(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu cơ sở khoa học cho việc xây dựng quy trình vận hành liên hồ chứa trong mùa lũ lưu vực sông Cả

i

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU.................................................................................................................. 1
1. Tính cấp thiết của đề tài..................................................................................... 1
2. Mục tiêu của Đề tài............................................................................................ 2
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu...................................................................... 2
4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu........................................................ 2
5. Bố cục của luận văn........................................................................................... 3
CHƯƠNG I- TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU BÀI TỐN
VẬN HÀNH LIÊN HỒ CHỨA..............................................................................4
1.1. Tổng quan các nghiên cứu trên thế giới.......................................................... 4
1.2. Tổng quan các nghiên cứu ở Việt Nam......................................................... 10
1.3. Tổng quan về vận hành hồ chứa trên lưu vực sông Cả.................................12
1.4. Những tồn tại và định hướng nghiên cứu của Đề tài..................................... 14
CHƯƠNG II- ĐẶC ĐIỂM LƯU VỰC SÔNG CẢ VÀ HỆ THỐNG HỒ CHỨA
...................................................................................................................................17
2.1. Điều kiện tự nhiên......................................................................................... 17
2.1.1. Vị trí địa lý............................................................................................. 17
2.1.2. Điều kiện địa hình, địa chất................................................................... 17
2.1.3. Điều kiện thổ nhưỡng và thảm phủ thực vật........................................... 19
2.2. Đặc điểm khí tượng, thủy văn....................................................................... 21
2.2.1. Mạng lưới trạm quan trắc khí tượng, thủy văn...................................... 21
2.2.2. Đặc điểm khí tượng, khí hậu.................................................................. 27
2.3. Hiện trạng cơng trình chống lũ trên lưu vực sơng Cả................................... 44
2.4. Quy hoạch hệ thống hồ chứa trên lưu vực Cả và các hồ được chọn để xây
dựng quy trình vận hành liên hồ trong mùa lũ..................................................... 45
CHƯƠNG III- PHÂN TÍCH, TÍNH TỐN THỦY VĂN LÀM CƠ SỞ CHO VIỆC ĐỀ
XUẤT QUY TRÌNH VẬN HÀNH HỆ THỐNG HỒ CHỨA PHỊNG LŨ......................50
3.1. Phân mùa mưa, mùa dòng chảy.................................................................... 50
3.1.1. Phân mùa mưa....................................................................................... 50

3.1.2. Phân mùa lũ........................................................................................... 52
3.2. Phân cấp và phân kỳ lũ................................................................................. 52
3.2.1. Phân cấp lũ............................................................................................ 53
3.2.2. Phân kỳ lũ.............................................................................................. 55
3.3. Phân tích tổ hợp lũ trên hệ thống sơng.......................................................... 59
3.4. Phân tích lựa chọn các trận lũ điển hình....................................................... 64
3.4.1. Trận lũ năm 1988................................................................................... 65
3.4.2. Trận lũ năm 2007................................................................................... 66
3.5. Xác định mơ hình lũ đến hồ.......................................................................... 68
CHƯƠNG IV- ỨNG DỤNG MƠ HÌNH TỐN TRONG NGHIÊN CỨU, XÂY DỰNG
CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH LIÊN HỒ CHỨA MÙA LŨ LƯU VỰC SÔNG CẢ....................70
4.1. Thiết lập bài toán.......................................................................................... 70


4.2. Tính tốn, xác định chuỗi số liệu đầu vào cho bài tốn vận hành.................71
4.3. Thiết lập mơ hình tốn thủy lực cho việc vận hành hệ thống hồ chứa..........77
4.3.1. Phương pháp tính tốn điều tiết hồ chứa...............................................78
4.3.2. Thiết lập mơ hình thủy lực diễn tốn dịng chảy lũ trong sơng...............80
4.4. Phân tích, xây dựng, tính tốn các phương án vận hành trong mùa lũ..........83
4.4.1. Xác định điểm kiểm soát vận hành liên hồ chứa....................................84
4.4.2. Xác định nguyên tắc vận hành của hệ thống hồ chứa............................85
4.4.3. Phân tích, xác định các điều kiện vận hành...........................................89
4.4.4. Mô phỏng việc cắt giảm lũ cho hạ du.....................................................97
4.5. Đề xuất cơ chế phối hợp vận hành các hồ chứa trên lưu vực sông Cả trong
việc cắt giảm lũ cho hạ du.................................................................................100
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.............................................................................103
Tiếng Việt..............................................................................................................107
Tiếng Anh.............................................................................................................. 108

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Sơ đồ khối bài tốn vận hành quy trình liên hồ chứa lưu vực sơng Cả....16
Hình 2.1: Vị trí địa lý lưu vực sơng Cả...................................................................17
Hình 2.2: Mạng lưới trạm khí tượng trong và lân cận lưu vực sơng Cả..................24
Hình 2.3: Mạng lưới trạm thủy văn trong và lân cận lưu vực sơng Cả....................27
Hình 2.4: Mạng lưới sơng suối lưu vực sơng Cả.....................................................34
Hình 2.5: Vị trí các hồ được chọn khi xây dựng quy trình vận hành liên hồ...........49
Hình 3.1: Phân kỳ lũ trên sơng La...........................................................................56
Hình 3.2: Phân kỳ lũ trên thượng lưu sơng Cả........................................................56
Hình 3.3: Phân kỳ lũ trung du sơng Cả....................................................................57
Hình 3.4: Phân kỳ lũ trên sơng Hiếu.......................................................................57
Hình 3.5: Sơ đồ thẳng hệ thống sơng – lưu vực sơng Cả.........................................59
Hình 3.6: Q trình mực nước lũ năm 1988............................................................65
Hình 3.7: Quá trình mực nước lũ năm 1988 (tiếp)..................................................66
Hình 3.8: Quá trình mực nước lũ năm 2007............................................................67
Hình 3.9: Quá trình mực nước lũ năm 2007 (tiếp)..................................................67
Hình 3.10: Quá trình mực nước lũ năm 2007 (tiếp)................................................67
Hình 3.11: Quá trình lưu lượng vào các hồ chứa tần suất 1%-mơ hình lũ năm 1988
...................................................................................................................................69
Hình 3.12: Quá trình lưu lượng vào các hồ chứa tần suất 1%-mơ hình lũ năm 2007
...................................................................................................................................69
Hình 4.1: Sơ đồ khối tính tốn vận hành liên hồ chứa.............................................71
Hình 4.2: Bản đồ các tiểu lưu vực và vị trí một số trạm đo mưa trên lưu vực.........72
Hình 4.3: Sơ đồ quy trình hiệu chỉnh bộ thơng số mơ hình.....................................74
Hình 4.4: Kết quảhiệu chỉnh lưu vực Cốc Nà (X/1971).........................................76
Hình 4.5: Kết quả kiểm định lưu vực Cốc Nà (VIII/1974)......................................76
Hình 4.6: Phạm vi mơ phỏng trong mơ hình thủy văn, thủy lực..............................78
Hình 4.7: Mạng thủy lực sơng Cả trong mơ hình Mike 11......................................81
Hình 4.8: Đường mực nước thực đo và tính tốn trạm Nam Đàn năm 1988...........82
Hình 4.9: Đường mực nước thực đo và tính tốn trạm Nam Đàn năm 1973...........83

Hình 4.10: Nhận dạng ngưỡng lũ hồ Bản Vẽ [14]...................................................87
Hình 4.11: Nhận dạng ngưỡng lũ hồ Bản Mồng [14]..............................................88
Hình 4.12: Nhận dạng ngưỡng lũ hồ Ngàn Trươi [14]............................................88
Hình 4.13: Quá trình điều tiết lũ-hồ Bản Mồng-P=1% (mơ hình lũ năm 1988)......91
Hình 4.14: Q trình điều tiết lũ-hồ Bản Mồng-P=1% (mơ hình lũ năm 2007)......91
Hình 4.15: Quá trình điều tiết lũ-hồ Bản Mồng-P=1% (mơ hình lũ năm 2007)- phương
án vận hành............................................................................................................................ 93
Hình 4.16: Quá trình điều tiết lũ - hồ Bản Vẽ-P=1% (mơ hình lũ năm 1988).........94
Hình 4.17: Q trình điều tiết lũ- hồ Bản Vẽ-P=1% (mơ hình lũ năm 2007)..........94
Hình 4.18: Quá trình điều tiết lũ - hồ Ngàn Trươi-P=1%........................................96


DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1: Thống kê lưới trạm đo mưa và khí tượng trên lưu vực sơng Cả..............21
Bảng 2.2: Thống kê lưới trạm đo thuỷ văn và thời kỳ đo đạc..................................25
Bảng 2.3: Nhiệt độ khơng khí trung bình nhiều năm [12].......................................29
Bảng 2.5: Tổng lượng mưa tháng và năm trung bình nhiều năm [12].....................30
Bảng 2.6: Phân phối lượng mưa theo mùa [12].......................................................31
Bảng 2.7: Số ngày mưa trung bình tháng và năm tại một số trạm trên lưu vực [12]31 Bảng
2.8: Lượng bốc hơi trung bình nhiều năm [12]......................................................................32
Bảng 2.9: Đặc trưng hình thái của hệ thống sơng trên lưu vực sơng Cả..................37
Bảng 2.10: Phân bố diện tích một số sơng nhánh lớn của hệ thống sơng Cả...........37
Bảng 2.11: Tổng lượng dịng chảy năm trên lưu vực sông Cả[12].........................40
Bảng 2.12: Tần suất dòng chảy năm tại các trạm đo lưu lượng trên lưu vực sông Cả [12]....42
Bảng 2.13: Thông số cơ bản các hồ trong quy trình vận hành liên hồ trên..............48
lưu vực sông Cả.......................................................................................................48
Bảng 3.1: Mùa mưa tại các trạm mưa trên lưu vực sơng Cả....................................50
Bảng 3.2: Phân mùa dịng chảy tại các trạm thủy văn.............................................52
Bảng 3.3: Kết quả phân cấp lũ theo các phương pháp.............................................54
Bảng 3.4: Kết quả phân kỳ lũ tại một số trạm thủy văn...........................................57

Bảng 3.5: Số trận lũ đã diễn ra trên lưu vực............................................................60
Bảng 3.6: Đặc trưng các trận lũ thiết kế P=1% [14]................................................69
Bảng 4.1: Diện tích các tiểu lực vực tính tốn.........................................................72
Bảng 4.2: Kết quả hiệu chỉnh và kiểm định mơ hình...............................................75
Bảng 4.3: Bộ thơng số mơ hình của các lưu vực đại diện........................................76
Bảng 4.4: Kết quả mơ phỏng dịng chảy tháng X/1988 tại một số vị trí..................81
Bảng 4.5: Kết quả mơ phỏng dịng chảy tháng VIII/1973 tại một sốvị trí..............82
Bảng 4.6: Mực nước ứng với các mức báo động lũ tại các trạm.............................84
Bảng 4.7: Các phương án mực nước trước lũ của hồ chứa Bản Mồng....................86
Bảng 4.8: Ngưỡng gây lũ của các hồ.......................................................................88
Bảng 4.9: Kết quả tính tốn điều tiết lũ thiết kế 1% (mơ hình lũ năm 1988)..........98
Bảng 4.10: Tổng hợp kết quả theo các phương án..................................................99


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Lưu vực sơng Cả nằm trên lãnh thổ hai nước Việt Nam và Lào, có tổng diện tích là
27.200 km2, phần diện tích lưu vực thuộc địa phận Việt Nam khoảng 17.900 km2 thuộc các
tỉnh Hà Tĩnh, Nghệ An và một phần huyện Như Xn tỉnh Thanh Hóa.
Tổng lượng nước hàng năm tồn bộ lưu vực sông Cả khoảng 24,6 tỷ m 3, trong đó
lượng nước thuộc Việt Nam khoảng 18,4 tỷ. Mùa khô kéo dài 6 tháng (XII–V) nhưng
tổng lượng nước chỉ chiếm khoảng 25-30% tổng lượng nước cả năm. Tài nguyên nước
mặt trên lưu vực sông Cả đang được khai thác, sử dụng phục vụ cho nhu cầu nước của các
ngành nông nghiệp, công nghiệp, thủy sản, thủy điện,...và cấp nước sinh hoạt. Trong đó,
tỷ lệ dùng nước cho nơng nghiệp chiếm 81%, thủy sản 14%, công nghiệp 1% và cấp nước
sinh hoạt đô thị là 5%. Tỷ lệ khai thác nước hàng năm trên lưu vực sông Cả được xếp vào
loại căng thẳng về nước ở mức độ thấp (<10% dịng chảy năm và khoảng hơn 20% về mùa
khơ). Mặt khác, việc đảm bảo về nhu cầu dùng nước của các ngành lại phụ thuộc rất nhiều

vào chế độ điều tiếp cấp nước của các hồ chứa phía thượng lưu.
Theo Quyết định số 1879/QĐ-TTg ngày 13 tháng 10 năm 2010 của Thủ tướng Chính
phủ về việc Phê duyệt danh mục các hồ thủy lợi, thủy điện trên lưu vực sông phải xây
dựng Quy trình vận hành liên hồ chứa, trên lưu vực sông Cả gồm các hồ chứa: Bản Mồng,
Bản Vẽ, Khe Bố và Ngàn Trươi. Hiện tại, hồ Bản Vẽ, Khe Bố đã đưa vào sử dụng và hồ Bản
Mồng, Ngàn Trươi đang xây dựng, chưa đưa vào sử dụng. Theo thiết kế, các hồ chứa lớn trên
lưu vực sơng Cả đều có nhiệm vụ đa mục tiêu: phát điện, tưới, phòng chống lũ và cấp nước
hạ du. Tuy nhiên, hiện tại việc vận hành các hồ chứa này lại được thực hiện theo các quy
trình vận hành riêng lẻ mà chưa có sự phối hợp vận hành trên toàn hệ thống để đảm bảo hiệu
quả đa mục tiêu. Những tác động của việc xây dựng và vận hành riêng lẻ của các hồ chứa
này không những làm ảnh hưởng trực tiếp đến nhiệm vụ của từng hồ mà còn tác động đến
khả năng chống lũ, cấp nước, duy trì mơi trường phía hạ du lưu vực sơng và


gây xói lở dịng sơng. Do đó, nhất thiết cần phải có một quy trình vận hành đồng bộ giữa các
hồ chứa nói trên để đảm bảo hiệu quả cao nhất về phòng chống lũ và cấp nước cho hạ du.
Việc nghiên cứu điều hành hệ thống hồ chứa đa mục tiêu trên lưu vực sơng là một bài tốn
rất phức tạp với khối lượng công việc lớn, phải xây dựng mơ hình mơ phỏng và tính tốn
kiểm tra nhiều phương án để từ đó đưa ra một quy trình vận hành tổng thể, hợp lý, mềm dẻo
và có tính thực tế trong vận hành.
Xuất phát từ những thực tế nêu trên, luận văn với Đề tài “Nghiên cứu cơ sở
khoa học cho việc xây dựng quy trình vận hành liên hồ chứa trong mùa lũ – lưu vực
sông Cả” là rất cần thiết trong điều kiện quản lý, vận hành, khai thác tài nguyên
nước trên lưu vực sông Cả hiện nay.
2. Mục tiêu của đề tài
- Nghiên cứu, phân tích các đặc trưng thủy văn làm cơ sở cho việc xây dựng
phương án vận hành liên hồ chứa lưu vực sông Cả trong mùa lũ;
- Đánh giá các phương án vận hành hệ thống hồ chứa trên lưu vực sơng Cả
từ đó đề xuất cơ chế phối hợp vận hành hồ chứa trong bài toán cắt giảm lũ hạ du.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: Luận văn tập trung phân tích, tính tốn các đặc
điểm dịng chảy mùa lũ trên lưu vực sơng Cả, xây dựng và mô phỏng các phương
án vận hành hệ thống hồ chứa làm cơ sở cho việc xây dựng quy trình vận hành liên
hồ chứa trên lưu vực Cả trong mùa lũ.
- Phạm vi nghiên cứu là toàn bộ diện tích lưu vực sơng Cả nằm trên lãnh thổ
Việt Nam 17.900 km2 thuộc các tỉnh Hà Tĩnh, Nghệ An và một phần tỉnh Thanh
Hóa; tính tốn tập trung trong thời kỳ mùa lũ lưu vực sông Cả và phương án vận
hành hệ thống 4 hồ chứa Bản Vẽ, Khe Bố, Bản Mồng, Ngàn Trươi.
4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
Để đạt được mục đích nghiên cứu trên, luận văn đã áp dụng các phương
pháp tiếp cận, nghiên cứu, phân tích đánh giá sau đây:
- Phương pháp tiếp cận, kế thừa: Tiếp cận đối tượng nghiên cứu, tiếp cận hệ
thống và tiếp cận công nghệ khoa học kỹ thuật tiên tiến. Kế thừa các kết quả nghiên


cứu có liên quan đến nội dung nghiên cứu trong luận văn. Đặc biệt là các nghiên cứu trong
việc xây dựng QTVH liên hồ chứa trên lưu vực sông Hồng, Ba, Vu Gia – Thu Bồn, Sê San,
Srepok đã thực hiện.
- Phương pháp thống kê và xử lý số liệu: Phương pháp này được sử dụng
trong việc xử lý các tài liệu về địa hình, khí tượng, thủy văn, thuỷ lực phục vụ cho
các tính tốn, phân tích của luận văn.
- Phương pháp mơ hình tốn: Mơ hình thủy lực được dùng để mơ phỏng
các kịch bản tính tốn điều tiết hồ cũng như sự ảnh hưởng tới dòng chảy hạ du.
Nhằm làm cơ sở xây dựng quy trình vận hành liên hồ chứa trên hệ thống.
5. Bố cục của luận văn
Ngoài phần Mở đầu, Kết luận và kiến nghị, bố cục nội dung của luận văn
được trình bày với các chương sau:
Chương I: Tổng quan tình hình nghiên cứu bài toán vận hành liên hồ chứa
Chương II: Đặc điểm lưu vực sông Cả và hệ thống hồ chứa
Chương III: Phân tích, tính tốn thủy văn làm cơ sở cho việc đề xuất quy trình vận

hành hệ thống hồ chứa phịng lũ
Chương IV: Ứng dụng mơ hình tốn trong nghiên cứu, xây dựng chế độ vận hành
liên hồ chứa mùa lũ lưu vực sông Cả


CHƯƠNG I
TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU BÀI TỐN
VẬN HÀNH LIÊN HỒ CHỨA
1.1. Tổng quan các nghiên cứu trên thế giới
Vận hành hồ chứa đa mục tiêu với việc sử dụng nước cho nhiều mục đích là một
trong những vấn đề được quan tâm nhiều nhất trong lịch sử hàng trăm năm của công tác quy
hoạch quản lý hệ thống nguồn nước và thu hút nhiều nhà nghiên cứu trong vài chục năm
gần đây. Nghiên cứu vận hành quản lý hệ thống hồ chứa luôn phát triển theo thời gian
nhằm phục vụ các yêu cầu phát triển liên tục của xã hội, từ nghiên cứu đơn giản của Rippl
ở thế kỷ 19 về dung tích trữ phục vụ cấp nước (Rippl, 1883) tới các nghiên cứu gần đây
của Lund về phương pháp luận trong vận hành tối ưu hệ thống liên hồ chứa phục vụ đa
mục tiêu (Lund và Guzman, 1999, Labadie, 2004) [27]. Mặc dù đã đạt được những tiến bộ
vượt bậc trong nghiên cứu quản lý vận hành hồ chứa nhưng cho đến thời điểm hiện tại
khơng có một lời giải chung cho mọi hệ thống mà tùy đặc thù của từng hệ thống sẽ có
các lời giải phù hợp.
Trong các phương pháp giải quyết bài toán vận hành liên hồ chứa, trên thế giới các
nghiên cứu đã sử dụng các thuật tốn điều khiển khác nhau, nhìn chung có 3 nhóm phương
pháp thường được sử dụng nhất, bao gồm: mơ phỏng, tối ưu và nhóm kết hợp tối ưu và
mô phỏng. Để làm rõ cho các phương pháp giải quyết bài toán vận hành liên hồ chứa trên
thế giới, đồng thời làm cơ sở cho việc xác định phương pháp tiếp cận của bài toán vận
hành liên hồ chứa mùa lũ sông Cả, các nghiên cứu được trình bày dưới đây sẽ chi tiết các
phương pháp được nêu ra ở trên:

Phương pháp mơ phỏng:

Mơ hình mơ phỏng kết hợp với điều hành hồ chứa bao gồm tính toán cân bằng nước
của đầu vào, đầu ra hồ chứa và biến đổi lượng trữ. Kỹ thuật mô phỏng đã cung cấp cầu nối từ
các cơng cụ giải tích trước đây cho phân tích hệ thống hồ chứa đến các tập hợp mục đích
chung phức tạp.


- Theo Simonovic, các khái niệm về mô phỏng là dễ hiểu và thân thiện hơn
các khái niệm mơ hình hố khác. Các mơ hình mơ phỏng có thể cung cấp các biểu
diễn chi tiết và hiện thực hơn về hệ thống hồ chứa và quy tắc điều hành chúng
(chẳng hạn đáp ứng chi tiết của các hồ và kênh riêng biệt hoặc hiệu quả của các
hiện tượng theo thời gian khác nhau). Thời gian yêu cầu để chuẩn bị đầu vào,
chạy mơ hình và các u cầu tính tốn khác của mơ phỏng là ít hơn nhiều so với
mơ hình tối ưu hố. Các kết quả mơ phỏng sẽ dễ dàng thỏa hiệp trong trường hợp
đa mục tiêu. Hầu hết các phần mềm mơ phỏng có thể chạy trong máy vi tính cá
nhân đang sử dụng rộng rãi hiện nay. Hơn nữa, ngay sau khi số liệu yêu cầu cho
phần mềm được chuẩn bị, nó dễ dàng chuyển đổi cho nhau và do đó các kết quả
của các thiết kế, quyết định điều hành, thiết kế lựa chọn khác nhau có thể được
đánh giá nhanh chóng. Có lẽ một trong số các mơ hình mơ phỏng hệ thống hồ
chứa phổ biến rộng rãi nhất là mơ hình HEC-5, phát triển bởi Trung tâm kỹ thuật
thủy văn Hoa Kỳ. Một trong những mơ hình mơ phỏng nổi tiếng khác là mơ hình
Acres, tổng hợp dịng chảy và điều tiết hồ chứa (SSARR), mơ phỏng hệ thống
sóng tương tác (IRIS). Gói phần mềm phân tích quyền lợi các hộ sử dụng nước
(WRAP). Mặc dù có sẵn một số các mơ hình tổng qt, vẫn cần thiết phải phát triển
các mơ hình mô phỏng cho một (hệ thống) hồ chứa cụ thể vì mỗi hệ thống hồ chứa
có những đặc điểm riêng.
- Chang, L.C.và Chang, F.J [18] đã nghiên cứu áp dụng thuật tốn tiến hóa
(Evolution Algorithm–NSGA-II) vào vận hành hệ thống hồ chứa gồm hồ Feitsui và
Shihmen ở Đài Loan. Các tác giả đã mô phỏng và vận hành hệ thống hồ chứa theo
thời đoạn ngày, sau đó tính tốn các chỉ số thiếu hụt nước (shortage indices – SI)
cho cả 2 hồ trong một thời gian dài mô phỏng. Thuật toán NSGA-II đã được sử

dụng để làm giảm chỉ số SI thông qua chiến lược phối hợp vận hành 2 hồ. Với 49
năm số liệu, các tác giả cho thấy hồn tồn có thể tìm các chiến lược phối hợp vận
hành tốt hơn nhiều so với thực tế vận hành trong 49 năm qua và giải tối ưu Pareto
tìm được cho 2 hồ chính là giải kiến nghị cho việc vận hành phối hợp.
- Chaves, P. và Chang F. J. [19] đã nghiên cứu áp dụng mạng trí tuệ nhân
tạo tiến hóa (ENNIS) vào vận hành hồ chứa Shihmen ở Đài Loan với 5 biến ra


quyết định. Kết quả đạt được cho thấy mạng ENNIS sử dụng cho việc vận hành hồ chứa
Shihmen này có nhiều thuận lợi hơn nhiều vì nó có ít thơng số, dễ dàng xử lý các biến điều
khiển, dễ kết hợp giữa mơ hình vận hành với các mơ hình dự báo dòng chảy đến. Kết quả
nghiên cứu cũng chỉ ra rằng mạng ENNIS hồn tồn có khả năng kiểm soát nhiều biến ra
quyết định để đưa ra các quyết định hợp lý khi vận hành hồ chứa đa mục tiêu.
Ưu nhược điểm của phương pháp mơ phỏng:
1. Có thể cung cấp các biểu diễn chi tiết và hiện thực hơn về hệ thống hồ chứa
và quy tắc điều hành chúng (chẳng hạn: đáp ứng chi tiết của các hồ và kênh
riêng biệt hoặc hiệu quả của các hiện tượng theo thời gian khác nhau)
2. Thời gian yêu cầu để chuẩn bị đầu vào, chạy mơ hình và các u cầu tính
tốn của mơ phỏng là ít hơn nhiều so với mơ hình tối ưu
3. Các kết quả mơ phỏng sẽ dễ dàng thỏa hiệp trong trường hợp đa mục tiêu
4. Cơng cụ máy tính hiện đại cho phép sử dụng hiệu quả các phần mềm mô
phỏng
5. Số liệu sử dụng cho các phần mềm có thể chuyển đổi cho nhau, các kết quả
của các thiết kế, quyết định điều hành, thiết kế lựa chọn khác nhau có thể
được đánh giá nhanh chóng.
6. Phương pháp mơ phỏng là phương pháp thơng dụng và đã được ứng dụng có
hiệu quả ở nhiều nơi trên thế giới cũng như ở Việt Nam
Phương pháp tối ưu:
Kỹ thuật tối ưu hoá bằng quy hoạch tuyến tính và quy hoạch động đã được sử dụng
rộng rãi trong quy hoạch và quản lý tài nguyên nước.

- Kumar, Viện Khoa học Ấn Độ [21] đã sử dụng thuật toán tối ưu SWARM
vào nghiên cứu vận hành hệ thống liên hồ chứa gồm 4 hồ mà trước đây Larson đã
sử dụng Quy hoạch động để giải quyết. Hai nhà Thủy văn Kumar và Singh cũng đã
áp dụng các thuật tốn GA - giải đốn gen. Tiếp đó Giáo sư Kumar lại thử nghiệm
áp dụng cho hệ thống hồ chứa Bhadra của Ấn Độ. Kết quả cho thấy thuật toán tối


ưu SWARM có khả năng áp dụng rất tốt vào giải quyết bài toán vận hành liên hồ chứa.
- Robin, Trường đại học Edinburgh, vương quốc Anh [23] cũng đã tiến
hành nghiên cứu đánh giá thuật toán GA - Giải đoán gen vào vận hành tối ưu hệ
thống liên hồ chứa. Nghiên cứu điển hình đã được thực hiện cho hệ thống 4 hồ
chứa, rồi cho hệ thống 10 hồ chứa. Kết quả đạt được cho thấy thuật toán GA đem
đến một giải pháp chấp nhận được. Tuy nhiên vẫn còn nhiều vấn đề cần xem xét
đặc biệt là phân tích độ nhạy của các biến.
- Oliviera and Loucks (1997) [26] đã ứng dụng phương giải đoán gen (GA)
để xác định quy trình xả của hệ thống và phương trình cân bằng hồ chứa như các
phương trình tuyến tính. Quy trình xả hệ thống cho biết tổng lượng xả ra từ hệ
thống liên hồ như một phương trình của lượng nước có sẵn trong hệ thống tại một
thời điểm trong năm. Các phương trình đảm bảo lượng nước trữ cho biết lượng
nước cần phải xả từng hồ để đảm bảo mục tiêu xả của hệ thống. Khi xây dựng được
hai phương trình này, ta có khả năng xác định chính sách vận hành liên hồ cho phép
điều phối quá trình vận hành của toàn hệ thống. Việc điều phối các điểm uốn
(inflection) được lựa chọn như là các biến số quyết của vấn đề tối ưu nhằm xác định
các chính sách vận hành giúp tối ưu hóa q trình vận hành hồ chứa.
- Wei, C. C. and Hsu, N.S.[24] nghiên cứu áp dụng vận hành tối ưu với các
quy tắc nhánh cây (treebased rules) cho hệ thống hồ chứa đa mục tiêu phịng lũ với
thời gian thực bằng việc tích hợp vào hệ thống mơ hình dự báo thủy văn. Phương
pháp này đã được áp dụng cho hệ thống hồ chứa trên sông Tanshui ở Đài Loan. Kết
quả vận hành thử nghiệm cho các trận mưa lũ lịch sử năm 2004 (trận Aere, Haima
và Neck-ten) cho thấy phương pháp này có kết quả tốt hơn nhiều đảm bảo cắt được

đỉnh lũ theo yêu cầu của các điểm kiểm soát ở hạ lưu mà vẫn đảm bảo yêu cầu tích
nước ở cuối mùa lũ ở các hồ chứa.
- Liu, Zhao, Li và Shen đã ứng dụng phương pháp quy hoạch động lực học
bất định (Stochastic Dynamic Program-SDP) để xây dựng mô hình vận hành cho hệ
thống ba hồ Gorges ở Trung quốc. Phương pháp quy hoạch bất định này (Stochastic


programming) cung cấp kỹ thuật để thực hiện mơ hình tối ưu hóa các vấn đề khơng chắc
chắn đối với cả chức năng và vấn đề tuyến tính và khơng tuyến tính. Nhóm nghiên cứu đã
ứng dụng SDP để xác định (discretized) dòng chảy vào và trữ lượng nước trong hồ và tìm
kiếm giải pháp tối ưu cho việc vận hành hồ.
- John W. Labadie [20], Trường Đại học Bang Colorado đã tổng kết rất
nhiều phương pháp sử dụng cho bài tốn vận hành liên hồ chứa. Nhóm các phương
pháp thường dùng như: Tối ưu ngẫu nhiên ẩn (Implicit StochasticOptimization)
gồm: các mơ hình quy hoạch tuyến tính (Linear Programming Models), các mơ
hình tối ưu dịng chảy mạng (Network Flow Optimization Models), các mơ hình
quy hoạch phi tuyến (Nonlinear Programming Models), các mơ hình quy hoạch
động rời rạc (Discrete Dynamic Programming Model), các mơ hình quy hoạch
động liên tục (Diffirential Dynamic Programming Models), các lý thuyết điều khiển
tối ưu rời rạc theo thời gian (Discrete Time OptimalControl Theory). Nhóm các
phương pháp ngẫu nhiên hiện (Explicit Stochastic Optimization) bao gồm: các
mơ hình quy hoạch tuyến tính ngẫu nhiên (Stochastic Linear Programming
Models), các mơ hình quy hoạch động ngẫu nhiên (Stochastic Dynamic
Programming Models), các mơ hình điều khiển tối ưu ngẫu nhiên (Stochastic
Optimal Control Models). Nhóm tích hợp dự báo để vận hành hồ chứa theo thời
gian thực.
Ưu nhược điểm của phương pháp tối ưu:
1. Chủ yếu là các nghiên cứu ở nước ngồi, nghiên cứu trong nước cịn ít
2. Phương pháp giải: Quy hoạch tuyến tính, quy hoạch phi tuyến, quy hoạch
động, kết hợp tối ưu cục bộ và thuật toán di truyền, tối ưu đàn kiến, …

3. Trước năm 1990, công cụ máy tính phát triển chưa mạnh nên việc nghiên
cứu để giải trọn vẹn bài toán tối ưu gặp nhiều khó khăn. Sau 1990, nhiều
phương pháp được sử dụng hơn (logic mờ).
4. Tiêu chuẩn tối ưu cho từng cơng trình khác nhau là khác nhau (vì cùng 1
mục đích nhưng loại hình cơng trình, lượng nước đến hay thứ tự ưu tiên các
mục tiêu… sẽ có những tiêu chuẩn tối ưu khác nhau)


5. Áp dụng mơ hình tối ưu cho điều hành hồ chứa đa mục tiêu là khó khăn, do:
khó khăn trong phát triển mơ hình, đào tạo nhân lực, giải bài toán, điều kiện
thủy văn tương lai bất định, sự bất lực để xác định và lượng hóa tất cả các
mục tiêu và mối tương tác giữa nhà phân tích và người sử dụng.
Phương pháp kết hợp mô phỏng và tối ưu:
Một phương pháp hiện được nhiều người ứng dụng để giải quyết bài toán cân bằng
nước cho các mục tiêu sử dụng, đó là phương pháp kết hợp hai mơ hình mơ phỏng và tối ưu
để giải quyết các vấn đề cốt lõi trong quá trình vận hành hồ.
- Alzali và nnk đã nghiên cứu vận hành phối hợp hệ thống hồ thủy điện
Khersan, Iran bằng việc kết hợp mơ hình mơ phỏng và thuật tốn tối ưu với hàm
mục tiêu là sản lượng điện của hệ thống. Thuật toán tối ưu được áp dụng trong
nghiên cứu là quy hoạch tuyến tính cho riêng từng hồ trong từng bước thời gian để
làm cơ sở xem xét cho ưu tiên phát điện của các hồ trong hệ thống. Kết quả đạt
được cho thấy nếu phối hợp vận hành hệ thống 4 hồ chứa theo hàm mục tiêu đề ra
sẽ cho sản lượng điện cao hơn khoảng 7,9% tổng sản lượng điện của 4 hồ khi vận
hành riêng rẽ.
- Nhiều phần mềm vận hành tối ưu hệ thống hồ chứa đã được xây dựng, tuy
nhiên khả năng giải quyết các bài tốn thực tế vẫn cịn hạn chế. Các phần mềm tối
ưu hiện nay nói chung vẫn chỉ đưa ra lời giải cho những điều kiện đã biết mà không
đưa ra được các nguyên tắc vận hành hữu ích. Phần lớn các phần mềm vận hành hồ
chứa được kết nối với mơ hình diễn tốn lũ dựa trên mơ hình Muskingum hay sóng
động học như các phần mềm thương mại MODSIM, RiverWare, CalSIM. Điều này

rất hạn chế cho việc điều hành chống lũ và không áp dụng được cho lưu vực có ảnh
hưởng của thủy triều hay nước vật.
- Theo Fayaed, El-shafie và Jaafar [25], để đạt được mục tiêu vận hành hiệu
quả hệ thống hồ đập, mô phỏng hồ là một trong những bước quan trọng cần được
xem xét. Các hồ chứa có mơ hình tối ưu tin cậy và phương trình phù hợp địi hỏi
phải được mơ phỏng chính xác. Tuy nhiên, hồi quy khơng tuyến tính của q trình
vật lý tự nhiên gây ra một vấn đề ảnh hưởng tương đối lớn tới việc xác định việc
mô


phỏng của các thông số hồ chứa (bốc hơi, diện tích bề mặt, lượng nước tích trữ). Kỹ thuật tối
ưu hóa đã chứng minh tính hiệu quả cao khi được kết hợp với mơ hình mơ phỏng, cho ra kết
quả tốt nhất trong việc quản lý hồ.
Nhận xét chung:
- Theo phương pháp tối ưu có thể tìm được kịch bản vận hành tối ưu, tuy
nhiên nhược điểm là có thể khơng tìm được miền nghiệm cho phương trình tối ưu
hoặc xác định các ràng buộc không đầy đủ dẫn đến tìm phương án tối ưu chưa thỏa
mãn đầy đủ các điều kiện thực tế; lượng hóa các mục đích u cầu khác nhau
thành các ràng buộc là vơ cùng khó khăn.
- Theo phương pháp mơ phỏng đảm bảo tìm được các kịch bản sát với thực tế,
tuy nhiên nhược điểm là phụ thuộc vào kinh nghiệm của người xây dựng kịch bản,
do đó có thể dẫn đến bỏ sót các phương án vận hành tốt, hoặc lựa chọn các phương
án vận hành chưa phải là tốt
- Theo phương pháp kết hợp tối ưu và mô phỏng trải qua các bước: Xây dựng
kịch bản tính tốn và mơ phỏng lại phương án vận hành trong thực tế có kết hợp tối
ưu tại một số điểm kiểm soát để xác định và lựa chọn phương án vận hành tốt nhất.
Đây là cách tiếp cận hiệu quả và phù hợp đã được áp dụng trên thế giới và ở Việt
Nam.
Từ những kết quả nghiên cứu nêu trên, có thể thấy rằng, trong cách tiếp cận xây dựng
bài toán, các nghiên cứu đã thể hiện việc đưa vào ứng dụng mơ hình tốn mơ phỏng kết hợp

với phương pháp tối ưu là phù hợp với bài toán vận hành hệ thống hồ chứa và hệ thống cơng
trình thủy lợi phục vụ đa mục tiêu.
1.2. Tổng quan các nghiên cứu ở Việt Nam
Nhằm nâng cao hiệu quả của các mục tiêu vận hành hồ chứa, đảm bảo cho các cơng
trình thủy điện, thủy lợi được vận hành an tồn, hiệu quả, đảm bảo phịng chống thiệt hại do
lũ, duy trì dịng chảy tối thiểu khu vực hạ du hồ chứa theo quy định về quản lý, bảo vệ, khai
thác, tổng hợp tài nguyên và môi trường các hồ chứa thủy điện, thủy lợi (số 112/2008/NĐCP, ngày 20 tháng 10 năm 2008), trong những năm gần đây các cơ quan quản lý, các tổ
chức,cá nhân và các chuyên gia đang khẩn


trương xây dựng Quy trình vận hành liên hồ chứa trên các lưu vực sông trên cả nước và
rất nhiều các nghiên cứu xung quanh nội dung quy trình vận hành liên hồ chứa đã được
thực hiện. Đến nay, đã có 3 Quy trình vận hành liên hồ chứa cả năm đã đi vào hoạt động,
bao gồm: QTVH sông Ba, Sê San, SrêPok, 9 lưu vực sơng cịn lại trong danh mục các hồ
thủy lợi, thủy điện trên lưu vực sơng phải xây dựng Quy trình vận hành liên hồ chứa đã có
quyết định phê duyệt Quy trình vận hành mùa lũ, bao gồm: Vu Gia–Thu Bồn, sông Hồng,
sông Mã, sơng Cả, sơng Hương, sơng Đồng Nai- Sài Gịn, sơng Kơn – Hà Thanh, sơng Trà
Khúc. Quy trình mùa cạn đang trong q trình hồn thiện. Dự kiến cuối năm 2015 sẽ ban
hành 11 QTVH trên 11 lưu vực sông lớn sẽ giúp cho việc thực thi các hoạt động điều phối
trên lưu vực có hiệu quả hơn.
Việc các Quy trình vận hành liên hồ chứa (mùa lũ, mùa cạn) được ban hành sẽ là văn
bản quan trọng góp phần quản lý, bảo vệ, khai thác, tổng hợp tài nguyên và môi trường các
hồ chứa thủy điện, thủy lợi, nâng cao hiệu quả của các mục tiêu vận hành. Đối với nội dung
nghiên cứu của Đề tài thì đây là những tài liệu tham khảo rất hữu ích.
Trong một số các nghiên cứu trước đây:
- Long, N. L và nnk [22] đã nghiên cứu kết hợp mơ hình mơ phỏng và mơ
hình tối ưu để vận hành hồ Hịa Bình giải quyết xung đột chính giữa phịng lũ và
phát điện ở giai đoạn cuối mùa lũ và đầu mùa kiệt. Tác giả đã sử dụng phần mềm
MIKE 11 để mô phỏng hệ thống sông và hồ chứa kết hợp với các thuật tốn tối ưu
SCE (shuffled complex evolution) để tìm ra quỹ đạo tối ưu (pareto) khi xem xét cả

hai ưu tiên giữa phòng lũ và phát điện. Kết quả đạt được cho thấy hồn tồn có thể
dùng mơ hình mơ phỏng để giải quyết vấn đề phịng lũ cho cơng trình và cho hạ du
mà vẫn có thể duy trì mực nước cao ở cuối mùa lũ để đảm bảo hiệu ích cao trong
phát điện ở mùa kiệt kế tiếp. Đồng thời nghiên cứu cũng cho thấy thuật toán tối ưu
SCE là một công cụ hữu hiệu trong giải quyết các bài tốn hệ thống phức tạp.
- TS. Hồng Thanh Tùng, GS. TS. Hà Văn Khối, KS. Nguyễn Thanh Hải
[15] đã nghiên cứu ứng dụng phần mềm Crystal Ball xác định chế độ vận hành tối


ưu phát điện cho hồ chứa Thác Bà, Tuyên Quang và bậc thang hồ chứa Sơn La, Hịa Bình có
tính đến yêu cầu cấp nước hạ du. Đây là phần mềm tối ưu và phân tích rủi ro rất mạnh trong
kinh tế và lần đầu tiên được nhóm tác giả áp dụng thành công cho vận hành các hồ chứa nói
trên. Nhóm nghiên cứu đã sử dụng modun tối ưu OptQuest trong phần mềm Crystal Ball để
xây dựng mơ hình tối ưu sau đó kết nối với mơ hình mơ phỏng dịng chảy ngẫu nhiên đến
hồ và mơ hình mơ phỏng hồ chứa phát điện và cấp nước để hình thành mơ hình vận hành
tối ưu hồ chứa Thác Bà, Tuyên Quang và bậc thang hồ chứa Sơn La - Hịa Bình. Kết quả
đạt được là tương đối tốt so với các mơ hình tối ưu sử dụng hiện nay vì mơ hình này cho
phép phân tích độ tin cậy và đưa ra chế độ vận hành tối ưu với các mức đảm bảo khác nhau
nhằm hỗ trợ ra quyết định vận hành hồ chứa.
Nhìn chung, các thuật tốn điều khiển được sử dụng trong việc xây dựng các Quy
trình vận hành trên các lưu vực sông đã thực hiện cho thấy, các phương pháp đều hướng tới
sử dụng mô hình mơ phỏng kết hợp với một số kỹ thuật tối ưu; đây cũng là cách tiếp cận
mà các nước tiên tiến trên thế giới thường dùng.
1.3. Tổng quan về vận hành hồ chứa trên lưu vực sông Cả
Hiện nay, Quy trình vận hành liên hồ chứa mùa lũ trên lưu vực sơng Cả đã được
chính phủ phê duyệt vào cuối năm 2014, và được sử dụng để vận hành điều tiết các hồ chứa
trên lưu vực sông Cả trong mùa lũ năm nay. Mặc dù Quy trình vận hành liên hồ chứa mùa lũ
sông Cả chỉ xét đến 2 hồ chứa: Khe Bố và Bản Vẽ, tuy nhiên cách tiếp cận xây dựng trong
bài tốn quy trình này sẽ là tài liệu chính, quan trọng nhất phục vụ cho cách giải quyết bài
toán của luận văn, với việc đưa 4 hồ chứa trên lưu vực vào Quy trình: Bản Vẽ, Khe Bố, Bản

Mồng, Ngàn Trươi.
Ngồi Quy trình vận hành liên hồ chứa mùa lũ sông Cả do Bộ Tài nguyên và Môi
trường thực hiện, các nghiên cứu liên quan về dịng chảy, tác động của cơng trình hồ chứa
đến dòng chảy lũ và dòng chảy kiệt đã được nghiên cứu và có các kết quả nhất định. Các
nghiên cứu gần đây về dịng chảy trên lưu vực sơng Cả tập trung vào các vấn đề về thủy
động lực học dịng chảy lũ, cân bằng nước, xói lở, quy hoạch thủy lợi, thủy điện, thủy
sản, thiết kế quy hoạch đê sông, đê biển, cơ chế


chính sách quản lý khai thác nguồn nước và tác động của các cơng trình thủy lợi lớn trên
dịng chính. Các nghiên cứu này thường là nghiên cứu chuyên đề phục vụ việc thiết kế xây
dựng các cơng trình thủy lợi thủy điện trên hệ thống. Một số nghiên cứu đã và đang triển
khai, điển hình có thể được kể đến như sau:
1. Viện Khoa học Thủy Lợi (2009), “Nghiên cứu cơ sở khoa học và thực
tiễn đề xuất quy trình điều hành liên hồ chứa trên sơng Lam đảm bảo ngăn lũ, chậm
lũ và an toàn vận hành hồ chứa”. Nghiên cứu này đã thực hiện việc mô phỏng vận
hành theo các kịch bản dòng chảy lũ trên hệ thống sông Cả với sự tham gia điều tiết
của 5 hồ: Bản Vẽ, Khe Bố, Bản Mồng, Sông Sào và Ngàn Trươi để đề xuất Quy
trình vận hành liên hồ chứa.
2. Viện Khoa học Thủy Lợi (2006), “Dự án quy hoạch và hồn thiện tuyến
đê Hữu sơng Lam từ cầu Bến Thủy đến đê biển Hội Thống”. Nghiên cứu này đã
thực hiện việc mơ phỏng dịng chảy lũ trên hệ thống sông Cả, với các kịch bản của
hệ thống hồ chứa tham gia cắt lũ, nhằm xác định cao trình đê hợp lỹ cho tuyến đê
Hữu sông Lam trên địa bàn tỉnh Hà Tĩnh ứng với các kịch bản có các hồ chứa tham
gia cắt lũ.
3. Viện Quy hoạch Thủy lợi (2007), Quy hoạch chi tiết phòng chống lũ và
đê lưu vực sông Cả trên địa bàn tỉnh Nghệ An. Nghiên cứu này đã nghiên cứu chế
độ thủy văn, thủy lực trên tồn lưu vực sơng Cả, xác định cao trình cho hệ thống đê
hạ du trên địa bàn tỉnh Nghệ An với các kịch bản có các hồ chứa tham gia cắt lũ
theo từng giai đoạn phát triển, xác định mức bảo đảm của cả hệ thống, từng khu

vực theo các thời đoạn khác nhau.
4. Viện Quy hoạch Thủy lợi (2004), Quy hoạch sử dụng tổng hợp nguồn
nước lưu vực sông Cả. Trong quy hoạch này đã nghiên cứu tổng thể vê sử dụng
tổng hợp nguồn nước, qui hoạch phòng chống lũ, qui hoạch thủy lợi.
5. Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Hà Tĩnh (2008), "Xây dựng bản
đồ ngập lụt và cảnh báo nguy cơ ngập lụt vùng lưu vực sông Cả trên địa bàn Hà
Tĩnh”.


6. Công ty Tư vấn xây dựng Thủy lợi Việt Nam (2008), “Báo cáo dự án đầu
tư - dự án hệ thống thủy lợi, Ngàn Trươi - Cẩm Trang”.
7. Viện Địa lý, Công ty Cổ phần Tư vấn & Xây dựng GTVT (2007),
"Nghiên cứu giải pháp chống ngập và thoát nước tuyến đường sắt thống nhất”.
Trong nghiên cứu này đã xây dựng các bản đồ ngập lụt trên lưu vực sơng Cả với
các tần suất khác nhau.
8. Hồng Minh Tuyển (2007), Khung hỗ trợ ra quyết định trong quản lý tài
nguyên nước lưu vực sông Cả (CA DSF).
9. Hiện nay, dưới sự tài trợ của DANIDA, trong Chương trình hỗ trợ Ngành
nước tiểu hợp phần 3.2, Dự án quản lý tổng hợp nguồn nước lưu vực sông Cả, cũng
đang tiến hành các nghiên cứu liên quan đến các vấn đề về thủy văn, thủy lực, cân
bằng nước và cơ chế chính sách về quản lý lưu vực sơng Cả.
Ngồi ra, các vấn đề về thủy lực, thủy văn và sử dụng nguồn nước trên lưu vực sơng
Cả cịn được nghiên cứu trong các đề tài khoa học công nghệ cấp Nhà nước, quy hoạch thủy
lợi, thủy điện các thời kỳ, các dự án xây dựng hồ chứa lớn, hệ thống đê, nâng cấp hồn thiện
các hệ thống cơng trình thủy lợi, các dự án giảm nhẹ thiên tai, các dự án có sự tài trợ của
nước ngồi như DANIDA, JICA.
1.4. Những tồn tại và định hướng nghiên cứu của Đề tài
Qua tổng quan các phương pháp nghiên cứu đã và đang tiến hành trên thế giới và ở
Việt Nam cho thấy, vận hành hệ thống nguồn nước, hệ thống hồ chứa phục 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 ứng dụng thành công chủ yếu gắn liền với đặc
thù từng hệ thống, khơng có phương pháp luận, cơng cụ có thể dùng chung cho mọi hệ
thống.
Hầu hết các nghiên cứu liên quan đến việc vận hành hệ thống hồ chứa trên lưu vực
sơng địi hỏi các thơng tin, số liệu dự báo về hồ một cách chính xác và sớm nhất có thể, dự
báo tốt có thể đảm bảo cho Quy trình vận hành linh hoạt hơn, chủ động phòng, chống các
hiện tượng thời tiết bất thường xảy ra (như: mưa bão, lũ


sớm, lũ muộn, …). Tuy nhiên, hiện tại các Quy trình vận hành liên hồ chứa đã được xây
dựng vận hành trong điều kiện số liệu dự báo trước 24h, các hồ chủ động cập nhật thường
xuyên các thông tin dự báo và thực hiện chế độ vận hành theo thời gian thực, đây là cách tối
ưu nhất để đảm bảo thông tin dự báo được cập nhật vào quá trình vận hành hồ chứa, giảm
được sai số vận hành.
Lưu vực sơng Cả là lưu vực có chế độ dịng chảy đặc trưng của hệ thống sơng miền
Trung: tình hình mưa lũ, biến biến bất thường, xảy ra nhanh, chính vì vậy cơng tác dự báo
thời đoạn ngắn gặp rất nhiều khó khăn. Mặt khác, đặc trưng mưa lũ của các lưu vực sông
miền Trung là: thông thường trong các trận mưa lớn do bão và áp thấp nhiệt đới lũ thường
xuất hiện dưới hạ du trước, trong khi thượng lưu mưa ít, cơng tác vận hành hồ chứa cũng cần
được xem xét kỹ càng hơn trong việc phòng tránh các hiện tượng lũ chồng lũ ở hạ du khi các
hồ vận hành xả nước đảm bảo an tồn cơng trình.
Từ những khó khăn và những tồn tại nêu trên, với đặc điểm lưu vực sông Cả, cách
tiếp cận bài toán vận hành liên hồ chứa mùa lũ trên lưu vực sông Cả trong luận văn sẽ tham
khảo cách tiếp cận xây dựng quy trình vận hành của các lưu vực sơng miền Trung và Tây
Ngun. Nội dung chính của luận văn được thực hiện để nghiên cứu và giải quyết các vấn đề
khoa học sau:
+ Nghiên cứu cơ sở cho việc lựa chọn mơ hình mơ phỏng
+ Nghiên cứu phân kỳ lũ, tổ hợp lũ
+ Nghiên cứu xây dựng các kịch bản lũ

+ Nghiên cứu xây dựng các quy tắc vận hành
+ Nghiên cứu tính tốn, mơ phỏng vận hành theo các kịch bản


Hình 1.1: Sơ đồ khối bài tốn vận hành quy trình liên hồ chứa lưu vực sơng Cả


CHƯƠNG II- ĐẶC ĐIỂM LƯU VỰC SÔNG CẢ
VÀ HỆ THỐNG HỒ CHỨA
2.1. Điều kiện tự nhiên
2.1.1. Vị trí địa lý
Lưu vực sông Cả nằm trên lãnh
thổ hai nước Việt Nam và Lào, tổng diện
tích lưu vực là
27.200 km2. Phần diện tích lưu vực
thuộc địa phận Việt Nam khoảng 17.900
km2, nằm ở vị trí từ 18o15'05" đến
20o10'30" vĩ độ Bắc

và 103o14'10"

đến 105o15'20" kinh độ Đơng và được
giới hạn bởi:
- Phía Bắc là dãy núi Pu
Hoạt cao trên 1000 m và dãy núi
Bù Khang, đường phân nước
giữa sông Hiếu và sông Chu.
- Phía Nam là dãy Hồnh Sơn
cao 1045m là đường phân nước giữa

Hình 2.1: Vị trí địa lý lưu vực sơng Cả

sơng Rào Cái và sơng Gianh.
- Phía Tây là dãy PuLai Leng có đỉnh cao 2711 m ở phía hữu ngạn thung
lũng sơng Cả.
- Phía Đơng tiếp giáp với biển.
2.1.2. Điều kiện địa hình, địa chất
Lưu vực sơng Cả phát triển theo hướng Tây Bắc - Đông Nam, nghiêng dần ra biển
Đơng. Phía Bắc và Tây Bắc của lưu vực, đường phân thuỷ chảy qua vùng đồi núi thấp của
Nghệ An với độ cao trung bình từ 400 – 600 m và vùng núi cao của huyện Quế Phong với
độ cao trên 1000 m và vùng núi cao của tỉnh Xiêm Khoảng


bên Lào với đỉnh núi cao như Pu Hoạt với độ cao 2452 m. Phía Tây được án ngữ bởi dãy
Trường Sơn với độ cao đỉnh núi trên 2.000 m như đỉnh Pu Lai Leng có độ cao 2711 m. Càng
dần về phía Nam, Tây Nam đường phân thuỷ của lưu vực đi trên những đồi núi thấp có độ
cao đỉnh núi từ 1300 – 1800 m chạy dọc theo dãy Trường Sơn Bắc, đi vào địa phận tỉnh Hà
Tĩnh, độ dốc bình quân lưu vực là 1,8‰, hệ số hình dạng lưu vực là 0,29, mật độ lưới sơng
0,6 km/km2.
Phần lớn đất đai trong vùng thuộc dạng đồi núi bị chia cắt mạnh, sơng suối có độ dốc
lớn, vùng trung du nối chuyển tiếp giữa miền núi và đồng bằng ngắn cho nên khi có mưa
lớn, lũ tập trung nhanh, ít bị điều tiết, dẫn tới nước lũ tập trung về đồng bằng rất nhanh, gặp
mưa lớn ở hạ du và triều cường thường gây lũ lụt trên diện rộng.
Lưu vực sơng Cả có thể phân chia 3 dạng địa hình:
- Vùng đồi núi cao: Vùng này thuộc 9 huyện miền núi của Nghệ An và Hà
Tĩnh bao gồm: Kỳ Sơn, Con Cuông, Thanh Chương, Quế Phong, Quỳ Châu, Quỳ
Hợp, Nghĩa Đàn, Hương Sơn, Hương Khê. Đây là vùng đồi núi cao gồm các dãy
núi chạy dài theo hướng từ Đông Bắc xuống Tây Nam, tạo nên những thung lũng
sơng hẹp và dốc nối hình thành những sơng nhánh lớn như Nậm Mô, Huổi Nguyên,
sông Hiếu, sông Giăng, sông La. Xen kẽ với những dãy núi lớn thường có những

dãy núi đá vôi như ở thượng nguồn sông Hiếu.
- Vùng trung du: Bao gồm các huyện như Anh Sơn, Tân Kỳ, một phần đất
đai của Hương Sơn, Hương Khê, Thanh Chương. Diện tích đất đai vùng trung du
thường hẹp nằm ở hạ lưu các sông nhánh lớn cấp I của sông Cả. Đây là vùng đồi
trọc với độ cao từ 300-400 m xen kẽ là đồng bằng ven sông của các thung lũng hẹp
có độ cao từ 15-25m. Diện tích canh tác chủ yếu tập trung ở các thung lũng hẹp hạ
du các sông suối. Vùng này chịu ảnh hưởng của lũ khá mạnh nhất là những trận lũ
lớn, đất thường bị xói mịn, rửa trơi mạnh, lớp đất sỏi cát thường bị nước lũ mang
về, bồi lấp diện tích canh tác vùng ven bãi sơng gây trở ngại cho sản xuất.
- Vùng đồng bằng hạ du sông Cả: Vùng này có độ cao mặt đất từ 6-8m ở
vùng tiếp giáp với vùng đồi núi thấp, hoặc từ 0,5-2,0 m ở vùng ven biển. Vùng đồng


bằng thường bị chia cắt bởi hệ thống sông suối hoặc các kênh đào chuyển nước hoặc
giao thông.
- Vùng ven biển: vừa chịu ảnh hưởng lũ lại vừa chịu ảnh hưởng của thuỷ
triều. Khi có mưa lớn ở hạ du gặp lũ ngồi sơng chính lớn khả năng tiêu tự chảy
kém. Mặt khác do tác động của thuỷ triều, nhất là thời kỳ triều cường gặp lũ lớn
thời gian tiêu rút ngắn lại gây ngập úng lâu, nhất là vùng Nam Hưng Nghi, 9 xã
Nam Đàn và 6 xã ở Đức Thọ. Về mùa khô do lượng nước thượng nguồn về ít và
mặn xâm nhập vào khá sâu, những năm kiệt độ mặn xâm nhập tới trên Chợ Tràng
1 – 2 km. Độ mặn đạt tới 2 - 3‰ tại cống Đức Xá vào những năm kiệt gây trở ngại
cho các cống lấy nước và các trạm bơm ở hạ du sơng Cả.
Ngồi ra, đặc điểm địa chất trong vùng khá phức tạp, đới Trường Sơn bắc, đới Phu
Hoạt trên lưu vực sông Hiếu, đới Sầm Nứa thượng nguồn sông Cả. Do sự nâng lên và hạ
xuống đã tạo nên những nếp đứt gãy phân tầng chạy dọc theo hướng Tây Bắc - Đông Nam.
Tạo nên sự phân cách riêng biệt giữa hệ thống sơng chính và các sơng nhánh lớn cấp I. Ở
miền núi đất đai chủ yếu là đất trầm tích đá quặng chứa nhiều Mica và Thạch Anh có xen kẽ
đá vơi. Đất đá vùng trung du chủ yếu là đất đá bị phong hoá mạnh như đất Bazan xốp nhẹ,
đất vùng đồng bằng chủ yếu là đất trầm tích giàu chất sét.

2.1.3. Điều kiện thổ nhưỡng và thảm phủ thực vật
Đặc điểm thổ nhưỡng lưu vực sơng Cả
+ Ở vùng đồng bằng sơng Cả có các loại đất chủ yếu là đất phù sa và đất cát ven
biển, đất bùn lầy, đất mặn, đất Feralitic mùn vàng nhạt trên núi, đất Feralitic điển hình
nhiệt đới ẩm vùng đồi.
+ Đất đai vùng trung du khá đa dạng: các loại đất chua, đất glây hoặc glây mạnh
úng nước.
+ Ở vùng đồi chuyển tiếp từ đồng bằng lên núi, loại đất chủ yếu là Feralitic.
Đất đai ở6 huyện miền núi chủ yếu là loại trầm tích và trầm tích có xen kẽ đá vơi.


Do phải chịu ảnh hưởng tổng hợp của các nhân tố địa lý, địa hình, khí hậu, lớp phủ
bề mặt... cho nên đất đai ở vùng đồng bằng và trung du sông Cả được xếp vào loại kém màu
mỡ.
Đặc điểm lớp phủ bề mặt lưu vực
Lớp phủ bề mặt lưu vực được trình bày trong báo cáo này là các loại cây mọc tự
nhiên thành từng tập trung, phân tán có tác dụng tích cực trong việc bảo vệ mơi trường sống.
Nhận thức theo góc độ của ngành thuỷ lợi, ngoài việc cung cấp gỗ, củi, lâm sản, rừng tự
nhiên có tác dụng giảm tốc độ tập trung nước lũ, chống xói mịn, rửa trơi các lớp đất màu mỡ
trên bề mặt và xét về mặt định tính có góp phần điều hồ dịng chảy trong năm.
Rừng ở lưu vực sông Cả tập trung chủ yếu bên đất Lào, 6 huyện miền núi thuộc
Nghệ An và hai huyện trung du: Hương Sơn, Hương Khê thuộc Hà Tĩnh. Phần rừng trên đất
Lào còn chưa bị chặt phá nhiều do dân cư thưa thớt, kinh tế chưa phát triển đã có ảnh hưởng
tích cực đối với việc điều hồ dịng chảy trên phạm vi 9470 km2 diện tích lưu vực thượng
nguồn.
Trên địa phận Việt Nam, diện tích rừng che phủ bị giảm nhanh do tốc độ phát triển
dân số cao ở miền núi cùng với tập quán du canh du cư của đồng bào các dân tộc, năm 1943
toàn vùng dự án có khoảng 1,2 triệu ha rừng, đến nay diện tích đất có rừng vào khoảng
710.000 ha chiếm khoảng 35,5% diện tích đất tự nhiên tồn lưu vực và khoảng 43% diện tích
tự nhiên của các huyện miền núi và Hương Sơn, Hương Khê. Tuy rừng bị giảm 405 diện tích

(tính từ năm 1943) nhưng so chung với diện tích đất có rừng ở các địa phương khác như:
Tuyên Quang 28%, Tây Bắc 8% thì ở lưu vực sơng Cả, tỷ lệ đất có rừng ít bị tàn phá hơn
nhiều. Mặc dù rừng giàu và rừng trung bình chỉ cịn từ 12 – 14% diện tích đất có rừng nhưng
vai trị bảo vệ mơi trường và vai trị điều hồ dịng chảy ở lưu vực sơng Cả vẫn cịn tốt hơn
khá nhiều so với vai trò của rừng ở thượng nguồn sông Đà, sông Lô và sông Thao.
Các đặc điểm tự nhiên trình bày ở trên, như vị trí địa lý, đặc điểm địa hình, địa chất,
thổ nhưỡng và lớp phủ thực vật bề mặt lưu vực có ảnh hưởng quyết định đến chế độ khí hậu,
thuỷ văn của lưu vực sông Cả.


2.2. Đặc điểm khí tượng, thủy văn
2.2.1. Mạng lưới trạm quan trắc khí tượng, thủy văn
a, Mạng lưới trạm quan trắc khí tượng
Các trạm khí tượng trên lưu vực hầu hết được thành lập từ sau năm 1957 tới nay.
Trước năm 1957 cũng có một số trạm khí tượng hoặc đo mưa được thiết lập những quan trắc
không liên tục bị gián đoạn bởi chiến tranh.
Tổng số trạm đo mưa trên lưu vực là 56 trạm trong đó có 10 trạm khí tượng đo các
yếu tố như mưa, nhiệt độ, độ ẩm, bốc hơi, gió, nắng, bức xạ v..v... đó là Quế Phong, Quỳ
Châu, Quỳ Hợp, Nghĩa Đàn, Tương Đương, Con Cuông, Đô Lương, Vinh, Hương Khê, Kim
Cương. Số năm tài liệu của các trạm này ít nhất là 25 năm, nhiều nhất là 40 năm.
Một số trạm đo mưa có số liệu dài năm như Vinh từ 1906, Cửa Rào từ 1938, Đô
Lương từ 1935, Mường Xén từ 1931, Chu Lễ từ 1932, Linh Cảm từ 1933. Tuy nhiên các
trạm này có số liệu khơng liên tục bị gián đoạn bởi chiến tranh chỉ sau năm 1954 tài liệu đo
đạc mới được liên tục.
Một số trạm đo mưa chỉ hoạt động trong thời gian ngắn sau đó ngưng khơng đo do
điều kiện kinh phí. Tính tới nay trên lưu vực chỉ cịn 24 trạmđo mưa, 9 trạm đo khí hậu.
Bảng 2.1: Thống kê lưới trạm đo mưa và khí tượng trên lưu vực sông Cả
a. Các trạm đo hiện nay đang dùng:
Thời gian đo
Thời kỳ đo trước 1954 Thời kỳ đo sau 1954

1 Mường Xén X 1931 - 1942 1960 –nay
2
Cửa Rào X, T, R, V, Z 1930 - 1948 1960 – nay
3
Khe Nóng X
1960 – nay
4
Dừa X
1960 – nay
5 Nam Đàn X
1960 – nay
6
Chợ Tràng X
1960 – nay
7
Vinh X, T, R, V, Z 1906 - 19 54 1956 – nay
8
Cửa Hội X
1960 - nay

TT

Trạm

Yếu tố đo