CHUYÊN ĐỀ VẬN HÀNH HỒ CHỨA NƯỚC

Tổng lượng dòng chảy mặt trên các sông ngòi ở các quốc gia trên Thế giới là 55 Tm3 (55 triệu km3); tổng lượng nguồn nước mặt đang khai thác là 9 Tm3. Tổng dung tích hồ chứa trên Thế giới là 7 Tm3 (số liệu năm 2007, trong đó 98% trữ trong các hồ chứa lớn), tương đương 12,7%. Nếu chỉ tính dung tích hữu ích của tất cả các hồ chứa (4 Tm3) thì chiếm 7,3%. Trung Quốc với 98.460 hồ chứa với dung tích 900 tỷ m3 trên tổng lượng dòng chảy năm là 2.800 tỷ m3, khả năng trữ của hồ chứa đạt 32%. Thổ Nhĩ Kỳ con số này là 106% (do tính cả lượng nước giữ lại do băng tuyết trên núi). So với một số nước, lượng nước trong hồ chứa của Việt Nam khá khiêm tốn, khoảng 8%. Thời điểm năm 2020, tổng dung tích các hồ chứa ở Việt Nam là 70,5 tỷ m3 (bao gồm cả các hồ chứa thuỷ điện) trên tổng lượng dòng chảy năm là 836 tỷ, như vậy khả năng trữ nước hồ chứa của Việt Nam khoảng 8% dòng chảy tự nhiên. Nếu không tính vùng ĐBSCL (nơi không có hồ chứa lớn) thì tỷ lệ trữ nước của hồ chứa là 18%, bằng 104% nhu cầu nước ở các vùng có hồ chứa (về lý thuyết). Nếu tính lượng dòng chảy bình quân đầu người thì của Việt Nam khá lớn, lớn hơn cả Mỹ và Trung Quốc (hình 2). Mặt khác, 90% lượng dòng chảy ở Việt Nam tập trung vào mùa mưa, chỉ giữ lại được chưa đến 10% dòng chảy để sử dụng cho mùa khô.

HỘI ĐẬP LỚN VÀ PHÁT TRIỂN NGUỒN NƯỚC VIỆT NAM VẬN HÀNH HỒ CHỨA Lớp bồi dưỡng kiến thức quản lý an tồn đập Vai trị hồ chứa an ninh nguồn nước • Tổng lượng dịng chảy mặt sơng ngịi quốc gia Thế giới 55 Tm3 (55 triệu km3); tổng lượng nguồn nước mặt khai thác Tm3 Tổng dung tích hồ chứa Thế giới Tm3 (số liệu năm 2007, 98% trữ hồ chứa lớn), tương đương 12,7% Nếu tính dung tích hữu ích tất hồ chứa (4 Tm3) chiếm 7,3% • Trung Quốc với 98.460 hồ chứa với dung tích 900 tỷ m3 tổng lượng dòng chảy năm 2.800 tỷ m3, khả trữ hồ chứa đạt 32% Thổ Nhĩ Kỳ số 106% (do tính lượng nước giữ lại băng tuyết núi) So với số nước, lượng nước hồ chứa Việt Nam khiêm tốn, khoảng 8% • Thời điểm năm 2020, tổng dung tích hồ chứa Việt Nam 70,5 tỷ m3 (bao gồm hồ chứa thuỷ điện) tổng lượng dòng chảy năm 836 tỷ, khả trữ nước hồ chứa Việt Nam khoảng 8% dịng chảy tự nhiên Nếu khơng tính vùng ĐBSCL (nơi khơng có hồ chứa lớn) tỷ lệ trữ nước hồ chứa 18%, 104% nhu cầu nước vùng có hồ chứa (về lý thuyết) • Nếu tính lượng dịng chảy bình qn đầu người Việt Nam lớn, lớn Mỹ Trung Quốc (hình 2) Mặt khác, 90% lượng dịng chảy Việt Nam tập trung vào mùa mưa, giữ lại chưa đến 10% dòng chảy để sử dụng cho mùa khô Nguyên tắc vận hành hồ chứa • Vận hành hồ chứa phải đảm bảo cơng trình thực nhiệm vụ thiết kế hồ (cấp nước tưới; phát điện; kiểm soát lũ; cải tạo mơi trường), phải đảm bảo an tồn cho cơng trình khơng gây hậu cho hạ du • Nguyên tắc chung để vận hành hồ chứa cân cách khôn ngoan nước vào hồ khỏi hồ cho mực nước hồ không phép vượt mực nước lũ kiểm tra vào mùa lũ; không thấp mực nước chết mùa kiệt Ngoài ra, yêu cầu quan trọng hồ chứa kiểm soát ngập mùa lũ cho vùng hạ du tạo dịng chảy mơi trường mùa khơ Do dịng chảy vào hồ yếu tố bất định, tuỳ thuộc nhiều vào khách quan Vì vậy, để vừa bảo đảm an toàn cho đập mùa lũ, lại kiểm sốt lũ hạ du mơt thách thức quốc gia MỘT SỐ KHÁI NIỆM - Điều tiết ngày - Điều tiết năm - Điều tiết nhiều năm - Đơn hồ - Liên hồ Nguyên tắc điều tiết hồ chứa có tràn tự Dòng chảy tối thiểu: Dòng chảy mức thấp cần thiết để trì dịng sơng đoạn MỘT SỐ KHÁI NIỆM sông, bảo đảm phát triển bình thường hệ sinh thái thủy sinh bảo đảm mức tối thiểu cho hoạt động khai thác, sử dụng tài nguyên nước đối tượng sử dụng nước theo thứ tự ưu tiên xác định quy hoạch lưu vực sông Hiện xác định dịng chảy tối thiểu theo Thơng tư 64/2017/TT-BTNMT [1] : Đường phòng phá hoại [2] : Đường hạn chế cấp nước [3] : Đường phòng lũ B: Vùng cấp nước bình thường C: Vùng cấp nước gia tăng D: Vùng xả lũ bình thường E: Vùng xả lũ lớn Ví dụ Biểu đồ điều phối hồ chứa nước KINH NGHIỆM VẬN HÀNH HỒ CHỨA Ở TRUNG QUỐC Theo cách đánh giá Trung Quốc: Hồ chứa phải có Phần cứng tốt, Phần mềm tốt Bảo trì tốt A- Đập có phần cứng tốt: 1- Có cửa van để chủ động xả lũ 2- Có cửa xả cát để trì dung tích hồ 1- Đập tràn có cửa van; 2- Có cửa xả cát; 3- Có tràn cố; 4- Có đầy đủ hệ thống quan trắc, giám sát 3- Có tràn cố để xử lý khẩn cấp 4- Có thiết bị giám sát trạm đo lượng mưa, trạm mực nước, video giám sát, v.v KINH NGHIỆM VẬN HÀNH HỒ CHỨA Ở TRUNG QUỐC •B- Đập có phần mềm tốt •1- Kế hoạch vận hành hồ chứa có chuẩn bị hay khơng? •2- Cơ quan quản lý hồ chứa có tiến hành diễn tập điều độ hồ chứa theo phương án vận hành điều độ hồ chứa khơng? Quy trình vận hành hồ/liên hồ phải phê duyệt công bố rộng rãi •3- Nhân viên quản lý vận hành hồ chứa có vận hành cửa, thiết bị đóng mở, theo quy định hướng dẫn vận hành liên quan khơng? •4- Liệu người có trách nhiệm mô tả lời thời gian nội dung diễn tập hay khơng, v.v Flood control emergency response exercise KINH NGHIỆM VẬN HÀNH HỒ CHỨA Ở TRUNG QUỐC C- Đập bảo trì tốt Đập, tường chắn sóng, mái thượng lưu tình trạng tốt Cống lấy nước Tràn xả lũ thiết bị vận hành Thiết bị phục vụ quản lý, vận Flood control emergency response exercise Thiết bị quan trắc lắp đập Các biển báo, cảnh báo KINH NGHIỆM NHẬT BẢN Quản lý an toàn đập đánh giá qua mặt: (1) Kiểm soát xả nước (bao gồm kiểm soát việc xả lũ bảo đảm an tồn cho đập kiểm sốt xả lũ bảo đảm an toàn cho hạ du); (2) Mỗi đập có QTVH bắt buộc phải tuân thủ nhằm đạt mục đích thiết kế Những nội dung QTVH phải bao gồm: (i)Quy trình tích nước, cấp nước xả lũ; (ii)Quan trắc xử lý số liệu quan trắc cơng trình; (iii)Quan trắc KTTV chun dùng bảo trì cơng trình; (iv)Quy định cảnh báo dân cư vùng hạ du trước xả lũ; (v)Quy định trách nhiệm bên liên quan quản lý an toàn đập Luật Tài nguyên nước Nhật quy định phải thành lập Hội đồng người sử dụng nước Hội đồng bao gồm: quan quản lý nguồn nước hộ dùng nước vào mùa kiệt Hội đồng thuơng thảo với người dùng nước biện pháp sử dụng nước tiết kiệm dự đoán nước đến bị thiếu hụt Hội đồng người sử dụng nước xác định lượng nước cần tiết kiệm hộ sử dụng cho phù hợp với lượng nước hồ chứa có Đây phần hoạt động quản lý rủi ro thiên tai Về mùa lũ, Chủ đập cần cảnh báo cho cư dân quan vùng hạ lưu thông tin sau: -Xả tràn (1h trước xả); Theo kinh nghiệm Nhật Bản, mưa khu vực hồ chứa 30mm/giờ 80mm/ngày, tổ chức khai thác hồ chứa phải đặt tình trạng báo động -Khi tăng mức xả so với thông thường làm mực nước hạ lưu tăng đột ngột (1h trước xả) Trong phương pháp tỷ lượng (Hình 6d) lưu lượng xả lũ tăng dần theo góc nhỏ góc dốc đường cong q trình lũ vào hồ Góc dốc tính tốn cho hồ dựa phân tích mặt cắt điểm chuẩn hạ lưu hồ cho trình xả lũ ban đầu mực nước không dâng đột ngột 30 đến 50 cm vòng 30 phút tùy vào điều kiện cụ thể Điều đảm bảo cho đứa trẻ lội lịng sơng kịp lên bờ trước nước ngập tới đầu hay tàu thuyền, cầu phao, ngầm tràn cơng trình sơng không bị ảnh hưởng tiêu cực trước người nhận nguy hiểm tác động xả lũ để kịp lánh nạn Khi lũ đạt đỉnh lưu lượng xả số để cắt giảm lượng nước hạ du phòng chống ngập lụt -Khi xả lũ khẩn cấp (1h trước xả) chủ đập cần thông báo cho cư dân quan vùng hạ du biện pháp phù hợp Với cư dân loa, còi Với quan văn (qua facimile, email) Gần cịn sử dụng thơng báo/cảnh báo điện thoại di động Thành tựu vận hành hồ chứa Việt Nam Cấp nước Hiện nước có 6.750 hồ chứa thủy lợi với tổng dung tích trữ Cắt giảm lũ: Với 11 liên hồ chứa lớn (với tổng dung tích khoảng 53 tỷ m3) gồm: sơng Hồng, Mã, Cả, Hương, Vu Gia-Thu Bồn, Trà khoảng 14,5 tỷ m3 tạo nguồn nước tưới cho gần 1,1 triệu Khúc, Kôn-Hà Thanh, Ba, Sê San, Srê Pốk Đồng Nai, đất nông nghiệp, cấp khoảng 1,5 tỷ m3 nước cho sinh hoạt, công tổng cộng 129 hồ chứa thủy điện, thủy lợi lớn nhỏ tham nghiệp, giữ vai trò quan trọng phát triển ngành nông gia điều tiết, vận hành để cắt giảm lũ cấp nước mùa nghiệp kinh tế khô - Về mùa khô, tổng lượng nước mà hồ chứa thuỷ điện xả xuống hạ du 11 lưu vực sông lớn mùa cạn khoảng 53 tỷ m3, riêng khu vực Miền trung Tây nguyên hồ xả xuống hạ du khoảng 15,4 tỷ m3 Các hồ chứa bậc thang sông Đà hàng năm Với lưu vực sơng Hồng-Thái Bình khả cắt giảm lũ có chu kỳ lặp lại nhỏ 300 năm, giữ mực nước sông Hồng Hà Nội không vượt q cao trình 13,1m kiểm sốt trận lũ Sơn Tây có chu kỳ lặp lại nhỏ 500 năm, giữ mực nước sông Hồng Hà Nội xả 5-7 tỷ m3 (thường đợt/năm) để cấp nước cho vụ Đông- không vượt cao trình 13,4m Tổng dung tích phịng lũ Xn[ Nguồn: Báo cáo Quy hoạch thiên tai thuỷ lợi đến 2030 10 lưu vực sơng cịn lại 3,9 tỷ m3, chiếm 22,2% tổng tầm nhìn đến 2045, Viện Quy hoạch thuỷ lợi.] cho đồng Sơng dung tích hữu ích tối đa đạt tỷ m3, chiếm 28% Hồng Thách thức vận hành hồ chứa Việt Nam 1- Việc hệ thống sơng có nhiều hồ chứa chủ sở hữu khác quản lý (thuỷ lợi, thuỷ điện,…) khơng có phần mềm vận hành chung để phối hợp với cách khoa học (ví dụ: hồ xả trước, hồ xả sau,….) gây khó khăn lớn đạo phòng chống lũ 2- QTVH liên hồ vấn đề có nhiều ý kiến Hiện quy trình vận hành liên hồ chứa Việt Nam dựa vào mực nước điểm chuẩn (thường vị trí trạm quan trắc thủy văn hạ du) để định phương thức điều tiết hồ thượng lưu 3- Việc định cắt giảm lưu lượng lũ hồ giai đoạn vận hành trở nên phức tạp, không quán phụ thuộc vào trường hợp, độ lớn lũ khơng dễ chuẩn hóa phương pháp vận hành 4- Biến đổi khí hậu thiên tai Vài năm gần đây, tác động tiêu cực biến đổi khí hậu gây thiên tai liên tục nước ta Lũ lớn xảy miền Trung vào năm 2015, 2016, 2017 năm 2020 gây nhiều khó khăn cho việc vận hành hồ chứa, trước nguy an toàn đập phải xả lũ bất thường, dư luận đánh giá không hiệu hồ chứa 5- Quan trắc dự báo Năng lực dự báo mưa dịng chảy đóng vai trị quan trọng công tác vận hành điều tiết hồ chứa Việc dự báo lượng mưa ngắn hạn hàng đến trung hạn vài ngày cho phép tính tốn lưu lượng dòng chảy hồ tương lai thơng qua mơ hình mưa rào-dịng chảy Quy mơ lũ, tổng lượng đỉnh lũ, biết trước để định vận hành hạ mực nước hồ phòng lũ Thách thức vận hành hồ chứa Việt Nam 6- Cơng cụ tính tốn hỗ trợ vận hành Hiện đa số hồ đập lớn, hệ thống liên hồ chưa có cơng cụ phần mềm tính tốn chun dụng để vận hành theo u cầu qui trình Hầu hết đơn vị vận hành hồ đập cơng cụ tính tốn đơn giản dạng bảng tính (do tư vấn đơn vị tự lập ra) Để vận hành hồ chứa, đặc biệt hệ thống liên hồ chứa Việt Nam, cần có công cụ hệ thống kỹ thuật để vận hành theo u cầu quy trình Sau có thông tin thời tiết lượng mưa cần xử lý thơng tin mơ hình tốn để tính tốn dự báo lưu lượng hồ Việc khơng có cơng cụ để vận hành hiệu quả, an toàn khiến nhiều chủ hồ vận hành theo cách "lái mù" tức có thơng tin mực nước vận hành lũ nguyên nhân rủi ro lớn vận hành hồ đập khiến nhiều cố xảy 7- Nhân lực chất lượng cao hỗ trợ vận hành Ở nước, Ban QL lưu vực sơng có quan chun mơn hỗ trợ chủ đập tính tốn kịch vận hành Ở Việt Nam chưa có quy định pháp luật tham gia Viện Trường việc hỗ trợ vận hành hồ chứa, liên hồ chứa Mặc dù việc triển khai thực tế TÍNH DỊNG CHẢY ĐẾN HỒ TÍNH DỊNG CHẢY ĐẾN HỒ Ngun lý tính tốn: Ngun lý tính tốn khôi phục lưu lượng đến hồ chứa giai đoạn vận hành dựa vào phương trình cân nước sử dụng quan hệ địa hình lòng hồ Z~V, Z~F quan hệ mực nước ~ lưu lượng (Z~Q) hạ lưu đập Phương pháp tính tốn: Dựa phương trình cân nước tính tốn xác định q trình lưu lượng đến hồ theo tài liệu quan trắc mực nước hồ tài liệu quan trắc lưu lượng nước khỏi hồ chứa Các bước tính tốn tham khảo TCVN 10778:2015- Hồ chứa nước- Xác định mực nước đặc trưng TÍNH DỊNG CHẢY ĐẾN HỒ (I1) Lượng mưa lưu vực hồ chứa (đo đạc); (I2) Nước ngoại lai vào hồ chứa (đo đạc-nếu cần thiết); (I3) Lượng nước ngấm đất cấp cho hồ chứa (đại lượng khó xác định- cần tìm) (O1) Bốc mặt nước hồ chứa (chuyển đổi từ số bốc chậu sang bốc mặt nước); (O2) Tổn thất ngấm lịng hồ thấm qua đập (có thể bỏ qua) (O3) Tổn thất rò rỉ qua cống lấy nước (có thể bỏ qua nhỏ) (O4) Lượng nước lấy khỏi hồ qua cống (đo đạc lấy theo biểu đồ cấp nước) (O5) Lượng nước chảy qua tràn (đo đạc mực nước tràn tính theo cơng thức đập tràn) (±ΔV): Dung tích hồ chứa thay đổi thời đoạn (ΔT ) V): Dung tích hồ chứa thay đổi thời đoạn (ΔT ) ): Dung tích hồ chứa thay đổi thời đoạn (ΔV): Dung tích hồ chứa thay đổi thời đoạn (ΔT ) T ) Dấu (+) nghĩa nước đến lớn nước đi, MN hồ dâng cao Gía trị có thơng qua quan trắc mực nước hồ tra quan hệ V): Dung tích hồ chứa thay đổi thời đoạn (ΔT ) ~ Z ƯỚC ĐỐN DỊNG CHẢY ĐẾN HỒ BẰNG THỰC NGHIỆM Lập quan hệ Z ~V~F Ước đoán V ~ F theo lượng mưa năm Ước đoán V ~ F theo lượng mưa thời đoạn (5 6, tháng) TÍNH TỐN DỊNG CHẢY ĐẾN HỒ BẰNG MƠ HÌNH TỐN Trong thời kỳ đầu (khoảng năm 1960-1975), phương pháp dự báo mưa-dịng chảy chủ yếu dựa phân tích diễn biến lịch sử, đường cong lũy tích chu kỳ nguồn nước, phân tích xu Từ năm 1975, cơng tác dự báo có nhiều bước tiến mới, ứng dụng kỹ thuật máy tính phát triển phương trình đơn lẻ phân tích thống kê phương trình hồi quy tương quan dòng chảy với mưa với đặc trưng dòng chảy theo thời gian….Trong giai đoạn này, Sử dụng số phương pháp dự báo biến động dịng chảy như:  Mơ hình thống kê đa biến,  Mơ hình nhận dạng,  Sử dụng hàm điều hịa,  Phân tích chuỗi thời gian mơ hình ARIMA,  Mơ hình mạng thần kinh nhân tạo ANN…lập tương quan dòng chảy với dự báo dòng chảy tháng mùa lũ mùa cạn sử dụng lưu vực sông Từ năm 1990, mơ hình tốn thủy văn mưa rào dịng chảy, mơ hình thủy lực ứng dụng nhiều Ban đầu, mơ hình sử dụng dự báo dịng chảy hạn ngắn sau phát triển dần thành mơ hình dự báo hạn vừa 5-10 ngày dự báo hạn tháng với đầu vào trường mưa dự báo hạn vừa hạn dài Từ kết tính tốn mơ hình, tư vấn có trách nhiệm lập Biểu đồ điều phối nước hồ chứa TÍNH TỐN DỊNG CHẢY ĐẾN HỒ BẰNG MƠ HÌNH TỐN VẬN HÀNH HỒ CHỨA THEO THƠI GIAN THỰC Vận hành điều tiết hồ chứa theo thời gian thực phương pháp vận hành dựa khả quan trắc tính tốn yếu tố khí tượng thủy văn lượng mưa lưu vực hay lưu lượng dòng chảy hồ theo thời gian thực Tùy vào độ lớn kiện mưa lũ, tần suất quan trắc hay tính tốn cần thiết từ chục phút hàng Khi nắm bắt thông tin mưa lưu lượng theo thời gian thực, hồ chứa điều tiết sử dụng phương pháp hữu hiệu để kiểm soát mực nước hồ chứa bảo đảm an tồn cho đập kiểm sốt lưu lượng xả khỏi hồ chứa không gây lũ nhân tạo cho hạ du Đối vớicác hồ chứa có khả cắt giảm lũ, sử dụng tốt phương pháp điều tiết khống chế nguy mực nước dâng đột ngột hạ lưu gây nguy hiểm đến tính mạng người thiệt hại tài sản giảm nguy ngập lụt cho vùng hạ du VẬN HÀNH HỒ CHỨA THEO THƠI GIAN THỰC Năng lực dự báo mưa dịng chảy đóng vai trị quan trọng công tác vận hành điều tiết hồ chứa Việc dự báo lượng mưa ngắn hạn hàng đến trung hạn vài ngày cho phép tính tốn lưu lượng dịng chảy hồ tương lai thơng qua mơ hình mưa rào-dịng chảy Quy mô lũ, tổng lượng đỉnh lũ, biết trước để định vận hành hạ mực nước hồ phòng lũ Điểm cần nhấn mạnh dự báo phải cụ thể cho hồ đập để định vận hành trước lũ cho hồ đập nâng mức an toàn điều tiết vận hành trước lũ khơng bị xả phí nước dự báo không mưa lưu vực hồ chứa tức lũ hồ