Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Xây dựng mô hình toán vận hành hệ thống hồ chứa đa mục tiêu thời kỳ mùa kiệt cho lưu vực sông Ba

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
-------ooo-------

CAO ĐÌNH HUY

XÂY DỰNG MƠ HÌNH TỐN VẬN HÀNH HỆ
THỐNG HỒ CHỨA ĐA MỤC TIÊU THỜI KỲ
MÙA KIỆT CHO LƯU VỰC SÔNG BA

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
Chuyên ngành:
Kỹ thuật tài nguyên nước

ĐÀ NẴNG - 2019


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
-------ooo-------

CAO ĐÌNH HUY

XÂY DỰNG MƠ HÌNH TỐN VẬN HÀNH HỆ
THỐNG HỒ CHỨA ĐA MỤC TIÊU THỜI KỲ
MÙA KIỆT CHO LƯU VỰC SÔNG BA

Chuyên ngành : Kỹ thuật tài nguyên nước
Mã số
: 9580212

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

Người hướng dẫn khoa học: TS. LÊ HÙNG
GS.TS. HÀ VĂN KHỐI

ĐÀ NẴNG - 2019


NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN

1. Xây dựng biểu đồ rút nước tiềm năng thời kỳ mùa kiệt cho các nút hồ
chứa chính trên lưu vực sơng Ba làm cơ sở nhận dạng dịng chảy mùa
kiệt. Từ đó, lập kế hoạch sử dụng nước và vận hành hệ thống hồ chứa có
nhiệm vụ điều tiết cấp nước cho hạ du.
2. hát triển mô h nh mô ph ng Ba- od l tích h p đư c mơ h nh mưa dịng chảy, mơ h nh cân b ng nước và điều tiết hồ chứa, phục vụ uản l
nước và ra uyết định vận hành các hồ chứa trên lưu vực sông Ba thời kỳ
mùa kiệt.
3. Xây dựng phương pháp vận hành hồ chứa th o hướng vận hành th o thời
gian thực cho hệ thống hồ chứa trên lưu vực sơng Ba trên cơ sở phân tích,
tính tốn lư ng trữ nước trên lưu vực thời điểm cuối mùa lũ và uy luật
rút nước dịng chảy trong sơng thời kỳ mùa kiệt. Đồng thời đề xuất chế độ
vận hành h p l nh m đảm bảo an toàn th o nhiệm vụ cấp nước hạ du và
nâng cao hiệu uả vận hành hồ chứa trong thời kỳ mùa kiệt. Từ đó, làm
cơ sở cho việc nghiên cứu bổ sung uy tr nh liên hồ chứa đã đư c phê
duyệt.


THE NEW CONTRIBUTIONS
1. Developed a potential water reduction graph in the dry season for the main
reservoirs in the Ba river basin as a basis for identifying dry season flows.

After that, plan of water use and operation of reservoirs system were
presented;
2. Developed a Ba model which integrates the rain - flow model, water balance
model and reservoir regulation to serve water management and decisionmaking for reservoir operation in Ba river basin in dry season;
3. Built operation techniques for real-time reservoir regulation in the Ba river
basin based on the analysis and calculation of water storage at the end of the
rainy season and water change in river during dry season. In addition, a
reasonable operation regime is proposed to ensure the safety of water supply
and improve the efficiency of reservoir operation in the dry season. This is
the basis for the additional study of the inter-reservoir operation procedure
that has been issued.


CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

TRÍCH YẾU LUẬN ÁN TIẾN SĨ
I. Họ và tên nghiên cứu sinh:

Cao Đình Huy

II. Chuyên ngành:

Kỹ thuật Tài nguyên nước.

III. Mã số:

958 02 12

IV. Tên đề tài luận án:

Xây dựng mơ hình tốn vận hành hệ thống hồ chứa
đa mục tiêu thời kỳ mùa kiệt cho lưu vực sông Ba

V. Người hướng dẫn khoa học:

1.TS. Lê Hùng;
2.GS.TS. Hà Văn Khối.

VI. Cơ sở đào tạo:

Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng

VII. Tóm tắt nội dung luận án

1. Tính cấp thiết
Trong những thập kỷ gần đây, một số lượng lớn các hồ chứa được xây dựng trên
toàn thế giới cũng như ở Việt Nam. Ở Việt Nam, trong những năm gần đây, có hàng loạt
các hồ chứa lớn được xây dựng trên hầu hết các sông suối khắp cả nước. Do vậy, việc quản
lý nước và vận hành hợp lý hệ thống liên hồ chứa nhằm nâng cao hiệu quả khai thác và
giảm thiểu những tác động tiêu cực là rất cần thiết. Đã có nhiều dự án và đề tài nghiên cứu
về vận hành hệ thống hồ chứa lợi dụng tổng hợp. Tuy nhiên, kết quả nghiên cứu còn hạn
chế, đặc biệt là chế độ vận hành hồ chứa thời kỳ mùa kiệt đối với hệ thống hồ chứa đa mục
tiêu. Do vậy, việc vận hành hệ thống hồ chứa đa mục tiêu vẫn đang là đối tượng của nhiều
đề tài nghiên cứu trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng.


Hiện nay có hai xu hướng nghiên cứu nhằm nâng cao hiệu quả vận hành các hệ
thống hồ chứa đa mục tiêu: Phương pháp tối ưu hóa và phương pháp mơ phỏng. Mơ hình
tốn mơ phỏng hệ thống cân bằng nước, trong đó có mơ phỏng chế độ vận hành của các hồ

chứa đóng vai trị quyết định trong các nghiên cứu về quản lý nước và vận hành hệ thống
hồ chứa, bất luận nghiên cứu đó là phương pháp tối ưu hóa hay phương pháp mơ phỏng.
Chính vì vậy, đã có nhiều nghiên cứu phát triển các mơ hình mơ phỏng liên quan đến tính
tốn cân bằng nước, quản lý nước và vận hành hệ thống hồ chứa trên lưu vực, trong đó các
mơ hình MIKE-BASIN, HEC-RESSIM, WEAP, MIKE HYDRO,… là những mơ hình điển
hình được sử dụng rộng rãi trên thế giới. Các mơ hình này cũng đã được nghiên cứu trong
quy hoạch, quản lý nước cho các lưu vực sơng ở Việt Nam, trong đó có lưu vực sơng Ba.
Mỗi mơ hình có những ưu điểm riêng và cũng có những hạn chế nhất định nên hiện
nay các nhà nghiên cứu vẫn tiếp tục phát triển và hồn thiện mơ hình. Vì vậy, đã có những
nghiên cứu xây dựng các mơ hình riêng phù hợp với điều kiện cụ thể của lưu vực, phù hợp
và thuận lợi cho nghiên cứu đối với bài toán được đặt ra. Cũng chính vì lý do trên, để
nghiên cứu chế độ vận hành các hồ chứa lớn trên lưu vực sông Ba, tác giả luận án có ý định
xây dựng một mơ hình riêng phục vụ cho nghiên cứu và chọn đề tài nghiên cứu: “Xây
dựng mơ hình tốn vận hành hệ thống hồ chứa đa mục tiêu thời kỳ mùa kiệt cho lưu
vực sơng Ba”.
Mơ hình tốn được xây dựng nhằm hỗ trợ ra quyết định trong quá trình vận hành
hệ thống hồ chứa đa mục tiêu, lưu vực sông Ba trong trong thời kỳ mùa kiệt (TKMK).

2. Mục tiêu nghiên cứu
2.1. Mục tiêu tổng qt
Phát triển một mơ hình vận hành hệ thống liên hồ chứa thời kỳ mùa kiệt có khả năng
hỗ trợ ra quyết định vận hành cho các hệ thống liên hồ chứa lưu vực sông Ba.
2.2. Mục tiêu cụ thể
Xây dựng được một mơ hình đáp ứng các yêu cầu.

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu


Đối tượng nghiên cứu: Mơ hình mơ phỏng được xây dựng đối với bài toán cân
bằng nước (CBN) trên lưu vực sơng và vận hành hệ thống hồ chứa có nhiệm vụ cấp nước

và phát điện đối với vùng sông không bị ảnh hưởng của thủy triều.
Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu được tiến hành đối với hệ thống hồ chứa đa mục
tiêu trên lưu vực sông Ba, bao gồm tất cả các hồ chứa thủy lợi và thủy điện. Do mơ hình
khơng thể ứng dụng vùng sơng bị ảnh hưởng triều nên phạm vi nghiên cứu được áp dụng
cho lưu vực sơng Ba tính đến vị trị đập Đồng Cam. Nghiên cứu chế độ vận hành được thực
hiện đối với các hồ chứa lớn trên dịng chính có tính đến điều tiết cấp nước tưới của tất cả
các hồ chứa nhỏ trên hệ thống. Các hồ chứa lớn được chọn để nghiên cứu chế độ vận hành
là các hồ Ka Nak, An Khê, Sông Hinh, Ba Hạ và Krông H’Năng.

4. Phương pháp nghiên cứu
Các phương pháp nghiên cứu trong luận án: Phương pháp kế thừa, phương pháp mơ
hình tốn và Phương pháp thực nghiệm.

5. Cấu trúc luận án
Ngoài phần mở đầu và phần kết luận và kiến nghị, luận án gồm có 4 chương:
Chương 1. Tổng quan các nghiên cứu vận hành hệ thống hồ chứa thời kỳ mùa kiệt.
Chương 2. Cơ sở khoa học và thực tiễn thiết lập bài tốn vận hành hồ chứa trên sơng Ba
thời kỳ mùa kiệt.
Chương 3. Thiết lập mơ hình mơ phỏng, xây dựng biểu đồ rút nước tiềm năng phục vụ
vận hành hệ thống hồ chứa sông Ba thời kỳ mùa kiệt theo thời gian thực.
Chương 4. Ứng dụng mơ hình Ba-Model vào vận hành hệ thống hồ chứa trên lưu vực sông
Ba thời kỳ mùa kiệt.

6. Kết quả nghiên cứu của luận án
Lưu vực sông Ba là một trong những lưu vực lớn nhất miền Trung, mức độ ảnh
hưởng trải dài ở các tỉnh với khá nhiều các cơng trình khai thác sử dụng nước trên đó. Đặc
biệt là các hồ chứa thủy lợi và thủy điện nếu vận hành hợp lý sẽ mang lại lợi ích khơng nhỏ
cho nhiều mục đích khác nhau. Tuy nhiên để hệ thống thực sự mang lại lợi ích tối ưu thì
rất khó và địi hỏi phải được tính tốn cụ thể. Luận án đã nghiên cứu về dòng chảy mùa
kiệt và đạt được các kết quả sau:

1) Luận án đã tổng quan đầy đủ những nghiên cứu liên quan đến lĩnh vực vận hành
hệ thống hồ chứa theo thời gian thực. Từ những nguyên lý về vận hành hệ thống theo thời
gian thực, trên cơ sở phân tích những đặc điểm dịng chảy kiệt trên lưu vực sơng Ba, Tác
giả đã thiết lập được bài tốn Cân bằng nước trên hệ thống sông Ba, xác định nội dung
nghiên cứu theo hướng tiếp cận bài toán vận hành hệ thống theo thời gian thực.
2) Luận án đã tiếp cận theo hướng vận hành theo thời gian thực giải quyết một vấn
đề cấp thiết có ý nghĩa khoa học và thực tiễn. Đã xây được mơ hình mơ phỏng dự báo kết
hợp với vận hành theo thời gian thực thời kỳ mùa kiệt và ứng dụng thử nghiệm thành cơng
có khả năng áp dụng cho hệ thống hồ chứa trên sơng Ba.
3) Chương trình tính Ba-Model do tác giả xây dựng trên cơ sở tích hợp các mơ hình
mưa-dịng chảy, mơ hình vận hành hồ chứa và diễn tốn dịng chảy trong sơng cho phép
kéo dài thời gian dự báo dòng chảy đến nút hồ chứa và các nút sơng. Tương đương với
phần mơ hình mưa dịng chảy trong MIKE NAM, TANK và mơ hình vận hành hồ chứa
trong HEC-RESSIM, cũng như mơ hình cân bằng nước WEAP. Mơ hình có thể ứng dụng
được trong vận hành hệ thống hồ chứa thời kỳ mùa kiệt theo thời gian thực nhằm đáp ứng
vận hành điều tiết theo quy trình liên hồ chứa trên lưu vực sông Ba hiện nay. Mơ hình mơ
phỏng mà tác giả xây dựng cho lưu vực sông Ba được thiết lập theo hướng tổng quát. Do
vậy, nếu được phát triển hoàn thiện thêm về mặt giao diện đồ họa thì hồn tồn có thể ứng
dụng cho các lưu vực sông khác ở Việt Nam.
4) Luận án đã nghiên cứu xây dựng được biểu đồ rút nước tiềm năng cho các lưu
vực thuộc các hồ chứa lớn làm cơ sở nhận dạng dòng chảy mùa kiệt. Từ đó lập kế hoạch
quản lý và vận hành các hồ chứa trong thời kỳ mùa kiệt.
5) Đã tính tốn và phân tích những bất hợp lý trong quy trình liên hồ chứa cho lưu
vực sông Ba và đề xuất phương án bổ sung quy trình.

7. Những đóng góp mới của luận án
1) Xây dựng biểu đồ rút nước tiềm năng thời kỳ mùa kiệt cho các nút hồ chứa chính
trên lưu vực sơng Ba làm cơ sở nhận dạng dịng chảy mùa kiệt. Từ đó, lập kế hoạch

sử dụng nước và vận hành hệ thống hồ chứa có nhiệm vụ điều tiết cấp nước cho hạ
du.
2) Phát triển mô hình mơ phỏng Ba-Model tích hợp được mơ hình mưa - dịng chảy,
mơ hình cân bằng nước và điều tiết hồ chứa, phục vụ quản lý nước và ra quyết định
vận hành các hồ chứa trên lưu vực sông Ba thời kỳ mùa kiệt.


3) Xây dựng phương pháp vận hành hồ chứa theo hướng vận hành theo thời gian thực
cho hệ thống hồ chứa trên lưu vực sông Ba trên cơ sở phân tích, tính tốn lượng trữ
nước trên lưu vực thời điểm cuối mùa lũ và quy luật rút nước dòng chảy trong sông
thời kỳ mùa kiệt. Đồng thời đề xuất chế độ vận hành hợp lý nhằm đảm bảo an toàn
theo nhiệm vụ cấp nước hạ du và nâng cao hiệu quả vận hành hồ chứa trong thời kỳ
mùa kiệt. Từ đó, làm cơ sở cho việc nghiên cứu bổ sung quy trình liên hồ chứa đã
được phê duyệt.
Đà Nẵng, ngày 15 tháng 7 năm 2019
NGƯỜI HƯỚNG DẪN

TS. Lê Hùng

NGHIÊN CỨU SINH

NCS. Cao Đình Huy


SOCIALIST REPUBLIC OF VIETNAM
Independence - Freedom - Happiness

SUMMARY OF DOCTOR THESIS

I. Full name of PhD student:

Cao Dinh Huy

II. Major:

Water resources Engineering

III. Code:

958.02.12

IV. Name of thesis:

Building a mathematical model to operate multipurpose reservoir system in dry season for Ba river
basin

V. Supervisors:

1. Dr. Le Hung;
2. Prof. Dr. Ha Van Khoi.

VI. Training institution:

Da Nang university of technology - The university
of Da Nang

VII. Abstract:

1. The necessity of the thesis
In recent decades, many reservoirs have been built around the world including

Vietnam. Vietnam is a country with many reservoirs that serve different purposes from
irrigating agriculture to generating electricity. However, until now, there is no exact
solution for how to operate the reservoir system to obtain the maximum benefits to society.
Numerical modeling is an effective tool for water management in river basins. It is
well known that MIKE-BASIN, MIKE11, HEC-RESSIM, WEAP, HEC-HMS ... models
are widely used in the world. These models have also been used in water planning and
management for river basins in Vietnam, including the Ba river basin. Each model has its
own advantages and certain limitations, especially when they are applied in specific
research conditions. Therefore, the researchers around the world continue to develop and
improve them. In this thesis, based on approaching and inheriting existing studies, the


author chooses the research topic: "Building a mathematical model to operate multipurpose reservoir system in dry season for Ba river basin"

2. Research objective
2.1. Overall objectives
The goal of this study is to develop a model for operating inter-reservoir system during
dry season to help support operational decisions for inter-reservoir systems in the Ba river
basin.
2.2. Specific objectives
Build a model that meets the requirements

3. Object and scope of the research
The result is carried out on a multi-purpose reservoir system in the Ba river basin. The
operation process is considered during the dry season for the large reservoirs on the
mainstream. This study also takes into account the regulation of irrigation water supply for
all small reservoirs on the system.

4. Research methodology
In this thesis, the author has used the methods including inheritance method;

mathematical modeling method, and experiment method.

5. Thesis structure
In addition to the overview, conclusion and recommendations parts, the thesis consists
of 4 chapters:
Chapter 1: Literature review of studies on reservoirs operation in dry season.
Chapter 2: Scientific and practical basis to set up the problem of reservoir operation in
real-time in dry season for Ba river.
Chapter 3: Setting up simulation model for forecasting and operating the reservoir system
in real-time for Ba river.
Chapter 4: Study on reservoir operations in dry season for Ba river basin.

6. The results of the thesis
The Ba River basin is one of the largest basins in Central Vietnam. The changes on the
flow in this river basin also lead to great impacts in the surrounding provinces which have
a lot of water exploitation works. Especially if the irrigation and hydropower reservoirs
operate properly, it will bring significant benefits to many different purposes. However, it


is very difficult for the system to truly deliver optimal benefits and it requires specific
calculations. The thesis has studied the flow in dry season and achieved the following
results:
1) The thesis has approached in the direction of real-time operation to solve an urgent
problem have scientific and practical significance. The author has built a predictive
simulation model combined with real-time operation in dry season. This model has been
successfully tested for reservoirs systems in Ba river basin.
2) The thesis has fully reviewed the researches related to the operation of reservoir
system in real-time. From the principles of operating the system in real-time and based on
the analyzing the characteristics of the low flow in the Ba river basin, the author has
established the problem of water balance in the Ba river system, determined research

content in the approach of real-time operating system problem.
3) The Ba-Model program is built by the author on the basis of integrating rain-flow
models, reservoir operation model and river flow calculation to allow the forecasting time
of flow to reservoir and river nodes to be extended. This model has features equivalent to
the flow model of MIKE NAM, TANK and reservoir operation model in HEC-RESSIM
as well as water balance model WEAP. The model can be applied in operation of reservoir
system in dry season in real time in order to meet the current inter-reservoir procedure in
Ba river basin. This model is set up in a general direction, therefore, if further developed
in terms of graphical interface, it is possible to apply for other river basins in Vietnam.
4) The thesis has studied to build a potential water reduction graph for severeal large
reservoirs in this basin. This is as a basis for identifying dry season flow and help plan
management and operation of reservoirs during the dry season.
5) The thesis has calculated and analyzed the limitations in the inter-reservoir
procedure for the Ba river basin and proposed additional procedures.

7. Scientific significance and contributions of the thesis
1. Developed a potential water reduction graph in the dry season for the main
reservoirs in the Ba river basin as a basis for identifying dry season flows. After
that, plan of water use and operation of reservoirs system were presented;
2. Developed a Ba model which integrates the rain - flow model, water balance model
and reservoir regulation to serve water management and decision-making for
reservoir operation in Ba river basin in dry season;
3. Built operation techniques for real-time reservoir regulation in the Ba river basin
based on the analysis and calculation of water storage at the end of the rainy season


and water change in river during dry season. In addition, a reasonable operation
regime is proposed to ensure the safety of water supply and improve the efficiency
of reservoir operation in the dry season. This is the basis for the additional study of
the inter-reservoir operation procedure that has been issued.

Da Nang, July 15th, 2019
SUPPERVISOR

Dr. Le Hung

Full name of PhD student

Cao Dinh Huy


LỜI CẢM ƠN

Luận án đƣợc khởi thảo, tiến hành và hoàn thiện tại trƣờng Đại học Bách
khoa, Đại học Đà Nẵng.
Đầu tiên, Tác giả ày tỏ l ng k nh trọng và biết ơn sâu sắc đến các hƣớng
dẫn khoa học TS. Lê Hùng và GS.TS. Hà Văn Khối đã tận t nh hƣớng ẫn Tác giả
trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thiện Luận án.
Tác giả xin cảm ơn Trƣờng Đại học Bách Khoa, Đại học Đà Nẵng, Khoa
Xây dựng Thủy lợi - Thủy điện, Phòng Quản lý Sau đại học trƣờng Đại học Bách
Khoa, Ban quản lý các dự án đầu tƣ xây ựng tỉnh Phú Yên đã tạo điều kiện thuận
lợi cho Tác giả trong thời gian nghiên cứu và hoàn thành Luận án.
Tác giả xin bày tỏ lịng biết ơn đến q thầy cơ và các bạn đồng nghiệp đã
đóng góp nhiều ý kiến thiết thực để Tác giả hoàn thiện luận án.
Cuối cùng Tác giả không thể nào quên sự lo lắng, gánh vác việc nhà và nuôi
dạy con cái của ngƣời Vợ, sự quan tâm và động viên của Cha-Mẹ và gia đ nh.
Luận án có nội dung về quản lý vận hành hệ thống hồ chứa đa mục tiêu lƣu
vực sông Ba trong bối cảnh biến đổi khí hậu, đây là một vấn đề rộng lớn và phức
tạp, luận án không thể tránh khỏi sai sót. Tác giả mong nhận đƣợc ý kiến đóng góp
của q thầy, cơ, đồng nghiệp, bạn bè về luận án để sửa chữa những sai sót.
Xin trân trọng cảm ơn

TÁC GIẢ

Cao Đình Huy

i


LỜI CAM ĐOAN

Tôi là Cao Đ nh Huy. Tôi xin cam đoan đây là công tr nh nghiên cứu của
riêng tôi. Các nội dung và kết quả nghiên cứu trong Luận án là trung thực và chƣa
đƣợc ai công bố trong bất kỳ cơng trình khoa học nào.

TÁC GIẢ

Cao Đình Huy

ii


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................. i
LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................... ii
MỤC LỤC ................................................................................................................. iii
DANH SÁCH BẢNG BIỂU .................................................................................... vii
DANH SÁCH HÌNH VẼ .......................................................................................... ix
DANH SÁCH KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT............................................................. xi
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1
1. Tính cấp thiết của đề tài .......................................................................................1
2. Mục tiêu nghiên cứu ............................................................................................2

3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu .......................................................................2
4. Phƣơng pháp nghiên cứu .....................................................................................2
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án ..........................................................3
5.1. Ý nghĩa khoa học ..........................................................................................3
5.2. Ý nghĩa thực tiễn ...........................................................................................3
6. Phƣơng pháp tiếp cận ..........................................................................................4
7. Những đóng góp mới của luận án........................................................................4
8. Cấu trúc luận án ...................................................................................................5
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VẬN HÀNH HỆ THỐNG HỒ
CHỨA THỜI KỲ MÙA KIỆT ...................................................................................6
1.1. Vai trò hệ thống hồ chứa trong cân bằng nƣớc ................................................6
1.2. Tổng quan các nghiên cứu vận hành hồ chứa ..................................................8
1.2.1. Tổng quan các nghiên cứu vận hành hồ chứa trên thế giới .......................8
1.2.2. Tổng quan các nghiên cứu vận hành hồ chứa trong nƣớc .......................15
1.2.3. Các nghiên cứu trên lƣu vực sông Ba ......................................................17
1.3. Nhận xét chung về các nghiên cứu trong và ngoài nƣớc, xác định hƣớng
nghiên cứu của luận án ..........................................................................................21
1.3.1. Về phƣơng pháp luận ...............................................................................21
1.3.2. Về thực trạng nghiên cứu vận hành hồ chứa ở lƣu vực sông Ba .............22
1.3.3. Định hƣớng nghiên cứu của luận án ........................................................22

iii


CHƢƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN THIẾT LẬP BÀI TỐN
VẬN HÀNH HỒ CHỨA TRÊN SƠNG BA THỜI KỲ MÙA KIỆT ......................25
2.1. Giới hạn địa lý lƣu vực sơng Ba .....................................................................25
2.2. Đặc điểm sơng ngịi ........................................................................................25
2.3. Phân tích đặc điểm khí hậu và dịng chảy sơng ảnh hƣởng đến chế độ vận
hành các hồ chứa thời kỳ mùa kiệt ........................................................................27

2.3.1. Đặc điểm khí hậu .....................................................................................27
2.3.2. Đặc điểm chế độ mƣa theo mùa ...............................................................28
2.3.3. Đặc điểm chế độ dòng chảy sơng ngịi ....................................................33
2.3.4. Đặc điểm đƣờng q tr nh rút nƣớc thời kỳ mùa kiệt ..............................38
2.4. Hiện trạng hệ thống cơng trình thủy lợi và nhu cầu sử dụng nƣớc ................41
2.4.1. Hệ thống cơng trình thủy lợi ....................................................................41
2.4.2. Hệ thống hồ chứa thủy điện lớn trên sông Ba ..........................................43
2.4.3. Hệ thống các trạm ơm cấp nƣớc trên sơng chính ...................................45
2.5. Nhiệm vụ vận hành điều tiết hệ thống hồ chứa thời kỳ mùa kiệt ...................46
2.5.1. Nhiệm vụ vận hành điều tiết cấp nƣớc của hệ thống hồ chứa thời kỳ mùa
kiệt ......................................................................................................................46
2.5.2. Thực trạng vận hành các hồ chứa thủy điện, khó khăn và tồn tại ............48
2.6. Thiết lập bài toán vận hành điều tiết hệ thống hồ chứa trên lƣu vực sông Ba
thời kỳ mùa kiệt .....................................................................................................52
2.6.1. Xác định nhiệm vụ và nội dung nghiên cứu bài toán vận hành hồ chứa
lƣu vực sông Ba thời kỳ mùa kiệt ......................................................................52
2.6.2. Mơ tả bài tốn vận hành hồ chứa trên lƣu vực sông Ba theo thời gian thực
thời kỳ mùa kiệt..................................................................................................54
2.6.3. Những khó khăn khi lập và vận hành hệ thống hồ chứa lƣu vực sông Ba
theo thời gian thực và hƣớng giải quyết.............................................................57
2.7. Kết luận chƣơng 2...........................................................................................59
CHƢƠNG 3: THIẾT LẬP MƠ HÌNH MƠ PHỎNG, XÂY DỰNG BIỂU ĐỒ RÚT
NƢỚC TIỀM NĂNG PHỤC VỤ VẬN HÀNH HỆ THỐNG HỒ CHỨA SÔNG BA
THỜI KỲ MÙA KIỆT THEO THỜI GIAN THỰC.................................................62
3.1. Giới thiệu chung về các mơ hình mơ phỏng trong quy hoạch và quản lý tài
nguyên nƣớc ..........................................................................................................62
3.2. Xây dựng mơ hình mơ phỏng Ba-Model phục vụ bài tốn quản lý nƣớc và
vận hành hệ thống hồ chứa trên lƣu vực sông Ba..................................................66

iv

3.2.1. u cầu về thiết lập mơ hình ...................................................................66
3.2.2. Cấu trúc của mơ hình ...............................................................................66
3.2.3. Mơ phỏng .................................................................................................69
3.3. Xây dựng thuật toán và lập chƣơng tr nh t nh toán cho mơ hình Ba-Model ..72
3.3.1. Thuật tốn t nh điều tiết hồ chứa..............................................................72
3.3.2. Giới thiệu cơ sở lý thuyết mô hình NAM ................................................76
3.3.3. Thuật tốn t nh lƣu lƣợng tại các nút nhập lƣu theo mô h nh NAM .......81
3.3.4. Dữ liệu sử dụng cho tính tốn ..................................................................82
3.3.5. Lập chƣơng tr nh t nh tốn .......................................................................83
3.4. Xác định bộ thơng số mơ hình NAM của Ba-Mo el lƣu vực sơng Ba ..........83
3.4.1. Xác định các tiểu lƣu vực phục vụ t nh tốn nƣớc đến các nút hồ chứa..83
3.4.2. Tích hợp các mơ hình thành phần khi xác định các tham số mơ hình
NAM...................................................................................................................86
3.4.3. Xác định bộ thơng số mơ hình NAM .......................................................87
3.5. Xây dựng đƣờng rút nƣớc tiềm năng ứng dụng trong nhận dạng dòng chảy
mùa kiệt .................................................................................................................92
3.5.1. Xây dựng biểu đồ rút nƣớc tiềm năng......................................................92
3.5.2. Nhận dạng dòng chảy mùa kiệt theo biểu đồ rút nƣớc tiềm năng ...........96
3.6. Kết luận ...........................................................................................................96
CHƢƠNG 4: ỨNG DỤNG MƠ HÌNH BA-MODEL VÀO VẬN HÀNH HỆ
THỐNG HỒ CHỨA TRÊN LƢU VỰC SÔNG BA THỜI KỲ MÙA KIỆT ..........98
4.1. Nhiệm vụ và nội dung nghiên cứu..................................................................98
4.2. Tính tốn kiểm tra khả năng đáp ứng yêu cầu điều tiết cấp nƣớc cho hạ du
theo quy trình vận hành liên hồ của các hồ chứa lớn trên lƣu vực sông Ba ..........98
4.2.1. Mục đ ch t nh tốn ...................................................................................98
4.2.2. Thiết lập mạng sơng .................................................................................99
4.2.3. Phƣơng pháp t nh toán nƣớc đến các nút hồ chứa và nhập lƣu .............100
4.2.4. Phƣơng thức vận hành hồ chứa trong q trình tính tốn kiểm tra........105

4.2.5. Tài liệu sử dụng tính tốn.......................................................................107
4.2.6. Kết quả tính tốn kiểm tra u cầu điều tiết cấp nƣớc hạ u quy định
trong quy trình liên hồ chứa 878/QĐ-TTG ......................................................108
4.2.7. Đề xuất một phƣơng án điều tiết cấp nƣớc hạ du thời kỳ mùa kiệt cho các
hồ chứa Krông H’Năng, Ba Hạ và Sông Hinh .................................................116

v


4.3. Tính tốn thử nghiệm dự báo khả năng đảm bảo yêu cầu cấp nƣớc cho hạ du
mùa kiệt năm 2018-2019 theo mơ hình Ba-Model .............................................122
4.3.1. Dữ liệu sử dụng trong tính tốn .............................................................122
4.3.2. Kết quả tính tốn ....................................................................................122
4.3.3. Nhận xét kết quả tính tốn .....................................................................123
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.................................................................................131
1. Những kết quả đạt đƣợc của luận án ...............................................................131
2. Những hạn chế và hƣớng nghiên cứu tiếp theo ...............................................132
3. Kiến nghị .........................................................................................................132
DANH MỤC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ ........................................................134
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................135
PHỤ LỤC

vi


DANH SÁCH BẢNG BIỂU
Bảng 2.1. Dòng chảy kiệt đo tại các trạm đo thủy văn lƣu vực sông Ba ..................37
Bảng 2.2: Sơ đồ nút giai đoạn hiện trạng lƣu vực sông Ba.......................................41
Bảng 2.3: Thông số kỹ thuật chủ yếu của các hồ chứa lớn trên sông Ba .................44
Bảng 2.4: Thông số kỹ thuật chủ yếu của các thủy điện nhỏ trên sông Ba ..............45

Bảng 2.5: Thống kê công suất phát điện bình qn tháng thủy điện Sơng Hinh (đơn
vị : MW) ....................................................................................................................49
Bảng 3.1: Các thơng số chính trong mơ hình NAM .................................................80
Bảng 3.2: Mô tả giới hạn các tiểu lƣu vực đƣợc phân chia ......................................85
Bảng 3.3: Trạm đo mƣa và ốc hơi sử dụng trong mơ hình NAM ...........................88
Bảng 3.4: Đánh giá mức độ mô phỏng của mô h nh tƣơng ứng với chỉ số NashSutcliffe (Theo Moriasi, 2007) ..................................................................................91
Bảng 3.5: Tiêu chuẩn đánh giá hệ số tƣơng quan (Theo Moriasi, 2007) ..................91
Bảng 3.6: Chỉ số đánh giá độ tin cậy của mơ hình tại trạm An Khê và Củng Sơn ...91
Bảng 3.7: Chỉ số đánh giá độ tin cậy của mô h nh NAM trên lƣu vực sông Hinh ..92
Bảng 3.8: Bộ thơng số mơ hình NAM sau khi hiệu chỉnh và kiểm định mơ hình ....92
Bảng 4.1: Nhu cầu nƣớc giai đoạn hiện trạng tại các nút sử dụng nƣớc (Lƣu lƣợng
m3/s) ........................................................................................................................102
Bảng 4.2: Quy định lƣu lƣợng điều tiết xuống hạ du theo Quy trình liên hồ chứa lƣu
vực sông Ba .............................................................................................................106
Bảng 4.3: Tổng hợp kết quả đánh giá sự đảm bảo yêu cầu điều tiết nƣớc cho hạ du
theo Quy tr nh 878/QĐ-TTg. ..................................................................................112
Bảng 4.4: Phƣơng án điều tiết đề xuất ....................................................................116
Bảng 4.5: Tổng hợp kết quả t nh toán theo phƣơng án đề xuất ..............................118
Bảng 4.6: Bảng lƣu lƣợng bình quân tháng tổng hợp theo kết quả t nh toán lƣu
lƣợng nh quân ngày theo mô h nh NAM năm 2018-2019 của 14 tiểu lƣu lực sông
Ba ............................................................................................................................124

vii


Bảng 4.7: Bảng thống kê tình trạng thiếu nƣớc tại các nút cấp nƣớc tƣới năm 20182019 từ kết quả tính tốn cân bằng nƣớc theo mơ hình Ba-Model ........................124
Bảng 4.8: Bảng tính tốn kiểm tra khả năng điều tiết cấp nƣớc năm 2018-2019 ...128
Bảng 4.9: Vị trí giá trị lƣu lƣợng trên biểu đồ rút nƣớc tiềm năm tại thời điểm ngày
15/12/2018...............................................................................................................130

viii


DANH SÁCH HÌNH VẼ
Hình 2.1: Bản đồ vùng nghiên cứu (Nguồn [1]) .......................................................26
Hình 2.2a: Biểu đồ tỷ lệ lƣợng mƣa tháng

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

Hình 2.2b: Biểu đồ tỷ lệ lƣợng mƣa tháng

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

Hình 2.2c: Biểu đồ tỷ lệ lƣợng mƣa tháng

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

Hình 2.2d: Biểu đồ tỷ lệ lƣợng mƣa hàng tháng
Hình 2.2e: Biểu đồ tỷ lệ lƣợng mƣa tháng

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

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

Hình 2.2f: Bản đồ đẳng trị tổng lƣợng mƣa năm trung nh nhiều năm lƣu vực sông
Ba và vùng phụ cận (Nguồn [1]) ...............................................................................32
Hình 2.3a: Biểu đồ tỷ lệ phân bố dịng chảy tháng trong năm nh quân nhiều năm
tại Ayun Hạ ...............................................................................................................34
Hình 2.3b: Biểu đồ tỷ lệ phân bố dịng chảy tháng trong năm nh quân nhiều năm
tại Krông H’Năng (tài liệu đo 2003-2008)................................................................34

Hình 2.3c: Biểu đồ tỷ lệ phân bố dòng chảy tháng trong năm nh quân nhiều năm
tại thủy văn Sơng Hinh ..............................................................................................35
Hình 2.3d: Biểu đồ tỷ lệ phân bố dòng chảy tháng trong năm nh quân nhiều năm
tại An Khê .................................................................................................................36
Hình 2.3e: Biểu đồ tỷ lệ phân bố dòng chảy tháng trong năm nh quân nhiều năm
tại trạm thủy văn Củng Sơn.......................................................................................36
H nh 2.4a: Đƣờng quá tr nh lƣu lƣợng mùa kiệt tại hồ An Khê ...............................39
H nh 2.4 : Đƣờng quá tr nh lƣu lƣợng mùa kiệt tại trạm thủy văn Sông Hinh ........40
H nh 2.4c: Đƣờng quá tr nh lƣu lƣợng mùa kiệt tại trạm thủy văn Krơng H’Năng
(tại hồ thủy điện) .......................................................................................................40
Hình 2.4d: Đƣờng q tr nh lƣu lƣợng mùa kiệt tại trạm thủy văn Ayun Hạ...........41
Hình 2.5: Vị trí các hồ chứa lớn xây dựng quy trình liên hồ trong mùa kiệt ............44
Hình 2.6: Các cơng trình sử dụng nƣớc từ đập An Khê đến Krơng Chro ................46
Hình 2.7: Các trạm ơm lấy nƣớc từ sơng chính ......................................................46
Hình 2.8: Sơ đồ ngun lý thiết lập bài toán vận hành hệ thống hồ chứa theo thời
gian thực ....................................................................................................................55
H nh 2.9: Sơ đồ tổng quát quá trình ra quyết định khi vận hành hệ thống hồ chứa
theo thời gian thực .....................................................................................................56
H nh 2.10: Sơ đồ các ƣớc xác định quyết định quản lý nƣớc và vận hành hệ thống
hồ chứa trên sông Ba thời kỳ mùa kiệt......................................................................59

ix


H nh 3.1: Sơ đồ một số nút nhập lƣu đặc trƣng của hệ thống...................................67
H nh 3.2: Sơ đồ vị trí các nút chính khu vực sơng Hinh, sơng Ba Hạ đến Đồng Cam
...................................................................................................................................68
Hình 3.3. Sơ đồ mơ phỏng cân bằng nƣớc trên lƣu vực sông Ba .............................73
H nh 3.4: Sơ đồ t nh toán điều tiết hồ chứa cấp nƣớc ...............................................74
H nh 3.5: Sơ đồ t nh điều tiết cho hồ chứa phát điện độc lập ...................................75

H nh 3.6: Sơ đồ t nh điều tiết cho hồ chứa phát điện nằm trong hệ thống hồ chứa
bậc thang ...................................................................................................................76
Hình 3.7: Cấu trúc mơ hình NAM ............................................................................77
H nh 3.8: Sơ đồ t nh toán quá tr nh lƣu lƣợng Q~t bằng mơ hình NAM cho một lƣu
vực nhập lƣu có N thời đoạn t nh toán ......................................................................81
H nh 3.9: Sơ đồ phân chia các tiểu lƣu vực để mô phỏng theo mơ hình NAM ........84
H nh 3.10: Các ƣớc tính tốn trong mơ hình Ba –Model........................................86
H nh 3.11a: Sơ đồ xác định thơng số của mơ hình NAM trong mơ hình Ba-Model 89
H nh 3.11 : Sơ đồ kiểm định mô hình NAM trong mơ hình Ba-Model...................90
Hình 3.12a: Biểu đồ rút nƣớc tiềm năng tại lƣu vực hồ chứa Sơng Hinh.................94
Hình 3.12b: Biểu đồ rút nƣớc tiềm năng tại lƣu vực hồ chứa Ayun Hạ ...................94
Hình 3.12c: Biểu đồ rút nƣớc tiềm năng tại lƣu vực trạm thủy văn An Khê ............95
Hình 3.12d: Biểu đồ rút nƣớc tiềm năng tại lƣu vực hồ chứa Krông H’Năng .........95
H nh 4.1: Sơ đồ hệ thống cân bằng nƣớc sông Ba ..................................................101

x


DANH SÁCH KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
VHHC – Vận hành hồ chứa
SI - Chỉ số thiếu hụt nƣớc
(genetic algorithm – GA) - Thuật toán di truyền
LP - Quy hoạch tuyến tính
(Artificial Neural Networks – ANN) - Mạng trí tuệ nhân tạo
(BPNN) - Thuật toán quét ngƣợc
TNN – Tài nguyên nƣớc
KTXH – Kinh tế xã hội
KTTV và MT – Kh tƣợng thủy văn và môi trƣờng
TN&MT – Tài nguyên và môi trƣờng
VHHTLHC – Vận hành hệ thống liên hồ chứa

CBN - Cân bằng nƣớc
MNDBT – Mực nƣớc âng

nh thƣờng

TKMK - Thời kỳ mùa kiệt
TGT - Thời gian thực
KTTV - Kh tƣợng thủy văn
KHKT – Khoa học kỹ thuật.

xi


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Trong những thập kỷ gần đây, một số lƣợng lớn các hồ chứa đƣợc xây dựng
trên toàn thế giới cũng nhƣ ở Việt Nam. Ở Việt Nam, trong những năm gần đây, có
hàng loạt các hồ chứa lớn đƣợc xây dựng trên hầu hết các sông suối khắp cả nƣớc.
Do vậy, việc quản lý nƣớc và vận hành hợp lý hệ thống liên hồ chứa nhằm nâng cao
hiệu quả khai thác và giảm thiểu những tác động tiêu cực là rất cần thiết. Đã có
nhiều dự án và đề tài nghiên cứu về vận hành hệ thống hồ chứa lợi dụng tổng hợp.
Tuy nhiên, kết quả nghiên cứu còn hạn chế, đặc biệt là chế độ vận hành hồ chứa
thời kỳ mùa kiệt đối với hệ thống hồ chứa đa mục tiêu. Do vậy, việc vận hành hệ
thống hồ chứa đa mục tiêu vẫn đang là đối tƣợng của nhiều đề tài nghiên cứu trên
thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng.
Hiện nay có hai xu hƣớng nghiên cứu nhằm nâng cao hiệu quả vận hành các
hệ thống hồ chứa đa mục tiêu: Phƣơng pháp tối ƣu hóa và phƣơng pháp mơ phỏng.
Mơ hình tốn mơ phỏng hệ thống cân bằng nƣớc, trong đó có mơ phỏng chế độ vận
hành của các hồ chứa đóng vai tr quyết định trong các nghiên cứu về quản lý nƣớc
và vận hành hệ thống hồ chứa, bất luận nghiên cứu đó là phƣơng pháp tối ƣu hóa

hay phƣơng pháp mơ phỏng. Chính vì vậy, đã có nhiều nghiên cứu phát triển các
mơ hình mơ phỏng liên quan đến tính tốn cân bằng nƣớc, quản lý nƣớc và vận
hành hệ thống hồ chứa trên lƣu vực, trong đó các mơ h nh MIKE-BASIN, HECRESSIM, WEAP, MIKE HYDRO,… là những mô h nh điển h nh đƣợc sử dụng
rộng rãi trên thế giới. Các mô h nh này cũng đã đƣợc nghiên cứu trong quy hoạch,
quản lý nƣớc cho các lƣu vực sông ở Việt Nam, trong đó có lƣu vực sơng Ba.
Mỗi mơ hình có những ƣu điểm riêng và cũng có những hạn chế nhất định
nên hiện nay các nhà nghiên cứu vẫn tiếp tục phát triển và hồn thiện mơ hình. Vì
vậy, đã có những nghiên cứu xây dựng các mơ hình riêng phù hợp với điều kiện cụ
thể của lƣu vực, phù hợp và thuận lợi cho nghiên cứu đối với ài toán đƣợc đặt ra.
Cũng ch nh v lý o trên, để nghiên cứu chế độ vận hành các hồ chứa lớn trên lƣu
vực sơng Ba, tác giả luận án có ý định xây dựng một mơ hình riêng phục vụ cho

1