Mô phỏng mực nước hồ phục vụ việc xây dựng quy trình vận hành hồ chứa trong mùa cạn

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ






LÊ THU HOÀI





MÔ PHỎNG MỰC NƯỚC HỒ
PHỤC VỤ VIỆC XÂY DỰNG QUY TRÌNH
VẬN HÀNH HỒ CHỨA TRONG MÙA CẠN








LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hà Nội - 2011
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ







LÊ THU HOÀI




MÔ PHỎNG MỰC NƯỚC HỒ
PHỤC VỤ VIỆC XÂY DỰNG QUY TRÌNH
VẬN HÀNH HỒ CHỨA TRONG MÙA CẠN

Ngành: Cơ học kỹ thuật
Chuyên ngành: Cơ học kỹ thuật
Mã số: 60 52 02


LUẬN VĂN THẠC SĨ


NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. Hoàng Văn Lai









Hà Nội - 2011

1

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1: Đường quan hệ mực nước – dung tích hồ mẫu 1
Bảng 2.2: Số liệu đầu vào bài toán mẫu 1a, 1b, 1c, 1d
Bảng 2.3: Số liệu đầu vào bài toán mẫu 1e
Bảng 2.4: Kết quả tính toán dung tích hồ bài toán mẫu 1a
Bảng 2.5: Kết quả tính toán dung tích hồ bài toán mẫu 1b
Bảng 2.6: Kết quả tính toán dung tích hồ bài toán mẫu 1c
Bảng 2.7: Kết quả tính toán dung tích hồ bài toán mẫu 1d

Bảng 2.8: Kết quả tính toán dung tích hồ bài toán mẫu 1e
Bảng 2.9: Đường quan hệ mực nước – dung tích hồ mẫu 2
Bảng 2.10: Số liệu đầu vào bài toán mẫu 2a
Bảng 2.11: Số liệu đầu vào bài toán mẫu 2b
Bảng 2.12: Đường quá trình mực nước hồ mẫu 2a
Bảng 2.13: Đường quá trình mực nước hồ mẫu 2b
Bảng 3.1: Đặc trưng lưu vực tính đến tuyến công trình
Bảng 3.2: Thời gian và yếu tố quan trắc tại các trạm khí tượng trong lưu vực sông Sê San
Bảng 3.3: Thời gian và yếu tố quan trắc tại các trạm thủy văn sông Sê San
Bảng 3.4: Phân bố lượng bốc hơi tháng trung bình thời kỳ (1977-2009) tại các
trạm đại biểu trên lưu vực sông Sê San
Bảng 3.5: Các thông số chính của nhà máy thuỷ điện trên lưu vực sông Sê San
Bảng 3.6: Các thông số chính của công trình thủy điện Ialy
Bảng 3.7: Đường quan hệ W-F-Z hồ chứa thuỷ điện Ialy
Bảng 3.8: Lượng tổn thất bốc hơi hàng tháng hồ Ialy (từ tháng 1 đến tháng 6)
Bảng 3.9: Lưu lượng vào hồ Ialy từ tháng 1 đến tháng 6 năm 2009
Bảng 3.10: Lưu lượng ra khỏi hồ Ialy từ tháng 1 đến tháng 6 năm 2009
Bảng 3.11: Mực nước thực đo hồ Ialy từ tháng 1 đến tháng 6 năm 2009
Bảng 3.12: Đường quá trình mực nước hồ Ialy từ tháng 1 đến tháng 6 năm 2009
tính bằng chương trình điều tiết
Bảng 3.13: Đường quá trình mực nước hồ Ialy từ tháng 1 đến tháng 6 năm 2009
tính bằng mô hình HEC-ResSim
59
60
61
65
66
67
68
69

73
74
76
78
81
38
40
41
44

48
49
84
84
85
87
89
91

95


2

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Đường quá trình lưu lượng đến hồ Ialy trong một trận lũ tháng 9 năm
2009
Hình 1.2: Đường quá trình lưu lượng đến hồ Ialy từ tháng 1 đến tháng 6 năm
2009
Hình 2.1: Sơ đồ tổng quát các môđun của mô hình HEC-ResSim

Hình 2.2: Môđun thiết lập lưu vực trong mô hình HEC-ResSim
Hình 2.3: Môđun mạng lưới hồ trong mô hình HEC-ResSim
Hình 2.4: Môđun mô phỏng trong mô hình HEC-ResSim
Hình 2.5: Đường quan hệ mực nước – dung tích hồ mẫu 1
Hình 2.6: Tương quan lưu lượng đến hồ Ialy từ tháng 1 đến tháng 6 năm 2009
Hình 2.7: Tương quan lưu lượng ra khỏi hồ Ialy từ tháng 1 đến tháng 6 năm 2009
Hình 2.8: Đường quá trình dung tích hồ mẫu 1a tính bằng chương trình điều tiết
Hình 2.9: Đường quá trình dung tích hồ mẫu 1a tính bằng mô hình HEC-ResSim
Hình 2.10: Đường quá trình dung tích hồ mẫu 1b tính bằng chương trình điều tiết
Hình 2.11: Đường quá trình dung tích hồ mẫu 1b tính bằng mô hình HEC-ResSim
Hình 2.12: Đường quá trình dung tích hồ mẫu 1c tính bằng chương trình điều tiết
Hình 2.13: Đường quá trình dung tích hồ mẫu 1c tính bằng mô hình HEC-ResSim
Hình 2.14: Đường quá trình dung tích hồ mẫu 1d tính bằng chương trình điều tiết
Hình 2.15: Đường quá trình dung tích hồ mẫu 1d tính bằng mô hình HEC-ResSim
Hình 2.16: Đường quá trình dung tích hồ mẫu 1e tính bằng chương trình điều tiết
Hình 2.17: Đường quá trình dung tích hồ mẫu 1e tính bằng mô hình HEC-ResSim
Hình 2.18: Đường quan hệ mực nước – dung tích hồ mẫu 2
Hình 2.19: Đường quá trình mực nước hồ mẫu 2a tính bằng chương trình điều tiết
Hình 2.20: Đường quá trình mực nước hồ mẫu 2a tính bằng mô hình HEC-ResSim
Hình 2.21: Đường quá trình mực nước hồ mẫu 2a có xét đến bốc hơi tính bằng
mô hình HEC-ResSim
Hình 2.22: Đường quá trình mực nước hồ mẫu 2b tính bằng chương trình điều tiết
Hình 2.23: Đường quá trình mực nước hồ mẫu 2b tính bằng mô hình HEC-ResSim
Hình 2.24: Đường quá trình mực nước hồ mẫu 2b có xét đến bốc hơi tính bằng
mô hình HEC-ResSim
12

12

17

18
19
20
24
25
26
27
27
28
28
29
29
30
30
31
31
32
33
33
34

34
35
35


3

Hình 2.25: So sánh đường quá trình mực nước hồ mẫu 2b có xét đến bốc hơi và
không có bốc hơi tính bằng mô hình HEC-ResSim

Hình 2.26: So sánh kết quả tính toán bài toán 2b bằng chương trình điều tiết và
mô hình HEC-ResSim
Hình 3.1: Vị trí các tuyến công trình lưu vực sông Sê San
Hình 3.2: Bản đồ lưới trạm khí tượng thuỷ văn lưu vực sông Sê San
Hình 3.3: Hệ thống bậc thang các nhà máy thuỷ điện trên sông Sê San
Hình 3.4: Gian máy ngầm Nhà máy thủy điện Ialy
Hình 3.5: Đường quan hệ W-F-Z hồ chứa thuỷ điện Ialy
Hình 3.6: Đường quá trình mực nước hồ Ialy từ tháng 1 đến tháng 6 năm 2009
tính bằng chương trình điều tiết
Hình 3.7: So sánh đường quá trình mực nước hồ Ialy từ tháng 1 đến tháng 6 năm
2009 tính bằng chương trình điều tiết khi có và không xét đến bốc hơi
Hình 3.8: Đường quá trình mực nước hồ Ialy từ tháng 1 đến tháng 6 năm 2009
tính bằng mô hình HEC-ResSim
Hình 3.9: So sánh đường quá trình mực nước hồ Ialy từ tháng 1 đến tháng 6 năm
2009 tính bằng mô hình HEC-ResSim khi có và không xét đến bốc hơi
Hình 3.10: So sánh kết quả tính toán mực nước hồ Ialy bằng chương trình điều
tiết và mô hình HEC-ResSim
Hình 3.11: Ứng dụng mô hình HEC-ResSim cho các lưu vực sông Sê San,
SrêPôk, Sê Kông của Ủy ban sông Mê Kông
36

36

39
43
47
51
51
52

52

53

53

54

55



4

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 5
CHƯƠNG 1. HỒ CHỨA ĐA MỤC TIÊU VÀ QUY TRÌNH VẬN HÀNH 7
1.1. Tổng quan các kết quả trong và ngoài nước về vấn đề điều hành hồ chứa đa mục
tiêu 7
1.2. Quy trình vận hành 10
CHƯƠNG 2. MÔ PHỎNG MỰC NƯỚC HỒ CHỨA TRONG MÙA CẠN 13
2.1. Chương trình điều hành hồ chứa 13
2.2. Mô hình HEC-ResSim 16
2.3. Bốc hơi 21
2.4. Bài toán mẫu 23
CHƯƠNG 3. THỬ NGHIỆM MÔ PHỎNG MỰC NƯỚC HỒ IALY TỪ THÁNG 1
ĐẾN THÁNG 6 NĂM 2009 37
3.1. Các đặc điểm chính lưu vực sông Sê San 37
3.2. Nhà máy thủy điện Ialy 49

3.3. Kết quả tính toán mô phỏng mực nước hồ Ialy từ tháng 1 đến tháng 6 năm 2009. 51
KẾT LUẬN 56
CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ 57
TÀI LIỆU THAM KHẢO 57
PHỤ LỤC 59

5


MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây, hàng loạt các hồ chứa thủy điện đã và đang được
xây dựng trên thượng lưu các hệ thống sông khắp mọi vùng trong cả nước. Trên
thượng lưu hệ thống sông Hồng ở đồng bằng Bắc bộ đã và đang hình thành một hệ
thống các hồ chứa lớn tầm cỡ khu vực: Hoà bình, Sơn La, Thác Bà, Bản Trác, Huội
Quảng, Nậm Chiến, Tuyên Quang và Bảo Lạc. Trên lưu vực sông Sê San ở Tây
Nguyên đã và đang có các hồ chứa thủy điện quy mô lớn được đưa vào hoạt động như
hồ PleiKrông, Ialy, Sê San 3, Sê San 3A, Sê San 4, Sê San 4A và hồ Thượng Kon Tum
dự kiến cũng được đưa vào hoạt động trong thời gian tới. Các hồ chứa trên hệ thống
sông Ba ở miền Trung bao gồm các hồ chứa lớn: hồ An Khê Kanak, IaYun hạ, Krông
H’Năng, Sông Ba Hạ, Sông Hinh. Trên các hệ thống sông khác như hệ thống sông
Đồng Nai, La Ngà, sông Ba, Vu Gia, Thu Bồn , ngoài các hồ chứa đang hoạt động
như Trị An, Hàm Thuận – Đa Mi, Đa Nhim, các dự án xây dựng hàng chục các hồ
chứa thuỷ điện khác như Đại Ninh, Đồng Nai 1, Đồng Nai 2 … đã được phê duyệt và
sẽ đi vào hoạt động trong thời gian gần đây.
Các hồ chứa nước nói chung thường được thiết kế để đảm nhiệm nhiều mục
tiêu khác nhau trong đó có 3 mục tiêu chính là phát điện, cấp nước và chống lũ. Tuy
nhiên, các mục tiêu này thường mâu thuẫn với nhau trong vấn đề sử dụng dung tích
của hồ chứa. Yêu cầu cấp nước nhiều sẽ ảnh hưởng đến sản lượng điện, dung tích
chống lũ lớn sẽ ảnh hưởng đến công suất phát điện và khả năng tích nước đầy hồ để

phục vụ cấp nước và sản xuất điện trong mùa cạn. Vấn đề điều hành hiệu quả hệ thống
hồ chứa, giải quyết các mâu thuẫn kể trên là một nhu cầu cấp thiết đặt ra ở trong nước.
Mục tiêu của việc điều hành hệ thống hồ chứa là nâng cao hiệu quả chống lũ và hiệu
quả kinh tế (phát điện và cấp nước) không phải chỉ cho các hồ riêng biệt mà cho tất cả
các hồ chứa trong hệ thống. Những năm qua, do thiếu sự phối hợp trong vận hành nên
hệ thống hồ chứa trên các lưu vực sông đã có những ảnh hưởng đến các địa phương
trong lưu vực, đặc biệt là hạ lưu. Mặt khác, nhu cầu sử dụng nước ngày càng tăng,
nhưng hồ chứa phải làm nhiệm vụ phát điện nên lượng nước xả trong mùa cạn bị suy
giảm, làm gia tăng tình hình cạn kiệt. Do vậy việc xây dựng các quy trình vận hành
liên hồ chứa cho cả mùa lũ và mùa cạn là rất cấp thiết.
Vấn đề khó khăn nhất cho nhà quản lý vận hành hệ thống hồ chứa là mâu thuẫn
giữa các hộ sử dụng nước trong mùa cạn. Đó là khi lượng nước đến trên toàn hệ thống
giảm rất mạnh không đủ đáp ứng yêu cầu nước của các ngành dùng nước trên toàn hệ
thống và lượng nước đã được trữ trong hệ thống hồ chứa sẽ được sử dụng để bù đắp
khoản thiếu hụt giữa yêu cầu của hệ thống sử dụng nước với khả năng điều kiện nước
đến thực tế trong suốt mùa cạn. Thực tế hiện nay trên lưu vực các sông vấn đề vận
hành phân bổ nguồn nước trong mùa cạn chưa được tập trung nghiên cứu. Ở Việt Nam

6

mới có một số quy trình liên hồ trong mùa lũ của Nhà Nước và quy trình điều hành
của Bộ Công thương cho từng hồ. Tuy nhiên với tốc độ phát triển kinh tế hiện nay và
trong tương lai thì vấn đề nghiên cứu phương án cấp nước mùa cạn sẽ ngày càng trở
nên cấp thiết.
Việc xây dựng quy trình điều hành hồ chứa trong mùa cạn trên một số lưu vực
sông đang được Bộ Tài nguyên và Môi trường tổ chức thực hiện. Quy trình điều hành
hồ chứa trong mùa cạn trên sông Sê San đang được Phòng Thủy Tin học – Viện Cơ
học tiến hành (Trong khuôn khổ của một hợp đồng tư vấn cho Cục Tài nguyên Nước –
Bộ Tài nguyên và Môi trường) và dự kiến sẽ sử dụng mô hình HEC-ResSim.
Việc nghiên cứu một số cơ sở khoa học phục vụ việc xây dựng quy trình vận

hành hồ chứa trong mùa cạn là việc làm cần thiết nhằm đưa ra một quy trình điều tiết
liên hồ trong mùa cạn có cơ sở khoa học chặt chẽ, hy vọng mang lại hiệu quả cả về
mặt kinh tế và xã hội.
Do vậy, đề tài “Mô phỏng mực nước hồ phục vụ việc xây dựng quy trình vận
hành hồ chứa trong mùa cạn” được hình thành với mục tiêu là tìm hiểu được một số
công cụ mô phỏng mực nước hồ phục vụ việc xây dựng quy trình vận hành hồ chứa
trong mùa cạn. Thông qua đó xác định các thông tin đầu vào và độ chính xác cần thiết
trong việc sử dụng mô hình HEC-ResSim để xây dựng quy trình vận hành hồ chứa
trong mùa cạn.
Bố cục của luận văn gồm phần mở đầu, phần kết luận và 3 chương chính:
Chương 1: Hồ chứa đa mục tiêu và quy trình vận hành. Chương này sẽ giới
thiệu chung về các nghiên cứu trên thế giới và trong nước về điều hành hồ chứa đa
mục tiêu, giới thiệu về việc lập quy trình vận hành hồ chứa ở Việt Nam.
Chương 2: Mô phỏng mực nước hồ trong mùa cạn. Tìm hiểu một số công cụ
mô phỏng mực nước hồ và tính toán đối với bài toán mẫu để phục vụ việc mô phỏng
mực nước hồ trong mùa cạn. Luận văn cũng đánh giá ảnh hưởng của bốc hơi đến quá
trình mô phỏng mực nước hồ trong mùa cạn.
Chương 3: Thử nghiệm mô phỏng mực nước hồ Ialy từ tháng 1 đến tháng 6
năm 2009. Trình bày các kết quả thử nghiệm mô phỏng mực nước hồ Ialy.

7

CHƯƠNG 1. HỒ CHỨA ĐA MỤC TIÊU VÀ QUY TRÌNH VẬN HÀNH

1.1. Tổng quan các kết quả trong và ngoài nước về vấn đề điều hành hồ chứa đa
mục tiêu
1.1.1. Các nghiên cứu trên thế giới
a- Phương pháp luận
Trên thế giới, việc nghiên cứu điều hành lũ, điều phối cấp nước, phát điện và
các lợi ích khác được nhiều học giả và các chuyên gia nghiên cứu rất sâu. Đối với việc

quản lý hệ thống các hồ phòng lũ, phát điện và cấp nước có thể tóm tắt những hướng
phát triển chính như sau:
- Quản lý hệ thống theo biểu đồ điều phối cấp nước: Hướng nghiên cứu này
thường được ứng dụng đối với các hồ chứa độc lập và đơn thuần chỉ có nhiệm vụ cấp
nước, phát điện và chống lũ cho bản thân công trình. Đối với hệ thống hồ chứa bậc
thang phát điện đã nghiên cứu phát triển các phương pháp tối ưu hoá để xác định chế
độ làm việc tối ưu của hệ thống hồ chứa.
- Quản lý theo mô hình: Đây là hướng phát triển hiện đại. Hệ thống các hồ chứa
và công trình phân phối nước được thiết lập như một hệ thống tổng hợp. Các nghiên
cứu tập trung xây dựng các mô hình mô phỏng kết hợp với dự báo để trợ giúp điều
hành cho công tác quản lý vận hành.
Vì không có khả năng để thí nghiệm với hồ chứa thực, mô hình mô phỏng toán
học được phát triển và sử dụng trong nghiên cứu. Thí nghiệm có thể thực hiện bằng
cách sử dụng các mô hình này để cung cấp những hiểu biết sâu về bài toán. Mô hình
mô phỏng kết hợp với điều hành hồ chứa bao gồm tính toán cân bằng nước của đầu
vào, đầu ra hồ chứa và biến đổi lượng trữ. Kỹ thuật mô phỏng đã cung cấp cầu nối từ
các công cụ giải tích trước đây cho phân tích hệ thống hồ chứa đến các tập hợp mục
đích chung phức tạp. Theo Simonovic (1992), các khái niệm về mô phỏng là dễ hiểu
và thân thiện hơn các khái niệm mô hình hoá khác.
Các mô hình mô phỏng có thể cung cấp các biểu diễn chi tiết và hiện thực hơn
về hệ thống hồ chứa và quy tắc điều hành chúng (chẳng hạn đáp ứng chi tiết của các
hồ và kênh riêng biệt hoặc hiệu quả của các hiện tượng theo thời gian khác nhau).
Thời gian yêu cầu để chuẩn bị đầu vào, chạy mô hình và các yêu cầu tính toán khác
của mô phỏng là ít hơn nhiều so với mô hình tối ưu hoá. Các kết quả mô phỏng sẽ dễ
dàng thỏa hiệp trong trường hợp đa mục tiêu. Số phần mềm máy tính đa mục tiêu phổ
biến có sẵn có thể sử dụng để phân tích mối quan hệ quy hoạch, thiết kế và vận hành
hồ chứa. Hầu hết các phần mềm có thể chạy trong máy vi tính cá nhân đang sử dụng
rộng rãi hiện nay. Hơn nữa, ngay sau khi số liệu yêu cầu cho phần mềm thực hành đã

8

được chuẩn bị, nó dễ dàng chuyển đổi cho nhau và do đó các kết quả của các thiết kế,
quyết định điều hành, thiết kế lựa chọn khác nhau có thể được đánh giá nhanh chóng.
Có lẽ một trong số các mô hình mô phỏng hệ thống hồ chứa phổ biến rộng rãi
nhất là mô hình HEC-5, phát triển bởi Trung tâm kỹ thuật thủy văn Hoa Kỳ (Feldman
1981, Wurbs 1996). Một trong những mô hình mô phỏng nổi tiếng khác là mô hình
Acres (Sigvaldson 1976), tổng hợp dòng chảy và điều tiết hồ chứa (SSARR) (USACE
1987), Mô phỏng hệ thống sóng tương tác (IRIS) (Loucks và nnk 1989). Gói phần
mềm phân tích quyền lợi các hộ sử dụng nước (WRAP) (Wurbs và nnk, 1993). Lund
và Ferriera (1996) đã nghiên cứu hệ thống hồ chứa sông Missouri và xây dựng mô
hình mô phỏng trong đó nâng cấp kỹ thuật hồi quy cổ điển và sử dụng mô hình quy
hoạch động. Jain và Goel (1996) đã giới thiệu một mô hình mô phỏng tổng quát cho
điều hành cấp nước của hệ thống hồ chứa dựa trên các đường quy tắc điều phối. Mặc
dù có sẵn một số các mô hình tổng quát, vẫn cần thiết phải phát triển các mô hình mô
phỏng cho một (hệ thống) hồ chứa cụ thể vì mỗi hệ thống hồ chứa có những đặc điểm
riêng.
- Tự động hoá trong công tác điều hành: Việc tự động hoá đã được thực hiện ở
những nước tiên tiến như Mỹ, Anh, Pháp, Đức, Đài loan, Trung quốc.
Để có thể tự động hoá trong điều hành hệ thống cần thiết phải kèm theo các
thiết bị đo và điều khiển tự động.
b- Công nghệ dự báo hiện đại
Nhiều mô hình toán đã kết nối với hệ thống cơ sở dữ liệu như hệ thông tin địa
lý (GIS), các vệ tinh, Rada để tăng tính hiệu quả của các mô hình toán. Kỹ thuật dự
báo số trong dự báo tác nghiệp được phát triển mạnh.
c- Các trung tâm kiểm soát và điều độ nguồn nước phạm vi quốc gia
Nhằm điều hành thống nhất và có hiệu quả kiểm soát lũ, chia sẻ nguồn nước
trên phạm vi quốc gia phần lớn các nước tiên tiến như Nga, Mỹ, Anh, Nhật, Hà Lan,
Đan Mạch, Canada, Cộng hoà Liên bang Đức v.v… đã xây dựng các trung tâm, chia
sẻ thông tin với nhau. Ở các trung tâm này có các trang thiết bị thu phát thông tin hiện
đại, các phần mềm mạnh và đặc biệt là việc ứng dụng công nghệ viễn thám cho phép

phân tích ngập lụt, hạn hán và tổn thất thiên tai, nhằm trợ giúp lựa chọn giải pháp
phòng tránh hiệu quả. Các trung tâm có trang WEB riêng và thường xuyên phát tin
trên mạng Internet.
Xem các tài liệu: [1]; [3]; [4]; [5]; [12]; [13]; [17]-[20]
1.1.2. Các nghiên cứu ở trong nước
Ở Việt Nam các hồ chứa trên các hệ thống sông với nhiều mục đích khác nhau
đã và đang được tiến hành xây dựng, như hệ thống hồ chứa trên sông Hồng, sông Ba,
sông Sê San, sông Đồng Nai v.v… Điển hình nhất là hệ thống hồ chứa trên hệ thống

9

sông Hồng gồm các hồ chứa Sơn La, Hoà Bình, Tuyên Quang, Thác Bà và tương lai
có thêm hồ Lai Châu. Các hồ chứa này làm nhiệm vụ chính là cắt lũ vào mùa lũ, sau
đó là phát điện, cung cấp nước mùa cạn, ngoài ra còn phục vụ giao thông, du lịch, nuôi
trồng thuỷ sản v.v…
a- Các quy trình vận hành hồ chứa
Quy trình điều hành chống lũ hồ chứa Hoà Bình được xây dựng khá chi tiết và
liên tục được bổ sung hoàn chỉnh. Kinh nghiệm vận hành hồ chứa Hòa Bình để điều
tiết lũ trong các năm qua cho thấy, nó đã góp phần giữ được mực nước Hà Nội không
vượt quá 13,0m; bảo đảm an toàn cho Hà Nội. Nhiều công trình nghiên cứu về vận
hành hồ chứa điều tiết lũ đã được tiến hành như quy trình vận hành hồ chứa Hoà Bình
của Ban Chỉ đạo phòng chống lụt bão TW (1997), Quyết định 80/2007/QĐ-TTg của
Thủ tướng Chính phủ ban hành “Quy trình vận hành liên hồ chứa thuỷ điện Hoà Bình,
Tuyên Quang, Thác Bà trong mùa lũ hàng năm”, ban hành năm 2007. Ngày
11/6/2010, có thêm quyết định “Sửa đổi, bổ sung Quy trình vận hành liên hồ chứa
thủy điện Hòa Bình, Tuyên Quang, Thác Bà trong mùa lũ hàng năm”, ban hành kèm
theo Quyết định số 80/2007/QĐ-TTg ngày 01 tháng 6 năm 2007 của Thủ tướng Chính
phủ, số 848/QĐ-TTg. Ngoài ra còn một loạt các nghiên cứu khác về vận hành hồ chứa
Hoà Bình và hệ thống hồ chứa trên các lưu vực của Việt Nam. Công ty tư vấn Điện I
(1991) đã nghiên cứu việc kết hợp phát điện, chống lũ hạ du và khai thác tổng hợp hồ

chứa Hoà Bình. Viện Quy hoạch và Quản lý nước (1991) cũng nghiên cứu lập quy
trình vận hành hồ chứa Hoà Bình phòng lũ và phát điện. Nguyễn Văn Tường (1996)
nghiên cứu phương pháp điều hành hồ chứa Hoà Bình chống lũ hàng năm với việc xây
dựng tập hàm vào bằng phương pháp Monte-Carlo. Trịnh Quang Hoà (1997) xây dựng
công nghệ nhận dạng lũ thượng nguồn sông Hồng phục vụ điều hành hồ chứa Hoà
Bình chống lũ hạ du. Viện Quy hoạch Thuỷ lợi và Công ty Tư vấn Điện 1 (2000) đã
nghiên cứu hiệu ích chống lũ và cấp nước hạ du của công trình hồ chứa Đại Thị (nay
là Tuyên Quang) trên sông Gâm. Hoàng Minh Tuyển (2002) đã phân tích đánh giá vai
trò của một số hồ chứa thượng nguồn sông Hồng cho phòng chống lũ hạ du. Lâm
Hùng Sơn (2005) nghiên cứu cơ sở điều hành hệ thống hồ chứa lưu vực sông Hồng,
trong đó chú ý đến việc phân bổ dung tích và trình tự phối hợp cắt lũ của từng hồ chứa
trong hệ thống để đảm bảo an toàn hồ chứa và hệ thống đê đồng bằng sông Hồng.
Viện khoa học Thuỷ lợi (2006) đã thực hiện dự án xây dựng quy trình vận hành liên hồ
chứa trên sông Đà và sông Lô đảm bảo an toàn chống lũ đồng bằng Bắc Bộ khi có các
hồ chứa Thác Bà, Hoà Bình, Tuyên Quang. Trần Hồng Thái (2005) và Ngô Lê Long
(2006) bước đầu áp dụng thuật tối ưu hoá trong vận hành hồ Hoà Bình phòng chống lũ
và phát điện. Nguyễn Hữu Khải và Lê Thị Huệ (2007) nghiên cứu áp dụng mô hình
HEC-RESSIM cho điều tiết lũ của hệ thống hồ chứa trên lưu vực sông Hương, cho
phép xác định trình tự và thời gian vận hành hợp lý các hồ chứa bảo đảm kiểm soát lũ
hạ lưu sông Hương (tại Kim Long và Phú Ốc).

10

b- Hệ thống công nghệ hỗ trợ vận hành
Song song với quy trình điều hành thì công tác dự báo thuỷ văn phục vụ điều
hành cũng được coi trọng. Trịnh Quang Hoà (1997) với công nghệ nhận dạng lũ
thượng nguồn sông Hồng đã góp phần vào phòng chống lũ đồng bằng sông Hồng rất
hiệu quả. Tổng cục KTTV (1998) đã xây dựng một dự án trong dự án liên ngành hiện
đại hoá hệ thống đo đạc và dự báo thuỷ văn trên sông Đà và sông Hồng trực tiếp phục
vụ điều hành. Năm 2005 Trung tâm đã có văn bản về khả năng dự báo thuỷ văn gửi

Hội đồng điều chỉnh quy trình vận hành hồ chứa thuỷ điện Hoà Bình góp phần vào
quyết định ban hành “Quy trình vận hành liên hồ chứa thuỷ điện Hoà Bình, Tuyên
Quang, Thác Bà trong mùa lũ hàng năm”, ban hành năm 2007 của Thủ tướng Chính
phủ. Nguyễn Lan Châu (2005) đã nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ sông Đà
phục vụ điều tiết hồ Hoà Bình trong công tác phòng chống lũ bằng tích hợp các mô
hình thuỷ văn thuỷ lực và điều tiết hồ chứa. Trần Tân Tiến (2006) đã nghiên cứu liên
kết mô hình RAMS dự báo mưa và mô hình sóng động học một chiều dự báo lũ khu
vực miền Trung. Hà Ngọc Hiến (2010) đã nghiên cứu xây dựng bộ chương tình điều
hành tối ưu hệ thống liên hồ chứa đảm bảo an toàn chống lũ và phát điện theo thời
gian thực. Nguyễn Văn Hạnh (2007) đã xây dựng hệ thống thông tin phục vụ vận hành
hồ chứa đa mục tiêu Tuyền Lâm-Đà Lạt-Lâm Đồng.
Xem các tài liệu: [1]; [3]; [4]; [5]; [12]; [13]; [17]-[20]
1.2. Quy trình vận hành
Trong mùa lũ, lưu lượng lũ đến rất lớn và sự biến động cũng rất lớn, một trận lũ
thường diễn ra trong thời gian khoảng vài ngày (lũ điển hình lớn nhất chỉ khoảng 20
ngày). Còn trong mùa cạn, lưu lượng dòng chảy đến nhỏ và sự biến động không đáng
kể trong thời gian dài. Hình minh họa cho lưu lượng dòng chảy đến của một trận lũ
tháng 9 năm 2009 và mùa cạn của hồ Ialy được thể hiện ở hình 1.1 và hình 1.2 dưới
đây. Do những đặc điểm như vậy mà quy trình vận hành trong mùa lũ và mùa cạn rất
khác nhau. Trong mùa lũ thì điều hành theo phân kỳ lũ, khống chế theo mực nước
trước lũ, và điều hành theo thứ tự chống lũ là ưu tiên nhất. Mực nước trước lũ theo
thời kỳ lũ sớm, lũ chính vụ và lũ muộn lại khác nhau. Các hồ chứa ở miền Bắc thường
có dung tích chống lũ, trước mùa lũ thì các hồ phải đưa mực nước về mực nước trước
lũ, sau đó thì điều hành theo dự báo mực nước Hà Nội. Còn các hồ chứa ở miền Trung
không có dung tích chống lũ nhưng vẫn có quy trình vận hành trong mùa lũ để giảm
thiểu tác động của mùa lũ cho người dân. Ở nước ta, quy trình vận hành trong mùa lũ
thường được lập trước. Dưới đây là ví dụ về quy định mực nước trước lũ trong quy
trình vận hành của một số hồ chứa miền Bắc và miền Trung:

11

Ở nước ta hiện nay chưa có quy trình điều hành hồ mùa cạn chính thức nào
được ban hành. Trong mùa cạn, lưu lượng nước đến rất ít nên phải điều hành hồ chứa
từ đầu đến cuối mùa cạn, lượng nước tích được ở cuối mùa lũ là rất quan trọng và bốc
hơi ảnh hưởng khá lớn đến mực nước hồ chứa. Các hồ chứa chủ yếu chỉ xả nước qua
tuabin để phát điện và không có thứ tự ưu tiên, nhưng các mục đích sử dụng nước thì
lại mâu thuẫn lẫn nhau, khi lấy nước tưới thì phát điện lại giảm…

12

Đường quá trình lưu lượng đến hồ Ialy tháng 9 năm 2009
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
1
7
10
13
14
15
16
17

19
20
21
22
23
1
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
1
2
3
4
5
6
7

8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
28-Sep 29-Sep 30-Sep
Thời gian (giờ)
Lưu lượng
(m3/s)

Hình 1.1: Đường quá trình lưu lượng đến hồ Ialy trong một trận lũ tháng 9 năm 2009

Đường quá trình lưu lượng đến hồ Ialy T1-T6/2009
0
100
200
300
400
500

600
1/1/2009
1/2/2009
1/3/2009
1/4/2009
1/5/2009
1/6/2009
Thời gian (ngày)
Lưu lượng
(m3/s)

Hình 1.2: Đường quá trình lưu lượng đến hồ Ialy từ tháng 1 đến tháng 6 năm 2009

13

CHƯƠNG 2. MÔ PHỎNG MỰC NƯỚC HỒ CHỨA TRONG MÙA CẠN
Để mô phỏng mực nước hồ chứa trong mùa cạn, luận văn đã sử dụng một
chương trình điều hành hồ chứa dựa trên phương pháp bảo toàn khối lượng nước và
mô hình HEC-ResSim. Mô hình HEC-ResSim (phiên bản 3.0, phát hành tháng 4 năm
2007) là mô hình có thể được tải (miễn phí) về máy tính cá nhân từ mạng INTERNET
để áp dụng. Vì vậy, trong tài liệu kèm theo mô hình chỉ có hướng dẫn sử dụng, không
có các tài liệu mô tả về cơ sở khoa học của mô hình. Do đó, luận văn có thực hiện một
số tính toán kiểm tra độ chính xác của mô hình. Trong mô hình HEC-ResSim có rất
nhiều vấn đề có thể khai thác, tuy nhiên trong khuôn khổ điều hành hồ chứa mùa cạn
nên luận văn chỉ tập trung kiểm tra hai vấn đề sau:
- Trong mùa cạn, hồ chứa được tiếp nhận lưu lượng đến hồ không lớn và ít biến
đổi theo thời gian. Vì vậy, lưu lượng xả ra khỏi hồ trong mùa cạn luôn được xả qua
các tuabin để phát điện. Tuy việc bảo toàn khối lượng nước trong trường hợp này đơn
giản hơn so với trường hợp điều hành hồ để cắt một trận lũ (khoảng 1 hoặc 2 tuần),
nhưng thời gian mô phỏng lại khá dài (trong cả quá trình mùa cạn, khoảng 7 hoặc 8

tháng)
- Nghiên cứu quá trình điều tiết hồ chứa khi có bốc hơi và không có bốc hơi.
2.1. Chương trình điều hành hồ chứa
2.1.1. Mô hình vận hành hồ chứa
a- Phương trình cơ bản
Phương trình cơ bản của quá trình điều tiết hồ chứa là phương pháp bảo toàn
khối lượng được viết dưới dạng sau:

21
QQ
dt
dV
 (2.1)
V(t
0
) = V
o
(2.2)
Ở đây V- thể tích nước chứa trong hồ tại thời điểm t, t
0
≤ t ≤ T. V là hàm phụ
thuộc vào mực nước z của hồ và z nói chung là hàm phụ thuộc vào thời gian: z = z(t),
V = V(z(t)). Vì vậy, hàm V trong phương trình (2.1) nói là một hàm phi tuyến theo
thời gian t.
t
0
- thời điểm ban đầu
Q
1
- lưu lượng vào hồ, là hàm phụ thuộc vào thời gian t

Q
1
= Q
11
(t)+Q
12
(t)
Với Q
11
là lưu lượng tự nhiên chảy vào hồ và Q
12
là lưu lượng điều tiết từ hồ
thượng lưu mắc nối tiếp với hồ xem xét (trong trường hợp không có hồ thượng lưu
Q
12
=0).

14

Q
2
– lưu lượng ra khỏi hồ. Hàm Q
2
tương đối phức tạp. Hàm này thường phụ
thuộc vào nhiều tham số điều hành hồ chứa như: mực nước trước và sau đập, số cửa xả
(xả dáy, xả mặt) đang mở và chế độ mở của từng cửa xả, số lượng tuabin đang hoạt
động
Q
2
(t) = Q

21
(t,Z,n, ) + Q
22
(t,Z)
Với Q
21
là lưu lượng xả từ hồ qua các cửa xả đáy, cửa xả mặt và qua tuabin
Q
21
(t, Z,nx, ) = n
xd
(t) . Q
xd
(z(t)) + n
xm
(t) . Q
xm
(z(t)) + Q
tb
(z(t),N(t))
Ở đây:
n
xd
- số cửa xả đáy được mở, n
xm
- số cửa xả mặt được mở.
Q
xd
- lưu lượng qua 1 cửa xả đáy, phụ thuộc vào mực nước hồ.
Q

xm
- lưu lượng qua 1 cửa xả mặt, phụ thuộc vào mực nước hồ.
Q
tb
- lưu lượng qua tuốc bin, phụ thuộc vào mực nước của hồ và công suất
phát.
Các hàm xả trên thường không mô tả được qua các hàm toán học cơ sở. Các
hàm này, nếu có thể mô tả được qua các công cụ của toán học giải tích, thì cũng khá
phức tạp. Vì vậy các hàm này thường được cho dưới dạng bảng.
Q
22
(t) là lưu lượng tổn thất do thấm và bốc hơi phụ thuộc vào thời gian và mực
nước hồ. [3]
b- Phương pháp giải
Phương trình (2.1) là phương trình vi phân thường với điều kiện ban đầu (2.2).
Vì hàm Q
2
ở vế phải của (2.1) thường là hàm phi tuyến phức tạp. Vì vậy, phương pháp
giải số được nhiều người sử dụng cho bài toán (2.1), (2.2) là phương pháp Runge –
Kutta bậc 4. Phương pháp Runge –Kutta bậc 4 rất phổ biến và khi tính toán cho các
mục đích khác nhau thì phương pháp khá chính xác, ổn định và dễ lập trình. [21]
Mô tả phương pháp:
Xét phương trình vi phân thường với điều kiện ban đầu sau:
),( ytf
dt
dy
 t
0
≤ t ≤ T
y(t

0
) = y
d

Với f là hàm giải tích theo hai biến t và y.
Giả thiết rằng tại thời điểm t = t
k
, ta đã tìm được y
k
- giá trị xấp xỉ của nghiệm
y(t
k
). Tại t = t
0
ta có thể lấy y
0
= y
d
. Cần phải tìm y
k+1
- giá trị xấp xỉ của nghiệm
y(t
k+1
) tại thời điểm t = t
k
+ h (h là bước tính của phương pháp).

15

Runge và Kutta đã đề xuất cách tìm y

k+1
như sau:
y
k+1
= y
k
+
1

f
1
+
2

f
2
+
3

f
3
+
4

f
4

Trong công thức trên
i


, i = 1, 2, 3, 4 là hệ số còn f
i
, i = 1, 2, 3, 4 là hàm số.
Các hàm số này được định nghĩa như sau:
f
1
= hf(t
k
, y
k
)
f
2
= hf(t
k
+a
1
h, y
k
+b
1
f
1
)
f
3
= hf(t
k
+a
2

h, y
k
+b
2
f
1
+b
3
f
2
)
f
4
= hf(t
k
+a
3
h, y
k
+b
4
f
1
+b
5
f
2
+b
6
f

3
)
Với a
i
, i = 1, 2, 3 và b
i
, i = 1, 2, 3, 4, 5, 6 là các tham số của hàm. Các hệ số
và tham số trên cần được lựa chọn để y
k+1
xấp xỉ nghiệm y(t
k+1
) một cách tốt nhất. Vì
vậy, cần phải giải một hệ phương trình phi tuyến sau: [21]
b
1
= a
1
b
2
+b
3
= a
2
b
4
+b
5
+b
6
= a

3
1

+
2

+
3

+
4

= 1
2

a
1
+
3

a
2
+
4

a
3
=
2
1

2

a
1
+
3

a
2
+
4

a
3
=
2
1

2

a
1
2
+
3

a
2
2

+
4

a
3
2
=
3
1

2

a
1
3
+
3

a
2
3
+
4

a
3
3
=
4
1

3

a
1
b
3
+
4

( a
1
b
5
+ a
2
b
6
) =
6
1

3

a
1
a
2
b
3

+
4

a
3
( a
1
b
5
+ a
2
b
6
) =
8
1

3

a
1
2
b
3
+
4

( a
1
2

b
5
+ a
2
2
b
6
) =
12
1

4

a
1
b
3
b
6
=
24
1

Hệ phương trình phi tuyến trên có 13 ẩn, nhưng chỉ có 11 phương trình. Vì vậy
có thể chọn a
1
=1/2, b
2
=0 và hệ phương trình trên có nghiệm như sau:
a

2
=
2
1
, a
3
= 1, b
1
=
2
1
, b
3
=
2
1
, b
4
= 0, b
5
= 0, b
6
= 1,
1

=
6
1
,
2


=
3
1
,
3

=
3
1
,
4

=
6
1
.


16


Như vậy ta thu được công thức để tính y
k+1
:
y
k+1
= y
k
+

6
)22(
4321
ffffh 

Trong công thức tính trên
f
1
= f(t
k
, y
k
)
f
2
= f(t
k
+
2
h
, y
k
+
2
h
f
1
)
f
3

= f(t
k
+
2
h
, y
k
+
2
h
f
2
)
f
4
= f(t
k
+h, y
k
+hf
3
)
Sai số tại một bước tính theo công thức trên là:
- y
(4)
(c
1
)
2880
5

h

Từ biểu diễn sai số tại một bước tính này, ta suy ra rằng sau M bước tính (tại
thời điểm t
M
= t
0
+ Mh) sai số giữa giá trị tính toán y
M
so với nghiệm chính xác y(t
M
)
là: [21]
-
)44(4)
5
1
k
(4)
((c)hy
57602880
)(cy hO
abh
M
k






Đánh giá sai số này cho phép rút ra kết luận sau: trong trường hợp dung tích hồ
chứa V là hàm phụ thuộc vào thời gian t dạng đa thức nhỏ hơn bậc 4 (V = V
0
+ a
1
t +
a
2
t
2
+ a
3
t
3
), thì giá trị tính toán y
k
theo phương pháp Runge - Kutta trùng với giá trị
chính xác y(t
k
) của bài toán (2.1), (2.2).
2.1.2. Chương trình điều hành hồ chứa
Chương trình điều hành hồ chứa (chương trình điều tiết) được viết trên Fortran
để kiểm tra tính bảo toàn của hồ theo phương trình (2.1), (2.2); phương pháp giải số là
phương pháp Runge - Kutta. Để việc tính toán trong mùa cạn được thuận lợi, số liệu
đầu vào của chương trình tương đối đơn giản gồm 2 bảng: số liệu mô tả quan hệ mực
nước – dung tích hồ và bảng số liệu mô tả lưu lượng vào hồ và lưu lượng ra khỏi hồ
theo thời gian.
2.2. Mô hình HEC-ResSim
Chương trình được xây dựng để đánh giá vai trò của hồ chứa trong hệ thống

nhằm trợ giúp nghiên cứu quy hoạch nguồn nước. Chương trình có hệ thống giao diện
đồ hoạ tiện ích, dễ sử dụng và rất thích hợp cho mô phỏng hệ thống điều hành hồ chứa
đơn và hệ thống hồ chứa nối tiếp hoặc song song. Mô hình có thể ứng dụng để giải các

17

bài toán điều tiết dòng chảy cho các hệ thống hồ chứa làm nhiệm vụ cấp nước, phát
điện, phòng lũ, lợi dụng tổng hợp.
2.2.1. Giới thiệu mô hình HEC-ResSim
HEC-ResSim là chương trình tính toán mô phỏng điều hành hệ thống hồ
chứa,bao gồm các công cụ: mô phỏng, tính toán, lưu trữ số liệu, quản lý, đồ họa và báo
cáo hệ thống nguồn nước. HEC dùng HEC-DSS (Data Storage System) để lưu trữ và
sửa đổi các hệ thống số liệu vào ra. ResSim là phần kế tiếp của HEC-5 (mô phỏng các
hệ thống ngăn chặn và kiểm soát lũ) bao gồm 3 môđun: thiết lập lưu vực (Watershed
setup), mạng lưới hồ (Reservoir Network) và mô phỏng (Simulation), xem hình 2.1
Mỗi 1 môđun có 1 mục đích riêng và tập hợp các công việc thực hiện qua bảng chọn
(menu, toolbar) và biểu đồ.
Các cấu hình

Được sử dụng để tạo ra
mạng lưới hồ chứa
Các công trình
Hồ chứa, Đê, Phân
dòng, v.v…
Các điểm tính toán
Trở thành các Nút
trong mạng l
ư
ới hồ
Các

Hồ chứa

Cống xả
Các chế độ vận hành
Các đoạn sông
Các phân nhánh
Các Nút

Cửa số thời gian

Các phương án lựa chọn
Simulation.dss
Các ph
ươn
g án


Copy mô phỏng của mỗi ph
ươ
ng án



Sửa chữa các copy mô phỏng
Thiết lập lýu vực

Mạng l
ư
ới hồ chứa

Mô phỏng

Mạng lưới sông ngòi
Mạng l
ư
ới hồ

Chế độ vận hành

Điều kiệ
n ban đầu và
chuối số liệu
Thay thế từ Base
Ghi vào Base


Hình 2.1: Sơ đồ tổng quát các môđun của mô hình HEC-ResSim
+ Môđun thiết lập lưu vực (Watershed setup):
• Nhiệm vụ: Cung cấp khung chung cho việc thiết lập lưu vực cho các ứng dụng
mô hình hoá khác nhau.
• Một lưu vực (watershed) có thể bao gồm:
– Dòng chảy (stream alignment)
– Công trình (projects): hồ chứa, đê …
– Trạm đo đạc thuỷ văn (gage locations)
– Vùng ảnh hưởng (impact areas)

18

– …

• Ngoài ra, Hec ResSim còn cho phép đưa các bản đồ và các đặc tính của bản đồ
từ bên ngoài vào.

Hình 2.2: Môđun thiết lập lưu vực trong mô hình HEC-ResSim
+ Môđun mạng lưới hồ (Reservoir Network): xây dựng sơ đồ mạng lưới sông, mô tả
các thành phần vật lý, điều hành của hồ chứa và các phương án lựa chọn cần phân tích
trong môđun này. Dựa vào các định hình mô tả ở môđun trên để tạo cơ sở cho 1 hệ
thống hồ chứa hoàn chỉnh. Các tuyến sông và các mạng lưới hệ thống công trình có thể
được đưa thêm vào và hoàn thành các mối liên hệ trong mạng lưới cần ứng dụng. Khi
hoàn thành xác định mạng lưới, các số liệu mô tả vật lý hệ thống công trình và phương
án điều hành thì các lựa chọn phương án chạy cho bài toán bao gồm: định hình hệ
thống, xác định mạng lưới hồ, tập hợp các phương án điều hành, điều kiện ban đầu và
số liệu đầu vào của bài toán.
• Cho phép tạo mới, mở hay sửa một mạng lưới hồ đã có sẵn dựa trên việc lựa
chọn một trong các cấu hình đã định sẵn ở môđun Thiết lập lưu vực.
• Nhập mới, hoặc sửa chữa các thông tin liên quan đến mạng lưới hồ chứa, bao
gồm:
– Thông số của hồ (reservoir): Các đặc trưng về mực nước và dung tích,
các tham số của các công trình phụ thuộc.

19

– Thông số của các đoạn dẫn (routing reach): phương pháp diễn toán, tham
số diễn toán.
• Chuẩn bị các phương án để mô phỏng. Mỗi một phương án bao gồm các thành
phần:
– Hệ thống hồ (Network)
– Các quy định về vận hành hồ chứa (Operation set)
– Điều kiện ban đầu (Initial condition)
– Dữ liệu (Time series): điều kiện biên, các số liệu để kiểm định

Hình 2.3: Môđun mạng lưới hồ trong mô hình HEC-ResSim
+ Môđun mô phỏng (Simulation): Phần tính toán và hiển thị kết quả được thực hiện
trong môđun này. Trước hết phải tạo ra 1 cửa sổ thời gian mô phỏng, thời đoạn tính
toán và sau đó các thành phần lựa chọn sẽ được phân tích. Ta cũng có thể lựa chọn các
phương án, nhập và sửa số liệu, các đặc tính của các thành phần tham gia trong hệ
thống. Khi mô phỏng được thực hiện qua việc tính toán và phân tích kết quả sử dụng
đồ họa và biểu bảng.
• Xác định các điều kiện về bước thời gian và khoảng thời gian cho mỗi lần mô
phỏng.
• Sau khi tính toán, các kết quả sẽ được ghi lại dưới nhiều dạng bảng biểu và đồ
thị.

20

• Thay đổi các điều kiện trong alternatives để có lần tính tiếp theo.


Hình 2.4: Môđun mô phỏng trong mô hình HEC-ResSim
Mô tả các chức năng của menu trong từng môđun:
- Nắm được cách vào ra, các công cụ, mô tả của các menu trên màn hình và làm
thế nào để thiết lập được 1 lưu vực cũng như mở 1 lưu vực đã có sẵn.
- Có 4 dạng biểu đồ trong ResSim: các biểu tượng chuỗi số liệu-thời gian
(Time-Series Icons), sự liên kết trong mạng sông (Stream Alignment), các thành phần
của lưu vực (Watersehd/study components) và sơ đồ mô hình (Model schematic).
- Cơ cấu lớp trong ResSim: có 6 loại lớp; chuỗi số liệu-thời gian, nghiên cứu
(Study), liên kết mạng sông (Stream Alignment), số liệu trong ô kẻ (gridded data), sơ
đồ mô hình (Model Schematic) và bản đồ (Maps). Mỗi 1 lớp có 1 đặc tính riêng biệt
mà ta có thể định hình để hiển thị lưu vực theo các cách khác nhau.
Mô hình HEC-ResSim được xây dựng để đánh giá vai trò của hồ chứa trong hệ

thống nhằm trợ giúp nghiên cứu quy hoạch nguồn nước, đặc biệt trong vai trò kiểm soát
lũ và xác định dung tích hiệu dụng trong bài toán đa mục tiêu của hệ thống. [6]; [22]
2.2.2. Nguyên lý chung điều tiết hồ chứa phát điện
Trong mô hình HEC-ResSim, quá trình điều tiết hồ chứa cũng dựa trên phương
pháp bảo toàn khối lượng và công thức tính điện năng. Việc điều hành hồ chứa trong

21

HEC-ResSim bằng điện khó khăn và không chủ động; các nhà máy phát điện theo giờ
rất phức tạp và thường phát phủ đỉnh, mà số liệu về điện không có. Vì vậy luận văn
điều hành hồ chứa bằng lưu lượng đơn giản hơn. Sau đó công suất phát điện được tính
theo công thức:
Trong đó:
– qtb(t) là lưu lượng chảy qua tuốc bin
– N(t) là công suất của trạm thuỷ điện tại thời điểm t
– H(t) là chênh lệch cột nước thượng hạ lưu tại thời điểm t
2.3. Bốc hơi
2.3.1. Khái niệm về bốc hơi
Bốc hơi là hiện tượng bốc thoát hơi nước từ mặt nước, mặt đất hoặc từ lá cây.
Đại lượng biểu thị bốc hơi thường dùng là lượng bốc hơi ký hiệu là Z, được tính bằng
bề dày lớp nước bị bốc hơi trong thời đoạn nào đó, đơn vị là mm. Thời đoạn tính toán
bốc hơi có thể là một ngày, tháng, năm, tương ứng ta có lượng bốc hơi ngày, lượng
bốc hơi tháng, lượng bốc hơi năm. Quy luật về sự thay đổi của lượng bốc hơi theo thời
gian được gọi là chế độ bốc hơi. Phân tích chế độ bốc hơi ngày, tháng, năm hoặc trong
nhiều năm cũng tương tự như phân tích chế độ mưa.
2.3.2. Các loại bốc hơi
Hiện tượng bốc hơi thường xảy ra ở những nơi có nước như biển, sông, hồ ao,
đồng ruộng ở các tầng đất ẩm ướt và ở mặt ngoài các thực vật bao phủ quanh quả
đất. Vì vậy, bốc hơi có thể chia làm 3 loại: Bốc hơi mặt nước, bốc hơi mặt đất và bốc
hơi qua lá cây.

a- Bốc hơi mặt nước
Bốc hơi mặt nước là bốc hơi trực tiếp từ mặt thoáng của nước. Bốc hơi mặt
nước chịu ảnh hưởng của nhiều loại nhân tố khác nhau, nhưng chủ yếu là các nhân tố
khí tượng như: Độ thiếu hụt bão hoà, nhiệt độ, tốc độ gió Nhiệt độ mặt nước càng
cao bốc hơi càng nhiều, gió thổi làm tăng độ thiếu hụt bão hoà do đó làm tăng khả
năng bốc hơi. Ngoài các nhân tố trên, bốc hơi mặt nước còn phụ thuộc vào đặc tinh
hoá lý của nước (tốc độ bốc hơi của nước mặn nhỏ hơn nước ngọt ).
b- Bốc hơi mặt đất:
Bốc hơi mặt đất là bốc hơi trực tiếp từ mặt đất. Hiện tượng bốc hơi mặt đất diễn
ra phức tạp hơn nhiều so với bốc hơi mặt nước. Ngoài các yếu tố khí tượng (nhiệt độ,
độ thiếu hụt bão hoà, gió) các yếu tố khác như: tính chất vật lý của đất, trạng thái mặt
đất, địa hình, v.v cũng đều ảnh hưởng tới quá trình bốc hơi mặt đất. Đất bụi, đất chắc
có mao quản nhỏ bốc hơi lớn hơn đất tơi hay đất cục có mao quản to. Vùng có mực
nước ngầm cao, mặt đất ẩm ướt làm tăng tốc độ bốc hơi mặt đất, ngược lại lớp phủ thực
)),(),(()( AtHtqftN
tb


22

vật làm giảm sự bốc hơi mặt đất. Bốc hơi trên bề mặt ghồ ghề sẽ lớn hơn. Địa hình núi
cao có sự trao đổi đối lưu mạnh, tốc độ bốc hơi lớn hơn ở thung lũng và đồng bằng.
c- Bốc hơi qua lá cây:
Thực vật trong quá trình sinh trưởng hút nước từ dưới đất lên, một phần tham
gia vào việc tạo thành các tế bào thực vật, một phần sẽ bốc hơi qua các khí khổng rất
nhỏ trên mặt lá cây, nên còn gọi là thoát hơi thực vật. Các nhân tố chính ảnh hưởng
đến bốc hơi lá cây: Nhiệt độ, ánh sáng, loài thực vật và độ ẩm của đất. Nhiệt độ là yếu
tố chủ yếu tác động đến bốc hơi qua lá, nhiệt độ tăng lên 10
0
C thì tốc độ bốc hơi sẽ

tăng lên 1 lần.
Quá trình bốc hơi từ mặt đất và bốc thoát hơi nước từ thảm thực vật được gọi
gộp chung là quá trình bốc hơi mặt đất. Lượng bốc thoát hơi được đo đạc bởi thùng đo
bốc hơi mặt đất. Đây là một loại thùng chứa đất nguyên khối, trên đó có cả lớp phủ
thực vật giống như môi trường đất tại vị trí cần quan trắc. Lượng bốc thoát hơi từ
thùng đất này được xác định thông qua tính toán cân bằng nước của tất cả lượng ẩm đi
vào và đi ra mẫu đất đang xét. Lượng mưa rơi trên thùng bốc hơi, lượng nước thoát đi
qua đáy và lượng biến đổi độ ẩm của đất bên trong thùng đều được đo đạc. Lượng bốc
thoát hơi chính là lượng nước cần thiết để hoàn chỉnh cho cân bằng nước này.
d- Bốc hơi lưu vực:
Lượng bốc hơi trên lưu vực là lượng bốc hơi tổng hợp trên bề mặt lưu vực bao
gồm lượng bốc hơi từ hồ ao, đầm lấy, bốc hơi mặt đất và bốc hơi qua lá. Trong thực tế,
không thể đo được lượng bốc hơi lưu vực mà chỉ có thể tính được thông qua phương
trình cân bằng nước.
Nghiên cứu quá trình bốc hơi không những có ý nghĩa quan trọng đối việc tìm
hiểu sự cân bằng nước mà còn có ý nghĩa thực tiễn rất lớn trong tính toán điều tiết hồ
chứa, quy hoạch khu tưới và các vấn đề khác liên quan đến khai thác tài nguyên nước.
e- Lượng tổn thất do bốc hơi:
Lượng nước tổn thất do bốc hơi được tính theo công thức:
W
tt
(t) = 1000 x F(t).Z (t)
Trong đó: W
tt
(t) là lượng nước tổn thất tại thời điểm tính toán t; F(t) là diện tích
mặt hồ tại thời điểm t, đơn vị tính là km
2
; Z (t) là lớp bốc hơi phụ thêm trong thời
đoạn tính toán (mm):
Z (t) = Z

n
(t) – Z
đ
(t)
Trong đó Z
n
(t) là bốc hơi mặt nước; Z
đ
(t) là lượng bốc hơi mặt đất (trước khi xây
dựng hồ chứa). Khi hồ chứa được xây dựng thì bốc hơi thực tế chính là bốc hơi từ mặt
nước hồ Z
n
(t), lượng bốc hơi này lớn hơn bốc hơi mặt đất Z
đ
(t) trước khi xây dựng hồ.
Tuy nhiên, lượng bốc hơi mặt đất đã được tính đến khi xác định lượng dòng chảy năm

23

thiết kế. Bởi vậy, sau khi xây dựng hồ chỉ tính thêm phần chênh lệch bốc hơi tăng
thêm do mặt đất vùng hồ bị ngập nước, đó chính là bốc hơi phụ thêm.
Lượng bốc hơi phụ thêm Z (t) tại thời điểm t được xác định theo các bước như
sau:
- Tính toán lượng bốc hơi mặt đất trong thời kỳ 1 năm là Z
đn
, bằng lượng mưa
năm bình quân nhiều năm X
0
trừ đi lớp dòng chảy năm bình quân nhiều năm Y
0

:
Z
đn
= X
0
- Y
0

- Tính chênh lệch bốc hơi tổng cộng trong năm:
Z
n
= Z
N
– Z
đn

Trong đó Z
N
là tổng bốc hơi mặt nước trong thời gian 1 năm.
Các trạm khí tượng thường đo lượng bốc hơi bằng ống Piche. Tương ứng với đặc
điểm của chế độ nhiệt ẩm, lượng bốc hơi trên khu vực cũng biến đổi rõ rệt theo mùa và
theo độ cao địa hình.
Lượng bốc hơi mặt nước trong thời gian 1 năm Z
N
được tính chuyển đổi từ số
liệu bốc hơi đo bằng ống Piche theo công thức :
Z
N
= K
C

. Z
Piche

Zpiche : Lượng bốc hơi đo bằng ống Piche trong thời gian 1 năm.
Kc : Hệ số chênh lệch giữa lượng bốc hơi đo bằng chậu đặt trên bè và lượng
bốc hơi đo bằng ống Piche đặt ở trên vườn. Kc được xác định từ tài liệu quan
trắc.
- Xác định chênh lệch bốc hơi hàng tháng trong năm theo công thức:
Z (t) = K
t
 Z
n

Trong đó K
t
là hệ số phân phối bốc hơi tháng lấy theo mô hình bốc hơi mặt nước:

n
ni
t
Z
Z
K 

ở đây Z
ni
là lượng bốc hơi tháng thứ i, Z
n
là lượng bốc hơi năm.[10]
2.4. Bài toán mẫu

2.4.1. Thiết lập bài toán mẫu1:
Bài toán mẫu 1 được xây dựng với mục đích đánh giá độ chính xác của mô hình
HEC-ResSim trong mô phỏng mực nước hồ.
Từ phương trình cân bằng nước tại một hồ : 
dt
dV
Q(t)
V=V(z), z=z(t), V=V(z)=V(z(t)), t
0
≤t≤T, V(t
0
)=V
0
.