Nghiên cứu công nghệ điều hành liên hồ chứa đảm bảo ngăn lũ, chậm lũ, an toàn vận hành hồ chứa và sử dụng hợp lý tài nguyên nước về mùa kiệt lưu vực sông ba

BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI CHƯƠNG TRÌNH KHCN CẤP NHÀ NƯỚC KC. 08 “Khoa học và công nghệ phục vụ phòng tránh thiên tai, bảo vệ môi trường và sử dụng hợp lý tài nguyên thiên nhiên”. Mã số KC08/06-10 BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CÔNG NGHỆ ĐIỀU HÀNH HỆ THỐNG LIÊN HỒ CHỨA ĐẢM BẢO NGĂN LŨ, CHẬM LŨ, AN TOÀN VẬN HÀNH HỒ CHỨA VÀ SỬ DỤNG HỢP LÝ TÀI NGUYÊN NƯỚC VỀ MÙA KIỆT LƯU VỰC SÔNG BA Mã số: KC.08.30/06-10 Cơ quan chủ trì đề tài: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Chủ nhiệm đề tài: PGS.TS. Nguyễn Hữu Khải 8884 H à N ộ i - 2 0 11 BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI CHƯƠNG TRÌNH KHCN CẤP NHÀ NƯỚC “Khoa học và công nghệ phục vụ phòng tránh thiên tai, bảo vệ môi trường và sử dụng hợp lý tài nguyên thiên nhiên”. Mã số KC08/06-10 BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CÔNG NGHỆ ĐIỀU HÀNH HỆ THỐNG LIÊN HỒ CHỨA ĐẢM BẢO NGĂN LŨ, CHẬM LŨ, AN TOÀN VẬN HÀNH HỒ CHỨA VÀ SỬ DỤNG HỢP LÝ TÀI NGUYÊN NƯỚC VỀ MÙA KIỆT LƯU VỰC SÔNG BA Mã số: KC.08.30/06-10 Chủ nhiệm đề tài Cơ quan chủ trì đề tài PGS.TS. Nguyễn Hữu Khải Bùi Duy Cam Ban chủ nhiệm chương trình KC08 Văn phòng các Chương trình Trần Đình Hợi Đỗ Xuân Cương Hà Nội - 2011 MỤC LỤC NỘI DUNG Các chữ viết tắt Danh mục bảng Danh mục hình CHƯƠNG I: MỞ ĐẦU 1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỀ TÀI 1.1.1. Tên đề tài 1.1.2. Mục tiêu của đề tài 1.1.3. Phạm vi nghiên cứu 1.1.4. Phương pháp nghiên cứu 1.1.5. Danh sách tập thể và cá nhân tham gia thực hiện đề tài 1.2 TỔNG QUAN VỀ CÁC NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT HỒ CHỨA 1.2.1. Các nghiên cứu ở nước ngoài 1.2.2. Các nghiên cứu ở trong nước 1.3. NGHIÊN CỨU VẬN HÀNH HỆ THỐNG HỒ CHỨA SÔNG BA 1.3.1. Các nghiên cứu về lưu vực và hồ chứa sông Ba 1.3.2. Các vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu CHƯƠNG II: ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN VÀ XÃ HỘI LƯU VỰC SÔNG BA 2.1. ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN 2.1.1. Vị trí địa lý 2.1.2. Đặc điểm địa hình 2.1.3. Đặc điểm địa chất, thổ nhưỡng 2.1.4. Đặc đ iểm thảm phủ thực vật TRANG 5 6 10 15 17 17 17 18 18 18 21 21 34 36 36 42 46 46 46 46 48 50 2.1.5. Đặc điểm khí hậu 2.1.6. Đặc điểm thủy văn 2.2. ĐIỀU KIỆN KINH TẾ-XÃ HỘI 2.2.1. Hiện trạng phát triển kinh tế-xã hội 2.2.2. Phương hướng phát triển kinh tế-xã hội 2.3. HỆ THỐNG HỒ CHỨA – VAI TRÒ VÀ MỤC TIÊU 2.3.1. Hệ thống liên hồ chứa sông Ba 2.3.2. Đánh giá vai trò của các hồ chứa sông Ba 2.3.3. Đánh giá m ục tiêu của các hồ chứa sông Ba 2.3.4. Đánh giá quy trình vận hành của các hồ chứa sông Ba CHƯƠNG III: XÂY DỰNG QUY TRÌNH VẬN HÀNH MÙA LŨ LIÊN HỒ CHỨA SÔNG BA 3.1. YÊU CẦU XÂY DỰNG QUY TRÌNH VẬN HÀNH LIÊN HỒ SÔNG BA MÙA LŨ 3.1.1. Đặc điểm mưa lũ sông Ba 3.1.2. Tình hình ngập lụt và thiệt hại do lũ ở sông Ba 3.1.3. Điều hành hồ chứa sông Ba trong đợt lũ tháng XI năm 2009 3.2. CƠ SỞ KHOA HỌC C ỦA VIỆC XÂY DỰNG QUY TRÌNH VẬN HÀNH LIÊN HỒ SÔNG BA MÙA LŨ 3.2.1. Lựa chọn phương pháp và kỹ thuật điều hành cho sông Ba 3.2.2. Xác định đầu vào cho hệ thống hồ chứa sông Ba 3.2.3. Xác định các ràng buộc trong vận hành hệ thống hồ chứa sông Ba 3.2.4. Mô phỏng vận hành liên hồ chứa sông Ba 3.2.5. Diễn toán lũ về hạ lưu 3.3. ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH VẬN HÀNH MÙA LŨ 3.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 51 59 69 69 75 80 80 82 83 83 88 88 88 90 93 95 95 97 109 112 133 144 148 CHƯƠNG IV: XÂY DỰNG QUY TRÌNH VẬN HÀNH LIÊN HỒ CHỨA SÔNG BA MÙA KIỆT 4.1. TÌNH HÌNH CẠN KIỆT NGUỒN NƯỚC SÔNG BA 4.1.1. Đặc điểm mùa cạn sông Ba 4.1.2. Phân vùng sử dụng nước 4.1.3. Khả năng cấp nước lưu vực sông Ba 4.2. CƠ SỞ KHOA HỌC XÂY DỰNG QUY TRÌNH VẬN HÀNH MÙA KIỆT LIÊN HỒ CHỨA SÔNG BA 4.2.1. Thiết lập bài toán điều hành mùa kiệt liên hồ chứa sông Ba 4.2.2. Xác định nhu cầu dùng nướ c lưu vực sông Ba 4.2.3. Xác định dòng vào liên hồ chưa sông Ba mùa kiệt 4.2.4. Kịch bản vận hành liên hồ chứa sông Ba mùa kiệt 4.2.5. Vận hành mùa kiệt liên hồ chứa sông Ba 4.2.6. Diễn toán dòng chảy về hạ lưu 4.3. XÂY DỰNG QUY TRÌNH VẬN HÀNH LIÊN HỒ SÔNG BA MÙA KIỆT 4.4. KẾT LUẬNCHƯƠNG 4 CHƯƠNG V: HỆ THỐNG CÔNG NGHỆ VÀ GIẢI PHÁP HỖ TRỢ ĐIỀU HÀNH 5.1. HỆ THỐNG CÔNG NGHỆ HỖ TRỢ ĐIỀU HÀNH 5.1.1. Thiết lập hệ thống công nghệ 5.1.2. Nghiên cứu ứng dụng mô hình dự báo mưa 5.1.3. Ứng dụng mô hình thủy văn dự báo dòng chảy đến hồ chứa và khu giữa 5.1.4. Ứng dụng mô hình mô phỏng điều hành liên hồ 5.1.5. Ứng dụng mô hình thuỷ lực diễn toán dòng chảy hạ lưu 5.1.6. Dự báo dòng chảy tháng 149 149 149 151 155 156 156 160 172 186 187 200 203 206 207 207 207 208 216 218 219 222 5.1.7. Nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ liệu của công nghệ vận hành liên hồ 5.1.8. Nghiên cứu ứng dụng mô hình thủy lực 2 chiều 5.1.9. Mô hình nước dùng 5.2. ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP HỖ TRỢ ĐIỀU HÀNH 5.2.1. Giải pháp trung tâm điều hành 5.2.2. Giải pháp về hệ thống quan trắc khí tượng thuỷ văn và môi trường 5.2.3. Giải pháp công trình và phi công trình 5.3. K ẾT LUẬN CHƯƠNG 5 CHƯƠNG 6: CƠ SỞ DỮ LIỆU 6.1. THIẾT KẾ CƠ SỞ DỮ LIỆU 6.1.1. Cấu trúc hệ thống-Giải pháp và yêu cầu kỹ thuật 6.1.2. Thiết kê cơ sở dữ liệu 6.1.3. Giải pháp và yêu cầu kỹ thuật 6.1.4. Xây dựng các mô đun của phần mềm “KC.08.30” 6.1.5. Hướng dẫn cài đặt phần mềm “KC.08.30” 6.2. GIỚI THIỆU TÍNH NĂNG VÀ HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG PHẦN MỀM CHƯƠNG 7 : CÁC KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 7.1. CÁC SẢN PHẨM KHOA HỌC CÔNG NGHỆ 7.1.1. Sản phẩm dạng II 7.1.2. Sản phẩm dạng III 7.2. HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ……………………………… TÀI LIỆU THAM KHẢO ………………………………… PHỤ LỤC ……………………………………………………… 225 230 235 241 241 245 249 257 258 258 258 259 261 262 264 269 277 277 277 282 283 285 288 294 CÁC CHỮ VIẾT TẮT NN&PTNT: Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn ĐHQG: Đại học Quốc gia KT-TV-HD: Khí tượng-Thủy văn-Hải dương ĐHKHTN: Đại học Khoa học tự nhiên KTTV: Khí tượng-Thủy văn TW: Trung ương LP: Quy hoạch tuyến tính DP: Quy hoạch động WDP: Quy hoạch động phi tuyến DPR: Quy hoạch động hồi quy SPD: Quy hoạch động ngẫu nhiên KT-XH: Kinh tế-Xã hội NMTĐ: Nhà máy thủy điện NLM: Công suất lắp máy MNDBT: Mực nước dâng bình thường MNC: Mực nước chết MNTL: Mực nước trước lũ. MNĐL: Mực nước đón lũ. VPL: Dung tích phòng lũ DBST: Dự báo số trị. DANH MỤC CÁC BẢNG Nội dung Bảng 2.1: Các trạm khí tượng trên lưu vực sông Ba Bảng 2.2: Đặc trưng nhiệt độ không khí ( o C) lưu vực Sông Ba… Bảng 2.3: Đặc trưng độ ẩm không khí (%) lưu vực Sông Ba Bảng 2.4: Lượng mưa tháng, năm bình quân nhiều năm lưu vực Sông Ba. Bảng 2.5: Lượng mưa ngày lớn nhất các trạm lưu vực sông Ba… Bảng 2.6: Lượng mưa trung bình nhiều năm lưu vực tại các tuyến công trình Bảng 2.7: Vận tốc gió ứng với các tần suất tại các trạm trên lưu v ực sông Ba Bảng 2.8: Lượng bốc hơi trung bình tháng trạm khí tượng trên lưu vực Sông Ba Bảng 2.9: Phân phối tổn thất bốc hơi lưu vực theo các tuyến công trình Bảng 2.10: Đặc trưng hình thái lưu vực sông Ba Bảng 2.11: Danh sách các trạm thủy văn trên lưu vực sông Ba Bảng 2.12: Kết quả tính tần suất dòng chảy năm lưu vực sông Ba Bảng 2.13: Đỉnh lũ lớn nh ất đã quan trắc tại các trạm thủy văn …… Bảng 2.14: Tần suất lưu lượng đỉnh lũ tại các trạm thủy văn ……… Bảng 2.15: Dòng chảy kiệt tại các trạm thủy văn Bảng 2.16:. Dòng chảy kiệt khảo sát tại một số vị trí Bảng 2.17: Độ đục bùn cát tháng năm bình quân trạm Củng Sơn Bảng 2.18: Thông số chính của bậc thang hồ chứa sông Ba Bả ng 3.1: Thống kê lượng mưa 1, 3 và 5 ngày lớn nhất Bảng 3.2: Lưu lượng lũ lớn nhất tại một số trạm trên lưu vực sông Ba Trang 51 53 53 56 57 57 58 59 59 60 62 63 66 66 67 67 68 81 88 89 Bảng 3.3: Tổng lượng lũ thực đo lớn nhất thời đoạn tại Củng Sơn Bảng 3.4: Diện tích và độ sâu ngập lụt ở hạ lưu sông Ba trong trận lũ X/1993 Bảng 3.5: Thiệt hại do ngập lũ vùng hạ lưu sông Ba Bảng 3.6: So sánh lũ XI/2009 với lũ lịch sử X/1993 và các con lũ lớn khác. Bảng 3.7: Tổng hợp thiệt hại do bão số 11/2009 gây ra tại các tỉnh Trung Bảng 3.8: Lưu lượng đỉnh lũ thiết kế tuyến công trình Bảng 3.9: Kết quả tính tổng lượng lũ thiết kế ứng với các tần suất Bảng 3.10: Kết quả tính toán PMP cho lưu vực sông Ba thời đoạn 24h Bảng 3.11: Kết quả tính toán PMF cho lưu vực sông Ba Bảng 3.12: Phân tích đồng bộ lũ giữa trạm Củng Sơ n và trạm Sông Hinh …. Bảng 3.13: Một số mực nước đặc trưng tại các hạ lưu sông Ba Bảng 3.14:. Mực nước trước lũ cho phép Bảng 3.15: Các cấp báo động lũ Bảng 3.16: Ngưỡng bắt đầu xả nước Bảng 3.17: Các kịch bản vận hành liên hồ chứa sông Ba Bảng 3.18: So sánh Q Củng Sơn vận hành lũ thực tế Bảng 3.19:. So sánh Q Củng Sơn vận hành lũ 5% Bảng 3.20: Một số ngưỡng lưu lượng Qcắt lũ Bảng 3.21: So sánh Q Củng Sơn vận hành lũ 5% Bảng 3.22: So sánh mực nước tại các vị trí khi hồ chứa vận hành lũ P=5% 90 91 91 93 94 99 100 102 102 104 111 121 121 123 127 130 130 131 133 141 Bảng 3.23: So sánh mực nước tại các vị trí khi hồ chứa vận hành lũ P=10% Bảng 3.24: So sánh mực nước tại các vị trí khi hồ chứa vận hành lũ thực tế Bảng 3.25: Điện năng các NMTĐ theo PA lựa chọn cho lũ P5% dạng 1993 Bảng 3.26: Điện năng các NMTĐ theo PA lựa chọn cho lũ P5% dạng 1988. Bảng 4.1: Lượng nước thiếu vào mùa khô t ại các vùng thuộc lưu vực sông Ba Bảng 4.2:. Lưu lượng nước sau khi phát điện được chuyển qua sông Côn Bảng 4.3: Phân phối theo tháng của lưu lượng nước chuyển qua sông Bàn Thạch Bảng 4.4: Thời vụ gieo trồng và thu hoạch của các loại cây trồng…. Bảng 4.5: Quá trình nhu cầu tưới năm 2007 của các vùng sử dụng nước lưu vực sông Ba Bảng 4.6: Kết quả d ự báo phân phối nhu cầu tưới năm 2020 theo tháng Bảng 4.7: Nhu cầu nước cho giao thông thủy và bảo vệ môi trường Bảng 4.8: Cơ cấu dùng nước tổng hợp lưu vực sông Ba năm 2007 Bảng 4.9: Kết quả tính phân phối theo tháng của nhu cầu dùng nước tổng hợp năm 2007 trên lưu vực sông Ba Bảng 4.10: Dự báo cơ cấu dùng nước lưu vực sông Ba năm 2020 Bảng 4.11: K ết quả dự báo phân phối nhu cầu nước tổng hợp năm 2020 theo tháng lưu vực sông Ba 141 141 143 143 154 155 155 161 164 164 166 167 168 170 171 [...]... Ba Do đó việc xây dựng một quy trình vận hành hệ thống liên hồ chứa sông Ba cho 2 mùa lũ và kiệt trở nên rất cấp thiết 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỀ TÀI 1.1.1 Tên đề tài Nghiên cứu xây dựng công nghệ điều hành hệ thống liên hồ chứa đảm bảo ngăn lũ, chậm lũ, an toàn vận hành hồ chứa và sử dụng hợp lý tài nguyên nước về mùa kiệt lưu vực sông Ba Mã số KC.08.30/06-10 Cơ quan chủ trì thực hiện: Trường Đại học... Trãi – Thanh Xuân – Hà Nội Chủ nhiệm Đề tài: PGS.TS Nguyễn Hữu Khải Thời gian thực hiện: 24 tháng (Từ tháng 01/2009 đến tháng 12/2010) 1.1.2.Mục tiêu của đề tài - Xây dựng quy trình vận hành liên hồ chứa lưu vực sông Ba - Xây dựng hệ thống công nghệ phục vụ điều hành liên hồ chứa lưu vực sông Ba đảm bảo ngăn lũ, chậm lũ và an toàn hồ chứa cũng như sử dụng hiệu quả nguồn nước cho các mục tiêu tổng hợp kinh... ban hành “Quy trình vận hành liên hồ chứa thuỷ điện Hoà Bình, Tuyên Quang, Thác Bà trong mùa lũ hàng năm, ban hành năm 2007” [17] Ngoài ra còn một loạt các nghiên cứu khác về vận hành hồ chứa Hoà Bình và hệ thống hồ chứa trên các lưu vực của Việt nam Công ty tư vấn Điện I (1991) đã nghiên cứu việc kết hợp phát điện và chống lũ hạ du và khai thác tổng hợp hồ chứa Hoà Bình Viện Quy hoạch và Quản lý nước. .. từng hồ chứa trong hệ thống để đảm bảo an toàn hồ chứa và hệ thống đê đồng bằng sông Hồng Viện khoa học Thuỷ lợi (2006) [1] đã thực hiện dự án xây dựng quy trình vận hành liên hồ chứa trên sông Đà và sông Lô đảm bảo an toàn chống lũ đồng bằng Bắc bộ khi có các hồ chứa Thác Bà, Hoà Bình, Tuyên Quang Trần Hồng Thái (2005) và Ngô Lê Long (2006) [11] bước đầu áp dụng thuật tối ưu hoá trong vận hành hồ ... trong điều hành liên hồ 1993 142 Hình 4.1: Ngã ba sông Hinh -Sông Ba, sau hồ sông Ba hạ 150 Hình 4.2: Hạ lưu sông Ba, tại Đập Đồng Cam 151 Hình 4.3: Các vùng sử dụng nước trên lưu vực sông Ba 152 Hình 4.4: Sơ đồ khối tổng quát bài toán .vận hành mùa kiệt 158 Hình 4.5: Cơ cấu dùng nước lưu vực sông Ba năm 2007 167 Hình 4.6: Biểu đồ phân phối theo tháng của nhu cầu dùng nước. .. cong quy tắc vận hành tối ưu liên hồ mùa kiệt 196 Hình 4.12: Kết quả tổng hợp vận hành tối ưu liên hồ sông Ba 197 Hình 4.13: Biểu đồ mực nước và dung tích hồ vận hành liên hồ mùa kiệt 1982-1983 198 Hình 4.14: Biểu đồ công suất mùa kiệt các NMTĐ trên sông Ba 199 Hình 4.15: Biên thủy triều mùa kiệt tại cửa Đà Rằng 200 Hình 4.16: Kết quả hiệu chỉnh mô hình thủy lực mùa kiệt 1983 201... bản vận hành mùa liệt liên hồ chứa sông Ba 187 Bảng 4.19: Lưu lượng xả qua các vị trí liên hồ sông Ba 197 Bảng 4.20: Công suất phát điện (Mw) liên hồ khi vận hành tối ưu 199 Bảng 4.21: Đặc trưng dòng chảy hạ lưu sông Ba khi điều hành tối ưu liên hồ chứa 202 Bảng 5.1: Các tùy chọn tham số hóa vật lý của 3 mô hình nghiên cứu 213 Bảng 5.2: Thời gian chảy truyền các đoạn sông. .. hội và môi trường của toàn hệ thống, đồng thời đáp ứng mục tiêu cụ thể của từng hồ chứa trong hệ thống 1.1.3 Phạm vi nghiên cứu Khu vực nghiên cứu là lưu vực sông Ba Đối tượng nghiên cứu là hệ thống hồ chứa thủy điện trên sông Ba, trong đó có 3 hồ đã hoạt động từ trước năm 2010 là hồ Ayun hạ (2000), Sông Hinh (2002), Sông Ba hạ (2009), 1 hồ mới hoạt động là hồ Krông H’năng (2010) và 1 tổ hợp hồ đang... hành chống lũ hồ chứa Hoà Bình được xây dựng khá chi tiết và liên tục được bổ sung hoàn chỉnh Kinh nghiệm vận hành hồ chứa Hòa Bình để điều tiết lũ trong các năm qua cho thấy, nó đã góp phần giữ được mực nước Hà Nội không vượt quá 13,0m, bảo đảm an toàn cho Hà Nội Nhiều công trình nghiên cứu về vận hành hồ chứa điều tiết lũ đã được tiến hành như quy trình vận hành hồ chứa Hoà Bình của Ban Chỉ đạo phòng... ThS Bộ Tài nguyên và Môi Tối ưu hóa vận hành liên trường hồ mùa kiệt Giải pháp lưới trạm KTTV 15 Hồ Việt Cường Viện Khoa học Thủy lợi ThS 16 Bùi văn Hữu KS Phần mềm quản lý cơ sở dữ liệu Viện Khoa học Thủy lợi Giải pháp công trình và phi công trình hỗ trợ vận hành 1.2 TỔNG QUAN VỀ CÁC NGHIÊN CỨU ĐIỀU TIẾT HỒ CHỨA 1.2.1 Các nghiên cứu ở nước ngoài Bước đầu là các phương pháp tính toán điều tiết hồ chứa, . Tên đề tài Nghiên cứu xây dựng công nghệ điều hành hệ thống liên hồ chứa đảm bảo ngăn lũ, chậm lũ, an toàn vận hành hồ chứa và sử dụng hợp lý tài nguyên nước về mùa kiệt lưu vực sông Ba Mã. TỔNG HỢP KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CÔNG NGHỆ ĐIỀU HÀNH HỆ THỐNG LIÊN HỒ CHỨA ĐẢM BẢO NGĂN LŨ, CHẬM LŨ, AN TOÀN VẬN HÀNH HỒ CHỨA VÀ SỬ DỤNG HỢP LÝ TÀI NGUYÊN NƯỚC. TỔNG HỢP KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CÔNG NGHỆ ĐIỀU HÀNH HỆ THỐNG LIÊN HỒ CHỨA ĐẢM BẢO NGĂN LŨ, CHẬM LŨ, AN TOÀN VẬN HÀNH HỒ CHỨA VÀ SỬ DỤNG HỢP LÝ TÀI NGUYÊN NƯỚC