Thạc Sĩ Mô hình vận hành điều tiết thời gian thực thời kỳ mùa lũ hệ thống hồ chứa trên sông Vu Gia – Thu Bồn

LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên tác giả bà y tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, đến các thầy
hướng dẫn GS. TS. Nguyễn Thế Hùng và GS. TS. Hà Văn Khối đã tận tình hướng
dẫn tác giả trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thiện Luận án.
Tác giả xin cảm ơn Trường Đại học Bách Khoa, Đạihọc Đà Nẵng, Ban Đào
tạo sau Đại học Đại học Đà Nẵng, Khoa Xây dựng Thủy lợi –Thủy điện, Phòng
Quản lý Sau đại học trường Đại học Bách Khoa đã tạo điều kiện thuận lợi cho tác
giả trong thời gian nghiên cứu và hoàn thành Luận án.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến quý thầy cô và các bạn đồng
nghiệp, đã đóng góp nhiều ý kiến thiết thực để tác giả hoàn thiện luận án.
Cuối cùng, với tình yêu từ đáy lòng, tác giả cảm ơn bố, mẹ, chồng, các anh
chị, em và hai con của tác giả, những người thân yêu tronggia đình đã luôn ở bên
cạnh tác giả, động viên tác giả về vật chất và tinh thần để tác giả vững tâm hoàn
thành luận án của mình.
TÁC GIẢ
3
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Trên hệ thống sông Vu Gia –Thu Bồn hiện có nhiềuhồ chứa đã, đang và sẽ
được xây dựng trên thượng nguồn (A Vương, sông Bung 2, Sông Bung 4, ĐăkMi 4,
sông Tranh ). Theo quy hoạch các hồ chứa này có nhiệm vụ phát điện là chính nên
phần dung tích dành cho cắt giảm lũ hạ du không lớn.
Sau khi có thêm các hồ chứa thượng nguồn chế độ lũ vàngập lụt hạ du sẽ bị
ảnh hưởng điều tiết của các hồ chứa này. Nếu có chế độ vận hành hợp lý sẽ có tác
động tích cực đối với vùng hạ du và vẫn đảm bảo được mục tiêu phát điện và an
toàn hồ chứa, trong trường hợp ngược lại sẽ có tác động tiêu cực và trong nhiều
trường hợp gây thiệt hại lớn cho vùng hạ du. Trong thực tế đã xảy ra tác động tiêu
cực do ảnh hưởng điều tiết của các hồ chứa thượng nguồn, đó là trường hợp lũ năm
2009 trên sông Vu Gia-Thu Bồn sau khi có hồ A Vương và trường hợp tương tự đối
với trận lũ 2010 trên sông Ba. Trường hợp xả lũ của hồ chứa A Vương, có lưu
lượng xả không vượt lưu lượng đến hồ, nhưng quá trình xả gây “sốc” cho hạ du do
lưu lượng xả tăng đột biến trong một thời gian ngắn. Trường hợp hồ Sông Hinh và
sông Ba Hạ cũng xảy ra tương tự, thậm chí lưu lượng xả còn lớn hơn lưu lượng đến
hồ ở khu vực đỉnh lũ.
Nguyên nhân của những tồn tại này là do các quy trình vận hành hồ chứa đã
ban hành là các quy trình cứng, chưa có các phương án cảnh báo và dự báo lũ phục
vụ vận hành theo thời gian thực cho hệ thống hồ chứa nói trên.
Hiện nay, nghiên cứu chế độ vận hành hệ thống hồ chứa theo thời gian thực
chưa được ứng dụng nhiều ở Việt Nam, đặc biệt là các hồ chứa thuộc khu vực miền
Trung. Do vậy, việc nghiên cứu chế độ vận hành theo thời gian thực có sử dụng mô
hình cảnh báo, dự báo lũ đối với hệ thống hồ chứa trên sông Vu Gia-Thu Bồn là rất
cần thiết và có ý nghĩa khoa học và thực tiễn.Đây là vấn đề khoa học cần được
nghiên cứu ứng dụng không phải chỉ với các hồ chứa trên hệ thống sông Vu GiaThu Bồn mà còn cần thiết với các hệ thống hồ chứa khác thuộc khu vực miền
4
Trung. Chính vì vậy, đề tài luận án được chọn để nghiên cứu là :“ Mô hình hình
vận hành theo thời gian thực thời kỳ mùa lũ hệ thống hồ chứa trên sông Vu Gia-Thu
Bồn”.
2. Mục tiêu nghiên cứu của luận án.
Đề tài này nghiên cứu xây dựng mô hình vận hành hệ thống hồ chứa theo
thời gian thực thời kỳ mùa lũ và ứng dụng cho hệ thống hồ chứa trên sông Vu Gia –
Thu Bồn nhằm nâng cao hiệu quả giảm lũ và không gây tác động tiêu cực cho vùng
hạ du, trong khi vẫn đảm bảo nhiệm vụ phát điện.
3. Nhiệm vụ nghiên cứu
(1) Phân tích, thiết lập bài toán vận hành hệ thống hồ chứa theo thời gian
thực;
(2) Nghiên cứu xây dựng mô hình cảnh báo, dự báo lũ đến các hồ chứa trên
hệ thống sông Vu Gia-Thu Bồn phục vụ vận hành hệ thống;
(3) Xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống trên cơ sở tích hợp các mô hình
mưa-dòng chảy, điều tiết hồ chứa, diễn toán lũ trên hệ thống sông phục vụ cho bài
toán vận hành theo thời gian thực cho hệ thống hồ chứa phòng lũ trên sông Vu Gia -Thu Bồn, nhằm xác định chế độ vận hành các hồ chứa thỏa mãn hai mục tiêu giảm
lũ cho hạ du và đảm bảo nhiệm vụ phát điện;
(4) Đánh giá khả năng ứng dụng trong thực tế vận hành các hồ chứa trên
sông Vu Gia-Thu Bồn và khả năng ứng dụng cho các hệ thống hồ chứa khác thuộc
khu vực miền Trung.
4. Phương pháp nghiên cứu
(1) Phương pháp phân tích, tổng hợp:Tổng hợp, phân tích các nghiên cứu
trong và ngoài nước liên quan đến lĩnh vực vận hành hồ chứa theo thời gian thực, từ
đó xác định hướng tiếp cậnkhoa học cho bài toán đặt ra.
(2) Phương pháp phân tích nguyên nhân hình thành: Trên cơ sở phân tích
đặc điểm mưa và sự hình thành lũ trên hệ thống sông, lựa chọn hoặc thiết lập mô
hình mô phỏng lũ phục vụ dự báo, cảnh báo lũ và vận hành hệ thống.
(3) Phương pháp phân tích hệ thống: Ứng dụng các mô hình toán thủy văn,
5
thủy lực đánh giá tác động của vận hành hệ thống hồ chứa phòng lũ, từ đó đề xuất
các kịch bản vận hành hợp lý và hiệu quả, làm cơ sở cho việc vận hành hệ thống hồ
chứa trên sông Vu Gia –Thu Bồn.
(4) Phương pháp kế thừa:Kế thừa các nghiên cứu đã có liên quan đến đề tài:
các tài liệu đo đạc địa hình lòng dẫn, các báo cáo quy hoạch phòng chống lũ lưu vực
sông Vu Gia-Thu Bồn, các báo về quy trình vận hành hồ chứa và các tài liệu liên
quan khác. Trên cơ sở lý thuyết mô hình (NAM, MUSKINGUM), xây dựng mô
hình mô phỏng lũ MOPHONG-LU cho khu vực thượng du và liên kết với mô hình
MIKE 11 có sẵn đối với vùng hạ du phục vụ cho bài toán vận hành hệ thống Vu Gia
–Thu Bồn.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
Ý nghĩa khoa học
Bài toán vận hành hệ thống hồ chứa theo thời gian thực là bài toán đa dạng
và phức tạp, cho đến nay các nghiên cứu về lĩnh vực này trên thế giới còn chưa đầy
đủ, đặc biệt các nghiên cứu này ở Việt Nam còn rất hạn chế. Hiện nay, phương pháp
vận hành hệ thống hồ chứa phòng lũ mới chỉ được nghiên cứu ứng dụng cho các hồ
chứa thuộc lưu vực sông Hồng, nhưng vẫn còn những tồn tại và hạn chế nhất định
và đang được các nhà khoa học phải tiếp tục nghiên cứu. Thựctế quản lý hồ chứa,
đặc biệt là quản lý lũ và hồ chứa đối với khu vực miền Trung đang rất cần nghiên
cứu phương pháp vận hành hồ chứa theo thời gian thực nhằm nâng cao hiệu quả cắt
giảm lũ và xả lũ an toàn cho vùng hạ du đồng thời điện năng mất đi không đáng kể.
Chính vì vậy, đề tài nghiên cứu "Mô hình vận hành điều tiết thời gian thực thời kỳ
mùa lũ hệ thống hồ chứa trên sông Vu Gia – Thu Bồn” sẽ góp phần phát triển
ngành khoa học vận hành hệ thống hồ thủy lợi tại Việt Nam, cũng như đóng góp
chosự phát triển chung của lĩnh vực phát triển nguồn nước trên thế giới.
Ý nghĩa thực tiễn
Đề tài này định hướng về giải pháp kỹ thuật với mục tiêu cụ thể là xây dựng
chương trình tính toán có khả năng hỗ trợ ra quyết định trong việc vận hành điều hệ
thống hồ chứa phòng lũ. Nghiên cứu bài toán vận hành theo thời gian thực thời kỳ
6
mùa lũ đối với sông Vu Gia-Thu Bồn sẽ là cơ sở khoa học cho việc bổ sung các quy
trình vận hành đã có và cũng là nghiên cứu điển hình có thể xem xét áp dụng cho
những lưu vực sôngkhác thuộc khu vực miền Trung. Mô hình mô phỏng mà tác giả
xây dựng có thể áp dụng cho công tác dự báo lũ và vận hành an toàn các hồ chứa
phòng lũ trên lưu vực sông Vu Gia-Thu Bồn.
6. Phương pháp tiếp cận khoa học
(1) Trên cơ sở lý thuyết và mô hình đãcó, xây dựng một mô hình mô phỏng
dự báo lũ từ mưa và vận hành hệ thống hồ chứa cho vùng thượng du. Mô hình được
kết nối với khu vực hạ du được mô phỏng bằng mô hình có sẵn MIKE 11. Mô hình
tính toán điều tiết lũ được liên kết trong mô hình mô phỏng hệ thống theo thời gian
thực.
(2) Trên cơ sở mô hình được thiết lập và các kết quả dự báo mưa3 đến5
ngày do Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn cung cấp hàng ngày, sẽ kéo dài thời
gian dự báo lũ đến3 đến5 ngày. Từ đó xem xét các kịch bản vận hành hệ thống hồ
chứa để khắc phục những hạn chế của quy trình vận hành liên hồ chứa đã ban hành
do hạn chế về thời gian dự báo lũ.
(3) Với công cụ mô hình mô phỏng đã thiết lập, xây dựng một quy trình vận
hành theo thời gian thực nhằm nâng cao hiệu quả cắt giảm lũ,xả lũ an toàn và đảm
bảo an toàn tích nước cho nhiệm vụ phát điện và cấp nước hạ du.
7. Những đóng mới của luận án
(1) Thiết lập được chương trình tính cho mô hình mô phỏng (MOPHONGLU) tích hợp được ba mô hình : mô hình mưa dòng chảy, mô hình vận hành hồ
chứa và diễn toán lũ trong sông cho vùng thượng du sông Vu Gia –Thu Bồn phục
vụ cho dự báo lũ với thời gian dự kiến từ 3 đến 5 ngày làm cơ sở cho việc xác định
chế độ vận hành hồ chứa theo thời gian thực.
(2) Lần đầu tiên xây dựng được phương pháp vận hành hồ chứa theo thời
gian thực cho hệ thống hồ chứa trên lưu vực sông Vu Gia –Thu Bồn thời kỳ mùa lũ
một cách đầy đủ, có khả năng ứng dụng trong thực tế.
7
(3) Trên cơ sở nghiên cứu các phương án vận hành hệ thống hồ chứa phòng
lũ,đã đề xuất phương án tăng dung tích phòng lũ và chế độ vận hành hợp lý nhằm
nâng cao hiệu quả cắt giảm lũ cho hạ du, với điện năng mất đi không đáng kể là cơ
sở cho việc bổ sung quy trình liên hồ chứa đã được phê duyệt.
8. Cấu trúc luận án :
Ngoài hai phần mở đầu và kết luận, kiến nghị đề tài gồm 4 chương:
-Chương 1. Tổng quan các nghiên cứu về vận hành hệ thống hồ chứa theo
thời gian thực.
-Chương 2. Cơ sở khoa học và thực tiễn thiết lập bài toán vận hành hồ chứa
theo thời gian thực thời kỳ mùa lũ cho hệthống hồ chứa trên sông Vu Gia-Thu Bồn.
-Chương 3. Thiết lập mô hình mô phỏng phục vụ dự báo lũ và vận hành hệ
thống hồ chứa theo thời gian thực cho hệ thống hồ chứa trên sông Vu Gia –Thu
Bồn.
-Chương 4. Đề xuất phương án dung tích phònglũ và chế độ điều tiết cắt
giảm lũ hạ du sông Vu Gia – Thu Bồn theo hướng vận hành hệ thống hồ chứa
phòng lũ theo thời gian thực.
8