Nghiên cứu cơ sở khoa học và thực tiễn nhận dạng lũ lớn trên lưu vực sông hồng góp phần nâng cao hiệu quả điều hành hệ thống liên hồ chứa

BỘ TÀI NGUN VÀ MƠI TRƯỜNG
VIỆN KHOA HỌC
KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN VÀ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU


TRỊNH THU PHƯƠNG

NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN
NHẬN DẠNG LŨ LỚN TRÊN LƯU VỰC SƠNG HỒNG
GĨP PHẦN NÂNG CAO HIỆU QUẢ ĐIỀU HÀNH
HỆ THỐNG LIÊN HỒ CHỨA

LUẬN ÁN TIẾN SĨ THỦY VĂN HỌC

Hà Nội, 2021


BỘ TÀI NGUN VÀ MƠI TRƯỜNG
VIỆN KHOA HỌC
KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN VÀ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU


NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN
NHẬN DẠNG LŨ LỚN TRÊN LƯU VỰC SƠNG HỒNG
GĨP PHẦN NÂNG CAO HIỆU QUẢ ĐIỀU HÀNH
HỆ THỐNG LIÊN HỒ CHỨA
Ngành: Thủy văn học
Mã số: 9440224

LUẬN ÁN TIẾN SĨ THỦY VĂN HỌC

Tác giả luận án

Giáo viên hướng dẫn 1

Giáo viên hướng dẫn 2

Trịnh Thu Phương

PGS.TS. Hoàng Minh Tuyển

GS.TS. Ngơ Đình Tuấn

Hà Nội, 2021


LỜI CAM ĐOAN
Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tác giả, các kết
quả nghiên cứu trong Luận án là trung thực và chưa từng được cơng bố trong
bất kỳ cơng trình nào khác. Việc tham khảo các nguồn tài liệu (nếu có) đã được
trích dẫn theo đúng quy định.
Tác giả Luận án

Trịnh Thu Phương


LỜI CẢM ƠN

Sau một thời gian dài nghiên cứu, Luận án được hồn thành dưới sự
hướng dẫn tận tình của GS TS Ngơ Đình Tuấn và PGS TS Hồng Minh Tuyển.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các Thầy đã hướng dẫn và chỉ bảo

trong suốt q trình nghiên cứu để tác giả hồn thành luận án này.
Tác giả xin chân thành cảm ơn các đơn vị, cá nhân đã góp ý cho tác giả
trong suốt quá trình nghiên cứu. Xin cảm ơn tác giả các cơng trình nghiên cứu
đã cung cấp nguồn tư liệu và những kiến thức liên quan quý báu để tác giả sử
dụng trong q trình nghiên cứu và trích dẫn trong Luận án này.
Tác giả xin chân thành cảm ơn Phòng Khoa học, Đào tạo và Hợp tác
quốc tế, Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Biến đổi khí hậu, Trung tâm
Dự báo khí tượng thủy văn quốc gia, Cơng ty thủy điện Sơn La, Cơng ty thủy
điện Hịa Bình, Trung tâm Điều độ Hệ thống điện quốc gia cùng tồn thể các
thầy, cơ giáo; bạn bè; đồng nghiệp; cơ quan và gia đình đã tạo điều kiện, chia
sẻ khó khăn, tham gia ý kiến và giúp đỡ tác giả trong suốt q trình học tập và
hồn thành Luận án này.
Tác giả Luận án

Trịnh Thu Phương


i

MỤC LỤC
MỤC LỤC BẢNG ........................................................................................... iv
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ............................................................... x
MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1
1. Tính cấp thiết ............................................................................................... 1
2. Mục tiêu nghiên cứu.................................................................................... 4
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.............................................................. 4
4. Câu hỏi nghiên cứu, nhiệm vụ nghiên cứu và luận điểm bảo vệ ............ 5
5. Những đóng góp mới của luận án .............................................................. 6
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án ............................................... 6
6.1. Ý nghĩa khoa học ....................................................................................... 6

6.2. Ý nghĩa thực tiễn ........................................................................................ 6
7. Cách tiếp cận................................................................................................ 6
8. Phương pháp nghiên cứu............................................................................ 8
9. Cấu trúc của Luận án ................................................................................. 9
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ NHẬN DẠNG LŨ LỚN VÀ VẬN HÀNH
HỒ CHỨA....................................................................................................... 10
1.1. Tổng quan nhận dạng lũ và vận hành hồ chứa trên thế giới ............. 10
1.1.1. Phương pháp nhận dạng lũ .................................................................... 10
1.1.2. Tổng quan về vận hành hồ chứa ........................................................... 20
1.2. Tổng quan nhận dạng lũ và vận hành hồ chứa ở Việt Nam .............. 24
1.3. Hướng nghiên cứu của luận án ............................................................. 33
1.4. Tiểu kết Chương 1 .................................................................................. 37
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN NHẬN DẠNG LŨ LỚN
TRÊN LƯU VỰC SÔNG HỒNG PHỤC VỤ VẬN HÀNH HỆ THỐNG HỒ
CHỨA LỚN .................................................................................................... 39
2.1. Tổng quan về lưu vực sơng Hồng ......................................................... 39
2.1.1. Hệ thống sơng ngịi ............................................................................... 39
2.1.2. Đặc điểm nguồn nước mưa và dòng chảy trên sông Hồng ................... 40


ii

2.2. Vận hành vận hành liên hồ chứa trên lưu vực sơng Hồng phịng chống
lũ và phát điện ............................................................................................... 42
2.2.1. Hệ thống hồ chứa phòng, chống lũ trên lưu vực sông Hồng ................ 42
2.2.2. Thay đổi lượng trữ trên lưu vực sông Hồng ......................................... 46
2.2.3. Tổ hợp lũ sông Hồng............................................................................. 50
2.2.4. Mối quan hệ tương tác giữa sự đóng góp lũ trên các nhánh sông, chế độ
vận hành các cửa xả lũ của các hồ chứa tới mực nước hạ lưu sông Hồng tại Hà
Nội ................................................................................................................... 54

2.3. Nhận dạng lũ lớn trên lưu vực sơng Hồng ........................................... 61
2.3.1. Sự hình thành đường trữ nước tiềm năng trên thượng lưu sông Hồng . 61
2.3.2. Mối quan hệ giữa mưa, các hình thế thời tiết và sự hình thành lũ trên
thượng lưu sơng Hồng ..................................................................................... 68
2.3.2.1. Các hình thế thời tiết đơn lẻ gây mưa, lũ lớn ..................................... 68
2.3.2.2. Các hình thế thời tiết tổ hợp gây mưa, lũ lớn .................................... 71
2.3.2.3. Mối quan hệ định lượng giữa tổng lượng mưa và lũ lớn đến các hồ chứa
trên sông Hồng ................................................................................................ 74
2.3.3. Phân tích mối liên hệ giữa các nhân tố khí tượng với các đặc trưng lũ
trước 1 tháng, mùa trên lưu vực sông Hồng ................................................... 78
2.3.3.1. Hiện tượng ENSO .............................................................................. 78
2.3.3.2. Chỉ số áp cao Thái Bình Dương ......................................................... 79
2.3.3.3. Mối quan hệ giữa các nhân tố khí hậu và các đặc trưng dịng chảy trên
thượng lưu sơng Hồng ..................................................................................... 79
2.3.4. Thiết lập mơ hình hồi quy đa biến và mơ hình mạng thần kinh nhân tạo
ANN nhận dạng lũ thời hạn 5 ngày, 1 tháng, mùa trên lưu vực sông Hồng .. 88
2.3.4.1. Cơ sở khoa học của phương pháp hồi quy nhiều biến ....................... 88
2.3.4.2. Cơ sở khoa học của mơ hình mạng thần kinh nhân tạo ANN ........... 91
2.3.4.3. Mơ hình hồi quy đa biến và ANN nhận dạng lũ lớn trước tháng, mùa
....................................................................................................................... 100
2.4. Tiểu kết Chương 2 ................................................................................ 102
CHƯƠNG 3. PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ ÁP DỤNG NHẬN DẠNG LŨ LỚN
PHỤC VỤ VẬN HÀNH HỆ THỐNG HỒ CHỨA LỚN TRONG MÙA LŨ
TRÊN LƯU VỰC SÔNG HỒNG ................................................................. 106


iii

3.1. Kết quả luyện mạng nơ ron trong mơ hình ANN nhận dạng lũ lớn
trước 5 ngày, tháng và mùa. ....................................................................... 106

3.2. Kết quả ứng dụng đường trữ nước tiềm năng, mơ hình hồi quy đa
biếnvà mơ hình ANN nhận dạng lũ lớn trên lưu vực sông Hồng ........... 116
3.2.1. Kết quả nhận dạng lũ trước 5 ngày bằng đường trữ nước tiềm năng . 116
3.2.2. Kết quả nhận dạng lũ trước 5 ngày bằng mơ hình ANN trong năm 2016
....................................................................................................................... 121
3.2.3. Kết quả nhận dạng lũ trước tháng, mùa bằng mơ hình hồi quy đa biến và
mơ hình ANN trong năm 2015 và 2016........................................................ 123
3.2.4. Ứng dụng nhận dạng lũ trong điều hành hồ chứa qua các thời kỳ trong
năm 2015 và 2016 ......................................................................................... 126
3.3. Đề xuất cơ chế phối hợp vận hành liên hồ chứa giữa các hồ ........... 127
3.4. Tiểu kết Chương 3 ................................................................................ 138
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ....................................................................... 139
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................. 143
PHỤ LỤC ...................................................................................................... 149


iv

MỤC LỤC BẢNG
Bảng 2.1. Tỷ lệ dòng chảy các mùa trên sông Hồng tại một số trạm ............. 40
Bảng 2.2 Thông số các hồ chứa lớn trên sông Hồng ...................................... 44
Bảng 2.3. Thống kê các đợt lũ đặc biệt lớn trên hệ thống sông Hồng từ năm
1960 ................................................................................................................. 50
Bảng 2.4. Cặp nhân tố mưa và mặt đệm lưu vực ............................................ 61
Bảng 2.5 Lượng mưa trung bình lưu vực phổ biến trên các lưu vực sông trong
các đợt bão hoặc ATNĐ .................................................................................. 70
Bảng 2.6. Phân chia tỉ lệ (%) các hình thế thời tiết gây mưa lũ lớn trên các lưu
vực hồ chứa Lai Châu, Sơn La, Hịa Bình, hồ Thác Bà và Tuyên Quang ...... 73
Bảng 2.7. Phân cấp quan hệ mưa và lũ Qx = f(X, Qc) tại hồ Lai Châu ......... 76
Bảng 2.8. Phân cấp quan hệ mưa và lũ Qx = f(X, Qc) tại hồ Sơn La............. 76

Bảng 2.9. Phân cấp quan hệ mưa và lũ Qx = f(X, Qc) tại hồ Hịa Bình ......... 77
Bảng 2.10. Phân cấp quan hệ mưa và lũ Qx = f(X, Qc) tại hồ Thác Bà ........ 77
Bảng 2.11. Phân cấp quan hệ mưa và lũ Qx = f(X, Qc) tại hồ Tuyên Quang 77
Bảng 2.12 Hệ số tương quan các nhân tố khí hậu và đặc trưng đỉnh lũ lớn nhất
mùa lũ tại các hồ chứa ..................................................................................... 82
Bảng 2.13 Hệ số tương quan các nhân tố khí hậu và đặc trưng dịng chảy trung
bình mùa lũ tại các hồ chứa............................................................................. 83
Bảng 2.14 Hệ số tương quan các nhân tố khí hậu tại trạm Mường Lay với đặc
trưng dòng chảy lớn nhất đến hồ Lai Châu trong các tháng mùa lũ ............... 84
Bảng 2.15 Hệ số tương quan các nhân tố khí hậu tại trạm Sơn La với đặc trưng
dịng chảy lớn nhất đến hồ Sơn La trong các tháng mùa lũ ............................ 85
Bảng 2.16 Hệ số tương quan các nhân tố khí hậu tại trạm Hịa Bình với đặc
trưng dịng chảy lớn nhất đến hồ Hịa Bình trong các tháng mùa lũ .............. 85
Bảng 2.17 Hệ số tương quan các nhân tố khí hậu tại Yên Bái với đặc trưng dòng
chảy lớn nhất trạm Yên Bái trong các tháng mùa lũ ....................................... 86
Bảng 2.18 Hệ số tương quan các nhân tố khí hậu tại Lục n với đặc trưng
dịng chảy lớn nhất hồ Thác Bà trong các tháng mùa lũ ................................. 86
Bảng 2.19 Hệ số tương quan các nhân tố khí hậu tại Hàm n với đặc trưng
dịng chảy lớn nhất tại trạm Hàm Yên trong các tháng mùa lũ ...................... 87
Bảng 2.20 Hệ số tương quan các nhân tố khí hậu tại Chiêm Hóa với đặc trưng
dịng chảy lớn nhất tại hồ Tuyên Quang trong các tháng mùa lũ ................... 87


v

Bảng 2.21 Hệ số tương quan các nhân tố khí hậu tại Than Uyên với đặc trưng
dòng chảy lớn nhất tại hồ Bản Chát trong các tháng mùa lũ .......................... 88
Bảng 2.22. Các hình thế thời tiết gây mưa lớn được mã hóa.......................... 97
Bảng 3.1 Bảng kết quả huấn luyện và kiểm tra bằng mơ hình ANN nhận dạng
lũ trước 5 ngày tại hồ Thác Bà ...................................................................... 107

Bảng 3.2 Bảng kết quả huấn luyện và kiểm tra bằng mơ hình ANN nhận dạng
lũ trước 5 ngày tại hồ Lai Châu..................................................................... 107
Bảng 3.3 Bảng kết quả huấn luyện và kiểm tra bằng mơ hình ANN nhận dạng
lũ trước 5 ngày tại hồ Sơn La ........................................................................ 107
Bảng 3.4 Bảng kết quả huấn luyện và kiểm tra bằng mơ hình ANN nhận dạng
lũ trước 5 ngày tại hồ Bản Chát .................................................................... 108
Bảng 3.5. Bảng kết quả huấn luyện và kiểm tra bằng mô hình ANN nhận dạng
lũ trước 5 ngày tại hồ Tuyên Quang ............................................................. 108
Bảng 3.6.Bảng kết quả huấn luyện và kiểm tra bằng mơ hình ANN nhận dạng
lũ trước 5 ngày tại Yên Bái ........................................................................... 108
Bảng 3.7.Bảng kết quả huấn luyện và kiểm tra bằng mơ hình ANN nhận dạng
lũ trước 5 ngày tại Hàm Yên ......................................................................... 108
Bảng 3.8 Các nhân tố có tương quan cao với các yếu tố nhận dạng lũ thời đoạn
mùa tại các trạm chính trên thượng lưu sơng Hồng ...................................... 112
Bảng 3.9 Các nhân tố khí tượng có tương quan cao với các yếu tố nhận dạng lũ
thời đoạn tháng tại các trạm chính đối với hồ Sơn La .................................. 113
Bảng 3.10 Các nhân tố khí tượng có tương quan cao với các yếu tố nhận dạng
lũ thời đoạn tháng tại các trạm chính đối với hồ Thác Bà ............................ 113
Bảng 3.11 Các nhân tố khí tượng có tương quan cao với các yếu tố nhận dạng
lũ thời đoạn tháng tại các trạm chính đối với hồ Tuyên Quang.................... 114
Bảng 3.12 Các nhân tố khí tượng có tương quan cao với các yếu tố nhận dạng
lũ thời đoạn tháng tại các trạm chính đối với trạm Hàm Yên ....................... 114
Bảng 3.13 Các nhân tố khí tượng có tương quan cao với các yếu tố nhận dạng
lũ thời đoạn tháng tại các trạm chính đối với trạm Yên Bái ......................... 115
Bảng 3.14 Nhận dạng lũ lớn tại vùng hồ Lai Châu từ năm 2012-2018 ........ 118
Bảng 3.15 Nhận dạng lũ lớn tại vùng hồ Sơn La từ năm 2012-2018 ........... 118
Bảng 3.16 Nhận dạng lũ lớn tại vùng hồ Hịa Bình từ năm 2012-2018 ....... 119
Bảng 3.17 Nhận dạng lũ lớn tại vùng hồ Thác Bà từ năm 2012-2018 ........ 119

vi

Bảng 3.18 Nhận dạng lũ lớn tại vùng hồ Tuyên Quang từ năm 2012-2018 120
Bảng 3.19 Nhận dạng lũ lớn tại trạm Hàm Yên từ năm 2012-2018 ............ 120
Bảng 3.20 Nhận dạng lũ lớn tại trạm Yên Bái từ năm 2012-2018 .............. 121
Bảng 3.21 Kết quả thử nghiệm ANN nhận dạng lũ trước 5 ngày tại hồ Thác Bà
....................................................................................................................... 121
Bảng 3.22 Kết quả thử nghiệm ANN nhận dạng lũ trước 5 ngày tại Hàm Yên
....................................................................................................................... 121
Bảng 3.23 Kết quả thử nghiệm ANN nhận dạng lũ trước 5 ngày tại hồ Tuyên
Quang ............................................................................................................ 122
Bảng 3.24 Kết quả thử nghiệm ANN nhận dạng lũ trước 5 ngày đến trạm yên
Bái đỉnh lũ tháng 5 và tháng 8/2016 ............................................................. 122
Bảng 3.25 Kết quả thử nghiệm ANN nhận dạng lũ trước 5 ngày đến các hồ trên
sông Đà đỉnh lũ tháng 8/2016 ....................................................................... 122
Bảng 3.26 Kết quả thử nghiệm nhận dạng lũ thời hạn mùa đến các hồ chứa và
trạm thủy văn thượng lưu sông Hồng ........................................................... 123
Bảng 3.27 Kết quả thử nghiệm nhận dạng dòng chảy lớn nhất tháng 6-9 hồ Sơn
La năm 2015 .................................................................................................. 124
Bảng 3.28 Kết quả thử nghiệm nhận dạng dòng chảy lớn nhất tháng 6-9 hồ Sơn
La năm 2016 .................................................................................................. 124
Bảng 3.29 Kết quả thử nghiệm nhận dạng dòng chảy lớn nhất tháng 6-9 hồ
Tuyên Quang năm 2015 ................................................................................ 125
Bảng 3.30 Kết quả thử nghiệm nhận dạng dòng chảy lớn nhất tháng 6-9 hồ
Tuyên Quang năm 2016 ................................................................................ 125
Bảng 3.31. Mực nước hồ Sơn La, Hịa Bình và Tun Quang vận hành thực tế
trong các năm 2015-2018 .............................................................................. 130
Bảng 3.32. Tổng lượng lũ đến các hồ Lai Châu, Sơn La và Bản Chát (tỷ m3)
....................................................................................................................... 131
Bảng 3.33. Dung tích phòng lũ (W) phân bổ và mực nước (H) tương ứng của

các hồ thời kỳ lũ chính vụ ............................................................................. 132
Bảng 3.34. Kết quả sản xất điện năng ứng với điều tiết theo PA2 ............... 133
Bảng 3.35. Kết quả vận hành thử nghiệm liên hồ chứa các phương án ....... 135


vii

MỤC LỤC HÌNH
Hình 1.1. Các phương pháp nhận dạng lũ lớn trên thế giới ............................ 16
Hình 1.2. Sơ đồ nghiên cứu của Luận án ........................................................ 36
Hình 2.1. Bản đồ lưu vực sơng Hồng (thuộc Việt Nam) ................................ 39
Hình 2.2 Bản đồ phân bố lượng mưa năm trên lưu vực sông Hồng [11] ....... 41
Hình 2.3 Bản đồ phân bố mơ đun dịng chảy trên lưu vực sơng Hồng [11] ... 42
Hình 2.4 Sơ đồ hệ thống hồ chứa lớn và các trạm thủy văn chính trên lưu vực
sơng Hồng ....................................................................................................... 45
Hình 2.5 Phân phối tổng lượng dịng chảy đến và ra khỏi của hồ Sơn La ..... 47
Hình 2.6 Phân phối tổng lượng dòng chảy đến và ra khỏi của hồ Hịa Bình . 47
Hình 2.7 Phân phối tổng lượng dòng chảy đến và ra khỏi của hồ Thác Bà ... 47
Hình 2.8 Phân phối tổng lượng dịng chảy đến và ra khỏi của hồ Tuyên Quang
......................................................................................................................... 47
Hình 2.9 Diễn biến lưu lượn dịng chảy sơng Hồng tại Sơn Tây.................... 48
Hình 2.10 Tổng lượng dịng chảy mùa lũ sơng Hồng tại Sơn Tây ................. 48
Hình 2.11 Diễn biến mực nước lớn nhất tại Hà Nội ....................................... 48
Hình 2.12 Diễn biến tổng lượng xả 3 hồ Hịa Bình, Tun Quang và Thác Bà
và mực nước trung bình tại Hà Nội trong các đợt xả nước............................. 49
Hình 2.13 Mối quan hệ giữa đỉnh lũ trên sông Đà với đỉnh lũ hạ lưu sơng Hồng
tại Sơn Tây ...................................................................................................... 52
Hình 2.14 Mối quan hệ giữa đỉnh lũ trên sông Lô (trạm Vụ Quang) với đỉnh lũ
hạ lưu sơng Hồng tại Sơn Tây ......................................................................... 52
Hình 2.15 Mối quan hệ giữa đỉnh lũ trên sông Thao (trạm Yên Bái) với đỉnh lũ

hạ lưu sông Hồng tại Sơn Tây ......................................................................... 53
Hình 2.16 Mối quan hệ giữa độ gia tăng tổng lượng nước từ Hịa Bình (HB),
n Bái (YB) và Vụ Quang (VQ) và độ gia tăng mực nước tại trạm Hà Nội
() trong 24 giờ ứng với cấp mực nước từ 5-6m ......................................... 53
Hình 2.17 Tỉ lệ đóng góp dịng chảy năm của các nhánh sơng Đà, Thao và Lơ
với dịng chảy tại Sơn Tây hạ lưu sơng Hồng ................................................. 54
Hình 2.18 Mối quan hệ giữa độ gia tăng lượng nước xả từ hồ Hịa Bình (Q)
và độ gia tăng mực nước tại trạm Hà Nội (H) trong 24 giờ ứng với cấp mực
nước từ 5 đến 6m............................................................................................. 58


viii

Hình 2.19 Mối quan hệ giữa độ gia tăng lượng nước lũ từ Yên Bái (Q)và độ
gia tăng mực nước tại trạm Hà Nội ()trong 24 giờ ứng với mực nước từ 5
đến 6m ............................................................................................................. 58
Hình 2.20 Quan hệ giữa sự gia tăng lượng xả lũ (Q) từ hồ Thác Bà và sự gia
tăng mực nước Vụ Quang () sau 6 giờ....................................................... 59
Hình 2.21 Mối quan hệ tương quan giữa sự gia tăng lưu lượng tại Vụ Quang
(Q)và sự gia tăng mực nước Hà Nội () trong 6-12 giờ tương ứng với mực
nước từ 6 đến 7m............................................................................................. 59
Hình 2.22 Mối quan hệ tương quan giữa gia tăng lưu lượng xả từ hồ Tuyên
Quang và mực nước tại Tuyên Quang sau 6 -12 giờ ...................................... 60
Hình 2.23 Đường trữ nước tiềm năng trên các lưu vực hồ chứa Lai Châu, Sơn
La, Hịa Bình ................................................................................................... 66
Hình 2.24 Đường trữ nước tiềm năng trên các lưu vực hồ chứa Tuyên Quang,
Thác Bà và trạm thủy văn Yên Bái, Hàm Yên ............................................... 67
Hình 2.25 Các khu vực đổ bộ vào đất liền của bão có thể gây mưa lớn trên lưu
vực sơng Hồng ................................................................................................ 70
Hình 2.26 Các hình thế thời tiết gây mưa lũ lớn đên các hồ chứa trên Lai Châu,

Sơn La, Hòa Bình, Thác Bà và Tuyên Quang ................................................ 74
Hình 2.27 Các trạm khí tượng và hồ chứa được lựa chọn phân tích tương quan
trên lưu vực sơng Hồng ................................................................................... 81
Hình 2.28 Cấu trúc một nơron nhân tạo.......................................................... 93
Hình 2.29 Mơ hình mạng nơron truyền thẳng một lớp ................................... 95
Hình 2.30 Mạng nơron truyền thẳng nhiều lớp............................................... 95
Hình 2.31 Sơ đồ mơ hình ANN nhận dạng lũ lớn trên lưu vực sơng Hồng thời
hạn 5 ngày ....................................................................................................... 99
Hình 2.32 Giao diện luyện mơ hình ANN và đánh giá mức độ phù hợp của mơ
hình theo số nơ ron tính tốn đỉnh lũ, lượng lũ trung bình ........................... 100
Hình 2.33 Sơ đồ khối nhận dạng đặc trưng dịng chảy lũ theo mơ hình hồi quy
đa biến ........................................................................................................... 101
Hình 2.34 Sơ đồ các phương pháp nhận dạng lũ lớn trên lưu vực sông Hồng
thời hạn tháng, mùa ....................................................................................... 102
Hình 2.35 Giao diện mơ hình ANN lựa chọn các nhân tố khí hậu và thủy văn
nhận dạng lũ thời hạn tháng, mùa ................................................................. 102
Hình 2.36. Sơ đồ xác định phương pháp nhận dạng lũ từ xa tới gần ........... 105


ix

Hình 3.1 Kết quả mơ phỏng nhận dạng đỉnh lũ thời 5 ngày tại hồ Bản Chát bằng
mơ hình ANN ................................................................................................ 108
Hình 3.2 Kết quả mơ phỏng nhận dạng đỉnh lũ thời 5 ngày tại hồ Sơn La bằng
mơ hình ANN ................................................................................................ 109
Hình 3.3 Kết quả mơ phỏng nhận dạng đỉnh lũ thời 5 ngày tại hồ Hịa Bình
bằng mơ hình ANN ....................................................................................... 109
Hình 3.4 Kết quả mơ phỏng dự báo nhận dạng đỉnh lũ thời 5 ngày tại hồ Thác
Bà bằng mơ hình ANN .................................................................................. 109
Hình 3.5 Kết quả mô phỏng nhận dạng đỉnh lũ thời hạn mùa tại hồ Thác Bà

bằng mơ hình ANN ....................................................................................... 110
Hình 3.6 Kết quả mô phỏng nhận dạng đỉnh lũ thời hạn mùa tại hồ Sơn La
bằng mơ hình ANN ....................................................................................... 110
Hình 3.7 Kết quả mô phỏng nhận dạng đỉnh lũ thời hạn mùa tại hồ Bản Chát
bằng mơ hình ANN ....................................................................................... 111
Hình 3.8 Mực nước các hồ ứng với phương án phân bổ sung tích và phối hợp
vận hành PA2 ................................................................................................ 137


x

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt

Ý nghĩa

LVS

Lưu vực sơng

NDL

Nhận dạng lũ

THL

Tổ hợp lũ

MNDBT

Mực nước dâng bình thường

MNC

Mực nước chết

Wtb

Dung tích tồn bộ

Whi

Dung tích hữu ích

Wc

Dung tích chết

CBĐL

Cấp báo động lũ

BĐI

Báo động cấp I

BĐII

Báo động cấp II

BĐIII

Báo động cấp IIII

Q~H

Quan hệ giữa lưu lượng và mực nước

QTVH

Quy trình vận hành

TBNN

Trung bình nhiều năm

KTXH

Kinh tế và Xã hội

KHCN

Khoa học Cơng nghệ

NCKH

Nghiên cứu khoa học

EN

Chỉ số của hiện tượng ENSO

AC

Chỉ số Áp cao Thái Bình Dương


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết
Sơng Hồng là một hệ thống sông liên quốc gia, chảy qua ba nước là
Trung Quốc, Việt Nam và Lào, được hình thành từ ba sơng nhánh lớn là sông
Đà, sông Lô và sông Thao. Trên thượng nguồn sơng Hồng, các cơng trình hồ
chứa thủy điện Sơn La, Huội Quảng- Bản Chát, Hịa Bình, Thác Bà và Tuyên
Quang là các hồ chứa khai thác đa mục tiêu, có dung tích lớn được quy định
nhiệm vụ phục vụ phòng, chống lũ ở hạ du và kết hợp cấp nước cho vùng hạ
du... đáp ứng nhu cầu nước cho dân cư, nông nghiệp, giao thông… và môi
trường. Hệ thống hồ chứa thủy điện trên sơng Hồng đóng góp tỉ trọng lớn về
sản lượng điện trong hệ thống điện Quốc gia. Tuy nhiên, các hồ chứa có tỷ lệ
dung tích kết hợp so với dung tích hiệu dụng khá lớn (hồ chứa Hịa Bình và
Sơn La chiếm xấp xỉ 59%; hồ Tuyên Quang chiếm 58%) nên luôn tồn tại mâu
thuẫn giữa nhiệm vụ phịng lũ với nhiệm vụ tích nước đầy hồ phục vụ cấp nước.
Hiện nay, cơ sở pháp lý quy định vận hành hồ chứa, phát huy hiệu quả
phát điện, chống lũ đảm bảo an toàn các cơng trình và cấp nước cho hạ du là
QTVH liên hồ chứa trên lưu vực sông Hồng đã được Thủ tướng Chính phủ phê
duyệt ngày 17 tháng 6 năm 2019 tại Quyết định số 740/QĐ-TTg [26]. Các hồ
chứa trên thượng lưu sông Hồng thực hiện quy định trong mùa lũ dành tổng
dung tích phịng lũ hồ Sơn La và hồ Hịa Bình trên sơng Đà là 07 tỷ m3, hồ
Tun Quang trên sông Gâm là 01 tỷ m3, hồ Thác Bà trên sông Chảy là 450

triệu m3 [25], [26] và đặt ra hai mục tiêu trong vận hành mùa lũ như sau:
1. Đảm bảo an tồn cơng trình:
Đảm bảo an tồn tuyệt đối cho các cơng trình thủy điện, khơng được để
mực nước các hồ chứa vượt cao trình mực nước gia cường với mọi trận lũ nhỏ
hơn hoặc bằng lũ thiết kế tần suất 0,01% đối với hồ Hoà Bình và Thác Bà; lũ


2

kiểm tra PMF đối với hồ Lai Châu, Sơn La và lũ kiểm tra tần suất 0,02% đối
với hồ Tuyên Quang, Bản Chát và Huội Quảng.
2. Đảm bảo an toàn chống lũ cho hạ du:
- Đảm bảo an toàn cho đồng bằng Bắc Bộ với các trận lũ tại Sơn Tây có
chu kỳ lặp lại nhỏ hơn hoặc bằng 300 năm, giữ mực nước sông Hồng tại Hà
Nội không vượt q cao trình 13,1m;
- Đảm bảo an tồn cho thủ đô Hà Nội với các trận lũ tại Sơn Tây có chu
kỳ lặp lại nhỏ hơn hoặc bằng 500 năm, giữ mực nước sông Hồng tại Hà Nội
không vượt quá cao trình 13,4m.
Trong các hồ chứa trên, các hồ Sơn La, Hịa Bình, Thác Bà, Tun
Quang, Lai Châu và Bản Chát đều có dung tích lớn trên 1 tỉ m3. Tuy nhiên,
trong Quy hoạch phịng lũ trên lưu vực sơng Hồng [25] và QTVH liên hồ chứa
trên lưu vực sông Hồng [26], nhiệm vụ sử dụng dung tích phịng lũ chỉ được
quy định cho các hồ Sơn La, Hịa Bình, Tuyên Quang và Thác Bà. Hệ thống
các hồ này phải gánh dung tích phịng, chống lũ cho tồn hệ thống. Các hồ chứa
Lai Châu và Bản Chát chưa được quy định dành dung tích tham gia phịng,
chống lũ cho hạ du. Điều này có thể dẫn đến chưa hiệu quả trong sử dụng nguồn
nước và tận dụng dung tích của các hồ chứa.
Trong hơn 20 năm gần đây, mực nước hạ lưu sông Hồng tại trạm Hà Nội
trong mùa lũ chính vụ rất thấp, chỉ có 9 năm (2000-2008), mực nước tại Hà Nội
hạ lưu sông Hồng đạt mức BĐI - BĐII, vượt BĐII chỉ có 3 năm (2001, 2002 và

2004). Từ năm 2009-2019, mực nước lũ tại Hà Nội đều dưới BĐI. Đặc biệt
năm 2011, mực nước đỉnh lũ năm tại Hà Nội ở mức thấp nhất trong lịch sử
quan trắc, chỉ đạt 4,76m.
Như vậy, các hồ chứa Sơn La, Hịa Bình, Thác Bà và Tun Quang đã
phải để trống một lượng dung tích khá lớn trong các mùa lũ để phịng lũ lớn
xuất hiện, gây lãng phí nếu trong năm khơng có lũ lớn. Ý tưởng thay đổi góp


3

phân nâng cao hiệu quả vận hành sẽ là: Trong điều kiện xảy ra các đợt mưa lũ
lớn, nếu huy động được dung tích của cả hệ thống hồ chứa, các hồ phối hợp tạo
thêm dung tích cắt giảm lũ. Đồng thời, mực nước trước lũ của các hồ chứa sẽ
khơng nhất thiết phải duy trì cố định một ngưỡng trong cả thời kỳ lũ chính vụ,
khơng chỉ riêng hồ 4 hồ chứa Sơn La, Hịa Bình, Thác Bà và Tuyên Quang mà
huy động linh hoạt thêm các hồ Lai Châu, Bản Chát cùng tham gia dành dung
tích phịng lũ. Trong điều kiện chưa có lũ lớn xẩy ra, các hồ được phép điều
chỉnh mực nước lên cao trong một giới hạn an toàn so với mực nước trước lũ
để nâng cao hiệu quả phát điện. Khi nhận định có khả năng lũ lớn xẩy ra, các
hồ sẽ điều chỉnh và phối hợp phân bổ dung tích trên cả 6 hồ chứa (Lai Châu,
Bản Chát, Sơn La, Hịa Bình, Thác Bà và Tuyên Quang) hạ dần mực nước về
mức nước lũ tính tốn để phục vụ cắt lũ hiệu quả nhưng vẫn đảm bảo tích nước
và phát điện hiệu quả.
Cơng tác dự báo phục vụ vận hành hồ chứa trong mùa lũ đã phát sinh hai
vấn đề bất cập dẫn đến khơng chủ động trong vận hành, gây lãng phí nguồn
nước: phân bổ dung tích hồ chứa lũ (chủ yếu là lũ chính vụ và lũ muộn) và độ
chính xác của dự báo lượng nước đến các hồ. Trong một số năm lũ kết thúc
sớm hoặc lũ không lớn, do không nhận dạng trước diễn biến lũ nên không quyết
định tích nước sớm hoặc nâng cao mực nước trước lũ, các hồ khơng thể tích
đầy nước vào thời kỳ cho phép (từ 22/8-30/9), nhiều năm phải hạn chế phát

điện tới tháng 11 và 12 mới tích được nước đầy hồ hoặc gần đầy hồ, gây ảnh
hưởng đến cấp nước, duy trì dịng chảy trên hệ thống (năm 1992, 2009, 2019).
Ngược lại, có những năm khơng dự báo được những đợt lũ lớn xuất hiện trong
thời kỳ lũ muộn (tháng 9/1985, 10/1999, 10/2006, 10/2007, 11/2008, 12/2010,
12/2013, 10/2017), khi các hồ chứa đã được tích đầy hoặc khơng cịn đủ dung
tích để cắt lũ, lưu lượng lũ đến vượt quá lưu lượng tối đa phát điện của các hồ,
gây lúng túng đối với cơng tác điều hành hệ thống hồ. Do đó, nhận dạng trước


4

khả năng xuất hiện và quy mô lũ lớn trước một thời gian rất quan trọng trong
quyết định huy động dung tích hồ chứa điều tiết chống lũ, tích nước hồ.
Trên cơ sở đó, Luận án đặt ra mục tiêu nghiên cứu là Nghiên cứu xác
định được cơ sở khoa học và thực tiễn nhận dạng lũ lớn trên lưu vực sơng
Hồng góp phần nâng cao hiệu quả điều hành hệ thống liên hồ chứa. Trên cơ
sở nhận dạng lũ lớn, phương án vận hành của từng hồ, hệ thống hồ và cách thức
phân bổ dung tích giữa các hồ chứa trong phối hợp vận hành theo quy trình sẽ
được tính tốn đảm bảo kiểm sốt lũ, an tồn cơng trình và cắt lũ hạ du đồng
thời nâng cao hiệu quả phát điện và sử dụng nước.
2. Mục tiêu nghiên cứu
- Xây dựng được cơ sở khoa học và thực tiễn nhận dạng lũ lớn trên lưu
vực sông Hồng theo các thời kỳ mùa, tháng và 5 ngày.
- Đề xuất điều chỉnh phân bổ dung tích phịng lũ của các hồ chứa góp
phần nâng cao hiệu quả vận hành hệ thống liên hồ chứa trên lưu vực sông Hồng.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Phạm vi không gian nghiên cứu của Luận án là hệ thống sông Hồng trên
lãnh thổ Việt Nam với diện tích khoảng 86.660 km2.
Phạm vi thời gian nghiên cứu của Luận án là thời kỳ mùa lũ trên lưu vực
sông Hồng.

Đối tượng nghiên cứu Luận án:
- Những trận lũ có đỉnh lũ lớn hơn TBNN trên lưu vực sông Hồng từ
tháng 6 đến tháng 10 tại các hồ chứa thủy điện: Lai Châu, Sơn La, Hịa Bình,
Bản Chát, Thác Bà và Tun Quang; các trạm thủy văn Yên Bái trên sông Thao,
trạm thủy văn Hàm Yên trên sông Lô, trạm thủy văn Sơn Tây và Hà Nội trên
sông Hồng. Trong Luận án này, những trận lũ đó được gọi là lũ lớn.


5

- Mối quan hệ giữa các nhân tố khí tượng, khí hậu, dịng chảy với khả
năng hình thành lũ lớn trên lưu vực sông Hồng
4. Câu hỏi nghiên cứu, nhiệm vụ nghiên cứu và luận điểm bảo vệ
a. Câu hỏi nghiên cứu
- Nhận dạng lũ lớn trên lưu vực sông Hồng được thực hiện dựa trên các
cơ sở khoa học nào?
- Các yếu tố nào sẽ được lựa chọn để nhận dạng khả năng hình thành lũ
lớn trên lưu vực sông Hồng?
- Nhận dạng lũ lớn sẽ được ứng dụng trong vận hành hệ thống các hồ
chứa trên lưu vực sông Hồng như thế nào?
b. Nhiệm vụ nghiên cứu
- Đặc điểm các vùng mưa do bão gây lũ lớn; Đường trữ nước tiềm năng
trên các nhánh sông lớn thuộc lưu vực sơng Hồng; Điều kiện hình thành các
đợt lũ lớn trên lưu vực sông Hồng từ thượng lưu tới hạ lưu.
- Đề xuất phương thức nhận dạng lũ lớn tới các hồ chứa và các nhánh
sông thượng lưu hệ thống sông Hồng và phương án vận hành hệ thống hồ chứa
phục vụ phịng, chống lũ hạ du và góp phần nâng cao hiệu quả điều hành hệ
thống liên hồ chứa trên lưu vực sông Hồng.
c. Luận điểm bảo vệ
- Lũ lớn trên lưu vực sơng Hồng có thể nhận dạng được trước một khoảng

thời gian theo thời hạn mùa, tháng và 5 ngày với một độ tin cậy nhất định.
- Nhận dạng được lũ lớn từ xa (thời hạn mùa, tháng) đến gần (thời hạn 5
ngày) có thể tạo cơ sở phối hợp các hồ chứa huy động linh hoạt dung tích phịng
chống lũ trong thời kỳ lũ chính vụ phục vụ nâng cao hiệu quả khai thác nguồn
nước và vận hành hồ chứa lưu vực sông Hồng.


6

5. Những đóng góp mới của luận án
- Xây dựng được đường trữ nước trên các nhánh sông lớn thuộc lưu vực
sông Hồng, là cơ sở nhận dạng sơ bộ khả năng xuất hiện lũ lớn.
- Đề xuất được cơ sở, phương pháp và xây dựng được công nghệ nhận
dạng lũ lớn phục vụ vận hành hệ thống hồ chứa trên lưu vực sông Hồng.
- Đề xuất hướng điều chỉnh phân bổ dung tích phịng lũ của các hồ trên
sơng Đà tạo cơ sơ điều chỉnh QTVH liên hồ chứa trên lưu vực sông Hồng.
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
6.1. Ý nghĩa khoa học
Kết quả nghiên cứu góp phần làm sáng tỏ luận cứ, cơ sở khoa học về
nhận dạng lũ lớn đến các hồ chứa Lai Châu, Sơn La, Hịa Bình, Bản Chát, Thác
Bà và Tuyên Quang, các nhánh sông Lô và Thao theo thời kỳ mùa, tháng, 5
ngày. Trên cơ sở nhận dạng sớm lũ lớn, chế độ vận hành trong thời kỳ lũ chính
vụ các hồ chứa trên nhánh sơng Đà sẽ được tính tốn, đề xuất vận hành linh
hoạt theo hướng chia sẻ, phân bổ lại dung tích phịng lũ hạ lưu của các hồ nhằm
góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng nước, điều hành hồ mà vẫn đảm bảo nhiệm
vụ phòng, chống lũ hạ du.
6.2. Ý nghĩa thực tiễn
Kết quả nghiên cứu góp phần tạo tiền đề để đề xuất điều chỉnh nội dung
vận hành trong mùa lũ của QTVH liên hồ chứa trên lưu vực sơng Hồng (có sự
phối hợp đẩy đủ của hệ thống hồ chứa lớn trong phòng, chống lũ hạ du).

7. Cách tiếp cận
Tổng hợp đa ngành: Hệ thống các hồ chứa lớn trên lưu vực sơng Hồng
có nhiệm vụ ưu tiên hàng đầu là phịng chống lũ cơng trình, tiếp đó là phịng
chống hạ du, bảo đảm an tồn cho thủ đơ Hà Nội, sau đó là đảm bảo cấp nước


7

cho hạ du. Nhận dạng lũ lớn có vai trị quan trọng trong việc huy động các hồ
chứa cắt giảm lũ hạ lưu trong thời kỳ lũ chính vụ, tích nước hồ chứa trong thời
kỳ lũ muộn, đảm bảo phát triển kinh tế- xã hội, hài hòa các mục tiêu cấp nướcphòng lũ- phát điện. Luận án sẽ thu thập, khai thác dữ liệu của nhiều ngành liên
quan, phối hợp với các cơ quan, các đơn vị quản lý để được khai thác số liệu
thực hiện nghiên cứu gồm: (1) dữ liệu về KTTV, các nguyên nhân gây lũ lớn,
chế độ hình thành lũ trong điều kiện hiện nay; (2) dữ liệu về các hồ chứa thủy
điện, chế độ điều hành hệ thống hồ chứa cắt lũ, QTVH liên hồ chứa; (3) dữ liệu
về tưới tiêu, cấp nước trong mùa khô, vụ đông xuân vùng đồng bằng sông
Hồng; (4) dữ liệu về các cơng trình phân, chậm lũ, các thơng tin về hệ thống đê
điều trên lưu vực sông Hồng…
Tiếp cận nhân quả: Sự hình thành lũ lớn trên lưu vực có thể chia ra hai
thành phần có tác động tương hỗ lẫn nhau: thành phần do các nhân tố khí tượng
gây ra và thành phần do tác động điều tiết của lưu vực. Các nhân tố khí tượng
gây ra lũ lớn gồm mưa, hình thế thời tiết gây mưa, đặc tính hình thành lũ của
mỗi lưu vực sẽ có những tổ hợp nhân tố gây lũ lớn trên một nền dòng chảy
riêng của lưu vực. Dòng chảy lũ lớn hạ lưu được hình thành do lũ thượng nguồn
truyền về và lũ từ các cửa xả điều tiết vận hành của các hồ chứa thượng nguồn.
Các tổ hợp lũ thượng nguồn khác nhau sẽ có cơ chế vận hành hồ khác nhau,
dòng chảy lũ lớn ở hạ lưu sẽ diễn biến khác nhau. Luận án tiếp cận và kế thừa
các cơng trình nghiên cứu về phương pháp luận, về cơ chế hình thành lũ lớn,
về cơ chế điều hành hồ chứa phục vụ nghiên cứu nhận dạng lũ lớn trên lưu vực
sông Hồng …

Tiếp cận hệ thống: Hệ thống nguồn nước trên lưu vực sông Hồng gồm
mạng lưới sông suối, hệ thống hồ chứa thủy điện lớn đa mục tiêu gồm các hồ
chứa Lai Châu, Sơn La, Hịa Bình, Bản Chát- Huội Quảng trên lưu vực sông
Đà, Thác Bà trên lưu vực sông Chảy, Tuyên Quang trên lưu vực sông Gâm. Hệ


8

thống cơng trình phịng chống lũ trên sơng Hồng gồm các tuyến đê cấp I, II,
III, các cơng trình hồ chứa đa mục tiêu. Hệ thống liên hồ chứa được vận hành
dựa trên các điều kiện ràng buộc của theo các thời kỳ khác nhau dựa trên đặc
tính hồ, chế độ lũ của từng lưu vực sông và khả năng chống chịu của hệ thống
cơng trình phịng lũ. Nhận dạng lũ lớn cung cấp các thông tin hàm vào cho quá
trình vận hành liên hồ chứa. Chế độ điều hành các hồ chứa phịng lũ hạ lưu
sơng Hồng được nghiên cứu trên cơ sở đánh giá các điều kiện hàm vào và hàm
ra trong quá trình nhận dạng lũ lớn trên lưu vực sơng Hồng.
Tiếp cận phân tích tổng hợp: Từ các số liệu thu thập, phân tích tổng
hợp các mối liên hệ giữa đặc điểm thủy văn, thủy lực, chế độ mưa sinh lũ trên
lưu vực sông Hồng nhằm tìm ra các dấu hiệu, quy luật nhận dạng lũ lớn trên
sông Hồng.
8. Phương pháp nghiên cứu
Các phương pháp được sử dụng trong Luận án bao gồm:
- Phương pháp phân tích tương quan: thống kê, phân tích, tổng hợp tài
liệu, đánh giá mối liên hệ giữa mưa do bão, áp thấp nhiệt đới, các hình thế thời
tiết gây mưa lớn và hiện tượng ENSO tới quá trình hình thành đỉnh lũ lớn trên
lưu vực sông Hồng. Tổng hợp các kết quả sẽ phục vụ nghiên cứu nhận dạng lũ
lớn tới các hồ chứa Sơn La, Hịa Bình trên sơng Đà, hồ Bản Chát trên sông
Nậm Mu, hồ Thác Bà trên sông Chảy và Tuyên Quang trên sông Gâm; nhận
dạng lũ lớn trên nhánh sơng khơng có hồ chứa như sơng Thao, sơng Lơ.
- Phương pháp chun gia: Q trình thiết lập bài toán và giải quyết vấn

đề kiểm soát lũ, các ý kiến nhận xét, đánh giá, tư vấn của các chuyên gia có
kinh nghiệm trong lĩnh vực nghiên cứu đã được tham khảo, lựa chọn tiếp thu.
- Phương pháp mơ hình hóa: Mơ hình thống kê, mơ hình mạng thần kinh
nhân tạo (ANN), mơ hình điều tiết, vận hành hồ chứa được sử dụng trong phân


9

tích, tính tốn nhận dạng dịng chảy lũ tới các hồ chứa lớn trên lưu vực sông
Hồng.
9. Cấu trúc của Luận án
Ngoài hai phần Mở đầu và Kết luận, kiến nghị, Luận án gồm 3 chương:
- Chương 1. Tổng quan về nhận dạng lũ lớn và vận hành hồ chứa.
Nội dung Chương 1 của Luận án tập trung vào tổng quan các nghiên cứu
trên thế giới về vấn đề nhận dạng lũ và điều hành hồ chứa về các phương pháp,
ưu điểm và nhược điểm từ đó định hướng nghiên cứu Luận án về nhận dạng lũ
lớn trên lưu vực sông Hồng tới các hồ chứa và các nhánh sông
- Chương 2. Cơ sở khoa học và thực tiễn nhận dạng lũ lớn trên lưu vực
sông Hồng phục vụ vận hành hệ thống hồ chứa lớn.
Nội dung Chương 2 của Luận án tập trung nghiên cứu các cơ sở, các dấu
hiệu hình thành lũ, luận cứ định lượng để nhận dạng lũ dựa trên các mối quan
hệ mưa, lũ, đường trữ nước tiềm năng trên các lưu vực hồ chứa trên sông Đà,
sông Chảy và sông Gâm và trên các nhánh sông Thao và sông Lô. Từ các luận
cứ, cơ sở khoa học đó, Luận án nghiên cứu mơ hình thống kê hồi quy đa biến
và mơ hình mạng thần kinh nhân tạo với dữ kiện đầu vào là các quan hệ hình
thành lũ lớn, tạo nên kết quả đầu ra nhận dạng định lượng lũ lớn về đỉnh lũ và
lượng lũ trước thời hạn 5 ngày, tháng và mùa
- Chương 3. Phân tích, đánh giá áp dụng nhận dạng lũ lớn phục vụ vận
hành hệ thống hồ chứa lớn trong mùa lũ trên lưu vực sông Hồng.
Nội dung Chương 3 của Luận án trình bày và phân tích về các kết quả

nhận dạng lũ lớn và tính tốn đề xuất phương án kết hợp, vận hành linh hoạt
phân bổ dung tích phịng lũ của các hồ Sơn La, Lai Châu và Bản Chát trong
thời kỳ lũ chính vụ nhằm nâng cao mực nước phát điện nhưng vẫn đảm bảo
tổng dung tích phịng lũ hạ lưu.


10

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ NHẬN DẠNG LŨ LỚN
VÀ VẬN HÀNH HỒ CHỨA

1.1. Tổng quan nhận dạng lũ và vận hành hồ chứa trên thế giới
Nhận dạng lũ là cách thức để nhận biết những dấu hiệu về khả năng hình
thành, nhận biết đặc tính của một đợt lũ hay một trận lũ một cách định lượng.
Nhận dạng lũ định lượng quy mơ khái qt một đợt lũ có khả năng xẩy ra trên
một sông hoặc một hệ thống sông, gồm các đặc trưng chính là đỉnh lũ, tổng
lượng lũ và dạng q trình lũ. Trong đó, việc dự đốn đỉnh lũ, tổng lượng lũ có
thể thực hiện trước một khoảng thời gian từ 5-10 ngày (thời hạn vừa) hoặc
tháng hoặc mùa (thời hạn dài) được xem như quy mô tổng qt; việc dự đốn
cụ thể hình dạng q trình lũ, diễn biến thay đổi của đợt lũ trong một thời hạn
xác định là quy mơ chi tiết hay cịn gọi là dự báo dòng chảy lũ.
1.1.1. Phương pháp nhận dạng lũ
Nghiên cứu nhận dạng lũ lớn ở các lưu vực sơng trên thế giới đã có q
trình phát triển từ khá lâu ở các nước phát triển. Sự phát triển của các nghiên
cứu nhận dạng lũ từng bước dựa trên những thành tựu trong nghiên cứu về khí
tượng khí hậu, thủy văn, các mơ hình dự báo với sự hỗ trợ của công nghệ tin
học. Các phương pháp nhận dạng lũ lớn trên các lưu vực sông trên thế giới có
thể phân ra hai loại như sau:
a) Phương pháp thống kê
Phương pháp thống kê được sử dụng trong nhận dạng lũ ngay từ thời kỳ

đầu và vẫn tiếp tục được sử dụng cho tới nay. Phương pháp này có đặc điểm
đơn giản, dễ sử dụng, dựa trên các phương trình tương quan về mối quan hệ
giữa các yếu tố khí hậu, mưa và đặc trưng lũ. Tuy nhiên, phương pháp này có
nhược điểm là bộ số liệu trong quá khứ phải đủ dài, bao gồm các dữ liệu đặc


11

trưng của lưu vực vực mới có thể xây dựng được các phương trình tương quan,
thống kê có độ tin cậy cao. Bắt đầu từ năm 1958, Diệp Đốc Chính (Trung Quốc)
phát hiện và phân tích những đột biến trong hồn lưu khí quyển vào tháng 6 và
tháng 10 vùng Đơng Á, đó là những cơ sở phơi thai cho lý thuyết thống kê phân
kỳ dòng chảy. Phương pháp thống kê bao gồm các phương pháp sau:
- Phân tích diễn biến dòng chảy: Phương pháp này là phương pháp cổ
điển nhất nhận dạng lũ lớn. Phân tích diễn biến quá trình dịng chảy tại vị trí
quan trắc trên lưu vực biến động so với giá trị trung bình nhiều năm từ đường
cong tích lũy sai chuẩn ∑(ki-1) ~ t (Ki =Qi/Qtb Qi, Qi lưu lượng trung bình tại
thời điểm i, Qtb là lưu lượng TBNN). Đường cong tích lũy này thể hiện chu kỳ
dao động của dòng chảy theo thời gian. Thời kỳ đường cong tích lũy có độ dốc
nghiêng lên so với đường nằm ngang và ∑(ki-1)>0 ứng với thời kỳ nhiều nước
của chu kỳ giao động và ngược lại ∑(ki-1)<0 ứng với thời kỳ ít nước của chu
kỳ. Từ xu thế của biến trình, người ta có thể dự đốn được xu thế của dịng chảy
trong thời gian tiếp theo. Phương pháp này mang tính chất định tính là chủ yếu.
- Phương pháp phân tích tương quan: Xây dựng mối quan hệ đa biến giữa
yếu tố dòng chảy cần dự báo (lưu lượng trung bình, các giá trị cực trị …) với
các nhân tố khí hậu (mưa, bốc hơi, độ ẩm, nhiệt độ, hình thế thời tiết…).
- Phương pháp xác suất thống kê: Cơ sở của phương pháp này dựa trên
tính chất ngẫu nhiên của các đại lượng dịng chảy. Mức độ định lượng của
chúng theo khơng gian và thời gian tuân theo các quy luật ngẫu nhiên. Vận
dụng phương pháp thống kê xác định mối quan hệ, đánh giá sự xuất hiện cũng

như tần suất xuất hiện và đánh giá sự biến động của dòng chảy và các cực trị
của chúng theo không gian và thời gian qua các tham số thống kê cơ bản.
b) Phương pháp mơ hình tốn
Ứng dụng mơ hình tốn trong nhận dạng lũ là xu hướng tiếp cận phổ biến
hiện nay trên thế giới. Mơ hình tốn thủy văn gồm có mơ hình tất định và mơ