lũ quyết định những nét tổng quát về chế độ dòng chảy của một con song hay một vùng thủy năn nào đó. Lưu lượng lớn nhất của các song suối trong năm là giá trị lưu lượng đỉnh lũ lớn nhất tức thời quan trắc được trong thời gian lũ. Dòng chảy lớn nhất là một đặc trưng quan trọng của dòng chảy sông ngòi, rất cần thiết trong việc thiết kế các công trình trên sông phục vụ cho thuỷ lợi, giao thông vận tải và các ngành kinh tế khác. Dòng chảy lũ là kết quả tác động của nhiều nhân tố, những nhân tố này rất đa dạng và có mức độ ảnh hưởng khác nhau. Những nhân tố chính gây ra lũ của lưu vực nghên cứu bao gồm - Nhóm nhân tố khí hậu: Trong đó mưa là nhân tố quan trọng nhất có mức độ ảnh hưởng lớn nhất tới dòng chảy lũ - Nhóm nhân tố mặt đệm: Nhóm này bao gồm hồ ao,đầm lầy, thảm phủ thực vật và địa chất thổ nhưỡng, diện tích lưu vực, địa hình lưu vực, dạng mạng lưới sôn