Xây dựng mô hình toán vận hành hệ thống hồ chứa đa mục tiêu thời kỳ mùa kiệt cho lưu vực sông ba

LỜI CẢM ƠN

Luận án được khởi thảo, tiến hành và hoàn thiện tại trường Đại học Bách
khoa, Đại học Đà Nẵng.
Đầu tiên, Tác giả à t

ng k nh trọng và iết ơn sâu sắc đến các hướng

dẫn khoa học TS. Lê Hùng và GS.TS. Hà Văn Khối đã tận t nh hướng ẫn Tác giả
trong suốt quá tr nh nghiên cứu và hoàn thiện Luận án.
Tác giả xin cảm ơn Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Đà Nẵng, Khoa
Xâ

ựng Thủy lợi - Thủ điện, Ph ng Quản ý Sau đại học trường Đại học Bách

Khoa, Ban quản ý các ự án đầu tư xâ

ựng tỉnh Phú Yên đã tạo điều kiện thuận

lợi cho Tác giả trong thời gian nghiên cứu và hoàn thành Luận án.
Tác giả xin à t

ng iết ơn đến quý thầ cô và các ạn đồng nghiệp đã

đóng góp nhiều ý kiến thiết thực để Tác giả hoàn thiện luận án.
Cuối cùng Tác giả không thể nào quên sự lo lắng, gánh vác việc nhà và nuôi
dạ con cái của người Vợ, sự quan tâm và động viên của Cha-Mẹ và gia đ nh.
Luận án có nội dung về quản ý vận hành hệ thống hồ chứa đa mục tiêu ưu
vực sông Ba trong bối cảnh biến đổi kh hậu, đâ

à một vấn đề rộng lớn và phức

tạp, luận án không thể tránh kh i sai sót. Tác giả mong nhận được ý kiến đóng góp
của quý thầ , cô, đồng nghiệp, bạn è về luận án để sửa chữa những sai sót.
Xin trân trọng cảm ơn
TÁC GIẢ

Cao Đình Huy

i


LỜI CAM ĐOAN

Tôi à Cao Đ nh Hu . Tôi xin cam đoan đâ

à công tr nh nghiên cứu của

riêng tôi. Các nội ung và kết quả nghiên cứu trong Luận án à trung thực và chưa
được ai công ố trong bất kỳ công tr nh khoa học nào.
TÁC GIẢ

Cao Đình Huy

ii


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................. i
LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................... ii
MỤC LỤC ................................................................................................................. iii

DANH SÁCH BẢNG BIỂU .................................................................................... vii
DANH SÁCH HÌNH VẼ .......................................................................................... ix
DANH SÁCH KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT............................................................. xi
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1
1. T nh cấp thiết của đề tài .......................................................................................1
2. Mục tiêu nghiên cứu ............................................................................................2
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .......................................................................2
4. Phương pháp nghiên cứu .....................................................................................2
5. Ý nghĩa khoa học và thực ti n của luận án ..........................................................3
5.1. Ý nghĩa khoa học ..........................................................................................3
5.2. Ý nghĩa thực ti n ...........................................................................................3
6. Phương pháp tiếp cận ..........................................................................................4
7. Những đóng góp mới của luận án........................................................................4
8. Cấu trúc uận án ...................................................................................................5
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VẬN HÀNH HỆ THỐNG HỒ
CHỨA THỜI KỲ MÙA KIỆT ...................................................................................6
1.1. Vai tr hệ thống hồ chứa trong cân ằng nước ................................................6
1.2. Tổng quan các nghiên cứu vận hành hồ chứa ..................................................8
1.2.1. Tổng quan các nghiên cứu vận hành hồ chứa trên thế giới .......................8
1.2.2. Tổng quan các nghiên cứu vận hành hồ chứa trong nước .......................15
1.2.3. Các nghiên cứu trên ưu vực sông Ba ......................................................17
1.3. Nhận xét chung về các nghiên cứu trong và ngoài nước, xác định hướng
nghiên cứu của luận án ..........................................................................................21
1.3.1. Về phương pháp uận ...............................................................................21
1.3.2. Về thực trạng nghiên cứu vận hành hồ chứa ở ưu vực sông Ba .............22
1.3.3. Định hướng nghiên cứu của luận án ........................................................22

iii

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN THIẾT LẬP BÀI TOÁN
VẬN HÀNH HỒ CHỨA TRÊN SÔNG BA THỜI KỲ MÙA KIỆT ......................25
2.1. Giới hạn địa ý ưu vực sông Ba .....................................................................25
2.2. Đặc điểm sông ng i ........................................................................................25
2.3. Phân t ch đặc điểm kh hậu và ng chả sông ảnh hưởng đến chế độ vận
hành các hồ chứa thời kỳ mùa kiệt ........................................................................27
2.3.1. Đặc điểm kh hậu .....................................................................................27
2.3.2. Đặc điểm chế độ mưa theo mùa ...............................................................28
2.3.3. Đặc điểm chế độ

ng chả sông ng i ....................................................33

2.3.4. Đặc điểm đường quá tr nh rút nước thời kỳ mùa kiệt ..............................38
2.4. Hiện trạng hệ thống công tr nh thủy lợi và nhu cầu sử dụng nước ................41
2.4.1. Hệ thống công tr nh thủy lợi ....................................................................41
2.4.2. Hệ thống hồ chứa thủ điện lớn trên sông Ba ..........................................43
2.4.3. Hệ thống các trạm ơm cấp nước trên sông ch nh ...................................45
2.5. Nhiệm vụ vận hành điều tiết hệ thống hồ chứa thời kỳ mùa kiệt ...................46
2.5.1. Nhiệm vụ vận hành điều tiết cấp nước của hệ thống hồ chứa thời kỳ mùa
kiệt ......................................................................................................................46
2.5.2. Thực trạng vận hành các hồ chứa thủ điện, khó khăn và tồn tại ............48
2.6. Thiết lập ài toán vận hành điều tiết hệ thống hồ chứa trên ưu vực sông Ba
thời kỳ mùa kiệt .....................................................................................................52
2.6.1. Xác định nhiệm vụ và nội ung nghiên cứu ài toán vận hành hồ chứa
ưu vực sông Ba thời kỳ mùa kiệt ......................................................................52
2.6.2. Mô tả ài toán vận hành hồ chứa trên ưu vực sông Ba theo thời gian thực
thời kỳ mùa kiệt..................................................................................................54
2.6.3. Những khó khăn khi ập và vận hành hệ thống hồ chứa ưu vực sông Ba
theo thời gian thực và hướng giải quyết.............................................................57
2.7. Kết luận chương 2...........................................................................................59

CHƯƠNG 3: THIẾT LẬP MÔ HÌNH MÔ PHỎNG, XÂY DỰNG BIỂU ĐỒ RÚT
NƯỚC TIỀM NĂNG PHỤC VỤ VẬN HÀNH HỆ THỐNG HỒ CHỨA SÔNG BA
THỜI KỲ MÙA KIỆT THEO THỜI GIAN THỰC.................................................62
3.1. Giới thiệu chung về các mô h nh mô ph ng trong quy hoạch và quản ý tài
ngu ên nước ..........................................................................................................62
3.2. Xâ ựng mô h nh mô ph ng Ba-Model phục vụ ài toán quản ý nước và
vận hành hệ thống hồ chứa trên ưu vực sông Ba..................................................66

iv


3.2.1. Yêu cầu về thiết lập mô h nh ...................................................................66
3.2.2. Cấu trúc của mô h nh ...............................................................................66
3.2.3. Mô ph ng .................................................................................................69
3.3. Xâ

ựng thuật toán và ập chương tr nh t nh toán cho mô h nh Ba-Model ..72

3.3.1. Thuật toán t nh điều tiết hồ chứa..............................................................72
3.3.2. Giới thiệu cơ sở ý thu ết mô h nh NAM ................................................76
3.3.3. Thuật toán t nh ưu ượng tại các nút nhập ưu theo mô h nh NAM .......81
3.3.4. Dữ liệu sử dụng cho t nh toán ..................................................................82
3.3.5. Lập chương tr nh t nh toán .......................................................................83
3.4. Xác định bộ thông số mô h nh NAM của Ba-Mo e ưu vực sông Ba ..........83
3.4.1. Xác định các tiểu ưu vực phục vụ t nh toán nước đến các nút hồ chứa..83
3.4.2. T ch hợp các mô h nh thành phần khi xác định các tham số mô h nh
NAM...................................................................................................................86
3.4.3. Xác định bộ thông số mô h nh NAM .......................................................87
3.5. Xâ ựng đường rút nước tiềm năng ứng dụng trong nhận dạng ng chảy
mùa kiệt .................................................................................................................92

3.5.1. Xâ

ựng biểu đồ rút nước tiềm năng......................................................92

3.5.2. Nhận dạng

ng chả mùa kiệt theo biểu đồ rút nước tiềm năng ...........96

3.6. Kết luận ...........................................................................................................96
CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG MÔ HÌNH BA-MODEL VÀO VẬN HÀNH HỆ
THỐNG HỒ CHỨA TRÊN LƯU VỰC SÔNG BA THỜI KỲ MÙA KIỆT ..........98
4.1. Nhiệm vụ và nội dung nghiên cứu..................................................................98
4.2. T nh toán kiểm tra khả năng đáp ứng êu cầu điều tiết cấp nước cho hạ du
theo qu tr nh vận hành iên hồ của các hồ chứa lớn trên ưu vực sông Ba ..........98
4.2.1. Mục đ ch t nh toán ...................................................................................98
4.2.2. Thiết lập mạng sông .................................................................................99
4.2.3. Phương pháp t nh toán nước đến các nút hồ chứa và nhập ưu .............100
4.2.4. Phương thức vận hành hồ chứa trong quá tr nh t nh toán kiểm tra........105
4.2.5. Tài iệu sử dụng t nh toán.......................................................................107
4.2.6. Kết quả t nh toán kiểm tra êu cầu điều tiết cấp nước hạ u qu định
trong qu tr nh iên hồ chứa 878/QĐ-TTG ......................................................108
4.2.7. Đề xuất một phương án điều tiết cấp nước hạ du thời kỳ mùa kiệt cho các
hồ chứa Krông H’Năng, Ba Hạ và Sông Hinh .................................................116

v


4.3. T nh toán thử nghiệm dự áo khả năng đảm bảo êu cầu cấp nước cho hạ du
mùa kiệt năm 2018-2019 theo mô h nh Ba-Model .............................................122
4.3.1. Dữ liệu sử dụng trong t nh toán .............................................................122

4.3.2. Kết quả t nh toán ....................................................................................122
4.3.3. Nhận xét kết quả t nh toán .....................................................................123
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.................................................................................131
1. Những kết quả đạt được của luận án ...............................................................131
2. Những hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp theo ...............................................132
3. Kiến nghị .........................................................................................................132
DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ ........................................................134
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................135
PHỤ LỤC

vi


DANH SÁCH BẢNG BIỂU
Bảng 2.1. D ng chảy kiệt đo tại các trạm đo thủ văn ưu vực sông Ba ..................37
Bảng 2.2: Sơ đồ nút giai đoạn hiện trạng ưu vực sông Ba.......................................41
Bảng 2.3: Thông số kỹ thuật chủ yếu của các hồ chứa lớn trên sông Ba .................44
Bảng 2.4: Thông số kỹ thuật chủ yếu của các thủ điện nh trên sông Ba ..............45
Bảng 2.5: Thống kê công suất phát điện

nh quân tháng thủ điện Sông Hinh (đơn

vị : MW) ....................................................................................................................49
Bảng 3.1: Các thông số ch nh trong mô h nh NAM .................................................80
Bảng 3.2: Mô tả giới hạn các tiểu ưu vực được phân chia ......................................85
Bảng 3.3: Trạm đo mưa và ốc hơi sử dụng trong mô h nh NAM ...........................88
Bảng 3.4: Đánh giá mức độ mô ph ng của mô h nh tương ứng với chỉ số NashSutcliffe (Theo Moriasi, 2007) ..................................................................................91
Bảng 3.5: Tiêu chuẩn đánh giá hệ số tương quan (Theo Moriasi, 2007) ..................91
Bảng 3.6: Chỉ số đánh giá độ tin cậy của mô h nh tại trạm An Khê và Củng Sơn ...91
Bảng 3.7: Chỉ số đánh giá độ tin cậy của mô h nh NAM trên ưu vực sông Hinh ..92

Bảng 3.8: Bộ thông số mô h nh NAM sau khi hiệu chỉnh và kiểm định mô h nh ....92
Bảng 4.1: Nhu cầu nước giai đoạn hiện trạng tại các nút sử dụng nước (Lưu ượng
m3/s) ........................................................................................................................102
Bảng 4.2: Qu định ưu ượng điều tiết xuống hạ u theo Qu tr nh iên hồ chứa ưu
vực sông Ba .............................................................................................................106
Bảng 4.3: Tổng hợp kết quả đánh giá sự đảm bảo êu cầu điều tiết nước cho hạ du
theo Qu tr nh 878/QĐ-TTg. ..................................................................................112
Bảng 4.4: Phương án điều tiết đề xuất ....................................................................116
Bảng 4.5: Tổng hợp kết quả t nh toán theo phương án đề xuất ..............................118
Bảng 4.6: Bảng ưu ượng nh quân tháng tổng hợp theo kết quả t nh toán ưu
ượng nh quân ngà theo mô h nh NAM năm 2018-2019 của 14 tiểu ưu ực sông
Ba ............................................................................................................................124

vii


Bảng 4.7: Bảng thống kê t nh trạng thiếu nước tại các nút cấp nước tưới năm 20182019 từ kết quả t nh toán cân ằng nước theo mô h nh Ba-Model ........................124
Bảng 4.8: Bảng t nh toán kiểm tra khả năng điều tiết cấp nước năm 2018-2019 ...128
Bảng 4.9: Vị tr giá trị ưu ượng trên iểu đồ rút nước tiềm năm tại thời điểm ngà
15/12/2018...............................................................................................................130

viii


DANH SÁCH HÌNH VẼ
H nh 2.1: Bản đồ vùng nghiên cứu (Nguồn [1]) .......................................................26
H nh 2.2a: Biểu đồ tỷ lệ ượng mưa tháng

nh quân nhiều năm tại Pơ Mơ Rê .......29

H nh 2.2 : Biểu đồ tỷ lệ ượng mưa tháng

nh quân nhiều năm .............................30

H nh 2.2c: Biểu đồ tỷ lệ ượng mưa tháng

nh quân nhiều năm .............................30

H nh 2.2 : Biểu đồ tỷ lệ ượng mưa hàng tháng
H nh 2.2e: Biểu đồ tỷ lệ ượng mưa tháng

nh quân nhiều năm ....................31

nh quân nhiều năm tại ........................31

H nh 2.2f: Bản đồ đẳng trị tổng ượng mưa năm trung nh nhiều năm ưu vực sông
Ba và vùng phụ cận (Nguồn [1]) ...............................................................................32
H nh 2.3a: Biểu đồ tỷ lệ phân ố ng chả tháng trong năm nh quân nhiều năm
tại Ayun Hạ ...............................................................................................................34
H nh 2.3 : Biểu đồ tỷ lệ phân ố ng chả tháng trong năm nh quân nhiều năm
tại Krông H’Năng (tài iệu đo 2003-2008)................................................................34
H nh 2.3c: Biểu đồ tỷ lệ phân ố ng chả tháng trong năm nh quân nhiều năm
tại thủ văn Sông Hinh ..............................................................................................35
H nh 2.3 : Biểu đồ tỷ lệ phân ố ng chả tháng trong năm nh quân nhiều năm
tại An Khê .................................................................................................................36
H nh 2.3e: Biểu đồ tỷ lệ phân ố ng chả tháng trong năm nh quân nhiều năm
tại trạm thủ văn Củng Sơn.......................................................................................36
H nh 2.4a: Đường quá tr nh ưu ượng mùa kiệt tại hồ An Khê ...............................39
H nh 2.4 : Đường quá tr nh ưu ượng mùa kiệt tại trạm thủ văn Sông Hinh ........40
H nh 2.4c: Đường quá tr nh ưu ượng mùa kiệt tại trạm thủ văn Krông H’Năng

(tại hồ thủ điện) .......................................................................................................40
H nh 2.4 : Đường quá tr nh ưu ượng mùa kiệt tại trạm thủ văn A un Hạ...........41
H nh 2.5: Vị tr các hồ chứa lớn xâ

ựng qu tr nh iên hồ trong mùa kiệt ............44

H nh 2.6: Các công tr nh sử dụng nước từ đập An Khê đến Krông Chro ................46
H nh 2.7: Các trạm ơm ấ nước từ sông ch nh ......................................................46
H nh 2.8: Sơ đồ ngu ên ý thiết lập ài toán vận hành hệ thống hồ chứa theo thời
gian thực ....................................................................................................................55
H nh 2.9: Sơ đồ tổng quát quá tr nh ra qu ết định khi vận hành hệ thống hồ chứa
theo thời gian thực .....................................................................................................56
H nh 2.10: Sơ đồ các ước xác định quyết định quản ý nước và vận hành hệ thống
hồ chứa trên sông Ba thời kỳ mùa kiệt......................................................................59

ix


H nh 3.1: Sơ đồ một số nút nhập ưu đặc trưng của hệ thống...................................67
H nh 3.2: Sơ đồ vị tr các nút ch nh khu vực sông Hinh, sông Ba Hạ đến Đồng Cam
...................................................................................................................................68
H nh 3.3. Sơ đồ mô ph ng cân ằng nước trên ưu vực sông Ba .............................73
H nh 3.4: Sơ đồ t nh toán điều tiết hồ chứa cấp nước ...............................................74
H nh 3.5: Sơ đồ t nh điều tiết cho hồ chứa phát điện độc lập ...................................75
H nh 3.6: Sơ đồ t nh điều tiết cho hồ chứa phát điện nằm trong hệ thống hồ chứa
bậc thang ...................................................................................................................76
H nh 3.7: Cấu trúc mô h nh NAM ............................................................................77
H nh 3.8: Sơ đồ t nh toán quá tr nh ưu ượng Q~t bằng mô h nh NAM cho một ưu
vực nhập ưu có N thời đoạn t nh toán ......................................................................81
H nh 3.9: Sơ đồ phân chia các tiểu ưu vực để mô ph ng theo mô h nh NAM ........84

H nh 3.10: Các ước t nh toán trong mô h nh Ba –Model........................................86
H nh 3.11a: Sơ đồ xác định thông số của mô h nh NAM trong mô h nh Ba-Model 89
H nh 3.11 : Sơ đồ kiểm định mô h nh NAM trong mô h nh Ba-Model...................90
H nh 3.12a: Biểu đồ rút nước tiềm năng tại ưu vực hồ chứa Sông Hinh.................94
H nh 3.12 : Biểu đồ rút nước tiềm năng tại ưu vực hồ chứa Ayun Hạ ...................94
H nh 3.12c: Biểu đồ rút nước tiềm năng tại ưu vực trạm thủ văn An Khê ............95
H nh 3.12 : Biểu đồ rút nước tiềm năng tại ưu vực hồ chứa Krông H’Năng .........95
H nh 4.1: Sơ đồ hệ thống cân ằng nước sông Ba ..................................................101

x


DANH SÁCH KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
VHHC – Vận hành hồ chứa
SI - Chỉ số thiếu hụt nước
(genetic algorithm – GA) - Thuật toán i tru ền
LP - Quy hoạch tuyến t nh
(Artificial Neural Networks – ANN) - Mạng tr tuệ nhân tạo
(BPNN) - Thuật toán quét ngược
TNN – Tài ngu ên nước
KTXH – Kinh tế xã hội
KTTV và MT – Kh tượng thủ văn và môi trường
TN&MT – Tài ngu ên và môi trường
VHHTLHC – Vận hành hệ thống iên hồ chứa
CBN - Cân ằng nước
MNDBT – Mực nước âng

nh thường

TKMK - Thời kỳ mùa kiệt

TGT - Thời gian thực
KTTV - Kh tượng thủ văn
KHKT – Khoa học kỹ thuật.

xi


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Trong những thập kỷ gần đâ , một số ượng lớn các hồ chứa được xâ

ựng

trên toàn thế giới cũng như ở Việt Nam. Ở Việt Nam, trong những năm gần đâ , có
hàng oạt các hồ chứa lớn được xâ

ựng trên hầu hết các sông suối khắp cả nước.

Do vậy, việc quản ý nước và vận hành hợp ý hệ thống iên hồ chứa nhằm nâng cao
hiệu quả khai thác và giảm thiểu những tác động tiêu cực à rất cần thiết. Đã có
nhiều dự án và đề tài nghiên cứu về vận hành hệ thống hồ chứa lợi dụng tổng hợp.
Tu nhiên, kết quả nghiên cứu c n hạn chế, đặc biệt à chế độ vận hành hồ chứa
thời kỳ mùa kiệt đối với hệ thống hồ chứa đa mục tiêu. Do vậy, việc vận hành hệ
thống hồ chứa đa mục tiêu vẫn đang à đối tượng của nhiều đề tài nghiên cứu trên
thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng.
Hiện na có hai xu hướng nghiên cứu nhằm nâng cao hiệu quả vận hành các
hệ thống hồ chứa đa mục tiêu: Phương pháp tối ưu hóa và phương pháp mô ph ng.
Mô h nh toán mô ph ng hệ thống cân ằng nước, trong đó có mô ph ng chế độ vận
hành của các hồ chứa đóng vai tr qu ết định trong các nghiên cứu về quản ý nước
và vận hành hệ thống hồ chứa, bất luận nghiên cứu đó à phương pháp tối ưu hóa

ha phương pháp mô ph ng. Ch nh v vậ , đã có nhiều nghiên cứu phát triển các
mô h nh mô ph ng iên quan đến t nh toán cân ằng nước, quản ý nước và vận
hành hệ thống hồ chứa trên ưu vực, trong đó các mô h nh MIKE-BASIN, HECRESSIM, WEAP, MIKE HYDRO,… à những mô h nh điển h nh được sử dụng
rộng rãi trên thế giới. Các mô h nh nà cũng đã được nghiên cứu trong quy hoạch,
quản ý nước cho các ưu vực sông ở Việt Nam, trong đó có ưu vực sông Ba.
Mỗi mô h nh có những ưu điểm riêng và cũng có những hạn chế nhất định
nên hiện na các nhà nghiên cứu vẫn tiếp tục phát triển và hoàn thiện mô h nh. V
vậy, đã có những nghiên cứu xâ

ựng các mô h nh riêng phù hợp với điều kiện cụ

thể của ưu vực, phù hợp và thuận lợi cho nghiên cứu đối với ài toán được đặt ra.
Cũng ch nh v ý o trên, để nghiên cứu chế độ vận hành các hồ chứa lớn trên ưu
vực sông Ba, tác giả luận án có ý định xâ

1

ựng một mô h nh riêng phục vụ cho


nghiên cứu và chọn đề tài nghiên cứu: “Xây dựng mô hình toán vận hành hệ
thống hồ chứa đa mục tiêu thời kỳ mùa kiệt cho lưu vực sông Ba”.
Mô h nh toán được xâ

ựng nhằm hỗ trợ ra quyết định trong quá tr nh vận

hành hệ thống hồ chứa đa mục tiêu, ưu vực sông Ba trong thời kỳ mùa kiệt
(TKMK).

2. Mục tiêu nghiên cứu

Trên cơ sở kế thừa phương pháp uận của các mô h nh có sẵn, phát triển một
mô h nh mô ph ng cân ằng nước và vận hành hệ thống iên hồ chứa có nhiệm vụ
cấp nước và phát điện, phục vụ cho ài toán quản ý nước và vận hành hệ thống iên
hồ chứa ưu vực sông Ba thời kỳ mùa kiệt.

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu: Mô h nh mô ph ng được xâ

ựng đối với ài toán

cân ằng nước (CBN) trên ưu vực sông và vận hành hệ thống hồ chứa có nhiệm vụ
cấp nước và phát điện đối với vùng sông không bị ảnh hưởng của thủy triều.
Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu được tiến hành đối với hệ thống hồ chứa
đa mục tiêu trên ưu vực sông Ba, bao gồm tất cả các hồ chứa thủy lợi và thủ điện.
Do mô h nh không thể ứng dụng vùng sông bị ảnh hưởng triều nên phạm vi nghiên
cứu được áp ụng cho ưu vực sông Ba t nh đến vị trị đập Đồng Cam. Nghiên cứu
chế độ vận hành được thực hiện đối với các hồ chứa lớn trên

ng ch nh có t nh đến

điều tiết cấp nước tưới của tất cả các hồ chứa nh trên hệ thống. Các hồ chứa lớn
được chọn để nghiên cứu chế độ vận hành à các hồ Ka Nak, An Khê, Sông Hinh,
Ba Hạ và Krông H’Năng và A un Hạ.

4. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp kế thừa: Nghiên cứu tiếp thu và kế thừa có chọn lọc các kết
quả nghiên cứu của các tác giả trong và ngoài nước, các nghiên cứu về CBN và vận
hành hệ thống hồ chứa trên ưu vực sông Ba. Kế thừa phương pháp uận của các mô
h nh đã có, đặc biệt à mô h nh HEC-RESSIM.
Phương pháp mô hình toán: Đề tài nghiên cứu xâ

ựng một mô h nh vận

hành hệ thống hồ chứa theo hướng mô h nh mô ph ng ưu vực sông phục vụ cho

2


vận hành hệ thống hồ chứa thời kỳ mùa kiệt, có t nh năng sử dụng tiếp cận được với
những mô h nh có sẵn trên thế giới có mô ph ng tương tự.
Phương pháp thực nghiệm: Mô h nh phải được kiểm định cho ưu vực sông
Ba và được đối chiếu với kết quả t nh toán theo các mô h nh khác của những nghiên
cứu có mô ph ng tương tự.
Phương pháp phân tích: Phân t ch đặc điểm chế độ mưa,

ng chả

ưu vực

sông Ba, đặc điểm đường rút nước thời kỳ mùa kiệt àm cơ sở khoa học cho t nh
toán, ự áo và nhận dạng

ng chả mùa kiệt, phục vụ đánh giá những hạn chế và

đề xuất chế độ vận hành hợp ý theo thời gian thực các hồ chứa trên sông Ba.

5. Ý nghĩa khoa học và thực ti n của luận án
5.1. Ý nghĩa khoa học
Đề tài nghiên cứu của luận án “Xây dựng mô hình toán vận hành hệ thống hồ
chứa đa mục tiêu thời kỳ mùa kiệt cho lưu vực sông Ba” đã phát triển một mô h nh

mô ph ng có sự t ch hợp mô h nh mưa –
áo

ng chả , có khả năng t nh toán và ự

ng chả đến trong vận hành hệ thống hồ chứa. Đâ

à đóng góp mới, góp

phần phát triển phương pháp uận trong nghiên cứu vận hành hệ thống hồ chứa đa
mục tiêu. Nếu được hoàn thiện sẽ mở ra hướng mới trong nghiên cứu vận hành các
hệ thống hồ chứa có nhiệm vụ cấp nước và phát điện thời kỳ mùa kiệt.

5.2. Ý nghĩa thực tiễn
Đề tài nà định hướng về giải pháp kỹ thuật với mục tiêu cụ thể à xâ

ựng

chương tr nh t nh có khả năng hỗ trợ ra quyết định trong việc vận hành hệ thống hồ
chứa TKMK. Nghiên cứu ài toán vận hành theo thời gian thực TKMK đối với
sông Ba sẽ à cơ sở khoa học cho việc bổ sung các qu tr nh vận hành đã có và cũng
à nghiên cứu điển h nh có thể xem xét áp ụng cho những ưu vực sông khác thuộc
khu vực miền Trung. Mô h nh mô ph ng mà tác giả xâ
công tác ự áo

ựng có thể áp ụng cho

ng chả và vận hành an toàn các hồ chứa TKMK trên ưu vực

sông Ba.

3


6. Phương pháp tiếp cận
Trên cơ sở phân t ch trên đâ , uận án tiếp cận theo hướng xâ

ựng một mô

h nh vận hành hệ thống iên hồ chứa (VHHTLHC) thời kỳ mùa kiệt có khả năng hỗ
trợ ra quyết định vận hành, áp ụng cho ưu vực sông Ba àm ưu vực nghiên cứu
điển h nh. Mô h nh sẽ được xâ

ựng trên cơ sở kế thừa phương pháp uận của các

mô h nh đã có và khắc phục những hạn chế gâ khó khăn khi sử dụng của các mô
h nh nà trong VHHTLHC.
1) Trên cơ sở mô h nh cân ằng nước được thiết lập cho ưu vực sông Ba. Từ
đó xem xét các kịch bản vận hành hệ thống hồ chứa để khắc phục những hạn
chế của qu tr nh vận hành iên hồ chứa đã an hành o hạn chế về dự áo
ng chảy.
2) Với công cụ mô h nh mô ph ng đã thiết lập, xâ

ựng một qu tr nh vận

hành theo thời gian thực nhằm đảm bảo an toàn t ch nước cho nhiệm vụ phát
điện và cấp nước hạ du.

7. Những đóng góp mới của luận án
1) Xâ

ựng biểu đồ rút nước tiềm năng thời kỳ mùa kiệt cho các nút hồ chứa

ch nh trên ưu vực sông Ba àm cơ sở nhận dạng

ng chả mùa kiệt. Từ đó,

lập kế hoạch sử dụng nước và vận hành hệ thống hồ chứa có nhiệm vụ điều
tiết cấp nước cho hạ du.
2) Phát triển mô h nh mô ph ng Ba-Mo e t ch hợp được mô h nh mưa -

ng

chả , mô h nh cân ằng nước và điều tiết hồ chứa, phục vụ quản ý nước và
ra quyết định vận hành các hồ chứa trên ưu vực sông Ba thời kỳ mùa kiệt.
3) Xâ

ựng phương pháp vận hành hồ chứa theo hướng vận hành theo thời

gian thực cho hệ thống hồ chứa trên ưu vực sông Ba trên cơ sở phân t ch,
t nh toán ượng trữ nước trên ưu vực thời điểm cuối mùa ũ và qu
nước

uật rút

ng chả trong sông thời kỳ mùa kiệt. Đồng thời đề xuất chế độ vận

hành hợp ý nhằm đảm bảo an toàn theo nhiệm vụ cấp nước hạ du và nâng
cao hiệu quả vận hành hồ chứa trong thời kỳ mùa kiệt. Từ đó, àm cơ sở cho
việc nghiên cứu bổ sung qu tr nh iên hồ chứa đã được phê u ệt.

4


8. Cấu trúc luận án
Ngoài phần mở đầu và phần kết luận và kiến nghị, luận án gồm có 4 chương:
-

Chương 1. Tổng quan các nghiên cứu vận hành hệ thống hồ chứa thời kỳ
mùa kiệt.

-

Chương 2. Cơ sở khoa học và thực ti n thiết lập ài toán vận hành hồ chứa
trên sông Ba thời kỳ mùa kiệt.

-

Chương 3. Thiết lập mô h nh mô ph ng, xâ

ựng biểu đồ rút nước tiềm

năng phục vụ vận hành hệ thống hồ chứa sông Ba thời kỳ mùa kiệt theo thời
gian thực.
-

Chương 4. Ứng dụng mô h nh Ba-Model vào vận hành hệ thống hồ chứa trên
ưu vực sông Ba thời kỳ mùa kiệt.

5

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VẬN HÀNH
HỆ THỐNG HỒ CHỨA THỜI KỲ MÙA KIỆT
1.1. Vai trò hệ thống hồ chứa trong cân bằng nước
Hồ chứa có thể coi à iện pháp ch nh trong qu hoạch phát triển nguồn nước
mặt. Với những hồ chứa nhân tạo được xâ

ựng trên các hệ thống sông, đặc biệt à

các sông ớn, có thể àm tha đổi căn bản chế độ

ng chả sông ng i. Hồ chứa àm

tha đổi trạng thái tự nhiên của nguồn nước tạo điều kiện có ợi cho các hoạt động
ân sinh kinh tế vùng hạ ưu công tr nh. Hiện nay, ở Việt Nam đã h nh thành những
hệ thống hồ chứa lớn trên hệ thống Sông Hồng, sông Đồng Nai, sông Sê San, sông
Ba, Sông Vu Gia Thu Bồn đã àm tha đổi đáng kể CBN trên các ưu vực sông đó.
Khi lập các ự án qu hoạch và quản ý nguồn nước, hệ thống nguồn nước
thường được mô tả bởi hệ thống các sơ đồ, bao gồm hệ thống các nút và các quá
tr nh trao đổi nước giữa chúng. Sự trao đổi nước giữa các nút trong hệ thống được
mô tả bằng hệ các phương tr nh CBN và phương tr nh động lực. Tù thuộc vào t nh
chất của các nút và đặc điểm của ài toán mà sự mô tả đó có thể khác nhau.
Các hồ chứa trong hệ thống được coi à một nút của hệ thống, được xâ
với mục đ ch àm tha đổi quá tr nh

ựng

ng chả trên hệ thống sao cho phù hợp với

nhiệm vụ khai thác nguồn nước.
Vận hành hồ chứa à một trong những vấn đề được quan tâm nhiều trong
công tác qu hoạch, quản ý hệ thống nguồn nước.
Trong khi vận hành hồ chứa phải th a mãn nhiều mục đ ch khác nhau, tu
nhiên ại xuất hiện sự mâu thuẫn giữa các êu cầu cho các mục đ ch đó. Các mâu
thuẫn xuất hiện trong khi vận hành hồ chứa nhiều mục đ ch có thể chỉ ra như sau:
 Mâu thuẫn trong không gian hồ chứa
Mâu thuẫn nà xuất hiện khi hồ chứa (hoặc ung t ch giới hạn) được êu cầu
th a mãn phân chia nhiều mục đ ch khác nhau như ảo toàn nước và điều tiết ũ.
Nếu các điều kiện địa chất, địa h nh, thủ văn tại vị tr xâ
cho phép xâ

ựng đập và kho ự trữ

ựng đập đủ cao để sử dụng rõ ràng các mục đ ch, th thường không

có sự mâu thuẫn về không gian hồ chứa. Tu nhiên, hiếm khi người ta àm như vậy.

6


Các hồ chứa được xâ

ựng nhiều mục đ ch với không gian chia sẻ th a mãn các

êu cầu đảm bảo nhiều mục đ ch và k ch thước thường được sử dụng à nh nhất.
Trong khi đó, mục đ ch ph ng ũ tốt nhất đạt được khi đủ không gian trống có thể
chứa ung t ch ph ng ũ sử dụng được trong hồ chứa. Do vậy, trong khi quy tắc
điều tiết hồ chứa chủ yếu ra quyết định à được t ch đầ ha không t ch đầy hồ
chứa. Hồ chứa t ch đầ cho phép đạt được lợi ch cao ởi th a mãn các mục đ ch

bảo toàn, nhưng ại mang t nh rủi ro cao khi cắt giảm ũ ở hạ ưu. Mặt khác, hồ chứa
trống có thể điều tiết ũ hiệu quả hơn nhưng nếu

ng chảy không t ch đầ đến thể

t ch mong chờ, th có thể các mục đ ch khác sẽ thiếu.
 Mâu thuẫn ên trong các mục đ ch giống nhau
Thiếu hụt nước có thể được phân ố theo thời gian và theo các hướng khác
nhau. V

ụ như mục đ ch phát điện, để đạt được sản ượng điện cả năm ớn nhất th

trong một số thời đoạn ta phải chấp nhận phát điện với sản ượng thấp, sẽ gâ ra
thiếu hụt điện để u tr cột nước cao sao cho tổng sản ượng điện à ớn nhất. Tuy
nhiên việc phát được sản ượng điện thấp ở những tháng cao điểm, nhiều khi sẽ gâ
thiệt hại về kinh tế lớn hơn. Cùng mục đ ch cấp nước có thể sẽ ảnh hưởng theo các
hướng khác nhau, như nước sử dụng cấp nước sinh hoạt sẽ khác nước sử dụng cho
mục đ ch tưới.
 Mâu thuẫn giữa các mục đ ch
Các mâu thuẫn có thể xuất hiện khi sử dụng nước với các mục đ ch khác
nhau và êu cầu không gian ung t ch hồ chứa cho các mục đ ch à khác nhau. Với
mục đ ch cấp nước cho sinh hoạt, công nghiệp, phát điện v.v... th hồ chứa được
càng nhiều nước càng tốt nhưng nó lại bất lợi cho nhiệm vụ ph ng ũ.
Mâu thuẫn điển h nh nhất à mâu thuẫn giữa mục tiêu phát điện và mục tiêu
cấp nước hạ u trong mùa kiệt, nảy sinh khi nhu cầu cấp nước cho mỗi ngành khác
nhau theo thời gian và không gian. Nước cấp cho nông nghiệp được phân phối dựa
trên tập quán, thời vụ, thời kỳ cần nước khẩn trương, mùa ha t nh h nh thời tiết.
Trong khi đó, êu cầu phát điện đ i h i hồ chứa vận hành ựa trên nhu cầu điện

7

phục vụ ân sinh và phát triển kinh tế xã hội tha đổi theo giờ, ngà , tuần hay mùa,
đặc biệt trong thời gian giờ cao điểm.
Để điều h a các mâu thuẫn cũng như đem ại hiệu quả trong quá tr nh vận
hành hồ chứa th một trong những phương pháp hiệu quả à xâ
hành iên hồ chứa. Xâ

ựng Qu tr nh vận

ựng qu tr nh vận hành à ài toán phức tạp iên ngành,

cần có cơ sở khoa học và thực ti n để hài h a giữa các mục tiêu.

1.2. Tổng quan các nghiên cứu vận hành hồ chứa
1.2.1. Tổng quan các nghiên cứu vận hành hồ chứa trên thế giới
Những năm gần đâ , trên thế giới cũng như Việt Nam đã xâ

ựng rất nhiều

hồ chứa, đặc biệt à các hồ chứa lợi dụng tổng hợp. Những hồ chứa nà đóng vai tr
quan trọng trong nền kinh tế quốc ân và sự phát triển của đất nước. Hầu hết các hồ
chứa đều đa mục tiêu ao gồm ph ng ũ, phát điện và cấp nước tưới. Mặc ù khi
xâ

ựng bất kỳ hồ chứa nào th qu tr nh vận hành hồ đều được t nh toán đưa ra

ngay từ giai đoạn thiết kế. Tu nhiên, trong nhiều trường hợp, mục tiêu phát điện và
ph ng ũ ại có những mâu thuẫn trong thực ti n vận hành hồ chứa. Đâ cũng à
ngu ên nhân mà các hồ chứa không phát hu được những lợi ch như đánh giá trong

quá tr nh ập dự án. VHHC à một vấn đề phức tạp iên quan đến nhiều biến số
quyết định, nhiều mục tiêu cũng như rủi ro đáng kể và không chắc chắn (Oliveira, R
and loucks, D.P, 1997) [48]. Từ nhiều thế kỷ na , nghiên cứu quản ý và vận hành
hồ chứa uôn phát triển theo thời gian, đáp ứng sự phát triển nhu cầu của xã hội. Từ
các nghiên cứu đơn giản ượng trữ cấp nước (Ripp , 1883) [50] đến các nghiên cứu
phức tạp gần đâ vận hành tối ưu hệ thống hồ chứa theo TGT phục vụ đa mục tiêu
(E Fallah-Meh ipour, O Bozorg Ha

a , MA Mariño, 2012) [38].

Các nghiên cứu trên thế giới giải quyết ài toán vận hành hồ chứa độc lập
cũng như hệ thống hồ rất đa ạng được nhiều chu ên gia ứng dụng những thuật
toán điều khiển khác nhau; có thể chia ra thành 2 hướng ch nh, đó à phương pháp
tối ưu hóa và phương pháp mô ph ng.

8


a. Phương pháp tối ưu hóa
Phương pháp tối ưu được nghiên cứu khá phổ biến đối với hệ thống hồ chứa
đa mục tiêu, đặc biệt à các hồ chứa cấp nước phát điện. Mục tiêu của ứng dụng mô
h nh tối ưu à xác định hành ang và các giới hạn vận hành của hồ chứa để kết quả
vận hành à tối ưu. Kết quả nghiên cứu của các mô h nh tối ưu được sử dụng để lập
biểu đồ điều phối tối ưu. Đồng thời àm cơ sở cho việc qu định những giới hạn vận
hành trong qu tr nh vận hành nhằm đạt được mục tiêu tối ưu và ra qu ết định trong
vùng th a hiệp của các mục tiêu tranh chấp.
Có nhiều phương pháp tối ưu được áp ụng trong nghiên cứu vận hành hồ
chứa, tu nhiên, chỉ có một số phương pháp phù hợp khi giải các ài toán vận hành
tối ưu hệ thống hồ chứa.
Phương pháp phổ biến và hiệu quả để thiết kế và quản ý vận hành hồ chứa

độc lập à qu hoạch động ngẫu nhiên, Stochastic D namic Programming (SDP),
(Bellman, R. E., and Dreyfus, S. E, 1962) [35]. Phương pháp nà cho phép giải
quyết những t nh toán phi tu ến và ngẫu nhiên, tối ưu hóa hệ thống động với những
biến đầu vào ngẫu nhiên (Yakowitz, 1982) (Yeh, 1985). Một hạn chế của phương
pháp nà
mưa trung

à không thể giải quyết dứt điểm những thông tin ên ngoài như à ượng
nh ngà ha nhiệt độ trung

nh ưu vực trừ khi thiết lập một mô h nh

toán miêu tả quá tr nh đó. Đâ cũng à một hạn chế quan trọng khi bổ sung những
dữ liệu thủ văn hiện có vào hệ thống.
Đối với ài toán hệ thống nhiều hồ chứa à một ài toán phức tạp - ài toán
không chỉ xem xét “chiều thời gian” mà c n t nh đến “chiều không gian”. Mặc ù
có nhiều phương pháp được các nhà nghiên cứu ứng dụng giải quyết, tu nhiên, vẫn
chưa ựa chọn được phương pháp nào thực sự ưu việt hơn để xử ý “chiều không
gian”. Ch nh v thế, việc lựa chọn phương pháp t nh toán ài toán hệ thống hồ chứa
à rất quan trọng, phải xem xét giữa độ tin cậy của lời giải tối ưu với độ khó của
phương pháp.
Nghiên cứu ài toán tối ưu hóa vận hành hệ thống gồm 4 hồ chứa giả tưởng,
các nhà nghiên cứu trên thế giới ứng dụng phương pháp qu hoạch động khác nhau

9


để giải quyết: Quy hoạch động xấp xỉ iên tục (Dynamic Programming Successive
Approximation- DPSA)- (A.J. Korsak, R.E. Larson, 1970) [34]; Phương pháp qu
hoạch động sai phân (Discrete Differentia D namic Programming - DDDP)(Heidari, 1971) [43].

Việc phân t ch đa mục tiêu trong vận hành quản ý hồ chứa à rất quan trọng.
Để phát hu hiệu quả khai thác vận hành cần lựa chọn phương pháp vận hành tối ưu
hóa ợi ch của hệ thống như tối đa ượng điện năng, giảm tối thiểu ượng nước
thiếu (Raju và Kumar, 1999). Năm 2007, giáo sư Kumar, Ấn độ (Kumar, D. N and
Reddy, M, J , 2007) [40], ứng dụng thuật toán tối ưu SWARM - tối ưu đàn kiến t m
sách ược giải quyết ài toán hệ thống 4 hồ giả tưởng. Sau đó, ông đã thử nghiệm
thành công cho hệ thống hồ đa mục tiêu (thủy lợi và thủ điện) Bhadra của Ấn Độ.
Trong nghiên cứu nà , kỹ thuật tối ưu đàn kiến được áp ụng cho một năm điển
h nh, sau đó các mô h nh tương tự được áp ụng cho thời gian ài hơn 15 năm. Mô
h nh phát triển ứng dụng cho vận hành hàng tháng, ao gồm hai mô h nh vận hành
thời gian ngắn và vận hành thời gian ài. Kết quả của nghiên cứu nà chứng minh
rằng phương pháp ứng dụng thuật toán tối ưu SWARM giải quyết tốt ài toán vận
hành iên hồ chứa hơn thuật toán giải đoán gen, có thể được sử dụng hiệu quả để
giải quyết ài toán vận hành hồ chứa, nhất à trong trường hợp vận hành với thời
gian ài.
Năm 2007 (Wei, C. C. an Hsu, N. S., 2007) [51], thiết lập bộ quy tắc vận
hành tối ưu ựa trên qu tắc nhánh câ để kiểm soát ũ theo TGT thử nghiệm đối
với hệ thống hồ chứa Tanshui, Đài Loan, với các quá tr nh ự áo thời đoạn 6h và 3
trận ão ịch sử, bao gồm cả Aere, Haima và Nock-ten năm 2004. Kết quả cho thấy
giải pháp sử dụng kỹ thuật tối ưu nà đem ại hiệu quả cắt ũ cao và cho phép u
tr được mực nước cao ở thời kỳ cuối mùa ũ, đảm bảo ung t ch hồ cho cấp nước
mùa kiệt.
Thuật toán tiến hóa (Evo utionar a gorithms) được ứng dụng rộng rãi trong
ài toán tối ưu vận hành hồ chứa đa mục tiêu. Nhiều thuật toán đã được kiểm tra
bằng các mô h nh khác nhau để giải phi tuyến, tuyến t nh ồi và vấn đề hồ chứa đa

10


chiều. (Chang, L. C. an Chang, F. J, 2009) [36] đã sử dụng thuật toán tiến hóa đa

mục tiêu, (NSGA –II) vào vận hành hệ thống hồ chứa đa mục tiêu ở Đài Loan (gồm
hai hồ Shihmen và Feitsui), thiết lập một mô h nh mô ph ng và vận hành hồ chứa
theo thời đoạn ngà và t nh toán chỉ số thiếu hụt nước (Shortages Indices –SI) trong
suốt thời gian mô ph ng. Mục tiêu của việc ứng dụng thuật toán à để àm giảm chỉ
số SI thông qua sách ược vận hành tối ưu hệ thống hồ.
Trong một nghiên cứu khác, Chang, L.C ứng dụng thuật GA đề xuất vận
hành kiểm soát ũ TGT của một hồ chứa đa mục tiêu (Chaves, P. an Chang F. J.,
2008) [37]. Tác giả sử dụng GA như một công cụ t m kiếm để tối ưu hóa nhằm xâ
dựng quy tắc vận hành hồ chứa khi có ũ. Moh Sharif và Ro in War aw tiến hành
ứng dụng thuật toán i tru ền (genetic algorithm – GA) vào vận hành tối ưu hệ
thống hồ chứa đa mục tiêu. Nghiên cứu điển h nh cho một hệ thống hồ chứa ở
Indonesia bằng xem xét trạng thái ưu vực hiện tại và hai kịch bản phát triển trong
tương ai. Nghiên cứu đề xuất một mô h nh GA chung cho bất kỳ hệ thống hồ chứa
nào. Đối với mỗi trường hợp được xem xét trong nghiên cứu nà , các kết quả thuật
toán i tru ền à rất gần với tối ưu và kỹ thuật nà

ường như à mạnh mẽ, trái

ngược với phương pháp ựa trên ập tr nh động, rời rạc của các iến trạng thái à
không cần thiết. Hơn nữa, không có êu cầu đối với quỹ đạo pha thử nghiệm để bắt
đầu t m kiếm bằng cách sử dụng một thuật toán i tru ền. Tu nhiên vấn đề phân
t ch độ nhạy của các iến à một nhược điểm của phương pháp nà cần được xem
xét giải quyết.
Phương pháp kết hợp thuật toán GA với quy hoạch tuyến t nh (LP) được L.
F. R. Reis [41], giới thiệu để t m sách ược vận hành tối ưu cho hệ thống hồ chứa
phát điện trong giai đoạn lập dự án với nhiều điều kiện

ng chảy ngẫu nhiên (L. F.

R. Reis, G. A. Wa ters, D. Savic an F. H. Chau hr , 2005). Phương pháp nà cho

phép ược giảm các tham số nhờ GA và ằng LP giảm số ượng biến. Thuật toán
nà được coi như à qu hoạch động xấp xỉ ngẫu nhiên cho vận hành đa hồ thủy
điện, với nhiều lợi thế như à ứng dụng đơn giản, lựa chọn được những thông số
hữu ch cho việc vận hành trong tương ai. Các thuật toán được đề xuất à một xấp

11


xỉ ngẫu nhiên để hệ thống hoạt động, với những lợi thế như thực hiện đơn giản và
khả năng tr ch xuất các thông số hữu ch cho các qu ết định hoạt động trong tương
lai. Kết quả ứng dụng phương pháp nà cho một hệ thống thủ điện giả giống như
phương pháp qu

hoạch động ngẫu nhiên kép (Stochastic Dua

D namic

Programming – SDDP) mà (Pereira, M.V.F, Pinto, L.M.V.G, 1985) [49] đã gợi ý
trước đâ cho thấ phương pháp kết hợp GA –LP tốt hơn nhiều so với SDDP.
Kerachian và Karamouz nghiên cứu phát triển một mô h nh từ sự iên kết
giữa mô h nh tối ưu hóa GA và mô h nh chất ượng nước hồ chứa, dựa trên hàm
mục tiêu của mô h nh tối ưu theo ý thu ết Nash để tối đa hóa độ tin cậy của nguồn
nhu cầu cấp hạ u và êu cầu chất ượng nước (Kerachian, R and Karamouz, M,
2007) [39]. Kết quả mô h nh tối ưu GA được ứng dụng xâ

ựng qu tr nh vận

hành cho các hồ chứa Satarkhan ở Iran có xem xét đến chất ượng nước và ượng
nước êu cầu. Ma ekmohamma i và nnk giới thiệu mạng Ba esian (BN) để t m ra
các qu tắc vận hành cho một hệ thống hồ chứa đa mục tiêu (tưới tiêu và ph ng ũ),

với tài iệu thủ văn đầu vào theo thời đoạn tháng, mực nước hồ chứa hàng tháng và
êu cầu nước hạ du (Manoutchehr Heidari, Ven Te Chow, Dale D. Meredith, Petar
V. Kokotović, 1971) [43]. Các mô h nh tối ưu chế độ vận hành ài hạn (theo tháng)
được xâ

ựng nhằm mục đ ch giảm thiểu thiệt hại o ũ ụt và thiếu hụt nước cho

nông nghiệp. Một mô h nh tối ưu thời đoạn ngắn (theo giờ) kết hợp với mô h nh
ước t nh thiệt hại ũ ụt.
Mạng tr tuệ nhân tạo (Artificial Neural Networks – ANN) được Chaves, P
và Chang, F.C đề xuất ứng dụng xâ

ựng quy tắc vận hành hồ chứa Shihmen (với

5 biến ra quyết định) ở Đài Loan để xem xét t nh ứng dụng và khả thi của nó. Với
ưu điểm d

àng xử ý các iến điều kiển và t thông số, ANN đem ại hiệu quả vận

hành của hồ chứa cao hơn khi so sánh với các qu tắc hoạt động hiện tại. Kết quả
nghiên cứu cũng chứng minh rằng mạng ANN hoàn toàn có khả năng giải quyết ài
toán vận hành hồ chứa đa mục tiêu (Chaves, P. an Chang F. J., 2008) [37].
E ferchichi và nnk tr nh à một phương pháp phân t ch đầ đủ về sự khác
biệt giữa cung và cầu. Các hoạt động của hồ chứa trong một hệ thống thủy lợi theo

12


êu cầu sử dụng một phương pháp ngẫu nhiên ựa trên thuật toán GA (E ferchichi,
2009) [46]. Mô h nh xác định đầ đủ đường quá tr nh

ng chả để đảm bảo các

qu định tối ưu các hồ chứa trong thời gian cao điểm. Mô h nh nà đã được áp ụng
và thử nghiệm trên các hệ thống tưới Sinista Ofanto (Foggia, Italy).
Một kỹ thuật tối ưu hóa được gọi à mật ong-ong giao phối đã được tr nh à
bởi Afshar và nnk trong việc xử ý các hồ chứa duy nhất các vấn đề tối ưu hóa hoạt
động (Afshar, 2007) [45]. Quá tr nh giao phối mật ong-ong đã được coi à một
phương pháp tiếp cận dựa trên đặc trưng ầ để tối ưu hóa trong đó các thuật toán
t m kiếm được lấy cảm hứng từ quá tr nh thực giao phối mật ong-ong. Kết quả của
họ có thể so sánh với kết quả của quy hoạch tuyến t nh tru ền thống phát triển tốt
(LP) giải quyết như LINGO 8.0.
b. Phương pháp mô phỏng
Phương pháp tối ưu và phương pháp mô ph ng thường được kết hợp để phân
t ch ời giải tối ưu của ài toán đặt ra. Phương pháp tối ưu mặc ù có ưu điểm à t m
ra được phương thức khai thác tối ưu hệ thống tài ngu ên nước trong quy hoạch và
vận hành hệ thống. Tu nhiên, không phải ài toán nào cũng có thể giải được bằng
phương pháp tối ưu hóa. Trong hầu hết các ài toán hệ thống tài ngu ên nước, khi
ứng dụng phương pháp tối ưu hóa cần thiết phải giản hóa các quá tr nh của hệ
thống, bởi vậy, nghiệm tối ưu t m được có thể không phải à toàn cục. Trong trường
hợp đó, phương pháp mô ph ng à phương pháp th ch hợp cần được áp ụng để t m
ra phương án tốt nhất trong các phương án có thể. Do đó, phương pháp mô ph ng
c n à công cụ kiểm tra nghiệm tối ưu khi áp ụng các phương pháp tối ưu.
Phương pháp mô ph ng à phương pháp sử dụng các mô h nh mô ph ng để
đánh giá chất ượng của hệ thống khi thiết kế và điều khiển nó. Sự phân t ch chất
ượng của hệ thống được tiến hành ằng cách đưa ra tất cả những t nh huống hoặc
phương án có thể và phân t ch tất cả phản ứng của hệ thống mà ta quan tâm tương
ứng với các t nh huống đã đặt ra. Theo sự phân t ch đó người nghiên cứu lựa chọn
nghiệm của ài toán trong số các t nh huống đã đặt ra.

13


Mô h nh mô ph ng giúp cho người nghiên cứu phát hiện các qu

uật vận

động của hệ thống khi cần quyết định những tác động cần thiết ên hệ thống theo
mục tiêu khai thác của m nh.
Quản ý hệ thống hồ chứa theo các mô h nh vận hành ằng mô h nh mô
ph ng à hướng phát triển hiện đại được nghiên cứu nhiều trong những năm gần đâ
và ngà càng được hoàn thiện. Có các mô h nh phổ biến như mô h nh HEC-3, HEC5, HEC-RESSim, MIKE11, MIKE-BASIN, WEAP, HEC-HMS … à những mô
h nh điển h nh được sử dụng rộng rãi trên thế giới trong đó HEC-RESsim và
MIKE11 à hai mô h nh có mô ph ng vận hành hệ thống hồ chứa lợi dụng tổng hợp
nên có thể áp ụng cho các ài toán vận hành hệ thống hồ chứa đa mục tiêu. Mô
h nh MIKE 11 cho phép mô ph ng ài toán vận hành hố chứa mùa ũ, tu nhiên
việc mô ph ng vân hành hồ chứa trong thời kỳ mùa kết vẫn chưa được t ch hợp. Mô
hình HEC-RESSIM à ạng mô h nh mô ph ng hệ thống di n toán

ng chả sông

ng i theo tr nh tự từ thượng ưu xuống hạ ưu. Mô h nh có thể mô ph ng một hoặc
nhiều hồ chứa àm nhiệm vụ ph ng ũ, cấp nước, phát điện, v.v... Các êu cầu về
nước có thể được chỉ định tại hồ và tại vị tr ở hạ du (gọi à các điểm kiểm soát). Mô
h nh HEC-RESSIM cũng như mô h nh MIKE 11 có nhược điểm à không thể ùng
để dự áo

ng chả đến.

Mặc ù các phần mềm trên à các phần mềm thương mại đã được sử dụng

rộng rãi trên thế giới nhưng vẫn gặp khó khăn trong ứng dụng cho một số ài toán
về quản ý nước và vận hành hệ thống hồ chứa. Ch nh v vậy, nhiều nghiên cứu đã
hướng tới sự phát triển các mô h nh riêng để giải quyết các ài toán được đặt ra.
Gần đâ nhất có thể kể đến các nghiên cứu của Bosona T.G, Cheng Chun-tian và
Kim SeungKwn.
Bosona T.G [52] đã phát triển mô h nh mô ph ng Powersim ứng dụng cho hệ
thống thủ điện Me ka Wakana Nhà má ở Ethiopia. Các kết quả phân t ch mô
ph ng chỉ ra rằng việc sản xuất năng ượng hàng năm đã tăng 5,67%. Cheng Chuntian [53] xâ

ựng mô h nh mô ph ng nhằm trợ giúp ra qu ết định trong vận hành

hệ thống các hồ chứa thủ điện của Trung Quốc. Kim SeungKwn [54] đã phát triển

14