mô hình vận hành điều tiết thời gian thực thời kỳ mùa lũ hệ thống hồ chứa trên sông vu gia – thu bồn

1

LỜI CAM ĐOAN
Tôi là Tô Thúy Nga. Tôi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của
riêng tơi. Các nội dung và kết quả nghiên cứu trong Luận án là trung thực và chưa
được ai công bố trong bất kỳ cơng trình khoa học nào.

TÁC GIẢ


2

LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên tác giả bày tỏ lịng kính trọng và biết ơn sâu sắc, đến các thầy
hướng dẫn GS. TS. Nguyễn Thế Hùng và GS. TS. Hà Văn Khối đã tận tình hướng
dẫn tác giả trong suốt quá trình nghiên cứu và hồn thiện Luận án.
Tác giả xin cảm ơn Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Đà Nẵng, Ban Đào
tạo sau Đại học Đại học Đà Nẵng, Khoa Xây dựng Thủy lợi – Thủy điện, Phòng
Quản lý Sau đại học trường Đại học Bách Khoa đã tạo điều kiện thuận lợi cho tác
giả trong thời gian nghiên cứu và hoàn thành Luận án.
Tác giả xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến q thầy cơ và các bạn đồng
nghiệp, đã đóng góp nhiều ý kiến thiết thực để tác giả hoàn thiện luận án.
Cuối cùng, với tình u từ đáy lịng, tác giả cảm ơn bố, mẹ, chồng, các anh
chị, em và hai con của tác giả, những người thân u trong gia đình đã ln ở bên
cạnh tác giả, động viên tác giả về vật chất và tinh thần để tác giả vững tâm hoàn
thành luận án của mình.

TÁC GIẢ


3

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Trên hệ thống sơng Vu Gia – Thu Bồn hiện có nhiều hồ chứa đã, đang và sẽ
được xây dựng trên thượng nguồn (A Vương, sông Bung 2, Sông Bung 4, ĐăkMi 4,
sông Tranh…). Theo quy hoạch các hồ chứa này có nhiệm vụ phát điện là chính nên
phần dung tích dành cho cắt giảm lũ hạ du khơng lớn.
Sau khi có thêm các hồ chứa thượng nguồn chế độ lũ và ngập lụt hạ du sẽ bị
ảnh hưởng điều tiết của các hồ chứa này. Nếu có chế độ vận hành hợp lý sẽ có tác
động tích cực đối với vùng hạ du và vẫn đảm bảo được mục tiêu phát điện và an
toàn hồ chứa, trong trường hợp ngược lại sẽ có tác động tiêu cực và trong nhiều
trường hợp gây thiệt hại lớn cho vùng hạ du. Trong thực tế đã xảy ra tác động tiêu
cực do ảnh hưởng điều tiết của các hồ chứa thượng nguồn, đó là trường hợp lũ năm
2009 trên sông Vu Gia-Thu Bồn sau khi có hồ A Vương và trường hợp tương tự đối
với trận lũ 2010 trên sông Ba. Trường hợp xả lũ của hồ chứa A Vương, có lưu
lượng xả khơng vượt lưu lượng đến hồ, nhưng quá trình xả gây “sốc” cho hạ du do
lưu lượng xả tăng đột biến trong một thời gian ngắn. Trường hợp hồ Sông Hinh và
sông Ba Hạ cũng xảy ra tương tự, thậm chí lưu lượng xả còn lớn hơn lưu lượng đến
hồ ở khu vực đỉnh lũ.
Nguyên nhân của những tồn tại này là do các quy trình vận hành hồ chứa đã
ban hành là các quy trình cứng, chưa có các phương án cảnh báo và dự báo lũ phục
vụ vận hành theo thời gian thực cho hệ thống hồ chứa nói trên.
Hiện nay, nghiên cứu chế độ vận hành hệ thống hồ chứa theo thời gian thực
chưa được ứng dụng nhiều ở Việt Nam, đặc biệt là các hồ chứa thuộc khu vực miền
Trung. Do vậy, việc nghiên cứu chế độ vận hành theo thời gian thực có sử dụng mơ
hình cảnh báo, dự báo lũ đối với hệ thống hồ chứa trên sơng Vu Gia-Thu Bồn là rất
cần thiết và có ý nghĩa khoa học và thực tiễn. Đây là vấn đề khoa học cần được
nghiên cứu ứng dụng không phải chỉ với các hồ chứa trên hệ thống sông Vu GiaThu Bồn mà còn cần thiết với các hệ thống hồ chứa khác thuộc khu vực miền

4

Trung. Chính vì vậy, đề tài luận án được chọn để nghiên cứu là : “ Mơ hình hình
vận hành theo thời gian thực thời kỳ mùa lũ hệ thống hồ chứa trên sông Vu Gia-Thu
Bồn”.

2. Mục tiêu nghiên cứu của luận án.
Đề tài này nghiên cứu xây dựng mô hình vận hành hệ thống hồ chứa theo
thời gian thực thời kỳ mùa lũ và ứng dụng cho hệ thống hồ chứa trên sông Vu Gia –
Thu Bồn nhằm nâng cao hiệu quả giảm lũ và không gây tác động tiêu cực cho vùng
hạ du, trong khi vẫn đảm bảo nhiệm vụ phát điện.

3. Nhiệm vụ nghiên cứu
(1) Phân tích, thiết lập bài toán vận hành hệ thống hồ chứa theo thời gian
thực;
(2) Nghiên cứu xây dựng mơ hình cảnh báo, dự báo lũ đến các hồ chứa trên
hệ thống sông Vu Gia-Thu Bồn phục vụ vận hành hệ thống;
(3) Xây dựng mơ hình mơ phỏng hệ thống trên cơ sở tích hợp các mơ hình
mưa-dịng chảy, điều tiết hồ chứa, diễn tốn lũ trên hệ thống sơng phục vụ cho bài
toán vận hành theo thời gian thực cho hệ thống hồ chứa phịng lũ trên sơng Vu Gia Thu Bồn, nhằm xác định chế độ vận hành các hồ chứa thỏa mãn hai mục tiêu giảm
lũ cho hạ du và đảm bảo nhiệm vụ phát điện;
(4) Đánh giá khả năng ứng dụng trong thực tế vận hành các hồ chứa trên
sông Vu Gia-Thu Bồn và khả năng ứng dụng cho các hệ thống hồ chứa khác thuộc
khu vực miền Trung.

4. Phương pháp nghiên cứu
(1) Phương pháp phân tích, tổng hợp: Tổng hợp, phân tích các nghiên cứu
trong và ngồi nước liên quan đến lĩnh vực vận hành hồ chứa theo thời gian thực, từ
đó xác định hướng tiếp cận khoa học cho bài toán đặt ra.
(2) Phương pháp phân tích ngun nhân hình thành: Trên cơ sở phân tích

đặc điểm mưa và sự hình thành lũ trên hệ thống sơng, lựa chọn hoặc thiết lập mơ
hình mơ phỏng lũ phục vụ dự báo, cảnh báo lũ và vận hành hệ thống.
(3) Phương pháp phân tích hệ thống: Ứng dụng các mơ hình tốn thủy văn,


5

thủy lực đánh giá tác động của vận hành hệ thống hồ chứa phịng lũ, từ đó đề xuất
các kịch bản vận hành hợp lý và hiệu quả, làm cơ sở cho việc vận hành hệ thống hồ
chứa trên sông Vu Gia – Thu Bồn.
(4) Phương pháp kế thừa: Kế thừa các nghiên cứu đã có liên quan đến đề tài:
các tài liệu đo đạc địa hình lịng dẫn, các báo cáo quy hoạch phịng chống lũ lưu vực
sơng Vu Gia-Thu Bồn, các báo về quy trình vận hành hồ chứa và các tài liệu liên
quan khác. Trên cơ sở lý thuyết mơ hình (NAM, MUSKINGUM), xây dựng mơ
hình mơ phỏng lũ MOPHONG-LU cho khu vực thượng du và liên kết với mơ hình
MIKE 11 có sẵn đối với vùng hạ du phục vụ cho bài toán vận hành hệ thống Vu Gia
–Thu Bồn.

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
Ý nghĩa khoa học
Bài toán vận hành hệ thống hồ chứa theo thời gian thực là bài toán đa dạng
và phức tạp, cho đến nay các nghiên cứu về lĩnh vực này trên thế giới còn chưa đầy
đủ, đặc biệt các nghiên cứu này ở Việt Nam còn rất hạn chế. Hiện nay, phương pháp
vận hành hệ thống hồ chứa phòng lũ mới chỉ được nghiên cứu ứng dụng cho các hồ
chứa thuộc lưu vực sông Hồng, nhưng vẫn còn những tồn tại và hạn chế nhất định
và đang được các nhà khoa học phải tiếp tục nghiên cứu. Thực tế quản lý hồ chứa,
đặc biệt là quản lý lũ và hồ chứa đối với khu vực miền Trung đang rất cần nghiên
cứu phương pháp vận hành hồ chứa theo thời gian thực nhằm nâng cao hiệu quả cắt
giảm lũ và xả lũ an toàn cho vùng hạ du đồng thời điện năng mất đi không đáng kể.
Chính vì vậy, đề tài nghiên cứu "Mơ hình vận hành điều tiết thời gian thực thời kỳ

mùa lũ hệ thống hồ chứa trên sông Vu Gia – Thu Bồn” sẽ góp phần phát triển
ngành khoa học vận hành hệ thống hồ thủy lợi tại Việt Nam, cũng như đóng góp
cho sự phát triển chung của lĩnh vực phát triển nguồn nước trên thế giới.
Ý nghĩa thực tiễn
Đề tài này định hướng về giải pháp kỹ thuật với mục tiêu cụ thể là xây dựng
chương trình tính tốn có khả năng hỗ trợ ra quyết định trong việc vận hành điều hệ
thống hồ chứa phịng lũ. Nghiên cứu bài tốn vận hành theo thời gian thực thời kỳ


6

mùa lũ đối với sông Vu Gia-Thu Bồn sẽ là cơ sở khoa học cho việc bổ sung các quy
trình vận hành đã có và cũng là nghiên cứu điển hình có thể xem xét áp dụng cho
những lưu vực sơng khác thuộc khu vực miền Trung. Mơ hình mơ phỏng mà tác giả
xây dựng có thể áp dụng cho cơng tác dự báo lũ và vận hành an tồn các hồ chứa
phịng lũ trên lưu vực sơng Vu Gia-Thu Bồn.

6. Phương pháp tiếp cận khoa học
(1) Trên cơ sở lý thuyết và mơ hình đã có, xây dựng một mơ hình mơ phỏng
dự báo lũ từ mưa và vận hành hệ thống hồ chứa cho vùng thượng du. Mô hình được
kết nối với khu vực hạ du được mơ phỏng bằng mơ hình có sẵn MIKE 11. Mơ hình
tính tốn điều tiết lũ được liên kết trong mơ hình mô phỏng hệ thống theo thời gian
thực.
(2) Trên cơ sở mơ hình được thiết lập và các kết quả dự báo mưa 3 đến 5
ngày do Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn cung cấp hàng ngày, sẽ kéo dài thời
gian dự báo lũ đến 3 đến 5 ngày. Từ đó xem xét các kịch bản vận hành hệ thống hồ
chứa để khắc phục những hạn chế của quy trình vận hành liên hồ chứa đã ban hành
do hạn chế về thời gian dự báo lũ.
(3) Với công cụ mơ hình mơ phỏng đã thiết lập, xây dựng một quy trình vận
hành theo thời gian thực nhằm nâng cao hiệu quả cắt giảm lũ, xả lũ an toàn và đảm

bảo an tồn tích nước cho nhiệm vụ phát điện và cấp nước hạ du.

7. Những đóng mới của luận án
(1) Thiết lập được chương trình tính cho mơ hình mơ phỏng (MOPHONGLU) tích hợp được ba mơ hình : mơ hình mưa dịng chảy, mơ hình vận hành hồ
chứa và diễn tốn lũ trong sơng cho vùng thượng du sông Vu Gia – Thu Bồn phục
vụ cho dự báo lũ với thời gian dự kiến từ 3 đến 5 ngày làm cơ sở cho việc xác định
chế độ vận hành hồ chứa theo thời gian thực.
(2) Lần đầu tiên xây dựng được phương pháp vận hành hồ chứa theo thời
gian thực cho hệ thống hồ chứa trên lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn thời kỳ mùa lũ
một cách đầy đủ, có khả năng ứng dụng trong thực tế.


7

(3) Trên cơ sở nghiên cứu các phương án vận hành hệ thống hồ chứa phòng
lũ, đã đề xuất phương án tăng dung tích phịng lũ và chế độ vận hành hợp lý nhằm
nâng cao hiệu quả cắt giảm lũ cho hạ du, với điện năng mất đi không đáng kể là cơ
sở cho việc bổ sung quy trình liên hồ chứa đã được phê duyệt.

8. Cấu trúc luận án :
Ngoài hai phần mở đầu và kết luận, kiến nghị đề tài gồm 4 chương:
- Chương 1. Tổng quan các nghiên cứu về vận hành hệ thống hồ chứa theo
thời gian thực.
- Chương 2. Cơ sở khoa học và thực tiễn thiết lập bài toán vận hành hồ chứa
theo thời gian thực thời kỳ mùa lũ cho hệ thống hồ chứa trên sông Vu Gia-Thu Bồn.
- Chương 3. Thiết lập mơ hình mơ phỏng phục vụ dự báo lũ và vận hành hệ
thống hồ chứa theo thời gian thực cho hệ thống hồ chứa trên sông Vu Gia – Thu
Bồn.
- Chương 4. Đề xuất phương án dung tích phịng lũ và chế độ điều tiết cắt
giảm lũ hạ du sông Vu Gia – Thu Bồn theo hướng vận hành hệ thống hồ chứa

phòng lũ theo thời gian thực.


8

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ VẬN
HÀNH HỆ THỐNG HỒ CHỨA THEO THỜI GIAN THỰC
1.1. Tổng quan các nghiên cứu trong nước
Vận hành hệ thống hồ chứa là một trong những vấn đề được nhiều cơ quan
nghiên cứu quan tâm như các Viện Khoa học thủy lợi Việt Nam, Viện Cơ học, Viện
Khí tượng Thủy văn, cũng như các trường Đại học trong nước nghiên cứu ứng dụng
vào thực tiễn hệ thống các hồ chứa ở nước ta.
Ngày 13/10/2010 Phó Thủ tướng Hồng Trung Hải đã ký văn bản số
1879/QĐ-TTg [6] Phê duyệt danh mục các hồ thủy lợi, thủy điện trên lưu vực sông
phải xây dựng quy trình vận hành liên hồ chứa. Theo đó, các hồ chứa xây dựng trên
lưu vực 11 sông đã được ghi trong văn bản này phải xây dựng quy trình vận hành
liên hồ chứa để thống nhất về việc xả lũ, đảm bảo phát điện, và an toàn cho dân cư
vùng hạ du. Tuy nhiên, cho đến nay, mới có 5 lưu vực đã được Thủ tướng Chính
phủ phê duyệt quy trình vận hành liên hồ chứa là: Lưu vực sơng Hồng (Sơn La, Hịa
Bình, Thác Bà và Tun Quang); lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn (A Vương, Đăk
Mi 4, Sông Tranh II); lưu vực sông Ba (An Khê – Kanak, Ayun Hạ, Krông Năng,
Sông Hinh, Sông Ba Hạ); lưu vực Sê San (Plei Krông, Ialy, Sê San 3, Sê San 3A);
lưu vực Srêpok (Buôn Tua Sah, Buôn Koup, Srêpok 3 và Srêpok 4).
Theo tác giả Tô văn Tường đã phân tích [31] về vai trị của quy trình vận
hành liên hồ khi xả lũ, cũng như chưa có quy định cụ thể nào về xử phạt khi xả sai
quy trình, ta thấy cần thiết phải có một quy trình vận hành liên hồ. Trận lũ tháng 10
năm 2010 ở lưu vực sông Ba: một số hồ chứa như sông Ba Hạ, sông Hinh xả lũ mà
không báo trước cho Ban chỉ huy phòng chống lụt bão tỉnh Phú Yên đã dẫn đến tình
trạng gây lũ nhân tạo, “lũ chồng lên lũ" ở thành phố Tuy Hòa. Sự kiện thủy điện
An Khê-Kanak (Gia Lai) của Tập đoàn điện lực Việt Nam đột ngột xả lũ vào đêm

24 rạng ngày 25/5/2011 mới đây gây thiệt hại lớn cho hàng trăm hộ dân huyện
Kbang, cũng đã xác định hồ thủy điện xả nước sai khơng theo quy trình vận hành
nhưng lại khó xử phạt vì chưa có một chế tài rõ ràng. Thực tế, hồ An Khê – Kanăk


9

là hồ chứa nằm trong quy trình vận hành liên hồ chứa trên lưu vực sông Ba với thời
gian quy định vận hành từ 1/9 đến 15/12 hàng năm, đây là thời kỳ lũ chính vụ với
lưu lượng lũ lớn nhất đã quan trắc được tại trạm thủy văn Củng Sơn là 20.700 m3/s
ngày 4/10/1993 tương ứng với tần suất khoảng 1%. Đợt xả lũ của thủy điện An Khê
– Kanak vào đêm 24/5 không nằm trong thời gian quy định của quy trình vận hành
liên hồ chứa, xả khơng báo trước, không theo quy luật tự nhiên đã gây thiệt hại lớn
cho nhân dân huyện Kbang cũng là điều dễ hiểu.
Đối với các hồ chứa thuộc khu vực miền Trung thường chỉ quy định: Khi
mực nước hồ đã đến mực nước dâng bình thường hoặc mực nước trước lũ, lưu
lượng xả lũ không được lớn hơn lũ đến. Điều đó thơi chưa đủ vì khi mực nước hồ
nhỏ hơn mực nước dâng bình thường, hồ có thể tích nước (Qxả =0) đến khi mực
nước hồ đạt mực nước dâng bình thường sẽ xả lũ với lưu lượng bằng lũ đến. Như
vậy, sẽ gây hiện tượng “sốc”, cho hạ du vì lưu lượng đột ngột tăng từ 0 đến lưu
lượng rất lớn, sẽ gây ra sạt lở, thiệt hại cho người và của cho hạ du. Có thể gọi đó là
“xả lũ khơng an tồn” cho hạ du. Do đó, cần phải bổ sung thêm các điều về “xả lũ
an tồn cho hạ du” vào các quy trình vận hành cho các hồ chứa, đặc biệt đối với
miền Trung lại cần phải chú ý vì địa hình ở đây dốc. Ngồi ra, cần rà sốt và bổ
sung lại các quy trình đã ban hành đối với hệ thống trên sơng Ba Hạ, sông Vu GiaThu Bồn (hiện tại đang xây dựng thêm một số hồ mới nữa) với thực trạng dự báo lũ
như hiện nay, các chủ hồ rất khó vận hành theo đúng quy trình đã ban hành.
Hiện nay tuy đã có quy trình vận hành của một số các lưu vực sơng trên cả
nước nói chung và lưu vực sơng Vu Gia – Thu Bồn nói riêng do Chính phủ ban
hành, cũng như một số tác giả đã xây dựng quy trình cho các lưu vực sơng ở miền
Trung và Tây Nguyên. Tuy nhiên quy trình vận hành hồ chứa dựa trên dự báo lũ có

nhiều rủi ro vì khả năng dự báo mưa lớn ở thượng nguồn, mực nước triều ở vùng
cửa sơng khi có bão trên các lưu vực sơng cịn rất hạn chế. Địa hình miền Trung
dốc, sông ngắn nên lũ lên rất nhanh, cộng với việc các trạm đo mưa rất thưa nên
việc dự báo thủy văn khó chính xác. Các hồ chứa thủy điện ở Miền Trung hiện nay
thì việc tích nước được đầy hồ chứa hay khơng phụ thuộc vào có lũ về hồ nhiều hay


10

ít. Nếu khơng có lũ thì thường các hồ chứa rất khó khăn trong việc đầy hồ như A
Vương (2010, và 2012 mực nước hồ cuối mùa lũ lần lượt là 363,4m và 363m so với
mực nước dâng bình thương là 380m) và tương tự hồ chứa Krông Hnăng mực nước
hồ cuối mùa lũ 3 năm trở lại đây đều rất thấp và cách rất xa mực nước dâng bình
thường. Hồ chứa thủy điện A Vương sau trận lũ lịch sử 2009 ngập lụt lớn cho hạ du,
tuy nhiên sau 3 tháng cịn lại của mùa mưa khơng có lũ, thì cuối mùa mưa mực
nước hồ chứa đạt khoảng cao trình 377m. Do đó việc dựa vào dự báo dịng chảy về
hồ chứa 6, 12, 24 giờ để tạo dung tích phịng chống lũ, vận hành là khơng an tồn
và không phù hợp với đặc thù của các lưu vực sông Miền Trung. Việc kéo dài thời
gian dự báo lũ là rất cần thiết trong vận hành hệ thống theo thời gian thực.
Cũng vì các hồ chứa miền Trung thường có lũ thì hồ mới đầy nên thường
xảy ra tình trạng trước trận lũ lớn thường mực nước hồ rất thấp, do đó các hồ chứa
này vận hành thường là tích đến cao trình mực nước u cầu rồi mới xả, điều này
hồn tồn khơng sai quy trình, nhưng xả lũ như thế thường sẽ khơng an tồn và gây
“sốc” cho hạ du, thể hiện như ở các hình 1.1, 1.2 và 1.3 dưới dây.

Hình 1.1: Đường quá trình lũ đến và lũ xả hồ A Vương tháng 10 năm 2009
(Nguồn Công ty Thủy điện A Vương)


11

Hình 1.2: Đường quá trình lũ đến và lũ xả hồ Sông Hinh tháng 11 năm 2010.
(Nguồn thủy điện sông Hinh)

Hình 1.3: Đường quá trình lũ đến và lũ xả hồ Sông Ba Hạ tháng 11 năm 2010.
(Nguồn : Thủy điện Sông Ba Hạ)

Với riêng lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn vẫn chưa có một quy trình cụ thể
và đầy đủ để vận hành theo thời gian thực cho các hồ chứa thủy điện đã và


12

đang xây dựng.
Các cơng trình và đề tài nghiên cứu của các tác giả trong nước
Năm 2005, Nguyễn Lan Châu và Nguyễn Quốc Anh [15] đã trình bày kết
quả ứng dụng hệ thống thủy văn thủy lực trong bài toán điều hành hồ Hồ Bình mùa
lũ năm 2005, sử dụng các mơ hình MARINE+TL (cho thượng lưu sơng Đà), mơ
hình FIRR (cho thượng nguồn sông Lô, Thao và Đà), mô hình điều tiết dự báo hồ
Hịa Bình, mơ hình thủy lực 2 chiều cho các vị trí hạ lưu Hà Nội trên sơng Hồng,
Phả Lại trên sơng Thái Bình.
Năm 2005, Nguyễn Văn Hạnh, Nguyễn Đức Diện, nnk [21], xây dựng mơ
hình dự báo lũ và đề xuất các kịch bản tính tốn. Các tác giả đã xây dựng và đưa
vào áp dụng thử nghiệm mơ hình dự báo lũ trung hạn (5 ngày) nhằm phục vụ điều
hành hồ chứa trong mùa mưa lũ.
Năm 2006, Ngô Huy Cẩn, Nguyễn Thành Đôn và Nguyễn Tuấn Anh [14] đã
nghiên cứu tính tốn cho hệ thống sơng Hồng - Thái Bình với các mục tiêu:
- Gia cố hệ thống đê
- Điều tiết lũ bằng các hồ chứa Hịa Bình, Thác Bà
- Phân lũ vào sông Đáy

- Chậm lũ và các khu chậm lũ
- Cho tràn qua một số đoạn đê đã chuẩn bị sẵn gọi là các đường tràn cứu hộ.
Các tác giả dùng mơ hình dịng chảy một chiều và mơ hình hai chiều, đánh
giá khả năng cắt lũ của các hồ chứa.
Năm 2006, Đoàn Xuân Thủy, Hà Ngọc Hiến, Nguyễn Văn Điệp, Ngơ Huy
Cẩn và cộng sự [30], tính tốn điều tiết lũ phục vụ quy trình vận hành liên hồ cho hệ
thống sơng Hồng – Thái Bình với dung tích khoảng 500-700 triệu m3. Các tác giả
đã trình xây dựng các kịch bản lũ cho trận lũ 125 năm, phục vụ cho việc xây dựng
quy trình tính tốn liên hồ chứa. Sử dụng bộ chương trình IMECH_1D được phát
triển bởi Viện Cơ học với các modun tính tốn điều tiết hồ tự động và dự báo mực
nước hạ du. Kết quả tính tốn cho thấy khi có thêm hồ Tun Quang thì có thể nâng
cao được mực nước trước lũ của thủy điện Hịa Bình lên 2-3m, làm tăng 6,8% sản


13

lượng điện trong mùa lũ.
Năm 2007, Nguyễn Hữu Khải và Lê Thị Huệ [18] Áp dụng mơ hình HECRESSIM điều tiết lũ hệ thống hồ chứa lưu vực sông Hương, mơ hình cho phép xác
định các thơng số và thời gian thích hợp trong vận hành hệ thống để đảm bảo an
toàn hạ lưu và an toàn bản thân các hồ chứa.
Năm 2010, Hà Ngọc Hiến, Nguyễn Hồng Phong và Trần Thị Hương [22] đã
xây dựng mơ hình vận hành tối ưu chống lũ theo thời gian thực cho hệ thống hồ
chứa trên sông Đà và sông Lô với các mục tiêu là tối đa tổng dung tích chống lũ của
các hồ chứa. Mơ hình đã được áp dụng cho hệ thống sông Hồng gồm bốn hồ chứa là
Sơn La, Hịa Bình, Tun Quang và Thác Bà. Kết quả tính tốn cho thấy hiệu quả
chống lũ của mơ hình.
Năm 2010, Nguyễn Lan Châu [16] đề xuất dự thảo quy trình vận hành hệ
thống hồ chứa Đak Mi 4, A Vương, Sơng Tranh, tư tưởng của đề xuất này tạo dung
tích hồ trống để đón lũ và dựa trên cơ sở là sẽ dự báo được dòng chảy lũ về trong
khoảng 6-24 giờ.

Năm 2010, Hoàng Minh Tuyển [34] xây dựng quy trình vận hành liên hồ
chứa sơng Ba cắt giảm lũ cho hạ du. Nghiên cứu đã đề xuất các vấn đề mang đặc
thù riêng của hệ thống hồ chứa sông Ba. Đây là những luận cứ thực tiễn phục vụ
xây dựng dựng quy trình vận hành liên hồ chứa sơng Ba cắt giảm lũ đã được thủ
tướng phê duyệt 9/2010.
Năm 2010, Hà Văn Khối [19], trình bày một số ý kiến cũng như kết quả tính
tốn sơ bộ về vai trò chống lũ hạ du của hồ chứa A Vương và xem xét khả năng
giao thêm nhiệm vụ chống lũ hạ du cho các hồ chứa trên sông Vu Gia – Thu Bồn.
Tác giả đã đề xuất cần nghiên cứu bổ sung (1) về quy trình chống lũ khi mực nước
hồ đang ở mực nước thấp để vừa đảm bảo an tồn tích nước hồ chứa vừa nâng cao
hiệu quả giảm lũ hạ du; (2) Tăng thêm nhiệm vụ phòng chống lũ cho các hồ chứa,
nhưng phải đảm bảo không ảnh hưởng lớn đến hiệu quả phát điện và hiệu quả cắt lũ
phải mang lại lợi ích xã hội lớn, đồng thời giải quyết hài hòa quyền lợi giữa chủ đầu
tư và Nhà nước nếu có bổ sung thêm về nhiệm vụ chống lũ.


14

Năm 2011, Nguyễn Lan Châu và Bùi đình Lập [17] đã sử dụng các mơ hình
mưa rào dịng chảy TANK và diễn tốn Muskingum - Cunge dự báo dịng chảy
thượng lưu hệ thống sơng Đà, Thao, Lơ và Thái Bình; Mơ hình thủy lực IMECH1D lấy dữ liệu đầu vào tại sáu biên trên từ hệ mơ hình này (TANK+MuskingumCunge) dự báo dịng chảy hạ du hệ thống sơng Hồng tại Phả Lại với thời gian dự
kiến là 5 ngày. Dữ liệu mưa dự báo phục vụ đầu vào của bộ công nghệ dự báo này
là mưa số trị từ hệ thống mơ hình thời tiết số trị HRM (của Đức), ETA (Mỹ) hoặc
BOLAM (Italy) đang được chạy tác nghiệm tại Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy
văn Trung ương. Công nghệ được thử nghiệm trong hai mùa lũ 2006, 2007 cho kết
quả tốt và đưa vào dự báo tác nghiệp từ mùa lũ 2008 với 3 loại bản tin cấp cho Ban
chỉ đạo PCLB Trung ương, Bản tin cấp lên mạng nội bộ của Trung tâm và bản tin
đưa lên trang Web của Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Trung ương.
Năm 2011, Ngô Lê Long đã áp dụng mơ hình MIKE 11 [26] mơ phỏng hệ
thống liên hồ chứa sơng Srêpook với mục đích cắt giảm lũ cho hạ du, tác giả đã ứng

dụng kết hợp với mơ đun vận hành cơng trình (SO) mơ phỏng vận hành các cơng
trình cửa van. Bước đầu đã đề xuất được nguyên tắc điều tiết hệ thống hồ chứa phục
vụ cắt giảm lũ cho hạ du, tạo cơ sở khoa học cho việc đề xuất qui trình vận hành
liên hồ chứa phịng chống lũ cho hạ du.
Năm 2011, Hồng Thanh Tùng, Vũ Minh Cát và Ngô Lê An [32] đã tích hợp
dự báo mưa trung hạn trong vận hành hệ thống hồ chứa phịng lũ cho lưu vực sơng
Cả, tiến hành vận hành thử nghiệm cho các kịch bản dòng chảy lũ khác nhau đến
các hồ chứa, từ đó xây dựng cơ sở khoa học vận hành hệ thống hồ chứa phịng lũ
cho lưu vực sơng Cả. Bên cạnh đó đã tích hợp mơ hình dự báo mưa, lũ với mơ hình
vận hành hồ chứa, nghiên cứu đã tạo tiền đề cho việc vận hành hồ chứa theo thời
gian thực, giúp cho công tác vận hành hồ trở nên mềm dẻo và hiệu quả hơn, đây là
phương pháp mà các nước trên thế giới đang thực hiện.
Năm 2011 Hoàng Thanh Tùng, Vũ Minh Cát, GS. Robeto Ranzi, Trương
Tùng Hoa [33] đã nghiên cứu dự báo lũ trung hạn cho lưu vực sơng Cả. Nhóm tác
giả đã lựa chọn các mơ hình lai ghép tất định và ngẫu nhiên như HEC-HMS lai


15

ghép với ARIMA(p,d,q) và EANN (mơ hình mạng Neuron) lai ghép với
ARIMA(p,d,q) để xây dựng phương án dự báo lũ trung hạn phù hợp cho lưu vực
sông Cả. Việc lai ghép các mơ hình trên cho phép tận dụng được những ưu điểm
của các phương pháp dự báo trung hạn truyền thống với các phương pháp hiện đại.
Kết quả áp dụng cho lưu vực sông Cả là khá tốt.
Năm 2012, Tô Thúy Nga, Lê Hùng [28, 29] đã nghiên cứu áp dụng mơ hình
MIKE FLOOD mơ phỏng lại trận lũ năm 2009 và đánh giá ảnh hưởng của việc xả
lũ hồ A Vương đến ngập lụt hạ du với 3 trường hợp: Khi hồ A Vương xả lũ theo số
liệu thực tế năm 2009, khi xem như khơng có hồ và khi hồ xả lũ theo đề nghị của
tác giả. Nếu vận hành theo phương kiến nghị, thì quá trình xả sẽ không gây ra “sốc”
đồng thời sẽ làm giảm ngập lụt ở hạ du so với vận hành thực tế như đã thực hiện

năm 2009: tại Hội Khách sẽ giảm 0,606m, tại Ái Nghĩa sẽ giảm 0,109m, tai Giao
Thủy sẽ giảm 0,114m, Cao Lâu sẽ giảm 0,012m. Đây là cơ sở định hướng cho việc
nâng cao hiệu quả cắt lũ theo thời gian thực mà tác giả đang và sẽ tiếp tục nghiên
cứu. Qua kết quả tính tốn ở trên ta thấy các hồ chứa thủy điện cần phải xả lũ theo quy
trình hợp lý, khơng nên tích nước vào đầu thời điểm lũ lên mà tập trung tích nước vào
cuối thời kỳ lũ lên và thời kỳ lũ xuống; các hồ chứa vẫn tích nước được đầy hồ vào
cuối trận lũ mà hiệu quả giảm lũ rõ rệt. Tiếp tục phát triển rộng hơn năm 2012, Tô
Thúy Nga và Lê Hùng, tính tốn so sánh sự ngập lụt hạ lưu Vu Gia – Thu Bồn theo
3 kịch bản sau:
Khi có hồ chứa A Vương (năm 2009);
Khi có 3 hồ chứa Sông Tranh 2, Đăkmi 4a và A Vương đang vận hành (theo
quy định của chính phủ);
Khi có 5 hồ chứa Sông Tranh 2, Đăkmi 4a, A Vương, sông Bung 2 và sơng
Bung 4;
Một số cơng trình và dự án nghiên cứu áp dụng vận hành hệ thống liên hồ
chứa trên cả nước và cho hệ thống Vu Gia – Thu Bồn như sau:
Năm 2013 Lê Hùng, Tô Thúy Nga đã áp dụng mơ hình HEC-RESSIM [23]
mơ phỏng hệ thống hồ chứa trên lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn, kết quả nghiên


16

cứu đã đề xuất được quy tắc vận hành các hồ chứa trên lưu vực sông Vu Gia – Thu
Bồn, ứng với trường hợp mực nước trước khi lũ về nhỏ hơn mực nước đón lũ, nhằm
xả lũ an tồn cho hạ du đồng thời không ảnh hưởng lớn đến mục tiêu phát điện của
các hồ chứa, đồng thời đã chứng minh được sự hiệu quả cắt lũ cho hạ dư của quy tắc
điều tiết mà nhóm tác giả đề xuất.
Năm 2013, Đặng Thanh Mai, Vũ Đức Long, Vũ Văn Hiếu, [27] đã trình bày
các kết quả xây dựng cơng nghệ giám sát, cảnh báo, dự báo lũ, ngập lụt và điều tiết
hồ chứa cho hệ thống sông Ba dựa trên việc tích hợp các mơ hình thủy văn, thủy lực

và điều tiết hồ. Trong đó, mơ hình NAM được dùng mơ phỏng dịng chảy từ mưa
làm đầu vào cho mơ hình thủy lực và mơ hình điều tiết hồ chứa trên tồn lưu vực.
Mơ hình MIKE 11-GIS dùng các kết quả của các mơ hình NAM và điều tiết hồ để
mơ phỏng dịng chảy và ngập lụt vùng hạ lưu hệ thống sơng. Các mơ hình được
thiết lập, kiểm định và thử nghiệm với kết quả đạt được khá tốt cho phép sử dụng
bộ mơ hình để tính tốn dự báo và điều tiết hồ chứa cho lưu vực sông Ba trong điều
kiện tác nghiệp.
Năm 2014, Lê Hùng, Tô Thúy Nga, [24] đánh giá vận hành hệ thống hồ chứa
thủy điện trên các lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn sao cho đảm bảo lợi ích mục tiêu
phát điện của các hồ chứa đồng thời giảm thiểu thiệt hại do lũ gây ra cho hạ du.
Trong nghiên cứu nhóm tác giả đã phân tích vai trị điều tiết của các hồ thuỷ điện A
Vương, Đăk Mi 4, sông Tranh 2, sông Bung 2 và sông Bung 4 đến ngập lụt hạ du
sông Vu Gia - Thu Bồn. Các kịch bản tăng thêm dung tích phịng lũ cho các hồ
chứa thuỷ điện và đồng thời đánh giá thiệt hai sản lượng điện mất đi của các hồ này.
Xây dựng giải pháp thỏa hiệp tối ưu Pareto quan hệ giữa tổn thất sản lượng điện và
khả năng tăng dung tích cắt lũ cho hạ du.
Trung tâm Bảo vệ môi trường – Đại học Đà Nẵng thực hiện đề tài cấp thành
phố [10]: Xây dựng mơ hình thủy văn thủy lực thành Phố Đà Nẵng, mục tiêu của đề
tài này ứng dụng cho bài toán quy hoạch thành phố Đà Nẵng, đã mô phỏng ngập lụt
Đà Nẵng ứng với 3 trận lũ 2007, 2009 và 2010 và tìm bộ thơng số nhám mơ hình
một chiều và hai chiều, sau đó mơ phỏng ứng với các kịch bản biến đổi khí hậu,


17

nước biển dâng, phát triển đô thị và ảnh hưởng các hồ chứa thượng lưu.
Viện Quy hoạch thủy lợi (2011), Nghiên cứu cơ sở khoa học và thực tiễn đề
xuất quy trình điều hành liên hồ chứa trên sơng Vu Gia – Thu Bồn đảm bảo ngăn lũ,
chậm lũ và an toàn vận hành hồ chứa [12] các tác giả đã tính tốn thủy văn bằng mơ
hình Nam cho các tiểu lưu vực với chuỗi dòng chảy từ năm 1998-2008 (bộ thơng số

cho mùa lũ và mùa cạn), sau đó sử dụng mơ hình Hec-Ressim để vận hành hồ chứa
A Vương, ĐăkMi 4 và sông Tranh 2, đề xuất các phương án vận hành hồ chứa ứng
với các năm từ 1998-2008.
Viện Địa Lý (2011), xây dựng mơ hình thủy lực trên lưu vực sông Vu GiaThu Bồn [11], nhằm sử dụng nó làm cơng cụ cho dự báo sớm diện và mức độ ngập
lụt, hướng và vận tốc dòng chảy nhằm giảm thiệt hại tối đa cho người dân và của
cải của các cư dân sống trên vùng ngập lũ. Với mục tiêu là xây dựng và triển khai
các mô hình thủy lực và thủy văn để hỗ trợ cho các thể chế cấp tỉnh trong việc lập
kế hoạch và quản lý lũ tại những vùng ngập thấp của tỉnh Quảng Nam; mơ hình lũ
sẽ cung cấp: một cơ chế quản lý lũ (như bản đồ khu vực lũ nguy hiểm và phân tích
rủi ro thiên tai để củng cố quy hoạch sử dụng đất); một công cụ dự báo lũ và cảnh
báo lũ (do đó nâng cao năng lực các cơ quan cấp tỉnh nhằm xác định, đánh giá, quản
lý rủi ro thiên tai). Mơ hình sẽ kết nối với các mơ phỏng thủy văn về q trình mưadịng chảy trên lưu vực với các mô phỏng thủy lực về luồng nước lũ dọc dòng chảy
và qua vùng ngập.
Đinh Phùng Bảo (2013) - Ứng dụng công nghệ GIS để xây dựng bản đồ chỉ
huy phòng tránh lũ lụt tỉnh Quảng Nam [8].
Nhìn chung các cơng trình nghiên cứu ở Việt Nam sử dụng mơ hình mơ
phỏng là cơng cụ chủ yếu để vận hành quản lý hồ chứa, cũng như dự báo lũ lụt. Các
công cụ nghiên cứu trong bài toàn vận hành thời gian thực chưa nhiều, chủ yếu ở
lưu vực sông Hồng [15], [17], [21], [22], [30]. Còn các lưu vực khác mới chỉ là một
số nghiên cứu ban đầu trong việc quản lý lũ lụt [27], [33] cũng như mới đưa vào
một phần khá hạn chế với mức độ xem xét đến kết quả dự báo để tiến hành vận
hành như các quy trình vận hành liên hồ mới ban hành [13], [34].
Một số mơ hình vận hành hồ chứa theo hướng tối ưu chống lũ theo thời gian


18

thực cho hệ thống hồ chứa trên sông Đà và sông Lô với các mục tiêu là tối đa tổng
dung tích chống lũ của các hồ chứa [22].

1.2. Tổng quan các nghiên cứu ngồi nước
Bài tốn vận hành hệ thống theo thời gian thực là bài toán rất phức tạp, bởi vì
các hệ thống hồ chứa đều có đặc thù riêng, do đó chưa có chương trình nào có thể
giải quyết trọn vẹn bài toán này ở dạng tổng quát. Hiện nay trên thế giới cũng như ở
nước ta việc giải bài toán điều tiết vận hành hồ chứa bậc thang được rất nhiều tác
giả đã và đang nghiên cứu, các phương pháp nghiên cứu:
1/ Phương pháp tối ưu hóa:
2/ Phương pháp sử dụng mơ hình mơ phỏng;
3/ Sự kết hợp giữa tối ưu hóa và phương pháp mơ phỏng.
Cách tiếp cận phương pháp tối ưu thuần túy:
Bài toán vận hành hệ thống hồ chứa thời gian thực tiếp cận theo phương
pháp giải tối ưu đã được bắt đầu nghiên cứu từ những năm 1990, với các tác giả
Olcay I. Unver, Larry W. Mays (1990) trình bày mơ hình tốn tối ưu vận hành thời
gian thực đã sử dụng quy hoạch phi tuyến để giải bài toán tối ưu lượng xả hồ chứa
để giảm thiệt hại cho hạ du [52]. Năm 1992, Ewa Niewiadomska-Szynkiewicz,
Andrzej Karbowski & Krzysztof Malinowski [43] trình bày gói phần mềm điều
khiển lũ hệ thống Vistula, thiết kế hệ thống ra quyết định thời gian thực cho điều
khiển hệ thống đa hồ chứa ở Ba Lan. El-Said Mohamed Said Ahmed, Larry W.
Mays [42] xác định tối ưu lượng xả điều tiết lũ hồ chứa thời gian thực, đánh giá
lượng xả tối ưu theo thời gian với mục tiêu là minimum thiệt hại do lũ gây ra cho hệ
thống sông-hồ chứa. Dùng biến điều khiển tối ưu rời rạc lượng xả hồ chứa, cao trình
đường mặt nước và lưu lượng là các biến trạng thái. Mơ hình giải bài tốn điều
khiển đối số. Mơ hình được ứng dụng hệ thống hồ chứa sông Lake Travis trên sông
Lower Colorado ở Texas. Năm 2008, Li-Chiu Chang [47] chỉ dẫn vận hành lũ hồ
chứa hợp lý, điều khiển lũ thời gian thực hồ chứa đa mục đích được xem xét để cắt
lũ cho hạ lưu. Mục đích nghiên cứu này là mơ hình tối ưu điều khiển lũ hồ chứa với
sự mô tả các yêu cầu quy tắc vận hành và ra quyết định hợp lý, tiếp cận bao gồm


19

cơng thức vận hành lũ hồ chứa như bài tốn tối ưu sử dụng thuật toán di truyền
(GA) như là cơng cụ tìm kiếm. Ứng dụng tính tốn cho hồ chứa Shihmen tại Đài
Loan, cho tìm kiếm lượng xả hợp lý và mô tả hồ chứa như trường hợp nghiên cứu.
Kết quả đã chứng minh rằng một hàm phạt kiểu thuật toán di truyền là hiệu quả hơn
để nhận được quá trình xả lũ hợp lý nhằm giảm thiểu thiệt hại ngập lụt trong thời
gian vận hành lũ và gia tăng dung tích cuối mùa lũ để sử dụng cho nhu cầu cấp
nước cho mùa cạn. Năm 2007, Aleix Serrat – Capdevila, Juan B. Valdes [35] sử
dụng tối ưu để tính tốn vận hành hệ thống các hồ chứa nằm trong lưu vực quốc tế.
Cách tiếp cận ở đây sử dụng quy hoạch động ngẫu nhiên (QHĐNN), thuật toán phát
triển hai mơ hình là ổn định và thời gian thực. Sử dụng QHĐNN, có nguồn gốc từ
sách lược điều hành như điều kiện biên để tối ưu hóa thời gian từng giai đoạn cục
bộ; cuối cùng, các phương pháp tiếp cận được so sánh với nhau. Những mơ hình
này được áp dụng cho hệ thống hồ chứa quốc tế Amistad-Falcon như là một phần
của một nỗ lực mơ hình động để phát triển một công cụ hệ thống hỗ trợ quyết định
cho quản lý tốt hơn các nguồn tài nguyên nước ở hạ lưu lưu vực Rio Grande. Năm
2009, Chih-Chiang Wei, Nien – Sheng Hsu [40], đã thiết lập tập hợp các quy tắc xả
tối ưu, các quy tắc dạng cây là nền tảng cho vận hành lũ thời gian thực trên hệ thống
đa hồ chứa đa mục đích. Quy tắc này sử dụng để xác định chu kỳ vận hành xả lũ tối
ưu. Các bước đề xuất bao gồm (1) tập hợp dữ liệu, (2) xây dựng cơ sở dữ liệu lũ, (3)
phát ra các mẫu tối ưu nhập vào và ra, (4) lựa chọn các quy tắc lượng cho diễn toán
thiết kế sử dụng thuật toán cây lượng xả, (5) xác định quy tắc cây lượng xả tối ưu,
(6) phát ra dữ liệu dự báo thực bằng cách sử dụng mơ hình dự báo thủy văn, (7)
biểu diễn lượng xả hồ chứa thực bằng cách mô phỏng vận hành hồ chứa thời gian
thực, (8) hiệu chỉnh lượng xả hồ chứa các quy tắc giới hạn lượng xả thông qua so
sánh cơ sở cây quy tắc. Phương pháp này được áp dụng cho hệ thống hồ chứa ở Đài
Loan.
Bài toán vận hành lũ theo thời gian thực là một bài toán lớn, bao gồm số liệu
mưa đầu vào, thủy văn, vận hành hồ chứa và truyền lũ hạ lưu, do đó để giải quyết
bài tốn này theo tối ưu thì số các ràng buộc của bài tốn là vơ cùng lớn, đối với số

20

liệu đầu vào cũng luôn biến đổi và phải cập nhập liên tục. Do đó cách tiếp cận theo
hướng này chỉ có ý nghĩ về mặt khoa học chứ về mặt thực tiễn rất khó có thể vận
dụng vào thực tế.
Cách tiếp cận mơ hình mơ phỏng trong bài tốn vận hành thời gian thực: Đây là
phương pháp chủ đạo cho hầu hết các bài toán vận hành thời gian thực hiện nay
Năm 2004, Chung-Tian Cheng, K.W. Chau [41] đã xây dựng chương trình
điều khiển lũ hệ thống hồ chứa ở Trung Quốc. Sau đợt lũ năm 1995 ở lưu vực sông
Liaohe và lũ lụt năm 1998 ở sông Dương Tử, chính quyền từ trung ương đến địa
phương Trung Quốc đã nhận ra rằng các hoạt động kiểm soát lũ các hồ chứa có thể
đóng một vai trị quan trọng trong việc giảm thiệt hại lũ lụt nhưng hiện còn tồn tại
một số vấn đề trong quản lý kiểm soát lũ cho các hồ chứa. Hầu hết các hệ thống
quản lý lũ lụt hiện có kiểm sốt của hồ chứa đã được thành lập cho các mục đích
đặc biệt và thiếu chia sẻ dữ liệu, thông tin liên lạc với chính phủ, điều đó rất khó
khăn cho việc ra quyết định. Do đó, một chương trình quốc gia về hệ thống kiểm
soát lũ SOPs đã được phê duyệt. Trọng tâm chính của nghiên cứu này là tích hợp hệ
thống phần mềm quản lý kiểm soát lũ các hồ chứa. Nghiên cứu được tập trung vào
việc thiết kế sơ đồ của hệ thống và các thành phần cốt lõi của chúng. Hệ thống này
có thể được áp dụng cho một trung tâm kiểm sốt lưu vực sơng hoặc hồ chứa bằng
cách sử dụng các cơ sở dữ liệu tiêu chuẩn quốc gia và dễ dàng tích hợp vào hệ
thống kiểm sốt lũ lụt quốc gia trong tương lai.
Năm 2006, Xiang-Yang Li, K.W. Chau, Chun-Tian Cheng, Y.S. Li [56] sử
dụng hệ thống cảnh báo trên Web cho vùng Shuangpai ở Trung Quốc (WFFS). Dự
báo lũ truyền thống và vận hành các hồ chứa ở Trung Quốc trên cơ sở tính tốn thủy
văn thơng qua chương trình tính trên máy tính. Hệ thống dự báo lũ trên cơ sở Web,
bao gồm 5 mođun chính; dữ liệu mưa theo thời gian thực, mơ hình dự báo thủy văn,
mơ hình hiệu chỉnh, mơ hình dự báo mưa, và phân tích lũ, được trình bày ở đây.

WFFS mang lại ý nghĩa thuận tiện hơn cho người dự báo lũ và điều khiển, cho phép
phân bố thời gian thực trong phạm vi rộng, cảnh báo lũ tại các vị trí khác nhau theo
khơng gian và thời gian. WFFS đã phát triển ngôn ngũ Java và ứng dụng trong khu


21

vực Shuangpai với kết quả tốt.
Năm 2008, Chih-Chiang Wei, Nien-Sheng Hsu [39] đã trình bày thủ tục mơ
phỏng vận hành thời gian thực để xác định lượng xả hồ chứa trong mùa lũ bằng mơ
hình thủy văn và mơ hình vận hành hồ chứa. Trong mơ hình vận hành hồ chứa
nghiên cứu so sánh 2 quỹ đạo vận hành điều khiển lũ cho hệ thống hồ chứa đa mục
đích. Ý tưởng sử dụng của phương pháp này nhận được từ chương trình HEC 5
được phát triển bởi US Army Corps of Engineers. Thủ tục mô phỏng này đã được
áp dụng cho hệ thống lưu vực sông Tanshui Đài Loan, sử dụng bước thời gian dự
báo 6 giờ. So sánh các kết quả đạt được từ hai quỹ đạo biểu thị rằng trong xác định
lượng xả thực từ hồ chứa thông qua hệ thống lũ dự phòng để minimum lượng lũ xả.
Năm 2010, Xiang Li, Shenglian Guo, Pan Liu, Guiya Chen [55] điều khiển
động, giới hạn mực nước vận hành hồ chứa bằng cách xem xét dòng chảy đến ngẫu
nhiên. Vận hành lũ trên nguyên tắc tổng quát là mực nước hồ chứa không cho phép
vượt quá giới hạn mực nước lũ trong suốt mùa lũ. Tuy nhiên cơ sở quy tắc vận hành
hiện hành đã bỏ qua thông tin dự báo thời tiết để điều khiển xả lũ theo thời gian
thực mà quá ưu tiên cho hạ thấp dòng chảy lũ. Điều khiển động hồ chứa hiệu quả là
đưa ra được phương pháp luận để so sánh giữa điều khiển lũ và bảo toàn vận hành
hồ chứa trong suốt chu kỳ mùa lũ. Mơ hình vận hành điều khiển động được xem
xét dịng chảy đến khơng chắc chắn, sai số dự báo lũ và sự khơng chắc chắn về hình
dạng đường q trình lũ là mục đích để phát triển ở đây. Mơ hình này bao gồm 3
mơ đun, mơ đun dự báo lũ đến, sử dụng đánh giá biên trên của điều khiển động và
là cơ sở kết quả dịng chảy đến, mơ đun vận hành được sử dụng trữ lũ và mơ đun
phân tích rủi ro sử dụng để đánh giá lũ. Có thể chấp nhận vận hành điều khiển rủi ro

lũ với các ràng buộc và các phương pháp phân tích lượng được cho và biến điều
khiển động của hồ chứa được đánh giá bằng cách sử dụng mơ phỏng Monte Carlo.
Áp dụng tính tốn cho hệ thống 3 hồ chứa ở Trung Quốc. Mơ hình MLSM được lựa
chọn cho dự báo dòng chảy đến của 3 hồ và dòng chảy tương lai được nhận biết từ
điểm đo bằng cách giả thiết rằng sai số cho phép dòng chảy đến và phân bố chuẩn.
Kết quả ứng dụng chỉ ra rằng điều khiển động của hồ chứa có thể hiệu quả gia tăng


22

lượng điện phát điện và giảm tốc độ sóng lũ.
Năm 2011, Bahram Malekmohammadi, Banafsheh Zahraie, Reza Kerachian
[37] tổ hợp mô hình vận hành đa hồ chứa (CoMOM) là chương trình máy tính dựa
trên web được phát triển như cơng cụ quản lý nguồn nước và được thiết kế gia tăng
khả năng cấp nước bằng cách tổ hợp lượng xả đập trên lưu vực sơng Han, Hàn
Quốc với dự báo dịng chảy đến theo thời gian thực. CoMOM lần đầu tiên phát triển
năm 1998 (Kim, S. K. & Park, Y. J. 1998; Kim et.al. 2000) và phát triển trong giai
đoạn 1 của dự án thuộc chương trình 21C Frontier R&D được tài trợ bởi MEST (Bộ
Giáo dục và Bộ Khoa học Công nghệ). Ngay từ đầu, các nhà quản lý phát triển một
tổ hợp nguồn nước nhằm mục đích triển khai thực hiện hình ảnh mơ hình các cơng
cụ phù hợp nhất với môi trường thủy văn và xa hơn nữa hoạt động môi trường ở
Hàn Quốc là tiến tới phát triển lý thuyết mới. CoMOM được thiết kế để phối hợp kế
hoạch vận hành hàng ngày của các hồ chứa, trong số các đập thuỷ điện ở lưu vực
sông, như mục tiêu trữ nước hàng tháng của hồ chứa đơn, mục tiêu thuỷ điện và yêu
cầu riêng của mỗi hồ chứa được đáp ứng. Nhóm tác giả mơ phỏng vận hành thời
gian thực trong khoảng 3 năm (tức là từ ngày 01 Tháng 10 năm 2004 đến ngày 30
tháng 6 năm 2007, không kể thời gian lũ lụt) tại lưu vực sông Hàn.
Năm 2011, Giha Lee, Sunmin Kim, Kwansue Jung và Yasuto Tachikawa
[46] đã phát triển lưu vực hệ thống với mơ hình mưa-dịng chảy là điều cần thiết
cho quản lý tổng hợp tài nguyên nước trong đánh giá các lựa chọn quản lý thay thế

và quản lý tài nguyên theo thời gian thực. Nghiên cứu này đã phát triển một mơ
hình hệ thống phân bố mưa-dịng chảy dựa trên hệ thống mơ hình hướng đối tượng
thuỷ văn (OHyMoS) cho lưu vực sông lớn (đập lưu vực Daechung, Hàn Quốc,
3.994 km2). Các tác giả đã áp dụng ba mô-đun thủy văn mơ phỏng dịng chảy, dịng
chảy trong kênh, hồ chứa nước và lưu lượng xả, sau đó liên kết các mô-đun lại với
nhau theo OHyMoS để mô phỏng dự báo tại tám cửa ra. Hệ thống mơ hình phát
triển có thể được sử dụng cho việc lập kế hoạch tài nguyên nước và quản lý đập
Daechung và cũng có thể dễ dàng mở rộng cho các lưu vực lớn khác, chẳng hạn như
tồn bộ lưu vực sơng Geum (9835 km2).


23

Năm 2012, Wan Xin-yu, Zhong Ping-an, Chen Xuan, Dai Li, Jia Ben-you
[57] đã mơ phỏng tính tốn q trình lũ trong hệ thống điều khiển lũ lớn, bao gồm
nhiều dự án điều khiển lũ khác nhau, như đê bao, hồ chứa chậm lũ. Bằng cách ứng
dụng tiếp cận phân tích hệ thống. Nghiên cứu này phân tích hệ thống điều khiển lũ
phức tạp vào trong xây dựng các dự án cân bằng nước, mơ phỏng tương ứng và sau
đó kết nối với các phần tử đơn lại, dùng các kỹ thuật như tại nút, nút mã hóa, cấu
trúc liên kết ma trận và số thứ tự mã tính tốn, cuối cùng mô phỏng trên hệ thống
điều khiển lũ ở thượng lưu Zhengyanghuan, thơng qua sử dụng mơ hình kết hợp.
Theo đó mơ phỏng kết quả, kết hợp mơ phỏng hệ thống điều khiển lũ phức tạp có
thể nhận được hỗ trợ ra quyết định tốt, hiệu quả và nhanh chóng.
* Cách tiếp cận kết hợp phương pháp tối ưu và mô phỏng
Năm (2007) Nien-Sheng Hsu, Chih-Ching Wei [51] đã phát triển một mơ
hình hoạt động thời gian thực để xác định tối ưu vận hành hồ chứa trong một cơn
bão. Họ chia thành 3 mơ hình: Mơ hình dự báo mưa, Mơ hình dự báo dịng chảy và
vận hành tối ưu hồ chứa. Các mơ hình tối ưu hóa các mục tiêu tối đa hóa lưu lượng
đỉnh giảm tại các điểm kiểm soát lựa chọn hạ lưu và lưu trữ hồ chứa tối ưu hóa ở
cuối mùa lũ. Họ đã áp dụng mơ hình của họ với một hệ thống hồ chứa tại Đài Loan

đã cho thấy đề xuất mô hình có hiệu suất tốt hơn so với các hoạt động lịch sử và
quy tắc hiện.
Năm 2007, Long Le Ngo, Henrik Madsen, Dan Rosbjerg [49] trình bày các
quy tắc vận hành hồ Hịa Bình với mục đích phịng lũ cho Châu thổ sông Hồng và
phát điện. Được đặc trưng bởi nhiều mục đích, mâu thuẫn trong vận hành hồ chứa
đã từng xảy ra từ khi được xây dựng, đặc biệt trong mùa lũ. Các tác giả đã đề xuất
tối ưu quỹ đạo điều khiển vận hành cho hồ Hịa Bình bằng cách ứng dụng tổ hợp
mơ hình mơ phỏng (MIKE 11) và mơ hình tối ưu SCE (gói phần mềm Autocal của
DHI, 2005a). Nghiệm tối ưu được thỏa hiệp giữa phòng lũ và phát điện cho vận
hành hồ chứa Hòa Bình trong mùa lũ và mức nước hồ chứa tại bắt đầu của mùa khô.
Kết quả chứng minh rằng quy tắc tối ưu có thể tìm thấy, so sánh quy tắc hiện hành
giảm lũ hạ lưu và mực nước hồ, cho gia tăng sản xuất điện năng trong mùa lũ và


24

trong mùa cạn. Các kết quả chỉ ra rằng thuật tốn này là cơng cụ hiệu quả cho hệ
thống tối ưu phức tạp.
Năm 2009, Bahram Malekmohammadi, Banafsheh Zahraie và Reza
Kerachian [36] đã trình bày một phương pháp tiếp cận khác để vận hành lũ thời
gian thực trong quản lý hệ thống hồ chứa. Phương pháp này được dựa trên cơ sở kết
hợp mơ hình tối ưu Thuật tốn di truyền (GA) vận hành hồ chứa cho hệ thống bậc
thang 2 hồ chứa, Mơ hình thủy lực dựa trên mơ hình mơ phỏng đường q trình
thủy lực hạ lưu hệ thống sông. Hệ thống thông tin địa lý (GIS) đã được sử dụng và
ứng dụng thuật toán K-Nearest Neighbor (K-NN) phát triển các quy tắc hoạt động
tối ưu. Tối ưu di truyền mơ hình hồ chứa theo giờ để giảm thiểu lũ lụt bồi thường
thiệt hại trong hạ lưu sông. Công cụ GIS cũng đã được sử dụng để xác định vùng
đất sử dụng, thiệt hại trong vùng đồng bằng ngập lũ hạ lưu và nó đã được liên kết
với các mơ-đun của mơ hình HEC-RAS, HEC-GEORAS. Mơ hình phát triển đã
được áp dụng cho hệ thống hồ chứa Bakhtiari và Dez sơng ở phía Tây Nam của

Iran. Kết quả cho thấy đề xuất mơ hình có thể được sử dụng hiệu quả cho quản lý lũ
lụt và hoạt động thời gian thực của các hệ thống sông hồ chứa.
Bertrand Richaud, Henrik Madsen, Dan Rosbjerg, Claus B. Pedersen và
Long L. Ngo (2011) [36] đã áp dụng kỹ thuật tối ưu – mơ phỏng để giải quyết bài
tốn vận hành đa mục đích, Bài báo này với mục đích tiếp cận theo hướng tối ưu –
mô phỏng đa mục tiêu với các quy tắc cứng điều phối tối ưu và quy tắt tối ưu thời
gian thực. Quy tắc cứng sẽ sử dụng công cụ tối ưu – mô phỏng để đưa ra các quy
tắc vận hành hồ chứa Hồ Bình, Quy tắc tối ưu thời gian thực được sử dụng tối ưu
trực tuyến với mục đích dự báo ngắn hạn, điều tiết lũ, thủy điện và giảm lũ cho hạ
lưu sông Hồng. Tiếp cận nhận được thỏa hiệp giữa các mục tiêu. Lựa chọn phương
pháp tối ưu Pareto, tham chiếu tối ưu có thể làm giảm lũ ở hạ lưu của sơng Hồng, và
gia tăng phát điện và lưu trữ nước cho mùa cạn. Thủ tục tối ưu thời gian thực xa
hơn cải thiện hiệu quả của vận hành hồ chứa và nâng cao khả năng mềm dẻo ra
quyết định. Cuối cùng. Chất lượng dự báo là rất quan trọng. kết quả hình ảnh quan
trọng chỉ dẫn theo thời gian đủ dự báo bắt đầu dự báo lượng nước xả mùa lũ.


25

Năm 2012, J. Yazdi, S. A. A. Salehi Neyshabouri [44] đã kết hợp mơ hình
mơ phỏng và mơ hình tối ưu cho quản lý lũ. Trong nghiên cứu này, thuật tốn được
trình bày cho thiết kế tối ưu cơng trình và phi cơng trình, dao động lũ đo đạc cơ sở
tiếp cận mơ phỏng tối ưu. Mơ hình thủy động một chiều MIKE 11 được sử dụng mô
phỏng các kịch bản lũ dưới sự thay đổi tổ hợp đo đạc cơng trình và phi cơng trình
và mơ hình này được kết hợp với mơ hình tối ưu đa mục đích NSGA-II nhận được
lời giải tối ưu Pareto giữa 2 mục tiêu mâu thuẩn lẫn nhau là minimum chi phí đầu tư
cho công tác đo đạc để giảm lũ và tiềm năng giảm ngập lụt của các bãi ngập lũ. Mơ
hình này được ứng dụng cho lưu vực nhỏ tại Iran.
Nhận xét: Trong thời gian gần đây để kết hợp các ưu điểm của phương pháp mô
phỏng và tối ưu – nhiều tác giả sử dụng mơ hình kết hợp mơ phỏng và tối ưu, đã mở

ra cách tiếp cận mới cho bài toán vận hành điều tiết hồ chứa thời gian thực.

1.3. Đề xuất hướng nghiên cứu
Có thể nói, cho đến nay các nghiên cứu về phương pháp vận hành hệ thống
hồ chứa theo thời gian thực ở Việt Nam cịn rất hạn chế. Chỉ có lưu vực sơng Hồng
đã áp dụng rõ rệt phương pháp này cho vận hành hệ thống hồ chứa chống lũ hạ du
nhưng nói chung còn nhiều tồn tại, đặc biệt là việc giải quyết mâu thuẫn giữa phịng
lũ hạ du và tích nước hồ chứa cho đến nay vẫn còn chưa giải quyết được.
Tổng quan tình hình nghiên cứu thế giới cho thấy trong thời gian qua đã phát
triển mạnh về cơng cụ tính tốn cũng như các cơng trình nghiên cứu, nhưng do hệ
thống sơng mỗi lưu vực có đặc thù riêng, trong hệ thống hồ chứa, mỗi hồ chứa có
những mục tiêu khác nhau, do đó cách tiếp cận mỗi nơi đều khác nhau, và bài toán
vận hành hệ thống hồ chứa thời gian thực nhìn chung phụ thuộc vào đặc điểm địa
hình, địa chất khí hậu của từng lưu vực sơng, các mục tiêu khác nhau của hệ thống
hồ chứa trên lưu vực đó, điều kiện về số liệu đo đạc....từ đó mới có thể đưa ra sách
lược vận hành cụ thể phù hợp cho mỗi lưu vực khác nhau. Các lưu vực miền Trung
bên cạnh có đặc điểm chung là lũ lên nhanh xuống nhanh, nhưng tính chất ngập lụt
ở mỗi vùng khác nhau điển hình như Vu Gia – Thu Bồn và sông Hương. Hệ thống
sông Hương tuy thượng nguồn có đặc điểm giống Vu Gia - Thu Bồn nhưng hạ lưu