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

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


14
quy mô lũ nhỏ; Kỳ chính v (tháng 7 đến tháng 8), lũ đ

c hình thƠnh do m a

c a d i h i t nhiệt đ i kết h p v i bão giữa mùa trên nền l

ng trữ l u vực

trung bình có quy mô l n nh t trong c năm; Kỳ lũ cuối v (tháng 9 đến tháng
10) lũ đ

c hình thƠnh do m a front cực kết h p bão cuối mùa trên nền l

ng

trữ l u vực cao, gơy quy mô lũ trung bình.
Năm 1996, Trịnh Quang Hòa thực hiện đề tài “Nghiên c u xây dựng công
nghệ nhận d ng lũ sông Hồng ph c v điều hành hồ Hòa Bình phòng chống lũ
h du” [4]. Đề tƠi đư đ a ra khái niệm đ
sông ĐƠ, ng d ng đ
Hiện nay, mô hình đư đ
vƠ đang đ

Khí t

ng trữ n

ng trữ n

c tiềm năng trên sông Hồng,

c tiềm năng để dự báo s m đỉnh lũ sông Hồng.

c viết l i trên ngôn ngữ dùng trong môi tr

ng window

c ng d ng t i Phòng Dự báo Th y văn Bắc B , Trung tâm Dự báo

ng th y văn Trung

ng. Công nghệ ch yếu tập trung vào nhận d ng

đỉnh lũ trên sông Hồng t i tr m th y văn S n Tơy trong mùa lũ chính v (từ
tháng 6 đến tháng 8).
Năm 2002, Nguyễn Th

ng Bằng đư nghiên c u mô hình tối u đa m c

tiêu hệ thống th y l i - th y điện, v i hai m c tiêu tổng điện năng trong mùa c p
n

c là l n nh t vƠ dùng ph

ng pháp quy ho ch phi tuyến tổng h nhanh nh t

GRG (Generalized reduced gradient) để gi i. Tác gi đư ng d ng mô hình và
ph

ng pháp gi i cho hệ thống th y l i th y điện l u vực sông Lô-Gâm-Ch y.
Năm 2003, HƠ Văn Khối và Lê B o Trung [8] đư áp d ng quy ho ch đ ng

hai chiều xác định chế đ tối u hệ thống hồ ch a phát điện bậc thang, ch
trình đư đ

ng

c áp d ng thử nghiệm cho hệ thống ba hồ ch a bậc thang sông ĐƠ.

Năm 2004, B Khoa học và Công nghệ lập Tổ so n th o “Quy trình vận
hành hồ ch a th y điện Hòa Bình và các công trình cắt gi m lũ sông Hồng trong
mùa lũ hƠng năm” [12]. Quy trình đ

c ban hƠnh theo văn b n số 103/PCLBTW

ngƠy 16 tháng 6 năm 2005. Trong đó l n đ u tiên tổ h p lũ thực hiện bằng
ph

ng pháp Monte Carlo và hoàn nguyên trận lũ năm 1996 trên sông ĐƠ, tính

l i lũ PMF cho hồ Hòa Bình.

15
Năm 2005, tác gi Lê Thanh Tú sử d ng ph

ng pháp quy ho ch đ ng để

xây dựng biểu đồ điều phối tối u c a hệ thống bậc thang hồ ch a Đồng Nai 3
vƠ Đồng Nai 4, m c tiêu c a bài toán là đ m b o l i nhuận từ phát điện là l n
nh t và các nhu c u t

i cho nông nghiệp d

i h du.

Năm 2005, Phan Văn Hùng đư nghiên c u đ a ra tiêu chu n tối u hồ
ch a n

c có nhiệm v t

i là chính và kết h p phát điện. Tác gi đư b

cđ u

đ a ra chế đ làm việc c a hồ ch a trong các năm th y văn điển hình khác nhau,
phơn tích vƠ đề xu t các tiêu chu n tối u dựa trên phơn tích l

ng n

c đến

theo hai mùa kiệt vƠ mùa m a.

Năm 2009, HƠ Ngọc Hiến và nhiều ng

i khác đư nghiên c u xây dựng

mô hình vận hành tối u chống lũ theo th i gian thực cho hệ thống hồ ch a trên
sông ĐƠ vƠ sông Lô [20] v i các m c tiêu là tối đa tổng dung tích chống lũ.
Hoàng Minh Tuyển Luận án Tiến Sĩ năm 2002 [7] v i n i dung chính c a
luận án là: 1. Xây dựng công nghệ tổ h p lũ có xem xét đến tỉ lệ đóng góp c a
ba sông ĐƠ, Thao, Lô trong sự hình thƠnh lũ h du; 2. Xây dựng m t ch
trình truyền lũ trên m ng sông Hồng về đến Hà N i, Th
yêu c u c a bài toán tổ h p lũ, các thông số đ
lòng dẫn m i; 3. Thiết lập ch

ng

ng Cát, phù h p v i

c cập nhật theo số liệu địa hình

ng trình vận hành cửa van điều tiết lũ c a hệ

thống hồ ch a Hòa Bình, S n La, Thác BƠ, Đ i Thị; 4. Phơn tích đ tin cậy c a
ph

ng án quy ho ch hệ thống hồ ch a trong không gian lũ mô phỏng lƠ c s

để phân tích quy trình cắt lũ c a hệ thống hồ ch a, lựa chọn tổng dung tích phòng
lũ các hồ trên sông ĐƠ vƠ kh năng phơn lũ vƠo sông Đáy. Luận án đư xây dựng
đ

c công nghệ phơn tích vƠ điều hành hệ thống hồ ch a trên sông Hồng chống

lũ cho h du, c thể lƠ đư phát triển và xây dựng ch
đ ng học, ch

ng trình điều hành hệ thống hồ ch a th

có cửa van và mối liên hệ ng

ng trình truyền lũ sóng
ng nguồn sông Hồng

c v i h du và tổ h p lũ trên hệ thống.

Nguyễn Thế Hùng-Lê Hùng, tr

ng Đ i học Bách Khoa, Đ i học ĐƠ

Nẵng [17], năm 2009 đư trình bƠy mô hình Thuật toán di truyền (GA) để tìm


16
quỹ đ o vận hành tối u hồ ch a nhà máy Th y điện Ea Krông Rou - Tỉnh Khánh
Hòa v i đ n m c tiêu là s n l

ng điện năng cực đ i. Trong nghiên c u này,

chu i dòng ch y đến từng tháng đ
thông qua ch

c kéo dài bằng ph

ng pháp Monte-Carlo

ng trình Crystal Ball, hƠm phơn phối xác su t đ

c chọn là d ng

phân phối đều (The Uniform Distribution), t t c các giá trị trong kho ng từ giá
trị tối thiểu t i giá trị tối đa đều xu t hiện v i m t kh năng nh nhau. Nh nhiều
nghiên c u khác, trong nghiên c u này, hàm m c tiêu là s n l
c a nhà máy th y điện đ t cực đ i ng v i trị số mực n

ng điện năng

c vận hành

các

kho ng th i gian trong năm c a hồ ch a làm việc đ c lập. Kết qu tính toán cho
th y dễ dàng m r ng cho bài toán vận hành tối u nhƠ máy th y điện đa m c
tiêu so v i ph

ng pháp qui ho ch đ ng.

HƠ Văn Khối năm 2010 [25] đư đ a ra m t số ý kiến và kết qu tính toán
s b về vai trò chống lũ h du c a hồ ch a A V

ng vƠ xem xét kh năng giao

thêm nhiệm v chống lũ h du cho các hồ ch a trên sông Vu Gia - Thu Bồn. Tác
gi đư đề xu t c n nghiên c u bổ sung: (1) Về quy trình chống lũ khi mực n
hồ đang th p để vừa đ m b o an toƠn tích n

c

c hồ ch a vừa nâng cao hiệu qu

gi m lũ h du; (2) Tăng thêm nhiệm v phòng chống lũ cho các hồ ch a, nh ng
ph i đ m b o không nh h

ng l n đến hiệu qu phát điện và hiệu qu cắt lũ,

ph i mang l i l i ích xã h i l n, đồng th i gi i quyết hài hòa quyền l i giữa ch
đ u t vƠ NhƠ n

c nếu có bổ sung thêm về nhiệm v chống lũ.

Luận án tiến sĩ c a Hoàng Thanh Tùng năm 2011 [35] đư lựa chọn sử
d ng kết h p mô hình số trị dự báo th i tiết BOLAM c a Italia v i mô hình nhận
d ng hình thế th i tiết gơy m a để dự báo m a cho l u vực. V i dự báo lũ trung
h n, tác gi đư lựa chọn h

ng tiếp cận lai ghép giữa các ph

thống và hiện đ i để tận d ng tối đa những u điểm c a từng ph
ghép đ

ng pháp truyền
ng pháp. Lai

c thực hiện trong nghiên c u là sự lai ghép giữa mô hình t t định (mô

hình HEC-HMS, EANN) v i mô hình ngẫu nhiên ARIMA để dự báo và hiệu
chỉnh sai số dự báo, sự lai ghép giữa mô hình m ng th n kinh nhân t o (Back


17
Propagation Neural Network - BPNN) v i thuật toán gi i đoán Gen (Genetic
Algorithsm - GA) t o thành mô hình EANN (Evolution Artificient Neural
Network) để c i tiến và khắc ph c nh

c điểm cố hữu c a mô hình BPNN là r t

khó tìm m ng phù h p, đồng th i gi m th i gian luyện m ng r t phù h p v i
việc cập nhật số liệu liên t c trong dự báo tác nghiệp. V i nghiên c u vận hành
hệ thống hồ ch a, tác gi đư lựa chọn h

ng tiếp cận kết h p giữa mô hình mô

phỏng (HEC-HMS, HEC-ResSim) v i mô hình điều khiển hệ thống trong đó sử
d ng c hai ph

ng pháp “ n” vƠ “Hiện” để xác định các u tiên vận hành cho

từng hồ trong hệ thống (phân nhỏ các vùng dung tích để vận hành theo các u
tiên c a biểu đồ điều phối c a từng hồ sao cho có hiệu qu ) vƠ các u tiên vận
hành kết h p giữa các hồ v i các u tiên rƠng bu c về mực n
c a các vùng bị nh h

ng d

ng

i h l u để đ m b o m c tiêu phòng lũ cho các

công trình và cho các vùng nh h

ng d

i h du các công trình. V i những hồ

ch a có quy trình vận hành, nghiên c u đư lập ch

ng trình tính theo ph

pháp quy ho ch đ ng v i dòng ch y đến hồ là ngẫu nhiên đ
ph

c vƠ l u l

ng

c mô phỏng bằng

ng pháp Monte Carlo. Tác gi đư nghiên c u và tích h p thành công mô

hình dự báo m a, lũ v i mô hình vận hành hồ ch a. Trong đó mô hình dự báo
lũ đến hồ ch a, các nhập l u khu giữa đư đ

c tích h p hoàn toàn tự đ ng v i

mô hình vận hành hồ ch a. Đơy chính lƠ tiền đề quan trọng h

ng t i việc vận

hành hệ thống hồ ch a phòng lũ theo th i gian thực, lƠ ph

ng pháp mƠ các

n

c tiên tiến trên thế gi i đang thực hiện. Nh vơy, luận án đ a ra ph

áp d ng hiệu qu m ng ANN v i thuật toán quét ng

ng pháp

c (BPNN) bằng việc sử

d ng thuật toán gi i đoán Gen GA trong quá trình tìm c u trúc m ng tối u. Xử
lý nƠy đư lƠm cho quá trình luyện m ng nhanh h n r t nhiều, r t phù h p cho dự
báo tác nghiệp khi liên t c ph i cập nhật số liệu m i và luyện l i m ng. Thêm
vƠo đó đư nơng cao đ

c ch t l

ng dự báo từ các mô hình nhận th c thông qua

áp d ng mô hình ngẫu nhiên ARIMA để dự báo sai số dùng để hiệu chỉnh và

đ a ra giá trị dự báo.


18
Nguyễn Thế Hùng-Lê Hùng, tr

ng Đ i học Bách Khoa, Đ i học ĐƠ

Nẵng [37] “Nghiên c u áp d ng thuật toán di truyền tìm kiếm quỹ đ o vận hành
tối u hồ ch a n

c có nhà máy th y điện làm việc đ c lập v i quá trình dòng

ch y đến là ngẫu nhiên”, năm 2011. Trong nghiên c u nƠy đư đề xu t mô hình
toán để gi i bài toán vận hành tối u hồ ch a đa m c đích v i các m c đích phát
điện, t

i, phòng lũ, đ m b o môi tr

ng sinh thái và yêu c u c p n

c cho h

ng d ng kỹ thuật tối u quy

du. Dựa trên các mô hình toán thiết lập, tác gi

ho ch đ ng để gi i các mô hình toán trên và xây dựng ch

ng trình tính bằng

ngôn ngữ lập trình Delphi. Nghiên c u đư áp d ng tính cho hồ Định Bình (v i
m c tiêu t
hồ A V

i, phòng lũ, phát điện vƠ đ m b o yêu c u c p n
ng (phát điện, đ m b o cung c p n

c cho h du trong mùa kiệt, và

điều tiết m t ph n lũ). Kết qu nghiên c u đư đề xu t 3 tr
khác nhau trong đó m c đích đ m b o yêu c u môi tr
c uc pn

c cho h du đ

duy nh t, nếu điện l

c có nhiệm v phát điện vƠ t

đơy yêu c u t

i ngang nhau, tiêu

c là mặt tối u Pareto, kết qu tìm đ
ng tăng thì l

c.

i là nhỏ nh t và điện năng l n nh t;

ng thiếu h t t

c không ph i là

i sẽ l n vƠ ng

tùy theo các yêu c u thực tế mà ta sẽ gán các trọng số t
giá trị tối u t

ng x

ng x yêu c u cho h du và m c đích phòng

đơy lƠ sự thiếu h t cho t

L i gi i tối u tìm đ

ng sinh thái hoặc yêu

c hồ trong mùa lũ ph i nhỏ h n m t giá trị xác định tr

Trường hợp 1: Hồ ch a n
chu n tối u

ng h p tính toán

c xem nh m t điều kiện ràng bu c, đó lƠ l

c a hồ xuống h du ph i l n h n l

lũ thì yêu c u mực n

c cho h du) và

c l i, do đó

i vƠ điện để đ t đ

ng ng; Trường hợp 2: M c đích phát điện chính, t

c

i ph thì

i ta xem nh rƠng bu c vƠ sau đó ta gi i theo bài toán tối u

đ n m c tiêu. V i các kết qu s n l

ng điện đ t đ

c c a hồ ch a A V

ng

tăng từ (4,8÷6,8)% so v i kết qu vận hành thực tế năm 2009. Trường hợp 3:
M c đích t

i chính, phát điện ph thì v i mô hình toán

thiếu h t yêu c u t

i là nhỏ nh t vƠ l

ng điện đ t đ

trên đư cho kết qu

c là r t l n.


19
Tô Thúy Nga v i luận án tiến sĩ “Mô hình vận hƠnh điều tiết th i gian
thực th i kỳ mùa lũ hệ thống hồ ch a trên sông Vu Gia - Thu Bồn” [50], đư thiết
lập đ

c ch

ng trình tính toán, mô phỏng lũ (MOPHONG-LU) tích h p ba mô

hình: mô hình m a dòng ch y, mô hình vận hƠnh hồ ch a vƠ diễn toán lũ trong
sông cho vùng th

ng du sông Vu Gia - Thu Bồn ph c v cho dự báo lũ v i th i

gian dự kiến từ 3 đến 5 ngƠy lƠm c s cho việc xác định chế đ vận hành hồ
ch a theo th i gian thực. Trên c s
thực ng v i các ph
ph

ng d ng mô hình mô phỏng hteo th i gian

ng án vận hành hệ thống hồ ch a phòng lũ, đư đề xu t

ng án tăng dung tích phòng lũ vƠ chế đ vận hành nhằm nâng cao hiệu qu

cắt gi m lũ cho h du, lƠm c s cho việc bổ sung quy trình liên hồ ch a đư đ

c

phê duyệt.
V i l u vực sông Ba, nhiều nghiên c u liên qua đến th y văn, th y l i và
tƠi nguyên n

c đư đ

c thực hiện, m t số công trình và dự án nghiên c u chính

liên quan nh sau:
Nghiên c u s m nh t về v n đề khai thác sử d ng n

c và vận hành hồ

ch a trên l u vực sông Ba là nghiên c u ph c v xây dựng công trình Đập Đồng
Cam vƠo năm 1924 và c m công trình c p n
Đề tài c p nhƠ n

c Ayun H năm 1994 [1], [2].

c: “Nghiên c u luận c khoa học cho các gi i pháp

phòng tránh, h n chế hậu qu lũ l t l u vực sông Ba” [34] thực hiện trong 3 năm
(2001-2003) do PGS.TSKH Nguyên Văn C ch nhiệm. Đề tƠi đặt ra m c tiêu
chính sau: - Cung c p luận c khoa học về lũ l t và diễn biến lũ l t ph c v qui
ho ch tổng thể phát triển KT - XH, phòng tránh gi m nhẹ thiên tai lũ l t l u vực
sông Ba; - Đề xu t các gi i pháp KHCN phòng tránh và gi m nhẹ thiên tai lũ l t
các tỉnh trong khu vực nghiên c u. Để đ t đ

c m c tiêu đặt ra, đề tài thực hiện

các n i dung chính: i) Phân tích các yếu tố tự nhiên xã h i nh h

ng đến lũ l t

l u vực sông Ba; ii) Phơn tích, đánh giá vƠ xác định nguyên nhơn lũ l t trên l u
vực sông Ba, ngoài việc phơn tích đặc điểm c a các trận lũ trong quá kh
h

ng đến dân sinh và h t ng, nh h

nh

ng c a điều kiện mặt đệm đến lũ l t, đề


20
tƠi đã ng d ng mô hình toán th y văn th y lực để xây dựng b n đồ ngập l t
ng các ph

ng án khác nhau; iii) Từ việc phơn tích đặc điểm ngập l t và b n

đồ ngập l t đề tƠi đư đề xu t gi i pháp phòng tránh, h n chế thiệt h i do lũ l t
gơy ra trên l u vực sông Ba. T i th i điểm thực hiện đề tài m i chỉ có 2 hồ ch a
l n Ayun H và Sông Hinh ho t đ ng so v i 6 hồ l n hiện nay. Đề tƠi, ch a đề
cập đến các nghiên c u liên quan về vận hành liên hồ ch a và xây dựng Quy
trình vận hành hồ ch a.
Trong dự án “Quy ho ch sử d ng và tổng h p nguồn n

c l u vực sông

Ba” [14] mà B Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn đư giao cho Viện Quy
ho ch Thuỷ l i có h p ph n xây dựng các ph

ng án phòng chống lũ để b o vệ

cho vùng h l u sông Ba. N i dung ch yếu c a h p ph n này là tính toán th y
lực lũ h l u sông Ba v i nhiệm v mô phỏng l i chế đ lũ 11/1988, lũ 10/1993,
lũ 9/2005 vƠ tính toán các con lũ t n su t 1, 5, 10% để xem xét hiệu qu cắt lũ
cho h du c a công trình hồ Sông Ba H v i các tr

ng h p có bậc thang thuỷ

điện phía trên sông Ba H và công trình thuỷ điện Sông Hinh.
Đề tài nghiên c u khoa học công nghệ c p b “Nghiên c u c s lý luận
và thực tiễn về qu n lý tổng h p tƠi nguyên n

c trên l u vực sông Ba” [9] do

GS.TS Lê Kim Truyền làm ch nhiệm đư đ

c thực hiện trong 2 năm (2001-

2003). N i dung c a đề tài bao gồm: Xây dựng hệ thống thông tin và qu n lý dữ
liệu nhằm qu n lý tƠi nguyên n

c sông Ba; Đ a ra c s lý luận và thực tiễn

chung nh t c a qu n lý tổng h p tƠi nguyên n

c nói chung và sông Ba nói

riêng. Đề tài tập trung vào việc xây dựng c s dữ liệu khí t
d ng n

ng th y văn vƠ sử

c trên l u vực, c chế chính sách trong qu n lý tƠi nguyên n

c trên

l u vực sông Ba, từ đó đề xu t c s lý luận và thực tiễn qu n lý tổng h p tài
nguyên n

c.

C c Qu n lý TƠi nguyên n

c đư ch trì thực hiện dự án: “Điều tra tình

hình khai thác, sử d ng tƠi nguyên n

c và x n

vực sông Ba” [18]. Dự án đư thực hiện đ

c th i vào nguồn n

cl u

c hai m c tiêu sau: - Khái quát tình


21
hình khai thác, sử d ng TNN và x n

c th i vào nguồn n

định những v n đề nổi c m, c p bách c n gi i quyết vƠ tăng c
qu n lý tƠi nguyên n

c; đồng th i xác
ng cho công tác

c cho l u vực sông Ba; - LƠm c s để các địa ph

trong l u vực qu n lý, b o vệ, khai thác, sử d ng h p lý tƠi nguyên n
công tác c p phép khai thác thăm dò, khai thác vƠ x n

c; h tr

c th i vào nguồn n

Dự án đ n thu n cung c p thông tin về tình hình khai thác, sử d ng n

ng
c.

c và x

th i trên l u vực sông Ba.
Dự án “Quy ho ch tƠi nguyên n
Tài nguyên n
Tr

c l u vực sông Ba” giữa C c Qu n lý

c và Trung tâm Th y văn ng d ng và kỹ thuật môi tr

ng -

ng Đ i học Th y l i thực hiện từ năm 2005-2010 [22] có các n i dung ch

yếu: - Điều tra thu thập, tổng h p, phân tích thông tin, số liệu về điều kiện tự
nhiên, kinh tế xã h i; tình hình hiện tr ng b o vệ, khai thác, sử d ng và phát
triển tƠi nguyên n

c; phòng, chống, gi m thiểu tác h i do n

hình qu n lý, b o vệ tƠi nguyên n
nguyên n

c và b o vệ môi tr

c gây ra và tình

ng liên quan đến tài

c trên l u vực sông Ba ph c v cho lập quy ho ch; - Đánh giá tổng

quan về điều kiện tự nhiên, kinh tế, xã h i và hiện tr ng b o vệ khai thác, sử
d ng và phát triển tƠi nguyên n
môi tr

c, gi m thiểu tác h i do n

ng liên quan đến tƠi nguyên n

nhu c u khai thác, sử d ng n

c

c gây ra và b o vệ

l u vực sông; - Phơn tích đánh giá

c c a các ngƠnh, các lĩnh vực, các địa ph

ng

trong l u vực sông Ba nhằm b o đ m các m c tiêu phát triển kinh tế, xã h i và
b o vệ môi tr

n

ng c a l u vực sông; - Đánh giá cơn bằng giữa tiềm năng nguồn

c và nhu c u khai thác sử d ng n

c; - Nghiên c u xác định các định h

và gi i pháp ph c v qu n lý, b o vệ, phát triển tƠi nguyên n
gi m thiểu tác h i do n

c gây ra

ng

c, phòng, chống,

l u vực sông Ba, gi i pháp vƠ định h

ng

trong việc thực hiện quy ho ch. Nh vậy, dự án chỉ tập trung vào tính toán cân
bằng n

c vƠ đề xu t định h

ng gi i pháp qu n lý tƠi nguyên n

chống gi m thiểu các tác h i do n
điều tra.

c, phòng

c thông qua các thông tin số liệu thu thập và


22
Đề tài nghiên c u khoa học c p B : “Hệ thống h tr kỹ thuật gi i quyết
tranh ch p về tƠi nguyên n
H

c l u vực sông Ba” [21] do TS. Huỳnh Thị Lan

ng - Viện Khoa học Khí t

học Khí t

ng Th y văn vƠ Môi tr

ng (nay là Viện Khoa

ng Th y văn vƠ Biến đổi khí hậu) thực hiện năm 2008-2009. Đề tài

đư nghiên c u đ a ra c s khoa học kỹ thuật nhằm gi i quyết các tranh ch p về
tƠi nguyên n

c giữa các h dùng n

vào xác định các nhu c u n
bằng n

c trên l u vực. Đề tài tập trung ch yếu

c chính trên l u vực, tính toán nhu c u n

c vƠ đề xu t gi i quyết tranh ch p về tƠi nguyên n

khi mà nhu c u dùng n

c c a các h sử d ng n

c, Viện Khoa học Khí t

Viện Khoa học Khí t

c trong mùa c n,

c là cao.

Từ năm 2009-2010, B Tài nguyên và Môi tr
lý TƠi nguyên n

c, cân

ng đư chỉ đ o C c qu n

ng Th y văn vƠ Môi tr

ng (nay là

ng Th y văn vƠ Biến đổi khí hậu) cùng các chuyên gia

đ u ngành vƠ các đ n vị trong và ngoài B thực hiện dự án việc xây dựng Quy
trình Vận hành liên hồ ch a các hồ ch a l n trên l u vực sông Ba [30]. Kết qu
c a quá trình thực hiện là quyết định 1757/QĐ-TTg ngƠy 23 tháng 9 năm 2010
c a Th t

ng Chính ph về việc ban hành Quy trình vận hành liên hồ ch a các

hồ: Sông Ba H , Sông Hinh, Krông H’năng, Ayun H và An Khê-Ka Nak trong
mùa lũ hƠng năm [31] vƠ đ

c sửa đổi vƠo năm 2014 v i quyết định 1077/QĐ-

TTg ngƠy 07 tháng 7 năm 2014 c a Th t

ng Chính ph về việc ban hành Quy

trình vận hành liên hồ ch a trên l u vực sông Ba [47, 48], trong đó NCS và th y
h

ng dẫn PGS.TS. Hoàng Minh Tuyển là những ng

i chính thực hiện các n i

dung chuyên môn c a dự án. Để có c s xây dựng Quy trình vận hành liên hồ
trong mùa lũ trong quyết định năm 2010, dự án đư nghiên c u các v n đề về tổ
h p lũ, phơn kỳ lũ trên l u vực sông Ba, căn c vào phân tích về mối quan hệ
đặc điểm lũ v i hệ thống hồ ch a vƠ đặc điểm l u vực sông Ba để đề ra đ

c

nguyên tắc vận hành nhằm gi m lũ cho h du l u vực sông Ba, khi dự báo có lũ
l n x y ra, căn c vào dự báo l u l

ng đến các hồ trong 24 gi để x b t n

c

dành dung tích cắt gi m lũ cho h du và các hồ tham gia cắt lũ khi dự báo trong


23
6- 12 gi t i lũ đến hồ đặt đỉnh, hồ đ
n

c dơng bình th

c phép tích n

c cắt gi m lũ đến mực

ng. Quá trình áp d ng Quy trình vận hành từ năm 2010, v i

điều kiện còn h n chế về kh năng dự báo lũ tr

c 6 - 12 - 24 gi , m ng l

i

quan trắc còn th a vƠ các điều kiện khách quan khác về đặc điểm l u vực, nên
việc áp d ng Quy trình trong thực tế còn khó khăn vƠ hiệu qu cắt gi m lũ, còn
bị h n chế. Dẫn đến năm 2014 đư sửa đổi Quy trình vận hành v i yêu c u các
hồ ph i dành m t dung tích phòng lũ tối thiểu cố định trong suốt mùa lũ, khi có
dự báo bưo lũ đến các hồ l i tiếp t c x n

c để dƠnh thêm dung tích phòng lũ

và việc căn c vận hành không theo giá trị dự báo mà theo giá trị thực tế đo
đ

c. Điều này dẫn đến hiệu qu sử d ng n

c và phát điện không cao, có thể

gây lúng túng trong việc vận hành và kh năng các hồ không tích đ y n

c vào

mùa lũ r t cao. Nh vậy, trong nghiên c u năm 2009, đư có những ý t

ng hay

về nguyên tắc vận hành liên hồ ch a, theo th i gian NCS đư nhận th y m t số
h n chế trong nguyên tắc vận hƠnh đó lƠ ch a phơn tích kỹ nhiều tình huống về
quá trình x n

c đón lũ c a từng hồ sao cho có l i nh t mà vẫn an toàn cho h

du. Trong nghiên c u 2014, v i cách th c vận hƠnh nh vậy sẽ đem l i hiệu qu

cắt gi m lũ nh ng không đem l i hiệu qu sử d ng n

c do các hồ ph i dành

dung tích phòng lũ cho c mùa lũ, ch a xem xét đánh giá giữa vận hành cắt gi m
lũ vƠ phát điện trong mùa lũ c a các hồ.
Đề tài c p nhƠ n

c: “Nghiên c u xây dựng công nghệ điều hành hệ thống

liên hồ ch a đ m b o ngăn lũ, chậm lũ, an toƠn vận hành hồ ch a và sử d ng
h p lý tƠi nguyên n

c về mùa kiệt l u vực sông Ba” [34] thu c Ch

ng trình

“Khoa học và công nghệ ph c v phòng tránh thiên tai, b o vệ môi tr

ng và sử

d ng h p lý tƠi nguyên thiên nhiên”. MS: KC.08.30/06-10 do PGS.TS. Nguyễn
Hữu Kh i ch trì. Đề tƠi đư nghiên c u đ a ra đề xu t quy trình vận hành liên
hồ ch a sông Ba mùa kiệt và quy trình vận hƠnh mùa lũ. Kết qu chính đ t đ
c a đề tài là xây dựng đ

c

c công nghệ điều hành hệ thống liên hồ ch a dựa trên

các mô hình toán th y văn - th y lực (NAM, HecResim và Mike11) và các


24
nguyên tắc vận hƠnh đ a ra trong dự án xây dựng quy trình vận hành liên hồ
ch a c a B TƠi nguyên vƠ Môi tr

ng.

PGS. TS. Nguyễn Hữu Kh i và ThS. Lê Xuân C u [33] đư nghiên c u
v n đề “Xây dựng đ

ng cong chu n quy tắc vận hành tối u liên hồ ch a th y

điện hệ thống hồ sông Ba”. Nghiên c u đư sử d ng ph

ng pháp kết h p mô

phỏng (truyền lũ, vận hành hồ) và tối u để xây dựng qui tắc vận hành. Nghiên
c u nƠy đư đ a ra các b
th tự các b
địa hình, khí t

c xây dựng đ

ng cong chu n qui tắc vận hành tối u,

c xây dựng qui trình nh sau: 1. Thu thập các tài liệu c b n về
ng, th y văn; 2. Xơy dựng các mô hình mô phỏng liên hồ ch a

th y điện; 3. Xây dựng các kịch b n lũ vƠ c n; 4. Tính toán xác định đ

ng cong

qui tắc vận hành hồ dựa trên kết qu mô phỏng liên hồ ch a th y điện v i các
kịch b n lũ; 5. Tính toán xác định đ

ng cong qui tắc vận hành hồ dựa trên kết

qu mô phỏng liên hồ ch a th y điện v i các kịch b n c n; 6. Phân tích kết qu .
Thuật toán gen đ
n

c áp d ng để tính toán tối u đa m c tiêu sử d ng hồ ch a

c, thuật toán này cho phép tìm cực trị toàn c c c a m t hàm m c tiêu b t kỳ

liên t c hay gián đo n. Dựa trên quy định vận hành liên hồ đ
hành, nghiên c u đư xác định đ

cđ

ng cong qui tắc vận hành tối u (lƠ đ

cong biểu diễn mối quan hệ giữa l u l
l

c chính ph ban

ng dòng ra khỏi hồ, mực n

ng

c hồ và

ng dòng ch y đến sao cho vận hành c a liên hồ ch a là tối u) c a 6 hồ ch a

trên sông Ba.
Năm 2012, C n Thu Văn, Nguyễn Hữu Kh i vƠ Nguyễn Thanh S n [40]
áp d ng mô hình MIKE - FLOOD mô phỏng ngập l t h l u sông Ba. Nghiên
c u này chỉ tập trung vào việc ng d ng mô hình th y văn, th y lực để xây dựng
b n đồ ngập l t cho vùng h l u sông Ba.
Thơn Văn Đón, Trung tơm Quy ho ch vƠ Điều tra tƠi nguyên n

c quốc

gia năm 2012 [41] v i đề tài c p c s “Nghiên c u ng d ng mô hình số thích
h p dự báo tƠi nguyên n
tiêu c a đề tài là dự báo đ

c mặt (về mặt số l
c (số l

ng) cho l u vực sông Ba”. M c

ng) tƠi nguyên n

c mặt theo tháng cho

25
l u vực sông Ba, ph c v qu n lý tƠi nguyên n
tài thực hiện các n i dung chính:
ch y ph c v dự báo số l
sông Ba: (1)
l

c mặt trên l u vực sông Ba. Đề

ng d ng mô hình th y văn mô phỏng dòng

ng tƠi nguyên n

c mặt theo tháng trên hệ thống

ng mô hình Tank để mô phỏng dòng ch y ph c v dự báo số

ng tƠi nguyên n

hình cân bằng n

c mặt theo tháng trên hệ thống sông Ba: (2) Áp d ng mô

c l u vực sông Ba ph c v dự báo số l

ng tƠi nguyên n

c

mặt theo tháng: Nghiên c u áp d ng mô hình Mike Basin tính toán cân bằng

n

c t i các tiểu l u vực sông Ba. (3) Nghiên c u xây dựng ch

lý dữ liệu, hiển thị và xu t b n tin thông báo số l
GS. Ngô Đình Tu n, Tr

ng trình qu n

ng tƠi nguyên n

c mặt.

ng Đ i học Th y l i [44], thực hiện đề tài c p

nhƠ n

c “Nghiên c u gi i pháp tổng thể sử d ng h p lý tài nguyên và b o vệ

môi tr

ng l u vực sông Ba và sông Côn”. Đề tƠi đư tiến hành đánh giá tổng

h p toàn b tƠi nguyên n

c cũng nh quy ho ch th y l i - th y điện trên l u

vực sông Ba vƠ sông Côn đến năm 2010 - 2020 và tính toán cân bằng n
l u vực hai sông và áp d ng ph
n

ng pháp kế toán n

c trên

c xem xét v n đề sử d ng

c c a l u vực sông. Trên c s các nghiên c u, đề tài kiến nghị thành lập tổ

ch c l u vực sông cho từng l u vực.
1.4. K t lu n ch

ng 1

Trong những năm g n đơy trên thế gi i, nghiên c u vận hành hồ ch a tập
trung vào sử d ng công c mô hình toán, lý thuyết tối u nhằm tính toán vận
hành hồ ch a theo th i gian thực [56, 58, 60, 61, 64, 71-73], tính toán tối u vận
hành hồ ch a phòng lũ, phát điện, c p n

c h du và các v n đề liên quan [57,

59, 60, 62, 64-70, 73]. Trong bài toán vận hành hồ ch a đa m c tiêu, dung tích
c a m i hồ trong hệ thống đ
nữa các n

c phơn định rõ cho từng nhiệm v c p n

c. h n

c phát triển hệ thống số liệu, tài liệu nền c a các ngƠnh dùng n

lƠ đ y đ vƠ đồng b , công tác qu n lý tƠi nguyên n

cđ

c

c thực hiện m t cách

hiệu qu và có sự đồng thuận cao giữa các ngành, các m c tiêu vận hành, m c
tiêu sử d ng n

c c a hệ thống hồ đ

c xác định vƠ phơn định rõ theo th i gian