Kỹ thuật và quản lý hệ thống nguồn nước ( Đại học Quốc gia Hà Nội ) - Chương 7 pps

283
CHƯƠNG
7
Các hệ thống
Nớc mặt




7.1. Các hệ thống hồ chứa nớc mặt
Chức năng chính của các hồ chứa là để làm giảm sự biến thiên của dòng
nớc mặt thông qua sự kiểm soát và điều tiết, và điều tiết nớc đến những nơi
cần thiết, đúng lúc và đúng chỗ. Chức năng chứa nớc tạm thời của các hồ
chứa thờng vẫn đa đến một kết quả không mong muốn là tổn thất nớc tăng
lên do quá trình thấm và bốc hơi. Tuy nhiên, các lợi ích có thể nhận đợc
thông qua điều hòa dòng chảy cho các nguồn cung cấp nớc, phát điện, tới,
sử dụng nớc cho các hoạt động giải trí, và các hoạt động khác sẽ bù lại cho
các tổn thất này. Các lợi ích thực của mọi dự án phát triển hồ chứa phụ thuộc
vào kích thớc và sự điều tiết hồ chứa, cũng nh các mục đích khác nhau của
dự án.
Các hệ thống hồ chứa có thể đợc chia thành hai nhóm chung theo mục
tiêu điều tiết: tích trữ nớc và điều tiết lũ. Các mục tiêu tích trữ nớc bao
gồm cung cấp nớc, tăng dòng chảy kiệt cải thiện chất lợng nớc, hoạt động
giải trí, giao thông thuỷ, tới và thủy điện, và mọi mục đích khác trong đó
nớc đợc trữ lại để xả ra sau này. Điều khiển lũ đơn giản là trữ hoặc làm
chậm nớc trong quá trình lũ để làm giảm dòng chảy lũ. Chơng này chỉ tập
trung vào các hệ thống hồ chứa nớc mặt cho mục tiêu tích trữ nớc. Điều tiết
lũ, một khía cạnh của điều tiết hệ thống hồ chứa đợc thảo luận trong chơng
13.

Nói chung, tổng dung tích của một hồ chứa đa mục đích gồm có ba thành
phần chính (xem hình 7.1.1); (1) dung tích chết, chủ yếu dùng để lắng đọng
bùn cát, hoạt động giải trí, hoặc phát điện; (2) dung tích hiệu dụng, đợc sử
dụng cho các mục đích tích trữ nớc, bao gồm các nguồn cung cấp nớc, tới,
vận tải thuỷ, vân vân ; (3) dung tích điều tiết lũ trữ thể tích lũ vợt quá để
giảm tiềm năng phá hủy của dòng lũ. Thờng thì các lợng trữ này có thể


284
đợc xác định riêng rẽ và sau đó đợc kết hợp lại thành tổng lợng trữ của hồ
chứa.
Hình 7.1.1
Vị trí các thành phần của hồ chứa (U.S. Army Corps of Engineers, 1977)
7.2. phân tích lợng trữ dòng chảy bền vững
cho cung cấp nớc
Xác định mối quan hệ giữa lợng trữ dòng chảy cho một công trình hồ
chứa là một trong những phép phân tích thủy văn cơ bản về thiết kế hồ chứa.


285
Hai vấn đề cơ bản trong nghiên cứu lợng trữ dòng chảy (U.S. Army Corps
of Engineers HEC, 1977) là: (1) xác định lợng trữ cần thiết để cung cấp
đợc một dòng chảy cho trớc; và (2) xác định dòng chảy của một lợng trữ
cho trớc. Vấn đề đầu tiên thờng gặp phải trong các giai đoạn lập kế hoạch
và thiết kế sơ bộ của một nghiên cứu phát triển tài nguyên nớc, trong khi đó
vấn đề thứ hai thờng diễn ra trong các giai đoạn thiết kế cuối cùng hoặc trong
giai đoạn định giá lại của một dự án đã có để có một phân tích tổng hợp hơn.
Các mục tiêu khác của phân tích lợng trữ dòng chảy bao gồm: (1) xác
định các khía cạnh bổ sung hoặc cạnh tranh của việc phát triển đa công trình;
(2) xác định các mặt bổ sung hoặc cạnh tranh của sự phát triển một công trình

đa mục đích; và (3) phân tích các quy tắc điều tiết khác cho một công trình
hoặc một nhóm công trình.
Các phơng pháp thờng hay sử dụng để phát triển một quan hệ lợng trữ
dòng chảy bao gồm (U.S. Army Corps of Engineers, 1977): (1) phân tích
đơn giản hóa; và (2) phân tích chi tiết tuần tự. Các phơng pháp đơn giản hóa
là thích hợp khi mục đích nghiên cứu chỉ giới hạn ở các nghiên cứu sơ bộ hoặc
các nghiên cứu tính khả thi. Các phơng pháp chi tiết bao gồm phân tích mô
phỏng và phân tích tối u thờng cần đến khi nghiên cứu các mục tiêu cho
giai đoạn thiết kế. Mục tiêu của các phơng pháp đơn giản hóa là thu đợc
một ớc tính khá tốt của các kết quả, các ớc tính này sau đó có thể đợc cải
thiện bằng một phân tích chi tiết tuần tự. Những yếu tố tác động đến sự lựa
chọn phơng pháp phân tích là: (1) các yêu cầu nghiên cứu; (2) độ chính xác
yêu cầu; và (3) số liệu cơ bản yêu cầu và số liệu có sẵn.
7.2.1 Các quy trình phân tích dòng chảy bền vững
Dòng chảy bền vững (firm yield) đợc định nghĩa nh là lợng dòng chảy
lớn nhất hoặc lu lợng dòng chảy lớn nhất luôn có tại một vị trí đã cho trên
dòng chảy. Cụ thể hơn, Chow và những ngời khác (1988) định nghĩa dòng
chảy bền vững của một hồ chứa nh là tốc độ xả nớc trung bình năm làm cho
mực nớc hồ chứa đạt mức thấp nhất cho phép chỉ một lần duy nhất trong thời
khoảng hạn hán của số liệu quan trắc. Phơng pháp đợc sử dụng nhiều nhất
để xác định dòng chảy bền vững của một con sông không đợc điều tiết là xây
dựng đờng cong lu lợng thời gian, nó là đồ thị của lợng xả, nh là một
hàm của phần trăm số lần lu lợng bằng hoặc vợt. Ví dụ nh trong hình
7.2.1 cho số liệu dòng chảy tháng trong bảng 7.2.1.
Đờng cong lu lợng thời gian có thể đợc xây dựng cho một vị trí
cho trớc trên một con sông bằng cách sắp xếp các giá trị tốc độ dòng chảy
quan trắc theo thứ tự độ lớn giảm dần. Từ đó ta có thể tính đợc phần trăm số
lần bằng hoặc vợt cho mỗi độ lớn của lu lợng. Sau đó, phần trăm số lần
vợt đợc vẽ lên đồ thị theo lu lợng để xác định quan hệ lu lợng thời
gian. Dòng chảy bền vững là lu lợng bằng và vợt tỉ lệ 100% số lần của một

chuỗi số liệu lu lợng lịch sử. Đờng cong lu lợng thời gian đợc sử
dụng để xác định nguồn cung cấp nớc tiềm năng trong giai đoạn lập kế


286
hoạch và thiết kế của các dự án tài nguyên nớc, đặc biệt là các nhà máy thủy
điện.
Phân tích đờng cong lũy tích. Để tăng dòng chảy bền
vững của một con sông không đợc điều tiết, các công trình ngăn nớc mặt
đợc xây dựng để điều tiết con sông. Hai phơng pháp, phân tích đờng cong
tích lũy và phân tích đỉnh (sequent-peak analysis), có thể đợc sử dụng để xây
dựng quan hệ lợng trữ dòng chảy cho các vị trí khác nhau dọc theo một
dòng sông. Một đờng cong tích lũy là đồ thị của hàm lũy tích lợng dòng
chảy theo thời gian. Phân tích đờng cong tích lũy đợc xây dựng lần đầu tiên
bởi Ripple vào năm 1883. Phơng pháp này sử dụng các chuỗi số liệu lịch sử
hoặc các chuỗi số liệu tính toán của lu lợng dòng chảy trong một khoảng
thời gian, [0, T]. Phân tích giả sử rằng khoảng thời gian bao gồm cả thời kì tới
hạn, thời kì mà dòng chảy đạt một giá

Hình 7.2.1
Đờng cong lu lợng - thời gian của sông Little Weiser gần Indian Valley, Idaho (1966 1970).
trị cực tiểu làm cho mực nớc hồ chứa giảm nhiều nhất. Phân tích đờng cong
tích lũy có thể đợc thực hiện bằng các phơng pháp đồ giải. Hai phơng pháp
đồ giải đợc trình bày ở đây. Phơng pháp đầu tiên là phơng pháp Ripple
nguyên thủy (nh trong hình 7.2.2) trong đó các giá trị của luỹ tích dòng chảy
đến hồ theo thời gian trong bảng 7.2.1 đợc biểu diễn lên trên đồ thị.


287
Phơng pháp Ripple thích hợp khi dòng xả là không đổi. Tuy nhiên trong

các trờng hợp dòng xả của hồ biến đổi, cũng dễ dàng tính đợc sự khác nhau
giữa lũy tích các dòng chảy đến và lũy tích các dòng xả của hồ. Dung tích
hiệu dụng cần thiết chính là độ chênh lệch nhiều nhất giữa hai loại dòng chảy
trên. Tất nhiên là cách tiếp cận khác này cũng có thể sử dụng cho trờng hợp
dòng xả không đổi và nó có thể đợc thực hiện bằng đồ thị. Các phơng pháp
có thể áp dụng nhiều lần với các dòng xả khác nhau để nhận đợc đờng cong
lợng trữ dòng chảy tại một vị trí hồ chứa cho trớc.
Các giả thiết gắn liền với phơng pháp đờng cong tích lũy là tổng lợng dòng
xả trong khoảng thời gian phân tích không vợt quá tổng lợng dòng chảy
đến. Trong phân tích đờng cong tích lũy, dãy tới hạn của các lu lợng có
thể xảy ra ở điểm cuối của số liệu dòng chảy quan trắc. Khi điều này xảy ra,
khoảng phân tích đợc nhân đôi từ [0, T] thành [0, 2T] với dòng chảy đến lặp
lại các giá trị của nó trong thời khoảng thứ hai, và trong các tiến trình phân
tích. Nếu tổng dòng xả vợt quá tổng dòng chảy đến trong khoảng số liệu
quan trắc lịch sử, thì phân tích đờng cong tích lũy không xác định đợc một
dung tích hồ chứa cụ thể.

Bảng 7.2.1
Lu lợng tháng của sông Little Weiser gần Indian Valley, Idaho,
cho các năm thủy văn 1966 1970,

t
Năm

Tháng
Lu lợng
(AF)
QF
t

(AF)
1 1965

10 742 742
2 11 1,060 1,802
3 12 1,000 2,802
4 1966

1 1,500 3,302
5 2 1,080 4,382
6 3 6,460 10,842
7 4 10,000 20,842
8 5 13,080 33,922
9 6 4,910 38,832
10

7 981 39,813
11

8 283 40,096
12

9 322 40,398
13

10 404 40,822
14

11 787 41,609
15

12 2,100 43,709
16

1967

1 4,410 48,119
17

2 2,750 50,869
18

3 3,370 54,239


288
19

4 5,170 59,409
20

5 19,680 79,089
21

6 19,630 98,719
22

7 3,590 102,309
23

8 710 103,019
24

9 518 103,537
25

10 924 104,461
26

11 1,020 105,481
27

12 874 106,355
28

1 1,020 107,375
29

1968

2 8,640 116,015
PHân tích đỉnh. Phơng pháp đỉnh tính toán tổng lũy tích của dòng
chảy đến QF
t
trừ đi dòng xả của hồ chứa R
t
, đó là,
t
u
t

=
t
(QF
t
R
t
), cho
mọi khoảng thời gian t thuộc thời khoảng phân tích [0, T]. Để giải quyết vấn
đề này bằng đồ thị, tổng lũy tích của u
t
đợc vẽ đồ thị theo thời gian t. Lợng
trữ ứng với mỗi thời khoảng là sự chênh lệch theo trục thẳng đứng giữa đỉnh
thứ nhất và điểm thấp trớc dãy đỉnh. Phơng pháp có hai giả thiết giống nh
hai giả thiết của phân tích đờng cong tích lũy.
Về phơng diện đại số, phơng pháp đỉnh có thể thực hiện bằng cách sử
dụng phơng trình đệ quy sau,

1
,
0,
t t
t
t
R QF K
K

Nếu dơng
cho các trờng hợp khác
(7.2.1)
trong đó K
t
là lợng trữ cần thiết tại đầu thời khoảng t. Giá trị ban đầu của K
t

tại t = 0 đợc gán bằng 0, Nói chung, phơng pháp sử dụng phơng trình
(7.2.1) đợc áp dụng lặp đi lặp lại nhiều lần, cho hai lần độ dài của khoảng
thời gian tính toán để giải thích cho khả năng chuỗi lu lợng tới hạn có ở
đoạn cuối của số liệu dòng chảy quan trắc. Giá trị cực đại đã tính đợc của K
t

là dung tích hiệu dụng của hồ chứa, ứng với chuỗi dòng chảy và các dòng xả
đang xét.
Trong thực tế, ngoài các dòng chảy đến, các thành phần thủy văn, giáng
thủy, lợng bốc hơi và thấm cũng quyết định dung tích của một hồ chứa.
Giáng thủy rơi trực tiếp trên bề mặt hồ chứa đóng góp vào lợng trữ. Bốc hơi
và thấm dẫn đến tổn thất nớc của lợng trữ hiệu dụng của hồ chứa. Phụ thuộc
vào vị trí và các điều kiện địa chất của vị trí hồ chứa, tổng tổn thất của bốc hơi
và thấm là một tác động quan trọng tới cân bằng khối lợng của hệ thống hồ
chứa. Bỏ qua các yếu tố này sẽ dẫn đến đánh giá quá cao trữ lợng nớc và,
bởi vậy, đánh giá không đúng mức lợng trữ cần thiết của hồ để có đợc dòng
xả mong muốn. Trong các vùng đất khô cằn và bán khô cằn, ví dụ nh miền
tây nam nớc Mỹ, lợng nớc tổn thất bởi bốc hơi có thể lớn tới mức đủ để
làm giảm bớt đáng kể những tác động có lợi của nớc trữ.

289
Lợng nớc tổn thất bởi bốc hơi và thấm là một hàm của lợng trữ, diện
tích mặt thoáng, và các yếu tố địa chất và khí hậu, dòng chảy đến thực của
một hồ chứa cần đợc hiệu chỉnh và sử dụng trong các phơng pháp đờng
cong lợng trữ và phơng pháp đỉnh. Dòng chảy đến hồ chứa hiệu chỉnh QF
ta

trong thời khoảng t có thể đợc tính nh sau
QF
ta
= QF
t
+ PP
t
- EV
t
- SP
t
(7.2.2)
trong đó PP
t
là lợng giáng thủy rơi trên mặt hồ chứa, EV
t
là lợng bốc hơi, và
SP
t
là tổn thất do thấm trong thời khoảng t. Các yếu tố trong vế phải của
phơng trình (7.2.2) phụ thuộc vào lợng trữ và diện tích bề mặt hồ chứa trong
thời khoảng t, và các yếu tố này, tới lợt nó, lại là một hàm của các thành
phần thủy văn này.

BảNG 7.2.1 tiếp theo
t

Năm

Tháng

Lu lợng
(AF)
QF
t

(AF)

30


3 6,370 122,385

31


4 6,720 129,105

32


5 13,290 142,395

33


6 9,290 151,685

34


7 1,540 153,225

35


8 915 154,140

36


9 506 154,646

37


10 886 155,532

38


11 3,040 158,572

39


12 2,990 161,562

40

1969

1 8,170 169,732

41


2 2,800 172,532

42


3 4,590 177,122

43


4 21,960 199,082

44


5 30,790 229,872

45


6 14,320 244,192

46


7 2,370 246,562

47


8 709 247,271



290
48


9 528 247,799

49

10 859 248,658

50


11 779 249,437

51


12 1,250 250,687

52

1970

1 11,750 262,437

53


2 5,410 267,849

54


3 5,560 273,407

55


4 5,610 279,017

56


5 24,330 303,347

57


6 32,870 336,217

58


7 7,280 343,497

59


8 1,150 344,647

60


9 916 345,563

Hình 7.2.2
Đờng cong tích
lũy của sông Little
Weiser gần Indian
Valley, Idaho, dựa
trên tổng lu lợng
tháng từ 1966-
1970,

Ví dụ 7.2.1. Giả sử rằng lợng tổn thất do bốc hơi bình quân tháng và giáng thủy của vài năm là nh
sau:
Tháng

10

11

12

1

2

3

4

5

6

7

8

9

EV
(AF)
270

275

280

350

470

450

400

350

370

330

300

290

PP
(AF)
3

5

5

10

30

50

100

150

70

10

2

3

Tổn thất do thấm là không đáng kể tại đây. Xác định dung tích hiệu dụng cần thiết để sản sinh một
dòng chảy bền vững 2000 AF/tháng.
Lời giải. Tính toán bằng phơng pháp đỉnh xét đến các thành phần thủy văn khác trong bảng 7.2.2. Từ
cột (2) (5) lần lợt chứa dữ liệu hàng tháng cần thiết: dòng xả, dòng nớc mặt chảy đến, giáng thủy,
và bốc hơi. Từ cột (3) (5) đợc sử dụng để tính dòng chảy đến hiệu chỉnh theo phơng trình (7.2.2).


291
Dòng chảy đến hiệu chỉnh cho từng tháng đợc sử dụng trong phơng trình (7.2.1) để tính K
t
. Dung
tích hiệu dụng cần thiết là 8840 AF nh đã chỉ ra trong bảng 7.2.2. Do có tổn thất do bốc hơi nên kết
quả dung tích hiệu dụng cần thiết tăng lên. Cần phải chỉ ra rằng, trong ví dụ này, lợng giáng thủy
tháng và lợng bốc hơi tháng là các hằng số và đợc giả sử rằng độc lập với lợng trữ. Trong thực tế,
giá trị tháng của PP
t
và EV
t
là các hàm của lợng trữ, là giá trị cần xác định trong ví dụ này. Để giải
thích chính xác cho các giá trị của PP
t
và EV
t
khi lợng trữ thay đổi, cần có một phơng pháp thử sai
để xác định giá trị cần thiết K
a
của dòng chảy bền vững cho trớc.
7.2.2. Các phơng pháp tối u hóa cho phân tích dòng chảy bền vững

Phân tích đờng cong tích lũy và phơng pháp đỉnh đợc sử dụng trong
giai đoạn lập kế hoạch để xác định sức chứa của một hồ chứa nớc mặt đơn lẻ
với một dạng dòng xả cho trớc. Nó cho phép các kỹ s phát triển một đờng
cong lợng trữ - dòng chảy cho một vị trí hồ chứa đang nghiên cứu. Tuy
nhiên, khả năng của hai phơng pháp này trong phân tích một hệ thống hồ
chứa gồm vài hồ chứa là rất hạn chế. Hơn nữa, dung tích hiệu dụng của một
hồ chứa phụ thuộc vào các yếu tố thủy văn khác nhau. Những ảnh hởng của
các yếu tố thủy văn này đối với cân bằng khối lợng, đến lợt nó, lại là một
hàm của lợng trữ cha biết của hồ chứa. Mối quan hệ ẩn nh thế này không
thể đợc giải thích trực tiếp bằng phân tích đờng cong lũy tích và phân tích
đỉnh.
Mặt khác, các mô hình tối u rõ ràng có thể nghiên cứu các mối quan hệ
ẩn nh thế, các mối quan hệ không thể đợc giải quyết trực tiếp bằng các
phơng pháp thích hợp. Hơn nữa, các hệ thống có một vài hồ chứa đa nhiệm
vụ có thể đợc mô hình hóa và mối quan tơng quan của chúng có thể đợc
giải thích trong một mô hình tối u hóa.
Để minh họa xét một hồ chứa đợc thiết kế đơn lẻ cho mục đích cung cấp
nớc. Đặc tính cốt yếu của một mô hình tối u hóa để xác định sức chứa của
hồ chứa là phơng trình cân bằng khối lợng,

1
t t t t t
t
ST ST PP QF R EV


(7.2.3)
trong đó ST
t
là lợng trữ của hồ chứa tại thời điểm đầu của thời khoảng t.

Một mô hình để xác định dung tích hiệu dung nhỏ nhất (K
a
) đối với một
dòng xả bền vững cho trớc (R
*
), có thể thiết lập nh sau
Cực tiểu hóa K
a
(7.2.4a)
với ràng buộc
Bảng 7.2.2
Các kết quả tính toán của phơng pháp đỉnh với các thành phần thủy văn khác
t
(tháng)
(1)
R
t

(AF/tháng)
(2)
QF
t

(AF/tháng)
(3)
PP
t

(AF/tháng)
(4)

EV
t

(AF/tháng)
(5)
K
t-1

(AF/tháng)
(6)
K
t

(AF/tháng)
(7)
1 2000,0 742,0 3,0 270,0 0,0 1525,0
2 2000,0 1060,0 5,0 275,0 1525,0 2735,0
3 2000,0 1000,0 5,0 2800, 2735,0 4010,0
4 2000,0 1500,0 10,0 350,0 4010,0 4850,0
5 2000,0 1080,0 30,0 470,0 4850,0 6210,0
6 2000,0 6.460,0 50,0 4500 6210,0 2150,0
7 2000,0 10000,0 100,0 400,0 2150,0 0,0


292
8 2000,0 13080,0 150,0 3500 0,0 0,0
9 2000,0 4910,0 70,0 3700 0,0 0,0
10 2000,0 981,0 10,0 330,0 0,0 1339,0
11 2000,0 283,0 2,0 300,0 1339,0 3354,0
12 2000,0 322,0 3,0 290,0 3354,0 5319,0

13 2000,0 404,0 3,0 2700 5319,0 7182,0
14 2000,0 787,0 5,0 275,0 7182,0 8665,0
15 2000,0 2100,0 5,0 280,0 8665,0 8840,0
16 2000,0 4410,0 10,0 350,0 8840,0 6770,0
17 2000,0 2750,0 30,0 470,0 6770,0 6480,0
18 2000,0 3370,0 50,0 450,0 6460,0 5490,0
19 2000,0 5170,0 100,0 400,0 5490,0 2620,0
20 2000,0 19680,0 150,0 350,0 2620, 0,0
21 2000,0 19630,0 70,0 370,0 0,0 0,0
22 2000,0 3590,0 10,0 330,0 0,0 0,0
23 2000,0 710,0 2,0 300,0 0,0 1588,0
24 2000,0 518,0 3,0 290,0 1588,0 3357,0
25 2000,0 924,0 3,0 270,0 3357,0 4700,0
26 2000,0 1020,0 5,0 275,0 4700,0 5950,0
27 2000,0 874,0 5,0 280,0 5950,0 7351,0
28 2000,0 1020,0 10,0 350,0 7351,0 8671,0
29 2000,0 8640,0 30,0 470,0 8671,0 2471,0
a. bảo toàn khối lợng trong mỗi thời khoảng t,

*
1

, 1, ,
t t t t tt
ST ST R R QF PP EV t T


(7.2.4b)
trong đó

t
R
là lợng xả vợt quá dòng xả bền vững cho trớc R
*
.
b. dung tích của hồ chứa không thể bị vợt quá trong toàn bộ các thời
khoảng tính toán,

0, 1, ,
t a
ST K t T

(7.2.4c)
Các biến quyết định là

, ,
t t
ST R
và K
a
. Mô hình là tuyến tính nếu các biến
thủy văn QF
t
, PP
t
, và EV
t
là các số đã biết. Dung tích hiệu dụng nhỏ nhất cần
thiết
*

a
K
để mang lại dòng xả cho trớc R
*
có thể xác định bởi một thuật giải
quy hoạch tuyến tính. Để nhận đợc quan hệ dòng chảy bền vững lợng
trữ, mô hình có thể đợc giải lặp đi lặp lại với các biến dòng xả bền vững R
*

khác nhau.
Bảng 7.2.2 tiếp theo
t
(tháng)
(1)
R
t

(AF/tháng)
(2)
QF
t

(AF/tháng)
(3)
PP
t

(AF/tháng)
(4)
EV

t

(AF/tháng)
(5)
K
t-1

(AF/tháng)
(6)
K
t

(AF/tháng)
(7)
30 2000,0 6370,0 50,0 450,0 2471,0 0,0
31 2000,0 6720,0 100,0 400,0 0,0 0,0
32 2000,0 13290,0 150,0 350,0 0,0 0,0
33 2000,0 9290,0 70,0 370,0 0,0 0,0
34 2000,0 1540,0 10,0 330,0 00, 780,0
35 2000,0 915,0 20, 300,0 780,0 2163,0
36 2000,0 5060 3,0 290,0 2163,0 3944,0
37 2000,0 8860 30 270,0 3944,0 5325,0
38 2000,0 30400 5,0 275,0 5325,0 4555,0
39 2000,0 29900 5,0 280,0 4555,0 3840,0
40 2000,0 81700 10,0 3500, 3840,0 0,0
41 2000,0 28000 30,0 470,0 0,0 0,0


293
42 2000,0 45900 50,0 450,0 0,0 0,0

43 2000,0 21960,0 100,0 400,0 0,0 0,0
44 2000,0 30790,0 150,0 3500, 0,0 0,0
45 2000,0 14320,0 70,0 370,0 0,0 0,0
46 2000,0 2370,0 10,0 330,0 0,0 0,0
47 2000, 0 7090 20 300,0 0,0 1589,0
48 2000,0 5280, 30, 2900 1589,0 3348,0
49 2000,0 859,0 3,0 2700 3348,0 4756,0
50 2000,0 779,0 5,0 2750, 4756,0 6247,0
51 2000,0 1250,0 5,0 280,0 6247,0 7272,0
52 2000,0 117500 10,0 350,0 7272,0 00,
53 2000,0 5410,0 30,0 470,0 0,0 0,0
54 2000,0 55600, 500 450,0 0,0 0,0
55 2000,0 5610,0 100,0 4000 0,0 0,0
56 2000,0 24330,0 150,0 350,0 0,0 0,0
57 2000,0 32870,0 700, 370,0 0,0 0,0
58 2000,0 7280,0 10,0 330,0 0,0 0,0
59 2000,0 1150,0 2,0 300,0 0,0 1148,0
60 2000,0 916,0 3,0 290,0 1148,0 2519,0
Ví dụ 7.2.2. Sử dụng số liệu dòng chảy tháng trong bảng 7.2.1 của Little
Weiser River gần Indian Valley, Idaho, lập một mô hình QHTT để xác
định dung tích hiệu dụng cần thiết nhỏ nhất để sản xuất một dòng chảy
bền vững là 2000 AF/tháng. Giả sử rằng hồ chứa đầy vào lúc ban đầu với
ST
1
= K
a
.
Lời giải. Hàm mục tiêu cho vấn đề đa ra trong phơng trình (7.2.4a) là cực tiểu hóa K
a
. Bộ các ràng

buộc thứ nhất là các phơng trình cân bằng khối lợng dòng chảy cho từng tháng. Với giá trị lợng trữ
ban đầu ST
1
= K
a
, cho tháng đầu tiên (t = 1), cân bằng khối lợng là
*
1 2 1 1 1 1

ST ST R R QF PP EV

trong đó ST
1
= K
a
, R
*
= 2000 AF/tháng, QF
1
= 742
AF/tháng, và, từ ví dụ 7.2.1, PP
1
= 3 AF/tháng, và EV
1
= 270 AF/tháng. Kết quả ràng buộc cân bằng
khối lợng cho tháng t =1 là
2 1

1525.
a

K ST R
tơng tự nh thế, ràng buộc cân bằng khối lợng
cho tháng t =2 là:
*
2 3 2 2 2

ST ST R R QF PP


2
1210.
EV
Quá trình này đợc lặp đi lặp
lại cho mỗi tháng trong toàn bộ thời khoảng phân tích, tức là, T = 60 tháng.
Bộ các ràng buộc thứ hai là để đảm bảo rằng lợng trữ hàng tháng STt không vợt quá dung tích hiệu
dụng của hồ chứa, tức là, phơng trình (7.2.4c). Cụ thể là bộ giới hạn này có thể đợc biều diễn nh
sau
2 3 60
0; 0; ; 0;
a a a
ST K ST K ST K

và
61
0.
a
ST K

Mô hình QHTT cho ví dụ
này gồm có tổng cộng 2T + 1 = 121 biến quyết định cha biết và 2T = 120 ràng buộc với T ràng buộc

cân bằng khối lợng và T ràng buộc lợng trữ.
Mặt khác, mô hình tối u hóa sau đây có thể đợc sử dụng để xác định
quan hệ dòng chảy bền vững lợng trữ. Mô hình này cực đại hóa dòng xả
bền vững (R) của một dung tích hiệu dụng cho trớc
*
.
( )
a
K

Cực đại hóa Z = R (7.2.5a)
với ràng buộc

1

, 1, ,
t t t t tt
ST ST R R QF PP EV t T



(7.2.5b)

*
, 1, ,
t a
ST K t T

(7.2.5c)

294
Quan hệ lợng trữ dòng chảy bền vững có thể đợc xây dựng bằng cách
lặp đi lặp lại việc giải mô hình này với các giá trị khác nhau của dung tích
chứa hiệu dụng cho trớc
*
.
a
K

Trong trờng hợp lợng bốc hơi và giáng thủy là một hàm của diện tích
mặt nớc của hồ chứa, diện tích này, tới lợt nó, lại phụ thuộc vào lợng trữ
của hồ, ngời ta có thể tích hợp quan hệ lợng trữ diện tích vào trong mô
hình tối u hóa. Quan hệ lợng trữ diện tích có thể thu đợc từ tiến hành
một cuộc khảo sát địa hình để xác định thể tích chứa và diện tích mặt nớc ở
một độ cao so với mặt biển cho trớc (xem hình 7.2.3). Để tích hợp quan hệ
lợng trữ diện tích mặt nớc vào mô hình tối u hóa, công thức của mô
hình đợc mô tả bằng các phơng trình (7.2.4a - c) có thể đợc hiệu chỉnh nh
sau
Cực tiểu hóa Z = Ka (7.2.6a)
với ràng buộc

1
*

. ( ) . ( )
, 1, ,
t t t t t t t tt
t
ST ST p A ST e A ST R

R QF t T



(7.2.6b)

0, 1, ,
t a
ST K t T

(7.2.6c)
trong đó p
t
và e
t
lần lợt là các chiều cao của lợng giáng thủy và lợng bốc
hơi trên mỗi đơn vị diện tích trong thời khoảng t. Gần nh với tất cả các vị trí
hồ chứa, quan hệ giữa thể tích chứa và diện tích mặt nớc là phi tuyến. Vì thế,
mô hình mô tả bởi các phơng trình (7.2.6a-c) là một mô hình tối u phi
tuyến. Quan hệ phi tuyến giữa lợng trữ - diện tích trong Pt. (7.2.6b) có thể
xấp xỉ bởi một hàm tuyến tính để thuận tiện trong việc thực hiện một quy
hoạch tuyến tính.
Chú ý rằng trong mô hình xác định kích thớc và điều tiết hồ chứa đơn ở
trên, các phơng trình (7.2.5a-c), các biến quyết định là dòng chảy bền vững
trong khi đó các thể tích chứa ST
t
cha biết là các biến trạng thái, và là các
hàm của biến quyết định R. Vì thế, vấn đề thực ra mà nói là một chiều. Một sơ
đồ tìm kiếm một chiều nh phơng pháp mặt cắt vàng mô tả trong mục 4.4.2
có thể đợc áp dụng. Xét vấn đề xác định dòng chảy bền vững, R

*
, của một K
a

cho trớc đợc mô tả bởi các phơng trình (7.2.5a-c). Nếu dòng chảy bền
vững giả thiết mà lớn hơn dòng chảy nhỏ nhất cần thiết, thì kết quả lợng trữ
tính bằng phơng trình cân bằng khối lợng (7.2.5b) trong một số các thời
khoảng nhất định sẽ bị âm. Vì thế, dòng chảy bền vững dẫn đến kết quả là cực
tiểu của giá trị tuyệt đối của lợng trữ là Giải cho mô hình hồ chứa biểu diễn
bằng các phơng trình (7.2.5a-c). Mô hình hồ chứa ràng buộc này có thể đợc
chuyển thành một mô hình không ràng buộc với hàm mục tiêu nh sau
Cực tiểu hóa Z = |ST
1
, ST
2
, , ST
T
| (7.2.7)


295

Hình 7.2.3
Các đờng cong lợng trữ - độ cao so với mặt biển và diện tích - độ cao so với mặt biển (U.S. Army Corps of
Engineers, 1977).
Vấn đề có thể đợc giải quyết bằng phơng pháp mặt cắt vàng trong đó
phơng trình ràng buộc cân bằng khối lợng (7.2.5b) đợc tích hợp vào kĩ
thuật tối u hóa dới dạng diễn toán hồ chứa (điều tiết lũ). Những đặc điểm
ban đầu của một mối quan hệ lợng trữ - diện tích mặt nớc có thể đợc sử
dụng mà không cần phải biến đổi cho phù hợp với phơng pháp giải.

Ví dụ 7.2.3. Mô tả một mô hình, dựa trên phơng pháp mặt cắt vàng, để xác định dòng chảy bền vững
cho sông Little Weiser gần Indian Valley, Idaho, cho một hồ chứa có dung tích hiệu dụng bằng 8840
AF. Số liệu hàng tháng đợc liệt kê trong bảng 7.2.1.
Lời giải. Nh đã mô tả trong mục 4.4.2 phơng pháp mặt cắt vàng cần có một khoảng số liệu ban đầu
của dòng chảy bền vững. Giả sử rằng khoảng số liệu ban đầu này là (1000 AF/tháng, 10,000
AF/tháng). Hơn nữa, nếu độ chính xác yêu cầu cho khoảng giá trị cuối bé hơn 50 AF/tháng, thì các
hàm tính toán cần thiết, với mỗi hàm gồm diễn toán hồ chứa cho 60 dòng chảy tháng, có thể đợc tính
bằng (0,618)
N
(10000 1000) < 50, Giải các hàm tính toán cần thiết này ta có N > 10,79. Vì thế, cần
11 hàm tính toán cho hàm mục tiêu, phơng trình (7.2.7). Nh thế, dòng chảy bền vững tìm đợc bằng
phơng pháp mặt cắt vàng không sai khác quá 50 AF/tháng so với dòng chảy bền vững cần thiết thực
tế.
Theo thuật toán mặt cắt vàng đã mô tả trong mục 4.4.2, trớc tiên cần xác định hai giá trị dòng chảy
bền vững thử nghiệm, R
a,1
và R
a,2
, trong khoảng giá trị (1000 AF/tháng, 10000 AF/tháng); Chúng có giá
trị là R
a,1
= 1000 + 0,382(10000 1000) = 4438 AF/tháng và R
a,2
= 10000 0,382(10000 1000) =
6562 AF/tháng. Với R
a,1
= 4438 AF/tháng, diễn toán hồ chứa dựa trên phơng trình liên tục (7.2.3) dẫn
đến kết quả là một lợng trữ cực tiểu cuối tháng là -21934 AF. Giá trị này phù hợp với giá trị của hàm
muc tiêu là 21934 AF. Lặp lại với R
a,2

= 6562 AF/tháng, tính toán phơng trình thứ 2 cho ta kết quả
của lợng trữ cực tiểu cuối tháng là
101425 ,
AF

và sinh ra giá trị của hàm mục tiêu là 101425 AF.
Vì giá trị hàm mục tiêu là 101425 AF lớn hơn 21934 AF, nên khoảng giá trị (1000 AF/tháng, 10000
AF/tháng) đợc loại bỏ. Sử dụng một khoảng giá trị ngắn hơn (1000 AF/tháng, 4438 AF/tháng), hai
giá trị thử nghiệm đợc xác định theo cùng kiểu trên và phơng pháp tìm kiếm đợc lặp lại.
7.3. Phân tích lợng trữ Năng lợng bền vững
7.3.1. Các khái niệm của cung cấp nớc để phát điện


296
Năng lợng có từ dòng sông tỉ lệ trực tiếp với tốc độ dòng chảy qua các
tua-bin và cột nớc thế năng để điều tiết các tua-bin. Các tổ máy tua-bin trong
nhà máy điện chuyển đổi thế năng và động năng của nớc thành năng lợng
cơ học và cuối cùng thành năng lợng điện. Công suất thuỷ điện
(Hydroelectrical power) HP (dới dạng mã lực, horsepower hp) có thể phát
ra bởi một tua-bin là
550
t e
e Qh
HP


(7.3.1)
trong đó Q là tốc độ dòng chảy (hoặc dòng xả) theo đơn vị cfs qua tua-bin,
là trọng lợng riêng của nớc theo đơn vị lb/ft
3

, và h
e
là cột nớc thế năng hiệu
dụng (hoặc thực) theo đơn vị feet, và e
t
là hiệu suất tua-bin của các tổ máy
phát điện. Đơn vị theo hệ mét thờng sử dụng cho công suất là kilowatt (kW).
Một đơn vị mã lực bằng với 0,7457 kW. Vì công suất là tốc độ sản sinh năng
lợng, nên năng lợng phát ra bởi một tổ máy phát điện bằng công suất nhân
với thời gian sản xuất. Đơn vị theo hệ mét thờng dùng cho năng lợng là
kilowatt giờ (kWh) hoặc là megawatt giờ (mWh).
Cần phải chỉ ra rằng cột nớc hiệu dụng (hoặc cột nớc thực) trong phơng
trình (7.3.1) là cột nớc thực có cho phát điện. Có thể thu đợc bằng cách lấy
tổng độ cao cột nớc trừ đi các tổn thất khác bởi ma sát, các điều kiện của cửa
vào, và các tổn thất thủy lực khác. Tổng độ cao cột nớc là sự chênh lệch theo
độ cao so với mặt biển giữa mặt nớc thợng lu và điểm nớc chảy qua tua-
bin. Hiệu suất thủy lực (eh) của một nhà máy thủy điện đợc định nghĩa là tỉ
lệ của độ cao cột nớc thực so với tổng độ cao cột nớc. Số hạng e
t
trong
phơng trình (7.3.1) là hiệu suất của các tổ máy phát điện do các tổn thất năng
lợng của quá trình điều tiết máy móc. Bởi vậy, hiệu suất tổng cộng của một
nhà máy thủy điện ep có thể thu đợc bằng cách nhân hiệu suất thủy lực với
hiệu suất tua-bin. Nhìn chung, Hiệu suất tổng cộng của nhà máy thủy điện
nằm trong khoảng từ 60% đến 70%. Phơng trình (7.3.1) có thể đợc sử dụng
để xác định theo mã lực bằng cách thay thế hiệu suất tua-bin et bằng ep và
thay thế độ cao cột nớc hiệu dụng bằng tổng độ cao cột nớc (hg) để điều tiết
nhà máy thủy điện.
Năng lợng cực đại có thể sản xuất ở một nhà máy thủy điện dới điều
kiện độ cao cột nớc bình thờng và dòng chảy đầy đủ đợc gọi là công suất

của nhà máy. Công suất bền vững là lợng công suất có thể phát và sản xuất
với rất ít hoặc không có sự gián đoạn và năng lợng bền vững là năng lợng
tơng ứng với công suất bền vững. Công suất bền vững đợc coi là tồn tại
100% thời gian phát điện. Nói chung, một nhà máy phát điện trong một năm
sẽ sản xuất đợc một lợng đáng kể công suất vợt quá công suất bền vững.
Công suất phát ra vợt quá công suất bền vững đợc gọi là công suất thứ cấp
(hoặc thặng d, có thể bị gián đoạn). Sự cung cấp bằng công suất thứ cấp này
không đáng tin cậy, vì thế, tỉ lệ của công suất thứ cấp thờng thấp hơn nhiều
so với tỉ lệ của công suất bền vững. Công suất thứ cấp có thể bị gián đoạn


297
nhng nó tồn tại nhiều hơn 50% thời gian phát điện. Loại công suất thứ ba
đợc gọi là công suất thải, nó ít đáng tin cậy hơn nhiều và nó tồn tại ít hơn
50% thời gian phát điện.
7.3.2. Xác định năng lợng bền vững
Dòng chảy thay đổi theo thời gian và không gian. Thủy năng tại một vị trí
cho trớc trên một dòng chảy phụ thuộc vào tốc độ dòng chảy và độ cao cột
nớc ở đó. Đặc biệt, để xác định năng lợng bền vững cho một nhà máy thủy
điện trên sông, với hồ chứa rất bé hoặc không có, thì cần sử dụng phân tích
thống kê cho chuỗi số liệu dòng chảy. Phơng pháp thờng đợc sử dụng là
đờng cong lu lợng thời gian. Do nhà máy trên sông không có hồ chứa
và chiều cao cột nớc tồn tại là cố định, nên tính biến thiên của năng lợng
sản xuất của nhà máy đó sẽ tỉ lệ trực tiếp với sự biến thiên của lu lợng. Nói
cách khác, thủy năng có thể cung cấp trong 90% thời gian phát điện sẽ đợc
phát ra bởi lu lợng dòng chảy tồn tại trong hoặc lớn hơn 90% thời gian phát
điện. Thông thờng, năng lợng bền vững của một nhà máy trên sông đợc
xem là dựa trên dòng chảy cơ sở, dòng chảy tồn tại trong 90 - 97% thời gian
phát điện.
Ví dụ 7.3.1. Tham khảo số liệu dòng chảy tháng của sông Little Weiser trong bảng 7.2.1, một nhà máy

thủy điện trên sông đợc dự định xây dựng tại đây. Chiều cao cột nớc tồn tại ở đây là 30 ft và hệ số nhà
máy khoảng 0,70, Xác định năng lợng bền vững và năng lợng xả đợc trông đợi nếu nhà máy đợc xây
dựng.
Lời giải. Với dòng chảy 1 ft
3
/s chảy qua nhà máy điện trên sông dự kiến, công suất đợc xác định bằng
phơng trình (7.3.1) nh sau,
3
0,7 62,4 1 30
0,7457 1,777 /1
550
/
kW ft
s



Với e
p
= 0,7,

= 62.4 lb/ft
3
, Q = 1 ft
3
/s, và h
g
= 30 ft. Để đơn giản, giả sử rằng mỗi tháng có 30 ngày.
Tốc độ dòng chảy trung bình tơng ứng với 1 AF/tháng là
3

3
30 24 60 60
43560 /
0,0168 / /
ft ac ft
ft s



ngày giờ giây phút
tháng ngày phút giờ
tháng

Bởi vậy, thể tích dòng chảy 1 AF/tháng sẽ sản xuất 0,0168 cfs/AF/tháng 1,777 kW/cfs 720 giờ/tháng
= 21,502 kWh/AF/tháng. Năng lợng bền vững có thể đợc sản xuất tại vị trí này , dựa trên dòng chảy
bền vững 283 AF/tháng tìm đợc trong ví dụ 7.2.1, là 283 21,502 = 6085 kWh. Công xuất xả (hoặc
năng lợng) là công xuất tồn tại trong ít nhất 50% thời gian phát điện. Từ hình 7.2.1, thể tích dòng chảy
tồn tại trong hoặc lớn hơn 50% thời gian phát điện là 2800 AF/tháng. Vì thế, năng lợng xả tơng ứng là
60,206 kWh.
Với một chiều cao cột nớc cho trớc thì khi dòng chảy bền vững càng lớn,
công suất phát ra càng lớn. Tuy nhiên, khái niệm năng lợng bao gồm cả yếu
tố thời gian bên cạnh tốc độ dòng chảy và chiều cao cột nớc. Vì thế, lợng
năng lợng có thể phát ra bởi nhà máy thủy điện cũng bị hạn chế bởi thể tích
nớc sẵn có. Để xác định trữ lợng cần thiết cho một năng lợng bền vững cụ
thể, đòi hỏi phải có hai biến tơng quan với nhau: tốc độ dòng chảy và chiều
cao cột nớc.


298
Xét một hồ chứa đợc thiết kế đơn lẻ để phát thủy điện. Vấn đề là xác định

lợng trữ cần thiết để sản xuất một năng lợng bền vững cho trớc. Tơng tự
nh bài toán phân tích lợng trữ dòng chảy bền vững, lợng trữ cần thiết để
sản xuất năng lợng bền vững cho trớc có thể đợc xác định bằng một phân
tích đờng cong lũy tích và phơng pháp đỉnh, với điều kiện biết trớc đờng
cong lũy tích của nhu cầu năng lợng dới dạng lu lợng dòng chảy trong
các thời khoảng quan trắc. Tuy nhiên, sự phức tạp trong việc xác định lợng
trữ để từ đó xác định đợc năng lợng bền vững nảy sinh từ thực tế là năng
lợng bền vững, lu lợng, chiều cao cột nớc, và lợng trữ đều có quan hệ
tơng quan với nhau. Trên thực tế có vô số tổ hợp của tốc độ dòng chảy và
chiều cao cột nớc có thể sản xuất đợc năng lợng bền vững cho trớc. Vì
thế, phân tích chuỗi bằng diễn toán dòng chảy thông qua hồ chứa cần đợc
thực hiện để xác định lợng trữ cần thiết. Trong quá trình diễn toán, chiều cao
cột nớc để phát điện đợc xác định từ một quan hệ lợng trữ - chiều cao so
với mặt biển. Tiến trình này có thể đợc lặp đi lặp lại để xác định lợng trữ
cần thiết cho từng mức năng lợng bền vững cho trớc khác nhau, từ đó xây
dựng quan hệ lợng trữ - năng lợng bền vững.
Trong nghiên cứu tiềm năng thủy điện tại một vị trí cho trớc với một
lợng trữ cho trớc, ngời ta cần tính công suất thứ cấp. Trong trờng hợp nh
thế, cần diễn toán số liệu lịch sử hoặc tổng hợp các chuỗi số liệu lu lợng
chảy qua hồ chứa để thu đợc một chuỗi số liệu lịch sử về độ cao so với mặt
biển của hồ chứa và về dòng xả, từ đó có thể tính toán đợc chuỗi số liệu thủy
năng. Sau đó xây dựng một đờng cong năng lợng thời gian để xác định tỉ
lệ thời gian mà công suất thứ cấp tồn tại.
Ví dụ 7.3.2. Sử dụng lợng trữ cần thiết để sản sinh một dòng chảy bền vững 2000 AF/ tháng từ ví dụ
7.2.1, xác định năng lợng bền vững và năng lợng xả tại vị trí đó. Để cho đơn giản, phơng trình biểu
diễn quan hệ lợng trữ độ cao mặt nớc so với mặt biển tại vị trí hồ chứa đợc cho trớc nh sau
6
650
2
2950

, 0 6500
55,6 , 6500
ST
w
ST AF
h
ST ST AF









trong đó h
w
là độ sâu của mực nớc (đơn vị ft) phía sau con đập tơng ứng với một lợng trữ ST (đơn vị
AF). Giả sử ban đầu hồ chứa đầy với 8840 AF và độ cao so với mặt biển của mực nớc tơng ứng là
78.58 ft. Xả nớc không hạn chế cho phát điện. Giáng thủy và bốc hơi trung bình tháng đợc sử dụng
(nh trong ví dụ 7.2.1) để đơn giản hóa các tính toán.
Lời giải. Từ ví dụ 7.2.1 ta có lợng trữ hiệu dụng cần thiết cho dòng chảy bền vững 2000 AF/tháng là
8840 AF. Các tính toán cho diễn toán dòng chảy qua hồ chứa sử dụng số liệu dòng chảy đến ở cột 3,
lợng giáng thủy (cột 4) và lợng bốc hơi (cột 5) đợc trình bày trong bảng 7.3.1. Kết quả diễn toán dòng
chảy là lợng chảy tràn và lợng trữ cuối thời khoảng cho lần lợt trong cột (7) và (8). Dòng chảy tràn do
xả nớc trong tháng t,

( ),
t

R
đợc tính toán bởi
1 1
,

0,
t t
t
ST ST ST ST
R






đầy đầy
nếu
trong các trờng hợp khác

trong đó ST
đầy
là lợng trữ khi hồ chứa đầy; ST
đầy
= 8840 AF. Năng lợng (đơn vị kWh) sản sinh trong
mỗi tháng t (cột 10) đợc tính toán bằng
0, 7457 0, 7166
(43,560)
550 3600
t t t

p t t
ER Q h
e Q h





299
trong đó

t t
Q R R

là tổng dòng xả của hồ (đơn vị AF) trong tháng t, bởi vậy, Q
t
là tổng dòng xả của
hồ chứa (đơn vị AF) trong tháng t, hay là tổng của dòng chảy bền vững giới hạn R và tổng dòng xả không
giới hạn của hồ chứa,

;
t
R
e
p
là hệ số nhà máy, bằng 0,70;
t
h
là chiều cao cột nớc, đợc tính bằng tổng
của chiều cao đỉnh đập trừ đi chiều cao tua-bin (h

0
= 30 ft) và độ sâu trung bình của mặt nớc phía sau
đập. Đó là,
1
0
2
t t
t w
ST ST
h h h







Chiều cao cột nớc trung bình
( )
t
h
của từng tháng và năng lợng điện sinh ra đợc trình bày lần lợt
trong cột (9) và (10). Dựa trên cột cuối cùng của bảng 7.3.1, năng lợng bền vững là 44,153 kWh ứng với
giá trị nhỏ nhất của ER
t
trong cột (10). Năng lợng xả là 130,497 kWh hoặc ít hơn (xem hình 7.3.1 cho
đờng cong năng lợng thời gian) ứng với giá trị lớn nhất đứng thứ 30 trong 60 giá trị. Sự so sánh
đờng cong năng lợng thời gian của 2 trờng hợp có và không có hồ chứa cũng đợc trình bày trong
hình 7.3.1.
7.4. Mô phỏng hồ chứa

7.4.1 Các nguyên tắc điều tiết
Mục đích của các nguyên tắc điều tiết (các chính sách) cho các hệ thống
tài nguyên nớc là để xác định cách quản lý dòng chảy trong toàn hệ thống.
Các nguyên tắc này đợc xác định để đạt đợc các dòng chảy hệ thống cần
thiết và các nhu cầu của hệ thống, theo cách cực đại hóa các mục tiêu nghiên
cứu, hay nói cách khác là để thu đợc lợi ích tối đa. Các nhu cầu hệ thống có
thể đợc diễn tả nh là lu lợng nhỏ nhất mong muốn và lu lợng nhỏ nhất
cần thiết cần có ở các vị trí đã chọn trong hệ thống. Các quy tắc điều tiết có
thể đợc thiết kế để thay đổi theo mùa tơng ứng với các nhu cầu nớc theo
mùa và bản chất ngẫu nhiên của lợng nớc đến. Các quy tắc điều tiết thờng
đợc thiết lập cho một tháng cơ sở, dựa trên các trạng thái hiện tại của hệ
thống nó quy định nớc sẽ đợc điều tiết nh thế nào trong tháng sau đó (hoặc
các tháng sau đó).


300

Hình 7.3.1
Các đờng cong năng lợng thời gian của sông Little Weiser.
Trong vận hành hồ chứa, các hàm lợi ích đợc sử dụng nên chỉ ra các thiếu
hụt gây nên các hệ quả rất bất lợi khi dòng thặng d chỉ có thể tăng cờng các
lợi ích ở mức độ vừa phải.
Trong thực tế ngời ta thờng định nghĩa các quy tắc điều tiết hồ chứa dới
dạng dòng chảy bền vững nhỏ nhất hoặc giá trị mục tiêu. Nếu nguồn cung cấp
nớc tới tất cả các điểm là những ràng buộc tối thiểu phải có thì khi xảy ra hạn
hán, có thể sẽ không đáp ứng đợc tất cả các nhu cầu.
Lợng trữ của hồ chứa thờng đợc chia thành các dung tích khác nhau,
nh đã trình bày trong hình 7.1.1. Các đờng quá trình điều tiết chỉ ra biên
của lợng trữ của các dung tích khác nhau (xem hình 7.4.1) trong một năm.
Trong giai đoạn phát triển các đờng quá trình điều tiết cho một nghiên cứu

hồ chứa đa mục đích cần phải biết trớc rằng liệu có xảy ra xung đột hay
không khi hồ chứa phục vụ nhiều mục đích khác nhau. Khi một số hồ chứa
phục vụ cho cùng một mục đích, cần xây dựng các đờng quá trình điều tiết
cho hệ thống.
Điều cốt yếu là các quy tắc điều tiết đợc thiết lập với các thông tin sẽ có ở
thời điểm ra các quyết định vận hành. Nếu các dự báo đợc sử dụng trong điều
tiết, thì độ tin cậy cần đợc tính đến trong việc thiết lập các quy tắc điều tiết.


301
Cũng tơng tự nh vậy, tất cả các yếu tố vật lý, pháp luật và các ràng buộc
khác cũng nên đợc xem xét trong việc thiết lập và đánh giá các quy tắc điều
tiết. Hơn nữa, nếu có thể đợc thì các yếu tố bất định của đờng quá trình điều
tiết, các thay đổi về điều kiện vật lý và pháp luật cũng nên đợc kết hợp trong
việc xây dựng các đờng quá trình điều tiết.
Các đờng quá trình điều tiết đợc phát triển để định hớng xem chính
sách vận hành nào đợc sử dụng tại một hồ chứa hoặc đập nớc. Các quyết
định vận hành sẽ dựa trên trạng thái hiện tại của hệ thống và thời gian trong
năm vốn liên quan đến sự thay đổi theo mùa của các dòng chảy đến hồ. Một
đờng quá trình điều tiết đơn giản có thể chỉ rõ lu lợng xả của thời khoảng
tiếp theo chỉ dựa trên duy nhất mực nớc hồ chứa trong tháng hiện tại. Một
đờng quá trình điều tiết phức tạp hơn có thể xét lợng trữ của các hồ chứa
khác, cụ thể hơn là tại các điểm điều khiển dới hạ lu, và có thể cho một dự
báo về các dòng chảy đến hồ chứa có thể có trong tơng lai.
Ba phơng pháp cơ bản đã đợc sử dụng trong các giai đoạn lập kế hạch,
thiết kế và vận hành của các hệ thống hồ chứa: (a) các phơng pháp đơn giản
hóa ví dụ nh phân tích không tuần tự; (b) phân tích mô phỏng; và (c) phân
tích tối u. Các phơng pháp đơn giản thờng đợc sử dụng để phân tích các
hệ thống gồm một hồ chứa đơn mục đích và sử dụng số liệu có duy nhất một
thời khoảng lu lợng tới hạn. Các mô hình mô phỏng có thể giải quyết các hệ

thống có cấu hình phức tạp hơn và có thể duy trì đầy đủ hơn các đặc điểm
ngẫu nhiên, biến động của các hệ
Bảng 7.3.1
Diễn toán dòng chảy để xác định năng lợng bền vững dựa trên dòng chảy tháng tại sông Little Weiser gần
Indian Valley, Idaho (1966-1970)
t
(th)
(1)
ST
t

(AF)
(2)
QF
t

(AF/th)
(3)
PP
t

(AF/th)
(4)
EV
t

(AF/th)
(5)
R
t

(AF/th)
(6)

t
R

(AF/th)
(7)
ST
t+1

(AF)
(8)
t
h

(ft)
(9)
ER
t

(kWh)
(10)
1 8840,0

742,0

3,0 270,0 2000,0

0,0

7315,0

91,1

130528,0

2 7315,0

1060,0

5,0 275,0 2000,0

0,0

61050,

90,1

129200,0

3 6105,0

1000,0

5,0 280,0 3000,0

0,0

4830,0

80,5

115327,0

4 4830,0

1500,0

10,0 350,0 2000,0

0,0

3990,0

70,7

101337,0

5 3990,0

1080,0

30,0 470,0 2000,0

0,0

2630,0

60,6

86784,0

6 2630,0

6460,0

50,0 450,0 2000,0

0,0

6690,0

73,0

104644,0

7 6690,0

10000,0

100,0 300,0 2000,0

5550,0

8840,0

92,7

501777,0

8 8840,0

13080,0

150,0 350,0 2000,0

10880,0

8840,0

95,3

879414,0

9 8840,0

4910,0

70,0 370,0 2000,0

2610,0

8840,0

92,5

305498,0

10 8840,0

981,0

10,0 330,0 2000,0

0,0

7501,0

91,1

130619,0

11 7501,0

283,0

2,0 300,0 2000,0

0,0

5486,0

89,9

128900,0

12 5486,0

322,0

3,0 290,0 2000,0

0,0

3521,0

71,6

102573,0

13 3521,0

404,0

3,0 270,0 2000,0

0,0

1658,0

53,9

77253,0

14 1658,0

787,0

5,0 275,0 2000,0

0,0

1750,

38,5

55120,0

15 175,0

2100,0

5,0 280,0 2000,0

0,0

0,0

30,8

44153,**

16 0,0

4410,0

10,0 350,0 2000,0

0,0

2070,0

39,6

56755,0

17 2070,0

2750,0

30,0 470,0 2000,0

0,0

2380,0

50,5

72430,0

18 2380,0

3370,0

50,0 450,0 2000,0

0,0

3350,0

56,4

80897,0

19 3350,0

5170,0

100,0 300,0 2000,0

0,0

6220,0

74,2

106298,0

20 6220,0

19680,0

150,0 350,0 2000,0

14860,0

8840,0

95,7

1156728,0

21 8840,0

19630,0

70,0 370,0 2000,0

173300,

8840,0

97,5

1350089,0

22 8840,0

35900,

10,0 330,0 2000,0

1270,0

8840,0

92,0

215634,0

23 8840,0

710,0

2,0 330,0 2000,0

0,0

7252,0

91,1

130498,0

24 7252,0

518,0

3,0 290,0 2000,0

0,0

5483,0

88,8

127233,0

25 5483,0

924,0

3,0 270,0 2000,0

0,0

4140,0

74,4

106648,0



302
26 4140,0

1020,0

5,0 275,0 2000,0

0,0

2890,0

62,4

89496,0

27 2890,0

8740,

5,0 280,0 2000,0

0,0

1489,0

50,2

71961,0

28 1489,0

1020,0

10,0 350,0 2000,0

0,0

169,0

37,7

53962,0

29 169,0

8640,0

30,0 470,0 2000,0

0,0

6369,0

60,2

86242,0


Bảng 7.3.1 tiếp theo
t
(th)
(1)
ST
t

(AF)
(2)
QF
t

(AF/th)
(3)
PP
t

(AF/th)
(4)
EV
t

(AF/th)
(5)
R
t

(AF/th)
(6)

t
R

(AF/th)
(7)
ST
t+1

(AF)
(8)
t
h

(ft)
(9)
ER

t

(kWh)
(10)
30

6369,0

6370,0

50,0

450,0

2000,0

1499,0

8840,0

91,3

228829,0

31

8840,0

6720,0

100,0

300,0

2000,

4420,0

8840,0

93,1

428267,0

32

8840,0

13290,0

150,0

350,0

2000,0

11090,0

8840,0

95,4

894420,0

33

8840,0

9290,0

70,0

370,0

2000,0

6990,0

8840,0

94,0

605319,0

34

8840,0

1540,0

10,0

330,0

2000,0

0,0

8060,0

91,3

130890,0

35

8060,0

915,0

2,0

300,0

2000,0

0,0

6677,0

90,6

129839,0

36

6677,0

506,0

3,0

290,0

2000,0

0,0

4896,0

83,4

1195470,

37

4896,0

886,0

3,0

270,0

2000,0

0,0

3515,0

68,8

98631,0

38

3515,0

3040,0

5,0

275,0

2000,0

0,0

4285,0

66,0

94590,0

39

4285,0

2990,0

5,0

280,0

2000,0

0,0

5000,0

72,9

104412,0

40

5000,0

8170,0

10,0

350,0

2000,0

1990,0

8840,0

91,0

260089,0

41

8840,0

2800,0

30,0

470,0

2000,0

360,0

8840,0

91,7

155104,0

42

8840,0

4590,0

50,0

450,0

2000,0

2190,0

8840,0

92,3

277238,0

43

8840,0

21960,0

100,0

300,0

2000,0

19660,0

8840,0

98,3

1525085,0

44

8840,0

30790,0

150,0

350,0

2000,0

28590,0

8840,0

101,3

2220204,0

45

8840,0

14320,0

70,0

370,0

2000,0

12020,0

8840,0

95,7

961132,0

46

8840,0

2370,0

10,0

330,0

2000,0

50,0

8840,0

91,6

134576,0

47

8840,0

7090,

2,0

300,0

2000,0

0,0

7251,0

91,1

130497,0

48

7251,0

528,0

3,0

290,0

2000,0

0,0

5492,0

88,8

127286,0

49

5492,0

859,0

3,0

270,0

2000,0

0,0

4084,0

74,2

106337,0

50

4084,0

779,0

5,0

2750,

2000,0

0,0

2593,0

60,8

87161, 0

51

2593,0

1250,0

5,0

2800,

2000,0

0,0

1568,0

49,2

70519,0

52

1568,0

11750,0

10,0

350,0

2000,0

2138,0

8840,0

87,9

260658,0

53

8840,0

5410,0

30,0

470,0

2000,0

2970,0

8840,0

92,6

329789,0

54

8840,0

5560,0

50,0

450,0

2000,0

3160,0

8840,0

92,7

342635,0

55

8840,0

5610,0

100,0

300,0

2000,0

3310,0

8840,0

92,7

352789,0

56

8840,0

24330,0

150,0

350,0

2000,0

22130,0

8840,0

99,2

1713476,0

57

8840,0

32870,0

70,0

370,0

2000,0

30570,0

8840,0

102,0

2379577,0

58

8840,0

7280,0

10,0

330,0

2000,0

4960,0

8840,0

93,3

465202,0

59

8840,0

1150,0

2,0

300,0

2000,0

0,0

7692,0

91,2

130711,0

60

7692,0

916,0

3,0

290,0

2000,0

0,0

6321,0

90,4

129488,0

thống hồ chứa. Thờng thì ngời ta không chú ý tìm kiếm các tối u khác
trong thiết kế và lập kế hoạch khi đã sử dụng các mô hình mô phỏng.Việc tìm
kiếm một tối u khác phụ thuộc vào khả năng của nhà thiết kế trong việc vận
dụng các biến thiết kế và các chính sách điều tiết theo một phơng pháp có
hiệu quả. ở đây có thể không có sự đảm bảo là sẽ tìm đợc một tổng thể tối
u khác. Các mô hình tối u có thể có nhiều giả thiết và phép tính xấp xỉ hơn

các mô hình mô phỏng, mà lý do là để đơn giản hoá hơn các mô hình toán
học.
7.4.2. Mô phỏng cho tích trữ nớc
Mô phỏng hồ chứa có liên quan tới mô phỏng toán học mạng lới sông có
hồ chứa hoặc các hồ chứa. Quản lý và điều tiết một hệ thống hồ chứa cần mô
phỏng các hệ thống này để xác định xem các nhu cầu có phù hợp với sự cung
cấp nớc (đô thị, công nghiệp, và/hoặc nông nghiệp, phát điện, duy trì dòng
chảy để đảm bảo chất lợng nớc, và điều tiết lũ) hay không. Với mục đích


303
giải thích ở đây, sử dụng nớc đợc xét theo hai kiểu: điều tiết lũ và bảo tồn
nớc; trong đó bảo tồn nớc là tất cả các loại sử dụng nớc không liên quan
đến điều tiết lũ. Mục này chỉ giới hạn trong bảo tồn nớc và chơng 13 giải
thích về điều tiết lũ.
Mục đích của mô phỏng hồ chứa cho một hồ chứa đa mục đích, một hệ
thống nhiều hồ chứa là để xác định cách điều tiết hồ chứa (xả hồ chứa) trong
một khoảng thời gian cho trớc với một dòng chảy tại các điểm đầu vào của
hệ thống hồ chứa và tại các điểm điều khiển khác trong hồ chứa đã biết. Mục
tiêu ở đây là điều tiết các hồ chứa sao cho dòng chảy phù hợp nhất với các nhu
cầu sử dụng nớc. Mô phỏng hồ chứa có thể đợc sử dụng để xác định xem
một chính sách điều tiết hồ chứa của một hệ thống cụ thể có phù hợp với các
yêu cầu hay không. Mô phỏng hồ chứa cũng có thể đợc sử dụng nh một
dạng phơng pháp thử sai để phát triển các chiến lợc điều tiết hồ chứa (các
chính sách). Mô phỏng hồ chứa còn đợc sử dụng để xác định lợng trữ cần
thiết của hồ chứa.
Diễn toán dòng chảy thông qua một hồ chứa đợc thực hiện bằng cách sử
dụng phơng trình liên tục
1
t t t t

t
ST ST QF R E



trong đó t là thời khoảng tính toán, ST
t
là lợng trữ của hồ chứa ở đầu thời
khoảng t, và QF
t
là dòng chảy đến trong thời khoảng tính toán t, R
t
là dòng xả
trong thời khoảng tính toán t và E
t
là lợng bốc hơi thực (EV
t
PP
t
) từ bề
mặt hồ chứa.



304

Hình 7.4.1
Ví dụ về Các ranh giới lợng trữ biến đổi theo mùa cho hồ chứa đa mục đích (U.S. Army Corps of
Engineers, 1977)

Tiến trình chung để thực hiện một phân tích hệ thống hồ chứa dùng cho
các mục đích tích trữ nớc bằng cách mô phỏng gồm (U.S. Army Corps of
Engineers, 1977):
1. xác định hệ thống;
2. xác định các đối tợng nghiên cứu và định rõ tiêu chuẩn sử dụng để
đo đạc các đối tợng nghiên cứu;
3. khảo sát sự tồn tại của dữ liệu về hệ thống;
4. lập một mô hình miêu tả bằng toán học và định lợng các thành
phần của hệ thống, thủy văn, và tiêu chuẩn điều tiết;
5. đánh giá mô hình;
6. thiết lập và giải mô hình; và
7. phân tích và đánh giá các kết quả căn cứ vào các mục tiêu nghiên
cứu đã đạt đợc của kết quả.


305
7.4.3. Mô hình mô phỏng HEC-5
Chơng trình máy tính HEC-5 (U.S. Army Corps of Engineers, 1982) của
trung tâm thiết kế thủy văn thuộc U.S. Army Corps of Engineers là một trong
những mô hình mô phỏng hồ chứa đợc sử dụng rộng rãi nhất. Nó đợc phát
triển để mô phỏng sự điều tiết của hồ chứa đa mục đích, của hệ thống nhiều
hồ chứa. Mô hình này có thể đợc sử dụng để mô phỏng một hệ thống các hồ
chứa có mục đích điều tiết lũ, cung cấp nớc, phát điện, và duy trì dòng chảy
để đảm bảo chất lợng nớc, trong một mạng lới thủy văn. HEC-5 có thể
đợc sử dụng để xác định cả lợng trữ cần thiết của hồ và chiến lợc điều tiết
để điều tiết lũ và/hoặc cho các mục đích bảo tồn nớc. Trữ lợng để tích trữ
nớc hoặc để điều tiết lũ và sự điều tiết có thể đợc xác định bằng cách phân
tích lặp đi lặp lại hoạt động của hồ chứa với các kích thớc khác nhau (thể tích
chứa khác nhau) và các chiến lợc điều tiết khác nhau. Với mục tiêu điều tiết

lũ thì sự hoạt động của hồ chứa đợc đo đạc dới dạng dòng phá hủy hoặc
thiệt hại do lũ lụt ớc tính hàng năm và các lợi ích thực. Các tính toán về lợi
ích còn có thể đợc thực hiện cho phát điện. Các lợng trữ riêng lẻ dùng cho
nhu cầu tích trữ nớc (không dùng để điều tiết lũ) có thể đợc xác định sao
cho phù hợp với một nhu cầu cụ thể hoặc từ một lợng trữ cho trớc có thể
xác định đợc một dòng chảy lớn nhất của hồ chứa.
Các khả năng chính của HEC-5 đợc tóm tắt lại nh sau:
Vận hành điều tiết lũ (bao gồm cả tính toán các thiệt hại ớc tính hàng
năm)
Xác định dòng chảy bền vững cho một hồ chứa đơn lẻ.
Mô phỏng hệ thống thủy điện.
Điều tiết và phân tích các hệ thống đa mục đích, nhiều hồ chứa.
Mô phỏng vận hành một công trình đập chứa trong hệ thống hoặc đơn
lẻ.
Bảng 7.4.1 phác thảo những tiêu chuẩn điều tiết hồ chứa đợc sử dụng trong
HEC-5 và bảng 7.4.2 liệt kê các quyền u tiên điều tiết của HEC-5.
Các mực nớc so sánh cho mỗi hồ chứa đợc gán bởi ngời sử dụng để xác
định quyền u tiên của các dòng xả giữa các hồ chứa. Một hệ thống hồ chứa
trớc tiên đợc điều tiết sao cho phù hợp với các ràng buộc trong điều tiết sau
đó là giữ cho hồ chứa cân bằng. Một hệ thống hồ chứa là cân bằng khi tất cả
các hồ chứa ở cùng một mực nớc so sánh. Quyền u tiên của các dòng xả khi
các mực nớc hồ chứa cân bằng bị chi phối bởi các mức so sánh. Các hồ chứa
ở mực nớc cao nhất tại thời điểm cuối của thời khoảng đang xét, với giả thiết
là không có các dòng xả, có quyền u tiên trớc nhất.
Khái niệm các hồ chứa tơng đơng đợc sử dụng để xác định quyền u
tiên của các mực nớc hồ chứa giữa các hồ chứa song song hoặc các hệ thống
con khác của một hệ thống hồ chứa có các hồ chứa nối tiếp. Các hồ chứa nối
tiếp là các hồ chứa đợc điều tiết chung với các hồ chứa khác. Mực nớc của
mỗi hồ chứa trong một hệ thống con đợc quy định bởi lợng trữ trong hồ

306
chứa để xây dựng mực nớc quy định bởi lợng trữ cho hệ thống con của các
hồ chứa.
7.5. kích thớc tối u và điều tiết cho một hồ
chứa đa mục đích đơn lẻ
Các mô hình tối u cho các hệ thống hồ chứa có thể phân thành hai loại:
(1) các mô hình tối u cho các mục đích thiết kế; và (2) các mô hình tối u
cho các điều tiết theo thời gian thực (Yeh, 1982). Các ràng buộc điển hình
trong các mô hình tối u hóa hồ chứa đợc trình bày trong bảng 7.5.1. Các mô
hình này chủ yếu gồm một phơng trình cân bằng khối lợng, các mực nớc
trữ lớn nhất và nhỏ nhất, các dòng xả lớn nhất và nhỏ nhất, khả năng chuyển
tải dòng chảy của các công trình thủy lợi nh cửa cống, các yêu cầu về hợp
đồng, pháp luật, của các cơ quan cho các mục đích khác nhau của hệ thống.
Trong nghiên cứu thiết kế hồ chứa và lập kế hoạch, sự xác định các chính sách
điều tiết tối u nhất thờng đợc tìm kiếm cùng với sự tìm kiếm một sức chứa
tối u của hồ chứa.
Xét một hồ chứa đợc thiết kế để cung cấp nớc, tới, phát điện, duy trì
dòng chảy và trữ nớc cho các hoạt động giải trí. Vấn đề ở đây là xác định cả
sức chứa và sự vận hành cho hồ chứa tích trữ nớc đa mục đích này để thu
đợc
Bảng 7.4.1
Các tiêu chuẩn điều tiết hồ chứa sử dụng trong HEC-5 (U.S. Army Corps of Engineers, 1982)
A.
Các hồ chứa đợc điều tiết theo các ràng buộc của các hồ chứa riêng lẻ, để duy trì các lu lợng cho
trớc tại các điểm điều khiển ở hạ lu, và giữ hệ thống cân bằng. Các ràng buộc của các hồ chứa riêng lẻ
có cửa thoát nớc là nh sau:
(1)
Khi mực nớc của một hồ chứa trong khoảng giữa mực nớc tích trữ và mực nớc phòng lũ, hồ chứa
sẽ xả nớc, tạo ra các dòng xả để đa mực nớc hồ chứa về mực nớc tích trữ mà không vợt quá

khả năng thiết kế của kênh dẫn nớc tại điểm hồ chứa hoặc tại các điểm khống chế ở hạ lu.
(2)
Xả dòng xả bằng hoặc lớn hơn các dòng chảy yêu cầu nhỏ nhất khi lợng trữ của hồ chứa lớn hơn
dung tích đệm, và bằng với dòng chảy nhỏ nhất cần thiết khi lợng trữ của hồ chứa trong khoảng
dung tích chết lớn nhất và dung tích đệm lớn nhất. Không có dòng xả khi lợng trữ của hồ chứa thấp
hơn dung tích mức một (dung tích chết lớn nhất). Các dòng xả tính cho các yêu cầu phát điện sẽ
không tính đến các dòng chảy nhỏ nhất nếu các dòng xả này lớn hơn các dòng chảy yêu cầu.
(3)
Xả dòng xả bằng hoặc nhỏ hơn khả năng thiết kế của kênh dẫn nớc tại điểm hồ chứa nếu lợng trữ
của hồ không vợt quá dung tích phòng lũ lớn nhất, và khi dung tích phòng lũ lớn nhất bị vợt quá thì
tất cả lợng nớc lũ thừa đợc xả nếu cửa xả đủ khả năng. Nếu cửa xả không đủ khả năng, cần tạo
ra một quá trình diễn toán phần nớc thừa. Các lựa chọn đầu vào cho phép tính khả năng xả nớc
của kênh dẫn (hoặc lớn hơn) trớc thời điểm mà mực nớc hồ chứa lên tới mực nớc phòng lũ khi
dòng chảy đến đợc dự báo là quá lớn.
(4)
Tiêu chuẩn về tỉ lệ thay đổi chỉ ra rằng dòng xả của hồ chứa không thể sai khác so với dòng xả của
thời khoảng trớc đó nhiều hơn một tỉ lệ cho trớc của sức chứa của kênh dẫn tại điểm đập nớc, trừ
khi hồ chứa điều tiết ở chế độ xả lũ thừa.
B.
Các tiêu chuẩn điều tiết cho các hồ chứa có cửa van với các điểm điều khiển dới hạ lu cho trớc là nh
sau:
(1)
Hồ chứa không xả nớc (chừng nào mà trữ lợng lũ vẫn còn) trong một số thời khoảng trong tơng lai
đã định trớc, do các dòng xả này sẽ góp phần gây ngập lụt tại một hoặc nhiều điểm dới hạ lu cho


307
trớc. Số thời khoảng trong lơng lai này ít hơn số hệ số diễn toán xả lũ hồ chứa hoặc ít hơn số thời
khoảng dự báo cục bộ.
(2)

Hồ chứa xả nớc, ở những nơi có thể, để duy trì lu lợng dòng chảy hạ lu bằng với sức chứa của
kênh dẫn (cho điều tiết lũ) hoặc bằng với lu lợng nhỏ nhất mong muốn hoặc lu lợng cần thiết
(cho điều tiết tích trữ nớc). Trong xác định dòng xả, các lu

Bảng 7.4.1 tiếp theo
lợng cục bộ (các khu vực ở giữa) có thể đợc nhân với một lợng ngẫu nhiên cho phép (lớn hơn 1
cho điều tiết lũ và nhỏ hơn 1 cho tích trữ nớc) để giải thích cho các yếu tố bất định trong dự báo các
lu lợng này.
C.
Các tiêu chuẩn điều tiết để giữ một hệ thống hồ chứa điều tiết lũ có cửa van cân bằng là nh sau:
(1)
Khi có hai hồ chứa hoặc nhiều hơn đợc điều tiết song song cho cùng một điểm điều khiển, hồ chứa
có mực nớc so sánh lớn nhất đợc giả thiết là không xả trong khoảng thời gian hiện thời sẽ đợc
điều tiết trớc tiên để cố gắng tăng dòng chảy trong kênh dẫn hạ lu đến dòng chảy cần thiết. Sau đó
các hồ chứa còn lại sẽ đợc điều tiết theo quyền u tiên thiết lập bằng các mực nớc so sánh để cố
gắng lấp đầy tất cả những khoảng trống còn lại trong kênh dẫn hạ lu mà không gây nên lũ trong một
số khoảng thời gian trong tơng lai cho trớc.
(2)
Nếu một trong hai hồ chứa song song có một hoặc vài hồ chứa phía trên thợng lu, thì lợng trữ của
các hồ chứa trên thợng lu này nên đợc xem xét trong việc xác định quyền u tiên của các dòng
xả từ hai hồ chứa song song. Sau đó một mực nớc so sánh tơng đơng đợc xác định cho các hồ
chứa nối tiếp dựa trên lợng trữ kết hợp của các hồ chứa nối tiếp này.
(3)
Nếu hai hồ chứa là nối tiếp thì hồ chứa phía trên thợng lu có thể đợc điều tiết cho các điểm điều
tiết giữa hai hồ chứa này. thêm vào đó, khi hồ chứa trên thợng lu đang đợc điều tiết cho hồ chứa
phía hạ lu, thì một nỗ lực đợc thực hiện nhằm đa hồ chứa phía trên về cùng một mực nớc so
sánh với hồ chứa phía dới dựa trên các mực nớc so sánh tại thời điểm cuối của thời khoảng trớc
đó.
D.
Các tiến trình điều tiết hồ chứa song song đợc sử dụng khi một hoặc nhiều hồ chứa có cửa van đợc

điều tiết cùng nhau để đáp ứng một số yêu cầu chung về dòng chảy hạ lu. Các bớc sau đây đợc sử
dụng trong HEC-5 để xác định các dòng xả hồ chứa cần thiết cho các địa điểm dới hạ lu (MY):
(1)
Xác định tất cả các hồ chứa điều tiết cho các địa điểm dới hạ lu (MY).
(2)
Xác định quyền u tiên của các hồ chứa điều tiết cho MY dựa trên các mực nớc so sánh (chỉ dùng
cho điều tiết lũ).
(3)
Tính toán bảng dòng xả để đa tất cả các hồ chứa song song khác về cùng một mực nớc với mỗi hồ
chứa đang tới lợt đợc điều tiết.
(4)
Tính toán dòng xả để đa tất cả các hồ chứa song song về mực nớc của mỗi lợng trữ mục tiêu.
Đồng thời xác định tổng các lợng trữ để đa hệ thống về dung tích tích trữ lớn nhất và dung tích đệm
lớn nhất.
(5)
Nếu không có hồ chứa song song trên thợng lu nào đã đợc điều tiết để điều tiết lũ hoặc tích trữ
nớc tại MY và không có yêu cầu nào cho dòng chảy thấp, không có lũ sẽ xảy ra tại MY trong thời
khoảng dự báo thì bỏ qua điều tiết cho MY.
(6)
Kiểm tra dự báo lũ ở MY trong thời khoảng dự báo. Nếu có lũ xảy ra, vận hành cho điều tiết lũ.
(7)
Nếu không có lũ, xác định các dòng xả bảo tồn cho từng hồ chứa song song để đa hệ thống hồ
chứa về một vài mức thích hợp nh sau:
(a)
Nếu dòng xả đợc xả để thỏa mãn yêu cầu lu lợng nhỏ nhất là nhỏ hơn dòng xả đa hệ thống
về mực nớc đệm thì dòng xả tại mỗi hồ chứa đợc căn cứ vào lu lợng mong muốn nhỏ nhất
q tại MY.
(b)
Nếu dòng xả đợc xả để thỏa mãn yêu cầu lu lợng nhỏ nhất yêu cầu là lớn hơn dòng xả đa
hệ thống về mực nớc đệm thì dòng xả tại mỗi hồ chứa đợc căn cứ vào Lu lợng cần thiết nhỏ

nhất Q tại MY.
Bảng 7.4.1 tiếp theo