Đánh giá vai trò của vận hành hệ thống hồ chứa đến ngập lụt ở hạ du lưu vực sông Cả (Luận văn thạc sĩ)

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ
ĐÁNH GIÁ VAI TRÒ CỦA VẬN HÀNH HỆ THỐNG HỒ CHỨA
ĐẾN NGẬP LỤT Ở HẠ DU LƯU VỰC SÔNG CẢ

CHUYÊN NGÀNH: THUỶ VĂN HỌC

NGUYỄN VĂN CHUNG

HÀ NỘI, NĂM 2017


BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ
ĐÁNH GIÁ VAI TRÒ CỦA VẬN HÀNH HỆ THỐNG HỒ CHỨA
ĐẾN NGẬP LỤT Ở HẠ DU LƯU VỰC SÔNG CẢ

NGUYỄN VĂN CHUNG

CHUYÊN NGÀNH
MÃ SỐ

: THUỶ VĂN HỌC
: 62.44.02.24

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. HOÀNG THỊ NGUYỆT MINH

HÀ NỘI, NĂM 2017


CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
Cán bộ hướng dẫn chính: TS. Hoàng Thị Nguyệt Minh
Luận văn được bảo vệ tại:
HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
Ngày tháng12 năm 2017

i


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan các nội dung, số liệu, kết quả tính toán nêu trong luận
văn này là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình
nào khác.
TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Nguyễn Văn Chung

ii


LỜI CẢM ƠN
Luận văn thạc sĩ chuyên ngành thuỷ văn học với đề tài “Đánh giá vai trò
của vận hành hệ thống hồ chứa đến ngập lụt ở hạ du lưu vực sông Cả”là kết
quả của quá trình cố gắng không ngừng của bản thân và được sự giúp đỡ,

động viên khích lệ của các thầy, cô giáo, bạn bè đồng nghiệp và người thân.
Với kết quả nghiên cứu này tác giả xin gửi lời cảm ơn tới những người đã
giúp đỡ tôi trong thời gian học tập - nghiên cứu khoa học vừa qua.
Tôi xin tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đối với cô giáo TS.Hoàng
Thị Nguyệt Minh đã trực tiếp tận tình hướng dẫn cũng như cung cấp tài liệu
thông tin khoa học cần thiết cho luận văn này.
Xin chân thành cảm ơn Khoa Khí tượng Thuỷ văn, Trường Đại học Tài
nguyên và Môi trường Hà Nội, Đài KTTV khu vực Bắc Trung Bộ đã tạo điều
kiện cho tôi hoàn thành tốt công việc nghiên cứu khoa học của mình.
Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn đồng nghiệp, đơn vị liên quan đã
giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và thực hiện luận văn.
TÁC GIẢ

Nguyễn Văn Chung

iii


MỤC LỤC
TRANG PHỤ BÌA ......................................................................................... i
LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................... ii
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................ iii
DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ........................................... vi
DANH MỤC CÁC BẢNG ............................................................................vii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ.......................................................................vii
THÔNG TIN LUẬN VĂN ........................................................................... xii
MỞ ĐẦU ...................................................................................................................1
1. Tính cấp thiết của đề tài ................................................................................ 1
2. Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu ................................................................... 2
3. Phương pháp nghiên cứu............................................................................... 2

4. Cơ sở khoa học và ý nghĩa thực tiễn ............................................................. 3
5. Cấu trúc của luận văn .................................................................................... 3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .............................4
1.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới và trong nước ..................................... 4
1.1.1 Trên thế giới ............................................................................................. 4
1.1.2. Nghiên cứu ở Việt Nam .......................................................................... 9
1.2 Tổng quan về lưu vực sông Cả ................................................................. 14
1.2.1 Đặc điểm địa lý tự nhiên và kinh tế xã hội ............................................ 14
1.2.2 Lũ và chế độ lũ trên lưu vực sông Cả .................................................... 23
1.3. Hướng nghiên cứu của luận văn ......................................................................33
CHƯƠNG II: CƠ SỞ SỐ LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU......35
2.1. Cơ sở số liệu ............................................................................................. 35
2.1.1. Thu thập số liệu ..................................................................................... 35
2.1.2. Mạng lưới trạm KTTV ......................................................................... 36
2.1.3. Sơ đồ mạng lưới tính toán ..................................................................... 39

iv


2.2. Phương pháp nghiên cứu.......................................................................... 40
2.2.1. Mô hình Nam ........................................................................................ 41
2.2.2. Mô hình tính toán dòng chảy lũ TL ...................................................... 45
2.2.3. Mô hình Mike 11 ................................................................................... 48
CHƯƠNG III: NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ VAI TRÒCỦA VẬN HÀNH
HỆ THỐNG HỒ CHỨA ĐẾN NGẬP LỤT HẠ DU LƯU VỰC SÔNG CẢ54
3.1. Hệ thống hồ chứa trên lưu vực sông Cả................................................... 54
3.1.1 Hệ thống hồ chứa lớn trên lưu vực sông Cả .......................................... 54
3.1.2. Các thông số chính của các hồ chứa như phụ lục 1 .............................. 57
3.2. Quy trình vận hành liên hồ chứa trên lưu vực sông Cả trong mùa lũ ............ 57
3.3. Lựa chọn công cụ tính toán: ..................................................................... 57

3.3.1. Thiết lập mô hình Nam ......................................................................... 57
3.3.2. Thiết lập mô hình TL ............................................................................ 71
3.3.3. Thiết lập mô hình MIKE11 ................................................................... 80
3.4. Đánh giá vai trò của hệ thống hồ chứa đến ngập lụt hạ du lưu vực sông Cả ... 89
3.4.1. Ảnh hưởng của hệ thống hồ chứa đến ngập lụt ở hạ du ....................... 89
3.4.2. Đánh giá tác động của hồ chứa đến tình hình ngập lụt ở hạ du lưu vực
sông Cả. ........................................................................................................... 95
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..............................................................................97
1.Kết quả đạt được .......................................................................................... 97
2. Hạn chế ........................................................................................................ 97
3. Kiến nghị ..................................................................................................... 97
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 99

v


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

Chữ viết tắt

Nội dung

KTTV

Khí tượng thuỷ văn

B

Bão

ATNĐ

Áp thấp nhiệt đới

KKL

Không khí lạnh

HTNĐ

Hội tụ nhiệt đới

NTB

Nam Trung Bộ

KHTN

Khoa học Tự nhiên

vi


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: Phân bố diện tích một số sông nhánh lớn của hệ thống sông Cả.........15
Bảng 1.2: Đặc trưng hình thái một số lưu vực sông lớn........................................16
Bảng 1.3:Số giờ nắng trung bình tháng, năm trên lưu vực sông Cảnăm 2000. ...19
Bảng 1.4: Phân loại đất trên lưu vực sông Cả ........................................................20
Bảng 1.5: Khả năng xuất hiện lũ vào các tháng trong năm trên lưu vực sông Cả ... 24
Bảng 1.6: Thống kê tần suất xuất hiện các trận lũ lớn trên lưu vực sông Cả.......26

Bảng 2.1: Danh sách các trạm thủy văn trên lưu vực sông Cả .............................37
Bảng 2.2: Danh sách các điểm đo mưa trên lưu vực sông Cả ..............................38
Bảng 2.3: Các thông số của mô hình Nam...................................................... 44
Bảng 3.1: Thông số mô hình NAM trận lũ 1h/21/8-19h/05/9/2010 ....................60
Bảng 3.2: Thông số mô hình NAM cho trận lũ 1h/05-19h/31/10/2010 ...............61
Bảng 3.3: Thông số tối ưu của mô hình NAM đối với với lưu vực sông Hiếu....... 61
Bảng 3.4: Thông số mô hình NAM trận lũ 1h/01/10-19h/12/10/2010.................64
Bảng 3.5: Thông số mô hình NAM cho trận lũ 1h/14/10-19h/23/10/2010..........66
Bảng 3.6: Thông số mô hình NAM trận lũ 1h/01/10-19h/12/10/2010.................68
Bảng 3.7: Thông số mô hình NAM cho trận lũ 1h/14-19h/30/10/2010 ...............70
Bảng 3.8: Thông sốmô hình TL trận lũ 01h/07/10 – 01h/25/10/2010 của các lưu
vực khi có hồ thủy điện Bản Vẽ ..............................................................................75
Bảng 3.9: Thông số mô hình TL trận lũ 20h/01/10 – 07h/25/10/2010 của các
đoạn sông khi có hồ thủy điện Bản Vẽ ...................................................................76
Bảng 3.10: Thông tin đặc trưng mạng thủy lực 1D ...............................................83
Bảng 3.11: Kết quả hiệu chỉnh mô hình Mike 11 ..................................................84
Bảng 3.12: Kết quả hiệu chỉnh mô hình Mike 11 ..................................................85
Bảng 3.13: Kết quả hiệu chỉnh mô hình Mike 11 ..................................................86
Bảng 3.14: Kết quả hiệu chỉnh mô hình Mike 11 ..................................................87
Bảng 3.15: Kết quả hiệu chỉnh mô hình Mike 11 ..................................................88
Bảng 3.16: Kết quả hiệu chỉnh mô hình Mike 11 ..................................................88
Bảng 3.17: Kết quả tính toán dòng chảy lũ tại các vị trí .......................................95

vii


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Bản đồ lưu vực sông Cả..........................................................................14
Hình 1.2: Bản đồ thổ nhưỡng lưu vực sông Cả (Phần lãnh thổ Việt Nam) .........16
Hình 1.3: Bản đồ thảm phủ thực vật lưu vực sông Cả (phần ở Việt Nam) ..........21

Hình 1. 4: Tần suất (%) xuất hiện lũ lớn nhất trong năm ......................................23
Hình 1.5: Ngập lụt ở Hà Tĩnh do trận lũ lớn năm 2002 ........................................30
Hình 1.6: Ngập lụt tại Nghĩa Đàn trận lũnăm 2007...............................................31
Hình 1.7: Ngập lũ tại Hương Khê trận lũ lớn năm 2010 .......................................32
Hình 1.8: Ngập lụt tại Kỳ Sơn trận lũ lớn 2011 .....................................................32
Hình 1.9: Sơ đồ nghiên cứu luận văn .....................................................................34
Hình 2.1: Bản đồ lưới sông và mạng lưới trạm KTTV trên lưu vực ....................39
Hình 2.2: Sơ đồ hệ thống sông Cả và các hồ chứa ......................................... 40
Hình 2.3: Sơ đồ sử dụng mô hình tính toán lưu vực sông Cả ...............................40
Hình 2.4: Sơ đồ mô phỏng mô hình MIKE NAM .................................................41
Hình 2.5: Sơ đồ sai phân 6 điểm ẩn Abbott ...........................................................49
Hình 2.6: Sơ đồ sai phân 6 điểm ẩn Abbott trong mặt phẳng x~t ........................50
Hình 2.7: Sai phân với các điểm lưới xen kẽ .........................................................50
Hình 2.8: Cấu trúc các điểm lưới xung quanh điểm nhập lưu ..............................50
Hình 2.9: Cấu trúc các điểm lưới trong mạng vòng ..............................................51
Hình 3.1: Phân vùng lưu vực khu giữa hệ thống sông Cả.....................................58
Hình 3.2: Đường quá trình Q-t

tính toán và thực đotrận lũ 1h/21/8-

19h/05/8/2010 tại Nghĩa Khánh ..............................................................................59
Hình 3.3: So sánh kết quả tính toán và thực đo trận lũ 1h/21/8 –
19h/05/09/2010 tại Nghĩa Khánh .................................................................... 59
Hình 3.4: Đường quá trình Q-t

tính toán và thực đo trận lũ 1h/05/10-

19h/31/10/2010tại Nghĩa Khánh .............................................................................60

viii

Hình 3.5: So sánh kết quả tính toán và thực đo trận lũ 1h/05-19h/31/10/2010 tại
Nghĩa khánh .............................................................................................................61
Hình 3.6: Đường quá trình Q-t tính toán và thực đo trận lũ 01h/03/0919h/18/9/2012 ..........................................................................................................62
Hình 3.7: So sánh kết quả tính toán và thực đo trận lũ kiểm định 01h/03/919h/18/09/2012 tại Nghĩa Khánh ............................................................................62
Hình 3.8: Đường quá trình Q-t

tính toán và thực đo trận lũ 1h/21/08-

19h/06/09/2010 ........................................................................................................63
Hình 3.9: So sánh kết quả tính toán và thực đo trận lũ 1h/21/0819h/06/09/2010................................................................................................ 64
Hình 3.10: Đường quá trình Q-t

tính toán và thực đo trận lũ 1h/14/10-

19h/23/10/2010 ........................................................................................................65
Hình 3.11: So sánh kết quả tính toán và thực đo trận lũ 1h/14-19h/23/10/2010 .65
Hình 3.12: Đường quá trình Q-t

tính toán và thực đo trận lũ 0h/27/09-

01h/04/10/2011 ........................................................................................................66
Hình 3.13: So sánh kết quả tính toán và thực đo trận lũ 0h/27/0901h/04/10/2011................................................................................................ 66
Hình 3.14: Đường quá trình Q-t

tính toán và thực đo trận lũ 1h/01/10-

19h/12/10/2010 ........................................................................................................68
Hình 3.15: So sánh kết quả tính toán và thực đo

trận lũ 1h/01/10-

19h/12/10/2010 ........................................................................................................68
Hình 3.16: Đường quá trình Q-t tính toán và thực đo trận lũ 1h/14/1019h/30/10/2010 ........................................................................................................69
Hình 3.17: So sánh kết quả tính toán và thực do trận lũ 1h/14/1019h/30/10/2010................................................................................................ 69
Hình 3.18: Đường quá trình Q-t

tính toán và thực đo trận lũ 01h/03/9-

19h/23/9/2012 ..........................................................................................................70

ix


Hình 3.19: So sánh kết quả tính toán và thực đo trận lũ 01h/03/919h/18/9/2012.................................................................................................. 71
Hình 3.20: Sơ đồ phân vùng tiểu lưu vực...............................................................72
Hình 3.21: Sơ đồ tính toán mô hình TL .................................................................73
Hình 3.22: Đường quá trình tính toán và thực đo trận lũ 01h/07/1001h/25/10/2010 ........................................................................................................74
Hình 3.23: Đường quá trình Q-t tính toán và thực đo trận lũ 1h/10/9 –
7h/14/9/2011 tại Dừa....................................................................................... 77
Hình 3.24: Đường quá trình tính toán và thực đo trận lũ 20h/01/0919h/25/09/2016 tại Dừa ...........................................................................................78
Hình 3.25: Đường quá trình Q-t tính toán và thực đo trận lũ 01h/07/1001h/25/10/2010 tại Dừa ...........................................................................................79
Hình 3.26: Đường quá trình Q-t tính toán và thực đo trận lũ 01h/10/0907h/24/09/2011 tại Dừa ...........................................................................................80
Hình 3.27: Sơ đồ mạng lưới thủy lực sông Cả hiện tại .........................................82
Hình 3.28: Cấu trúc các điểm lưới trong mạng vòng ............................................83
Hình 3.29: Quá trình mực nước giữa tính toán với thực đo trận lũ 10/1030/10/2010 tại trạm thuỷ văn Đô Lương ................................................................84
Hình 3.30: Quá trình mực nước giữa tính toán với thực đo trận lũ 10/1030/10/2010 tại trạm thuỷ văn Yên Thượng ............................................................85
Hình 3.31: Quá trình mực nước giữa tính toán với thực đo trận lũ 10/1030/10/2010 tại trạm thuỷ văn Nam Đàn .................................................................86
Hình 3.32: Quá trình mực nước giữa tính toán với thực đo trận lũ 10/1030/10/2010 tại trạm thuỷ văn Đô Lương ................................................................87

Hình 3.33: Quá trình mực nước giữa tính toán với thực đo trận lũ 10/1030/10/2010 tại trạm thuỷ văn Yên Thượng ............................................................88

x


Hình 3.34: Quá trình mực nước giữa tính toán với thực đo trận lũ 10/1030/10/2010 tại trạm thuỷ văn Nam Đàn .................................................................89
Hình 3.35: Đường quá trình H-t tính toán tại trạm thủy văn Đô Lương ..............90
Hình 3.36: Đường quá tính toán trình H-t tại trạm thủy văn Yên Thượng ..........90
Hình 3.37: Đường quá trình tính toán Q-t tại trạm thủy văn Yên Thượng ..........91
Hình 3.38: Đường quá trình tính toán H-t tại trạm thủy văn Nam Đàn ..............91
Hình 3.39: Đường quá trình tính toán H-t tại trạm thủy văn Chợ Tràng .............92
Hình 3.40: Đường quá trình tính toán H-t tại trạm thủy văn Đô Lương ..............92
Hình 3.41: Đường quá trình tính toán H-t tại trạm thủy văn Yên Thượng ..........93
Hình 3.42: Đường quá trình tính toán Q-t tại trạm thủy văn Yên Thượng ..........93
Hình 3.45: Đường quá trình tính toán H-t tại trạm thủy văn Nam Đàn ...............94
Hình 3.44: Đường quá trình tính toán H-t tại trạm thủy văn Chợ Tràng .............94

xi


THÔNG TIN LUẬN VĂN THẠC SĨ THUỶ VĂN HỌC

Họ và tên: NGUYỄN VĂN CHUNG
Lớp: CH2A

Khoá: 2

Người hướng dẫn: TS.HOÀNG THỊ NGUYỆT MINH
Tên đề tài: Đánh giá vai trò của vận hành hệ thống hồ chứa đến ngập lụt ở
hạ du lưu vực song Cả

Luận văn đã Nghiên cứu thiết lập mô hình mô phỏng dòng chảy lũ từ
việc tích hợp các mô hình: MIKE-NAM; MIKE11; TL, nhằm đánh giá mức
độ ngập lụt ở hạ du khi không có hồ chứa thủy điện Bản Vẽ điều tiết và khi có
hồ chứa thủy điện Bản Vẽ điều tiết.
Bố cục luận văn:
Ngoài phần mở đầu, kết luận và tài liệu tham khảo, nội dung của luận
văn được cấu trúc theo 3 chương như sau:
Chương 1: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu.
Chương 2: Cơ sở số liệu và phương pháp nghiên cứu.
Chương 3: Nghiên cứu đánh giá vai trò của vận hành hệ thống hồ chứa
đến ngập lụt hạ du lưu vực sông Cả.
Kết luận và kiến nghị
Tài liệu tham khảo
Phụ lục

xii


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Miền Trung Việt Nam là nơi có nhiều bão, lũ lụt so với cả nước. Trong
50 năm qua, trên các sông miền Trung đã liên tiếp xảy ra các trận lũ đặc biệt lớn
như lũ 1953, 1983, 1999 trên sông Hương; năm 1964 trên sông Thu Bồn, Trà
Khúc, năm 1993 trên sông Vệ. Năm 1999 là lũ rất lớn, chưa từng thấy ở miền
Trung với lượng mưa trong 24 giờ ở thành phố Huế đạt 1384 mm, mực nước sông
Hương lên cao gần 6 m, cao hơn mực nước trận lụt năm 1953 đến 0.46 m.
Trong những năm gần đây ở Miền Trung nước ta, thiên tai lũ lụt và hạn
hán xảy ra với tần suất nhiều hơn và cường độ trầm trọng hơn. Đặc biệt là năm
2007 (có tới 5 trận lũ xảy ra liên tiếp trong vòng 1 tháng) gây thiệt hại nặng nề
về người và của cho các tỉnh miền Trung, trong đó có nhiều huyện như Quế

Phong, Quỳ Châu, Nghĩa Đàn tỉnh Nghệ An thuộc lưu vực sông Cả; Năm
2010, lũ lịch sử xuất hiện ở sông Ngàn Sâu và lũ đặc biệt lớn trên hầu hết các
sông ở Nghệ An – Hà Tĩnh. Năm 2011, lũ lịch sử xuất hiện ở Kỳ Sơn vượt lũ
lịch sử trước đó đến 3,34m.
Nguyên nhân gây lũ lụt ở miền Trung là do lưu vực địa hình các sông
thường hẹp, độ dốc lớn, nạn phá rừng ở đầu nguồn khi mưa lũ xuất hiện nước
tập trung rất nhanh gây nên lũ lụt trên lưu vực. Bên cạnh đó, trên hệ thống các
sông được xây dựng hàng loạt các hệ thống hồ chứa, việc phối hợp vận hành hệ
thống hổ chứa chưa hợp lý, xả lũ ở các hồ chứa không theo đúng quy trình hay
sự cố vỡ các hồ chứa nhỏ cũng làm cho lũ lụt thêm trầm trọng hơn.
Trên hệ thống sông Cả đã và đang xây dựng nhiều hồ chứa nước lớn
như: Bản vẽ, Khe Bố, Chi Khê trên dòng chính sông Cả, Bản Mồng trên sông
Hiếu, hồ sông Sào trên sông Sào (nhánh đổ vào sông Hiếu), hồ chứa Ngàn
Trươi trên sông Ngàn Trươi. Đây đều là các hồ chứa đa mục tiêu: phòng lũ,
phát điện, cấp nước cho các ngành kinh tế trên lưu vực sông Cả. Do đó, vô

1


hình dung làm ảnh hưởng không nhỏ đến dòng chảy cũng như diễn biến lũ lụt
trên lưu vực.
Để giảm nhẹ tác hại do lũ gây ra trên hạ du lưu vực sông Cả, đồng thời
xây dựng được cơ chế phối hợp vận hành hồ chứa thì “nghiên cứu đánh giá
vai trò của vận hành hệ thống hồ chứa phía thượng lưu đến dòng chảy hạ
lưu”. Cụ thể hơn là nghiên cứu, phân tích, áp dụng các mô hình toán thuỷ
văn, thuỷ lực để tính toán đánh giá mức độ ngập lụt ở hạ du lưu vực sông Cả
là vần đề cấp bách hiện nay. Kết quả của việc nghiên cứu, phân tích, đánh
giá này là cơ sở để đánh giá mức độ ngập lụt khi vận hành hệ thống hồ chứa
trong mùa lũ là cơ sở để các chủ hồ chứa sử dụng để áp dụng được quy trình
vận hành liên hồ chứa trên hệ thống sông Cả trong quá trình khai thác công

trình của mình.Đây là lý do để tác giả lựa chọn đề tài “Đánh giá vai trò của
vận hành hệ thống hồ chứa đến ngập lụt ở hạ du lưu vực sông Cả” làm
luận văn tốt nghiệp để nghiên cứu.
2. Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu
- Nghiên cứu ứng dụng bộ công cụ mô hình toán Mike mô phỏng dòng
chảy lũ trên lưu vực sông Cả.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của vận hành hồ chứa Bản Vẽ đến ngập lụt hạ
du lưu vực sông Cả.
3. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp điều tra và khảo sát thực địa: Thu thập các tài liệu hiện
có trên lưu vực, điều tra khảo sát bổ sung các số liệu còn thiếu phục vụ nghiên
cứu trong luận văn.
- Phương pháp thống kê và xử lý số liệu: Trên cơ sở các tài liệu thu
thập và điều tra đo đạc bổ sung, các số liệu này được thống kê, và xử lý đảm
bảo yêu cầu phục vụ cho các nội dung nghiên cứu luận văn.

2


- Phương pháp mô hình toán: Bộ mô hình thủy văn thủy lực MikeNam,
Mike11và TL, được dùng để mô phỏng các kịch bản tính toán điều tiết hồ
cũng như sự ảnh hưởng tới ngập lụt ở hạ du.
- Phương pháp thừa kế: Trên cơ sở tiếp thu kế thừa những nghiên cứu có
liên quan, luận văn tham khảo xác định hướng cần nghiên cứu vừa đảm bảo
tính mới vừa cập nhật thông tin, phù hợp với tình hình thực tiễn của vùng
nghiên cứu.
- Phương pháp chuyên gia: Trao đổi, học tập, lấy ý kiến từ các chuyên
gia về phương pháp đánh giá, tính toán tác động của hệ thống hồ chứa đến
ngập lụt ở hạ du lưu vực sông Cả.
4. Cơ sở khoa học và ý nghĩa thực tiễn

Nghiên cứu, phân tích, áp dụng các mô hình toán thủy văn để tính toán đánh
giá mức độ ngập lụt ở hạ du lưu vực sông Cả là vấn đề cấp bách hiện nay.
Kết quả của việc nghiên cứu, phân tích, đánh giá này là cơ sở để đánh
giá mức độ ngập lụt khi vận hành hệ thống hồ chứa trong mùa lũ là cơ sở để
các chủ hồ chứa sử dụng để áp dụng được quy trình vận hành liên hồ chứa
trên hệ thống sông Cả trong quá trình khai thác công trình của mình.
5. Cấu trúc của luận văn
Ngoài phần mở đầu, kết luận và tài liệu tham khảo, nội dung của luận
văn được cấu trúc theo 3 chương như sau:
Chương 1: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu
Chương 2: Cơ sở và phương pháp nghiên cứu
Chương 3: Nghiên cứu đánh giá vai trò của vận hành hệ thống hồ chứa
đến ngập lụt hạ du lưu vực sông Cả.
Kết luận và kiến nghị
Tài liệu tham khảo
Phụ lục

3


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới và trong nước
1.1.1 Trên thế giới
Trong lịch sử phát triển của công tác quy hoạch quản lý hệ thốngnguồn
nước trên thế giới, có thể thấy vận hành hồ chứa là một một trong những vấn
đề được quan tâm. Nghiên cứu về vận hành và quản lý hệ thống hồ chứa được
phát triển theo thời gian phù hợp với các yêu cầu phát triển của xã hội: ban
đầu là các nghiên cứu đơn giản tới các nghiên cứu gần đây về phương pháp
vận hành tối ưu hệ thống hồ chứa phục vụ đa mục tiêu.
Trên thế giới đã có rất nhiều nghiên cứu áp dụng các thuật toán điều

khiển khác nhau vào giải quyết bài toán vận hành hệ thống liên hồ chứa.
Trong giai đoạn những năm 60-70 của thế kỷ 20, các nghiên cứu về vận hành
hồchứa đã có những bước tiến vượt bậc, gần đây việc nghiên cứu vận hành tối
ưu đơn hồ chứa hoặc hệ thống hồ trong kiểm soát lũ và cấp nướchạ du đã phát
triển mạnh mẽ. Đã có nhiều nghiên cứu phát triển mô hình yận hành tối
ưu,vận hành theo thời gian thực nhằm xác định lượng xả hồ chứa tốt nhất theo
trạngthái hồ chứa và kết quả dự báo dòng chảy vào hồ.... Các nghiên cứu ứng
dụngvà phát triển lý thuyết mô hình quy hoạch tuyến tính (LP), mô hình quy
hoạchphi tuyến (NLP), quy hoạch động, thuật toán di truyền, mạng thần kinh
nhântạo... để diễn giải bài toán điều tiết, điều tiết tối ưu và bài toán điều tiết
theo thờigian thực cho hệ thống hồ.
Trong những năm 70, việc ứng dụng lý thuyết điều khiển và phân tíchhệ
thống đã rất rộng rãi trong các ngành kinh tế, quốc phòng. Các chươngtrình qui
hoạch tuyến tính và qui hoạch động như GAM, GAM-MINOS đượccác nhà
quy hoạch thuỷ lợi áp dụng hiệu quả trong qui hoạch, điều hành hệthống công
trình thuỷ lợi, nhất là hệ thống các công trình hồ chứa.

4


Quân đội Mỹ (US Army Corps) năm 1972[6] đã nghiên cứu lý thuyết
phân tích hệ thống đưa ra các giải pháp phòng lũ hiệu quả nhất đối với hồ
chứa đamục tiêu như: giải trí, phát điện, cấp nước và phòng lũ. Nghiên cứu đã
thiết lậpbảng thiệt hại do lũ lụt gây ra dựa trên việc xác định mối quan hệ giữa
nhữngtrận lũ lớn gây ảnh hưởng nặng tới hạ lưu, lưu lượng xả ra từ hồ chứa
Folsomvà thiệt hại do lũ gây ra tại hạ lưu.
Giai đoạn năm 80, các bài toán xác suất thống kê ứng dụng trong thuỷ
lợiđã được chú ý đến lý thuyết phân tích độ bất định, độ tin cậy rủi ro của
hệthống. Các tác giả Mays L. W, Tung Y. K... công bố nhiều kết quả ứng
dụnglý thuyết này trong lĩnh vực kỹ thuật thuỷ lợi và thiết kế đê.

Từ những năm 90, công nghệ GIS (hệ thống thông tin địa lý)
cùngnhững phần mềm tin học đầy hiệu lực ra đời đã mang lại sức mạnh mới
trongviệc thu thập, phân tích, đánh giá cũng như thể hiện các kết quả phục vụ
việctính toán kiểm soát lũ trên hệ thống sông và phân tích ngập lụt trên lãnh
thổ.Các thuật toán tự động dò tìm tối ưu được áp dụng rộng rãi. Các công
nghệmới của ngành viễn thám, rađa, vệ tinh đã và đang thực sự thay đổi
phương thức thu nhập thông tin trong công tác phòng chống bão - lũ.
Như vậy, đã xuất hiện và hội tụ những cơ sở lý luận về phương
pháptính và mô hình toán, cùng các công nghệ thông tin hiện đại trong nghiên
cứu,tính toán thuỷ văn, thuỷ lực, làm cơ sở cho việc nghiên cứu điều hành
hệthống liên hồ chứa. Tuy nhiên, đó mới chỉ là những nghiên cứu về kỹ thuật
cơbản, còn khi vận dụng tổ hợp chúng trong điều hành hệ thống hồ chứa
chotừng lưu vực cụ thể còn gặp rất nhiều hạn chế, khó khăn.
Như vậy có thể thấy vận hành hệ thống hệ thống hồ chứaphục vụ đa
mục tiêu là một quá trình phức tạp, bị chi phối bởi nhiều yếu tố ngẫu nhiên,
trong khi phải thỏa mãn các yêu cầu hầu như đối nghịch của các ngành dùng
nước nên mặc dù đã được đầu tư nghiên cứu rất bài bản và chi tiết nhưng các

5


ứng dụng thành công chủ yếu gắn liền với đặc thù từng hệthống, không có
phương pháp luận, công cụ có thể dùng chung cho mọi hệ thống.
Các phương pháp xây dựng quy trình vận hành hệ thống hồ chứa có thể
phân thành 03 nhóm chính: tối ưu; mô phỏng; kết họp giữa mô phỏng và tối ưu.
Phương pháp tối ưu: Kỹ thuật tối ưu hoá bằng quy hoạch tuyến
tính(LP) và quy hoạch động (DP) đã được sử dụng rộng rãi trong quy hoạch
vàquản lý tài nguyên nước. Nhiều công trình nghiên cứu áp dụng kỹ thuật
hệthống cho bài toán tài nguyên nước Yeh (1985), Simonovic (1992) và
Wurbs(1993). Young (1967) lần đầu tiên đề xuất sử dụng phương pháp hồi

quytuyến tính để xây dựng quy tắc vận hành chung từ kết quả tối ưu hoá.
Phươngpháp mà ông đã dùng được gọi là “quy hoạch động (DP) MonteCarlo”. Phương pháp của ông dùng kỹ thuật Monte-Carlo tạo ra một số
chuỗidòng chảy nhân tạo. Quy trình tối ưu thu được của mỗi chuỗi dòng chảy
nhântạo sau đó được sử dụng trong phân tích hồi quy để cố gắng xác định
nhân tốảnh hưởng đến chiến thuật tối ưu.
Áp dụng mô hình tối ưu hoá cho điều hành hồchứa đa mục tiêu là khá
phức tạp, bao gồm pháttriển mô hình, đào tạo nhân lực, giải bài toán, điều
kiện thủy văn tương lai bấtđịnh, sự bất lực để xác định và lượng hóa tất cả các
mục tiêu và mối tương tácgiữa nhà phân tích với người sử dụng. Các phần
mềm tối ưu hiện nay nói chungvẫn chỉ đưa ra lời giải cho những điều kiện đã
biết mà không đưa ra được cácnguyên tắc vận hành hữu ích. Phần lớn các
phần mềm vận hành hồ chứa đượckết nối với mô hình diễn toán lũ dựa trên
mô hình Muskingum hay sóng độnghọc như các phần mềm thương mại
MODSIM, RiverWare, CalSIM. Điều nàyrất hạn chế cho việc điều hành
chống lũ và không áp dụng được cho lưu vựccó ảnh hưởng của thủy triều hay
nước vật. Các nghiên cứu mới nhất gần đây về điều hành chống lũ cũng chỉ
được áp dụng cho hệ thống một hồ.

6


Phương pháp mô phỏng: Mô hình mô phỏng kết hợp với điều hành
hồchứa bao gồm tính toán cân bằng nước của đầu vào, đầu ra hồ chứa và
biếnđổi lượng trữ. Các mô hình mô phỏng có thếcung cấp các biểu diễn chi
tiết và hiện thực hơn về hệ thống hồ chứa và quytắc điều hành chúng. Thời
gian yêu cầu để chuẩn bị đầu vào, chạy mô hình và các yêu cầu tính toán khác
của mô phỏng là ít hơn nhiều so với mô hình tối ưu hoá. Các kết quả mô
phỏng sẽ dễ dàng thỏa hiệp trong trường họp đa mục tiêu. Hầu hết các phần
mềm mô phỏng có thể chạy trong máy vi tính cá nhân đang sử dụng rộng rãi
hiện nay.

Phương pháp kết hợp: Theo Wurb (1993), trong tổng quan về các
nhóm mô hình chính sử dụng trong thiết lập quy trình vận hành hệ thống hồ
chứa đã nhận định đây là phương pháp kết hợp hoàn thiện của haihướng tiếp
cận tối ưu và mô phỏng. Trong các quy trình tối ưu phục vụ bàitoán liên hồ
chứa (Labadie, 2004) thì cả hai nhóm quy hoạch ẩn bất định và quy hoạch
hiện bất định đều cần có mô hình mô phỏng để kiểm tra các quytrình tối ưu
được thiết lập.
Trong 3 phương pháp mô phỏng vẫn là phương pháp được sử
dụngnhiều nhất trong phân tích vận hành hệ thống hồ chứa và cho kết quả
hoàntoàn chấp nhận được. Trong hầu hết các bài toán cụ thể thì mô hình mô
phỏngcũng không thể thiếu trong việc xác định các quy trình vận hành.
Các nghiên cứu về vận hành hồ chứa và ảnh hưởng đến ngập lụt của hạ
du tiêu biểu phải kể đến như:
Luận án của Andrew Fredrick Gilmore [7] đặt ra ba mục tiêu
nghiêncứu về quản lý tài nguyên nước lưu vực sông Colorado: Mục tiêu đầu
tiên lànghiên cứu phân bổ và cân bằng tài nguyên nước không sử dụng mô
hình tối ưuhóa để hỗ trợ hoạt động ra quyết định trên sông Colorađo; Mục
tiêu thứ hai làtạo ra một mô hình tối ưu hóa hàng tháng trong bài toán kiểm

7


soát lũ và vậnhành cấp nước của hồ Powell và Mead trên sông Colorado; Mục
tiêu thứ ba làsử dụng mô hình tối ưu hỏa để xem xét sự linh hoạt trong hoạt
động hồ chứa nhằm gia tăng giá trị thủy điện. Hiệu quả đem lại là sản xuất thủy
điện có thểtăng lên 6% với điều kiện sử dụng linh hoạt tổng lượng nước trữ.
Năm 2006, D. Nagesh Kumar và M. Jan Reddy [8] áp dụng phương
pháp tối ưu hóa đàn kiến để tìm sách lược vận hành hồ chứa đa mục đích và
xác định lượng xả của hồ cho mỗi chu kỳ hồ chứa Hirakud, Ấn Độ. Với hàm
mục đích rủi ro lũ nhở nhất, độ thiếu hụt tưới nhỏ nhất và sản lượng điện cao

nhất, trong đó mục đích sản lượng điện được ưu tiên. Mô hình được ứng dụng
cho vận hành hàng tháng, bao gồm hai mô hình vận hành thời gian ngắn và
vận hành thời giandài. Kết quả của nghiên cứu đã chứng minh rằng, phương
pháp tối ưu hóa đànkiến được thực hiện tốt, là mô hình thực thi tốt hơn, nhất
là trong trường hợpvận hành hồ chứa trong thời gian dài.
Luận án Tiến sĩ của Long Le Ngo tại Viện Tài nguyên và Môi
trườngtrường Đại học Công nghệ Đan Mạch năm 2006 [9] đã trình bày các
quy tắcvận hành tối ưu trong vận hành hồ chứa Hòa Bình với mục đích phòng
lũ choChâu thổ sông Hồng và phát điện nhằm giải quyết xung đột chính giữa
phòng lũvà phát điện ở giai đoạn cuối mùa lũ và đầu mùa kiệt. Tác giả đã sử
dụng phầnmềm MIKE 11 để mô phỏng hệ thống sông và hồ chứa kết họp với
các thuậttoán tối ưu SCE (shuffled complex evolution) thuộc gỏi phần mềm
Autocal của DHI để tìm ra quỹ đạo tối ưu (Pareto) khi xem xét cả hai ưu tiên
giữa phòng lũvà phát điện. Kết quả đạt được cho thấy, hoàn toàn có thể dùng
mô hình môphỏng đế giải quyết vấn đề phòng lũ cho công trình và cho hạ du
mà vẫn có thếduy trì mực nước cao ở cuối mùa lũ đe đảm bảo hiệu ích cao
trong phát điện ởmùa kiệt kế tiếp, luận án tìm được nghiệm tối ưu được thỏa
hiệp giữa phòng lũ

8


Wei, C. C. and Hsu, N. S. Wei, C. C. and Hsu, N. S. (2009) [10] áp
dụngvận hành tối ưu với các quy tắc nhánh cây (treebased rales) cho hệ thống
hồchứa đa mục tiêu phòng lũ với thời gian thực bằng việc tích hợp vào hệ
thốngmô hình dự báo thủy văn. Phương pháp này đã được áp dụng cho hệ
thống hồchứa trên sông Tanshui ở Đài loan. Kết quả vận hành thử nghiệm cho
trận mưalũ lịch sử năm 2004 cho thấy phương pháp này có kết quả tốt, đảm
bảo cắt đượcđỉnh lũ theo yêu cầu của các điếm kiếm soát ở hạ lưu mà vẫn
đảm bảo yêu cầutích nước vào cuối mùa lũ ở các hồ chứa.

Tại khu vực châu Á, nghiên cứu về và điềuhành hệ thống hồ chứa
chống lũ và các biện pháp chống lũ hạ du được phát triển mạnh mẽ ở Trung
Quốctrong những năm gần đây. Các kết quả tiêu biểu của việc điều tiết hồ
chống lũ 100 năm: năm 1995 ở sông Liaohe và lũ năm1998 ở sông Trường
Giang. Nhận thức được tầm quan trọng của việc điềuhành hệ thống đa hồ
chứa phục vụ chống lũ, năm 1998 chính phủ Trung Quốcđã giao cho Cục
Phòng chống Lũ lụt và Hạn hán Quốc gia và 3 trường đạihọc thực hiện dự án
“Hệ thống quản lý tích hợp trong kiểm soát lũ bằng cáchồ chứa trong 05 năm
với nhiệm vụ là thiết lập hệ thống phần mềm kiểm soát lũ chohệ thống đa hồ
chứa, thu thập và xử lý số liệu tổng thể theo thời gian thực,phân tích mưa, dự
báo lũ, trao đổi dữ liệu trên toàn quốc thông qua hệ cơ sởdữ liệu lớn trên máy
tính. Kết quả của dự án là bộ phần mềm vàbộ cơ sở dữ liệu có thế sử dụng bởi
trung tâm điều hành chống lũ và các hồchứa đơn lẻ. Việc điều hành các hệ
thống hồ chứa đa mục tiêu tại Trung Quốc đều tập trung vàohai vấn đề chính
là xác định các đường cong quy trình theo các phương phápmô phỏng và
phương pháp tối ưu. Trong đó, phương pháp mô phỏng vẫn làphương pháp
được sử dụng nhiều hơn.
1.1.2. Nghiên cứu ở Việt Nam
Nghiên cứu vận hành đơn hồ chứa ở Việt Nam là một trong những vấn
đề quan trọng trong công tác quản lý tài nguyên nước lưu vực sông và được

9


nhiều cơ quan nghiên cứu quan tâm.Các nghiên cứu đã được ứng dụng vào
thực tiễn các hồ chứa thuộc các lưu vựcsông khác nhau ở nước ta và đã đem
lại hiệu quả nhất định trong phòng lũ, cấpnước và phát điện.
Ở Việt Nam các hồ chứa trên các hệ thống sông với nhiều mục
đíchkhác nhau đã và đang được tiến hành xây dựng, như hệ thống hồ chứa
trênsông Hồng, sông Ba, sông Sê San, sông Đồng Nai V.V.. Điển hình nhất là

hệthống hồ chứa trên hệ thống sông Hồng gồm các hồ chứa Sơn La, Hoà
Bình,Tuyên Quang, hồ Lai Châu. Các hồ chứa nàylàm nhiệm vụ chính là cắt
lũ vào mùa lũ, sau đó là phát điện, cung cấp nướcmùa cạn, ngoài ra còn phục
vụ giao thông, du lịch, nuôi trồng thuỷ sản v.v...
Nghiên cứu tiêu biểu về vận hành hồ chứa và phòng lũ hạ du có thể kể
đến như:Trịnh Quang Hòa thực hiện đề tài “Nghiên cứu xây dựng côngnghệ
nhận dạng lũ sông Hồng phục vụ điều hành hồ Hòa Bình phòng chống lũhạ
du”, năm 1996 [1]. Đề tài xác định đường trữ nước tiềm năng trên sông Hồng,
sông Đà, ứng dụng đường trữ nước tiềm năng để dự báo sớm đỉnh lũ sông
Hồng. Hiện nay, mô hình đang được ứng dụng tại Phòng Dự báo Thủy văn Bắc
Bộ, Trung tâm Dự báo Khí tượng thủy văn Trung ương. Công nghệ chủ yếu tập
trung vào nhận dạng đỉnh lũ trên sông Hồng tại trạm thủy văn Sơn Tây.
Năm 2004, Bộ Khoa học và Công nghệsoạn thảo “Quy trình vậnhành
hồ chứa thủy điện Hòa Bình và các công trình cắt giảm lũ sông Hồng
trongmùa lũ hàng năm” [11]. Quy trình được ban hành theo văn bản số
103/PCLBTWngày 16 tháng 6 năm 2005. Trong đó tổ họp lũ được thực hiện
bằngphương pháp Monte Carlo và hoàn nguyên trận lũ năm 1996 trên sông
Đà, tínhlại lũ PMF cho hồ Hòa Bình.
Luận án Tiến sỹ của Hoàng Minh Tuyển, năm 2002 [2]. Luận án đã xây
dựng được công nghệ phân tích và điều hành hệ thống hồ chứa trên sông
Hồng chống lũ cho hạ du, xây dựng chương trình truyền lũ sóng động học,

10


chương trình điều hành hệ thống hồ chứa thượng nguồn sông Hồng có cửa
van, đồng thời xác định mối liên hệ ngược với hạ du và tổ họp lũ trên hệ thống.
Nguyễn Hữu Khải và Lê thị Huệ (2007) [12] nghiên cứu áp dụng mô
hìnhHEC-RESSIM cho điều tiết lũ của hệ thống hồ chứa trên lưu vực
sôngHương, cho phép xác định trình tự và thời gian vận hành hợp lý các hồ

chứabảo đảm kiểm soát lũ hạ lưu sông Hương (tại Kim Long và Phú ốc).
Hà Văn Khối năm 2010 [3] đã đưa ra một số ý kiến và kết quả tính toán
sơ bộ về vai trò chống lũ hạ du của hồ chứa A Vương và xem xét khả năng
giaothêm nhiệm vụ chống lũ hạ du cho các hồ chứa trên sông Vu Gia - Thu
Bồn. Tácgiả đã đề xuất cần nghiên cứu bổ sung: (1) về quy trình chống lũ khi
mực nướchồ đang thấp để vừa đảm bảo an toàn tích nước hồ chứa vừa nâng
cao hiệu quảgiảm lũ hạ du; (2) Tăng thêm nhiệm vụ phòng chống lũ cho các
hồ chứa, nhưngphải đảm bảo không ảnh hưởng lớn đến hiệu quả phát điện và
hiệu quả cắt lũ,phải mang lại lợi ích xã hội lớn, đồng thời giải quyết hài hòa
quyền lợi giữa chủđầu tư và Nhà nước nếu có bổ sung thêm về nhiệm vụ
chống lũ.
Tô Thúy Nga với luận án tiến sĩ “Mô hình vận hành điều tiết thời gian
thực thời kỳ mùa lũ hệ thống hồ chứa trên sông Vu Gia - Thu Bồn” [5], đã
thiếtlập được chương trình tính toán, mô phỏng lũ (MOPHONG-LU) tích hợp
ba môhình: mô hình mưa dòng chảy, mô hình vận hành hồ chứa và diễn toán
lũ trongsông cho vùng thượng du sông Vu Gia - Thu Bồn phục vụ cho dự báo
lũ với thờigian dự kiến từ 3 đến 5 ngày làm cơ sở cho việc xác định chế độ
vận hành hồchứa theo thời gian thực. Trên cơ sở ứng dụng mô hình mô phỏng
theo thời gianthực ứng với các phương án vận hành hệ thống hồ chứa phòng
lũ, đã đề xuấtphương án tăng dung tích phòng lũ và chế độ vận hành nhằm
nâng cao hiệu quảcắt giảm lũ cho hạ du, làm cơ sở cho việc bổ sung quy trình
liên hồ chứa đã được phê duyệt.

11