Nghiên cứu ứng dụng công nghệ thông tin để hiện đại hoá quản lý điều hành Hồ chứa nước Cửa Đạt

1

MỤC LỤC
MỤC LỤC ................................................................................................................... 1
DANH MỤC HÌNH VẼ .............................................................................................. 4
PHẦN MỞ ĐẦU ......................................................................................................... 7
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI .................................................................................... 8
2. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI ............................................................................................... 9
3. BỐ CỤC CỦA LUẬN VĂN ............................................................................................ 9

Chương 1 ................................................................................................................... 11
TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC VÀ THẾ GIỚI ................. 11

1.1. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRÊN THẾ GIỚI ...........................................11
1.2. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC ..............................................12
Chương 2 ................................................................................................................... 16
PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ........................................................... 16

2.1. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..................................................................16
2.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ..........................................................................16

2.2.1. Nghiên cứu các chức năng, cơ sở toán học của mô hình điều hành hồ chứa DHHC-

PMTL.V.1.0 ........................................................................................................................ 16
2.2.2. Nghiên cứu ứng dụng Hệ thống thông tin quản lý, giám sát và điều hành hồ chứa
DHHC-PMTL.V.1.0 để áp dụng điều hành Hồ chứa nước Cửa Đạt .................................. 17

Chương 3 ................................................................................................................... 18
GIỚI THIỆU HỆ THỐNG THÔNG TIN QUẢN LÝ ĐIỀU HÀNH HỒ CHỨA DHHCPMTL.V.1.0 ........................................................................................................................ 18

3.1. CÁC CƠ SỞ TOÁN HỌC CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN QUẢN LÝ,

GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU HÀNH HỒ CHỨA DHHC-PMTL.V.1.0 ........................18

3.1.1. Khối tính toán dự báo dòng chảy đến ....................................................................... 18
3.1.2. Khối tính toán nhu cầu nước vùng hạ du .................................................................. 34
3.1.3 Khối tính toán điều hành hồ ....................................................................................... 38

3.2 GIỚI THIỆU CÁC CHỨC NĂNG HỆ THỐNG THÔNG TIN QUẢN LÝ
ĐIỀU HÀNH HỒ CHỨA ĐHHC-PMTL.V.1.0 ...................................................47

3.2.1 Hiển thị dữ liệu mưa trên lưu vực hồ chứa ................................................................ 47
3.2.2 Hiển thị thông tin về nhu cầu tưới ............................................................................. 51
3.2.3. Chức năng Tính toán Dự báo lũ và điều hành hồ chứa............................................. 58

Chương 4 ................................................................................................................... 66


2

ÁP DỤNG HỆ THỐNG THÔNG TIN QUẢN LÝ, GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU HÀNH HỒ
CHỨA DHHC-PMTL.V.1.0 ĐỂ TÍNH TOÁN ĐIỀU HÀNH HCN CỬA ĐẠT .............. 66

4.1. GIỚI THIỆU CÔNG TRÌNH HỒ CHỨA NƯỚC CỬA ĐẠT ......................66

4.1.1. Cấp công trình ........................................................................................................... 67
4.1.2. Tần suất thiết kế tính toán ......................................................................................... 67
4.1.3. Tiểu chuẩn chống lũ hạ du (theo Quy phạm thủy lợi QPTL-A6-77)........................ 68
4.1.4. Các đặc trưng thủy văn ............................................................................................. 68
4.1.5. Các thông số kỹ thuật hồ chứa .................................................................................. 68
4.1.6. Các thông số kỹ thuật của các hạng mục công trình ................................................. 69

4.2. CÁC SỐ LIỆU ĐẦU VÀO CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN QUẢN LÝ,
GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU HÀNH HỒ CHỨA DHHC-PMTL.V1.0 ÁP DỤNG CHO
HỒ CHỨA NƯỚC CỬA ĐẠT .............................................................................81

4.2.1. Số liệu đầu vào của khối tính toán dự báo lũ ............................................................ 81
4.2.2. Số liệu chính của khối tính toán dự báo nhu cầu nước phía hạ du hồ ...................... 84
4.2.3. Số liệu đầu vào của khối tính toán điều hành hồ ...................................................... 85

4.3. KIỂM NGHIỆM KẾT QUẢ TÍNH TOÁN CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN
QUẢN LÝ, GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU HÀNH HỒ CHỨA DHHC - PMTL V.1.0
KHI ÁP DỤNG CHO HỒ CỬA ĐẠT (KIỂM NGHIỆM NĂM 2008) ..............86

4.3.1. Kiểm nghiệm kết quả tính toán dự báo dòng chảy đến hồ........................................ 86
4.3.2. Kiểm nghiệm kết quả tính toán nhu cầu tưới vùng hạ du hồ .................................... 97

4.4. XÂY DỰNG KỊCH BẢN ĐIỀU HÀNH HỒ CỬA ĐẠT CHO CÁC NĂM
2008, 2009 VÀ NĂM 2010 .................................................................................101
Xây dựng kịch bản điều hành hồ Cửa Đạt cho các năm 2008, 2009 và năm 2010
với các giả thiết sau: ............................................................................................101

4.4.1. Xây dựng kịch bản điều hành hồ Cửa Đạt năm 2008 ............................................. 102
4.4.2 Xây dựng kịch bản điều hành hồ Cửa Đạt năm 2009 .............................................. 109
4.4.3 Xây dựng kịch bản điều hành hồ Cửa Đạt năm 2010 .............................................. 112

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................................................................................. 116
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 118
PHỤ LUC 1 ........................................................................................................... 1201
PHỤ LỤC 2 ............................................................................................................. 126

3

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 3.1: Bảng tung độ đường đơn vị không thứ nguyên…………………………28
Bảng 4.1: Đặc trưng thủy văn. .................................................................................. 68
Bảng 4.2: Thông số kỹ thuật. .................................................................................... 68
Bảng 4.3: Thông số kỹ thuật. .................................................................................... 72
Bảng 4.4: Thông số kỹ thuật. .................................................................................... 73
Bảng 4.5: Thông số kỹ thuật. .................................................................................... 73
Bảng 4.6: Mô hình phân bố lượng mưa tháng với tần suất P = 75% (mm). ............. 75
Bảng 4.7: Nhiệt độ không khí trung bình tháng (ToC).............................................. 76
Bảng 4.8: Số giờ nắng và bức xạ tổng cộng trung bình tháng. ................................. 77
Bảng 4.9: Độ ẩm tương đối của không khí trung bình tháng (%). ............................ 77
Bảng 4.10: Lượng bốc hơi piche trung bình tháng (mm). ........................................ 78
Bảng 4.11: Tốc độ gió trung bình tháng (m/s). ......................................................... 78
Bảng 4.12: Tốc độ gió mạnh nhất và hướng (m/s). .................................................. 79
Bảng 4.13: Phân phối dòng chảy trung bình tháng (m3/s). ...................................... 80
Bảng 4.14: Số liệu thời gian sinh trưởng của cây trồng. ........................................... 84
Bảng 4.15: Số liệu thời gian sinh trưởng của cây trồng. ........................................... 85
Bảng 4.16: Bảng quan hệ Z - F -W hồ chứa nước Cửa Đạt. ..................................... 86
Bảng 4.17: Kết quả tính toán theo ngày. .................................................................. 89
Bảng 4.18: So sánh tính toán nhu cầu nước giữa phần mềm và Cropwat trong 3
năm: 2008 - 2009 - 2010. ........................................................................................ 100
Bảng 4.19: Kịch bản xả lũ thứ nhất......................................................................... 103
Bảng 4.20: Kịch bản xả lũ thứ 2. ............................................................................ 103
Bảng 4.21: Kịch bản xả lũ thứ 3. ............................................................................ 103
Bảng 4.22: Kịch bản xả lũ cả năm 2008. ................................................................ 104
Bảng 4.23: Kịch bản xả lũ cả năm 2009………………………………………….110
Bảng 4.24: Kịch bản xả lũ gia đoạn 1 - 2009. ......................................................... 111
Bảng 4.25: Kịch bản xả lũ gia đoạn 2 - 2009. ........................................................ 111

4

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 3.1: Sơ đồ tổng thể của hệ thống thông tin quản lý, giám sát và điều hành hồ
chứa DHHC-PMTL.V.1.0. ........................................................................................ 18
Hình 3.2: Sơ đồ khối tính toán dự báo dòng chảy đến .............................................. 19
Hình 3.3: Đường đơn vị tam giác.............................................................................. 27
Hình 3.4: Đường đơn vị không thứ nguyên .............................................................. 27
Hình 3.5: Diễn toán dòng chảy theo phương pháp Muskingum .............................. 31
Hình 3.6: Mô hình diễn toán dòng chảy trong sông................................................. 31
Hình 3.7: Đường quan hệ ∆S~Q’. ............................................................................. 33
Hình 3.8: Sơ đồ khối tính toán nhu cầu nước hạ du.................................................. 34
Hình 3.9: Khối tính toán điều hành hồ ...................................................................... 38
Hình 3.10: Lưu l ượng xả qua công trình. ................................................................. 39
Hình 3.11: Chế độ dòng chảy qua cống lấy nước. .................................................... 40
Hình 3.12: Sơ đồ dòng chảy qua cống lấy nước. ...................................................... 41
Hình 3.13: Dòng chảy qua cống là tấm chắn hình cung và tấm phẳng đặt nghiêng. 45
Hình 3.14: Giao diện chung của hệ thống. ................................................................ 47
Hình 3.15: Hiển thị dữ liệu mưa trên lưu vực hồ chứa ............................................. 47
Hình 3.16: Bảng hiển thị dữ liệu mưa các trạm đo mưa trên lưu vực. ..................... 49
Hình 3.17: Bảng hiển thị các trọng số của các trạm đo mưa trên lưu vực. ............... 50
Hình 3.18: Bảng hiển thị dữ liệu đo mưa tức thời của các trạm đo mưa trên lưu vực.50
Hình 3.19: Bảng hiển thị thông tin về nhu cầu tưới. ................................................ 51
Hình 3.20: Bảng hiển thị số liệu khí tượng vùng hạ du hồ. ...................................... 52
Hình 3.21: Bảng cập nhật số liệu khí tượng vùng hạ du hồ. ..................................... 53
Hình 3.22: Cập nhật số liệu khí tượng vùng hạ du hồ từ file dữ liệu. ...................... 53
Hình 3.23: Sửa số liệu khí tượng vùng hạ du hồ....................................................... 54
Hình 3.24: Xóa số liệu khí tượng vùng hạ du hồ. ..................................................... 55

Hình 3.25: Lựa chọn năm khí tượng để tính toán. .................................................... 55
Hình 3.26: Bảng hiển thị kết quả tính toán ETo. ...................................................... 56
Hình 3.27: Biểu đồ hiển thị nhu cầu tưới khu tưới. .................................................. 57


5

Hình 3.28: Các chức năng của phần tính toán dự báo lũ và điều hành hồ chứa. ...... 58
Hình 3.29: Biểu đồ hiển thị lưu lượng tức thời. ........................................................ 59
Hình 3.30: Các biểu đồ dự báo lưu lượng về hồ, MN hồ và dung tích hồ chứa. ...... 60
Hình 3.31: Biểu đồ dự báo mực nước hồ khi được phóng to. ................................... 61
Hình 3.32: Số liệu lưu lượng trực tiếp chảy vào hồ tức thời. ................................... 61
Hình 3.33: Bảng hiển thị lượng mưa dự báo, thông số vận hành công trình xả lũ, lưu
lượng dự báo đến hồ, dự báo diễn biến mực nước hồ. .............................................. 62
Hình 3.34: Bảng lựa chọn kiểu báo cáo cần in. ........................................................ 63
Hình 3.35: Bảng báo cáo vận hành công trình xả lũ. ................................................ 63
Hình 3.36: Bảng báo cáo vận hành công trình xả lũ. ................................................ 64
Hình 3.37: Bảng điều h ành hồ chứa theo thời gian thực. ........................................ 64
Hình 4.1: Sơ đồ lưu vực hồ chứa nước Cửa Đạt. ...................................................... 81
Hình 4.2: Biểu đồ đường quan hệ Z - F -W hồ chứa nước Cửa Đạt. ........................ 85
Hình 4.3: Đường lũ đơn vị ........................................................................................ 87
Hình 4.4: Biểu đồ quan hệ giữa mực nước thực đo và mực nước tính toán ............. 88
Hình 4.5: Biểu đồ quan hệ giữa mực nước thực đo và mực nước tính toán ............. 88
Hình 4.6: Biểu đồ quan hệ giữa mực nước thực đo và mực nước tính toán ............. 89
Hình 4.7: Biểu đồ quan hệ giữa mực nước thực đo và mực nước tính toán ............. 90
Hình 4.8: Biểu đồ quan hệ giữa mực nước thực đo và mực nước tính toán ............. 90
Hình 4.9: Biểu đồ quan hệ giữ mực nước thực đo và mực nước tính toán ............... 91
Hình 4.10: Biểu đồ quan hệ giữa mực nước thực đo và mực nước tính toán ........... 91
Hình 4.11: Biểu đồ quan hệ giữa mực nước thực đo và mực nước tính toán. .......... 92
Hình 4.13: Biểu đồ quan hệ giữa mực nước thực đo và mực nước tính toán ........... 93

Hình 4.14: Biểu đồ quan hệ giữa mực nước thực đo và mực nước tính toán ........... 94
Hình 4.15: Biểu đồ giữa đường MN thực đo và mực nước tính toán năm 2008 ...... 95
Hình 4.16: Biểu đồ đánh giá mức độ sai số của trận lũ lớn nhất năm 2008. ............ 95
Hình 4.17: Đường quá trình mực nước trong mùa kiệt - tháng 3-2008. ................... 96
Hình 4.18: Đường quá trình mực nước trong mùa kiệt - tháng 3-2008. ................... 96
Hình 4.19: Xét quá trình lũ xuống. ........................................................................... 97


6

Hình 4.20: Tính toán bằng Cropwap ......................................................................... 98
Hình 4.21: Kết quả tính toán ET0 bằng phần mềm .................................................. 99
Hình 4.22: Kết quả tính toán nhu cầu nước .............................................................. 99
Hình 4.23: Đường quá trình lũ ................................................................................ 102
Hình 4.24: Đường quá trình mực nước theo kịch bản 1 ......................................... 105
Hình 4.25: Đường quá trình mực nước theo kịch bản 2 ......................................... 105
Hình 4.26: Đường quá trình mực nước theo kịch bản 3. ........................................ 106
Hình 4.27: Diễn biến mực nước hồ. ........................................................................ 106
Hình 4.28: Diễn biến mực nước hồ tương ứng với 3 kịch bản xả lũ. ..................... 107
Hình 4.29: Diễn biến mực nước hồ tương ứng với trận lũ thứ nhất, pha lũ lên...... 107
Hình 4.30: Diễn biến mực nước hồ tương ứng với trận lũ thứ nhất, pha lũ xuống. 108
Hình 4.31: Diễn biến mực nước hồ tương ứng với trận lũ cuối cùng. .................... 108
Hình 4.32: Đường quá trình lũ tại Bản Lửa ............................................................ 109
Hình 4.33: Đường quá trình lũ tại Mường Hinh ..................................................... 109
Hình 4.34: Đường tổng hợp lũ tại Cửa Đạt ............................................................. 110
Hình 4.35: Đường quá trình mực nước hồ. ............................................................. 112
Hình 4.36: Đường quá trình lũ tại Bản Lửa ............................................................ 113
Hình 4.37: Đường quá trình lũ tại Mường Hinh. .................................................... 113
Hình 4.38: Đường tổng hợp lũ tại Cửa Đạt. ............................................................ 113
Hình 4.39: Đường quá trình mực nước hồ Cửa Đạt. ............................................. 114

7

PHẦN MỞ ĐẦU
Ở nước ta, mùa khô thường kéo dài từ 6 ÷ 7 tháng, lượng mưa trong thời kỳ này chỉ
chiếm 15÷20% tổng lượng mưa cả năm, còn lại 80÷85% tập trung trong 5÷6 tháng
mùa mưa. Vì vậy hiện tượng thừa nước trong mùa mưa và thiếu nước để phục vụ sản
xuất nông nghiệp, công nghiệp,… gây nên lũ lụt, hạn hán sảy ra thường xuyên.
Trong những năm qua Đảng và Nhà nước ta đã rất chú trọng trong việc xây dựng
các hồ chứa nước nhằm cắt lũ, chậm lũ vào mùa mưa, cấp nước tưới phục vụ phát
điện, phục vụ nông nghiệp, công nghiệp và các ngành kinh tế khác. Các hồ này đã
góp phần phát triển kinh tế đất nước, đảm bảo an sinh xã hội. Đến nay, cả nước đã
xây dựng và đưa vào khai thác trên 2300 hồ chứa có dung tích trữ từ 0,2 triệu m3 trở
lên với tổng dung tích trữ trên 66 tỷ m3.
Năm 1996 Chính phủ đã cho phép nghiên cứu chuẩn bị xây dựng Hồ chứa nước
Cửa Đạt, nghiên cứu tiền khả thi dự án Hồ chứa nước Cửa Đạt do Công ty Tư Vấn
Xây Dựng Thuỷ Lợi 1 thực hiện được Chính Phủ phê duyệt tại Quyết định số
1359/CP - NN ngày 14/11/1998, Dự án được Chính Phủ quyết định đầu tư thông
qua quyết định 130/QĐ-TTg ngày 29 /01/2003, Chính Phủ giao cho Bộ NN&PTNT
làm Chủ đầu tư, Bộ xác định đây là Hồ rất quan trọng của tỉnh Thanh Hóa nói riêng
và cả nước nói chung. Đến ngày 02/02/2004 Dự án Hồ chứa nước Cửa Đạt được
khởi công xây dựng, cuối năm 2010 sẽ được bàn giao đưa vào sử dụng. Hồ chứa
nước Cửa Đạt có các nhiệm vụ chính như sau:
- Giảm lũ với tần suất P = 0,6%, bảo đảm mực nước tại Xuân Khánh không vượt
quá +13,71m (lũ lịch sử 1962);
- Cấp nước cho công nghiệp và sinh hoạt với lưu lượng Q = 7,715 m3/s.
- Tạo nguồn nước tưới ổn định cho 85.115 ha đất canh tác (Nam sông Chu là
54.031 ha, Bắc sông Chu là 31.084 ha);
- Kết hợp phát điện với công suất lắp máy tại đầu mối 97 MW, tại Dốc Cáy 15 MW;

- Bổ sung nước mùa kiệt cho hạ du sông Mã để đẩy mặn, cải tạo môi trường sinh
thái với lưu lượng Q = 30,42 m3/s.


8

Với nhiệm vụ và quy mô công trình của hồ chứa nước Cửa Đạt như trên thì công
tác hiện đại hóa quản lý điều hành hồ là đặc biệt quan trọng và cần được nghiên cứu
xây dựng. Các nội dung chính cần nghiên cứu như sau:
- Nghiên cứu công nghệ để tính toán dự báo lũ, điều hành hồ chứa: Từ số liệu
mưa và các số liệu cơ bản khác trên lưu vực, tính toán dự báo dòng chảy đến hồ, dự
báo mực nước hồ, xây dựng các kịch bản xả tràn. Từ số liệu diện tích khu tưới, tính
toán nhu cầu dùng nước kịch bản điều hành cấp nước;
- Nghiên cứu các giải pháp công nghệ để giám sát độ mở các cửa tràn, lưu lượng
đang xả qua tràn, các thông số trạng thái làm việc của xi lanh thủy lực (nhiệt độ
dầu, áp lực dầu,….); đo mưa tự động trên lưu vực và khu đầu mối hồ chứa; điều
khiển đóng mở cửa tràn, cửa cống.
- Nghiên cứu giải pháp công nghệ để giám sát, xử lý, phân tích các số liệu quan
trắc trong thân đập, trong thân tràn;
- Nghiên cứu giải pháp công nghệ để giám sát hình ảnh đập tràn bằng các camera
thông qua mạng internet.
Các lĩnh vực cần nghiên cứu trên liên quan rất nhiều lĩnh vực công nghệ như
công nghệ tự động hóa, công nghệ thông tin và chuyên môn thủy lợi, nên cần rất
nhiều thời gian và lực lượng nghiên cứu. Vì vậy, trong khuôn khổ đề tài luận văn
này chỉ giới hạn nghiên cứu ứng dụng công nghệ thông tin để tính toán dự báo lũ và
điều hành hồ chứa.
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Hồ chứa nước Cửa Đạt khi xây dựng xong sẽ tích được 1,4 tỷ m3 nước và tưới
cho 85.115 ha (Nam sông Chu là 54.031 ha, Bắc sông Chu là 31.084 ha) đất nông
nghiệp. Công việc tính toán dự báo dòng chảy đến và nhu cầu dùng nước phía hạ

lưu rất phức tạp, không thể tính toán thủ công bằng tay được mà cần phải nghiên
cứu lựa chọn mô hình công nghệ thông tin để sử dụng tính toán. Hiện nay ở Việt
Nam có nhiều đơn vị và cá nhân đã nghiên cứu xây dựng mô hình công nghệ để
điều hành hồ chứa. Mỗi một mô hình có những ưu nhược điểm khác nhau. Vì vậy,
việc nghiên cứu lựa chọn mô hình áp dụng sao cho phù hợp với hồ chứa nước Cửa


9

Đạt, nghiên cứu lựa chọn các thông số để áp dụng chạy mô hình dự báo lũ và điều
hành hồ chứa nước Cửa Đạt là rất cần thiết. Việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ
này sẽ giúp cán bộ điều hành hồ chứa có thể dự báo dòng chảy đến, lên kế hoạch xả
tràn để đón lũ nhằm đảm bảo an toàn hồ chứa, lập kế hoạch cấp nước cho vùng hạ
du nhằm đảm bảo cấp đủ, tránh lãng phí nước.
2. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI
Nghiên cứu ứng dụng công nghệ thông tin để hiện đại hoá quản lý điều hành Hồ
chứa nước Cửa Đạt nhằm chủ động lập kế hoạch, điều hành xả lũ trong mùa mưa lũ,
đảm bảo cấp nước phục vụ nông nghiệp, công nghiệp và sinh hoạt, phát huy hiệu
quả đầu tư công trình.
3. BỐ CỤC CỦA LUẬN VĂN
Chương 1: Tổng quan tình hình nghiên cứu trong nước và trên thế giới
1.1. Tình hình nghiên cứu trong nước
1.2. Tình hình nghiên cứu ngoài nước
1.3. Liệt kê danh mục các công trình nghiên cứu có liên quan đến đề tài đã
nêu trong phần tổng quan
Chương 2: Phương pháp và nội dung nghiên cứu
2.1. Phương pháp nghiên cứu
2.2. Nội dung nghiên cứu
Chương 3: Giới thiệu hệ thống thông tin quản lý, điều hành hồ chứa DHHPMTL.V.1.0
3.1. Các cơ sở toán học của mô hình phần mềm điều hành hồ chứa DHHPMTL.V.1.0

3.1.1. Khối tính dự báo dòng chảy đến
3.1.2. Khối tính toán nhu cầu nước vùng hạ du
3.1.2. Khối tính toán nhu cầu nước vùng hạ du
3.2. Giới thiệu các chức năng hệ thống thông tin quản lý điều hành hồ chứa
DHH-PMTL.V.1.0


10

Chương 4: Áp dụng hệ thống thông tin quản lý điều hành hồ chứa DHHCPMTL.V.1.0 để điều hành Hồ chứa nước Cửa Đạt
4.1. Giới thiệu công trình Hồ chứa nước Cửa Đạt
4.2. Kiểm nghiệm kết quả tính toán dự báo dòng chảy đến hồ
4.3. Nghiên cứu xây dựng các kịch bản điều hành hồ chứa nước Cửa Đạt cho
các năm 2008, 2009, 2010
Kết luận và kiến nghị
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC:
- PHỤ LỤC 1: CÁC SỐ LIỆU VỀ TÀI LIỆU KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN VÀ
LƯU LƯỢNG THỰC ĐO TRONG NHỮNG NĂM GẦN ĐÂY
- PHỤ LỤC 2: KẾT QUẢ TÍNH TOÁN


11

Chương 1
TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC VÀ THẾ GIỚI
1.1. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRÊN THẾ GIỚI
Trong những năm gần đây, nhân loại đã chứng kiến sự phát triển mạnh mẽ của
công nghệ thông tin và vai trò lớn lao của việc ứng dụng máy tính phục vụ phát
triển kinh tế Quốc dân. Đối với lĩnh vực quản lý điều hành các công trình thủy lợi,

các tiến bộ về tin học và máy tính đã giúp các nhà quản lý, quy hoạch thuỷ lợi giải
quyết được những bài toán mang quy mô lớn hơn, phức tạp hơn với độ chính xác
cao hơn. Các nhà khoa học trên thế giới đã đặc biệt quan tâm đến vấn đề nghiên cứu
xây dựng các phần mềm dự báo lũ và điều hành hồ chứa để giúp cán bộ quản lý có
thể điều hành hồ chứa an toàn về mùa mưa bão, tiết kiệm nước về mùa kiệt như:
- Veerakcuddy Rajasekaram đã áp dụng kỹ thuật tối ưu phi tuyến để tối ưu hóa
quy luật vận hành các hồ chứa trong hệ thống sông Mae Klong, Thái Lan. Trên cơ
sở quy luật vận hành tối ưu hồ chứa, nghiên cứu đã xây dựng thành công về phương
pháp luận cũng như kỹ thuật giải để nâng cao lượng nước tưới mỗi tháng cũng như
trong toàn bộ thời gian tưới của hệ thống thủy lợi Mae Klong, qua đó tăng độ tin
cậy trong nhiệm vụ cấp nước của hệ thống.
- Hajilal và các công sự đã phát triển hướng điều hành hồ theo thời gian thực
phục vụ cấp nước tưới cho hệ thống thủy nông dựa vào phương pháp quy hoạch
động với hàm mục tiêu là tìm giá trị nhỏ nhất của chênh lệch giữa lượng nước cần
cấp và lượng nước có thể cấp theo các thời đoạn trong năm, trong đó có tính đến
ảnh hưởng của thiếu hụt nước đến sản lượng cây trồng theo vụ. Trong tính toán,
thuật toán điều hành hồ tính toán tối ưu hồ đưa ra kế hoạch xả cho tất cả các thời
đoạn trong năm cho hạ du ngay từ đầu mùa vụ, dựa trên lượng nước đến, lượng
nước yêu cầu của hạ du, dung tích có trong hồ cho từng thời đoạn. Dựa vào tình
hình thực tế diễn biến ở mỗi thời đoạn điều hành hồ, chương trình sẽ tính lại lượng
nước cần xả tối ưu cho các thời đoạn còn lại dựa vào tình hình thực tế của lượng
nước đến, nước dùng của thời điểm điều hành. Đây là mô hình tương đối phù hợp
cho điều hành hồ và hệ thống tưới thực tế vì nó cập nhật được các thông tin của hệ


12

thống đến từng thời đoạn điều hành và có sự điều chỉnh phù hợp cho các thời đoạn
tiếp theo.
1.2. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC

Để đảm bảo an toàn cho các hồ chứa, trong những năm qua Nhà nước đã có chủ
trương tăng cường nâng cấp các hồ chứa và tăng cường nghiên cứu các công nghệ về
quản lý điều hành hồ chứa. Có các tác giả và các đơn vị trong nước đã nghiên cứu
như sau:
- Trong khuôn khổ đề tài “Nghiên cứu sử dụng tổng hợp nguồn nước phục vụ đa
mục tiêu ở các tỉnh Tây nguyên” do TS. Nguyễn Văn Hạnh làm chủ nhiệm. Đề tài
đã xây dựng công nghệ hỗ trợ quản lý, nâng cao hiệu quả của điều hành hồ chứa
khai thác tổng hợp nguồn nước.
- Viện Khoa học Thủy lợi đã áp dụng chương trình GAMS (Genneral Algebraiic
Modeling System) do Ngân hàng thế giới và Liên Hiệp Quốc xây dựng vào đề tài
Nghiên cứu ứng dụng công nghệ GAMS phục vụ quy hoạch, quản lý và khai thác
hệ thống công trình thủy lợi vùng thượng du sông Thái Bình. Chương trình GAMS
là một công cụ tính toán tối ưu rất tiên tiến có thể phục vụ đắc lực cho công tác
phân bổ tài nguyên. Tuy nhiên chương trình này chỉ phát huy hiệu quả cao với
những bài toán quy hoạch khi có đủ tài liệu của lưu vực sông được quy hoạch và
người tính toán có kinh nghiệm dùng chương trình GAMS, đối với các bài toán điều
hành hồ theo thời gian thực thì chương trình GAMS tỏ ra thiếu tính mềm dẻo.
- Trường Đại học Thủy lợi đã thực hiện đề tài Nghiên cứu các giải pháp khoa học
công nghệ bảo đảm an toàn hồ chứa thủy lợi vừa và lớn ở các tỉnh miền Bắc và
miền trung Việt Nam do GS.TS. Nguyễn Văn Mạo làm chủ nhiệm đề tài. Đề tài đã
xây dựng được phần mềm CT-ĐHHC-DDHTL2003 để tính toán đa mục tiêu. Nó
được xem như là một công nghệ dùng để vận hành hồ, trong đó có xét đến việc tính
toán lũ. Các công ty quản lý tiếp nhận công nghệ này có thể xây dựng được quy
trình vận hành cho các hồ do mình phụ trách. Tuy nhiên phần mềm này chỉ cho
phép xây dựng mô hình khung phục vụ điều hành hồ mà chưa xét đến khả năng điều
hành hồ theo thời gian thực khi có những thay đổi thông số về lượng nước đến,
lượng nước yêu cầu hạ du để có quyết sách phù hợp với thực tế.


13

- Tác giả Nguyễn Minh Đức đã sử dụng mô hình toán quy hoạch động để nghiên
cứu vấn đề tối ưu hóa chế độ làm việc dài hạn (năm) của nhà máy thủy điện trong
hệ thống điện;
- Tác giả Nguyễn Trọng Sinh đã nghiên cứu bài toán lựa chọn chế độ làm việc và
các thông số của hồ chứa khai thác tổng hợp để chống lũ và phát điện theo phương
pháp thống kê và quy hoạch động;
- Tác giả Hồ Tấn Sính đã ứng dụng phương pháp quy hoạch động để nghiên cứu
bài toán vận hành và điều khiển hệ thống hồ chứa phục vụ cấp nước. Đây là một mô
hình toán áp dụng trong vấn đề quản lý và khai thác các hồ chứa đã xây dựng với
các thông số đã biết;
- Tác giả Phạm Phụ đã xây dựng đã xây dựng mô hình tối ưu với lý thuyết quy
họach động để thiết kế sơ đồ sử dụng nguồn nước sông ngòi và lập cấu trúc tối ưu
bậc thang các hồ chứa chủ yếu cho phát điện. Nghiên cứu đã đứng trên quan điểm
hệ thống hồ bậc thang, coi dòng chảy đến là đại lượng ngẫu nhiên. Vì khối lượng
tính toán lớn, nên tác giả giới hạn nhiệm vụ chủ yếu của hệ thống hồ bậc thang là
phát điện;
- Tác giả Hoàng Đình Dũng đã nghiên cứu vấn đề sử dụng hợp lý dung tích hồ
chứa để phục vụ chống lũ và phát điện. Nghiên cứu đã coi dòng chảy đến hồ mang
tính ngẫu nhiên và sử dụng phương pháp Monte Carlo để tính toán liệt dòng chảy
đến, để tìm dung tích hợp lý nhất phục hai nhiệm vụ phòng lũ và phát điện, đồng
thời lựa chọn thông số về chống lũ cho hạ du, tác giả thiết lập mô hình quy hoạch
động kết hợp với phân tích nội suy thống kê. Mô hình toán được thiết lập xây dựng
chương trình máy tính, áp dụng cụ thể cho tổ hợp lũ sông Hồng cùng các hồ chứa
thuộc hệ thống sông Hồng;
- Tác giả Nguyễn Thượng Bằng trên cơ sở sử dụng lý thuyết toán tối ưu, đã phân
tích đề xuất và xây dựng được một mô hình tối ưu đa mục tiêu hệ thống thủy lợi thủy điện, khai thác tổng hợp nguồn nước có xét đến mối liên hệ chặt chẽ với nền
kinh tế quốc dân và môi trường sinh thái;

14

- Năm 2009 Trung tâm Công nghệ Phần mềm Thủy lợi - Viện Khoa học Thủy lợi
Việt Nam đã nghiên cứu Xây dựng hệ thống thông tin quản lý, giám sát và điều
hành hồ chứa DHHC-PMTL.V.1.0. Hệ thống đã được áp dụng vào hồ chứa nước
Định Bình - tỉnh Bình Định, hồ chứa nước Vực Mấu - tỉnh Nghệ An. Hệ thống có
chức năng nhận số liệu đo mưa tự động trên lưu vực, số liệu đo tự động mực nước
hồ, độ mở cửa tràn, cửa cống để tính toán dự báo dòng chảy đến (tùy từng lưu vực
cụ thể, người dùng có thể sử dụng mô hình TANK, phương pháp đường xu thế,
phương pháp đường đơn vị tổng hợp không thứ nguyên SCS, phương pháp
Muskingum để tính toán), dự báo nhu cầu dùng nước. Mô hình phần mềm cho phép
người dùng xây dựng các kịch bản xả tràn, các kịch bản xả cống, từ đó chọn kịch
bản xả tràn, xả cống tối ưu để điều hành hồ chứa. Trong khi điều hành hệ thống
nhận các số liệu đo tự động tức thời để điều chỉnh kịch bản xả tràn, kịch bản mở
cống cho phù hợp với thực tế. Trong quá trình điều hành hồ, các số liệu đo được lưu
trữ, sau mỗi năm điều hành mô hình phần mềm sẽ tự động điều chỉnh bộ thông số
của mô hình TANK, như vậy thời gian sử dụng mô hình phần mềm càng lâu thì bộ
thông số của mô hình càng chính xác.
Qua thống kê và phân tích ưu, nhược điểm các mô hình ở trên học viên chọn Hệ
thống thông tin quản lý, giám sát và điều hành hồ chứa DHHC-PMTL.V.1.0 do
Trung tâm Công nghệ Phần mềm Thủy lợi xây dựng để áp dựng để nghiên cứu áp
dụng cho công tác điều hành hồ chứa nước Cửa Đạt. Học viên đã lựa chọn hệ thống
này do các nguyên nhân chính như sau:
- Hệ thống tương đối hoàn thiện, đã giải quyết bài toán tổng thể, từ tính toán dự
báo dòng chảy đến, lập kế hoạch xả tràn nhằm đảm bảo an toàn cho hồ chứa, tính
toán nhu cầu dùng nước của vùng hạ du để lập kế hoạch cấp nước nhằm đảm bảo tiết
kiệm nước;
- Phương pháp tính toán hiện đại, phù hợp với tình hình ứng dụng trên thế giới và
Việt Nam;
- Hệ thống có chức năng tự động cập nhật số liệu quan trắc để tính toán điều

hành hồ chứa theo thời gian thực, nên việc tính toán điều hành sát với thực tế;


15

- Hệ thống có khả năng tự động điều chỉnh bộ thông số của mô hình TANK từ số
liệu vận hành hàng năm. Do vậy, sử dụng hệ thống càng lâu, hệ thống dự báo càng
chính xác;
- Hệ thống có giao diện bằng tiếng Việt nên rất thuận tiện cho người sử dụng;
- Quy mô, nhiệm vụ công trình hồ chứa nước Định Bình cũng tương tự hồ chứa
nước Cửa Đạt, nên có tính tương đồng cao;
- Trung tâm Công nghệ Phần mềm Thủy lợi - Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam
sẵn sàng cung cấp mô hình phần mềm và các tài liệu kèm theo cho học viên để
nghiên cứu.


16

Chương 2
PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

2.1. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Đề tài sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau để nghiên cứu:
- Phương pháp kế thừa: Đề tài đã sử dụng các kết quả nghiên cứu của Trung tâm
Công nghệ Phần mềm Thủy lợi - Viện Khoa học Thủy lợi về vấn đề quản lý điều
hành các công trình thủy lợi để nghiên cứu áp dụng cho hồ chứa nước Cửa Đạt.
- Phương pháp tương tự: Đề tài đã nghiên cứu tính tương đồng của hồ chứa
nước Định Bình - tỉnh Bình Định, hồ chứa nước Vực Mấu - tỉnh Nghệ An và hồ
chứa nước Cửa Đạt để áp dụng các kết quả nghiên cứu quản lý điều hành của các hồ
vào hồ Cửa Đạt.

- Phương pháp sắc xuất thống kê: Đề tài sử dụng phương pháp này đề tính toán
tần suất, xác định mô hình mưa điển hình để làm số liệu đầu vào của Hệ thống
thông tin quản lý, giám sát và điều hành hồ chứa DHHC-PMTL.V.1.0.
- Phương thực nghiệm: Đề tài sử dụng phương pháp so sánh, phương pháp thử
dần để kiểm nghiệm, hiệu chỉnh Hệ thống thông tin quản lý, giám sát và điều hành
hồ chứa DHHC-PMTL.V.1.0 cho phù hợp với hồ chứa nước Cửa Đạt.
2.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
2.2.1. Nghiên cứu các chức năng, cơ sở toán học của mô hình điều hành hồ
chứa DHHC-PMTL.V.1.0
- Nghiên cứu các cơ sở toán học để xây dựng Hệ thống thông tin quản lý, giám
sát và điều hành hồ chứa DHHC-PMTL.V.1.0
- Nghiên cứu các chức năng của Hệ thống thông tin quản lý, giám sát và điều
hành hồ chứa DHHC-PMTL.V.1.0


17

2.2.2. Nghiên cứu ứng dụng Hệ thống thông tin quản lý, giám sát và điều hành
hồ chứa DHHC-PMTL.V.1.0 để áp dụng điều hành Hồ chứa nước Cửa Đạt
2.2.2.1. Thu thập số liệu về công trình hồ chứa nước Cửa Đạt
- Thu thập số liệu về điều kiện tự nhiên, dân sinh kinh tế, tình hình sản xuất
nông nghiệp
- Thu thập số liệu về khí tượng thủy văn trong khu vực
- Thu thập số liệu về các thông số kỹ thuật của hồ chứa nước Cửa Đạt
2.2.2.2. Chạy thử kiểm nghiệm kết quả tính toán của hệ thống
2.2.3.3. Nghiên cứu xây dựng kịch bản điều hành hồ chứa nước Cửa Đạt cho các
năm 2008, 2009, 2010


18

Chương 3
GIỚI THIỆU HỆ THỐNG THÔNG TIN QUẢN LÝ ĐIỀU HÀNH HỒ
CHỨA DHHC-PMTL.V.1.0
3.1. CÁC CƠ SỞ TOÁN HỌC CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN QUẢN LÝ,
GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU HÀNH HỒ CHỨA DHHC-PMTL.V.1.0
Khối tính toán dự báo
dòng chảy đến hồ
Khối tính toán điều
hành hồ
Khối tính toán dự báo
nhu cầu nước vùng hạ
du
Hình 3.1: Sơ đồ tổng thể của hệ thống thông tin quản lý, giám sát và điều hành hồ
chứa DHHC-PMTL.V.1.0.
Hệ thống được chia làm 3 khối chính như hình 3.1: Khối tính toán dự báo dòng
chảy đến; Khối tính toán nhu cầu nước vùng hạ du; Khối tính toán điều hành hồ.
3.1.1. Khối tính toán dự báo dòng chảy đến
Hệ thống cho phép người dùng có thể tự lựa chọn một trong các mô hình:
LTANK, phương pháp đường xu thế, phương pháp đường đơn vị tổng hợp không
thứ nguyên, phương pháp Muskinggum sao cho phù hợp với từng lưu vực cụ thể để
tính toán dự báo dòng chảy đến hồ. Ứng với từng mô hình, hệ thống có cấu trúc số
liệu đầu vào và sơ đồ tính toán khác nhau.


19

3.1.1.1. Trường hợp sự dụng mô hình LTANK để tính toán dự báo dòng chảy đến
Số liệu đầu vào
Số liệu mưa

trên lưu vực
Số liệu mực
nước hồ
Số liệu về lưu
vực

Cơ sở
dữ liệu
máy
chủ

Module tính
toán dòng chảy
lịch sử

Module tính toán
hiệu chỉnh và tối
ưu thông số

Thông số đã
qua hiệu chỉnh

Số liệu vận
hành hồ đã có

A

Module dự báo
dòng chảy đến hồ

Hình 3.2: Sơ đồ khối tính toán dự báo dòng chảy đến.
1. Module tính toán dòng chảy lịch sử
Từ số liệu mực nước hồ, số liệu vận hành tràn (độ mở cửa tràn, số cửa được mở,
thời gian mở), số liệu vận hành cống lấy nước (độ mở cửa cống, số cửa được mở,
thời gian mở), số liệu vận hành nhà máy thủy điện (lưu lượng mỗi tổ máy, thời gian
vận hành, số tổ máy chạy), module này sẽ tính toán lưu lượng đến hồ theo thời gian
đã vận hành hồ.
2. Module tính toán hiệu chỉnh và tối ưu thông số
Trong mô hình LTANK, việc tìm ra bộ thông số của lưu vực là vô cùng quan
trọng. Nó phản ánh mọi mặt của lưu vực hồ chứa, là thành phần chính để tính toán
ra lưu lượng nước tới của hồ. Nhưng việc áp dụng một bộ thông số này cho nhiều
năm tính toán là không hợp lý. Vì lưu vực sẽ bị thay đổi theo thời gian, như: cây cối
bị chặt nhiều hơn, thảm phủ thay đổi, các hồ ao nhỏ bị lấp đi hoặc được tạo mới,
lượng nước ngầm bị biến động, … Tất cả các yếu tố đó đều làm cho bộ thông số tại
thời điểm tính toán ngày càng xa với thực tế hiện tại. Vì thế, nó phải cần một modul


20

dùng để điều chỉnh lại bộ thông số này. Quá trình này đi kèm với nó là việc tối ưu
bộ thông số mới được tìm ra.
Những dữ liệu được thêm mới vào CSDL đều tốt hơn về chất lượng (vì được đo
bằng các máy móc chuyên dụng) và nhiều hơn về số lượng (vì được đo đạc liên tục,
có thể theo dõi với những mốc thời gian nhỏ). Do vậy, ta sẽ dựa trên các mốc số
liệu này để hiệu chỉnh dần các bộ thông số qua thời gian.
Tương ứng với quá trình đó là việc tối ưu bộ thông số tìm được. quá trình này
được triển khai như sau:
Tư tưởng bài toán tối ưu:
a. Coi như bài toán là một hàm số ẩn, với 30 tham số đầu vào
b. Mục đích là đi tìm cực trị toàn cục của bài toán

c. Giải pháp tìm cực trị có 2 kiểu
c.1. Áp dụng thuật toán The steepest descent method.
c.2. Áp dụng thuật toán “Lát cắt Tụy” - Giáo sư Hoàng Tụy,(Tuy’s cut)
d. Tính toán vecto Grand theo phương pháp gần đúng ( giải thuật simson, giải
thuật newton tiến, giải thuật newton lùi, giải thuật bảng sai phân)
e. Ưu tiên phương pháp c.1
3. Module tính toán dự báo dòng chảy đến hồ
Module này sử dụng mô hình LTANK để tính toán như sau:
a. Mô tả mô hình
Quá trình dòng chảy được hình thành từ quá trình nước chảy qua các cửa ra ở
thành bên của các bể chứa.
Dòng chảy của lưu vực là sự tổ hợp của ba loại dòng chảy thành phần:
-

Dòng chảy mặt được sinh ra bởi bể chứa trên cùng (bể A);

-

Dòng chảy sát mặt được sản sinh ra do bể chứa tầng giữa (bể B);

-

Dòng chảy ngầm là do bể chứa dưới cùng (bể C) tạo ra.

Lượng dòng chảy qua các cửa ra của các bể phụ thuộc vào lượng nước chứa
trong các bể đó theo quan hệ sau:
Ri = f(Si)

(3.1)

21

Trong đó Ri = lượng dòng chảy qua các cửa ra của bể chứa thứ i;
Si = lượng nước chứa trong bể chứa thứ i.
Mối quan hệ (1) có thể là tuyến tính, hoặc không tuyến tính.
Tính chất này tuỳ thuộc vào đặc tính cơ lý của các loại đất đai trên lưu vực.
Nhiều nghiên cứu cho thấy chỉ có dòng chảy mặt thì mối quan hệ (1) là không
tuyến tính, còn đối với các bể chứa tầng dưới mối quan hệ (1) được coi là tuyến
tính. Giải quyết mối quan hệ không tuyến tính này mô hình tăng số lượng cửa ra ở
thành bên (ít nhất là hai cửa).
Mô hình này LTANK đã coi ba loại dòng chảy thành phần được chảy riêng qua
các dãy bể chứa tuyến tính và hợp nhất thành dòng chảy của lưu vực ở mặt cắt cửa ra.
Sự tác động của các hệ thống bể chứa tuyến tính đối với các dòng chảy thành
phần có thể mô phỏng bằng hàm truyền Nash với hai thàm sô như sau:
1
 t 
U(t) =
× 
K.Γ(n )  K 

n −1

×e

−

t
K

(3.2)

Ở đây:
U(t) = tung độ hàm truyền tại thời điểm t
n và K = hai tham số (n là số lượng bể chứa tuyến tính và K là hệ số trữ nước
của mỗi bể,
Γ(n) = hàm phân phối Gama của n
Nói một cách khác là ba tầng bể chứa làm nhiệm vụ phân cắt ba thành phần dòng
chảy, còn ba hệ thống bậc thang bể chứa tuyến tính (hàm Nash) làm nhiệm vụ diễn
toán ba loại dòng chảy thành phần đến mặt cắt cửa ra của lưu vực.
b. Tính toán
+ Tính toán lượng mưa trên lưu vực - Xbq.
Từ tài liệu lượng mưa đo được ở các trạm đo mưa trong và lân cận lưu vực
nghiên cứu, ta có thể xác định trị số lượng mưa bình quân trên toàn lưu vực để cung
cấp cho mô hình. Nhìn chung các công thức tính lượng mưa bình quân lưu vực
trong các mô hình toán thuỷ văn thường có dạng như sau:


22

n

X bq = ∑ Wid × X id
1

(3.3)

Trong đó: Xbq= lượng mưa bình quân lưu vực cần tính;
Xid = lượng mưa đo được tại trạm đo mưa thứ i,
Wid = hệ số tỷ trọng trạm đo mưa thứ i,

n = tổng số trạm đo mưa dùng trong tính toán lượng mưa bình quân
lưu vực.
+ Tính toán lượng bốc hơi thực tế của lưu vực - Ea.
Bốc hơi là đại lượng tương đối ổn định trên lưu vực có thể.
Theo tài liệu thực đo của các trạm khí tượng khí hậu. Hoặc tính gián tiếp theo:
Ea = α Ep

(3.4)

Trong đó
Ea = lượng bốc hơi thực tế,
Ep = khả năng bốc hơi,
α = hệ số chuyển đổi phụ thuộc vào lượng trữ ẩm trong đất, và nhỏ hơn hoặc
bằng đơn vị. Ep - có thể tính theo công thức Penman.
c. Xác định lượng trữ nước trong các bể chứa - SAt, SBt, SCt
Lượng trữ nước bổ sung trực tiếp vào bể chứa ẩm trên cùng của mô hình, đồng
thời lượng bốc hơi lại làm giảm lượng nước trữ trong bể chứa này. Do vậy, lượng
nước chứa trong bể chứa nước mặt (bể A) tại thời điểm tính toán t sẽ là:
SAt = SAt-1 + Xt - Eat

(3.5)

Trong đó:
SAt và SAt-1 = lượng trữ nước trong bể chứa nước mặt tại các thời điểm t và t - 1,
Xt và Eat lượng mưa và lượng bốc hơi thực tế trong thời khoảng từ t -1 đến t.
Lượng nước trữ của hai bể chứa dưới (bể nước sát mặt và bể nước ngầm)
được xác định như sau:
- Đối với bể nước sát mặt (bể B)
SBt = SBt-1 + IAt
ở đây IAt = lượng nước thấm từ bể chứa tầng trên (bể A)

(3.6)


23

- Đối với bể nước ngầm (bể C)
SCt = SCt-1 +IBt

(3.7)

trong đó IBt = lượng nước thấm từ bể chứa nước sát mặt.
d. Tính thấm - IAt, IBt, ICt
Trong mô hình, quá trình thấm được coi là quá trình nước chảy theo phương
thẳng đứng từ các bể chứa tầng trên xuống các bể chứa tầng dưới. Tốc độ thấm phụ
thuộc vào lượng nước chứa trong các bể và đặc tính thuỷ lý của các tầng đất đá trên
lưu vực. Mối quan hệ giữa lượng nước thấm và lượng nước trữ trong các bể được
giả thiết là tuyến tính và biểu diễn dưới dạng:
IAt = (SAt - A1)AK1

(3.8)

IBt = (SBt - B1)BK1

(3.9)

ICt = (SCt - C1)CK1

(3.10)

Trong đó:
A1, B1,C1: độ cao các ngưỡng cửa tháo nước ở đáy bể chứa A, B, và C;
AK1, BK1, CK1 là các hệ số thấm của các bể chứa.
Những tham số này phản ánh các tính chất cơ lý và thuỷ lý của đất đá trên lưu
vực, và phải thoả mãn những điều kiện sau đây:
IAt = 0

khi

SAt ≤ A1

IBt = 0

khi

SBt ≤ B1

ICt = 0

khi

SCt ≤ C1

(3.11)

và:
0 ≤ AK1 ≤ 1

A1 ≥ 0

0 ≤ BK1 ≤ 1

B1 ≥ 0

0 ≤ CK1 ≤ 1

C1 ≥ 0

(3.12)

e. Tính toán dòng chảy
Lượng dòng chảy mặt được sản sinh từ bể chứa trên cùng. Quá trình hình thành
dòng chảy mặt phụ thuộc vào trạng thái ẩm kỳ trước của đất và cường độ mưa.
Nếu lượng ẩm kỳ trước SAt-1 lớn hơn hoặc bằng lượng ẩm tới hạn SM thì bể
chứa hoạt động theo chế độ bão hoà. Lượng nước mưa bổ sung làm tăng lượng trữ


24

ẩm trong bể. Nếu lượng nước trong bể tại thời điểm tính toán (SAt) lớn hơn độ cao
các ngưỡng cửa ra A2, A3... thì dòng chảy mặt được tạo ra. Lượng dòng chảy này
được tính như sau:
n

RA t = ∑ (SA t − A j ) × AK j

(3.13)

j= 2

Trong đó:
AKj = hệ số tháo nước của các cửa ra ở thành bên bể chứa nước mặt
n = số cửa tháo nước ở thành bên.
Biểu thức (13) cần thoả mãn những điều kiện sau đây:
RAt = 0

khi

0 ≤ AKj ≤ 1 và

SAt ≤ Aj
Aj ≥ 0

(3.14)

Trong trường hợp lượng ẩm kỳ trước nhỏ hơn lượng ẩm tới hạn (SAt-1 ≤ SM) sẽ
xảy ra hai khả năng:
- Đối với những trận mưa có cường độ nhỏ (X nhỏ hơn A2 - SM) thì toàn bộ
lượng mưa chỉ làm tăng thêm lượng ẩm của bể chứa chứ không xuất hiện dòng chảy.
- Ở vùng nhiệt đới ẩm ướt như nước ta thường có những trận mưa đầu mùa xảy
ra với cường độ lớn (X lớn hơn A2 -SM) lúc này các tầng đất chưa bão hoà và sẽ
xảy ra hai quá trình vừa chảy tràn trên sướn dốc (vừa hình thành dòng chảy) và vừa
cung cấp ẩm cho tầng đất phía dưới của bể chứa trên cùng. Lượng dòng chảy trong
trường hợp này được xác định như sau:
n

RA t = ∑ (X t + SM - E at − A j ) × AK j

(3.15)

j =1

Dòng chảy sát mặt và dòng chảy ngầm trong mô hình được coi là có mối quan hệ
tuyến tính với lượng nước trữ trong các bể chứa và được tính theo các biểu thức
sau:
RBt = (SBt - B2)BK2

(3.16)

RCt = (SCt - C2)CK2

(3.17)

Các tham số trong (3.16) và (3.17) phải thoả mãn các điều kiện sau đây:
B2 ≥ 0

và

0 ≤ BK2 ≤ 1

(3.18)


25

C2 ≥ 0

và

0 ≤ CK2 ≤ 1

RBt = 0

khi

SBt ≤ B2

RCt = 0

khi

SCt ≤ C2

và:

(3.19)

Cả ba thành phần dòng chảy RAt, RBt, và RCt được diễn toán độc lập với nhau
bằng hàm truyền Nash (2) rồi hợp nhất lại thành dòng chảy của lưu vực ở mặt cắt
cửa ra:
Qt = k (YAt + YBt + YCt) + Qng

(3.20)

Trong đó: k - hệ số hiệu chuyển đổi đơn vị.
3.1.1.2. Trường hợp sử dụng phương pháp đường xu thế để tính toán dự báo
dòng chảy đến
Phương pháp đường xu thế dựa trên giả định là đại lượng dự báo thay đổi theo
quy luật giống như quy luật trước đó. Nghĩa là nếu lũ đang lên thì giá trị dự báo tiếp
tục tăng và ngược lại, lũ đang xuống thì giá trị dự báo tiếp tục giảm. Do đó, phương

pháp này thích hợp với các yếu tố cần dự báo có pha thay đổi chậm, chẳng hạn lũ
tại hạ lưu các sông lớn.
Gọi thời gian lũ lên là Tl thời gian dự kiến dự báo là τ, nếu dự báo theo phương
pháp xu thế là đường thẳng cứ n = T/ τ lần lượt có một lần dự báo sai về pha lũ (lũ
xuống lại dự báo là lũ lên và ngược lại) khi đó, sai số là rất lớn. Giả sử các lần dự
báo đều có sai số nhỏ hơn sai số cho phép, chỉ khi dự báo sai về pha lũ mới có sai số
vượt qua sai số cho phép, khi đó mức bảo đảm phương án là:
P
=

n −1
T
.100%, n
=
n
τ

(3.21)

Nếu P = 80% tính ra n=5, giả sử thời gian dự kiến là τ=1 ngày thì thời gian lũ lên
T=n.τ= 5 ngày. Nói cách khác, muốn áp dụng phương pháp xu thế đường thẳng cho
pha lũ lên với mức bảo đảm phương án là 80%, và thời gian dự kiến là 1 ngày, cần
thời gian lũ lên không nhỏ hơn 5 ngày. Nếu thời gian lũ lên chỉ kéo dài hai giờ, thời
gian dự kiến chỉ còn là:
τ=

T 120
=
= 24( p )
5

n

(3.22)