Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu chế độ vận hành tích nước trong thời kỳ mùa lũ cho hệ thống hồ chứa bậc thang Hòa Bình và Sơn La

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƢỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

VŨ THỊ MINH HUỆ

NGHIÊN CỨU CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH TÍCH NƢỚC TRONG
THỜI KỲ MÙA LŨ CHO HỆ THỐNG HỒ CHỨA BẬC THANG
HỒ BÌNH VÀ SƠN LA

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI, NĂM 2017


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƢỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

VŨ THỊ MINH HUỆ

NGHIÊN CỨU CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH TÍCH NƢỚC TRONG THỜI
KỲ MÙA LŨ CHO HỆ THỐNG HỒ CHỨA BẬC THANG
HỒ BÌNH VÀ SƠN LA

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC

1.PGS.TS PHẠM THỊ HƢƠNG LAN
2.GS.TS HÀ VĂN KHỐI

HÀ NỘI, NĂM 2017


LỜI CAM ĐOAN
Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả. Các kết quả
nghiên cứu và các kết luận trong luận án là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một
nguồn nào và dƣới bất kỳ hình thức nào. Việc tham khảo các nguồn tài liệu (nếu có) đã
đƣợc thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định.
Tác giả luận án

Vũ Thị Minh Huệ

iii


LỜI CẢM ƠN
Trƣớc tiên tác giả xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đến các thầy cô hƣớng
dẫn khoa học GS.TS Hà Văn Khối và PGS.TS Phạm Thị Hƣơng Lan đã tận tình định
hƣớng, chỉ bảo theo sát tác giả trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thiện Luận án.
Tác giả xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Trƣờng Đại học Thuỷ Lợi, Phòng Đào tạo Đại
học và Sau Đại học đã tạo điều kiện thuận lợi, hỗ trợ tác giả trong quá trình làm Luận
án. Tác giả xin cảm ơn các thầy cô, đồng nghiệp trong Khoa Thuỷ Văn và TNN đã
dành nhiều thời gian cơng sức hỗ trợ tác giả hồn thành Luận án.
Đồng thời tác giả cũng nhận đƣợc sự động viên và ủng hộ rất lớn về vật chất và tinh
thần từ trƣờng ĐH Thủy lợi, từ gia đình và bạn bè trong đó có chồng và các con. Từ
đáy lịng mình, tác giả xin gửi đến họ những lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất.
Tác giả xin trân trọng cám ơn .

iv


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ……………………………………………………………………………..1
CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VẬN HÀNH HỒ CHỨA ĐA
MỤC TIÊU
6
1.1

Hồ chứa và vấn đề vận hành hồ chứa ................................................................6

1.2

Phƣơng pháp quản lý và nguyên tắc vận hành hệ thống hồ chứa đa mục tiêu ..8

1.2.1

Các phƣơng pháp quản lý vận hành hệ thống hồ chứa................................8

1.2.2

Nguyên tắc vận hành hệ thống hồ chứa ....................................................10

1.3 Tổng quan các phƣơng pháp xây dựng quy trình vận hành hệ thống hồ chứa
đa mục tiêu.................................................................................................................13
1.3.1

Phƣơng pháp sử dụng kỹ thuật tối ƣu hóa .................................................14

1.3.2

Phƣơng pháp mơ phỏng.............................................................................19

1.3.3

Phƣơng pháp kết hợp .................................................................................20

1.4

Tổng quan về lƣu vực sông Hồng ...................................................................23

1.4.1

Lƣu vực sông và mạng lƣới sơng ngịi ......................................................23

1.4.2

Giới thiệu các cơng trình hồ chứa trên dịng chính sơng Hồng .................25

1.4.3 Nhiệm vụ chống lũ hạ du và nguyên tắc chung của chế độ vận hành chống
lũ hạ du ..................................................................................................................29
1.4.4 Tổng quan các nghiên cứu phục vụ vận hành hệ thống hồ chứa lƣu vực
sơng Hồng trong mùa lũ ........................................................................................30
1.4.5
1.5

Q trình phát triển văn bản pháp lý .........................................................35

Kết luận chƣơng 1: ..........................................................................................38

CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ VẬN
CHƢƠNG 2
HÀNH TÍCH NƢỚC TRONG THỜI KỲ MÙA LŨ ĐỐI VỚI HỆ THỐNG HỒ
CHỨA HỊA BÌNH VÀ SƠN LA .................................................................................40
2.1 Nhận xét về các quy trình đã ban hành và đề xuất hƣớng nghiên cứu chế độ
vận hành tích nƣớc.....................................................................................................40
2.1.1

Nhiệm vụ chống lũ hạ du và nguyên tắc chung của chế độ vận hành cắt lũ
40

2.1.2

Một số hạn chế của các quy trình vận hành hồ chứa đã ban hành ............42

2.1.3 Phân tích thực trạng và những bất cập khi vận hành theo các quy trình đã
ban hành .................................................................................................................47
2.1.4

Đánh giá khả năng tích nƣớc đầy hồ của hê thống hồ chứa trên sông Đà 50

v


2.1.5 Sự cần thiết và định hƣớng nghiên cứu bổ sung chế độ vận hành tích nƣớc
hồ chứa Hịa Bình và Sơn La.................................................................................55
2.2

Cơ sở khoa học nghiên cứu xây dựng chế độ vận hành tích nƣớc ..................57

2.2.1

Quan điểm nghiên cứu...............................................................................57

2.2.2

Phân chia thời kỳ tích nƣớc .......................................................................59

2.2.3

Phƣơng pháp thiết lập chế độ vận hành trong thời kỳ tích nƣớc hạn chế .60

2.2.4 Xây dựng chế độ vận hành ứng phó trong trƣờng hợp xảy ra lũ bất thƣờng
trong thời kỳ tích nƣớc ..........................................................................................63
2.3 Phân tích cơ sở thực tiễn và tính khả thi xác định mực nƣớc giới hạn Hgh cho
hồ chứa Sơn La và Hịa Bình .....................................................................................68
2.3.1

Thực trạng thay đổi chế độ mực nƣớc hạ du thời kỳ mùa lũ ....................68

2.3.2

Phân tích đặc điểm mƣa lũ và sự hình thành lũ lớn trên lƣu vực ..............73

2.3.3

Khả năng dự báo và nhận dạng lũ lớn trên hệ thống sông Hồng ..............76

2.4

Công cụ tính tốn .............................................................................................81

2.4.1

Ứng dụng MS Excel tính tốn điều tiết dịng chảy qua hồ chứa ...............81

2.4.2

Mơ hình MIKE 11 .....................................................................................83

2.5

Kết luận chƣơng 2 ...........................................................................................85

CHƢƠNG 3
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH TRONG THỜI
KỲ TÍCH NƢỚC HỆ THỐNG HỒ CHỨA BẬC THANG HỊA BÌNH VÀ SƠN LA
86
3.1

Thiết lập bài toán .............................................................................................87

3.1.1

Thiết lập kịch bản mực nƣớc Hà Nội ........................................................89

3.1.2

Chọn phƣơng án lũ để tính tốn xác định mực nƣớc giới hạn Hgh ..........89

3.1.3

Kết quả tính tốn bảng ngun tắc vận hành tích nƣớc ............................90

3.1.4 Kiểm tra đánh giá tính khả thi của việc vận hành theo bảng nguyên tắc
vận hành tích nƣớc.................................................................................................94
3.2 Kết quả nghiên cứu phƣơng án vận hành ứng phó trong trƣờng hợp xảy ra lũ
bất thƣờng trong thời kỳ tích nƣớc đầy hồ ..............................................................100
3.2.1 Các giải pháp vận hành ứng phó trong trƣờng hợp khẩn cấp trên lƣu vực
sông Hồng ............................................................................................................101
3.2.2 Đề xuất phƣơng án vận hành hệ thống hồ chứa ứng phó trƣờng hợp xảy ra
lũ bất thƣờng trong thời kỳ tích nƣớc ..................................................................103
3.2.3

Xây dựng kịch bản tính tốn ...................................................................104

vi


3.2.4

Kết quả tính tốn ....................................................................................108

3.3 Đề xuất cơ chế vận hành tích nƣớc hệ thống hồ chứa bậc thang Hịa Bình và
Sơn La ......................................................................................................................114
3.3.1

Thời kỳ tích nƣớc hạn chế (từ 15/06 đến 21/08 hàng năm) ....................114

3.3.2 Phƣơng án vận hành hồ chứa Sơn La và Hồ Bình ứng phó trƣờng hợp
xảy ra lũ bất thƣờng trong thời kỳ tích nƣớc, ......................................................115
3.4

Kết luận chƣơng 3 .........................................................................................116

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .....................................................................................117

vii


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1-1: Nguyên tắc vận hành hệ thống hồ chứa bậc thang [10] ...............................10
Bảng 1-2: Nguyên tắc vận hành hệ thống hồ chứa song song [11] ..............................12
Bảng 1-3: Các nhà máy thủy điện trên sông Lý Tiên-thƣợng nguồn sông Đà [46] ......25
Bảng 2-1: Quy định về phân bổ dung tích phịng lũ dành cho cắt lũ hạ du theo mực
nƣớc khống chế tại Hà Nội của các hồ Sơn La và Hịa Bình trong QT1622. ..............41
Bảng 2-2 Tóm tắt nội dung QT80, QT198 và QT1622 .................................................44
Bảng 2-3: Thống kê mực nƣớc Hà Nội lớn nhất và nhỏ nhất trong mùa lũ ..................45
Bảng 2-4: Thống kê các phƣơng án vận hành ...............................................................52
Bảng 2-5: Thống kê số năm tích đến mực nƣớc dâng bình thƣờng hồ chứa ................54
Bảng 2-6: Thống kê thời điểm tích đầy hồ chứa Sơn La theo phƣơng án 1 và 3 ..........54
Bảng 2-7: Các hình thế thời tiết gây mƣa lớn ở lƣu vực sông Hồng – Thái Bình [54] .74
Bảng 2-8: Đặc trƣng đỉnh lũ đặc biệt lớn trên các sông thuộc sông Hồng [50] ............75
Bảng 2-9: Một số hình thế thời tiết kết hợp gây mƣa lũ lớn và các mực nƣớc đỉnh lũ
trong một số trận lũ lớn điển hình trên hệ thống sông Hồng .........................................75
Bảng 2-10: Đánh giá dự báo hạn ngắn và hạn vừa cho trạm Hà Nội 2008 -2013 [56] .78
Bảng 2-11: Các phƣơng pháp dự báo thủy văn hạn vừa trên lƣu vực sông Hồng [55].78

Bảng 2-12: Đánh giá dự báo dịng chảy 3 ngày tại Hịa Bình và Hà Nội [56] ..............80
Bảng 2-13: Kết quả dự báo tác nghiệp q trình dịng chảy hồ Sơn La năm 2016 [55]
.......................................................................................................................................80
Bảng 2-14: Kết quả dự báo tác nghiệp dòng chảy hồ Hịa Bình năm 2016 [55] ..........80
Bảng 2-15: Bảng thống kê các biên trên và biên dƣới ..................................................85
Bảng 3-1: Kết quả tính tốn Hgh của hồ chứa Sơn La .................................................90
Bảng 3-2: Quan hệ mực nƣớc và dung tích hồ chứa Hịa Bình và Sơn La ...................94
Bảng 3-3: Tổng hợp các phƣơng án điều chỉnh Hgh ....................................................94
Bảng 3-4: Các trận lũ lớn xảy ra tại Sơn Tây ................................................................ 96
Bảng 3-5: Bảng nguyên tắc vận hành tích nƣớc ............................................................98
Bảng 3-6: Bảng tổng hợp mực nƣớc hồ chứa Sơn La, Hịa Bình và Hà Nội vận hành
theo phƣơng án 1 và 3 ...................................................................................................99
Bảng 3-7: Quy định mực nƣớc thấp nhất các hồ chứa đƣợc phép hạ xuống để đón lũ
theo QT 1622 ...............................................................................................................103
Bảng 3-8: Đặc trƣng của lũ có chu kỳ lặp lại 500 năm tại Sơn Tây với các dạng lũ năm
1969, 1971 và 1996 .....................................................................................................104
Bảng 3-9: Mực nƣớc các hồ chứa thƣợng nguồn ........................................................107
Bảng 3-10: Tổng hợp các phƣơng án tính tốn kiểm tra tính khả thi của phƣơng án vận
hành ứng phó trƣờng hợp xảy ra lũ bất thƣờng đề xuất ..............................................108
Bảng 3-11: Bảng nguyên tắc vận hành tích nƣớc ........................................................114

viii


Bảng 3-12: Quy định mực nƣớc thấp nhất các hồ chứa đƣợc phép hạ xuống để đón lũ
theo QT 1622 ...............................................................................................................116

ix

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1-1 Sự cần thiết của điều tiết dòng chảy đáp ứng yêu cầu của xã hội [2] ..............7
Hình 1-2: Hệ thống hồ chứa bậc thang ..........................................................................11
Hình 1-3: Hệ thống hồ chứa song song .........................................................................12
Hình 1-4: Bản đồ lƣu vực sơng Hồng............................................................................24
Hình 1-5 Sơ đồ các hồ chứa trên thƣợng nguồn sơng Đà phía Trung Quốc .................26
Hình 1-6: Bản đồ lƣu vực sơng Đà ................................................................................28
Hình 1-7: Sơ đồ khối nghiên cứu chế độ vận hành tích nƣớc cho hệ thống hồ chứa Hịa
Bình và Sơn La ..............................................................................................................38
Hình 2-1: Biểu đồ quá trình mực nƣớc hồ Sơn La thời kỳ mùa lũ từ năm 2012-2015 .48
Hình 2-2: Biểu đồ q trình mực nƣớc hồ Hịa Bình thời kỳ mùa lũ từ năm 2012- 2015
.......................................................................................................................................49
Hình 2-3: Biểu đồ quá trình mực nƣớc Hà Nội thời kỳ mùa lũ năm 2012-2015 ..........49
Hình 2-4 Sơ đồ tính tốn thử dần xác định giới hạn của mực nƣớc hồ .........................61
Hình 2-5: Quá trình lũ tháng 09 năm 1985 tại Hà Nội ..................................................64
Hình 2-6: Quá trình lƣu lƣợng mùa lũ (thời đoạn 6h) trạm Trung Ái Kiều và Thổ Khả
Hà trên sông Đà năm 2008 ............................................................................................65
Hình 2-7: Sơ đồ tiếp cận nghiên cứu đề xuất giải pháp vận hành ứng phó trong trƣờng
hợp lũ bất thƣờng ...........................................................................................................67
Hình 2-8: Đƣờng bao mực nƣớc thấp nhất và mực nƣớc bình quân thời gian tại Hà Nội
trƣớc khi có hồ chứa Hịa Bình thời kỳ từ 1/6 đến 15/10 hàng năm. ............................69
Hình 2-9: Đƣờng bao mực nƣớc thấp nhất và mực nƣớc bình quân thời gian tại Hà Nội
sau khi có hồ chứa Hịa Bình thời kỳ từ 1/6 đến 15/10 hàng năm ................................ 70
Hình 2-10: Biểu đồ Trị số mực nƣớc trung bình và nhỏ nhất tại Hà Nội theo thời gian
mùa lũ giai đoạn 1960-1990 và 1991-2012 ...................................................................71
Hình 2-11: Biểu đồ mực nƣớc Hà Nội lớn nhất và nhỏ nhất trong thời kỳ lũ chính vụ
và trong mùa lũ từ năm 1960-2013 ...............................................................................72
Hình 2-12: Đƣờng Q H tại trạm thuỷ văn Hà Nội qua các năm ................................ 72
Hình 2-13: Sơ đồ mạng thủy lực hệ thống sơng lƣu vực sơng Hồng. ...........................84
Hình 3-1: Sơ đồ tính tốn thiết lập bảng ngun tắc vận hành ....................................88

Hình 3-2: Quá trình lƣu lƣợng vào và xả qua hồ chứa Sơn La và Hịa Bình điều tiết lũ
500 năm mơ hình 1996 với cấp mực nƣớc Hà Nội từ 6,0 m đến 8,0 m. .......................91
Hình 3-3: Quá trình mực nƣớc hồ chứa Sơn La và Hịa Bình và Hà Nội với cấp mực
nƣớc Hà Nội từ 6,0 m đến 8,0 m. ..................................................................................91
Hình 3-4: Quá trình lƣu lƣợng vào và xả qua hồ chứa Sơn La và Hịa Bình điều tiết lũ
500 năm mơ hình 1996 với cấp mực nƣớc Hà Nội từ 4,0 m đến 6,0 m. .......................92
Hình 3-5: Quá trình mực nƣớc hồ chứa Sơn La và Hịa Bình và Hà Nội với cấp mực
nƣớc Hà Nội từ 4,0 m đến 6,0 m. ..................................................................................92

x


Hình 3-6: Quá trình lƣu lƣợng vào và xả qua hồ chứa Sơn La và Hịa Bình điều tiết lũ
500 năm mơ hình 1996 với cấp mực nƣớc Hà Nội < 4,0 m. .........................................93
Hình 3-7: Quá trình mực nƣớc hồ chứa Sơn La và Hịa Bình và Hà Nội với cấp mực
nƣớc Hà Nội < 4,0 m. ....................................................................................................93
Hình 3-8: Sơ đồ mơ tả q trình hiệu chỉnh vận hành xả lũ theo cập nhật số liệu dự báo
lũ hàng ngày...................................................................................................................95
Hình 3-9: Sơ đồ nghiên cứu phƣơng án vận hành ứng phó trƣờng hợp lũ bất thƣờng
trong thời kỳ tích nƣớc. ...............................................................................................101
Hình 3-10: Quá trình lũ tại các biên trên với tần suất 0,2% tại Sơn Tây dạng lũ 1969
.....................................................................................................................................105
Hình 3-11: Quá trình lũ tại các biên trên với tần suất 0,2% tại Sơn Tây dạng lũ 1971
.....................................................................................................................................105
Hình 3-12 Quá trình lũ tại các biên trên với tần suất 0,2% tại Sơn Tây dạng lũ 1996106
Hình 3-13: Quá trình lƣu lƣợng nhập lƣu tần suất 0,2% tại Sơn Tây dạng lũ 1971 ..106
Hình 3-14: Biểu đồ quá trình mực nƣớc hồ chứa Sơn La, Hồ Bình và Hà Nội theo
phƣơng án PA1.96_500 ...............................................................................................109
Hình 3-15: Biểu đồ quá trình mực nƣớc hồ chứa Sơn La, Hồ Bình và Hà Nội theo
phƣơng án PA1.69_500 ...............................................................................................109

Hình 3-16: Biểu đồ quá trình lƣu lƣợng đến Hồ Sơn La và xả qua hồ Hịa Bình và Sơn
La theo phƣơng án PA1.69_500 ..................................................................................110
Hình 3-17: Biểu đồ quá trình mực nƣớc hồ chứa Sơn La, Hồ Bình và Hà Nội theo
phƣơng án PA2.71_300 ...............................................................................................111
Hình 3-18: Quá trình mực nƣớc hồ chứa Sơn La, Hồ Bình và Hà Nội theo phƣơng án
PA1.71_300 .................................................................................................................111
Hình 3-19: Biểu đồ quá trình lƣu lƣợng đến và xả qua các hồ chứa Sơn La và Hồ
Bình theo phƣơng án PA2.69_TN ...............................................................................112
Hình 3-20: Biểu đồ q trình mực nƣớc hồ chứa Sơn La, Hồ Bình và Hà Nội theo
phƣơng án PA2.69_TN ................................................................................................113

xi


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
QT198

Quy trình vận hành liên hồ chứa Sơn La - Hịa Bình - Thác Bà Tun Quang trong mùa lũ hàng năm, ban hành theo Quyết định
số 198/QĐ-TTg ngày 10 tháng 2 năm 2011 của Thủ tƣớng Chính
Phủ.

QT1622

Quy trình vận hành liên hồ chứa trên lƣu vực sông Hồng, ban
hành theo Quyết định số 1622/QĐ-TTg ngày 17 tháng 09 năm
2015 của Thủ tƣớng Chính Phủ.

TKKT

Thiết kế kỹ thuật

KTTV

Khí tƣợng Thuỷ văn

MNDBT

Mực nƣớc dâng bình thƣờng

MNTL

Mực nƣớc trƣớc lũ:
Trạng thái mực nƣớc hồ chứa trƣớc trƣớc khi cắt lũ hạ du.

MNLKT

Mực nƣớc lũ kiểm tra:
Mực nƣớc hồ cao nhất khi cắt lũ kiểm tra.

PMF

Possible Maximum Flood: Lũ cực hạn (lớn nhất có khả năng xảy
ra)

DHTNĐ

Dải hội tụ nhiệt đới

ATNĐ

Áp thấp nhiệt đới

CATBD

Cao áp Thái Bình Dƣơng

RTN

Rãnh thấp nóng

XT

Xốy thuận

HTNĐ

Hội tụ nhiệt đới

KKL

Khơng khí lạnh

DAT

Dải áp thấp

TBNN

Trung bình nhiều năm

xii


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài:
Đồng bằng sơng Hồng trải rộng từ vĩ độ 21°34´ Bắc (huyện Lập Thạch) tới vùng bãi
bồi khoảng 19°5´Bắc (huyện Kim Sơn), từ 105°17´Đơng (huyện Ba Vì) đến
107°7´Đơng (trên đảo Cát Bà). Tồn vùng có diện tích: 15.000 km², chiếm 4,5% diện
tích của cả nƣớc. Đồng bằng sông Hồng tập trung nhiều trung tâm kinh tế, văn hóa và
chính trị quan trọng, với mật độ dân cƣ cao, tổng số dân trên 20,4 triệu ngƣời (năm
2015) chiếm 22,78% dân số cả nƣớc, GDP là 43,3 tỷ USD trong đó nơng nghiệp đóng
góp 19,4%. Đây là vùng đồng bằng rộng lớn nằm bao quanh hạ lƣu sông Hồng, bao
gồm 11 tỉnh và thành phố: Hà Nội, Hải Phòng, Hải Dƣơng, Hƣng Yên, Bắc Ninh,
Vĩnh Phúc, Quảng Ninh, Thái Bình, Hà Nam, Nam Định và Ninh Bình với tổng diện
tích tự nhiên khoảng 2,1 triệu ha. Dân số thành thị tăng nhanh hơn, trong khi dân số
nơng thơn giảm do q trình đơ thị hóa, cơng nghiệp hóa. Dự kiến dân số đơ thị chiếm
28% tổng dân số và sẽ tăng lên hơn 40% vào năm 2020, 50% vào năm 2030 và 60%
vào năm 2050. Theo quyết định số 1554/QĐ-TTg ban hàng ngày 17 tháng 10 năm
2012 phê duyệt quy hoạch thuỷ lợi vùng đồng bằng sông Hồng 2012-2020 và định
hƣớng đến năm 2050 trong điều kiện biến đổi khí hậu và nƣớc biển dâng, lƣợng nƣớc
dùng cho phát triển kinh tế xã hội ở hạ du năm 2010 là 24 tỷ m3, dự báo đến năm 2020
là 31 tỷ m3 và đến năm 2050 là 36 tỷ m3. Lƣợng nƣớc cần này chủ yếu trong các tháng
mùa kiệt (từ tháng 12 đến tháng 5) chiếm đến 80%.
Về mùa lũ, lũ lớn trên thƣợng lƣu luôn là mối hiểm họa hàng năm đối với thủ đô Hà
Nội và đồng bằng sông Hồng, ảnh hƣởng không nhỏ đến sự phát triển kinh tế xã hội và
dân cƣ trong vùng. Bởi vậy phòng chống lũ lụt là một trong những nhiệm vụ quan
trọng trong mọi giai đoạn quy hoạch khai thác quản lý các cơng trình trên hệ thống
sơng Hồng. Vì vậy, các hồ chứa Sơn La, Hịa Bình, Tun Quang và Thác Bà đƣợc
quy hoạch và thiết kế đã đƣợc xây dựng đóng vai trị quan trọng về an ninh nguồn
nƣớc, cung cấp điện năng cho kinh tế xã hội và phòng chống lũ cho hạ du.

Tổng dung tích phịng chống lũ cho hạ du của các hồ chứa Hịa Bình, Sơn La, Tun
Quang và Thác Bà khá lớn và đều đặt dƣới mực nƣớc dâng bình thƣờng. Các hồ chứa

1


này theo thiết kế chỉ đƣợc tích nƣớc ở cuối mùa lũ (cuối tháng 8 hàng năm). Do đó,
mẫu thuẫn giữa nhiệm vụ chống lũ và phát điện, cấp nƣớc rất gay gắt. Khi lập quy
trình vận hành liên hồ chứa trên sơng Hồng, các cơ quan lập quy trình với sự tham gia
của nhiều chuyên gia đầu ngành và các nhà khoa học của nhiều lĩnh vực đã cố gắng
đƣa ra những phƣơng án giảm thiểu các mâu thuẫn trên, điều này đã đƣợc thể hiện
trong các quy trình đƣợc ban hành theo quyết định số 198/QĐ –TTg ngày 10/02/2011
và quyết định số 1622/QĐ-TTg ngày 17 tháng 09 năm 2015. Tuy nhiên hai quy trình
này chỉ tạo khung cứng, vận hành cụ thể còn phải căn cứ vào dự báo quá trình nƣớc
đến hồ. Trong thực tế vận hành, vẫn cịn có hai câu hỏi đặt ra cho các nhà nghiên cứu,
đó là:
-

Có cho phép các hồ chứa trên đƣợc tích nƣớc từ đầu mùa lũ khơng, và nếu cho

phép thì quy định tích nƣớc phải nhƣ thế nào mới đảm bảo an toàn chống lũ hạ du?
-

Theo quy định, thời kỳ lũ muộn các hồ chứa phải tích nƣớc dần đến mực nƣớc

dâng bình thƣờng, nhƣng nếu xảy ra lũ lớn bất thƣờng thì các hồ chứa sẽ ứng phó nhƣ
thế nào để giảm lũ cho hạ du mà vẫn đảm bảo an tồn cho cơng trình?
Hiện nay, chƣa có nghiên cứu nào giải quyết trọn vẹn đƣợc các câu hỏi trên. Thực tiễn
vận hành nhiều năm qua các hồ chứa Hịa Bình và Sơn La trong mùa lũ thƣờng duy trì
mực nƣớc cao hơn quy định (tích sớm) để đảm bảo an toàn cấp nƣớc. Điều này cho

thấy các cơ quan quản lý nhận thức đƣợc rằng tích nƣớc vào hồ ngay trong thời kỳ
mùa lũ là cần thiết và có thể thực hiện đƣợc nhƣng vì chƣa có cơ sở khoa học nên việc
tích nƣớc sớm vẫn coi là ảnh hƣởng đến an tồn cơng trình và chống lũ hạ du.
Do vậy, nghiên cứu sinh đã lựa chọn đề tài “Nghiên cứu chế độ vận hành tích nước
trong thời kỳ mùa lũ cho hệ thống hồ chứa bậc thang Hịa Bình và Sơn La” với
mong muốn nghiên cứu cơ sở khoa học về chế độ vận hành tích nƣớc các hồ chứa Hịa
Bình và Sơn La nhằm nâng cao hiệu quả tích nƣớc cho phát điện và cấp nƣớc, đảm
bảo an tồn cơng trình và chống lũ hạ du.

2


2. Mục tiêu nghiên cứu:
- Nghiên cứu đƣa ra đƣợc cơ sở khoa học và thực tiễn để xác định chế độ vận
hành tích nƣớc trong kỳ mùa lũ, đảm bảo an tồn tích nƣớc đầy hồ, nâng cao hiệu quả
cấp nƣớc và phát điện mà vẫn đảm bảo an tồn chống lũ hạ du và chống lũ cho cơng
trình cho hai hồ chứa Hịa Bình và Sơn La.
- Nghiên cứu đề xuất đƣợc chế độ vận hành điều tiết cắt lũ cho hạ du trong thời
kỳ lũ muộn, khi mà các hồ chứa Sơn La và Hịa Bình đƣợc phép tích nƣớc đầy hồ,
đảm bảo giảm thiểu tác động tiêu cực cho hạ du khi xảy ra lũ lớn bất thƣờng.
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu:
t

n n

n cứu: Vận hành điều tiết và chống lũ cho hệ thống hồ chứa bậc

thang Hồ Bình và Sơn La trong thời kỳ mùa lũ.
p ạm v n

n cứu: Chế độ điều tiết chống lũ hạ du đƣợc xem xét trong hệ thống

liên hồ chứa bao gồm 4 hồ Hịa Bình, Sơn La, Tuyên Quang và Thác Bà, nhƣng
nghiên cứu chế độ vận hành tích nƣớc theo mục tiêu của luận án đƣợc giới hạn nghiên
cứu với hệ thống hồ chứa Sơn La và Hồ Bình trên sơng Đà.
4. Phƣơng pháp nghiên cứu:
a. P

ơn p áp p ân tíc tổn

p

Phân tích đặc điểm hình thành mƣa lũ trên lƣu vực sơng Hồng, hiện trạng vận hành hệ
thống trong giai đoạn quản lý vận hành thực tế, khả năng làm việc của hệ thống cơng
trình hồ chứa phịng lũ trên sơng Hồng và khả năng đáp ứng dự báo khí tƣợng thủy
văn, làm cơ sở xác định các kịch bản vận hành tích nƣớc thời kỳ mùa lũ.
b. P

ơn p áp kế t ừa

Kế thừa những kết quả nghiên cứu có liên quan đến nội dung của luận án, các dữ liệu
sử dụng trong tính tốn, cơng cụ tính tốn và những kết quả nghiên cứu đã thực hiện
có thể là cơ sở cho phát triển trong nghiên cứu trong luận án.

3


c. P

ơn p áp mơ hình tốn

Sử dụng mơ hình MIKE 11, HEC-RESSIM,… trong tính tốn xác định chế độ vận
hành tích nƣớc trong thời kỳ mùa lũ cho các hệ thống hồ chứa trên lƣu vực sông Hồng.
Các mô hình này đã đƣợc sử dụng rộng rãi cho các nghiên cứu quy hoạch và vận hành
hệ thống hồ chứa trên sông Hồng.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn:
Ý nghĩa khoa học: Luận án đề xuất quan điểm nghiên cứu mới về vận hành hệ thống
hồ chứa trên lƣu vực sông Hồng trong thời kỳ mùa lũ theo hƣớng kết hợp với kết quả
dự báo để vận hành theo thời gian thực, xem xét khi mực nƣớc Hà Nội ở ngƣỡng thấp
để nâng cao mực nƣớc các hồ chứa thƣợng nguồn.
Ý nghĩa thực tiễn: Xây dựng chế độ vận hành tích nƣớc hợp lý cho các hồ chứa trên
sơng Đà đảm bảo đƣợc mục tiêu tối đa hoá lợi ích mà vẫn an toàn cho hạ du là một
vấn đề thực tế đang đặt ra. Kết quả nghiên cứu của luận án sẽ là cơ sở cho điều chỉnh,
bổ sung các quy định trong quy trình vận hành liên hồ chứa trên sông Hồng thời kỳ
mùa lũ; là cơ sở hỗ trợ ra quyết định trong quá trình quản lý, vận hành thực tế chống lũ
hàng năm cho các hồ chứa Hịa Bình và Sơn La.
6. Những đóng góp mới của luận án:
-

Đề xuất đƣợc chế độ tích nƣớc sớm có điều kiện cho 2 hồ chứa Sơn La và Hịa

Bình. Trên cơ sở đó, đề xuất cơ sở khoa học xác định mực nƣớc giới hạn trên của q
trình tích nƣớc hồ chứa Sơn La trong thời kỳ tích nƣớc hạn chế, đảm bảo tích nƣớc
hiệu quả mà vẫn an tồn chống lũ hạ du và cơng trình.
-

Đề xuất đƣợc chế độ vận hành điều tiết chống lũ cho hạ du và phƣơng thức ứng

phó khi xảy ra lũ bất thƣờng trong thời kỳ tích nƣớc đầy hồ ở cuối thời kỳ mùa lũ.
7. Cấu trúc luận án:

Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, luận án đƣợc trình bày trong ba chƣơng,
bao gồm:

4


Chƣơng 1: Tổng quan nghiên cứu vận hành hồ chứa đa mục tiêu. Chƣơng này
trình bày về tổng quan các phƣơng pháp quản lý vận hành hồ chứa; Phƣơng pháp lập
quy trình vận hành hồ chứa; Giới thiệu đặc điểm của lƣu vực nghiên cứu; Các nghiên
cứu về vận hành hồ chứa trên sơng Hồng từ đó xác định định hƣớng nghiên cứu;
Chƣơng 2: Cơ sở khoa học và thực tiễn xác định chế độ vận hành tích nƣớc trong
thời kỳ mùa lũ đối với hệ thống hồ chứa Hoà Bình và Sơn La. Nội dung chính của
chƣơng gồm có: Đánh giá những tồn tại trong quy trình vận hành hồ chứa Sơn La và
Hồ Bình trong thời kỳ mùa lũ; Khả năng cảnh báo, dự báo hạn ngắn và hạn vừa lũ
trên hệ thống. Qua những phân tích đánh giá đó, đƣa ra quan điểm về vận hành tích
nƣớc của hai hồ chứa, giải pháp vận hành ứng phó trong trƣờng hợp bất thƣờng;
phƣơng án tính tốn và lựa chọn cơng cụ tính tốn.
Chƣơng 3: Kết quả nghiên cứu chế độ vận hành trong thời kỳ tích nƣớc hạn chế
và phƣơng án vận hành ứng phó trong trƣờng hợp lũ bất thƣờng. Chƣơng này
trình bày kết quả tính tốn giới hạn tích nƣớc; đề xuất phƣơng án vận hành ứng phó
trong trƣờng hợp lũ bất thƣờng và vận hành thử nghiệm đánh giá tính hợp lý. Đề xuất
cơ chế vận hành tích nƣớc cho hệ thống hồ chứa bậc thang Hịa Bình và Sơn La trong
thời kỳ mùa lũ.

5


CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VẬN HÀNH HỒ
CHỨA ĐA MỤC TIÊU
1.1 Hồ chứa và vấn đề vận hành hồ chứa

Sự tăng trƣởng kinh tế, dân số, quá trình đơ thị hóa và cơng nghiệp hóa đã làm gia tăng
nhu cầu về nƣớc cho các mục đích khác nhau nhƣ cấp nƣớc cho sinh hoạt, công
nghiệp, nông nghiệp, phát điện… Để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về nguồn nƣớc
cũng nhƣ ứng phó với sự biến đổi khí hậu mạnh mẽ theo không gian và thời gian,
nhiều hồ chứa đã đƣợc xây dựng, nhƣ một biện pháp hiệu quả trong công tác quản lý
quy hoạch nguồn nƣớc và trở thành cơ sở quan trọng nhất để điều tiết phân bổ nguồn
nƣớc hợp lý giữa các mục đích khác nhau [1].
Hồ chứa là cơng trình trữ nƣớc nhân tạo, đƣợc xây dựng trên các khe suối, trên sông
bằng các đập chắn ngang sông. Hồ chứa là biện pháp thiết yếu trong hệ thống các cơng
trình điều tiết, nó có khả năng làm thay đổi sâu sắc chế độ dòng chảy sơng ngịi theo
thời gian và khơng gian. Chức năng chính của hồ chứa là điều tiết dịng chảy tự nhiên
nhằm thỏa mãn các nhu cầu khác nhau về nguồn nƣớc của các đối tƣợng sử dụng
nƣớc. Ngồi ra nó cịn có vai trị quan trọng đặc biệt trong cơng tác phịng chống lũ
đảm bảo an tồn cho hạ du.
Vận hành hồ chứa là một khâu trọng yếu trong quy hoạch và quản lý tài nguyên nƣớc.
Sau khi xây dựng hồ chứa, các hƣớng dẫn vận hành chi tiết đƣợc thiết lập nhằm hỗ trợ
cho ngƣời quản lý đƣa ra các quyết định hợp lý. Quy trình vận hành quy định lƣợng xả
từ lƣợng trữ tại một thời điểm nào đấy phụ thuộc vào trạng thái của hồ chứa, mức u
cầu cấp nƣớc và các thơng tin về lƣợng dịng chảy có thể đến hồ chứa. Bài tốn vận
hành cho hồ chứa đơn mục tiêu là quyết định quy trình tích, xả từ hồ chứa sao cho lợi
ích cho mục tiêu đó là tối đa.
Hầu hết các hồ chứa lớn hiện nay đều là hồ chứa lợi dụng tổng hợp. Tuy nhiên, các
mục tiêu cơ bản của hồ chứa thƣờng lại mâu thuẫn với nhau, có thể kể đến các mâu
thuẫn sau: (i)Mâu thuẫn giữa mục tiêu phòng lũ và phát điện: mâu thuẫn này xuất hiện
khi hồ kết hợp phục vụ phát điện và chống lũ, việc thoả mãn các mục tiêu phát điện
6


địi hỏi hồ phải đƣợc tích nƣớc càng nhiều càng tốt để tạo ra đầu nƣớc cao, trong khi
mục đích phịng lũ lại địi hỏi có đủ dung tích trống trong hồ; (ii) Mâu thuẫn giữa các

mục tiêu cấp nƣớc cho các đối tƣợng sử dụng: cấp nƣớc cho nông nghiệp đƣợc phân
phối dựa trên thời vụ, mùa hay tình hình mƣa, nắng trong khi u cầu phát điện địi hỏi
hồ vận hành dựa trên nhu cầu thay đổi theo ngày, tuần, hay mùa; (iii) Mâu thuẫn trong
cùng một mục tiêu: nhu cầu nƣớc và lƣợng nƣớc đến thƣờng không phải lúc nào cũng
thoả mãn theo thời gian, đòi hỏi việc tiết kiệm nƣớc cần đƣợc đặt ra trong khi vận
hành các hồ chứa.

Hình 1-1 Sự cần thiết của điều tiết dòng chảy đáp ứng yêu cầu của xã hội [2]
Đối với hệ thống hồ chứa, các quyết định vận hành cần đƣợc cân nhắc xem xét một
cách kỹ lƣỡng trên cơ sở cân đối lƣợng nƣớc trữ trong từng hồ chứa. Quy trình vận
hành đơn hồ phù hợp với hồ chứa đó nhƣng khơng đáp ứng đƣợc với mục tiêu liên hồ
chứa vì vậy cần có quy trình vận hành liên hồ chứa giải quyết các mâu thuẫn. Thiết lập
quy trình vận hành liên hồ chứa tìm ra giải pháp "thoả hiệp" giữa các mục tiêu là một
bài toán khó và cũng là chủ đề chính đƣợc nhiều nhà nghiên cứu trong, ngoài nƣớc
quan tâm giải quyết trong nhiều năm qua nhằm khai thác tối đa năng lực của hệ thống
hồ chứa.
Theo nhận định của Ủy Ban Đập Thế Giới (World Commision on Dams) [3], một
trong những nguyên nhân làm cho nhiều hệ thống hồ chứa lớn trên thế giới hoạt động
kém hiệu quả, không đáp ứng đƣợc yêu cầu đặt ra từ giai đoạn lập dự án là do những
7


cơng tác điều hành hệ thống. Vì vậy, cần phải quan tâm nghiên cứu xây dựng quy định
vận hành hồ chứa, hƣớng dẫn ngƣời điều hành hồ chứa giải quyết các mâu thuẫn, tìm
ra giải pháp thỏa hiệp giữa các mục tiêu nhằm nâng cao hiệu quả hệ thống, tối đa lợi
ích kinh tế và lợi ích xã hội, mơi trƣờng mà hồ chứa có thể đem lại trong thực tế hoạt
động.
Để khai thác sử dụng các hồ chứa lợi dụng tổng hợp với lợi ích cao nhất, các nhà khoa
học trên thế giới tập trung tìm ra quy tắc vận hành hợp lý, giải quyết các mẫu thuẫn
giữa các mục tiêu khác nhau nâng cao hiệu quả vận hành hồ chứa, từ các nghiên cứu

đơn giản lƣợng trữ cấp nƣớc của Rippl (1883) [4] đến các nghiên cứu phức tạp gần
đây vận hành tối ƣu hệ thống hồ chứa theo thời gian thực phục vụ đa mục tiêu của
Mehdipour và nnk (2012) [5]. Mặc dù đã đƣợc đầu tƣ nghiên cứu rất bài bản và chi
tiết từ các cơ quan quản lý khai thác sử dụng, nhiều nhà khoa học cũng đã sử dụng các
phƣơng pháp khác nhau để thiết lập quy tắc vận hành cho hệ thống hồ chứa nhƣng các
ứng dụng thành công chủ yếu gắn liền với đặc thù từng hệ thống, khơng có phƣơng
pháp luận, cơng cụ có thể dùng chung cho mọi hệ thống.
1.2 Phƣơng pháp quản lý và nguyên tắc vận hành hệ thống hồ chứa đa mục tiêu
1.2.1 Các phương pháp quản lý vận hành hệ thống hồ chứa
Trên thế giới, đã có nhiều nghiên cứu về điều hành lũ, điều phối cấp nƣớc, phát điện
và các lợi ích kinh tế khác của hồ chứa. Một trong những nghiên cứu chuyên sâu là
điều tiết hồ chứa, nhằm phân phối tài nguyên nƣớc cho các mục đích khác nhau [6].
Mỗi hệ thống hồ chứa khi hoạt động đều tuân thủ theo một quy trình đã đƣợc thiết lập
sẵn, trong đó có các quy tắc vận hành cho từng thời kỳ mà ngƣời quản lý phải tuân thủ
theo. Quy trình vận hành hồ chứa đƣợc thiết lập trong giai đoạn thiết kế kỹ thuật thơng
qua mơ hình mơ phỏng hoặc tối ƣu. Các quy tắc vận hành, đƣợc biểu diễn dƣới dạng
đồ thị hay bảng hƣớng dẫn theo mực nƣớc (dung tích) ứng với từng thời gian trong
năm [7] [8] đƣợc thể hiện trong biểu đồ điều phối, là căn cứ chính cho việc ra quyết
định khi vận hành hồ chứa. Vận hành theo các đƣờng cong quy tắc là một trong những
cách quản lý đơn giản và phổ biến nhất, nhằm hỗ trợ việc ra quyết định điều hành hồ
chứa của ngƣời quản lý [9].

8


Hiện nay, hầu hết tất cả các hồ chứa độc lập đều đƣợc quản lý vận hành theo biểu đồ
điều phối lập sẵn, đối với hệ thống hồ chứa đa mục tiêu có hai hƣớng quản lý chính là
quản lý vận hành theo biểu đồ điều phối cấp nƣớc và quản lý vận hành theo thời gian
thực.
Quản lý vận hành hồ chứa theo biểu đồ điều phối: vận hành theo biểu đồ điều phối

thì ngƣời quản lý ra quyết định dựa theo trạng thái mực nƣớc hồ tại thời điểm hiện tại
(so với các đƣờng quy tắc vận hành trong biểu đồ điều phối). Biểu đồ điều phối là căn
cứ chính cho việc ra quyết định hàng ngày khi vận hành hồ chứa (đối với hồ chứa độc
lập và các hồ chứa nằm trong hệ thống bậc thang). Quản lý vận hành theo cách này
thƣờng đƣợc sử dụng đối với hồ chứa độc lập đơn thuần chỉ có nhiệm vụ cấp nƣớc
phát điện và chống lũ cho bản thân công trình. Đối với hệ thống hồ chứa bậc thang
phát điện đã đƣợc nhiều nhà khoa học nghiên cứu phát triển các phƣơng pháp tối ƣu
hóa để xác định chế độ làm việc tối ƣu cho hồ chứa.
Quản lý vận hành hồ chứa theo thời gian thực: vận hành hồ chứa theo thời gian
thực là một phƣơng pháp mà quyết định vận hành tại một thời điểm nào đó tùy thuộc
vào trạng thái hệ thống tại thời điểm đó và thơng tin dự báo ở những thời đoạn tiếp
theo. Đây là phƣơng pháp quản lý hiện đại.
Khác với cách quản lý theo biểu đồ điều phối, quản lý vận hành theo thời gian thực,
các quyết định vận hành không chỉ căn cứ vào biểu đồ điều phối, trạng thái mực nƣớc
hồ và lƣu tại thời điểm ra quyết định mà còn phải dựa vào lƣu lƣợng nƣớc đến hồ hiện
tại và lƣu lƣợng dự báo trong tƣơng lại ở các thời điểm tiếp theo, đối với bài tốn
phịng lũ hạ du cần thêm dự báo mực nƣớc hạ du ở thời đoạn tiếp theo. Vì biểu đồ điều
phối đƣợc xây dựng là điều kiện tham chiếu để đảm bảo vận hành an tồn hồ chứa
theo nhiệm vụ thiết kế nên nó vẫn phải là căn cứ để điều chỉnh các quyết định vận
hành. Do dự báo dòng chảy đến hồ và diễn biến mực nƣớc hạ du có sai số nên Quyết
định vận hành tại thời điểm ra quyết định vẫn bị sai lệch và có thể mực nƣớc hồ vƣợt
ra khỏi các vùng của Biểu đồ điều phối (điều kiện tham chiếu), bởi vậy quyết định vận
hành vẫn phải điều chỉnh liên tục theo sự cập nhật của kết quả dự báo và chính vì thế
mới có tên gọi là vận hành theo thời gian thực.
Hệ thống các hồ chứa và cơng trình phân phối nƣớc đƣợc thiết lập nhƣ một hệ thống
tổng hợp. Các nghiên cứu theo hƣớng này, tập trung xây dựng các mơ hình mơ phỏng
9


kết hợp với dự báo để trợ giúp điều hành cho công tác quản lý vận hành. Một loạt các

mô hình mơ phỏng phục vụ cơng tác điều hành và quản lý hệ thống đã đƣợc phát triển:
các mơ hình mơ phỏng tính tốn dịng chảy trong hệ thống sơng nhƣ mơ hình thủy lực
1 chiều, 2 chiều, 3 chiều, họ mơ hình HEC (HEC-3,HEC-5, HEC-RAS; HEC
RESSIM) ....; mơ hình tính tốn và điều phối nguồn nƣớc lƣu vực (MIKE 11, MIKE
21, MIKE BASIN, ...). Quản lý hồ chứa theo mơ hình vận hành theo thời gian thực,
giúp ngƣời điều hành chọn đƣợc ra quyết định vận hành hợp lý nhất đem lại hiệu quả
tốt nhất nếu dự báo lũ đảm bảo yêu cầu.
1.2.2 Nguyên tắc vận hành hệ thống hồ chứa
1.2.2.1 Đ i với hệ th ng hồ chứa bậc thang
Nguyên tắc vận hành cho hệ thống hồ chứa đa mục tiêu bao gồm cấp nƣớc, phát điện
và kiểm sốt lũ … đƣợc tóm tắt trong Bảng 1-1. Các quy tắc cho hệ thống hồ chứa bậc
thang đơn mục tiêu cung cấp nƣớc chỉ đơn giản là trữ vào các hồ chứa trên cùng trƣớc,
và thấp nhất cuối cùng với mục tiêu là tối đa hóa số lƣợng nƣớc trữ trong hồ và giảm
thiểu lƣợng xả.
Bảng 1-1: Nguyên tắc vận hành hệ thống hồ chứa bậc thang [10]
Mục tiêu

Nguyên tắc trữ

Nguyên tắc xả

Cấp nƣớc

Tích đầy hồ trên cùng trƣớc

Xả hồ dƣới cùng trƣớc

Phịng lũ

Tích đầy hồ trên cùng trƣớc

Xả hồ dƣới cùng trƣớc

Dự trữ năng lƣợng

Tích đầy hồ trên cùng trƣớc

Xả hồ dƣới cùng trƣớc

Phát điện

Tối đa hóa lƣợng trữ trong hồ cho sản xuất năng lƣợng cao nhất

Giải trí

Cân bằng lƣợng trữ phục vụ giải trí với lƣợng xả

Đối với hệ thống hồ chứa đơn mục tiêu phòng lũ hạ du có gia nhập khu giữa (Hình
1-2) thì nguyên tắc tối ƣu là tích đầy hồ trên cùng trƣớc và khi có điều kiện tháo nƣớc
của hồ cuối cùng trƣớc tiên, nhằm kiểm soát đƣợc các trận lũ lớn hoặc lũ vƣợt thiết kế.
Một ngoại lệ, khi khả năng xả lũ của hồ hạ lƣu hạn chế thì cách tốt nhất là tích đầy hồ
thấp trƣớc, với mục tiêu nâng cao đƣợc mực nƣớc hồ hạ lƣu từ đó tăng khả năng xả
của tồn hệ thống, để tăng dung tích phịng lũ cho trận lũ sắp đến cho phép xả xuống
hạ du lƣu lƣợng lớn hơn lƣu lƣợng đến hồ.

10


Hình 1-2: Hệ thống hồ chứa bậc thang
Quy tắc điều hành chống lũ trong hệ thống hồ bậc thang là: khi cần cắt lũ, tích đầy hồ

thƣợng lƣu trƣớc, khi cần dung tích trống chuẩn bị điều tiết trận lũ sau thì xả trống hồ
hạ lƣu trƣớc. Quy tắc này giống quy tắc điều hành phát điện trình bày trong Bảng 1-1
là tích nƣớc tối đa vào hồ có cơng suất phát điện lớn nhất.
Vùng đƣợc bảo vệ chung thƣờng nằm ở hạ lƣu của toàn hệ thống, tuy nhiên nếu có
vùng bảo vệ riêng nằm ở hạ du một hồ khi đó ngƣời điều hành chống lũ phải cân nhắc
phân chia dung tích chống lũ của từng hồ để bảo vệ từng vùng.
1.2.2.2 Đ i với hệ th ng hồ chứa song song
Vận hành hệ thống hồ chứa song song (Hình 1-3) khác với hệ thống bậc thang ở chỗ
hồ chứa khơng đƣợc tích nƣớc từ dịng chảy đến nhỏ hay lợi ích từ việc chuyển nƣớc
từ hồ chứa khác nếu dịng chảy lớn do khơng có hồ chứa cùng nhánh sơng ở phía
thƣợng lƣu. Ngun tắc vận hành đƣợc trình bày tóm tắt trong Bảng 1-2. Những
ngun tắc này có xu hƣớng giúp các hồ hoạt động tốt trong các điều kiện khác nhau
có lẽ do dịng chảy mặt đến đáp ứng hiệu quả của từng hồ cho quyết định phân bổ lƣu
trữ nhƣ vậy [11].
Nguyên tắc điều hành kiểm soát lũ trong hệ thống hồ song song là cân bằng giữa dung
tích trống dành cho trữ lũ với lƣợng dòng chảy dự báo trên từng lƣu vực. Khi cần cắt
lũ sẽ giảm lƣợng xả xuống hạ du của hồ có dung tích cịn trống nhiều hơn và mƣa lũ
đến hồ nhỏ hơn. Khi cho phép tăng lƣu lƣợng xả xuống hạ du thì tăng ở hồ tích đầy
hơn và có dụ báo lƣợng mƣa lớn hơn trƣớc, đƣợc điều hòa bằng giảm lƣợng xả từ hồ

11


dự báo có mƣa nhỏ, để tổng lƣợng xả bé hơn hoặc bằng lƣu lƣợng cho phép (lƣu lƣợng
an toàn chống lũ).

Hình 1-3: Hệ thống hồ chứa song song
Bảng 1-2: Nguyên tắc vận hành hệ thống hồ chứa song song [11]
Mục tiêu

Nguyên tắc trữ

Nguyên tắc xả

Cấp nƣớc

Cân bằng khả năng xả từng thời Cân bằng khả năng tháo nƣớc
kỳ giữa các hồ
giữa các hồ.

Phịng lũ

Giữ dung tích trống phịng lũ ở
hồ chứa có lũ đến.

Dự trữ năng lƣợng

Cân bằng ƣớc tính lƣợng xả cho Vào cuối mùa, cân bằng ƣớc
thời kỳ phát năng lƣợng giữa các tính lƣợng xả nƣớc từ các hồ.
hồ.

Phát điện

Tối đa hóa lƣợng trữ trong hồ để sản xuất năng lƣợng tốt nhất.

Để vận hành theo ngun tắc này là hồn tồn khơng dễ, do mục tiêu của phòng lũ là
giảm lƣu lƣợng đỉnh lũ tại hạ du, giữ lại một phần nƣớc lũ ở hồ chứa. Tuy nhiên lũ đến
hồ thƣờng nhanh và khó dự báo đƣợc chính xác, vì vậy khó có thể cắt đúng đỉnh lũ.
Mặt khác, khi xảy ra lũ lớn đồng bộ trên tất cả các nhánh sông gây lũ đặc biệt lớn ở hạ
du thì cần thiết phải làm lệch đỉnh lũ bằng cách cho đỉnh lũ ở hạ du hồ A xuất hiện

nhanh hơn, đỉnh lũ ở hồ B chậm lại hoặc ngƣợc lại, để làm lệch thời gian xuất hiện đỉnh lũ
của các nhánh. Khi đỉnh lũ đi qua, xả nƣớc từ các hồ cũng cần đề phòng hiện tƣợng nƣớc

12


xả từ các hồ gối lên nhau, đạt lƣu lƣợng cực đại ở vùng cần bảo vệ tránh trƣờng hợp xảy
ra lũ chồng lên lũ.
Với hệ thống hồ song song, quy tắc chung nhất trong kiểm soát lũ là cân bằng dung
tích dành cho cắt lũ với lƣợng dịng chảy dự báo xảy ra trên từng lƣu vực, quy tắc
chung nhất trong phát điện là tích nƣớc tối đa vào hồ có sản lƣợng điện lớn nhất.
Điều hành tối ƣu là phối hợp hợp lý giữa các quy tắc kiểm soát lũ và phát điện. Trong
điều hành tác nghiệp hàng năm, ở thời đoạn xác định, khi có đủ số liệu thủy văn thực
đo và dự báo trung hạn, dùng các thuật tốn tối ƣu, có thể tính đƣợc lƣợng nƣớc cần
xả, hoặc cần tích lại cho từng hồ.
Theo Vũ Tất Uyên [12] trong bƣớc xây dựng quy trình vận hành hệ thống hồ chứa,
dựa vào số liệu thủy văn lịch sử, chỉ có thể phán đốn đƣợc quy mơ các trận lũ có thể
xảy ra ở từng thời kỳ trong mùa lũ. Do đó, điều có thể làm đƣợc là phân nhỏ kỳ lũ tại
các vùng cần bảo vệ ở hạ du các hồ, xác định quy mô lũ, dung tích cần thiết cho điều
tiết lũ trong từng kỳ lũ, trên cơ sở đó cho phép tích nƣớc tối đa vào hồ có sản lƣợng
điện lớn nhất theo từng kỳ lũ.
Thực tiễn điều hành hệ thống hồ chứa theo mơ hình vận hành hệ thống dựa vào kết
quả tính theo mơ hình mơ phỏng là cách làm hợp lý nhất, vì trong mơ phỏng số các
quy tắc điều hành đƣợc kiểm nghiệm lại kỹ càng và đƣợc làm cho tinh tế hơn. Trong
đa số trƣờng hợp kết quả tính mô phỏng rất gần với kết quả điều hành thực. Với hệ
thống hồ lớn, nguyên tắc điều hành cần đƣợc bổ sung thêm từ thực tiễn điều hành.
1.3 Tổng quan các phƣơng pháp xây dựng quy trình vận hành hệ thống hồ chứa
đa mục tiêu
Oliveira và Loucks (1997) [13] cho rằng vấn đề vận hành hệ thống hồ chứa đa mục
tiêu rất phức tạp vì liên quan đến nhiều biến số quyết định, bị chi phối bởi nhiều yếu tố

ngẫu nhiên, là khâu quan trọng trong quy hoạch và quản lý tài nguyên nƣớc. Các
phƣơng pháp xây dựng quy trình vận hành hồ chứa có thể tóm tắt thành ba nhóm chính
nhƣ sau:

13