12 ĐÁNH GIÁ SỰ ẢNH HƢỞNG ĐIỆN NĂNG CỦA CÁC HỒ CHỨA THỦY ĐIỆN TRÊN HỆ THỐNG SÔNG VU GIA – THU BỒN KHI GIAO THÊM NHIỆM VỤ PHÕNG LŨ TS Lê Hùng, ThS Tô Thúy Nga Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng[.]
ĐÁNH GIÁ SỰ ẢNH HƢỞNG ĐIỆN NĂNG CỦA CÁC HỒ CHỨA THỦY ĐIỆN TRÊN HỆ THỐNG SÔNG VU GIA – THU BỒN KHI GIAO THÊM NHIỆM VỤ PHÕNG LŨ TS.Lê Hùng, ThS.Tô Thúy Nga Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng Tóm tắt: Vận hành hệ thống hồ chứa thủy điện lƣu vực sông cho đảm bảo lợi ích mục tiêu phát điện hồ chứa đồng thời giảm thiểu thiệt hại lũ gây cho hạ du vấn đề thiết lƣu vực sông lớn Việt Nam nói chung lƣu vực sơng Vu Gia – Thu Bồn nói riêng Trong nghiên cứu chúng tơi phân tích vai trị điều tiết hồ thuỷ điện A Vƣơng, Đăk Mi 4, sông Tranh 2, sông Bung sông Bung đến ngập lụt hạ du sông Vu Gia - Thu Bồn Các kịch tăng thêm dung tích phịng lũ cho hồ chứa thuỷ điện đồng thời đánh giá thiệt hại sản lƣợng điện hồ Xây dựng giải pháp thỏa hiệp tối ƣu Pareto quan hệ tổn thất sản lƣợng điện khả tăng dung tích cắt lũ cho hạ du Đặt vấn đề Lƣu vực sông Vu Gia – Thu Bồn lƣu vực sông lớn Việt Nam, nhƣ lƣu vực sơng Miền Trung, hồ chứa thủy điện xây dựng lƣu vực với mục tiêu phát điện, cịn việc giảm lũ kết hợp, dung tích dùng cắt lũ khơng có khơng đáng kể, lƣu vực Vu Gia - Thu Bồn, có hồ chứa thủy điện lớn điều tiết năm, có hồ chứa vào vận hành nhƣ hồ A Vƣơng (F=682km2), ĐăkMi 4a (F=1125km2), sông Tranh (F=1100km2), có hồ chứa bậc thang sơng Bung sông Bung (F=335km2) sông Bung (F=1440km2) Bên cạnh quy trình vận hành cho hồ chứa năm 2010 Chính phủ ban hành quy trình vận hành liên hồ gồm hồ chứa thủy điện hồ A Vƣơng (vận hành năm 2009) hồ ĐăkMi 4a, Sông Tranh (vận hành năm 2011) Hình Mạng lưới sông Vu Gia – Thu Bồn hồ chứa thủy điện (Nguồn: ”Mơ hình thủy văn thủy lực phát triển đô thị thành phố Đà Nẵng”) 12 Các hồ chức thủy điện Miền Trung vận hành năm qua gây nhiều tranh luận, việc xã lũ nhƣ hồ A Vƣơng (2009) sông Tranh (2011) nhƣ vận hành mùa cạn nhƣ hồ ĐăkMi (năm 2011, năm 2912) Để khắc phục vấn đề trên, nghiên cứu chúng tơi tính tốn kịch tăng thêm dung tích phịng lũ 10%, 20%, 30% Vhi cho hồ chứa thuỷ điện đồng thời đánh giá sản lƣợng điện suy giảm tƣơng ứng hồ Xây dựng giải pháp thỏa hiệp tối ƣu Pareto quan hệ tổn thất sản lƣợng điện khả tăng dung tích cắt lũ cho hạ du Các kịch tính tốn Trong nghiên cứu chúng tơi tính tốn điều tiết lũ hệ thống hồ chứa giao thêm dung tích chống lũ hồ tƣơng ứng 10%, 20% 30% dung tích hữu ích hồ chứa điều tiết năm lƣu vực Vu Gia Thu Bồn đánh giá giảm sản lƣợng điện hồ chứa, ngập lụt hạ du a Điều tiết hệ thống hồ chứa cho mức độ giảm lũ hạ lưu lớn - Kịch điều tiết hồ chứa thủy điện lớn thƣọng nguồn lƣu vực Vu Gia Thu Bồn Sử dụng trận lũ lịch sử từ ngày 27/9/2009 đến ngày 2/10/2009 để đánh giá mức độ điều tiết hồ chứa thƣợng nguồn Vu Gia – Thu Bồn - Tính tốn điều tiết hệ thống hồ chứa ứng với dung tích phịng lũ 10%, 20%, 30% Vhi, cho giảm lũ hạ du lớn có thể, thể kết mực nƣớc giảm điểm kiểm soát, Hội Khách, Ái Nghĩa, Cẩm Lệ, Giao Thủy, Cao Lâu b Tổng sản lượng giảm tăng dung tích chống lũ bé - Tính tốn sản lƣợng điện ứng với trƣờng hợp tăng dung tích chống lũ 10%, 20%, 30% mực nƣớc trƣớc lũ tƣơng ứng với dung tích từ 1/9 đến 30/9, từ ngày 1/9 đến 31/10, từ 1/9 đến 31/11 Bảng Các thơng số hồ chứa thủy điện lưu vực Vu Gia – Thu Bồn Các thông số hồ chứa ĐăkMi 4aA A Vƣơng Sông Tranh Sông Bung Sông Bung Công suất thiết kế (MW) 148 210 190 100 156 Dung tích thiết kế (106m3) 312,38 729,2 94,3 510,8 MNDBT (m) 258 380 175 605 222,5 MNDGC (m) 258,2 382,2 178,5 608,11 228,11 MNC (m) 240 340 140 565 205 Cao trình ngƣỡng tràn (m): 242,5 363 161 363 210,5 Lƣu lƣợng lớn qua nhà máy (m3/s) 128 78,4 245 54,5 166 Số cửa van 6 Kích thƣớc (m x m) 14 x 16 14 x 16 16 x 16 14 x 16 12 x 12 343,55 (Nguồn: Quy trình vận hành hồ chứa thủy điện ĐăkMi 4aa, Sông Tranh 2, A Vương, Sông Bung sông Bung 4) Hiện lƣu vực Vu Gia – Thu Bồn có nhiều hồ chứa thủy điện lớn, nhỏ chọn hồ chứa điều tiết năm bao gồm: hồ chứa Sông Tranh 2, ĐăkMi 4a, A Vƣơng 13 sơng Bung 2, sơng Bung Hiện có hồ chứa thức vận hành đƣợc Chính phủ ban hành Quy trình vận hành liên hồ (A Vƣơng, ĐăkMi 4a sơng Tranh 2) Mơ hình mơ tối ƣu Vì lƣu vực Vu Gia Thu Bồn hồ chứa dung tích nhỏ, khơng có khả điều tiết cắt giảm lũ cho hạ du, nghiên cứu tơi đề xuất hàm mục tiêu nhƣ sau: Minimum Lượng xả xuống hạ du hồ chứa Qxảlũ Minimum (1) Maximum sản lượng điện phát nhà máy T T i 1 i 1 F Ei Maximize 9.81Qi H i t i / 10 Maximum (Mwh) (2) Để giải toán chúng tơi sử dụng kết hợp mơ hình mơ mơ hình tối ưu sau: - Mơ hình thủy văn NAM – MUSKINGUM, mơ hình đƣờng đơn vị dùng để tính tốn thủy văn xác định biên dịng chảy đến hồ chứa lƣu lƣợng nhập bên; - Mơ hình điều tiết hệ thống hồ chứa HEC-RESSIM, dùng để tính tốn kịch điều tiết hồ chứa theo mục tiêu để ra; - Mô hình MIKE FLOOD (Couple MIKE 11 MIKE 21) tính tốn ngập lụt mạng lƣới sơng Vu Gia – Thu Bồn, nhằm xác định mực nƣớc nút kiểm sốt; - Xây dựng chƣơng trình tối ƣu đa mục tiêu với mục tiêu điện phòng lũ (ứng với dung tích phịng lũ 10%, 20%, 30% thời điểm cho phép tích lũ đến mực nƣớc dâng bình thƣờng hồ sau ngày 30/9, 31/10, 30/11 Bước 1: Áp dụng mơ hình NAM, HMS dùng để xác định biên mơ hình xem tài liệu [1]; Bước Mơ hình vận hành điều tiết hồ chứa kết hợp với mơ hình truyền lũ Muskigum, chúng tơi sử dụng mơ hình HEC-RESSIM; Mơ hình HEC – RESSIM sản phẩm Trung Tâm Kỹ Thuật Thủy Văn (HEC), Viện Tài nguyên nƣớc, cục công binh Mỹ tính tốn vận hành hệ thống hồ chứa lợi dụng tổng hợp, (Cấp nƣớc, phịng lũ, phát điện), mơ mơ hình bao gồm mơ hình hoạt động hồ chứa, trình vận chuyển nƣớc hệ thống sơng Cấu trúc mơ hình bao gồm modun chính, Modun thiết lập lƣu vực: Watershed Setup, Modun mạng lƣới hồ chứa: Reservoir Network Modun mô (Simulation) 14 Hình Sơ đồ mạng lưới hồ chứa Vu Gia – Thu Bồn mơ hình HEC-RESSIM Hình 3a Đường trình lưu lượng đến xả lũ, Mực nước vận hành hồ sông Tranh (khi mực nước hồ ứng với dung tích 70% Vhi, 80% Vhi, 90%Vhi) Hình 3bcde Đường trình lưu lượng đến xả lũ, mực nước vận hành hồ A Vương, ĐăkMi 4, sông Bung sông Bung (khi mực nước hồ ứng với dung tích 70% Vhi, 80% Vhi, 90%Vhi) 15 Bảng Kết lưu lượng đến lưu lượng điều tiết hồ chứa dung tích chống lũ hồ 10%, 20%, 30% Vhi Qđến/Qxả Qđến/Qxả Qđến/Qxả Qđến/Qxả Qđến/Qxả phịng lũ Sơng A Vƣơng ĐăkMi 4a Tranh (m/3s) (m/3s) (m/3s) 10% Vhi 3706/2350 4784/4000 4107/2575 1068.6/750 3180/3200 20% Vhi 3706/1800 4784/3450 4107/2085 1068.6/600 3080.5/2500 30% Vhi 3706/1450 4784/3125 4107/1610 1068.6/485 2876.9/2075 Dung tích Sông Bung Sông Bung (m/3s) (m3s) Mực nƣớc hồ A Vƣơng ĐakMi 4a Sông tranh Sông Bung Sông Bung MNDBT 380 258 175 605 222.5 MN ứng với10Vhi 377.0 256.5 172.5 602.3 221 MN ứng với 20Vhi 373.9 254.9 169.9 599.6 219.5 MN ứng với 30Vhi 370.6 253.3 167 596.6 217.9 Bước 3: Mô hình MIKE FLOOD Mơ hình MIKE FLOOD mơ ngập lụt xác định mực nƣớc giảm trƣớc sau điều tiết điểm kiểm tra ứng với phƣơng án điều tiết Hình thức kết nối mơ hình MIKE 11 MIKE 21 sử dụng mô hình kết nối bên (kết nối theo hình thức đập tràn từ mạng lƣới sông chiều chảy tràn sang bãi hai chiều) Mơ hình MIKE 11: Thiết lập mơ hình mạng lưới sơng chiều Vu Gia – Thu Bồn với nút kiểm tra Hội Khách, Ái Nghĩa, Cẩm Lệ, Giao Thủy Cao Lâu Cẩm Lệ A VƣơngHội Cao Lâu Ái Nghĩa Khách Giao thủy SBung ĐakMi 4a Sơng Tranh Hình Hệ thống nút hồ chứa nút kiểm tra để kiểm định xác định thơng số mơ hình 16 Mơ hình MIKE 21: Để mơ q trình ngập lụt vùng đất ven sơng vùng đồng trũng, mơ hình thủy lực hai chiều đƣợc sử dụng làm công cụ tính tốn Q trình dịng chảy sơng mơ hình thủy lực chiều đảm trách Kết mơ mực nước trạm đo ứng với kịch sau: Bảng Mực nước mô vị trí có trạm đo mực nước theo kịch (mô trận lũ 2009), đơn vị m Vị trí Các kịch Hội Khách Ái Nghĩa Giao Thủy Cao Lâu Biên hồ chứa dòng chảy đến hồ 20.11 11.02 10.05 5.44 Điều tiết lũ với dung tích chống lũ 10% Vhi 18.97 10.84 9.945 5.313 Điều tiết lũ với dung tích chống lũ 20% Vhi 18.34 10.65 9.789 5.235 Điều tiết lũ với dung tích chống lũ 30% Vhi 17.87 10.51 9.65 5.16 Bƣớc 4: Xây dựng chƣơng trình tối ƣu với mục tiêu điện dung tích phịng lũ - Mơ hình tốn với mục tiêu phát điện cắt giảm lũ, đƣợc sử dụng phƣơng pháp quy hoạch động để giải, xây dựng thuật tốn chƣơng trình tính ngơn ngữ lập trình hƣớng đối tƣợng Delphi - Để đánh giá mức độ giảm sản lƣợng điện hồ chứa, giao thêm dung tích chống lũ, (chúng tơi tính tốn sản lƣợng điện ứng với kịch dung tích phịng lũ hồ chứa 10%, 20%, 30% thời điểm cho phép tích lũ đến mực nƣớc dâng bình thƣờng hồ sau ngày 30/9, 31/10, 30/11 - Tính tốn điện tồn liệu chuỗi dịng chảy hồ chứa sơng Tranh 2, Đăk Mi4 A Vƣơng, ứng với trƣờng hợp dung tích chống lũ 10%, 20%, 30% thời gian trì mực nƣớc ứng với dung tích chống lũ với trƣờng hợp cuối tháng 9, tháng 10 tháng 11 Bảng Kết tính toán chuỗi liệu từ năm 1977-2008 hồ chứa sơng Tranh Dung tích Tháng Dung tích phịng lũ Mực nƣớc hồ phòng lũ lớn trƣớc lũ (triệu m3) Vận hành theo biểu đồ điều phối T9 T 10 T 11 Điện lƣợng bình quân nhiều năm (triệu Kwh) Tỷ lệ % Thiệt hại sản lƣợng sản lƣợng điện thiệt điện hại 695.4 0% Vhi 175 716.78 10% Vhi 172.5 52.117 716.78 0.00 0.000% 20%Vhi 169.9 104.234 716.78 0.00 0.000% 30%Vhi 167 157.522 716.18 0.60 0.084% 10% Vhi 172.5 52.117 716.08 0.70 0.097% 20%Vhi 169.9 104.234 714.46 2.32 0.324% 30%Vhi 167 157.522 712.43 4.35 0.607% 10% Vhi 172.5 52.117 711.78 5.00 0.697% 17 20%Vhi 169.9 104.234 704.19 12.59 1.757% 30%Vhi 167 157.522 697.03 19.75 2.755% Hình Sản lượng điện tối ưu từ năm 1977-2008 hồ chứa sông Tranh 2, ứng với dung tích tối đa hồ chứa 31/10 70%Vhi, 80%Vhi, 90%Vhi, 100%Vhi Hình Mặt Pareto thỏa phần trăm điện lượng tăng thêm dung tích chống lũ hồ chứa thủy điện sơng Tranh hết ngày 31/10 Tƣơng tự nhƣ sông Tranh ta có kết hồ ĐăkMi 4a A Vƣơng nhƣ sau: Bảng Kết tính tốn chuỗi liệu từ năm 1976-2009 hồ chứa ĐăkMi 4a Mực Dung tích nƣớc phịng lũ hồ Dung tích phịng lũ Điện lƣợng bình Thiệt hại Tỷ lệ % sản lớn quân nhiều năm sản lƣợng lƣợng (triệu m3) (triệu Kwh) điện điện thiệt hại Vận hành theo biểu đồ điều phối 614.99 0% Vhi 258 614.89 10% Vhi 256.5 15.83 614.87 0.11 0.017% 20%Vhi 254.9 31.65 614.81 0.27 0.042% 30%Vhi 253.3 47.48 614.73 0.44 0.069% Tháng 10 10% Vhi 256.5 15.83 614.84 0.17 0.027% 20%Vhi 254.9 31.65 614.71 0.43 0.067% Tháng 18 ... ích hồ chứa điều tiết năm lƣu vực Vu Gia Thu Bồn đánh giá giảm sản lƣợng điện hồ chứa, ngập lụt hạ du a Điều tiết hệ thống hồ chứa cho mức độ giảm lũ hạ lưu lớn - Kịch điều tiết hồ chứa thủy điện. .. hành hồ chứa thủy điện ĐăkMi 4aa, Sông Tranh 2, A Vương, Sông Bung sông Bung 4) Hiện lƣu vực Vu Gia – Thu Bồn có nhiều hồ chứa thủy điện lớn, nhỏ chọn hồ chứa điều tiết năm bao gồm: hồ chứa Sông. .. lƣu vực Vu Gia Thu Bồn Sử dụng trận lũ lịch sử từ ngày 27/9/2009 đến ngày 2/10/2009 để đánh giá mức độ điều tiết hồ chứa thƣợng nguồn Vu Gia – Thu Bồn - Tính tốn điều tiết hệ thống hồ chứa ứng