Nghiên cứu công nghệ điều hành liên hồ chứa đảm bảo ngăn lũ, chậm lũ, an toàn vận hành hồ chứa và sử dụng hợp lý tài nguyên nước về mùa kiệt lưu vực sông ba

BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

CHƯƠNG TRÌNH KHCN CẤP NHÀ NƯỚC KC. 08
“Khoa học và công nghệ phục vụ phòng tránh thiên tai, bảo vệ môi trường
và sử dụng hợp lý tài nguyên thiên nhiên”. Mã số KC08/06-10


BÁO CÁO TỔNG HỢP
KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CÔNG NGHỆ ĐIỀU HÀNH
HỆ THỐNG LIÊN HỒ CHỨA ĐẢM BẢO NGĂN LŨ, CHẬM LŨ,
AN TOÀN VẬN HÀNH HỒ CHỨA VÀ SỬ DỤNG HỢP LÝ
TÀI NGUYÊN NƯỚC VỀ MÙA KIỆT LƯU VỰC SÔNG BA
Mã số: KC.08.30/06-10


Cơ quan chủ trì đề tài: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
Chủ nhiệm đề tài: PGS.TS. Nguyễn Hữu Khải


8884


H
à

N
ộ
i - 2
0
11



BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

CHƯƠNG TRÌNH KHCN CẤP NHÀ NƯỚC
“Khoa học và công nghệ phục vụ phòng tránh thiên tai, bảo vệ môi trường
và sử dụng hợp lý tài nguyên thiên nhiên”. Mã số KC08/06-10

BÁO CÁO TỔNG HỢP
KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CÔNG NGHỆ ĐIỀU HÀNH
HỆ THỐNG LIÊN HỒ CHỨA ĐẢM BẢO NGĂN LŨ, CHẬM LŨ,
AN TOÀN VẬN HÀNH HỒ CHỨA VÀ SỬ DỤNG HỢP LÝ
TÀI NGUYÊN NƯỚC VỀ MÙA KIỆT LƯU VỰC SÔNG BA

Mã số: KC.08.30/06-10

Chủ nhiệm đề tài Cơ quan chủ trì đề tài


PGS.TS. Nguyễn Hữu Khải Bùi Duy Cam
Ban chủ nhiệm chương trình KC08 Văn phòng các Chương trình

Trần Đình Hợi Đỗ Xuân Cương


Hà Nội - 2011

MỤC LỤC

NỘI DUNG
Các chữ viết tắt
Danh mục bảng
Danh mục hình
CHƯƠNG I: MỞ ĐẦU
1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỀ TÀI

1.1.1. Tên đề tài

1.1.2. Mục tiêu của đề tài
1.1.3. Phạm vi nghiên cứu
1.1.4. Phương pháp nghiên cứu
1.1.5. Danh sách tập thể và cá nhân tham gia thực hiện đề tài
1.2 TỔNG QUAN VỀ CÁC NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN ĐIỀU
TIẾT HỒ CHỨA

1.2.1. Các nghiên cứu ở nước ngoài
1.2.2. Các nghiên cứu ở trong nước
1.3. NGHIÊN CỨU VẬN HÀNH HỆ THỐNG HỒ CHỨA SÔNG
BA

1.3.1. Các nghiên cứu về lưu vực và hồ chứa sông Ba
1.3.2. Các vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu
CHƯƠNG II: ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN VÀ XÃ HỘI LƯU
VỰC SÔNG BA
2.1. ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN
2.1.1. Vị trí địa lý
2.1.2. Đặc điểm địa hình
2.1.3. Đặc điểm địa chất, thổ nhưỡng
2.1.4. Đặc đ
iểm thảm phủ thực vật
TRANG
5
6
10
15
17
17
17
18
18
18

21
21
34

36
36
42

46
46
46
46
48
50

2.1.5. Đặc điểm khí hậu
2.1.6. Đặc điểm thủy văn
2.2. ĐIỀU KIỆN KINH TẾ-XÃ HỘI
2.2.1. Hiện trạng phát triển kinh tế-xã hội
2.2.2. Phương hướng phát triển kinh tế-xã hội
2.3. HỆ THỐNG HỒ CHỨA – VAI TRÒ VÀ MỤC TIÊU
2.3.1. Hệ thống liên hồ chứa sông Ba
2.3.2. Đánh giá vai trò của các hồ chứa sông Ba
2.3.3. Đánh giá m
ục tiêu của các hồ chứa sông Ba
2.3.4. Đánh giá quy trình vận hành của các hồ chứa sông Ba
CHƯƠNG III: XÂY DỰNG QUY TRÌNH VẬN HÀNH MÙA
LŨ LIÊN HỒ CHỨA SÔNG BA
3.1. YÊU CẦU XÂY DỰNG QUY TRÌNH VẬN HÀNH LIÊN
HỒ SÔNG BA MÙA LŨ
3.1.1. Đặc điểm mưa lũ sông Ba
3.1.2. Tình hình ngập lụt và thiệt hại do lũ ở sông Ba
3.1.3. Điều hành hồ chứa sông Ba trong đợt lũ tháng XI năm 2009
3.2. CƠ SỞ KHOA HỌC C
ỦA VIỆC XÂY DỰNG QUY TRÌNH
VẬN HÀNH LIÊN HỒ SÔNG BA MÙA LŨ
3.2.1. Lựa chọn phương pháp và kỹ thuật điều hành cho sông Ba
3.2.2. Xác định đầu vào cho hệ thống hồ chứa sông Ba

3.2.3. Xác định các ràng buộc trong vận hành hệ thống hồ chứa
sông Ba
3.2.4. Mô phỏng vận hành liên hồ chứa sông Ba
3.2.5. Diễn toán lũ về hạ lưu
3.3. ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH VẬN HÀNH MÙA LŨ
3.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3
51
59
69
69
75
80
80
82
83
83

88

88
88
90
93

95
95
97

109
112

133
144
148

CHƯƠNG IV: XÂY DỰNG QUY TRÌNH VẬN HÀNH LIÊN
HỒ CHỨA SÔNG BA MÙA KIỆT
4.1. TÌNH HÌNH CẠN KIỆT NGUỒN NƯỚC SÔNG BA
4.1.1. Đặc điểm mùa cạn sông Ba
4.1.2. Phân vùng sử dụng nước
4.1.3. Khả năng cấp nước lưu vực sông Ba
4.2. CƠ SỞ KHOA HỌC XÂY DỰNG QUY TRÌNH VẬN HÀNH
MÙA KIỆT LIÊN HỒ CHỨA SÔNG BA
4.2.1. Thiết lập bài toán điều hành mùa kiệt liên hồ chứa sông Ba
4.2.2. Xác định nhu cầu dùng nướ
c lưu vực sông Ba
4.2.3. Xác định dòng vào liên hồ chưa sông Ba mùa kiệt
4.2.4. Kịch bản vận hành liên hồ chứa sông Ba mùa kiệt
4.2.5. Vận hành mùa kiệt liên hồ chứa sông Ba
4.2.6. Diễn toán dòng chảy về hạ lưu
4.3. XÂY DỰNG QUY TRÌNH VẬN HÀNH LIÊN HỒ SÔNG
BA MÙA KIỆT
4.4. KẾT LUẬNCHƯƠNG 4
CHƯƠNG V: HỆ THỐNG CÔNG NGHỆ VÀ GIẢI PHÁP HỖ
TRỢ ĐIỀU HÀNH
5.1. HỆ THỐNG CÔNG NGHỆ HỖ TRỢ ĐIỀU HÀNH
5.1.1. Thiết lập hệ thống công nghệ

5.1.2. Nghiên cứu ứng dụng mô hình dự báo mưa
5.1.3. Ứng dụng mô hình thủy văn dự báo dòng chảy đến hồ chứa
và khu giữa

5.1.4. Ứng dụng mô hình mô phỏng điều hành liên hồ
5.1.5. Ứng dụng mô hình thuỷ lực diễn toán dòng chảy hạ lưu
5.1.6. Dự báo dòng chảy tháng

149
149
149
151
155

156
156
160
172
186
187
200

203
206

207
207
207
208

216
218
219
222

5.1.7. Nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ liệu của công nghệ vận hành
liên hồ
5.1.8. Nghiên cứu ứng dụng mô hình thủy lực 2 chiều
5.1.9. Mô hình nước dùng
5.2. ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP HỖ TRỢ ĐIỀU HÀNH
5.2.1. Giải pháp trung tâm điều hành
5.2.2. Giải pháp về hệ thống quan trắc khí tượng thuỷ văn và môi
trường
5.2.3. Giải pháp công trình và phi công trình
5.3. K
ẾT LUẬN CHƯƠNG 5
CHƯƠNG 6: CƠ SỞ DỮ LIỆU
6.1. THIẾT KẾ CƠ SỞ DỮ LIỆU
6.1.1. Cấu trúc hệ thống-Giải pháp và yêu cầu kỹ thuật
6.1.2. Thiết kê cơ sở dữ liệu
6.1.3. Giải pháp và yêu cầu kỹ thuật
6.1.4. Xây dựng các mô đun của phần mềm “KC.08.30”
6.1.5. Hướng dẫn cài đặt phần mềm “KC.08.30”
6.2. GIỚI THIỆU TÍNH NĂNG VÀ HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG
PHẦN MỀM
CHƯƠNG 7 : CÁC KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC
7.1. CÁC SẢN PHẨM KHOA HỌC CÔNG NGHỆ
7.1.1. Sản phẩm dạng II
7.1.2. Sản phẩm dạng III
7.2. HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ………………………………
TÀI LIỆU THAM KHẢO …………………………………
PHỤ LỤC ………………………………………………………

225
230
235
241
241

245
249
257
258
258
258
259
261
262
264

269
277
277
277
282
283
285
288
294

CÁC CHỮ VIẾT TẮT
NN&PTNT: Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn
ĐHQG: Đại học Quốc gia
KT-TV-HD: Khí tượng-Thủy văn-Hải dương
ĐHKHTN: Đại học Khoa học tự nhiên
KTTV: Khí tượng-Thủy văn
TW: Trung ương
LP: Quy hoạch tuyến tính
DP: Quy hoạch động
WDP: Quy hoạch động phi tuyến
DPR: Quy hoạch động hồi quy
SPD: Quy hoạch động ngẫu nhiên
KT-XH: Kinh tế-Xã hội
NMTĐ: Nhà máy thủy điện
NLM: Công suất lắp máy
MNDBT: Mực nước dâng bình thường
MNC: Mực nước chết
MNTL: Mực nước trước lũ.
MNĐL: Mực nước đón lũ.
VPL: Dung tích phòng lũ
DBST: Dự báo số trị.

DANH MỤC CÁC BẢNG
Nội dung
Bảng 2.1: Các trạm khí tượng trên lưu vực sông Ba
Bảng 2.2: Đặc trưng nhiệt độ không khí (
o
C) lưu vực Sông Ba…
Bảng 2.3: Đặc trưng độ ẩm không khí (%) lưu vực Sông Ba
Bảng 2.4: Lượng mưa tháng, năm bình quân nhiều năm lưu vực

Sông Ba.
Bảng 2.5: Lượng mưa ngày lớn nhất các trạm lưu vực sông Ba…
Bảng 2.6: Lượng mưa trung bình nhiều năm lưu vực tại các tuyến
công trình
Bảng 2.7: Vận tốc gió ứng với các tần suất tại các trạm trên lưu v
ực
sông Ba
Bảng 2.8: Lượng bốc hơi trung bình tháng trạm khí tượng trên lưu
vực Sông Ba
Bảng 2.9: Phân phối tổn thất bốc hơi lưu vực theo các tuyến công
trình
Bảng 2.10: Đặc trưng hình thái lưu vực sông Ba
Bảng 2.11: Danh sách các trạm thủy văn trên lưu vực sông Ba
Bảng 2.12: Kết quả tính tần suất dòng chảy năm lưu vực sông Ba
Bảng 2.13: Đỉnh lũ lớn nh
ất đã quan trắc tại các trạm thủy văn ……
Bảng 2.14: Tần suất lưu lượng đỉnh lũ tại các trạm thủy văn ………
Bảng 2.15: Dòng chảy kiệt tại các trạm thủy văn
Bảng 2.16:. Dòng chảy kiệt khảo sát tại một số vị trí
Bảng 2.17: Độ đục bùn cát tháng năm bình quân trạm Củng Sơn
Bảng 2.18: Thông số chính của bậc thang hồ chứa sông Ba
Bả
ng 3.1: Thống kê lượng mưa 1, 3 và 5 ngày lớn nhất
Bảng 3.2: Lưu lượng lũ lớn nhất tại một số trạm trên lưu vực sông
Ba
Trang
51
53
53

56
57

57

58

59

59
60
62
63
66
66
67
67
68
81
88

89

Bảng 3.3: Tổng lượng lũ thực đo lớn nhất thời đoạn tại Củng Sơn
Bảng 3.4: Diện tích và độ sâu ngập lụt ở hạ lưu sông Ba trong trận
lũ X/1993
Bảng 3.5: Thiệt hại do ngập lũ vùng hạ lưu sông Ba
Bảng 3.6: So sánh lũ XI/2009 với lũ lịch sử X/1993 và các con lũ
lớn khác.
Bảng 3.7: Tổng hợp thiệt hại do bão số

11/2009 gây ra tại các tỉnh
Trung
Bảng 3.8: Lưu lượng đỉnh lũ thiết kế tuyến công trình
Bảng 3.9: Kết quả tính tổng lượng lũ thiết kế ứng với các tần suất
Bảng 3.10: Kết quả tính toán PMP cho lưu vực sông Ba thời đoạn
24h
Bảng 3.11: Kết quả tính toán PMF cho lưu vực sông Ba
Bảng 3.12: Phân tích đồng bộ lũ giữa trạm Củng Sơ
n và trạm Sông
Hinh ….
Bảng 3.13: Một số mực nước đặc trưng tại các hạ lưu sông Ba
Bảng 3.14:. Mực nước trước lũ cho phép
Bảng 3.15: Các cấp báo động lũ
Bảng 3.16: Ngưỡng bắt đầu xả nước
Bảng 3.17: Các kịch bản vận hành liên hồ chứa sông Ba
Bảng 3.18: So sánh Q Củng Sơn vận hành lũ thực tế
Bảng 3.19:. So sánh Q Củng Sơn vận hành lũ 5%
Bảng 3.20: Một số ngưỡng lưu lượng Qcắt lũ
Bảng 3.21: So sánh Q Củng Sơn vận hành lũ 5%
Bảng 3.22: So sánh mực nước tại các vị trí khi hồ chứa vận hành lũ
P=5%


90

91
91

93

94
99
100

102
102

104
111
121
121
123
127
130
130
131
133

141



Bảng 3.23: So sánh mực nước tại các vị trí khi hồ chứa vận hành lũ
P=10%
Bảng 3.24: So sánh mực nước tại các vị trí khi hồ chứa vận hành lũ
thực tế
Bảng 3.25: Điện năng các NMTĐ theo PA lựa chọn cho lũ P5%
dạng 1993
Bảng 3.26: Điện năng các NMTĐ theo PA lựa chọn cho lũ P5%
dạng 1988.

Bảng 4.1: Lượng nước thiếu vào mùa khô t
ại các vùng thuộc lưu
vực sông Ba
Bảng 4.2:. Lưu lượng nước sau khi phát điện được chuyển qua sông
Côn
Bảng 4.3: Phân phối theo tháng của lưu lượng nước chuyển qua
sông Bàn Thạch
Bảng 4.4: Thời vụ gieo trồng và thu hoạch của các loại cây trồng….
Bảng 4.5: Quá trình nhu cầu tưới năm 2007 của các vùng sử dụng
nước lưu vực sông Ba
Bảng 4.6: Kết quả d
ự báo phân phối nhu cầu tưới năm 2020 theo
tháng
Bảng 4.7: Nhu cầu nước cho giao thông thủy và bảo vệ môi trường
Bảng 4.8: Cơ cấu dùng nước tổng hợp lưu vực sông Ba năm
2007
Bảng 4.9: Kết quả tính phân phối theo tháng của nhu cầu dùng
nước tổng hợp năm 2007 trên lưu vực sông Ba
Bảng 4.10: Dự báo cơ cấu dùng nước lưu vực sông Ba năm
2020
Bảng 4.11: K
ết quả dự báo phân phối nhu cầu nước tổng hợp năm
2020 theo tháng lưu vực sông Ba

141

141

143

143

154

155

155
161

164

164
166

167

168

170

171

Bảng 4.12: Dòng chảy tháng năm ứng với tần suất các nhóm năm
tại các tuyến đập
Bảng 4.13: Phân mùa dòng chảy tuyến đập Thủy điện Sông Ba Hạ
Bảng 4.14: Phân tích sự đồng bộ dòng chảy kiệt sông Ba ….
Bảng 4.15: Đặc trưng dòng chảy trung bình và nhỏ nhất tháng các
trạm trên lưu vực
Bảng 4.16: Dòng chảy tháng năm ứng với tần suất cạn kiệt 75%
trên hệ thống

Bảng 4.17: Dòng chảy tháng năm ứng với tần suất cạn kiệt 90%
trên hệ thống
Bảng 4.18: Các kịch bản vận hành mùa liệt liên hồ chứa sông Ba
Bảng 4.19: Lưu lượng xả qua các vị trí liên hồ sông Ba
Bảng 4.20: Công suất phát điện (Mw) liên hồ khi vận hành tối ưu
Bảng 4.21: Đặc trưng dòng chảy hạ lưu sông Ba khi điều hành tố
i
ưu liên hồ chứa.
Bảng 5.1: Các tùy chọn tham số hóa vật lý của 3 mô hình nghiên
cứu
Bảng 5.2: Thời gian chảy truyền các đoạn sông trên lưu vực sông
Ba
Bảng 5.3: Kết quả dự báo năm 2009 trên hệ thống sông Ba
Bảng 5.4: Diện tích vùng khống chế 1 trạm đo mưa
Bảng 5.5: Diện tích vùng khống chế 1 trạm thuỷ văn
Bảng 5.6: Di
ện tích các lưu vực trên sông Ba


176
177
179

181

184

185
187
197

199

202

213

216
217
247
248
248



DANH MỤC CÁC HÌNH
Nội dung
Hình 1.1: Biểu diễn dưới dạng đồ thị của diễn toán hồ chứa
Hình 1.2: Sự cần thiết của điều tiết để đáp ứng yêu cầu của xã hội
Hình 1.3: Lưu vực sông Ba và hệ thống hồ chứa
Hình 2.1: Bản đồ lưu vực sông Ba
Hình 2.2: Hồ chứa thủy điện Sông Ba hạ
Hình 2.3: Hồ chứa thủy đi
ện Ayun hạ
Hình 2.4: Hồ chứa thủy điện Sông Hinh
Hình 3.1: Một số hình ảnh ngập lụt hạ lưu sông Ba
Hình 3.2: Đường tần suất Q
max
các trạm TV trên sông Ba
Hình 3.3: Quá trình lũ thiết kế các tuyến đập
Hình 3.4: Lũ tổ hợp thực tế đến hồ chứa năm 1993

Hình 3.5: Lũ tổ hợp thực tế đến hồ chứa năm 1988
Hình 3.6: Lũ tổ hợp thực tế đến hồ chứa năm 1986
Hình 3.7: Lũ tổ hợp đến hồ chứa với P=5% dang lũ năm 1988
Hình 3.8: Lũ tổ hợp đến h
ồ chứa với P=5% dang lũ năm 1993
Hình 3.9: Lũ tổ hợp đến hồ chứa với P=5% dang lũ năm 1986
Hình 3.10: Sơ đồ hệ thống hồ chứa trong bài toán phòng lũ hạ du
Hình 3.11: Sơ đồ tạo kich bản lũ thiết kế hệ thống
Hình 3.12: Quan hệ H
max
Phú Lâm và Q
max
Củng Sơn
Hình 3.13: Nhận dạng ngưỡng lũ để lũ bắt đầu xả nước hồ
Hình 3.14: Sơ đồ hệ thống 5 hồ chứa trên Sông Ba
Hình 3.15: Kết quả hiệu chỉnh mô hình Hec-Ressim tại Củng Sơn
Hình 3.16: Kết quả kiểm định mô hình Hec-Ressim tại Củng Sơn
Hình 3.17: So sánh các phuơng án vận hành lũ 5% dạng 1993


Trang
21
27
39
47
85
85
85
92
98

101
106
107
107
108
108
109
113
115
117
122
124
126
126
129



Hình 3.18: So sánh các phuơng án vận hành lũ 5% dạng 1988 và
1986
Hình 3.19: Quá trình vận hành liên hồ Sông Ba Hạ và sông Hinh với
lũ 1993
Hình 3.20: Hình ảnh phạm vi mô phỏng hạ lưu sông Ba bằng mô hình
1 chiều
Hình 3.21: Mạng sông tính toán
Hình 3.22: Đường quá trình lưu lượng thực đo và tính toán trận lũ
tháng 10-1992
Hình 3.23: Đường quá trình lưu lượng thực đo và tính toán trận lũ
tháng 11-1988
Hình 3.24: Mực nước thuỷ triều tại cửa

Đà Rằng con lũ tháng 10/1993
Hình 3.25: Quá trình lưu lượng tại trạm Củng Sơn và lưu lượng nhập
lưu bên
Hình 3.26: Quá trình mực nước tính toán và thực đo tại Trạm Phú
Lâm
Hình 3.27: Quá trình lưu lượng tại trạm Củng Sơn và lưu lượng nhập
lưu bên
Hình 3.28: Quá trình mực nước tính toán va thực đo của trận lũ tháng
10/1993
Hình 3.29: Quá trình phát đ
iện của các NMTĐ trong điều hành liên hồ
1993
Hình 4.1: Ngã ba sông Hinh-Sông Ba, sau hồ sông Ba hạ
Hình 4.2: Hạ lưu sông Ba, tại Đập Đồng Cam
Hình 4.3: Các vùng sử dụng nước trên lưu vực sông Ba
Hình 4.4: Sơ đồ khối tổng quát bài toán.vận hành mùa kiệt


129

131

133
134

135

136
138

139

139

140

140

142
150
151
152
158


Hình 4.5: Cơ cấu dùng nước lưu vực sông Ba năm 2007
Hình 4.6: Biểu đồ phân phối theo tháng của nhu cầu dùng nước tổng
hợp tại các vùng sử dụng nước trên lưu vực sông Ba
Hình 4.7: Cơ cấu dùng nước lưu vực sông Ba năm 2020
Hình 4.8: Đường tần suất Q năm TV các tuyến đập Sông Ba hạ (a) và
An Khê (b)
Hình 4.9: Đường cong quy tắc khi vận hành tối ưu liên hồ chứa theo
dòng chảy tháng
Hình 4.10:
Đường cong quy tắc chuẩn liên hồ chứa sông Ba bằng tối
ưu hóa
Hình 4.11: Đường cong quy tắc vận hành tối ưu liên hồ mùa kiệt
Hình 4.12: Kết quả tổng hợp vận hành tối ưu liên hồ sông Ba
Hình 4.13:. Biểu đồ mực nước và dung tích hồ vận hành liên hồ mùa
kiệt 1982-1983

Hình 4.14: Biểu đồ công suất mùa kiệt các NMTĐ trên sông Ba
Hình 4.15: Biên thủy triều mùa kiệt tại cửa Đà Rằng
Hình 4.16: Kết qu
ả hiệu chỉnh mô hình thủy lực mùa kiệt 1983
Hình 4.17: Kết quả kiểm định mô hình thủy lực mùa kiệt 1998
Hình 4.18: Đặc trưng dòng chảy hạ lưu sông Ba 1983 điều hành tối ưu
liên hồ chứa
Hình 4.19: Đặc trưng dòng chảy hạ lưu sông Ba 2005 điều hành tối ưu
liên hồ chứa
Hình 5.1: Sơ đồ công nghệ vận hành liên hồ chứa
Hình 5.2: Sơ
đồ tổng quát bộ mô hình nghiệp vụ HRM tại TT DB
KTTV TW
Hình 5.3. Miền tích phân dự báo mưa 5 ngày của các mô hình HRM,
ETA và BOLAM

167

169
170

175

193

194
196
197

198

199
200
201
202

202

203
208

210

212


Hình 5.4: Sơ đồ chuẩn bị số liệu mưa từ mô hình HRM cho tính toán
thuỷ văn
Hình 5.5: Sơ đồ dự báo hệ thống hồ sông Ba hạ
Hình 5.6: Lượng mưa và dòng chảy dự báo con lũ tháng XI/2009
Hình 5.7: Sự tích hợp các Module trong HEC-RESSIM
Hình 5.8: Mạng thủy lực hạ lưu sông Ba
Hình 5.9: Kiểm định lũ tháng 9/2005 tại Phú Lâm
Hình 5.10: Kiểm định lũ ngày 4/11/2009 tại Phú Lâm
Hình 5.11: Màn hình cồng nghệ d
ự báo dòng chảy tháng lưu vực sông
Ba
Hình 5.12: Giao diện quản lý cơ sở dữ liệu vận hành hồ chứa sông
Ba
Hình 5.13: Cấu trúc thư mục phần mềm quản trị CSDL
Hình 5.14: Sơ đồ cấu trúc quản lý dữ liệu động

Hình 5.15: Sơ đồ Phần mềm hoạt động trên máy chủ
Hình 5.16: Sơ đồ Phần mềm hoạt động trên máy khách
Hình 5.17: Mô tả việc trao đổi thông tin giữa 3 mô hình
Hình 5.18: Sơ đồ phác họa phạm vi nghiên cứu thủy lực hạ lưu sông
Ba
Hình 5.19: Phạm vi nghiên cứu mô hình 2 chiều
Hình 5.20: Sơ đồ kết nối M11 và M21 trong MIKE-FLOOD
Hình 5.21: Hình ảnh mức độ ngập lụt lớn nhất 10/93
Hình 5.22: Hình ảnh mức độ ngập lụt lớn nhất 11/88
Hình 5.23
Hình 5.24
Hình 5.25


214
215
217
218
220
222
222

225

226
226
227
228
228
229

231
233
234
234
235
237
237
238


Hình 5.26
Hình 5.27
Hình 5.28
Hình 5.29
Hình 5.30
Hình 5.31
238
239
239
240
246
246

CHƯƠNG I
MỞ ĐẦU
Hiện nay trên các lưu vực miền Trung nói chung và sông Ba nói riêng
hệ thống hồ chứa đang được xây dựng, với nhiệm vụ chủ yếu là phát điện. Do
địa hình dốc, lòng sông hẹp nên khả năng chứa nước của các hồ chứa này
không lớn, do đó khả năng cắt lũ cho hạ lưu không nhiều. Trong những năm
gần đây lũ trên lưu vực sông Ba x
ẩy ra dồn dập, việc vận hành các hồ chứa
sông Ba thực hiện theo các quy trình ban hành riêng cho từng hồ, chưa có sự
liên kết liên hồ và cũng chưa chú trọng đến các thông tin dự báo. Do vậy có
nhiều vấn đề nảy sinh cần được quan tâm. Hơn nữa do sự biến đổi điều kiện
tự nhiên cũng như các hồ chứa tích nước phát điện nên tình hình cạn kiệt trên
sông Ba cũng dần trở
nên gay gắt.
Các hồ chứa sông Ba hiện nay thuộc sự quản lý của nhiều đơn vị và
nhiều địa phương khác nhau. Hồ Ayun Hạ thuộc Bộ NN&PTNN, các hồ khác
thuộc Tập đoàn Điện lực Việt nam. Nhưng ngay các hồ này lại chịu sự quản
lý trực tiếp của các Công ty điện lực khác nhau. Sau khi cổ phần hoá thì mỗi
công ty có cách quản lý và điều hành phục vụ cho lợi ích củ
a riêng mình, dĩ
nhiên là nơi nào cũng muốn đạt sản lượng điện cao nhất, duy trì đầu nước lớn
và luôn giữ mực nước hồ ở mức cao.
Mặt khác các hồ Ayun Hạ và AnKhê-Kanak thuộc địa phận tỉnh Gia
Lai, còn hồ sông Hinh, sông Ba Hạ và KrongHnăng lại thuộc tỉnh Phú Yên và
Đăc Lăc. Khi có lũ, hồ sẽ xả lũ theo nhu cầu riêng của từng địa phương. Khi

đó vùng hạ lưu sông thuộc Phú Yên ph
ải chịu hậu quả.
Trong đợt lũ tháng 11/2009 và tháng 11/2010 vừa qua các hồ vận hành
theo các quy trình được ban hành, trong đó có quy trình liên hồ mới được Thủ
tướng Chính phủ quyết định ban hành tháng 10/2010. Trong trận lũ háng
11/2010, tuy đã có quy trình vận hành liên hồ nhưng vẫn còn rất nhiều khó
khăn khi vận hành thực tế và vẫn còn đó những trăn trở, băn khoăn.

Để có thể cắt lũ tốt hơn thì mực nước trước lũ phải thấp, nói cách khác
là trước khi lũ đến cần xả nước để dung tích trống trong hồ càng nhiều càng
tốt, nhưng khi đó lại có thể tổn thất điện năng. Ở đây lại cần giải quyết bài
toán đa mục tiêu, khi đó mỗi bên cần nhân nhượng lợi ích của mình để đáp
ứng m
ục đích chung. Điện năng có thể giảm đi một chút để tăng cường khả
năng phòng lũ cho hạ lưu. Tuy nhiên giữ mực nước trước lũ là bao nhiêu còn
phụ thuộc vào dự báo mưa lũ. Nếu xả trước nhiều mà lũ về sau nhỏ hoặc
không có lũ thì hồ chứa sẽ thiếu nước, không đủ đầu nước và lưu lượng để
phát điệ
n. Thời điểm xả trước cũng rất quan trọng, nó liên quan đến sản xuất
điện năng và mức độ an toàn cho hạ lưu. Xả sớm quá sẽ giảm đầu nước và
khó khôi phục lại nếu dự báo không chính xác. Nhưng xả muộn quá sẽ gây ra
lũ nhân tạo do lượng xả bổ sung cộng thêm vào lượng dòng chảy lũ cần xả
qua hồ.
Theo Trung tâm dự báo KTTV Trung ương thì sự phố
i hợp giữa Trung
tâm dự báo KTTV Trung ương với các Công ty quản lý hồ cũng như Ban
phòng chống lụt bão các tỉnh còn hạn chế. Với các sông miền Trung thì do địa
hình lưu vực và lòng sông dốc, lũ tập trung nhanh nên thời gian dự kiến cho
dự báo thuỷ văn rất ngắn, chỉ trong vòng 12-24h. Nếu dựa vào đó mà xả để
đưa mực nước trước lũ xuống thấp thì không kịp thời. Muốn tăng thời gian d

ự
kiến cần dự báo mưa. Hiện nay dự báo số trị (định lượng) mưa-lũ, tuy còn
phải hoàn thiện hơn nữa, nhưng cũng đã đạt độ chính xác nhất định, có thể
góp phần điều hành hồ chứa hiệu quả, ví dụ như cho hệ thống hồ chứa ở lưu
vực sông Hồng.
Phòng chống lũ trên các sông miền Trung cần sự kết h
ợp của nhiều giải
pháp, trong đó có điều hành liên hồ chứa. Tuy nhiên điều hành liên hồ chứa
đa mục tiêu là một bài toán phức tạp. Các hồ chứa miền Trung phần lớn là các
hồ chứa thủy điện, dung tích không lớn và mục tiêu phòng lũ chỉ là thứ yếu.
Nhưng nếu có quy trình điều hành liên hồ và có sự phối hợp tốt giữa các địa

phương, cũng như các đơn vị quản lý vì lợi ích chung, đồng thời phối hợp
chặt chẽ với dự báo KTTV thì sẽ nâng cao được khả năng cắt lũ của các hồ
chứa, giảm nhẹ ngập lụt và thiệt hại cho hạ lưu.
Với sự tăng trưởng kinh tế và xã hội, nhu cầu sử dụng nước ngày càng
tăng. Việc tích giữ nước vào mùa kiệt trong các hồ ch
ứa góp phần làm tăng
lượng nước thiếu hụt. Đồng thời việc sử dụng không hợp lý nguồn nước cũng
như những biến đổi của tự nhiên, như biến đổi khí hậu, cũng làm gia tăng khả
năng cạn kiệt nguồn nước trên sông Ba.
Do đó việc xây dựng một quy trình vận hành hệ thống liên hồ chứa
sông Ba cho 2 mùa lũ và kiệt trở nên rất cấp thi
ết.
1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỀ TÀI
1.1.1. Tên đề tài
Nghiên cứu xây dựng công nghệ điều hành hệ thống liên hồ chứa
đảm bảo ngăn lũ, chậm lũ, an toàn vận hành hồ chứa và sử dụng hợp lý tài
nguyên nước về mùa kiệt lưu vực sông Ba
Mã số KC.08.30/06-10

Cơ quan chủ trì thực hiện: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
Địa chỉ: 334 Nguyễn Trãi – Thanh Xuân – Hà Nội
Chủ nhi
ệm Đề tài: PGS.TS Nguyễn Hữu Khải
Thời gian thực hiện: 24 tháng (Từ tháng 01/2009 đến tháng 12/2010)
1.1.2.Mục tiêu của đề tài
- Xây dựng quy trình vận hành liên hồ chứa lưu vực sông Ba.
- Xây dựng hệ thống công nghệ phục vụ điều hành liên hồ chứa lưu vực
sông Ba.
đảm bảo ngăn lũ, chậm lũ và an toàn hồ chứa cũng như sử dụng hiệu
quả nguồn nước cho các m
ục tiêu tổng hợp kinh tế-xã hội và môi trường của
toàn hệ thống, đồng thời đáp ứng mục tiêu cụ thể của từng hồ chứa trong hệ
thống.

1.1.3. Phạm vi nghiên cứu
Khu vực nghiên cứu là lưu vực sông Ba. Đối tượng nghiên cứu là hệ
thống hồ chứa thủy điện trên sông Ba, trong đó có 3 hồ đã hoạt động từ trước
năm 2010 là hồ Ayun hạ (2000), Sông Hinh (2002), Sông Ba hạ (2009), 1 hồ
mới hoạt động là hồ Krông H’năng (2010) và 1 tổ hợp hồ đang xây dựng là
An Khê-Ka Nak.
1.1.4. Phương pháp nghiên cứu
1. Phương pháp khảo sát thực địa, tìm hiểu sâu hơn thự
c tế lưu vực và
tác động của vận hành hồ chứa.
2. Phương pháp chuyên gia, nhằm sử dụng các kiến thức, kinh nghiệm
của các chuyên gia trong và ngoài nước về điều hành hệ thống thông qua các
cuộc hội thảo, trao đổi.
3. Phương pháp thống kê xác suất để xác định các đặc trưng khí tượng
thuỷ văn và môi trường.

4. Phương pháp mô hình toán để mô phỏng hoạt động của hệ thống
cũng nh
ư xây dựng công nghệ diễn toán và dự báo hỗ trợ.
5. Phương pháp phân tích hệ thống coi mỗi hồ chứa là một hệ thống
con trong toàn hệ thống lớn; xem xét tác động của đầu vào đến các hồ chứa và
đầu ra hạ lưu cũng như tương tác với nhau giữa chúng.
1.1.5. Danh sách tập thể và cá nhân tham gia thực hiện đề tài
TT Tên và chức danh Cơ quan Nội dung tham gia
Tập thể
1 Trung tâm Dự báo Khí
tượng Thủy văn trung
ương
Công nghệ phục vụ điều
hành liên hồ
2 Đài Khí tượng Thủy văn
Khu vực Nam Trung Bộ
Khảo sát và đo đạc lưu
lượng và địa hình đáy

sông
3 Công ty cổ phần Tư vấn
Xây dựng điện I
Tính toán các đặc trưng
thủy văn, thủy năng
4 Sở Nông nghiệp & Phát
triển Nông thôn Phú Yên
Hỗ trợ các văn bản , các
định hướng quy hoạch
kinh tế xã hội của các tỉnh
trên lưu vực

Cá nhân
1 Nguyễn Hữu Khải
PGS-TS
Đại học Khoa học Tự
nhiên
Chủ nhiệm đề tài
2 Nguyễn Văn Tuần
PGS-TS
Đại học Khoa học Tự
nhiên
Đánh giá hoạt động hồ
chứa. Xây dựng đường
cong điều phối mùa lũ và
mùa kiệt
3 Trần Ngọc Anh
TS
Đại học Khoa học Tự
nhiên
Nghiên cứu, phân tích,
diễn toán thủy lực mùa lũ,
mùa kiệt
4 Nguyễn Tiền
Giang TS
Đại học Khoa học Tự
nhiên
Xây dựng quy trình vận
hành mùa lũ và mùa kiệt.
5 Nguyễn Lan Châu
TS
Trung tâm Dự báo

KTTV trung ương
Thiết kế công nghệ điều
hành liên hồ. Xây dựng
phầm mềm hỗ trợ điều
hành mùa lũ và kiệt
6 Trịnh Minh Ngọc
ThS
Đại học Khoa học Tự
nhiên
Thư ký đề tài.
Phân tích xác định dòng
chảy môi trường
7 Doãn Kế Ruân Công ty tư vấn xây dựng Tính toán thủy năng, thủy

TS Điện 1 văn công trình
8 Hoàng Minh
Tuyển TS
Viện KTTV-Môi trường Thiết kế quy trình vận
hành mùa lũ, mùa kiệt.
Xác định các ràng buộc
vận hành.
9 Nguyễn Thị Nga
ThS
Đại học Khoa học Tự
nhiên
Phân tích đặc điểm lưu
vực
Tính toán nhu cầu nước
10 Nguyễn Đức Hạnh
NCS

Đại học Khoa học Tự
nhiên
Khảo sát, điều tra. Dự báo
dòng vào hồ chứa. Chế độ
chính sách. Thư ký đề tài
11 Đặng Quý Phượng
ThS
Đại học Khoa học Tự
nhiên
Nhu cầu dùng nước
12 Lê Thị Huệ
ThS
Đài KTTV Đồng bằng
Bắc bộ
Mô hình diễn toán hệ
thống hồ chứa mùa lũ
13 Nguyễn Đăng
Giáp ThS
Viện Khoa học Thủy lợi Khảo sát, điều tra. Giải
pháp công trình
14 Lê Xuân Cầu ThS Bộ Tài nguyên và Môi
trường
Tối ưu hóa vận hành liên
hồ mùa kiệt. Giải pháp
lưới trạm KTTV
15 Hồ Việt Cường
ThS
Viện Khoa học Thủy lợi Phần mềm quản lý cơ sở
dữ liệu

16 Bùi văn Hữu KS Viện Khoa học Thủy lợi Giải pháp công trình và
phi công trình hỗ trợ vận
hành.

1.2. TỔNG QUAN VỀ CÁC NGHIÊN CỨU ĐIỀU TIẾT HỒ CHỨA

1.2.1 Các nghiên cứu ở nước ngoài
Bước đầu là các phương pháp tính toán điều tiết hồ chứa, chủ yếu dựa
vào phương trình cân bằng nước. Ở Liên Xô cũ việc nghiên cứu này được
nhiều nhà khoa học quan tâm như Kritski-Menkel, Xvanhidze, Pleskov,
Gugly, Potapov, Matiski, Ratkovich [59,60,61]. Họ đã nghiên cứu các
phương pháp điều tiết cho các mục đích khác nhau. Phương trình cân bằng
nước có thể được áp dụng cho bất kỳ khoảng thời gian nào. Việc tính toán cân
bằng n
ước trung bình đương nhiên là đơn giản nhất. Các nhân tố bổ sung kể
đến trong tính toán gồm lượng trữ bờ trong thời gian làm đầy hồ chứa, tổn
thất nước do nước và băng để lại trên bờ khi hồ chứa bị rút nước đi và sự hồi
lại của nước này cho hồ chứa sau này
1.2.1.1. Phương pháp diễn toán hồ chứa

Hình 1.1
: Biểu diễn dưới dạng đồ thị của diễn toán hồ chứa
Việc diễn toán dòng chảy (trong đó có sóng lũ) qua một hồ chứa được
gọi là diễn toán hồ chứa. Đó là một phần quan trọng của phân tích hồ chứa mà
những ứng dụng chính của nó là: xác định mực nước lớn nhất trong thời kỳ
thiết kế hồ chứa, thiết kế các công trình xả tràn và cửa xả nước và phân tích
sóng lũ vỡ đập. Một hồ chứa có thể
hoặc được kiểm soát hoặc không được
kiểm soát. Hồ chứa được kiểm soát bởi công trình xả tràn với các khoang tràn
khống chế bằng các cửa van để kiểm soát dòng chảy ra. Công trình xả tràn

Đầu vào Hệ thống Đầu ra

của một hồ chứa không kiểm soát là công trình tràn tự do không có cửa van
để khống chế lượng xả.
Diễn toán hồ chứa đòi hỏi phải biết mối quan hệ giữa cao độ hồ chứa,
lượng trữ và lưu lượng. Mối quan hệ này là một hàm của địa hình vị trí hồ
chứa và các đặc tính của công trình xả nước. Một vài phương pháp diễn toán
sóng lũ qua hồ chứa đã
được xây dựng, dẫn ra trong bảng sau:
Phương pháp đường cong lũy tích, Phương pháp Puls,
Phương pháp Puls cải tiến, Phương pháp Wisler-Brater,
Phương pháp Goodrich, Phương pháp Steinberg,
Phương pháp hệ số.

1.2.1.2. Phương pháp tối ưu hoá
Tối ưu hóa là một khoa học về sự lựa chọn tốt nhất trong một số những
phương án có thể. Động lực trong các mô hình tối ưu hóa là hàm mục tiêu
(hay các hàm trong tối ưu đa mục tiêu). Thuật ngữ nghiệm tối ưu là nghiệm
tốt nhất trong các nghiệm của mô hình toán thỏa mãn tất cả các giả thiết và
ràng buộc, dù được phát biểu hiện hay ẩn có trong quá trình thi
ết lập bài toán.
Rõ ràng, nghiệm tối ưu được chỉ ra bởi mô hình có thể khác so với nghiệm tối
ưu của hệ thống thực sự. Dantzig và Thapa (1997) đã định nghĩa quy hoạch
toán học (hay lý thuyết tối ưu hóa) là “một nhánh của toán học giải quyết các
kỹ thuật để cực đại hóa hay cực tiểu hóa hàm mục tiêu với các ràng buộc về
các biến là tuyến tính, phi tuyến và nguyên”.
Kỹ thuật tối
ưu hoá bằng quy hoạch tuyến tính (LP) và quy hoạch động
(DP) đã được sử dụng rộng rãi trong tài nguyên nước. Loucks và nnk (1981)
đã minh họa áp dụng LP, quy hoạch phi tuyến (WLP) và DP cho tài nguyên

nước [43]. Nhiều tổng quan áp dụng kỹ thuật hệ thống cho bài toán tài nguyên
nước đã được đăng tải nhiều lần, thí dụ như bởi Yakowitz (1982) [43,44],
Yeh (1985) [46], Simonovic (1992) [50]và Wurbs (1993) [57,58]

Young (1967) [43] lần đầu tiên đề xuất sử dụng phương pháp hồi quy
tuyến tính để vạch ra quy tắc vận hành chung từ tối ưu hoá xác định. Phương
pháp mà ông đã dùng được gọi là “quy hoạch động (DP) Monte-Carlo”. Về
cơ bản phương pháp của ông dùng kỹ thuật Monte-Carlo tạo ra một số chuỗi
dòng chảy năm tổng hợp cho sông yêu cầu. Quy trình tối ưu thu được của mỗi
chuỗi dòng chảy nhân tạo sau đ
ó được sử dụng trong phân tích hồi quy để cố
gắng xác định nhân tố ảnh hưởng đến chiến thuật tối ưu. Các kết quả là một
xấp xỉ tốt của quy trình tối ưu thực.
Một mô hình quy hoạch để thiết kế hệ thống kiểm soát lũ hồ chứa đa
mục tiêu đã được phát triển bởi Windsor (1975) [43]. Karamouz và Houck
(1987) [50] đã vạch ra quy tắc vận hành chung khi s
ử dụng DP xác định và
hồi quy (DPR). Mô hình DPR sát nhập thủ tục hồi quy tuyến tính nhiều biến
đã được Bhaskar và Whilach (1980) gợi ý. Quy tắc để điều hành một hệ thống
nhiều hồ chứa cũng được phát triển bởi SDP (quy hoạch động ngẫu nhiên),
yêu cầu mô tả rõ xác suất dòng chảy và hàm tổn thất. Phương pháp này được
Butcher (1971), Louks (1981) [43] và nhiều người khác sử dụng.
Mô hình tối ưu hoá thường được sử d
ụng trong nghiên cứu điều hành
hồ chứa sử dụng dòng chảy dự báo như đầu vào. Datta và Bunget (1984)
[46,57] vạch ra một chính sách điều hành hạn ngắn cho hồ chứa đa mục tiêu
từ một mô hình tối ưu hoá với mục tiêu cực tiểu hóa tổn thất hạn ngắn.
Nghiên cứu chỉ ra rằng khi có một sự nhân nhượng chịu một đơn vị độ lệch
lượng trữ
và một đơn vị độ lệch lượng xả từ các giá trị đích tương ứng thì

phép giải tối ưu hoá phụ thuộc vào dòng chảy tương lai bất định cũng như
hình dạng hàm tổn thất.
Áp dụng mô hình tối ưu hoá cho điều hành hồ chứa đa mục tiêu là khá
khó khăn. Sự khó khăn trong áp dụng bao gồm phát triển mô hình, huấn luyện
nhân lực, chi phí giải (bao gồm đầy đủ
cả điều kiện thủy văn tương lai bất
định, sự bất lực để xác định và định lượng tất cả các mục tiêu và sự cần thiết