Nghiên cứu cơ sở khoa học phục vụ vận hành hệ thống liên hồ chứa kiểm soát lũ lưu vực sông ba

B GIÁO D C VẨ ĐẨO T O

B TẨI NGUYÊN VẨ MÔI TR

NG

VI N KHOA H C
KHệăT

NG TH YăVĔNăVÀăBI NăĐ I KHÍ H U
-----------------

L

NGăH UăDǛNG

NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC PHỤC VỤ VẬN
HÀNH HỆ THỐNG LIÊN HỒ CHỨA KIỂM SOÁT LŨ
LƯU VỰC SÔNG BA

LU N ÁN TI N S KHOA H CăTRỄIăĐ T

Hà N i - 2016


B GIÁO D C VẨ ĐẨO T O

B TẨI NGUYÊN VẨ MÔI TR

NG

VI N KHOA H C
KHệăT

NG TH YăVĔNăVÀăBI N Đ I KHÍ H U



L

NGăH UăDǛNG

NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC PHỤC VỤ VẬN
HÀNH HỆ THỐNG LIÊN HỒ CHỨA KIỂM SOÁT LŨ
LƯU VỰC SÔNG BA

Chuyên ngành: Th y văn học
Mã s : 62440224

LU N ÁN TI N S KHOA H CăTRỄIăĐ T

Ng

ih

ng dẫn khoa học: 1. PGS.TS. Hoàng Minh Tuy n
2.ăGS.TS.ăNgôăĐìnhăTu n

Hà N i - 2016

L I CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đơy lƠ công trình nghiên c u nghiêm túc c a tôi. Các số
liệu, tƠi liệu vƠ kết qu nghiên c u nêu trong luận án lƠ trung thực.
Tác gi luận án

L

ngăH uăDǜng


L IC M N
Tác gi xin chân thành c m n, Viện Khoa học Khí t
Biến đổi khí hậu, B TƠi nguyên vƠ Môi tr
đ

ng Thuỷ văn và

ng đư t o mọi điều kiện để luận án

c hoàn thành.
Tác gi xin bày tỏ lòng biết n sơu sắc đến GS.TS. Ngô Đình Tu n,

PGS.TS. Hoàng Minh Tuyển là những ng

i trực tiếp h

ng dẫn, chỉ b o tận

tình trong suốt quá trình nghiên c u và hoàn thành luận án.
Tác gi xin tỏ lòng biết n đến các th y, cô, chú và các chuyên gia trong

nhóm thực hiện quy trình vận hành liên hồ ch a thu c B Tài nguyên và Môi
tr

ng đư định h

ng nghiên c u trong quá trình thực hiện.

Lòng biết n sơu sắc cũng xin gửi đến b n bè, đồng nghiệp, gia đình lƠ
nguồn đ ng viên giúp tác gi v

t qua những khó khăn trong công tác, học tập

và nghiên c u để hoàn thành luận án.
Tuy nhiên, luận án chắc chắn còn thiếu sót, tác gi r t mong nhận đ
những ý kiến đóng góp vƠ chơn thƠnh c m n.
Tác gi luận án

L

ngăH uăDǜng

c


i
M CL C
M C L C .......................................................................................................................... I
M C L C B NG........................................................................................................... III
M C L C HÌNH ............................................................................................................ V
DANH M C CÁC CH

VI T T T ......................................................................... VIII

Đ U............................................................................................................................ 1

M

1.1. Tính c p thi t c a lu n án.................................................................................... 1
1.2. M c tiêu nghiên c u c a lu n án ........................................................................ 2
1.3.ăĐ iăt

ng và ph m vi nghiên c u ....................................................................... 2

1.4. Nhi m v nghiên c u ............................................................................................ 2
1.5.ăụănghĩaăkhoaăh c và th c ti n c a lu n án......................................................... 2
1.6. Ph

ngăphápăti p c n khoa h c .......................................................................... 3

1.7. Nh ngăđóngăgópămới c a lu n án........................................................................ 4
1.8. C u trúc c a lu n án ............................................................................................ 4
CH

NGă1.ăT NG QUAN NGHIÊN C U V N HÀNH H

CH A ...................... 5

1.1.ăĐặcăđi m chung c a v n hành liên h ch a ....................................................... 5
1.2. Các nghiên c u trên th giới ................................................................................ 6
1.3. Các nghiên c u

1.4. K t lu năch

Vi t Nam ............................................................................... 13

ngă1 ............................................................................................... 25

CH
NGă2.ăTHI T L P BÀI TOÁN V N HÀNH LIÊN H CH A KI M SOÁT
LǛăL UăV C SÔNG BA .............................................................................................. 28
2.1. M t s đặcăđi măkhíăt

ng th yăvĕnătrênăl uăv c sông Ba ............................ 28

2.1.1. Đặc điểm mưa, nhiệt độ và bốc hơi .................................................................. 30
2.1.2. Đặc điểm thủy văn ............................................................................................ 33
2.2. Th c tr ng khai thác s d ngăn ớcăvƠăphòngălǜătrênăl uăv c sông Ba ........ 38
2.2.1. Hệ thống công trình hồ thủy lợi, thủy điện trên lưu vực sông Ba và hiện trạng
vận hành ...................................................................................................................... 38

2.2.1.1. Hồ Ayun Hạ .............................................................................................. 41
2.2.1.2. Cụm hồ An Khê -Ka Nak .......................................................................... 42
2.2.1.3. Hồ Sông Ba Hạ......................................................................................... 43
2.2.1.4. Hồ Sông Hinh ........................................................................................... 44
2.2.1.5. Hồ Krông H’năng..................................................................................... 44
2.2.2. Yêu cầu phòng lũ trên lưu vực sông Ba .......................................................... 45
2.2.3. Quy trình vận hành hồ chứa hiện có trên lưu vực sông Ba ........................... 49
2.3. Thi t l p bài toán v n hành liên h ch a c t gi mălǜăl uăv c sông Ba ......... 52


ii

2.3.1. Nguyên tắc vận hành liên hồ chứa cắt giảm lũ lưu vực sông Ba................... 52
2.3.2. Thiết lập bộ công cụ mô hình toán phục vụ bài toán vận hành liên hồ chứa
cắt giảm lũ. .................................................................................................................. 55

2.3.2.1. Mô hình vận hành hồ................................................................................ 58
2.3.2.2. Mô hình thủy lực Mike 11 ........................................................................ 63
2.4. K t lu năch

ngă2 ............................................................................................... 66

CH
NGă3.ăC ăS KHOA H C VÀ TH C TI N V N HÀNH LIÊN H CH A
C T GI MăLǛăL UăV C SÔNG BA ........................................................................ 68
3.1. Nghiên c uăxácăđ nhăđi m ki m soát v n hành liên h ch aătrênăl uăv c sông
Ba ................................................................................................................................. 68
3.2. Nghiên c u phân chia th i kỳ v n hành liên h ch a ..................................... 71
3.3. Nghiên c u gặp g dòng ch yălǜăcácănhánhăsôngătrênăl uăv c sông Ba ........ 80
3.4. Nghiên c uăđi u ch nh nhi m v các h ch aăvƠăđ xu t ph i h p v n hành
liên h ch a c t gi mălǜătrênăl uăv c sông Ba ........................................................ 86
3.4.1. Đề xuất nguyên tắc cắt giảm lũ hệ thống liên hồ, đảm bảo an toàn hạ du và
đảm bảo hiệu quả phát điện của các hồ..................................................................... 86

3.4.1.1. Xác định nguyên tắc cắt giảm lũ hệ thống liên hồ ................................... 87
3.4.1.2. Đề xuất dung tích chứa lũ của các hồ ...................................................... 96
3.4.1.3. Lựa chọn dung tích đón/phòng lũ của các hồ ........................................ 105
3.4.2. Đề xuất các bước vận hành các hồ cắt giảm lũ cho hạ du ........................... 117
3.5. K t lu năch

ngă3 ............................................................................................. 119

CH
NGă4.ăPHỂNăTệCH, ĐỄNHăGIỄăK T QU V N HÀNH LIÊN H CH A
C T GI MăLǛăVÀăĐ XU T N I DUNG V N HÀNH LIÊN H CH A C T
GI MăLǛăL UăV C SÔNG BA ................................................................................ 121
4.1.ăĐánhăgiáăv n hành liên h ch a ki măsoátălǜăthôngăquaăv n hành c t gi mălǜă
các tr nălǜăđi n hình ................................................................................................ 121
4.1.1. Phương thức vận hành liên hồ chứa cắt giảm lũ hạ du ............................... 121
4.1.2. Kết quả vận hành liên hồ chứa cắt giảm lũ hạ du ........................................ 123
4.2. C i ti n n i dung v n hành liên h ch aămùaălǜ ........................................... 139
4.3. K t lu năch

ngă4 ............................................................................................. 140

K T LU N VÀ KI N NGH ...................................................................................... 141
DANH M C CÁC CÔNG TRÌNH C A TÁC GI ĐÃăCỌNGăB ....................... 144
TÀI LI U THAM KH O............................................................................................ 145
PH L C ...................................................................................................................... 151


iii
M C L C B NG
B ng 2.1. Thông s chính các h trênăl uăv c sông Ba .......................................... 41
B ng 2.2. K t qu hi u ch nh, ki măđ nh mô hình v n hành h ............................ 61
B ng 2.3. K t qu hi u ch nh và ki măđ nh mô hình th y l c............................... 65
B ng 3.1. Tiêu chí phân lo i c p báoăđ ngălǜ .......................................................... 70
B ng 3.2. M căn ớcăt ngă ng với các c păbáoăđ ngălǜăt i các tr m th yăvĕnătrênă
l uăv c sông Ba [27] .................................................................................................. 70
B ng 3.3. L uăl

ng ng với các c păbáoăđ ngălǜ .................................................. 71

B ng 3.4. M căn ớc (cm) t i các tr m th yăvĕnă ng với các t n su t.................. 74
B ng 3.5. K t qu phân kỳ lǜăt i các tr m th yăvĕn .............................................. 75
B ng 3.6. Gặp g dòng ch y tr m Ayun Pa vớiăth

ngăl u .................................. 81

B ng 3.7. Gặp g dòng ch y tr m C ngăS năvới tr m Ayun Pa ........................... 82
B ng 3.8. Gặp g dòng ch y tr m Phú Lâm với tr m C ngăS n ......................... 83
B ng 3.9. Đặcătr ngăm căn ớc,ăl uăl

ng tr m An Khê ....................................... 93

B ng 3.10. Đặcătr ngăm căn ớc,ăl uăl

ng tr m Ayun Pa ................................... 93

B ng 3.11. Đặcătr ngăm căn ớc,ăl uăl

ng tr m C ngăS n ................................. 94

B ng 3.12. B ng t ng h p x h Ka Nak ................................................................. 98
B ng 3.13. B ng t ng h p x h Ayun H ............................................................... 98
B ng 3.14. Dung tích yêu c uăphátăđi n và dung tích c n x đ phòngălǜăc a các
h ............................................................................................................................... 104
B ng 3.15. DungătíchăphòngălǜăvƠăs ngày x phátăđi năđ aăm căn ớc h v m c
n ớcăphòngălǜ ........................................................................................................... 104
B ng 3.16. S tr nălǜăt i các tr m .......................................................................... 105
B ng 3.17. M căn ớc cho phép và dung tích h đón/phòngălǜăđ xu t .............. 116
B ngă4.1.ăĐi u ki n ràng bu c v n hành c a các h ............................................ 122

B ngă4.2.ăĐặcătr ngăc a các tr nălǜăđi năhìnhăđ n h [30] .................................. 123
B ngă4.3.ăĐặcătr ngălǜălớnăđi năhìnhătrênăl uăv c sông Ba [30] ......................... 126
B ng 4.4. Dung tích c t gi mălǜăc a các h (tri u m3).......................................... 128
B ng 4.5. Hi u qu c t gi mălǜăc a các tr m (m) ................................................. 128
B ng PL 2.1. Đặcătr ngădòngăch y tr m An Khê (m3/s) ...................................... 152
B ng PL 2.2. Đặcătr ngădòngăch y tr m C ngăS nă(m3/s) .................................. 153
B ng PL 2.3. Đặcătr ngăm căn ớcătrongămùaălǜă(cm)ătr m th yăvĕnăAnăKhê . 154
B ng PL 2.4. Đặcătr ngăm căn ớcătrongămùaălǜă(cm)ătr m th yăvĕnăAyunăPa 156
B ng PL 2.5. Đặcătr ngăm căn ớcătrongămùaălǜă(cm)ătr m th yăvĕnăC ngăS n157
B ng PL 2.6. Đặcătr ngăm căn ớcătrongămùaălǜă(cm)ătr m th yăvĕnăPhúăLơm158
B ng PL 2.7. Thông s h ch a th y l i, th yăđi n trên dòng chính sông Ba [30]160


iv
B ng PL 3.1. M căn ớcăđ nhălǜăcácăconălǜăt i các tr m th yăvĕnătrênăl uăv c sông
Ba ............................................................................................................................... 161
B ng PL 3.2. Phơnătíchăđ ng b lǜăgi a tr m C ngăS năvƠătr m Sông Hinh.... 169
B ng PL 3.3. Đặcătr ngăHmax t i các tr mătrênăl uăv c sông Ba ........................ 173
B ng PL 3.4. B ng t ng h p kh nĕngăx n ớc h Ka Nak ng vớiăchơnălǜăth p179
B ng PL 3.5. B ng t ng h p kh nĕngăx n ớc h Ka Nak ng vớiăchơnălǜătrungă
bình............................................................................................................................ 180
B ng PL 3.6. B ng t ng h p kh nĕngăx n ớc h Ka Nak ng vớiăchơnălǜăcao182
B ng PL 3.7. B ng t ng h p kh nĕngăx n ớc h Ayun H

ng vớiăchơnălǜăth p183

B ng PL 3.8. B ng t ng h p kh nĕngăx n ớc h Ayun H ng vớiăchơnălǜătrungă
bình............................................................................................................................ 185
B ng PL 3.9. B ng t ng h p kh nĕngăx n ớc h Ayun H

ng vớiăchơnălǜăcao186

B ng PL 3.10. B ng t ng h p kh nĕngăx n ớc h Sông Ba H ng vớiăchơnălǜă
th p ............................................................................................................................ 188
B ng PL 3.11. B ng t ng h p kh nĕngăx n ớc h Sông Ba H ng vớiăchơnălǜă
trung bình ................................................................................................................. 189
B ng PL 3.12. B ng t ng h p kh nĕngăx n ớc h Sông Ba H ng vớiăchơnălǜă
cao .............................................................................................................................. 191
B ng PL 3.13. L

ng tr và kh nĕngăx c a h Ka Nak ................................... 193

B ng PL 3.14. L

ng tr và kh nĕngăx c a h Ayun H ................................. 193

B ng PL 3.15. L

ng tr và kh nĕngăx c a h Sông Ba H ............................ 194

B ng PL 3.16. L

ng tr và kh nĕngăx c a h KrôngăH’nĕng ....................... 194

B ng PL 3.17. L

ng tr và kh nĕngăx c a h Sông Hinh .............................. 194

B ng PL 3.18. Đặcătr ngăt ngăl

ngăđ n h Ka Nak ........................................... 195

B ng PL 3.19. Đặcătr ngăt ngăl

ngăđ n h Ayun H ......................................... 196

B ng PL 3.20. Đặcătr ngăt ngăl

ngăđ n h KrôngăH’nĕng ............................... 197

B ng PL 3.21. Đặcătr ngăt ngăl

ngăđ n h Sông Ba H .................................... 198

B ng PL 3.22. Đặcătr ngăt ngăl

ngăđ n h Sông Hinh ...................................... 199


v
M C L C HỊNH
Hình 2.1. B năđ l uăv c sông Ba ............................................................................ 29
Hình 2.2. Phân ph iăm aăthángănĕmăcácătr m ....................................................... 32
Hình 2.3. Phân ph i dòng ch y trung bình tháng t i m t s tr m th yăvĕn........ 33
Hình 2.4. T l dòng ch yămùaălǜăvƠămùaăc n t i tr m Ayun H ......................... 34
Hình 2.5. T l dòng ch yămùaălǜăvƠămùaăc n t i tr m An Khê ........................... 34
Hình 2.6. T l dòng ch yămùaălǜăvƠămùaăc n t i tr m Sông Hinh ...................... 35
Hình 2.7. T l dòng ch yămùaălǜăvƠămùaăc n t i tr m C ngăS n ....................... 35
Hình 2.8. Đặcătr ngăm căn ớc tr m An Khê.......................................................... 36
Hình 2.9. Đặcătr ngăm căn ớc tr m Ayun Pa ........................................................ 37

Hình 2.10. Đặcătr ngăm căn ớc tr m C ngăS n .................................................... 37
Hình 2.11. Đặcătr ngăm căn ớc tr m Phú Lâm ..................................................... 38
Hình 2.12. S ăđ h th ng công trình trênăl uăv c sông Ba .................................. 40
Hình 2.13. M căn ớc trung bình ngày từngănĕmăh Auyn H ............................. 41
Hình 2.14. Di n bi năl uăl

ng x c m h An Khê - Ka Nak ............................... 42

Hình 2.15. Di n bi n m căn ớc,ăl uăl

ng h Ka Nak .......................................... 43

Hình 2.16. Di n bi n m căn ớc c a h Sông Ba H ............................................... 43
Hình 2.17. Di n bi n m căn ớc,ăl uăl

ng h Sông Hinh ..................................... 44

Hình 2.18. Di n bi n m căn ớc,ăl uăl

ng h KrôngăH’nĕng .............................. 45

Hình 2.19. Đặcătr ngăt ngăl

ngălǜăt i tr m th yăvĕnăAnăKhê ............................ 46

Hình 2.20. Đặcătr ngăt ngăl

ngălǜăt i tr m th yăvĕnăC ngăS n......................... 47

Hình 2.21. S ăđ h th ng sông Ba trong bài toán c t gi mălǜ .............................. 48

Hình 2.22. Hi n tr ng v n hành h ch aătrênăl uăv c sông Ba ............................ 51
Hình 2.23. S ăđ v n hành liên h ch aăl uăv c sông Ba ...................................... 54
Hình 2.24. S ăđ nguyên t căxácăđ nhăc ăs khoa h c và th c ti n c t gi mălǜ ... 55
Hình 2.25. S ăđ b công c mô hình toán ph c v bài toán v n hành liên h ch a
c t gi mălǜ................................................................................................................... 57
Hình 2.26. Mô ph ng dòng ch yălǜăt i tr m th yăvĕnăAnăKhêănĕmă1988 ............ 61
Hình 2.27. Mô ph ng dòng ch yălǜăt i tr m th yăvĕnăAyunăPaănĕmă1988 .......... 62
Hình 2.28. Mô ph ng dòng ch yălǜăt i tr m th yăvĕnăC ngăS nănĕmă1988 ........ 62
Hình 2.29. Mô ph ng dòng ch yălǜăt i tr m th yăvĕnăAnăKhêănĕmă1993 ............ 62
Hình 2.30. Mô ph ng dòng ch yălǜăt i tr m th yăvĕnăAyunăPaănĕmă1993 .......... 63
Hình 2.31. Mô ph ng dòng ch yălǜăt i tr m th yăvĕnăC ngăS nănĕmă1993 ........ 63
Hình 2.32. M ng mô hình thu l c sông Ba ............................................................ 65


vi
Hình 2.33. Quáătrìnhăđ ng m căn ớc tính toán và th căđoătr măPhúăLơmănĕmă
1993 ............................................................................................................................. 66
Hình 2.34. Quáătrìnhăđ ng m căn ớc tính toán và th căđoătr măPhúăLơmănĕmă
2005 ............................................................................................................................. 66
Hình 3.1. Phân kỳ lǜăt i tr m th yăvĕnăAnăKhêătheoăt n su t .............................. 78
Hình 3.2. Phân kỳ lǜăt i tr m th yăvĕnăAyunăPaătheoăt n su t............................. 78
Hình 3.3. Phân kỳ lǜăt i tr m th yăvĕnăAnăKhêătheo c păbáoăđ ngălǜ ................. 78
Hình 3.4. Phân kỳ lǜăt i tr m th yăvĕnăAyunăPaătheoăc păbáoăđ ngălǜ ............... 78
Hình 3.5. Phân kỳ lǜăt i tr m th yăvĕnăC ngăS nătheoăt n su t .......................... 79
Hình 3.6. Phân kỳ lǜăt i tr m th yăvĕnăPhúăLơmătheoăt n su t............................ 79
Hình 3.7. Phân kỳ lǜăt i tr m th yăvĕnăC ngăS nătheoăc păbáoăđ ngălǜ ............. 79
Hình 3.8. Phân kỳ lǜăt i tr m th yăvĕnăPhúăLơmătheoăc păbáoăđ ngălǜ .............. 79
Hìnhă3.9.ăĐ

ngăquáătrìnhălǜăm t s nĕmăđi n hình .............................................. 85

Hình 3.10. Quá trình m căn ớc trung bình ngày ch ng ch p t i tr m An Khê.. 89
Hình 3.11. Quá trình m căn ớc trung bình ngày ch ng ch p t i tr m Ayun Pa 90
Hình 3.12. Quá trình m căn ớc trung bình ngày ch ng ch p t i tr m C ngăS n91
Hìnhă3.13.ăS ăđ minh h aăxácăđ nh nguyên t c v n hành x n ớc t o dung tích
c tălǜăc a các h ......................................................................................................... 95
Hình 3.14. Quan h gi a dung tích tr lǜăvƠăm căn ớc h Ka Nak ..................... 96
Hình 3.15. Quan h gi a dung tích tr lǜăvƠăm căn ớc h Ayun H ................... 97
Hình 3.16. T ngăl

ngăn ớcăđ n và nhu c uăphátăđi n h KrôngăH’nĕng ........ 101

Hình 3.17. T ngăl

ngăn ớc và nhu c uăphátăđi n h Sông Ba H .................... 102

Hình 3.18. T ngăl

ngăn ớcăđ n và nhu c uăphátăđi n h Sông Hinh ............... 103

Hình 3.19. Quan h gi a dung tích tr lǜăvƠăm căn ớc h Sông Ba H ............ 107
Hình 3.20. Quan h gi a dung tích tr lǜăvƠăm căn ớc h KrôngăH’nĕng ....... 108
Hình 3.21. Quan h gi a dung tích tr lǜăvƠăm căn ớc h Sông Hinh .............. 108
Hình 3.22. Quá trình m căn ớcătrungăbìnhăngƠyăcácănĕmătr m An Khê .......... 109
Hình 3.23. Quá trình m căn ớcătrungăbìnhăngƠyăcácănĕmătr m Ayun Pa ......... 110
Hình 3.24. Quá trình m căn ớcătrungăbìnhăngƠyăcácănĕmătr m C ngăS n....... 111
Hình 3.25. Quá trình m căn ớcătrungăbìnhăngƠyăcácănĕmătr m Phú Lâm ........ 112
Hìnhă3.26.ăĐặcătr ngăm căn ớc lớn nh t tháng 11, 12 t i các tr m th yăvĕn ... 113
Hìnhă3.27.ăĐặcătr ngăt ngăl

ngăđ n h KrôngăH’nĕng ..................................... 114

Hìnhă3.28.ăĐặcătr ngăt ngăl

ngăđ n h Sông Ba H .......................................... 114

Hìnhă3.29.ăĐặcătr ngăt ngăl

ngăđ n h Sông Hinh ............................................ 115

Hìnhă3.30.ăĐặcătr ngăt ngăl

ngăđ n h Ka Nak ................................................. 115

Hình 3.31. Đặcătr ngăt ng l

ngăđ n h Ayun H ............................................... 116


vii
Hìnhă3.32.ăTácăđ ngăđi u ti t c a h Ka Nak, Ayun H lênălǜăđ n h Sông Ba H 118
Hìnhă4.1.ăS ăđ v n hành liên h c t gi mălǜăh du ............................................. 122
Hìnhă4.2.ăQuáătrìnhălǜăđ n h Ka Nak [30] ........................................................... 124
Hìnhă4.3.ăQuáătrìnhălǜăđ n h Ayun H [30] ......................................................... 124
Hìnhă4.4.ăQuáătrìnhălǜăđ n h KrôngăH’nĕngă[30] ............................................... 125
Hìnhă4.5.ăQuáătrìnhălǜăđ n h Sông Hinh [30] ...................................................... 125
Hình 4.6. K t qu v n hành c t gi mălǜăc m h An Khê - KaăNakănĕmă1981 .. 129
Hình 4.7. K t qu v n hành c t gi mălǜăh Ayun H nĕmă1981 ......................... 129
Hình 4.8. K t qu v n hành c t gi mălǜăh KrôngăH’nĕngănĕmă1981................ 130
Hình 4.9. K t qu v n hành c t gi mălǜăh Sông Ba H nĕmă1981 .................... 130

Hình 4.10. K t qu v n hành c t gi mălǜăh SôngăHinhănĕmă1981 .................... 131
Hình 4.11. K t qu v n hành c t gi mălǜăc m h An Khê - KaăNakănĕmă1988 131
Hình 4.12. K t qu v n hành c t gi mălǜăh Ayun H nĕmă1988 ....................... 132
Hình 4.13. K t qu v n hành c t gi mălǜăh KrôngăH’nĕngănĕmă1988.............. 132
Hình 4.14. K t qu v n hành c t gi mălǜăh Sông Ba H nĕmă1988 .................. 133
Hình 4.15. K t qu v n hành c t gi mălǜăh SôngăHinhănĕmă1988 .................... 133
Hình 4.16. K t qu v n hành c t gi mălǜăc m h An Khê - KaăNakănĕmă1993 134
Hình 4.17. K t qu v n hành c t gi mălǜăh Ayun H nĕmă1993 ....................... 134
Hình 4.18. K t qu v n hành c t gi mălǜăh KrôngăH’nĕngănĕmă1993.............. 135
Hình 4.19. K t qu v n hành c t gi mălǜăh Sông Ba H nĕmă1993 .................. 135
Hình 4.20. K t qu v n hành c t gi mălǜăh SôngăHinhănĕmă1993 .................... 136
Hình 4.21. K t qu v n hành c t gi mălǜăc m h An Khê - KaăNakănĕmă2009 136
Hình 4.22. K t qu v n hành c t gi mălǜăh Ayun H nĕmă2009 ....................... 137
Hình 4.23. K t qu v n hành c t gi mălǜăh KrôngăH’nĕngănĕmă2009.............. 137
Hình 4.24. K t qu v n hành c t gi mălǜăh Sông Ba H nĕmă2009 .................. 138
Hình 4.25. K t qu v n hành c t gi mălǜăh SôngăHinhănĕmă2009 .................... 138


viii
DANH M C CỄC CH

VI T T T

ụănghĩa

Ch vi t t t
LVS

L u vực sông

TNN

TƠi nguyên n

MNDBT

Mực n

c dơng bình th

MNC

Mực n

c chết

Wtb

Dung tích toàn b

Whi

Dung tích hữu ích

Wc

Dung tích chết

dd/mm

Ngày/Tháng

CBĐL

C p báo đ ng lũ

BĐI

Báo đ ng c p I

BĐII

Báo đ ng c p II

BĐIII

Báo đ ng c p IIII

HBĐI

Mực n

ct

ng ng v i c p Báo đ ng I

HBĐII

Mực n

ct

ng ng v i c p Báo đ ng II

HBĐIII

Mực n

ct

ng ng v i c p Báo đ ng III

Q~H

Quan hệ giữa l u l

QTVH

Quy trình vận hành

DEM

Mô hình số cao đ

GIS

Hệ thống thông tin địa lý

TBNN

Trung bình nhiều năm

TTDT

Thuật toán di truyền

NLP

Quy ho ch phi tuyến

LP

Quy ho ch tuyến tính

QHĐ

Quy ho ch đ ng

GA

Thuật toán gi i đoán gien

KT-XH

Kinh tế và Xã h i

KHCN

Khoa học Công nghệ

c
ng

ng và mực n

c


1
M

Đ U

1.1. Tính c p thi t c a lu n án

Năm 2010, Chính ph đư ban hƠnh quyết định số 1879/QĐ-TTg phê duyệt
danh m c các hồ ch a th y điện, th y l i trên các l u vực sông ph i xây dựng
quy trình vận hành liên hồ ch a [28]. Theo đó, có 61 hồ ch a th y l i, th y điện
l n trên 11 l u vực sông ph i xây dựng và vận hành theo quy trình vận hành liên
hồ ch a, gồm: sông Hồng, sông Mã, sông C , sông H

ng, sông Vu Gia-Thu

Bồn, sông Trà Khúc, sông Kôn - HƠ Thanh, sông Ba, sông Đồng Nai, sông Sê
San và sông Srêpôk. Hiện nay, B TƠi nguyên vƠ Môi tr

ng đư xơy dựng xong

Quy trình c a 11 l u vực sông này mà tác gi luận án là 1 trong những thành
viên c a nhóm thực hiện xây dựng Quy trình Sông Ba, sông Vu Gia-Thu Bồn,

sông C và Sông Hồng. Trên thực tế, việc dự báo th y văn, ph c v bài toán vận
hành hồ vẫn còn nhiều h n chế gơy khó khăn cho việc vận hành, vì vậy để dành
dung tích hồ ch a cho cắt gi m lũ, từ năm 2014 t t c các Quy trình vận hành
liên hồ ch a mùa lũ đều quy định m t giá trị dung tích c a hồ trong suốt mùa lũ.
Do đó, có thể dẫn đến sử d ng n
hồ không tích đ n

c không hiệu qu trong mùa lũ, xác su t các

c vào cuối mùa lũ để c p n

hồ ph i duy trì mực n

c trong mùa c n là r t cao (do

c để đón lũ trong suốt mùa lũ). Cuối năm 2015, tr

tình hình thiếu h t dòng ch y mùa lũ, l

c

ng trữ c a các hồ trong và cuối mùa lũ

trên h u hết các con sông thu c tỉnh Qu ng Nam, Gia Lai, Kon Tum, Phú Yên
và thành phố ĐƠ Nẵng [55], B TƠi nguyên vƠ Môi tr

ng đư gửi công văn đến

các tỉnh vƠ đ n vị liên quan yêu c u vận hành các hồ đ m b o nguồn n

c cho

h du trong mùa c n năm 2016 [53]. Nh vậy, có thể th y việc duy trì dung tích
ph c v cắt gi m lũ trong suốt mùa lũ đối v i t t c các hồ sẽ có thể dẫn đến
không đem l i hiệu qu sử d ng n

c cho từng hồ hoặc hệ thống hồ. Trên c s

đó luận án đặt ra m c tiêu nghiên c u đ a ra c s khoa học cho việc vận hành
hệ thống liên hồ ch a kiểm soát lũ, đ m b o hài hòa giữa m c tiêu cắt gi m lũ,
an toàn h du v i hiệu qu sử d ng n

c trên l u vực sông Ba.


2
1.2. M c tiêu nghiên c u c a lu n án

1. Xác lập đ

c c s khoa học và thực tiễn để xây dựng quy tắc vận hành

liên hồ ch a cắt gi m lũ h l u sông Ba v i ph
b o hiệu qu sử d ng n

ng chơm an toàn h du và đ m

c.

2. Đề xu t n i dung Quy trình vận hành liên hồ ch a cắt gi m lũ h du.

1.3. Đ i t

ng và ph m vi nghiên c u

Đối t

ng nghiên c u c a luận án là hệ thống 6 hồ ch a (Ka Nak, An

Khê, Ayun H , Krông H’năng, Sông Ba H và Sông Hinh) và hệ thống nguồn
n

c trên l u vực sông Ba. Luận án tập trung vào nghiên c u xác định nguyên

tắc vận hành hệ thống liên hồ ch a kiểm soát lũ, an toàn h du và đ m b o hiệu
qu sử d ng n

c.

1.4. Nhi m v nghiên c u

1. Tổng quan các nghiên c u đư có để đ a ra định h
2. Phơn tích đặc điểm khí t

ng nghiên c u.

ng th y văn trên l u vực sông Ba ph c v

lập Quy trình vận hành liên hồ kiểm soát lũ.
3. Phân tích hiện tr ng vận hành c a các hồ ch a trên l u vực sông Ba.
4. Thiết lập bài toán vận hành liên hồ ch a cắt gi m lũ h du.

5. Phân tích, xác định ph

ng th c vận hành c a các hồ ch a để cắt gi m

lũ, an toàn h du và đ m b o hiệu qu sử d ng n

c.

6. Đề xu t n i dung Quy trình vận hành liên hồ ch a kiểm soát lũ.
1.5. ụ nghĩa khoa h c và th c ti n c a lu n án

1.ăụănghĩaăkhoaăh c:
- Xác định quy luật gặp gỡ dòng ch y các nhánh sông vƠ vai trò điều tiết
dòng ch y c a các hồ th

ng l u v i h l u ph c v việc phối h p vận hành liên

hồ cắt gi m lũ l u vực sông Ba;


3
- Đề xu t quy tắc vận hành, phối h p cắt gi m lũ c a từng hồ, c m hồ
đ m b o an toàn h du và đ m b o hiệu qu sử d ng n

c;

- Xác định dung tích c a từng hồ tham gia gi m lũ cho h du.
2.ăụănghĩaăth c ti n:
- Xác định vai trò c a từng hồ, hệ thống hồ trong vận hành hệ thống liên
hồ ch a kiểm soát lũ l u vực sông Ba;

- Đề xu t quy tắc x n

c t o dung tích ch a lũ không gây tác đ ng tiêu cực

cho h du;
- Góp ph n điều chỉnh n i dung vận hành trong Quy trình vận hành liên
hồ ch a trên l u vực sông Ba.
1.6. Ph

ng pháp ti p c n khoa h c

Các ph
1. Ph

ng pháp đ

c sử d ng trong luận án bao gồm:

ng pháp điều tra thực địa: Ph

ng pháp nƠy đ

tra, thu thập các số liệu, tài liệu trên l u vực (số liệu khí t
sử d ng n

ng th y văn, nhu c u

c, số liệu vận hành hồ ch aầ), thực tiễn vận hành c a các hồ và

tình hình khai thác sử d ng n

2. Ph

c sử d ng để điều

c trên l u vực.

ng pháp phơn tích, thống kê, kế thừa có chọn lọc các tài liệu đư có

nhằm tập h p, phơn tích đánh giá các số liệu, tài liệu và v n đề khai thác sử d ng
n

c trên l u vực sông Baầ.
3. Ph

ng pháp phơn tích nguyên nhơn hình thƠnh: Trên c s phân tích

đặc điểm m a vƠ sự hình thƠnh lũ trên hệ thống sông, từ đó lựa chọn ph

ng

th c vận hành hoặc thiết lập mô hình mô phỏng hệ thống m t cách phù h p.
4. Ph

ng pháp áp d ng công nghệ GIS: Đ

c ng d ng trong việc xây

dựng các b n đồ chuyên đề, xây dựng các tiểu l u vực sông từ mô hình số hóa
cao đ (DEM), tính toán các đặc tr ng l u vực, xây dựng m ng l

i sông, b n

đồ th m ph , b n đồ đ t để đ a vƠo tính toán trong các mô hình phơn bố....


4
5. Ph

ng pháp sử d ng mô hình toán: Ph

ng pháp nƠy đ

c sử d ng

trong tính toán vận hành hồ, tính toán th y văn vƠ th y lực trên l u vực.
6. Ph

ng pháp phơn tích hệ thống: Phân tích mối quan hệ giữa đặc điểm

tự nhiên, khí t

ng th y văn c a l u vực v i các công trình hồ ch a trên l u vực

để đ a ra c s vận hành, phối h p giữa các hồ; Lựa chọn ng d ng các mô hình
toán th y văn, th y lực đánh giá tác đ ng c a vận hành hệ thống hồ ch a cắt
gi m lũ, lƠm c s cho việc vận hành hệ thống hồ ch a trên l u vực sông Ba.
1.7. Nh ng đóng góp mới c a lu n án

1. Thiết lập đ

c bài toán vận hƠnh điều tiết cắt gi m lũ cho hệ thống liên

hồ ch a trên l u vực sông Ba theo h

ng điều chỉnh nhiệm v phòng lũ các hồ

ch a trong hệ thống nh ng vẫn đ m b o sự hài hòa v i m c tiêu phát điện và
c pn

c đư đ

c xác định trong giai đo n thiết kế.

2. Xác lập c s khoa học cho việc xác định dung tích trữ lũ, quy tắc phối
h p vận hành cắt gi m lũ cho h du c a hệ thống hồ ch a trên l u vực sông Ba.
3. Đề xu t điều chỉnh n i dung vận hành c a Quy trình vận hành liên hồ
ch a trong th i kỳ mùa lũ trên l u vực sông Ba.
1.8. C u trúc c a lu n án

Ngoài hai ph n m đ u và kết luận, kiến nghị đề tài luận án gồm 4 ch

ng:

- Ch

ng 1. Tổng quan nghiên c u vận hành hồ ch a.

- Ch

ng 2. Thiết lập bài toán vận hành liên hồ ch a kiểm soát lũ l u vực

sông Ba.
- Ch

ng 3. C s khoa học và thực tiễn vận hành liên hồ ch a cắt gi m

lũ l u vực sông Ba.
- Ch

ng 4. Phơn tích, đánh giá kết qu vận hành liên hồ ch a cắt gi m

lũ vƠ đề xu t n i dung vận hành liên hồ ch a cắt gi m lũ l u vực sông Ba.


5
CH

NG 1. T NG QUAN NGHIểN C U V N HÀNH H

CH A

1.1. Đặc đi m chung c a v n hành liên h ch a

Vận hành hồ ch a là m t trong những v n đề đ
công tác quy ho ch, qu n lý hệ thống nguồn n

c quan tâm nhiều trong

c. Theo th i gian từ nghiên c u

vận hành đ n hồ, liên hồ ch a t i nghiên c u ph

ng pháp vận hành tối u hệ

thống hồ ch a ph c v đa m c tiêu. Có thể phân hệ thống hồ ch a thành:
- Hệ thống hồ ch a bậc thang: Là hệ thống hồ ch a nối tiếp nhau trên
sông chính hoặc trên cùng m t nhánh sông suối.
- Hệ thống hồ ch a song song: Là hệ thống mà các hồ ch a nằm trên các
nhánh sông khác nhau và cùng nhập vào sông chính.
- Hệ thống h n h p: Hệ thống liên hồ ch a bao gồm hai lo i trên.
Sự khác biệt c b n giữa vận hành hệ thống hồ ch a bậc thang và song
song là:
l i

hồ ch a n

c bậc thang, l

các hồ h l u. Ng

c x từ hồ th

ng l u sẽ đ

c l i, trong hệ thống hồ ch a song song l

từ m t hồ ch a không nh h
H u hết các hồ ch a đ
lũ, phát điện, c p n

ng n

ng n

c tích
cx

ng đến hồ thu c nhánh sông khác.
c xây dựng v i các m c tiêu khác nhau nh phòng

c sinh ho t, c p n

c nông nghiệp, công nghiệp, du lịchầ

và trong h u hết các m c tiêu đều có mâu thuẫn v i nhau về các yêu c u khai
thác sử d ng. Hai mâu thuẫn điển hình trong vận hành hồ ch a là:
1. Mâu thuẫn trong sử dụng dung tích hồ chứa
Mâu thuẫn này xu t hiện khi m t hồ ch a hoặc hệ thống hồ ch a (có dung
tích h n chế) đ

c yêu c u ph i tho mãn nhiều m c tiêu khác nhau phân bố

theo th i gian. Trong tr

ng h p hồ đ

c thiết kế kết h p ph c v phát điện và

chống lũ, để đ t hiệu qu cao trong m c tiêu phát điện, hồ ph i đ
càng nhiều càng tốt để t o ra đ u n

c tích n

c

c cao, điều này mâu thuẫn v i m c đích

phòng lũ (đòi hỏi có đ dung tích trống trong hồ để cắt gi m lũ theo m t m c
tiêu đặt ra). Hồ th y điện th

ng yêu c u mực n

c chết cao nhằm nâng cao


6
năng lực phát điện. Ng

c l i hồ th y l i yêu c u mực n

dung tích hiệu d ng ph c v c p n

c chết th p để tăng

c.

2. Mâu thuẫn giữa các mục tiêu (nhu cầu các ngành)
Mâu thuẫn điển hình nh t là mâu thuẫn giữa m c tiêu phát điện và m c
tiêu c p n

c h du trong mùa kiệt, n y sinh khi nhu c u c p n

ngành khác nhau theo th i gian và không gian. N

c cho m i

c c p cho nông nghiệp đ

phân phối dựa trên tập quán, th i v , th i kỳ c n n

c kh n tr

c

ng, mùa hay

tình hình th i tiết, trong khi yêu c u phát điện đòi hỏi hồ vận hành dựa trên nhu
c u điện ph c v dân sinh và phát triển kinh tế xã h i thay đổi theo gi , ngày,
tu n, hay mùa đặc biệt trong th i gian cao điểm.
Để điều hòa các mâu thuẫn cũng nh đem l i hiệu qu trong quá trình vận
hành hồ ch a thì m t trong những ph

ng pháp hiệu qu là xây dựng Quy trình

vận hành hồ (đ n hồ, liên hồ). Quy trình vận hành hồ ch a có thể hiểu là m t
văn b n h

ng dẫn cho ng

i điều hành, qu n lý thực hiện vận hành hồ theo

những quy định ng v i các tình huống đặt ra. Xây dựng quy trình vận hành là
bài toán ph c t p liên ngành, c n có c s khoa học và thực tiễn để đ a ra quyết
định phù h p nhằm gi i quyết hoặc hài hòa các mâu thuẫn. Trong bài toán xây
dựng quy trình vận hành việc tìm ra gi i pháp “tối u” hoặc “tho hiệp” hoặc
“đánh đổi” giữa các m c tiêu là m t yếu tố quan trọng.
Trong những năm g n đơy, nghiên c u xây dựng và ng d ng lý thuyết
toán, lý thuyết tối u và mô hình hoá ph c v qu n lý tƠi nguyên n
ra hết s c m nh mẽ. T i nhiều quốc gia, viện nghiên c u, các tr
trong vƠ ngoƠi n

c đư diễn
ng đ i học

c đư đ u t nhiều công s c và tài chính để nghiên c u ra lý

thuyết, các thuật toán và các công c ph c v qu n lý tổng h p tƠi nguyên n

c.

1.2. Các nghiên c u trên th giới

Kho ng những năm 60-70 c a thế kỷ 20, các nghiên c u về vận hành hồ
ch a đư có những b

c tiến v

t bậc, trong những năm g n đơy việc nghiên c u

7
vận hành tối u đ n hồ ch a hoặc hệ thống hồ trong kiểm soát lũ và c p n

c

h du đư phát triển m nh mẽ. Đư có nhiều phát triển mô hình vận hành tối u,
vận hành theo th i gian thực nhằm xác định l

ng x hồ ch a tốt nh t theo tr ng

thái hồ ch a và kết qu dự báo dòng ch y vào hồầ. Các nghiên c u ng d ng
và phát triển lý thuyết mô hình quy ho ch tuyến tính (LP), mô hình quy ho ch
phi tuyến (NLP), quy ho ch đ ng, thuật toán di truyền, m ng th n kinh nhân
t oầ để diễn gi i bƠi toán điều tiết, điều tiết tối u vƠ bƠi toán điều tiết theo th i
gian thực cho hệ thống hồ đ

c thể hiện

d

i đơy.

Quơn đ i Mỹ (US Army Corps) năm 1972 [56] nghiên c u lý thuyết phân
tích hệ thống đ a ra các gi i pháp phòng lũ hiệu qu nh t đối v i hồ ch a đa
m c tiêu nh : gi i trí, phát điện, c p n

c vƠ phòng lũ. Nghiên c u đư thiết lập

b ng thiệt h i do lũ l t gây ra dựa trên việc xác định mối quan hệ giữa những
trận lũ l n gây nh h

ng nặng t i h l u, l u l

ng x ra từ hồ ch a Folsom

và thiệt h i do lũ gơy ra t i h l u.
William J. Trott and William W-G. Yeh, A. M. ASCE [57] sử d ng lý
thuyết tối u hóa hệ thống M hồ ch a đa m c tiêu gồm các lo i hồ ch a song
song hoặc bậc thang. Tối u hóa ho t đ ng c a hồ ch a dựa trên hàm m c tiêu
về l i ích kinh tế c a hệ thống. Nghiên c u này cho rằng để gi i quyết v n đề
này c n ph i xác định các nhóm l i nhuận mà hồ ch a đem l i và giá thành xây
dựng hệ thống tùy thu c đ l n c a các hồ ch a vƠ đ

c áp d ng trong dự án

tối u hóa hệ thống 6 hồ ch a (Dos Rios, Pine Mt, Indian Valley, English Ridge,
Clear Lake, Kennedy Flats) trên sông Eal c a Mỹ.
Miguel A. Marino vƠ Behzad Mohammadi đư trình bày các mô hình v i
thuật toán hiệu qu cho vận hành theo th i gian thực hàng tháng c a m t hoặc
hai hồ ch a đa m c tiêu [58]. Trên c s mô hình vận hành c a Becker và Yeh
(năm 1974), m i mô hình thể hiện sự kết h p lý thuyết quy ho ch tuyến tính (sử
d ng tối u hóa cho hàng tháng) và quy ho ch đ ng (đ

c sử d ng để tối u hóa


8
hƠng năm). Mô hình cung c p lựa chọn kịch b n khác nhau để tối u hóa nhu
c uc pn

c hƠng năm thu c dự án California Central Valley.

Trong luận án Tiến sĩ c a Marcelo Rodrigues Bess t i tr

ng Đ i học

Waterloo, Ontario, Canada năm 1998 [59] đư trình bày việc tối u trong vận
hành hệ thống hồ ch a đa m c tiêu. Trong luận án đư nêu các v n đề trong vận
hành hồ ch a nh : Quy ho ch đ ng trong trong tìm ph

ng án vận hành hệ

thống hồ, tối u theo th i gian thựcầ
Luận án c a Andrew Fredrick Gilmore [60] đặt ra ba m c tiêu nghiên
c u về qu n lý tƠi nguyên n

c l u vực sông Colorado: M c tiêu đ u tiên là

nghiên c u phân bổ và cân bằng tƠi nguyên n

c không sử d ng mô hình tối u

hóa để h tr ho t đ ng ra quyết định trên sông Colorado; M c tiêu th hai là
t o ra m t mô hình tối u hóa hƠng tháng trong bƠi toán kiểm soát lũ vƠ vận
hành c p n

c c a hồ Powell và Mead trên sông Colorado; M c tiêu th ba là

sử d ng mô hình tối u hóa để xem xét sự linh ho t trong ho t đ ng hồ ch a
nhằm gia tăng giá trị th y điện. Hiệu qu đem l i là s n xu t th y điện có thể

tăng lên 6% v i điều kiện sử d ng linh ho t tổng l
không xem xét các tác đ ng, nh h
h l u nh c p n

c môi tr

ng n

c trữ. Luận án này

ng c a hệ thống hồ ch a t i các ho t đ ng

ng, c p n

c sinh ho t và gi i trí.

MarioT.L.Barros; FrankT-C.Tsai; Shu-liYang3; JoaoE.G.Lopes and
WilliamW-G.Yeh, Hon.M.ASCE [61] tối u vận hành hệ thống hồ th y điện l n
Brazil, là m t trong những hệ thống th y điện l n nh t trên thế gi i, bao gồm
75 nhà máy th y điện v i công su t 69.375 MW, s n xu t 92% năng l

ng điện

c a quốc gia. Mô hình trong nghiên c u này đ

ng trình

c xây dựng trong ch

phi tuyến (NLP). Nghiên c u đư chỉ ra rằng, mô hình phi tuyến đặc biệt phù h p

cho việc thiết lập các h
tin dự báo l u l

ng n

ng dẫn về các ho t đ ng th i gian thực sử d ng thông
c đến. Kết qu nghiên c u ch ng tỏ rằng, mô hình NLP

đáp ng yêu c u vận hành, mang l i l i ích gi m thiểu x thừa.


9
Năm 2004, Chang Jian-Xia, Huang Qiang và Wang Yi-Win [62], ng
d ng thuật toán di truyền (TTDT) để tối u hồ ch a. Thuật toán giao phối lựa
chọn vƠ đ t biến trong thuật toán di truyền có thể tìm kiếm l i gi i tối u hoặc
gi i pháp g n tối u l i gi i cho bài toán nguồn n
su t giao phối và xác su t đ t biến cũng đ
ng d ng TTDT đ

c so sánh v i các ph

c ph c t p. Đ nh y c a xác

c đ a vƠo phơn tích. Các kết qu
ng pháp tối u khác. Các kết qu

ch ng minh rằng, TTDT có thể thỏa mãn sử d ng trong bài toán tối u hồ ch a
và có kh năng ng d ng cho hệ thống sông ph c t p.
Seyed Jamshid Mousavi [63] sử d ng thuật toán điểm trong tối u hệ
thống hồ ch a và tính toán cho các hồ ch a trên hệ thống Karoon-Dez

M c tiêu c a nghiên c u lƠ đ m b o yêu c u c p n
điện năng c a hệ thống. Để đ t đ
tính toán. Các ph
đ

ng trình rƠng bu c và trọng số c a các đ n vị sử d ng n

John W. Labadie thu c tr
ph

c trên hệ thống và tối u

c m c tiêu, đư sử d ng ph n mềm Matlab để

c sử d ng để đánh giá sự hài hòa giữa c p n

r t nhiều ph

Iran.

c

c vƠ phát điện trong hệ thống.

ng Đ i học Bang Colorado [64] đư tổng kết

ng pháp sử d ng cho bài toán vận hành liên hồ ch a. Nhóm các

ng pháp bao gồm: Tối u ngẫu nhiên n (các mô hình quy ho ch tuyến tính,

các mô hình quy ho ch phi tuyến, các mô hình quy ho ch đ ng r i r c, các mô
hình quy ho ch đ ng liên t c, các lý thuyết điều khiển tối u r i r c theo th i
gian). Nhóm các ph

ng pháp ngẫu nhiên hiện (các mô hình quy ho ch tuyến

tính ngẫu nhiên, các mô hình quy ho ch đ ng ngẫu nhiên, các mô hình điều
khiển tối u ngẫu nhiên) và nhóm tích h p dự báo để vận hành hồ ch a theo th i
gian thực.
Năm 2006, D. Nagesh Kumar vƠ M. Jan Reddy [65] áp d ng ph
tối u hóa đƠn kiến để tìm sách l
l

c vận hành hồ ch a đa m c đích và xác định

ng x c a hồ cho m i chu kỳ hồ ch a Hirakud,

r i ro lũ nhỏ nh t, đ thiếu h t t
đó m c đích s n l

ng điện đ

ng pháp

i nhỏ nh t và s n l

c u tiên. Mô hình đ

n Đ . V i hàm m c đích
ng điện cao nh t, trong

c ng d ng cho vận hành


10
hàng tháng, bao gồm hai mô hình vận hành th i gian ngắn và vận hành th i gian
dài. Kết qu c a nghiên c u đư ch ng minh rằng, ph
kiến đ

ng pháp tối u hóa đƠn

c thực hiện tốt, là mô hình thực thi tốt h n, nh t lƠ trong tr

ng h p

vận hành hồ ch a trong th i gian dài.
Năm 2006, M. Jan Reddy vƠ D. Nagesh Kumar [66] trình bày thuật toán
tiến hóa đa m c tiêu tìm kiếm các gi i pháp vận hành tối u cho hệ thống hồ
ch a đa m c đích. M t trong những m c đích chính trong tối u đa m c đích
đ

c tìm kiếm tập h p tốt phân bố các l i gi i tối u dọc theo mặt Pareto. Các

ph

ng pháp tối u cổ điển th

khắc ph c h n chế c a các ph

ng không đ t đ

c mặt Pareto tốt nh t. Nhằm

ng pháp tối u truyền thống trong bài toán tối

u đa m c tiêu, nghiên c u này sử d ng qu n thể tìm kiếm thuật toán tiến hóa
để tìm tập h p tối u Pareto, đ

c ng d ng cho hệ thống hồ ch a Bhadra

Đ (v i các m c đích c a hồ ch a lƠ t
ch t l

ng n

n

i, s n xu t điện năng vƠ các yêu c u

c h l u). Nghiên c u này ch ng minh sự hữu ích c a thuật toán

tiến hóa đa m c tiêu cho bài toán vận hành tối u đa m c tiêu th i gian thực.
Luận án Tiến sĩ c a Long Le Ngo t i Viện Tài nguyên vƠ Môi tr
tr

ng

ng Đ i học Công nghệ Đan M ch năm 2006 [67] đư trình bày các quy tắc

vận hành tối u trong vận hành hồ ch a Hòa Bình v i m c đích phòng lũ cho
Châu thổ sông Hồng vƠ phát điện nhằm gi i quyết xung đ t chính giữa phòng lũ

vƠ phát điện

giai đo n cuối mùa lũ vƠ đ u mùa kiệt. Tác gi đư sử d ng ph n

mềm MIKE 11 để mô phỏng hệ thống sông và hồ ch a kết h p v i các thuật
toán tối u SCE (shuffled complex evolution) thu c gói ph n mềm Autocal c a
DHI để tìm ra quỹ đ o tối u (Pareto) khi xem xét c hai u tiên giữa phòng lũ
vƠ phát điện. Kết qu đ t đ

c cho th y, hoàn toàn có thể dùng mô hình mô

phỏng để gi i quyết v n đề phòng lũ cho công trình vƠ cho h du mà vẫn có thể
duy trì mực n

c cao

cuối mùa lũ để đ m b o hiệu ích cao trong phát điện

mùa kiệt kế tiếp, luận án tìm đ

c nghiệm tối u đ

c thỏa hiệp giữa phòng lũ


11
vƠ phát điện cho vận hành hồ ch a Hòa Bình trong mùa lũ vƠ mực n

c hồ ch a

lúc bắt đ u c a mùa khô.
Kumar, D. N and Reddy, M, J (2007) [68], Viện Khoa học

n Đ đư sử

d ng thuật toán tối u SWARM vƠo nghiên c u vận hành hệ thống liên hồ ch a
gồm 4 hồ mƠ tr

c đơy Larson đư sử d ng Quy ho ch đ ng để gi i quyết. Hai

nhà Th y văn Kumar vƠ Singh cũng áp d ng các thuật toán gi i đoán gen (GA)
trong nghiên c u vận hành hệ thống liên hồ ch a. Tiếp đó Kumar l i thử nghiệm
áp d ng cho hệ thống hồ ch a Bhadra c a n Đ . Kết qu cho th y thuật toán
tối u SWARM có thể áp d ng để gi i quyết v n đề vận hành liên hồ ch a.
Năm 2007, Li Chen, James MePhee, William W. G. Yeh [69] trình bày
thuật toán di truyền đa m c tiêu tìm quy tắc vận hành hồ ch a. Tác gi đư phát
triển thuyết tiến hóa thành thuật toán di truyền đa m c tiêu tối u tìm quy tắc
vận hành hệ thống hồ ch a. Tác gi cho rằng, ng d ng thuyết tiến hóa có thể
khắc ph c tr

ng h p h i t s m c a thuật toán di truyền truyền thống. Thuật

toán di truyền đa m c tiêu sẽ lƠm tăng kh năng điều khiển bƠi toán đa m c tiêu
b i đa d ng tập h p l i gi i. Mô phỏng kết qu sử d ng bài toán kiểm tra chu n,
chỉ dẫn rằng đề nghị ph m vi thuật toán di truyền đa m c tiêu, các l i gi i tr i
r ng tốt h n vƠ h i t kín đến gi i h n đúng Pareto h n thuật toán di truyền II
(NAGS-II). Khi ng d ng các tr

ng h p nghiên c u thực tế, thuật toán di

truyền đa m c tiêu có thể tổng quát không phân bố tr i r ng các l i gi i cho bài
toán hai m c tiêu bao gồm c p n

c vƠ phát điện. Các kết qu

đơy ch ng tỏ

rằng, thuật toán di truyền đa m c tiêu có s c c nh tranh cao khi gi i bài toán tối
u đa m c tiêu vận hành hồ.
Năm 2008, Chun - Tian Cheng, Wen - ChuanWang - Dong - Mei Xu,
K.W.Chau [70] nghiên c u tối u vận hành hồ ch a th y điện sử d ng thuật toán
lai di truyền (TTDT) và Chaos. Thuật toán di truyền đư đ
để gi i bài toán tối u nguồn n
do đó kết qu nghiệm tối u tìm đ

c nh ng th

c ng d ng r ng rãi

ng gặp ph i v n đề là h i t s m,

c ch a chắc là nghiệm tối u toƠn c c. Thuật


12
toán di truyền và Chaos kết h p kh năng tìm kiếm tối u toƠn c c c a TTDT
v i thuật toán tìm kiếm tối u c c b . Đ u tiên ch p nhận tối u Chaos nh giá
trị ban đ u c i thiện ch t l
đ

ng loƠi vƠ duy trì tính đa d ng qu n thể. Sau đó

c sử d ng lựa chọn mô phỏng luyện kim đ t biến thay thế toán tử đ t biến

để tránh gặp ph i tối u c c b . Mô hình phát triển đ

c ng d ng cho vận hành

tháng c a hồ ch a th y điện v i chu i dòng ch y đến 38 năm. Các kết qu thể
hiện rằng, điện năng trung bình dƠi h n là tốt nh t và tốc đ h i t tốt h n quy
ho ch đ ng và TTDT chu n. Nghiên c u đánh giá ph

ng pháp nƠy lƠ kh thi

và hiệu qu trong vận hành tối u c a hệ thống ph c t p.
Chaves, P. and Chang F.J. (2008) [71] đư áp d ng m ng trí tuệ nhận t o
tiến hóa (ENNIS) vào vận hành hồ ch a Shihmen

ĐƠi Loan và đ a ra 5 biến

quyết định để vận hành hồ ch a. Kết qu cho th y m ng ENNIS sử d ng cho
vận hành hồ ch a Shihmen có nhiều thuận l i vì nó có ít thông số, dễ dàng xử
lý các biến điều khiển, dễ kết h p giữa mô hình vận hành v i các mô hình dự
báo dòng ch y đến. Kết qu nghiên c u cũng chỉ ra rằng, m ng ENNIS hoàn
toàn có kh năng kiểm soát nhiều biến ra quyết định, từ đó đ a ra các quyết định
h p lý khi vận hành hồ ch a đa m c tiêu.
Chang, L. C. and Chang, F. J (2009) [72] đư áp d ng thuật toán tiến hóa
(Evolution Algorithm - NSGA-II) vào vận hành hệ thống hồ ch a gồm hồ Feitsui
và Shihmen ĐƠi Loan. Các tác gi đư mô phỏng và vận hành hệ thống hồ ch a
theo th i đo n ngƠy, sau đó tính toán các chỉ số thiếu h t n

c (shortage indices

- SI) cho c 2 hồ trong th i gian mô phỏng dài. Thuật toán NSGA-II đư đ
d ng để làm gi m chỉ số SI thông qua chiến l

c sử

c phối h p vận hành 2 hồ. Kết

qu tính toán v i 49 năm số liệu, các tác gi cho rằng hoàn toàn có thể tìm các
chiến l

c phối h p vận hành tốt h n nhiều so v i thực tế vận hành trong 49

năm qua vƠ l i gi i tối u Pareto tìm đ
phối h p vận hành.

c cho 2 hồ chính là kiến nghị cho việc


13
Wei, C. C. and Hsu, N. S. Wei, C. C. and Hsu, N. S. (2009) [73] áp d ng
vận hành tối u v i các quy tắc nhánh cây (treebased rules) cho hệ thống hồ
ch a đa m c tiêu phòng lũ v i th i gian thực bằng việc tích h p vào hệ thống
mô hình dự báo th y văn. Ph

ng pháp nƠy đư đ

ĐƠi loan. Kết qu vận hành thử nghiệm cho trận m a

ch a trên sông Tanshui

lũ lịch sử năm 2004 cho th y ph

ng pháp nƠy có kết qu tốt, đ m b o cắt đ

đỉnh lũ theo yêu c u c a các điểm kiểm soát
tích n

c vào cuối mùa lũ

1.3. Các nghiên c u

c áp d ng cho hệ thống hồ

c

h l u mƠ vẫn đ m b o yêu c u

các hồ ch a.

Vi t Nam

Nghiên c u vận hành đ n hồ ch a và liên hồ ch a là m t trong những v n
đề quan trọng trong công tác qu n lý tƠi nguyên n

c l u vực sông và đ

c

nhiều c quan nghiên c u quan tơm nh các Viện Khoa học Th y l i Việt Nam,
Viện Khoa học Khí t

ng Th y văn và Biến đổi khí hậu, Viện C học, Viện

Toán học cũng nh các tr

ng Đ i học Th y l i, Đ i học Khoa học Tự nhiên,

Đ i học ĐƠ Nẵng, Đ i học Huếầ vƠ các Công ty t v n Th y l i, t v n điện.
Các nghiên c u đư đ
sông khác nhau
n

n

c ng d ng vào thực tiễn các hồ ch a thu c các l u vực
c ta vƠ đư đem l i hiệu qu nh t định trong phòng lũ, c p

c vƠ phát điện.
Nghiên c u đ u tiên về v n đề vận hành hồ ch a có thể kể đến các nghiên

c u thiết kế và vận hành cho hồ Thác Bà vào những năm 1960. Tiếp đó năm
1991, tác gi Nguyễn Trọng Sinh đư sử d ng ph

ng pháp Quy ho ch đ ng và

chu i dòng ch y trung bình 10 ngƠy để xây dựng biểu đồ điều phối hồ Hòa Bình
sao cho tổng điện năng thu đ

c là l n nh t.

Năm 1982, Nguyễn L i đư nghiên c u phân kỳ lũ sông Hồng [3]. Kỳ lũ
trên sông Hồng đ

c phân thành 3 th i kỳ hình thành khác nhau: kỳ lũ s m

(tháng 5 đến tháng 6), trong nghiên c u nƠy đư xác định lũ đ
m a front cực kết h p v i bưo đ u mùa trên nền l

c hình thành b i

ng trữ l u vực th p dẫn đến