Tính toán điều tiết hệ thống hồ chứa phục vụ quy trình vận hành hệ thống sông hồng

Bộ Khoa học và công nghệ

Bộ NN và PT nông thôn
Trờng đại học thủy lợi



TI KHOA HC CP NH NC

NGHIấN CU C S KHOA HC
V THC TIN IU HNH CP NC
MA CN CHO NG BNG SễNG HNG




Báo cáo đề tài nhánh

tính toán điều tiết hệ thống hồ chứa
phục vụ nghiên cứu quy trình
điều hành hệ thống


Chủ nhiệm đề tài: GS.TS. Lê Kim Truyền
Chủ nhiệm chuyên đề: GS.TS. Hà Văn Khối

6757-5
12/3/2008




Hà Nội, tháng 12 năm 2007



Danh s¸ch nh÷ng ng−êi tham gia thùc hiÖn chÝnh ®Ò tµi nh¸nh


TT Họ và tên Đơn vị Chức danh Thành viên
1 Hµ V¨n Khèi
ĐHTL GS.TS Chủ nhiệm
đề tài nhánh
2 Hồ Sĩ Dự ĐHTL PGS.TS Tham gia
3 Nguyễn Thị Thu Nga ĐHTL Th.S Tham gia
4 Vũ Thị Minh Huệ ĐHTL KS. Tham gia
5 Phạm Văn Chiến ĐHTL KS Tham gia

Lời nói đầu

Đề tài nhánh Phân tích và xử lý số liệu thủy văn là đề tài số 1 trong
tổng số 11 đề tài nhánh của đề tài nghiên cứu khoa học độc lập cấp nhà nớc
Nghiên cứu cơ sở khoa học và thực tiễn điều hành cấp nớc cho mùa cạn đồng
bằng sông Hồng Đề tài nhánh thực hiện các nội dung chính sau:
- Thu thập, phân tích, xử lý các số liệu khí tợng thủy văn
- Các tài liệu về quy hoạch và dân sinh, kinh tế
- Các tài liệu địa hình
- Các tài liệu thủy văn quan trắc tại các tuyến công trình
Các nội dung trên đợc phân tích, trình bày cụ thể trong nội dung của bốn
chuyên đề thành phần thể hiện trong báo cáo này.
Đề mục nghiên cứu không thể triển khai thành công và đạt đợc kết quả
nếu thiếu sự động viên và chỉ đạo của Bộ Khoa học và Công nghệ, Bộ Nông
nghiệp và Phát triển nông thôn, Trờng Đại học Thủy lợi, Ban chủ nhiệm đề
tài, Phòng Quản lý khoa học, khoa Thủy văn Tài nguyên nớc. Thay mặt
cho nhóm nghiên cứu, chúng tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc.
Nhóm thực hiện chuyên đề xin bày tỏ lòng biết ơn đến Trung tâm t liệu,
Cục mạng lới, Trung tâm Khí tợng thủy văn Quốc gia, Đài Khí tợng thủy

văn Đông Bắc và rất nhiều cơ quan liên quan đã giúp chúng tôi thực hiện tốt
việc thu thập, phân tích và xử lý số liệu.
Do thời gian và trình độ có hạn, những kết quả nghiên cứu đạt đợc chắc
còn nhiều hạn chế, cha đáp ứng đầy đủ yêu cầu của thực tế. Tập thể tác giả
mong tìm đợc sự cảm thông và nhất là sự góp ý cho những công tác nghiên cứu
tiếp của đông đảo các chuyên gia trong và ngoài ngành, các bạn đồng nghiệp
cùng các độc giả đọc báo cáo này.
Xin chân thành cám ơn.
Hà nội ngày 30 tháng 10 năm 2007






1
CHƯƠNG I
GIỚI THIỆU CHUNG
1.1. KHÁI QUÁT CHUNG VỀ LUU VỰC SÔNG HỒNG 3
1.2. HỆ THỐNG HỒ CHỨA TRÊN SÔNG CHÍNH 5
1.2.1. Hồ chứa thủy điện Hòa Bình 5
1.2.2. Hồ chứa thủy điện Thác Bà 6
1.2.3. Hồ chứa thủy điện Tuyên Quang 6
1.2.4. Hồ chứa thủy điện Sơn La 7
1.3. NHIỆM VỤ TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT DÒNG CHẢY 7
CHƯƠNG II
PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT DÒNG CHẢY CHO
HỆ THỐNG HỒ CHỨA VÀ XÂY DỰNG BIỂU ĐỒ ĐIỀU PHỐI
2.1. MỞ ĐẦU 8
2.2. NGUYÊN LÝ CHUNG 8

2.3. PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT PHÁT ĐIỆN CHO HỒ CHỨA ĐỘC
LẬP PHÁT ĐIỆN, CẤP NƯỚC THEO CÔNG SUẤT CHO TRƯỚC 9
2.4. PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT PHÁT ĐIỆN CHO HỆ THÓNG HỒ
CHỨA BẬC THANG – CHUƠNG TRÌNH TN2 10
2.5. PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT LẬP BIỂU ĐỒ ĐIỀU PHỐI HỒ
CHỨA – CHUƠNG TRÌNH DIEUPHOI 14
2.5.1. Biểu đồ điều phối 14
2.5.2. Vẽ đường hạn chế cấp nước và đường phòng phá hoại hồ chứa điều tiết năm
2.5.3. Vẽ đường hạn chế cấp nước và đường phòng phá hoại hồ chứa điều tiết nhiều
năm 18
2.6. KẾT QUẢ TÍNH TOÁN VẼ BIỂU ĐỒ ĐIỀU PHỐI CÁC HỒ CHỨA 19
2.6.1. Hồ Hòa Bình 19
2.6.2. Hồ chứa Thác Bà 20
2.6.2. Hồ chứa Tuyên Quang 24
CHƯƠNG III
TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT KIỂM TRA KHẢ NĂNG GIA TĂNG
CẤP NƯỚC CHO HẠ DU CỦA HỆ THỐNG CÁC HỒ CHỨA
3.1. KIỂM TRA KHẢ NĂNG GIA TĂNG CẤP NƯỚC CHO HẠ DU ĐỐI VỚI
NHỮNG NĂM KIỆT ĐIỂN HÌNH 28
3.1.1. Lựa chọn các năm kiệt điển hình 28
3.1.2. Hồ chứa Hòa Bình- Trường hợp chưa có hồ Sơn La 29

2
3.1.3. Hồ chứa Thác Bà 32
3.1.4. Hồ chứa Tuyên Quang 34
3.1.5. Hệ thống hồ chứa Sơn La -Hòa Bình 37
3.2.2. Nguyên lý chung 40
3.2.3. Kết quả tính toán kiểm tra 40
3.2.4. Nhận xét và kết luận 42
PHỤ LỤC PL I

TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT VẼ BIỂU ĐỒ ĐIỀU PHỐI HỒ HOÀ BÌNH, THÁC BÀ,
TUYÊN QUANG
PHỤ LỤC PL I-1: HỒ HÒA BÌNH 65
PHỤ L
ỤC PL I-2: HỒ THÁC BÀ 78
PHỤ LỤC PL I-3: HỒ TUYÊN QUANG 86
PHỤ LỤC PL II-1
TRÍCH KẾT QUẢ TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT KIỂM TRA KHẢ NĂNG CẤP NƯỚC
GIA TĂNG MÙA CẠN CÁC NĂM ĐIỂN HÌNH - HỒ HOÀ BÌNH
TRÍCH PHƯƠNG ÁN Q =1100 M3/S
PHỤ LỤC PL II-2
TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT KIỂM TRA KHẢ NĂNG ĐIỀU TIÉT PHÁT ĐIỆN HỒ
THÁC BÀ 122
PHỤ LỤC PL II-3
TRÍCH KẾT QUẢ TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT KIỂM TRA KHẢ NĂNG CẤP NƯỚ
C
GIA TĂNG MÙA CẠN CÁC NĂM ĐIỂN HÌNH HỒ TUYÊN QUANG 137
PHỤ LỤC II - PL II-4
TRÍCH KẾT QUẢ TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT KIỂM TRA KHẢ NĂNG CẤP NƯỚC
GIA TĂNG MÙA CẠN CÁC NĂM ĐIỂN HÌNH
HỆ THỐNG HỒ SƠN LA - HOÀ BÌNH 156

3
CHƯƠNG I
GIỚI THIỆU CHUNG


1.1. KHÁI QUÁT CHUNG VỀ LUU VỰC SÔNG HỒNG
Lưu vực sông Hồng-Thái Bình trải dài từ vĩ độ 20
o
00 tới 25
o
30’ và từ kinh độ
100
o
00’ đến 107
o
10’ Đông. Lưu vực tiếp giáp với lưu vực sông Trường Giang và Châu
Giang của Trung Quốc ở phía Bắc, lưu vực sông Mê Kông ở phía Tây, lưu vực sông
Mã ở phía Nam và vịnh Bắc Bộ ở phía Đông.
Tổng diện tích lưu vực sông Hồng - Thái Bình (Lưu vực) khoảng 169 nghìn km
2
.
Trong đó, phần diện tích ở Việt Nam khoảng 86,7 nghìn km
2
, bằng 26 % diện tích
nước ta và bằng khoảng 51 % so với toàn bộ lưu vực; phần ngoài nước khoảng 82,3
nghìn km
2
, bằng khoảng 49 % tổng diện tích Lưu vực.

Hình 1-1: Vị trí địa lý lưu vực sông Hồng - Thái Bình lãnh thổ Việt Nam
Lưu vực sông Hồng-Thái Bình liên quan tới 26 tỉnh, thành phố thuộc vùng đồng
bằng sông Hồng, Tây Bắc và Đông Bắc có tổng diện tích tự nhiên khoảng 115.750.000
km
2
.
Tài nguyên nước mặt lưu vực sông Hồng - Thái Bình được phân chia theo các lưu

4
vực sông như sau:
- Sông Đà đến Hoà Bình, 55,4 tỷ m
3
, chiếm 41,4 %;
- Sông Thao đến Yên Bái, 24,2 tỷ m
3
, chiếm 18,1 %;
- Sông Lô đến Phù Ninh, 32,6 tỷ m
3
, chiếm 24,4 %;
- Sông Thái Bình đến Phả Lại 7,9 tỷ m
3
, chiếm 5,9 %;
Và khu vực đồng bằng, sông Đáy, 7,7 tỷ m
3
, chiếm 5,8 % tổng lượng dòng chảy
trên lưu vực (bảng 1-1).
Bảng 1-1: Phân bố tổng lượng nước trung bình năm ở các sông
Diện tích Tổng lượng nước
Sông và vị trí trạm quan
trắc

Km
2

% so với
toàn lưu
vực
Tỷ m
3

% so với
toàn lưu vực
Toàn lưu vực: 169.000 100,0 133,6 100,0
Sông Hồng (Sơn Tây) 143.700 85,0 118,0 88,2
Sông Đà (Hoà Bình) 51.800 30,7 55,4 41,4
Sông Thao (Yên Bái) 48.000 28,4 24,2 18,1
Sông Lô (Phù Ninh) 37.000 21,9 32,6 24,4
Sông Thái Bình (Phả Lại) 12.700 7,5 7,9 5,9
Sông Đáy+đồng bằng 13.000 7,7 7,7 5,8

Dòng chảy mùa kiệt ngày nay và trong tương lai đã chịu tác động rất lớn do tác
động của con người đó là xây dựng các công trình điều tiết nước, lấy nước, cải tạo
dòng chảy v.v Các công việc này phát triển mạnh nhất là từ thập kỷ 80 trở lại đây,
đặc biệt là từ sau khi hồ Hoà Bình đi vào vận hành khai thác.
Trên địa phận lưu vực thuộc Trung Quốc do không có số liệu mà chỉ được thông
tin là: trên sông Nguyên
đã làm một số hồ chứa dẫn nước tưới với dung tích 409.10
6

m
3

dẫn 26,7 m
3
/s; sông Lô chứa 326.10
6
m
3
dẫn 48,4 m
3
/s, sông Lý Tiên chứa 6,8.10
6

m
3
dẫn 7,1 m
3
/s (là số liệu năm 1960); ngoài ra còn các công trình thuỷ điện từ 1000
KW ÷ 4000 KW. Có hai công trình trên sông Nguyên ở Nam Khê (5 m
3
/s) và Nghiệp
Hảo (6 m
3
/s). Từ 1960 đến nay chắc chắn đã có nhiều công trình mới ra đời nên chưa
thể khẳng định được tác động của chúng đến các dòng chảy của các sông đổ về Việt
Nam.
Hồ chứa Thác Bà, hoàn thành năm 1972, nói chung có thể bổ sung thêm khoảng
100 m
3
/s cho các tháng mùa kiệt. Song do vừa phát điện vừa điều tiết cấp nước cho hạ
du nên việc cấp nước khó theo quy trình vận hành được, mà phải căn cứ vào điều kiện
khí tượng thuỷ văn để có yêu cầu khi cần thiết.

Hồ chứa Hoà Bình, hoàn thành và đưa vào sử dụng từ 1990 làm khả năng điều tiết
mùa kiệt tăng vọt thêm khoảng 300 ÷ 400 m
3
/s. Do là hồ lợi dụng tổng hợp: Chống lũ,
phát điện, điều tiết nước mùa kiệt nên các nhiệm vụ chỉ có thể thoả mãn tương đối
nhưng ta vẫn có đủ khả năng để điều hành chống hạn khi thời tiết khắc nghiệt xảy ra ở

5
Bắc bộ như năm 1998 hay chính đợt hạn vào các năm 2001, 2003, 2004, 2005 và 2006
vừa qua.
Từ dưới Việt Trì và Phả Lại các công trình thuỷ lợi chủ yếu lấy nước là cống và
trạm bơm. Nhìn chung, từ sau khi công trình Thuỷ điện Hoà Bình hoàn thành và đưa
vào sử dụng, ngoài việc chống lũ, hai hồ chứa thuỷ điện lớn trên lưu vực đã điều tiết
dòng chảy mùa cạn tăng thêm trung bình khoả
ng 43 triệu m
3
/ngày. Lưu lượng bổ sung
này tương đương với khoảng 50 % lưu lượng trung bình trong 3 tháng mùa cạn của
sông Hồng tại Sơn Tây ở trong điều kiện tự nhiên - chưa có sự điều tiết của các hồ
chứa. Việc bổ sung nguồn nước từ hai hồ chứa này có ý nghĩa quyết định, đảm bảo
cho việc khai thác, sử dụng nguồn nước ở khu vực đồng bằ
ng sông Hồng - Thái Bình
trong mùa cạn.
Tuy nhiên, để đảm bảo khai thác, sử dụng hợp lý, hiệu quả nguồn nước được điều
tiết từ các hồ chứa khai thác sử dụng tổng hợp này, cần phải tiếp tục làm rõ thêm nhiều
vấn đề về cơ chế, chính sách; quy trình vận hành và phối hợp quy trình vận hành của
các công trình; sự phối hợp, chia sẻ lợi ích, trách nhiệm giữa các ngành sử dụng nướ
c,
các địa phương, trên phạm vi toàn lưu vực.
1.2. HỆ THỐNG HỒ CHỨA TRÊN SÔNG CHÍNH

1.2.1. Hồ chứa thủy điện Hòa Bình
Hình thức điều tiết: Điều tiết năm
- Cao trình đỉnh đập: 123 m
- Mực nước dâng bình thường: 115 m
- Mực nước chết:
+ Độc lập: 80 m
+ Sau khi có Thuỷ điện Sơn la: 80 m
- Mực nước trước lũ:
+ Hiện tại: 88 m
+ Sau khi có Thuỷ điện Sơn la: 98,80 m
- Dung tích hiệu dụng: 5,65 tỷ m
3

- Dung tích phòng lũ hạ du:
+ Hiện tại: (từ mực nước 88 ~ 115 m): 4,69 tỷ m
3

+ Sau khi có Thuỷ điện Sơn la: 3 tỷ m
3
(từ 98,8m ~ 115 m)
- Công suất bảo đảm:
+ Độc lập: 548 MW
+ Sau khi có Thuỷ điện Sơn la: 671 MW
- Công suất lắp máy: 1920 MW
- Lưu lượng lớn nhất qua nhà máy: 2400 m
3
/s
- Lưu lượng nhỏ nhất theo thiết kế đảm bảo cấp nước hạ du: 600 m
3
/s

6
1.2.2. Hồ chứa thủy điện Thác Bà
Hình thức điều tiết: Điều tiết nhiều năm
- Diện tích lưu vực: 6170 km
2
- Cao trình đỉnh đập: 62 m
- Cao trình mực nước dâng bình thường: 58,0 m
- Mực nước chết: 46,0 m
- Mực nước xả hàng năm: 50,30 m
- Cao trình mực nước gia cường:
¾ Với lũ P = 1%: 58,0 m
¾ Vói lũ P=0,1%: 58,85 m
¾ Với lũ 0,01%: 61,00 m
- Cao trình mực nước trước lũ: 56,5m
- Dung tích toàn bộ: 2,940 ×10
6
m
3
- Dung tích hiệu dụng: 2,160 ×10
6
m
3
- Dung tích chết: 780 ×10
6
m
3
- Dung tích phòng lũ hạ du: 0,450 tỷ m
3

- Công suất lắp máy: 120 MW
- Công suất đảm bảo: 41,0 MW
- Số tổ máy: 3
- Lưu lượng lớn nhất qua tuốc bin: 420 m
3
/s
Ghi chú: Theo thiết kế kỹ thuật các thông số như sau:
- Công suất lắp máy: 108 MW
- Công suất đảm bảo: 39,2 MW
- Lưu lượng lớn nhất qua tuốc bin: 400 m
3
/s
Từ năm 1977 đến nay, do thiết bị các tổ máy được thay thế nên các thông số cơ bản
của nhà máy thuỷ điện đã thay đổi theo các thống kê ở trên.
1.2.3. Hồ chứa thủy điện Tuyên Quang
Công trình Thuỷ điện Tuyên quang đang được xây dựng và dự kiến sẽ đưa vào
khai thác năm 2007. Các thông số chính như sau:
Hình thức điều tiết: Điều tiết nhiều năm
- Diện tích lưu vực F=14972 km
2
.
- Mực nước gia cường ứng với lũ 0.01%: 123,89 m
- Mực nước gia cường ứng với lũ 0.02%: 122,55 m
- Mực nước dâng bình thường MNDBT: 120,00 m
- Mực nước trước lũ: 105,22 m

7
- Mực nước xả hàng năm: 104,00 m
- Mực nước chết: 90.00 m
- Dung tích toàn bộ W

tb
: 2260×10
6
m
3

- Dung tích hiệu dụng V
hd
1699×10
6
m
3

- Dung tích điều tiết nhiều năm V
nn
: 622×10
6
m
3

- Dung tích điều tiết năm V
n
: 1070×10
6
m
3

- Dung tích chết V
c
: 561×10

6
m
3

- Dung tích phòng lũ V
pl
: (1000 ÷1500)×10
6
m
3

- Công suất lắp máy N
lm
: 342 MW
- Công suất đảm bảo N
đb
: 83.3 MW
- Lưu lượng max Q
max
qua nhà máy: 750 m
3
/s
1.2.4. Hồ chứa thủy điện Sơn La
- Hình thức điều tiết: Điều tiết năm
- Mực nước dâng bình thường: 215 m
- Mực nước chết: 175 m
- Mực nước trước lũ: 198,1 m
- Mực nước gia cường: 228,10 m
- Dung tích hiệu dụng: 6,504 tỷ m
3

- Dung tích phòng lũ hạ du : 4 tỷ m
3
(

từ 198,1m ~ 215 m)
- Công suất bảo đảm: 522 MW
- Công suất lắp máy: 2400 MW
- Lưu lượng lớn nhất qua nhà máy: 3460 m
3
/s
1.3. NHIỆM VỤ TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT DÒNG CHẢY
Theo nhiệm vụ và nội dung của đề tài, nhiệm vụ tính toán điều tiết dòng chảy
được xác định như sau:
1. Thiết lập bài toán điều hành hệ thống hồ chứa và xây dựng thuật toán và
giới thiệu chương trình tính điều tiết hệ thống hồ chứa.
2. Tính toán điều tiết theo các phương án điều hành và phân tích khả năng
cấp nước trong thời kỳ mùa ki
ệt của những năm nước kiệt và đề xuất chế độ
điều hành cấp nước các hồ chứa thượng nguồn
3. Xây dựng biểu đồ điều phối hồ chứa
4. Kiểm tra khả năng cấp nước của hồ chứa theo biểu đồ điều phối cấp
nước và kiến nghị chế độ vận hành hồ ch
ứa.



8
CHƯƠNG II
PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT DÒNG CHẢY CHO

HỆ THỐNG HỒ CHỨA VÀ XÂY DỰNG BIỂU ĐỒ ĐIỀU PHỐI

2.1. MỞ ĐẦU
Khi tính toán điều tiết cho hệ thống hồ chứa bậc thang phát điện, cần phân tích cả
ba mối quan hệ thuỷ văn, thủy lực và thủy lợi.
Trong hệ thống hồ chứa bậc thang bao giờ cũng tồn tại quan hệ về cân bằng nước,
tức là quá trình nước đến của mỗi hồ chứa phụ thuộc vào chế độ làm việc củ
a các hồ
chứa khác trong hệ thống.
Hiện nay có những phần mềm tính Toán điều tiết hồ chứa lợi dụng tổng hợp, điển
hình là phần mềm HEC-RESSIM có thể truy cập trên mạng. Tuy nhiên, những phần
mềm này không thích hợp đối với bài toán đặt ra. Bởi vậy, trong nhiên cứu đã xây
dựng chương trình tính toán điều tiết cấp nước và phát điện để sử dụng trong quá trình
tính toán.
Trong tính toán đã sử dụng 3 Chương trình tính toán thủy năng và cấp nước do
GS.TS Hà Văn Khối xây dựng, bao gồm:
1. Chương trình TN1 tính toán điều tiết cấp nước và phát điện cho hồ chứa độc lập
2. Chương trình TN2 tính toán điều tiết cấp nước và phát điện cho hệ thống hồ
chứa bậc thang.
3. Chương trình DIEUPHOI tính toán xây dựng biẻu đồ điều phối.
4. Ch
ương trình TN3 tính vận hành hồ chứa theo biểu đồ điều phối.
Dưới đây trình bày nguyên lý và thuật toán tính điều tiết cho các chương trình
trên.
2.2. NGUYÊN LÝ CHUNG
Nguyên lý tính toán điều tiết hồ chứa phát điện là việc hợp giải hệ hai phương
trình cơ bản sau:
)()( tqtQ
dt
dV

r
−= (2-1)
N(t) = f(q
tb
(t), H(t), loại tuyếc bin) (2-2)
Phương trình (2-1) là phương trình cân bằng nước; phương trình (2-2) là phương
trình năng lượng.
Trong đó:
- V(t) : dung tích kho nước tại thời điểm t
- Q(t) là lưu lượng nước đến hồ tại thời điểm t. Đối với hệ thống hồ chứa bậc
thang, hồ chứa trên cùng có Q(t) là lưu lượng tự nhiên chảy vào hồ; các hồ phía hạ
lưu có Q(t) bằng tổng lư
u lượng xả từ hồ phía trên cộng với lưu lượng khu giữa
Q
KG
(t):

9
Q(t) = Σq
x
(t) + Q
KG
(t)
- q
r
(t) là tổng lưu lượng chảy ra khỏi hồ, bao gồm lưu lượng chảy qua tuyếc bin
q
tb
(t), tổng lưu lượng tổn thất q
tt

(t), lưu lượng nước lấy ra từ thượng lưu hồ q(t)
và lưu lượng xả thừa q
x
(t):
- q
r
(t) = q
tb
(t) + q
tt
(t) + q(t) + q
x
(t)
- N(t) là công suất của trạm thuỷ điện tại thời điểm t.
- H(t) là chênh lệch mực nước thượng hạ lưu tại thời điềm t.
Biểu thức tính công suất (2-2) có thể tính gần đúng theo công thức (2-3).
N(t) = q
tb
(t) H(t) (2-3)

2.3. PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT PHÁT ĐIỆN CHO HỒ CHỨA ĐỘC
LẬP PHÁT ĐIỆN, CẤP NƯỚC THEO CÔNG SUẤT CHO TRƯỚC
Hiện nay, tính toán điều tiết phát điện thường được tiến hành theo phương pháp
công suất cho trước. Phương pháp này có thuận lợi là có thể sử dụng cho nhiều dạng
bài toán khác nhau cả trong thiết kế và vận hành hệ thống. Dưới đây trình bày thuật
toán tính điề
u tiết theo phương pháp này trong Chương trình TN1.
Đối với hồ chứa độc lập phát điện, công suất của trạm thủy điện được xác định
theo quan hệ:
N(t) = f( q

tb
(t), H(t)) (2-4)
Trong nghiên cứu này có thể tính đơn giản bằng công thức:
N(t) = K.q
tb
(t).H(t) (2-5)
Trong đó :
- N(t) : Công suất bình quân tại thời điểm t
- q
tb
(t) : Lưu lượng bình quân tháo qua trạm thủy điện tại thời điểm t tính bằng
m
3
/s;
- H(t): Chênh lệch cột nước bình quân thượng và hạ lưu của hồ chứa (m);
- K : Hệ số lấy theo thiết.
Cột nước được tính gần đúng theo công thức:

(t)
h
Z(t)
t
ZH(t) −=
(2-6)
Trong đó : mực nước hạ lưu được xác định theo đường cong H ∼ Q hạ lưu :
[]
)()( tQftZ
xt
= ; Q
x

(t) là lưu lượng xả xuống hạ lưu công trình, bao gồm luu lượng
qua trạm thủy điện và lưu lượng xả thừa:
Q
x
(t) = q
x
(t)+q
tb
(t) (2-7)
Trong đó: q
x
(t): lưu lượng xả xuống hạ lưu nhưng không qua nhà máy thủy điện
(tháo lũ, xả thừa qua cống); q
tb
(t) là lưu lượng qua nhà máy thuỷ điện tại thời điểm t;
Z
t
(t) là mực nước thượng lưu tại thời điểm t bất kỳ. Mực nước Z
t
(t) được xác định

10
thông qua đường quan hệ đặc trưng mực nước và dung tích của hồ. Dung tích hồ ở
cuối mỗi thời đoạn được xác định từ phương trình cân bằng nước hồ chứa:
V
2
= V
1
+ (Q(t) - q
r

(t)). ∆t (2-8)
Trong đó: Q(t) là lưu lượng nước đến tại thời điểm t; V
1
là dung tích ban đầu; V
2

là dung tích hồ ở cuối thời đoạn t; q
r
(t) là lưu lượng ra kh
ỏi hồ (kể cả bốc hơi và
thấm). Mực nước bình quân thượng lưu được xác định như sau theo mối quan hệ:

(t))
r
q,
2
V,
1
Vf(Q(t),(t)
t
Z =
( 2-9)
Qúa trình lưu lượng qua nhà máy thủy điện xác định theo phương pháp tính lặp.
Các bước tính toán như sau:
Bước 1. Giả định giá trị q
tb
(t) qua trạm thủy điện, tính Q
x
(t) theo phương trình (2-
7) với giả định là khi mực nước trong hồ lớn hơn mực nước dâng bình thường thì phải

xả thừa.
Bước 2. Có Q
x
(t) xác định được mực nước hạ lưu Z
h
(t) bằng cách tra đường quan
hệ H~Q hạ lưu.
Biết lưu lượng nước đến hồ bình quân Q(t) tại thời điểm t, biết dung tích tại đầu
thời đoạn V
1
là dung tích hồ ở cuối thời đoạn trước, theo phương trình (2-8) xác định
được V
2
là dung tích hồ cuối thời đoạn t,. Tra đường quan hệ Z ~V của hồ
chứa, tìm
được mực nước thượng lưu Z
t
(t) theo dung tích bình quân thời đoạn:

V 0.5(V V )=+
21
(2-10)
Bước 2. Tính công suất của trạm thủy điện N
t
(t) theo công thức (2-5) và kiểm
tra điều kiện:
⏐ (N
t
(t) -N(t)) / N(t) ⏐≤ε (2-11)
Ghi chú : Đối với tháng 1 và 2, lưu lượng qua nhà máy lấy theo Q

YC
.
Trong đó ε là số dương cho trước. Nếu chênh lệch giữa giá trị tính toán của công
suất với công suất đã cho nằm trong phạm vi cho phép (thoả mãn biểu thức 2-11), thì
quá trình tính toán kết thúc. Trong trường hợp ngược lại phải quay lại từ bước đầu
tiên.
Nếu ta chia thời gian tính toán ra n thời đoạn, ký hiệu ∆t là thời đoạn tính toán
(thường chọn bằng 1 tháng). Ký hiệu I là chỉ số thời đo
ạn, khi đó ta có Q(I), Q
x
(I),
q
tb
(I), V(I), Z(I) tương ứng là lưu lượng đến hồ, lưu lượng xả xuống hạ du, lưu lượng
qua trạm thuỷ điện, dung tích hồ và mực nước hồ cuối thời đoạn thứ I; các chỉ số I-1
tương ứng là giá trị đầu thời đoạn I và là cuối thời đoạn I-1.
Thuật toán tính toán điều tiết xác định quá trình lưu lượng qua trạm thuỷ đ
iện
được trình bày trên sơ đồ (2-1).
2.4. PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT PHÁT ĐIỆN CHO HỆ THÓNG HỒ
CHỨA BẬC THANG – CHUƠNG TRÌNH TN2
Bài toán đặt ra như sau: Giả sử cho trước quá trình công suất N
j
(t) với
j = 1,2, ,n, trong đó j là ký hiệu về chỉ số hồ chứa, n là số hồ chứa trong hệ thống

11
bc thang. Bit trc dung tớch hiu dng v mc nc dõng bỡnh thng ca h thng
h. Yờu cu xỏc nh cỏc quỏ trỡnh lu lng qua nh mỏy thu in q
tbj

(t), vi
(j =1,2, ,n) t c quỏ trỡnh cụng sut cho trc.
Bắt đầu


Vào số liệu Q(t), Z~V, V
0
, N(t)
Giả định giá trị q
tb
(t) =q1 tại thời điểm ban đầu (thời điểm t=0)

I = 1


V(I -1) = V
0
I =1

q
tb
(I) = q
1



No
q
tb
(I) = q

tb
(I-1)

Q
x
(I) = q
tb
(I)

V(I) = V(I-1)+(Q(I) - Q
x
(I).t





V(I) V
bt
Qx(I) =Q
x
(I)+(V(I) - Vbt)/t



VVIVI

=+05 1.( () ( ))

Z

t
(I) = f(V

); Z
h
(I) =f(Q
x
(I))

N
tt
(I) = 8.5.q
tb
(I).
[]
)()( IZhIZt


Thay đổi q
tb
(I) = q
tb
(I) q
No
IN
tt
(I) - N(I)I
yes
I = I+1

No
I> n
yes
Stop

Tính tổn thất WTT
(
I
)
và tính l
ạ
i dun
g
tích hồ:
V(I)=V(I)-W
TT
(I)
Đ
ún
g
Hỡnh 2-1: Thut toỏn tớnh iu tit dũng chy i vi h thng h c lp phỏt in
theo biu cụng sut cho trc



12
Nguyên lý tính điều tiết đối với hệ thống hồ chứa bậc thang phát điện trong
chương trình TN2 cũng dựa trên hệ các phương trình cân bằng nước và phương trình
động lực. Phương trình cân bằng nước có dạng :

t(t))
rj
(t)
j
(Q
1j
V(t)
2j
V ∆−+= q
(2-12)

(t)
kgj
Q(t)
1xj
Q(t)
j
Q +
−
=
(2-13)
Trong đó: Q
j
(t) là lượng nước đến hồ thứ j phụ thuộc vào chế độ làm việc của hồ
chứa ở phía trên nó;
(t)
kgj
Q(t);
1xj
Q

−
, tương ứng là lưu lượng xả từ hồ phía trên j -1
và lưu lượng nhập lưu khu giữa của hồ thứ j; q
rj
(t) là lưu lượng ra khỏi hồ thứ j, bao
gồm lưu lượng qua nhà máy thuỷ điện q
tbj
(t), lưu lượng tổn thất q
ttj
(t), lưu lượng lấy từ
thượng lưu q
j
(t) và lưu lượng xả thừa xuống hạ du q
xj
(t):
q
rj
(t) = q
tbj
(t) + q
ttj
(t) + q
j
(t) + q
xj
(t) (2-14)
Đặt Q
xj
(t) = q
tbj

(t) + q
xj
(t) là tổng lưu lượng xả xuống hạ du.
Mực nước hạ lưu
Z
h
(t)ở mỗi một hồ chứa (trừ hồ cuối cùng) có thể phụ thuộc vào
diễn biến mực nước ở hồ chứa phía dưới nó do bị ảnh hưởng của hiện tượng nước
dềnh. Tức là :

(t))
1j
Z(t),
xj
f(q(t)
hj
Z
+
=
(2-15)
Z
j1
(t)
+
: mực nước của hồ chứa hạ lưu của hồ thứ j.
Nếu coi mực nước các hồ nằm ngang, Z
h
(t) được xác định theo hai trường hợp
sau:
Trường hợp ngập chân :

Z
hj
(t) Z
j1
(t)
=
+

Trường hợp không ngập chân: Z
hj
(t) = f[Q
xj
(t)] xác định bằng cách tra trên đường
quan hệ giữa mực nước và lưu lượng ở hạ lưu đập (đường H ~ Q hạ lưu).
Công suất của trạm thuỷ điện tại một hồ nào đó phụ thuộc vào diễn biến mực nước
thượng hạ lưu, phụ thuộc vào lưu lượng xả xuống hạ lưu và nước đến của hồ phía trên
nó. nhưng các giá tr
ị này lại phụ thuộc vào chế độ công tác của các hồ khác. Bởi vậy,
giá trị các tham số này của các hồ chứa phụ thuộc lẫn nhau. Như vậy, khi tính toán
điều tiết cho hệ thống hồ bậc thang phát điện, phải xem xét quan hệ tương tác giữa các
hồ chứa. Việc xác định các giá trị cần tính của mỗi hồ phụ thuộc vào giá trị cần xác
định của các hồ còn lạ
i trong hệ thống. Do đó, khi giải quyết bài toán điều tiết cho hệ
thống bậc thang phát điện, trong quá trình xác định công suất đảm bảo và độ sâu công
tác phải giải quyết đồng thời các mối quan hệ của các hồ trên hệ thống. Đây là một chu
trình tính toán khép kín.
Bài toán được đặt ra như sau: Cho n hồ chứa j = 1,2, ,n, cho biết
N
j
(t) của

mỗi hồ chứa. Cho biết cấu trúc của hệ thống hồ và các đường cong đặc trưng ở mỗi hồ
chứa: (Z~V)
j
; (Z ~ F)
j
; (H ~ Q)
j
; Q
kgj
(t) ; Hc
j
, Hbt
j
: là mực nước chết và mực nước
dâng bình thường của mỗi hồ chứa thứ j.

13
Yêu cầu : Xác định các quá trình q
j
(t) của các hồ chứa để đảm bảo phát được các
công suất
N
j
(t)
.
Với mỗi hồ chứa, muốn tìm
N
j
(t) phải biết các quá trình Q
j

(t), Z
hj
(t), Q
xj
(t).
Nhưng các
Z
hj
(t) lại phụ thuộc vào Q
xj
(t) và chế độ làm việc của hồ chứa phía dưới
nó. Vì vậy cần thiết phải thực hiện các phép tính thử dần.
Giả sử quá trình tính lặp phải thực hiện với N lần lặp. Đối với lần lặp thứ (n+1)
bất kỳ, quá trình tính thử được thực hiện theo các bước sau :
Bước 1 . Giả định trị số q
j
(t).
Bước 2. Giả định các mực nướ
c hạ lưu hồ chứa thứ j là Z
hj
(t) chỉ phụ thuộc vào
lưu lượng xả xuống hạ lưu (không ngập chân) và có thể xác định bằng đường H ~ Q
hạ.
Bước 2. Tính toán điều tiết theo sơ đồ (2-1) cho từng hồ chứa theo thứ tự từ hồ
chứa trên cùng đến hồ chứa cuối cùng. Với mỗi hồ chứa, công suất tính toán được xác
định theo công thức:

N
j
t

k.
j
q
(t).
j
H
(t)=

Với điều kiện
cj
H
j
Z
(t)
btj
H
≤
≤
. Trong đó:
Q
j
(t)=Q
x,j-1
(t)+Q
KGj
(t). Với hồ chứa trên cùng thì: Q
j
(t) = Q
đ
(t) - lưu lượng đến

của lưu vực tập trung nước tại hồ trên cùng.
Bước 4 . Kiểm tra điều kiện ngập chân của từng hồ chứa. Gọi
Z
hj
(t) là mực nước
tra trên đường H ~Q:
+ Nếu: Z
hj
(t) Z
j1
(t)≤
+
( tức là ngập chân) dù chỉ xẩy ra đối với 1 hồ, khi đó cần
chọn
Z
hj
(t) Z
j1
(t)=
+
và trở lại từ bước thứ 2.
+ Nếu :
Z
hj
(t) Z
j1
(t)>
+
thì mực nước hạ lưu lấy theo đường quan hệ H~Q ở bước
2 là đúng. Chuyển sang bước tính thứ 5.

Bước 5 : Kiểm tra sai số tính lặp đối với các giá trị Z
j
(t) (sơ đồ 2-2):
+ Nếu ở lần lặp thứ n+1 nào đó tại thời điểm t, có :
ε
≤−
+
)()(
)()1(
tZtZ
n
j
n
j
(2-16)
quá trình tính toán kết thúc và các giá trị q
tbj
(t) chính là kết quả tính toán cuối
cùng.
+ Trong trường hợp ngược lại, tiếp tục tính lặp từ đầu.
Trong đó (n) và (n + 1) là ký hiệu chỉ số lần lặp;
)();(
)()1(
tZtZ
n
j
n
j
+

tương ứng là mực
nước hồ chứa ở phép lặp thứ (n+1), thứ (n),
ε là sai số cho phép của phép lặp.
Thuật toán giải theo các bước tính toán trên được mô tả trên sơ đồ (2-2).


14
S 2-2: Thut toỏn tớnh iu tit dũng chy i vi h thng h bc thang
phỏt in theo biu cụng sut cho trc.


2.5. PHNG PHP TNH TON IU TIT LP BIU IU PHI H
CHA CHUNG TRèNH DIEUPHOI
2.5.1. Biu iu phi
Biu iu phi h cha l cỏc ng cong V=V(t) trờn mt ph
ng ta (V,t)
hoc H = H(t) trờn mt phng (H,t) trong ú V(t) l dung tớch, H(t) l mc nc h
thi im t. (xem hỡnh 2-3).
Trờn mt phng (V,t), cỏc ng cong V=V(t) chia mt phng ta (V,t) ra cỏc
vựng c trng. Mi vựng ca biu phn ỏnh v kh nng cp nc ca h cha i
vi nhim v cp nc cng nh trng thỏi nguy him i vi bi toỏn phũng l
h du
hoc chng l cho cụng trỡnh.Ta chia khong thi gian vn hnh ra nhiu thi on,



(1) Vào số liệu Q(t), Z~V, V
0
0
, N(t), mực nớc B. đầu

J=1




(2)Tính toán theo sơ đồ 4-1

với Giả định mực nớc


hạ lu tại lần lặp đầu tiên chỉ phụ thuộc vào Q
xả


Đợc tra trên đờng H~Q hạ lu đập




J = J+1

(3)Tính toán theo sơ đồ 2-1

No

J>M





(4) Z (J+1,I)

Z
h
= H(Q
x
(J,I))

(5).Z
h
(J,I)= Z(J+1,I)









No

Z
(
J,I
)
(

n+2)
=
2
1
)(
),
(
)
(
)
,( (
n
I
J

Z

n
I

J

Z

+
+
(6)Kiểm tra ở bớc lặp thứ n+1



I
Z(J,I)
n+1

- Z(J,I)
n

I








Stop




-

Bắt đầu


15
mi thi on thng chn bng 10 ngy hoc 1 thỏng. Ti mt thi on bt k, trng
thỏi h cha u thi on s ri vo mt vựng no ú trờn biu , ngi qun lý
h da vo ú ra quyt nh v lu lng cp nc q v lu lng x tha thi
o
n ú.
20
22
24
26
28
30
32
34
36
31/VIII 30/IX 31/X 30/XI 31/XII 31/I 28/II 31/III 30/IV 31/V 30/VI 31/VII 31/VIII
Tháng
Dung tích hồ chứa V (triệu m3)
(2) Đờng phòng phá hoại
(1) Đờng hạn chế cấp nớc
Vùng A
Vùng B
Vùng C
Vùng C
Vùng D
Vùng E

(3) Đờng phòng lũ
Hsc
Hbt
Hđập
V
h
V
sc
V
kh
Htl
Mực nớc hồ (m)
E
1
t
1
t
2
B
2

Hỡnh 2-3: Biu iu phi h cha iu tit nm
Trờn hỡnh 2-3, trc honh l trc thi gian, trc tung phớa bờn trỏi l dung tớch h
cha (t dung tớch cht V
c
n dung tớch ln nht ca h V
max
) , phớa bờn phi l mc
nc tng ng ca h t mc nc cht H
c

n mc nc ln nht ca h H
sc
.
Trờn biu cú 3 ng c trng nh sau:
(1) - ng (1) l ng hn ch cp nc: khi mc nc h ti thi im no ú
thp hn ng cong ny cn phi hn ch cp nc khụng quỏ thiu nc
trong thi gian cũn li ca nm vn hnh.
(2) - ng (2) l ng phũng phỏ hoi: khi mc nc h ti thi
im no ú
thp hn ng cong ny thỡ khụng c gia tng cp nc k hoch cp
nc theo thit k khụng b phỏ hoi trong thi gian cũn li ca nm vn hnh.
(3) - ng (3) l ng phũng l: khi mc nc h ti thi im no ú vt
ng cong ny cn phi x l m bo an ton cho cụng trỡnh.
Mt phng ta (V,t)
c chia thnh 5 vựng A, B, C, D, E vi cỏc tớnh cht
tng ng nh sau:
- Vựng B l vựng cp nc bỡnh thng nm gia ng (1) v ng (2). Ti
thi im t
2
no ú dung tớch h tng ng vi im B
2
ri vo vựng ny thỡ h cha
cp nc bỡnh thng, tc l h cha ch cp nc theo yờu cu thit k (q
c
=q) m
bo khụng xy ra tỡnh trng thiu nc cho nhng thi on tip theo.
- Vựng A l vựng hn ch cp nc nm gia ng (1) v trc honh. Ti thi
im t
2
no ú dung tớch h tng ng vi im B

1
ri vo vựng ny thỡ h cha phi
hn ch cp nc, tc l h cha khụng th cp nc theo yờu cu thit k (q
c
<q)
khụng xy ra tỡnh trng quỏ thiu nc cho nhng thi on tip theo.
B
1
C
3
t
3
F
V
1

16
- Vùng C là vùng gia tăng cấp nước nằm giữa đường (3) đường (2) và đường
thẳng ngang với mực nước siêu cao H
sc
. Tại thời điểm t
3
nào đó dung tích hồ tương
ứng với điểm C
3
rơi vào vùng này thì hồ chứa có thể gia tăng cấp nước, tức là hồ chứa
có thể cấp nước lớn hơn yêu cầu thiết kế (q
c
>q) mà không sợ xẩy ra tình trạng thiếu
nước cho những thời đoạn tiếp theo.

- Vùng D là vùng xả lũ bình thường nằm giữa đường (3) và mực nước siêu cau
H
sc
. Tại thời điểm t
1
nào đó dung tích hồ tương ứng với điểm E
1
rơi vào vùng này thì
hồ chứa phải xả lũ qua công trình xả lũ để đưa mực nước hồ về đường (3) nhằm đảm
bảo an toàn cho công trình. Vì rằng mực nước hồ vẫn nằm dưới mực nước siêu cao
nên quá trình xả lũ tiến hành theo đường quá trình xả lũ thiết kế (q
xả
~t)
P
nên gọi là
vùng xả lũ bình thường.
- Vùng E là vùng xả lũ khẩn cấp nằm giữa đường mực nước siêu cao H
sc
và
đường thẳng ngang với cao trình đỉnh đập, tại thời điểm t
1
nào đó dung tích hồ tương
ứng với điểm F rơi vào vùng này thì hồ chứa phải xả lũ khẩn cấp, tức là phải xả lũ lớn
hơn quá trình xả thiết kế. Trong trường hợp này tràn sự cố của hồ chứa phải làm việc
để đảm bảo an toàn cho công trình (mực nước hồ không được vượt cao trình đỉnh đập).
Đối với các hồ chứa trên hệ thống sông Hồ
ng, dung tích phòng lũ được giới hạn
bởi mực nước trước lũ và mực nước dâng bình thường và đã được thể hiện trong quy
trình vận hành hồ chứa trong mùa lũ nên khi vẽ biểu đồ điều phối chủ yếu tập trung vẽ
hai đường: đường hạn chế cấp nước và đường phòng phá hoại. Phương pháp xây dựng

biểu đồ điều phối cho hồ điều ti
ết năm và hồ điều tiết nhiều năm cũng khác nhau. Các
hồ chứa Thác Bà và Tuyên Quang có hình thức điều tiết nhiều năm còn hồ Hòa Bình
là hồ điều tiết năm.
2.5.2. Vẽ đường hạn chế cấp nước và đường phòng phá hoại hồ chứa điều tiết
năm
Các bước tính toán vẽ hai đường cong này như sau:
Bước 1: Từ số liệu thực đo củ
a các năm có tài liệu quan trắc, chọn các năm có
điển hình. Sau đó, hiệu chỉnh dòng chảy hàng tháng của các năm điển hình sao cho sau
khi hiệu chỉnh, dòng chảy năm tính toán bằng dòng chảy năm thiết kế (tất nhiên phân
phối dòng chảy sẽ khác nhau).
Hệ số hiệu chỉnh được xác định theo tỷ lệ:
i
P
c
W
W
K =
(2-17)
Trong đó, W
p
là lượng dòng chảy năm thiết kế; W
i
là tổng lượng dòng chảy năm thứ i.
Dòng chảy hàng tháng của từng năm sau khi hiệu chỉnh tính theo công thức (2-
18):
W
Ti
= K

c
×W
i
(2-18)
Các hồ chứa trên hệ thống sông Hồng đều có nhiệm vụ phòng lũ cho hạ du, do
đó, trong thời kỳ mùa lũ khi mực nước cao hơn mực nước trước lũ phải xả nước xuống
hạ lưu. Bởi vậy, khi chọn năm điển hình chủ yếu khống chế sự bất lợi của dòng chảy
mùa kiệt (từ tháng 11 đến tháng 5 năm sau). Những năm đượ
c chọn là những năm có
dòng chảy mùa kiệt nhỏ hơn giá trị trung bình nhiều năm của dòng chảy mùa kiệt .

17
Bước 2: Tính điều tiết phát điện theo công suất đảm bảo N
p
.
Từ dòng chảy các năm đã hiệu chỉnh tiến hành tính toán điều tiết ngược theo
chiều thời gian từ thời đoạn cuối cùng của thời kỳ cấp nước đến thời điểm đầu của
năm tính toán sẽ được quá trình dung tích hồ chứa V=V(t). Mỗi năm tính toán sẽ có
một đường cong V=V(t) và H = H(t) tương ứng. Trên hình (2-18) mô tả quá trình tính
toán điều tiết ngược theo chiều thờ
i gian. Tại thời điểm t
0
dung tích hồ chứa V(t
0
) = 0
(không kể phần dung tích chết) và tương ứng với mực nước chết. Tại thời điểm t
1
là
cuối thời đoạn 1 cũng là đầu thời đoạn 2 (tính theo chiều ngược lại) ta có dung tích hồ
chứa cần phải có là V(t

1
) để đến cuối thời kỳ cấp nước, hồ chứa có dung tích là V(t
0
)
mới đủ cấp nước theo yêu cầu với lưu lượng q
1
:
V(t
1
) = V(t
0
) + ∆V
1
(2-19)
Trong đó:
∆V
1
=
111
)( tQq ∆−
(2-20)
11
,Qq tương ứng là lưu lượng nước dùng, lưu lượng nước đến bình quân trong thời
đoạn
1
t∆ .
Lưu lượng q
1
được xác định theo công suất đảm bảo N
p

bằng cách hợp giải hệ
phương trình 2-19 và phương trình 2-21, tương tự như đã trình bày ở mục 2.2.

Hình 2-4: Mô tả quá trình tính điều tiết ngược của hồ chứa điều tiết năm

Tương tự vậy, tại thời điểm t
2
ta có dung tích hồ chứa cần phải có là V(t
2
) để đến
đầu thời đoạn
1
t∆
hồ chứa có dung tích là V(t
1
) mới đủ cấp nước theo yêu cầu với lưu
lượng q
2
:
V(t
2
) = V(t
1
) + ∆V
2
(2-22)
Trong đó:
∆V
2
=

222
)( tQq ∆− (2-23)

q
~t
Q~t
Q(m3/s)
V(t
1
)= ∆V
1

∆
V
2

t
2
t
1
t
0
V(t
2
)= V(t
1
)+∆V
1

Chi

ề
u tính đi
ề
u ti
ế
t
t

18
22
,Qq
tương ứng là lưu lượng nước dùng, lưu lượng nước đến bình quân trong thời
đoạn
2
t∆ .
Một cách tương tự, tại thời điểm t
i
có:
V(t
i
) = V(t
i-1
) + ∆V
i
(2-24)
Trong quá trình tính toán nếu V(t
i
) > V
h
thì phải xả tràn và V(t

i
) = V
h
.
Bước 3: Tương ứng với mỗi năm có 1 đường cong tích nước V=V(t), vẽ trên
cùng tọa độ (V,t) sau đó vẽ đường bao trên là đường phòng phá hoại và đường bao
dưới là đường hạn chế cấp nước (hình 2-5).
Khi lập biểu đồ điều phối trong giai đoạn khai thác vận hành, để an toàn về mặt
tích nước người ta có thể xác định các đường cong tích nước riêng cho nhánh tích
nước và nhánh cấp nước. Đối với nhánh cấp n
ước quá trình tính toán điều tiết được
tính theo chiều ngược của thời gian, còn nhánh tích nước thì lại tính theo chiều thuận
của thời gian.
20
22
24
26
28
30
32
34
31/VIII 30/IX 31/X 30/XI 31/XII 31/I 28/II 31/III 30/IV 31/V 30/VI 31/VII 31/VIII
Th¸ng
Dung tÝch hå (triÖu m3)
§−êng bao trªn(®−êng phßng ph¸ ho¹i)
§−êng ao d−íi (§−êng h¹n chÕ cÊp n−íc)
Vïng A
Vïn
g
B

Vïng C
Vïng C

Hình 2-5: Vẽ đường phòng phá hoại và đường hạn chế cấp nước

2.5.3. Vẽ đường hạn chế cấp nước và đường phòng phá hoại hồ chứa điều tiết
nhiều năm
Các bước tính toán xây dựng biểu đồ điều phối đối với hồ chứa điều tiết nhiều
năm được tiến hành theo các bước như sau:
Bước 1: Chọn các năm có đi
ển hình và hiệu chỉnh dòng chảy hàng tháng của các
năm điển hình theo năm thiết kế. Cách làm tương tự như hồ chứa điều tiết năm.
Bước 2: Vẽ đường hạn chế cấp nước
- Tính toán điều tiết phát điện theo công suất đảm bảo với mực nước cuối mùa kiệt
ngang với mực nước chết. Cách tính điều tiết tươ
ng tự hồ chứa điều tiết năm.
- Tương ứng với mỗi năm có 1 đường cong tích nước H =H(t), sau đó vẽ đường
bao dưới chính là đường hạn chế cấp nước.

19
Bước 3: Vẽ đường phòng phá hoại
- Tính toán điều tiết phát điện theo công suất đảm bảo với mực nước cuối mùa kiệt
ngang với mực nước xả hàng năm. Cách tính điều tiết tương tự hồ chứa điều tiết
năm.
- Tương ứng với mỗi năm có 1 đường cong tích nước H =H(t), sau đó vẽ đường
bao trên chính là đường phòng phá hoại.
Quá trình tính toán đi
ều tiết vẽ biểu đồ điều phối được thực hiện theo chương trình
DIEUPHOI, được viết theo ngôn ngữ FOTRAN 77.
2.6. KẾT QUẢ TÍNH TOÁN VẼ BIỂU ĐỒ ĐIỀU PHỐI CÁC HỒ CHỨA

2.6.1. Hồ Hòa Bình
Hồ Hòa Bình là hồ chứa điều tiết năm. Các thông số chính để vẽ đường phòng
phá hoại và đường hạn chế cấp nước như sau:
- Dòng chảy năm ứ
ng với tần suất thiết kế phát điện Q
90%
= 1404 m
3
/s
- Công suất đảm bảo N
p
=548 Mkw
- Mực nước trước lũ H
TL
= 90,0 m
- Mực nước chết H
c
= 80,0 m
- Mực nước dâng bình thường H
bt
=117,0 m
- Tháng bắt đầu tích nước: từ ngày 01 tháng 9 hàng năm.
Kết quả tính toán xác định đường hạn chế cấp nước và đường phòng phá hoại
được thể hiện trên hình 2-6, tung độ các đường trên thống kê trong bảng . Biểu đồ điều
phối trình bày trên hình 2-7 và bảng 2-1. Kết quả tính toán chi tiết xem phụ lục PLI-1.
80
85
90
95
100

105
110
115
120
1-VI 30-VI 31-VII 31-VIII 30-IX 31-X 30-XI 31-XI 31-I 28-II 31-III 30-IV 31-V
Thời gian (tháng)
Mực nước hồ (m)
Đường phòng phá hoại
Đường hạn chế cấp nước
Mực nước trước lũ = 90,0 m

Hình 2-6: Vẽ đường bao trên (đường phòng phá hoại) và đường bao dưới (đường
hạn chế cấp nước đối với hồ chứa Hòa Bình

20
Bảng 2-1: Tung độ đường phòng phá hoại và đường hạn chế cấp nước hồ chứa
Hòa Bình (đơn vị: m)
Ngày-Tháng 1-VI 30-VI 31-VII 31-VIII 30-IX 31-X 30-XI
Đường hạn chế cấp nước 80 80 90 90 100 103.91 104.2
Đường phòng phá hoại 80 90 90 90 117 117 117
Ngày-Tháng 31-XII 31-I 28-II 31-III 30-IV 31-V
Đường hạn chế cấp nước 103.09 100.43 95.67 89.85 84.72 80
Đường phòng phá hoại 117 114.74 107.76 100.5 92.10 80

Biểu đồ điều phối hồ Hòa Bình
80
85
90
95
100

105
110
115
120
Mực nước hồ (m)
Đường hạn chế cấp nước
80 80 90 90 100 103.91 104.2 103.09 100.43 95.67 89.85 84.72 80
Đường phòng tháo thừa
80 90 90 90 117 117 117 117 114.74 107.76 100.5 92.1 80
1-VI 30-VI 31-VII 31-VIII 30-IX 31-X 30-XI 31-XI 31-I 28-II 31-III 30-IV 31-V
Vùng B: Điều tiết theo
công suất đảm bảo
Vùng C: Vùng gia
tăng cấp nước
Vùng C: Vùng gia
tăng cấp nước
Vùng A: Vùng hạn chế
cấp nước
Mực nước trước lũ = 90,0 m
Mực nước chết = 80,0 m
Mực nước dâng bình thường = 117,0 m

Hình 2-7: Biểu đồ điều phối phát điện hồ chứa Hòa Bình
2.6.2. Hồ chứa Thác Bà
Hồ Thác Bà là hồ chứa điều tiết nhiều năm. Các thông số chính để vẽ đường
phòng phá hoại và đường hạn chế cấp nước như sau:
- Dòng chảy năm ứng với tần suất thiết kế phát điện Q
90%
= 161 m
3

/s
- Các năm được chọn để tính toán điều tiết vẽ đường phòng phá hoại và đường hạn
chế cấp nước thống kê trong bảng 2-2. Tháng bắt đầu tích nước: từ ngày 01
tháng 9 hàng năm.
- Công suất đảm bảo N
p
= 39,2 Mkw
- Mực nước trước lũ H
TL
= 56,0 m
- Mực nước chết H
c
= 46,0 m
- Mực nước dâng bình thường H
bt
=58,0 m
- Mực nước xả hàng năm H
xhn
= 50,3 m
Kết quả tính toán xác định đường hạn chế cấp nước và đường phòng phá hoại
được thể hiện trên hình 2-8 và 2-9, tung độ các đường trên thống kê trong bảng . Biểu
đồ điều phối trình bày trên hình 2-10 và bảng 2-3.Kết quả tính toán chi tiết xem phụ
lục PLI-2.

1
Bảng 2-2: Lưu lượng bình quân tháng và năm các năm điển hình hồ Thác Bà sử dụng vẽ biểu đồ điều phối
(Đơn vị tính (m
3
/s)
Tháng, và lưu lượng bình quân tháng trong năm

Năm
VI VII VIII IX X XI XII I II III IV V
Lưu lượng
trung bình năm
Lưu lượng
trung bình mùa kiệt
1959-1960 68.3 418.0 482.4 370.0 161.8 94.5 72.8 67.3 59.3 53.8 37.0 62.0 162.3 63.81
1962-1963 332.9 408.1 444.2 279.2 182.2 105.0 74.5 54.8 57.3 60.5 59.8 83.4 178.5 70.76
1965-1966 311.0 327.5 224.5 185.9 239.5 237.0 97.1 81.9 62.3 46.7 67.2 69.1 162.5 94.47
1966-1967 315.5 558.8 439.3 387.6 228.0 166.3 96.1 71.0 61.1 51.3 54.3 133.3 213.6 90.49
1967-1968 159.2 209.2 348.3 279.7 221.2 110.5 83.7 71.8 69.5 68.7 95.8 97.3 151.2 85.33
1968-1969 233.1 347.2 492.9 355.9 227.4 179.9 95.3 68.3 50.6 44.8 57.8 71.0 185.4 81.10
1969-1970 151.1 330.5 723.5 294.3 163.0 169.0 79.9 66.0 69.4 46.3 66.2 136.0 191.3 90.40
1970-1971 325.4 662.5 509.5 418.4 182.1 100.1 102.0 77.0 73.3 39.4 89.8 146.0 227.1 89.66
1971-1972 384.5 731.9 1012.8 435.8 246.7 127.7 126.8 71.6 56.2 47.4 62.1 139.0 286.9 90.11
1973-1974 207.3 440.3 630.5 571.9 261.6 126.2 81.3 65.2 53.3 51.6 58.8 110.2 221.5 78.09
1974-1975 277.7 276.3 265.9 308.8 280.7 117.9 75.9 79.5 62.6 57.4 71.7 122.3 166.4 83.90
1976-1977 142.8 259.7 596.9 254.0 133.4 138.3 82.2 67.4 61.0 47.5 57.7 93.8 161.2 78.27
1977-1978 58.0 416.1 411.8 291.3 215.2 129.0 85.5 72.5 60.3 47.5 41.6 131.3 163.3 81.10
1978-1979 406.1 413.2 400.3 543.8 325.7 150.6 98.7 75.5 76.0 53.7 55.4 58.3 221.4 81.17
1979-1980 337.2 375.9 516.6 655.7 175.1 95.3 67.7 53.1 49.2 38.0 38.9 76.8 206.6 59.86
1984-1985 463.5 545.3 449.2 367.4 301.4 155.0 95.1 73.0 60.0 62.6 78.9 89.5 228.4 87.73
1986-1987 393.2 740.5 500.8 310.0 196.6 131.9 87.2 67.2 54.7 41.3 45.9 65.9 219.6 70.59
1987-1988 77.1 338.7 396.1 305.7 288.4 153.5 92.3 59.8 61.4 52.7 51.7 127.7 167.1 85.59
1988-1989 144.9 387.5 383.1 297.0 155.0 89.7 61.3 53.0 50.9 63.9 73.6 153.5 159.4 77.99
1990-1991 615.6 553.9 254.0 153.5 153.5 117.1 77.2 58.8 54.8 50.2 50.1 77.5 184.7 69.39
1991-1992 249.7 429.1 464.9 206.6 127.0 89.7 67.9 68.3 71.9 62.7 42.9 92.0 164.4 70.77
1992-1993 236.8 787.8 256.9 157.9 143.2 79.9 67.0 58.0 63.0 55.0 64.3 95.1 172.1 68.90
1993-1994 135.2 254.0 434.8 348.7 146.4 100.2 66.2 50.9 41.4 41.2 44.2 105.1 147.4 64.17
1994-1995 232.4 411.3 343.0 409.6 387.8 141.6 127.6 86.7 72.6 54.7 48.1 61.0 198.0 84.61

1995-1996 189.4 529.5 971.5 368.8 203.8 119.7 83.5 60.4 53.9 88.0 82.4 173.9 243.7 94.54
1997-1998 99.4 610.6 458.9 386.0 302.6 141.6 93.5 63.7 54.7 53.0 68.0 77.6 200.8 78.87
1998-1999 249.0 612.5 377.9 200.5 112.1 94.9 61.1 49.0 41.3 34.5 52.4 68.3 162.8 57.36
2000-2001 276.2 444.9 524.7 266.8 257.5 116.0 89.9 65.9 82.4 93.2 75.1 148.6 203.4 95.87
2002-2003 448.4 285.2 829.9 204.3 144.5 104.4 103.0 105.1 58.4 47.9 46.0 71.8 204.1 76.66

23
Bảng 2-3: Tung độ đường phòng phá hoại và đường hạn chế cấp nước hồ chứa
Thác Bà (đơn vị: m)
Ngày-Tháng 1-VI 30-VI 31-VII 31-VIII 30-IX 31-X 30-XI
Đường hạn chế cấp nước 50.3 53.43 56 56 58 58 58
Đường phòng phá hoại 46 46 48.39 52.87 54.64 54.95 54.46
Ngày-Tháng 31-XII 31-I 28-II 31-III 30-IV 31-V
Đường hạn chế cấp nước
57.17 56.17 55.07 53.78 52.27 50.3
Đường phòng phá hoại
53.6 52.45 50.83 48.92 46.79 46
Vẽ đường hạn chế cấp nước (Đường bao dưới)
46
48
50
52
54
56
58
60
1-VI 30-VI 31-VII 31-VIII 30-IX 31-X 30-XI 31-XII 31-I 28-II 31-III 30-IV 31-V
Tháng, ngày
Mực nước hồ (m)
Đường bao dưới (đường

hạn chế cấp nước)

Hình 2-8: Vẽ đường bao đường hạn chế cấp nước hồ Thác Bà (đường bao dưới)
Vẽ đường bao trên (Đường phòng phá hoại)
Đường bao trên
(đường phòng phá hoại)
46
48
50
52
54
56
58
60
1-VI 30-VI 31-VII 31-VIII 30-IX 31-X 30-XI 31-XII 31-I 28-II 31-III 30-IV 31-V
Mực nước hồ (m)

Hình 2-9: Vẽ đường bao đường phòng phá hoại hồ chứa Thác Bà (đường bao trên)