Luận văn thạc sĩ Quy hoạch và quản lý tài nguyên nước: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ thông tin để hiện đại hóa quản lý điều hành hồ chứa nước cửa Đạt

Chung 1 oo .ẨG 11

TONG QUAN TINH HÌNH NGHIÊN CUU TRONG NƯỚC VA THE GIỚI 11

1.1 TINH HINH NGHIÊN CỨU TREN THE GIỚI 11

1.2 TINH HINH NGHIÊN CUU TRONG NUGC ccsccscsscssssessessssessssessesesseeeees 12

00:17 4 16

2.2 NOI DUNG NGHIÊN CỨU -: -s — l6

2.2.1 Nghiên cứu các chức năng, cơ sở toán học của mô hình điêu hành hô chứa

DHHC-5n 170 : :+£ÿ 16

2.2.2 Nghiên cứu ứng dụng Hệ thống thông tin quan lý, giám sat và điều hành hồ chứaDHHC-PMTL.V.1.0 dé áp dụng điều hành Hồ chứa nước Cửa Đạt - 170n" 6 18

GIỚI THIỆU HE THONG THONG TIN QUAN LY DIEU HANH HO CHUA

DHHC-0/00 N0 .4 18

GIAM SAT VA DIEU HANH HO CHUA DHHC-PMTL V.1.0 18

3.1.1 Khối tinh toán dự báo dong chảy 60 ccccecccsscessesseessessesssessessesssessesssessecsesseeseeseeess 183.1.2 Khối tính toán nhu cầu nước vùng hạ đu .2- 2 5£©5£+2x+£E£2E£+£E£Ezrxerxezrerred 343.1.3 Khối tính toán điều hành hồ - 2 2¿ 5£2S+2EE+2EEtEEECEEEEEEEEEEEEEEEEEEErrkkrrkrrrrvee 38

3.2 GIỚI THIỆU CÁC CHỨC NANG HE THONG THONG TIN QUAN LÝ

DIEU HANH HO CHỨA DHHC-PMTL.V.1.0 ccccscsssssessessessesseesessessssssstesteseesees 47

3.2.1 Hién thi dữ liệu mưa trên lưu vực hồ chứa - - 2 25s k+S++EE+E+E++E+Erxerxerxee 473.2.2 Hiển thị thông tin về nhu cầu tưới -2- ¿2£ ++++++E++E+++E++Exerx+zxxerxrzrssrxee 513.2.3 Chức năng Tính toán Dự báo lũ và điều hành hồ chứa -2- 5: 5¿©5s=5+¿ 58

ÁP DỰNG HỆ THONG THONG TIN QUAN LÝ, GIAM SÁT VÀ ĐIỀU HANH HO“CHỮA DHHC-PMTL V.L.0 ĐỀ TÍNH TOÁN DIEU HANITHEN CUA ĐẠT 66

4.1 GIỚI THIEU CÔNG TRÌNH HO CHUA NƯỚC CUA ĐẠT s6

4.1.1, Cấp công trnh đ4.12 Tần suất hit kế tn toán 6

4.13 Tiểu chuẩn chẳng ũ had (theo Quy phạm thủy lợi QPTL-AG-7 6s

4.14, Các độc trưng thủy văn “4.1.5, Cấc thông số kỹ thuật hỗ chia “4.1.6, Các thông số kỹ thuật của các hạng mye công trình “

4.2, CÁC SỐ LIEU DAU VÀO CUA HE THONG THONG TIN QUAN LÝGIAM SÁT VA DIEU HANH HO CHUA DHHC-PMTL.VI.0 ÁP DỤNG CHO,

HO CHUA NƯỚC CUA DAT 81

đầu vào của khối tink toán dự báo lũ sỉ

hính của khối nh ton dự báo nh cầu nước phí hạ đụ bổ ¬đầu vào của khối tính toán điều hành hỗ

4.3 KIEM NGHIỆM KET QUA TÍNH TOÁN CUA HE THONG THONG TIN

QUAN LÝ, GIAM SÁT VA DIEU HANH HO CHUA DHHC - PMTL V.L0KHI ÁP DUNG CHO HO CỬA ĐẠT (KIÊM NGHIEM NĂM 2008) 86

4.3.1, Kiểm nghiệm kết quả tính toán dự báo đồng chảy đến hồ $6

4.3.2 Kiểm nghiệm kết quả tính toàn nhu edu tuới vũng hạ du hỗ 9

4.4 XÂY DỰNG KICH BAN DIEU HANH HO CUA DAT CHO CÁC NAM

2008, 2009 VA NAM 2010 101

‘ay dựng kịch bản điều hành hỗ Cửa Dat cho các năm 2008, 2009 và năm 2010với các giá thiết sau; 101

4.4.1 Xây dựng kịch ban điều hành hd Cửa Đạt năm 2008 102

44.2 Xây dựng kịch bản điều hành hỗ Cửa Đạt năm 2009, 109443 Xây dung kịch bản điều hành hỗ Cửa Dat năm 2010, ng

KẾT LUẬN VẢ KIÊN NGHỊ 116

TÀI LIỆU THAM KHAO 18PHU LUC 1 1201,PHU LUC 2 126

DANH MỤC CÁC BANG

Bang 3.1: Bảng tung độ đường đơn vị không thứ nguyên.

Bảng 4.1: Đặc trưng thấy văn

Bảng 4.9: Độ âm tương đối của không khí trung bình tháng (%9)

lượng mưa tháng với tin suất P = 75% (mm),

6 giờ nắng và bức xạ tổng cộng trong bình thing

Bảng 4.10: Lượng bốc hơi pice trưng bình thẳng (mm).

Bảng 4.11: Tốc độ giỏ trung bình thing (mis)Bảng 4.12: Tốc độ giỏ mạnh nhất và hướng (avs)

Bang 4.13: Phân phối dòng chảy trung bình thắng (m'/s).

Bảng 4.14: Số liệu thời gian sin trưởng của cây trồng

Bảng 4.15: Số liệu thời gian sinh trường của cây trồng.

F -W hồ chứa nước Cita ĐạtBảng 4.16: Bang quan hệ

Bang 4.17: Kết quả tính toán theo ngày.

Bảng 4.18: So sánh tinh toán như cầu nước giữa phần mềm và Cropwat trong 3

năm: 2008 - 2009 - 2010.

Bảng 4.19: Kịch bản xa lũ thứ nhấtBảng 420: Kịch bản xa lũ thứ 2Bang 4.21: Kịch bản xa lũ thứ 3

Bảng 4.22: Kịch bản xã lũ cả năm 200%

Bang 4.23: Kịch bản xa lũ cả năm 2009

Bang 4.24: Kịch bản xa lũ gia đoạn I - 2009

Bảng 4.25: Kịch ban xã lũ gia đoạn 2 - 2009.

in"H

DAI1 MỤC HÌNH VE

Hình 3.1: Sơ đồ tổng thể của hệ thống thông tn quản lý, giám sát và điễu hành hồ

chứa DHHC-PMTL V.L0 Is

Hình 3.2: Sơ đồ khối nh toán dự báo dòng chảy đến »

Hình 3.3: Dường đơn vj tam giác, 2Hình 4: Đường đơn vị không thứ nguyên 2

Hình 3.5: Diễn toán dòng chảy theo phương pháp Muskingum 31

Hình 3.6: Mô hình điễn toán đồng chảy trong sông 31

Hình 3.7: Đường quan hệ AS~Q’ 33

Hình 38: Sơ đỗ khi tinh toán nhủ cầu nước hạ du uM

Hình 3.9: Khối tin toán điều hành hồ 38

Hình 3.10: Lưu | ượng xả qua công trình 39

Hình 3.11: Chế độ đồng chảy qua cổng lấy nước 40

Hình 3.12: Sơ đồ dòng chảy qua công lấy nước 41LHình 3.13: Dang chảy qua cổng là tắm chắn hình cung và tắm phẳng dat nghiêng 45

Hình 3.14: Giao điện chung của hệ thống 4

Hình 3.15: Hiển thị dữ liệu mưa trên lưu vực hồ chứa 47

Hình 3.16: Bảng hiển th dữ liệu mưa các tram do mưa rên lưu vực 49

Hình 3.17: Bang hiển thị các trong số của các trạm do mưa trên lưu vực 50

Hình 3.18: Bang hiển thị dữ liệu do mưa tức thời của các trạm do mua trên lưu vue.50

Hình 3.19; Bảng hign thị thông tin về nhu cầu tưới 51

Hình 3.20: Bảng hiển thị số gu khitượng vùng hạ du 3

Hình 321: Bảng cập nhật số liệu khí tượng vùng hạ du hồ 33

Hinh 3.22: Cập nhật số liệu khí tượng vùng ha du hỗ từ file đữ liệu 5

Hình 3:23: Sửa số liệu khi tượng vùng hạ du hồ 4

Hình 3.24: Xóa số liệu khí tượng vùng hạ du ho 55

Hình 3.25: Lựa chọn nam khí tượng dé tinh tn, 5s

Hình 3.26: Bảng hiển thị kết quả tinh toán ETo, 6

sĩ

Hình 3.28: Các chức năng của phần tinh toán dự báo lũ va điều hành hỗ chứaHình 3.29: Biểu đồ hiển thị lưu lượng tức thời.

Hình 3.30: Cúc biển đồ dự bảo lưu lượng về hỗ, MN hồ và dung tích hỗ chứa

Hình 3.31: Biểu dé dy báo mực nước hề khi được phóng to.

Hình 3.32: Sổ liệu lưu lượng trực iếp chảy vào h tức thời

Hình 3.33: Bảng hiển thị lượng mưa dự báo, thông số vận hành công trình xã lũ, lưu

lượng dự báo đến hồ, dự bảo diễn biển mực nước hỗ,

Hình 3.34: Bảng lựa chọn kiểu báo cáo cần in

Hình 3.35: Bảng báo cáo vận hảnh công trình xa lũ.

Hình 346: Bảng báo c

Hình 3.37: Bảng điễu hành hỗ chứa theo thời gan thựcvận hành công trình xa lồ.Hình 4.1: Sơ đồ lưu vực hỗ chứa nước Cửa Dat

Hình 4.2: Biểu đồ đường quan hệ Z - F -W hồ chứa nước Cửa Đạt

Hinh 4.3: Đường lũ đơn vị

Hình 4.4: Biểu đồ quan hệ giữa mực nước thực đo và mực nước tính toánHình 4.5: Biểu đồ quan hệ giữa mực nước thực đo và mực nước tính toánHình 4.6: Biểu đỗ quan hệ

Hình 4.7: Biểu đỗ quan hệ giữa mye nước thực đo và mực nước tinh toánia mực nước thực đo và mực nước tính toána mực nước thực đo và mực nước tinh toánHình 4.9: Biểu đồ quan hg git mye nước thực do và mực nước tính toán

Hình 4.10 Biểu đồ quan hệ giữa mực nước thực đo và mực nước tính toán.Hình 4.11: Biểu đồ quan hệ giữa mực nước thực đo và mực nước tinh toán.

Hình 4.13: Biểu đồ quan hệ giữa mực nước thực đo và mực nước tính toán

Hình 4.14: Biểu đổ quan hệ giữa mực nước thực đo và mực nước tinh toánHình 4.15: Biểu đồ giữa đường MN thực đo và mực nước tính toán nấm 2008Hình 4.16: Biểu đồ đánh giá mức độ sai số của trận lũ lớn nhất năm 2008.

Hình 4.17: Đường quá trình mực nước trong mùa kiệt - tháng 3-2008,

Hình 4.18: Dường quá tình mực nước trong mùa kiệt - tháng 3-2008

Hình 4.19: Xét quá tỉnh là xuống

9959596969

Hình 4.20:Hình 421Hình 4.22Hình 4.23Hình 4.24Hình 4.25:Hình 4.26Hình 4.27:Hình 4.28:Hình 4.29Hình 4.30Hình 4.31Hình 4.32Hình 433Hình 4.34

Hình 4.35

Hình 4.36:Hình 4.37Hình 4.38Hình 4.39

Đường qui trình mực nước theo kịch bản 3.

Điễn biến mực nước hồ.

Diễn biến mực nước hỗ tương ứng với 3 kịch bản xã lũ.

Diễn biến mục nude hồ tương ứng với trận lũ thứ nhất, pha lũ lên

Diễn biến mực nước hồ tương ứng với trận lũ thứ nt, pha lũ xuống,

Diễn biến mực nước hồ trơng ứng với trận lồ cuối cũng,

Đường quả trình lũ tại Bản Lửa

"Đường quả trình lũ tại Mường Hình

Đường tổng hợp lũ tại Cửa ĐạtĐường quá trình mục nước hỗ."Đường quả trình là tại Bản LửaĐường quả trình lũ tại Mường Hình."Đường tổng hợp lũ tại Cita ạt

Đường quá trình mực nước hồ Cửa Dat.

113Hà11314

PHAN MỞ DAU

nước ta, mùa khô thường kéo dài từ 6 + 7 tháng, lượng mưa trong thời kỳ này chỉ:

chiếm 15:20 tổng lượng mưa cả năm, còn li 80285%% tập trung trong 5:6 thing

mùa mưa Vì vậy hiện tượng thừa nước trong mùa mưa và thiểu nước để phục vụ sản

xuất nông nghiệp, công nghiệp gây nên lũ lụt, bạn hán sảy ra thường xuyên.

“Trong những năm qua Đảng và Nhà nước ta đãch trọng trong việc xây dựng

sắc hỗ chứa nước nhim cất lũ, chậm 18 vào mùa mưa, cắp nước tưới phục vụ phátđiện, phụ vụ nông nghiệp công nghiệp và các ngành kinh tế khác Các hd này đã

góp phần phát triển kinh tế đất nước, đảm bảo an sinh xã hội Đến nay, cả nước đã

ây dựng và đưa vào khai thác trên 2300 hỗ chửa có dung tích trữ từ 0,2 triệu m` trởlên với tổng dung tích trữ trên 66 tym’.

Năm 1996 Chính phủ đã cho phép nghiên cứu chuẫn bị xây dụng HỖ chứa nước

Cửa Đại, nghiên cứu tiền khả thi dự án Hồ chứa nước Của Đạt do Công ty Tư Vấn

Xây Dựng Thuy Lợi 1 thực hiện được Chinh Phủ phê duyệt tại Quyết định số.

1359/CP - NN ngày 14/11/1998, Dự án được Chính Phủ quyết dinh đầu tu thông

qua quyết định 130/QĐ-TTE ngày 29 01/2003, Chính Phủ giao cho Bộ NN&PTNT

làm Chủ đầu tư, Bộ xác định đây là Hỗ rất quan trọng của tinh Thanh Hóa nói riêng.và cả nước nói chung Đền ngày 02/02/2004 Dự án Hỗ chứa nước Cửa Đạt đượckhối công xây dụng, cuỗi năm 2010 sẽ được bin giao đưa vào sử dụng Hỗ chứa

nước Cửa Dat có các nhiệm vụ chính như sau:

- Giảm lũ với tần suất P = 0,6%, bảo đảm mye nước tai Xuân Khánh không vượt

quá +13,71m (l lịch sử 1962);

~ Cấp nước cho công nghiệp và sinh hoạt với lưu lượng Q = 7/715 mvs

- Tạo nguồn nước tưới ôn định cho 85.115 ha đất canh tác (Nam sông Chu là

34.031 ha, Bắc sông Chu là 31.084 ha);

~ Kết hợp phát điện với công suất lắp máy tại đầu mỗi 97 MW, tại Dée Cay 15 MW;

- Bổ sung nước mùa kúệt cho hạ du sông Mã để diy mặn, ải tạo môi trường sinh

thái với lưu lượng Q = 30,42 mÖs

"Với nhiệm vụ va quy mô công trình của hồ chứa nước Cửa Đạt như trên thi công

tắc hiện đại hóa quan lý điều hành hồ là đặc biệt quan trọng và cần được nghiên cứu

xây dựng Các nội dung chính cần nghiên cứu như sau:

- Nghiên cứu công nghệ để tính toán dự bảo lũ, điều hành hồ chứa: Từ số liệu

mưa và các số liệu cơ bản khác trên lưu vực, tinh toán dự bio dòng chảy đến hồ, dự."báo mực nước hỗ, xây dựng các kịch bản xã tràn, Từ số liệu diện tích khu tưới, tính

toán nhu cầu ding nước kịch bản điều hành cấp nước;

- Nghiên cứu các giải pháp công nghệ để giảm sắt độ mỡ các cửa tràn, lưu lượng

đăng xã qua tân, các thông số ạng ái âm việc của xỉ lanh thủy lực Ghi độ

ip lực dẫu, ); do mưa tự động trên lưu vực và khu đầu mỗi hỗ chứa; điềudong mở cửa tràn, cửa cốt

~ Nghiên cứu gi phấp công nghệ để giám sát, xử lý, phân tích ác xế liệu quan

trắc trong thân đập, tron thin trần;

~ Nghiên cứu giải pháp công nghệ để giám sát hình ảnh đập tràn bằng các camera

thông qua mang internet.

Các‘we cần nghiên cứu trên liền quan rất nhiều lnh vực công nghệ như

công nghệ tự động hóa, công nghệ thông tin và chuyên môn thủy lợi, nên cn rt

nhiều thời gian và lực lượng nghiên cứu Vì vậy, trong khuôn khổ để tài luận văn

này chỉ giới hạn nghiên cứu ứng dụng công nghệ thông tin để tinh toán dự báo lũ và

điều hành hỗ chứa.

1 TÍNH CAP THIẾT CUA DE TÀI

118 chứa nước Cửa Đạt khi xây dựng xong sẽ tích được 14 tỷ mÌ nước và tướicho 85.115 ha (Nam sông Chu là 54.031 ha, Bắc sông Chu là 31,084 ha) đất nông

nghiệp Công việc tinh toán dự bảo dòng chảy đến và như cầu dũng nước phía hạlưu tắt phức tạp, không th tinh tán thủ công bằng tay được mà cin phải nghiêncứu lựa chọn mô hình công ng sử dung tính toán, Hiện nay ở Vi

Nam có nhiều don vị và cá nhân đã nghiên ciu xây dựng mé hình công nghệ để

điều hành hồ chứa Mỗi một mô hình có những ưu nhược điểm khác nhau Vi vậy,

việc nghiên cứu lựa chọn mô hình áp dung sao cho phủ hợp với hỗ chứa nước Cửa.

Bat, nghiên cứu lựa chọn các thông số để áp dụng chạy mô hình dự báo lũ và điềuhành hé chứa nước Cửa Dat là rit cần thiết Việc nghiên cứu ứng dụng công nghệnày sẽ giúp cần bộ điều hành hd chữa có thể dự báo đồng chảy đến, lên kế hoạch xã

tràn để đón lũ nhằm đàm bảo an toàn hi chứa lập kế hoạch cắp nước cho vùng hạ

cdu nhằm dim bảo cấp đủ, tránh lãng phí nước.2 MỤC DICH CUA ĐI I

Nghiên cứu ứng dụng công nghệ thông tin để hiện đại hoa quan lý điều hành Hồ.chứa nước Cửa Dat nhằm chủ động lập kế hoạch, điều hành xã lĩ ong mùa mưa lũ,đảm bảo cấp nước phục vụ nông nghiệp, công nghiệp và sinh hoạt, phát buy hiệu.

«qua đầu tư công trình,

3 BO CỤC CUA LUẬN VAN

“Chương 1: Tổng quan tinh hình nghiên cứu trong nước và trên thé giới

1.1 Tỉnh hình nghiên cứu trong nước

1.2 Tinh hình nghiên cứu ngoài nước.

đồ tài đã13 Liệt kẽ danh mục các công trình nghiên cứu có liên quan

nêu trong phần tổng quan

Chương 2: Phương pháp và nội dung nghiên cứu2.1 Phương pháp nghiên cứu,

2.2 Nội dung nghiên cửu.

Chương 3: Giới thiệu hệ thống thông tin quản lý, điều hành hồ chứa

3.1 Các ca sở tofn học của mô hình phn mm điều hành hỗ chứa

3.11 Khối tinh dự báo đồng chảy đến

3.1.2, Khối tính ton nhu cầu nước vùng hạ du3.1.2, Khi tinh toán nhủ cầu nước vùng hạ du

3.2 Giới thiệu các chức năng hệ thống thông tin quản lý điều hành hỒ chứa

DHH-PMTI.V.L0

Chương 4: Ap dụng hệ thống thông tin quản lý điều hành hồ chứa

DHHC-PMTL.V.1.0 để điều hành Hồ chứa nước Cita Đạt4.1, Giới thiệu công tình Hỗ chứa nước Của Đạt

4.2 Kiểm nghiệm kết quả tính toin dự báo đồng chảy đến hồ

43 Nghiên cứu xây đựng các kịch bản điều hành hỗ chứa nước Cửa Dat chosắc năm 2008, 2009, 2010

KẾt luận và kiến nghị

'THAM KHAO,

TONG QUAN TINH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC VAT

1.1 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRÊN THẺ GIỚI

Trong những năm gin đây, nhân loại đã chứng kiến sự phát triển mạnh mẽ của

công nghệ thông tin và vai trò lớn lao của việc ứng dụng máy tính phục vụ phát

triển kinh tế Quốc din, Đối với lĩnh vue quản lý điều hành các công trình thủy lợi,các tiến bộ về tin học và máy tinh đã giúp các nhà quan lý, quy hoạch thuỷ lợi giải“quyết được những bai toán mang quy mô lớn hơn, phúc tap hơn với độ chính xác

‘cao hơn Các nhà khoa học trên thé giới đã đặc ật quan tâm đến vấn để nghiên cứu.

xây dựng các phin mềm dự báo lũ và điều hành hỗ chứa để giúp cán bộ quản lý cóthể điều hành hồ chứa an toàn về mùa mưa bão, tiết kiệm nước về mùa kiệt như:

~ Veerakcuddy Rajasekaram đã áp dụng kỳ thuật tối ưu phi tuyến để tối ưu hóa.

4quy luật vận hành các hồ chứa rong hệ thống sông Mae Klong, Thái Lan Trên cơ

sở quy luật vận hành tối ưu hỗ chứa, nghiên cứu đã xây dựng thành công về phương

pháp luận cũng như kỹ thuật giải để năng cao lượng nước tưới mỗi thing cũng như

trong toàn bộ thời gian tưới của hệ thống thủy lợi Mae Klong, qua dé tăng độ tin

cây trong nhiệm vụ cấp nước của hệ thống

- Hajilal và các công sự đã phát triển hướng điều hành hồ theo thời gian thực

phục vụ cấp nước tưới cho hệ thống thủy nông dựa vào phương pháp quy hoạch.

động với him mục tiêu là tìm giá trị nhỏ nhất của chênh lộch giữa lượng nước cần

cấp và lượng nước có thể cắp theo các thời đoạn trong năm, trong đó có tính đến

ảnh hưởng của thiểu hụt nước đến sẵn lượng cây trồng theo vụ Trong tính toán,thuật toán điều hành hồ tính toán tối ưu hồ đưa ra ké hoạch xã cho tắt cả các thờiđoạn trong năm cho hạ du ngay từ đầu mùa vụ, dựa trên lượng nước „ lượng

nước yêu cầu của hạ do, dung tich cổ rong bồ cho từng thôi đoạn, Dựa vào tỉnh

hình thực tế diễn biển ở mỗi thời đoạn điều bình hỗ, chương trình sẽ tỉnh lại lượng

nước cần xả tối ưu cho các thời đoạn cỏn lại dựa vio tinh hình thực tế của lượng.

nước đến, nước dùng của thời điểm điều hành Đây là mô hình tương đối phù hợp

cho digu hành hỗ và hệ thống tưới thực tế vì nó cập nhật được các thông tin của hệ

thống đến từng thời đoạn điều hành và cổ sự điều chỉnh phù hợp cho các thời đoạntiếp theo

12 TINH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC

Để đảm bảo an toàn cho các hỗ chứa, trong những năm qua Nhà nước đã có chủ

trương tăng cường nâng cấp các hồ chứa và ing cường nghiễn cứu các công nghệ vỀ

quản lý diều hành hồ chứa Có các tác giả và các đơn vị trong nước đã nghiên cứu

như sau

+ Trong khuôn khổ đề tải “Nghiên cứu sử dung tổng hợp nguồn nước phục vụ da

mục tiêu ở các tỉnh Tây nguyên” do TS Nguyễn Văn Hạnh làm chủ nhiệm Đề tài

đã xây dưng công nghệ hỗ tro quản lý, ning cao hiệu quả cia điều hình hỗ chứa

khai thác tng hợp nguồn nước,

~ Viện Khoa học Thủy lợi đã áp dụng chương trình GAMS (Genneral Algcbrdiie

Modeling System) do Ngân hàng thé giới và Liên Hiệp Quốc xây dựng vào dé tài

Nghiên cứu img dụng công nghệ GAMS phục vụ quy hoạch, quản lý và khai thác.

hệ thống công trình thủy lợi vùng thượng du sông Thái Bình Chương trình GAMS.

là một công cụ tính toán tối ưu rất tiên tiến có thể phục vụ đắc lực cho công tác

phân bổ tải nguyên Tuy nhiên chương trinh này chỉ phát huy hiệu quả cao vớinhững bai toần quy hoạch khí có đủ tà liệu của ưu vue sông được quy hoạch vàngười tính toán có kinh nghiệm dùng chương trình GAMS, đối với các bài toán điều

hành hỗ theo thời gian thực thi chương tỉnh GAMS tỏ ra thiểu tính mễm deo.

- Trường Dai học Thủy lợi đã thực hiện dé tii Nghiên cứu ác giải pháp khoa hoe

sông nghệ bio đảm an toàn hd chữa thủy lợi vừa và lớn ở các tinh miễn Bắc vàmiễn trung Việt Nam do GS.TS Nguyễn Văn Mạo làm chủ nhiệm để tai Đề tài đãxây dựng được phần mém CT-DHHC-DDHTL2003 để tinh toán da mục tiêu No.được xem như là một công nghệ đồng để vận hành hd, rong đồ có xét đến việc tính

toán lũ Các công ty quán lý tiếp nhận công nghệ này có thể xây dựng được quy

trình vận hành cho các hồ do phụ trách Tuy nhiên phần mềm này chỉ chophép xây dựng mô hình khung phục vụ điều hành hồ mà chưa xét đến khả năng điều.hành hồ theo thời gian thực khi có những thay đổi thông số về lượng nước đến,

lượng nước yêu cầu hạ du để có quyết sách phù hợp với thực tế

- Tác gia Nguyễn Minh Đức đã sử dụng mô hình toán quy hoạch động để nghiên

cứu vấn đề tối ưu hóa chế độ làm việc dài hạn (năm) của nhà máy thủy điện tronghệ thống điện:

- Tác giả Nguyễn Trọng Sinh đã nghiên cứu bài toán lựa chọn chế độ làm việc vàsắc thông số cia hỗ chứa khai thác tổng hợp để ng lũ và phát điện theo phươnghp thống kế và quy hoạch động:

~ Tác giả Hồ Tan Sinh đã ứng dụng phương pháp quy hoạch động để nghiên cứu.bãi toin vận hành và điều khiển hệ thống hỗ chữa phục vụ cấp nước Dây li một mô

hình toán áp dụng trong vấn đề quản lý và khai thác các hd chứa đã xây dựng với

sắc thông số đã biếu

- Tác giả Phạm Phụ đã xây dựng đã xây dựng mô hình tôi ưu với lý thuyết quy

hoach động dé thiết kế sơ đồ sử dụng nguồn nước sông ngồi và lập edu trúc tỗi ưubậc thang các hồ chứa chủ yếu cho phát điện Nghiên cửa đã đứng trên quan điểmhệ thống hồ bậc thang, coi dòng chảy đến là đại lượng ngẫu nhiên Vì khối lượngtinh toán lớn, nền tác giá giới hạn nhiệm vụ chủ yếu của hệ thổng hỗ bộc thang là

phát điện:

- Tác giả Hoàng Dinh Dũng đã nghiên cửu vin đ sử dựng hop lý dung tích hồchứa dé phục vụ chống lũ và phát đi n Nghiên cứu đã oi dòng chảy đến hồ mangtính ngẫu nhiên và sử dung phương pháp Monte Carlo dé tính toán liệt dòng chảy.đến, để tim dụng tích hợp lý nhất phục hai nhiệm vụ phàng la và phát diện, đồngthời lựa chọn thông số về chống lũ cho hạ du, tác giả thiết lập mô hình quy hoạchđộng kết hợp với phân tích nội suy thống kê, Mô hình toàn được thiết lập xây dựng

chương tinh máy tinh, áp dụng cụ thé cho tổ hợp lũ sông Hồng cùng các hỗ chứa

thuộc hệ thống sông Hồng:

- Tác giả Nguyễn Thượng Bằng rên cơ sở sử dụng lý thuyết toán

tích dé xuất và x

thủy điện, khi th

kinh tế quốc dân và môi trường sinh thái;

ưu, đã phân.

ly dựng được một mô hình tối ưu đa mục tiêu hệ thống thủy lợi

-tổng hợp nguồn nước có xét đến m

Nam 2009 Trung tim Công nghệ Phin mềm Thủy lợi - Viện Khoa học Thủy lợi

Việt Nam đã nghiên cứu Xây dựng hệ thống thông tin quản lý, giám sát và điều.

hành hỗ chứa DHHC-PMTL.V.L0 Hệ thống đã được áp dụng vào hd chứa nước

Định Bình ính Bình Định, hỗ chứa nước Vực Mẫu - tinh Nghệ An Hệ thống có

chức năng nhận số liệu đo mưa tr động trén lưu vực, số liệu do tự động mực nướchồ, độ mỡ của trần, cửa cổng để tính toán dự báo dòng chảy đến (ủy tùng lưu vựccụ thể, người dùng có thể sử dụng mô hình TANK, phương pháp đường xu thé,

phương pháp dường đơn vị tổng hợp không thử nguyễn SCS, phương pháp

Muskingum để tính toán), dự báo nhu cầu dùng nước Mô hình phần mém cho phép.

người dùng xây dựng các kịch bản xa tràn, các kịch bản xã cổng, từ đó chọn kịch

bản xả trân, xả cống tối ưu để điều bành hồ chứa Trong khi điều hành hệ thống

nhận cic số liệu do tự động tức thoi để điều chỉnh kịch bản xã trần, kịch bản mởsống cho phù hợp với thực t Trong quả tình điều hành hd, các số iệu đo được lưu

trữ, sau mỗi năm điều hành mô hình phần mềm sẽ tự động điều chỉnh bộ thông số.

cia mô hình TANK, như vậy thi gian sử dụng mô hình phần mềm cảng lâu thi bộthông số của mô hình cảng chính xác.

Qua thống ké và phân tích tu, nhược điểm cúc mô hình ở trên học viên chọn HEthống thông tin quản lý, giám sit và điều hành hồ chứa DHHC-PMTL.V.1.0 do‘Trung tâm Công nghệ Phin mềm Thủy lợi xây dựng đẻ áp dựng để nghiên cứu áp

dung cho công tác điều hành hồ chứa nước Cửa Bat Hoe viên đã lựa chọn bệ thống

nay đo các nguyên nhân chính như sau;

~ Hệ thông tương đổi hoàn thiện, đã giải quyết bai toán tổng thể, từ tính toán dự

báo ding chảy đến, lập kế hoạch xi trin nhằm đảm bảo an toàn cho hồ chứa, tính

toán nhu cầu ding nước của vàng hạ đu đ lập kế hoạch cắp nước nhằm đảm bảo tết

- Hệ thống có khả năng tự động điều chinh bộ thông số của mô hình TANK từ

liệu vận hành hing năm Do vậy, sử dụng hệ thống càng lâu, hệ thống dự báo.

chính xác;

- Hệ thống có giao điện bằng tiếng Việt nên rất thuận tiện cho người sử dun

~ Quy mô, nhiệm vụ công Hình hồ chứa nước Định Bình cũng tương tự hồ chứa

nước Cửa Đạc nên có tính tương đồng coi

~ Trung tâm Công nghệ Phần mềm Thủy lợi - Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam.sing cung cấp mô hình phần mềm và các tả liệu kèm theo cho học viễn để

nghiên cứu

Chương 2

PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊ:

2.1, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

sit dung các phương pháp nghiên cứu sau để nghi

- Phương pháp ké thừa: ĐỀ tài đã sử dụng các kết quả nghiên cứu của Trung tâm

“Công nghệ Phin mém Thủy lợi - Viện Khoa học Thủy lợi về vin đề quản lý điều

hành các công trình thủy lợi để nghiên cứu áp dung cho hỗ chứa nước Cửa Dat

- Phương pháp tương te: ĐỀ tài đã nghiên cứu tính tương đồng của hồ chứa

fh Nghệ An và hd

chứa nước Cửa Đạt dé áp dụng các kết quả nghiên cứu quản lý điều hành của các hdnước Định Bình - tỉnh Bình Định, hỗ chứa nước Vực,

vào hỗ Cửa Đạt

- Phương pháp sắc xuất thắng kê: Đề tài sử dụng phương pháp này đề tính toán

tin suất, xác định mô hình mưa điển hình dé Lim số liệu đầu vào của Hệ thốngthông tin quản lý, giám sit và điều hành hỗ chứa DHHC-PMTL,V.1.0.

- Phương thực nghiệm: ĐỀ tài sử dụng phương pháp so sánh, phương pháp thử

lần dé kiểm nghiệm, hiệu chỉnh Hệ thống thông tin quản lý, giám sát và điều hành.

hồ chứa DHHC-PMTL.V.1.0 cho ph hợp với hồ chứa nước Cửa Đạt

3⁄3 NỘI DUNG NGHIÊN CCU

2.2.1 Nghiên cứu các chức năng, cơ si toán học của mô hình điều hành hồ

2.2.2, Nghiên cứu ứng dụng Hệ thống thông tin quản lý, giám sát và điều hành

hồ chứa DHHC-PMTL.V.1.0 để áp dụng điều hành HỖ chứa nước Cửa Đạt

2.2.2.1 Thu thập số iệu về công trình hỗ chứa nước Cửa Đạt

= Thu thập sổ liệu về điều kiện tự nhiên, dân sinh kinh tế, tỉnh hình sản xuất

nông nghiệp

- Thu thập,

- Thu thập số

igu v khí tượng thủy văn trong khu vực

ệu về các thông số kỹ thuật của hỒ chúa nước Cửa Đạt2.2.2.2 Chạy thử hiễm nghiệm kết quả tinh toin của hệ thống

2.2.3.3 Nghiên cứu xây đựng hich bản điều hành hỗ chứa nước Cu Đạt cho các

năm 2008, 2009, 2010

3.1, CÁC CƠ SỞ TOÁN HỌC CUA HỆ THONG THONG TIN QUAN L

GIAM SÁT VA DIEU HANH HO CHUA DHHC-PMTL.V.10

Khối tinh toán dự biodòng chảy đến hồ

hành hôi"Hình 31: Sơ đồ tổng thé của hệ thống thông tn quản lộ, giảm s

chứa DHHC-PMTLV.1.0.

Hg thống được chia làm 3 khối chính như hình 3.1: Khôi tính toán dự báo đồngchảy đến; Khối tinh toán nhu cầu nước vùng hạ du; Khối tính toán điều hành hồ3.11 Khối tinh toán dự báo ding chảy đến

Hệ thong cho phép người dùng có thé tự lựa chọn một trong các mô hình'ANK, phương pháp đường xu thé, phương pháp đường đơn vi tổng hợp không

thử nguyên, phương pháp Muskinggum sao cho phủ hợp với từng lưu vực cụ thể đểtính toán dự báo dòng chảy đến hỗ Ứng với từng mô hình, hệ thống có cầu trú sốliệu đầu vào và sơ đồ tính toán khác nhau.

BLL Trường hợp sự dụng mô hình LTANK dé tính toán dự báo dong chay đến

Séligudiu vio

Số gu ưa i

teense Modul ih Modal in oa

Ls tim ding chiy |g) hig chin vài

Sb hậu mực casi lich st wu thông số

Hinh 3.2: Sơ dé khối tính toán dự báo dòng chảy đến.

1, Module tinh toán đông chảy lịch sử

Từ số liệu mực nước hd, số liệu vận bành tran (độ mở cửa trin, số cửa được mở,

thời gian mở), số liệu vận hành cổng lấy nước (độ mở cũa cống, số cửa được mỡ,

thời gian ms), số iệu vận hành nhà máy thủy điện (lưu lượng mỗi tổ máy, thời gian

vận hành, số tổ máy chạy), module nảy sẽ tính toán lưu lượng đến hỗ theo thời gian

4a vận hành hồ

2 Module tính toán hiệu chỉnh và tối ưu thông số.

Trong mô hình LTANK, việc tìm ra bộ thông số của lưu vực là vô cùng quan

trọng, Nó phản ánh mọi mat của lưu vục hd chứa, là thành phẫn chính để tính toán

ra lưu lượng nước tới của hd, Nhưng việc áp dụng một bộ thông số này cho nhiềunăm tính toán là không hợp lý Vì ưu vực sẽ bị thay đội theo thời gian, như: cây cốibị chặt nhiều hơn, thảm phủ thay đổi, các hồ ao nhỏ bị Lip đi hoặc được tạo mới,lượng nước ngằm bị biển động, Tắt củ các yêu tổ đó đều làm cho bộ thông số tạithời điểm tính toán ngày cảng xa với thục té hiệ tại Vĩ th nó phải cần một modul

dàng để điều chỉnh lại bộ thông số này Quá trình này đi kém với nó là việc tối ưubộ thông số mới được tm ra

hing dữ liệu được thêm mới vào CSDL đều tốt hơn về chất lượng (vi được do

bằng các mấy móc chuyên dung) và nhiều hơn về số lượng (vi được đo đạc lên ty,

s thể theo dai với những mốc thời gian nh) Do vậy, ta s đựa trên các mốc sốHiệu này đổ hiệ chỉnh dẫn các bộ thông số qua thời gian

Tương ứng với quả tình 18 việ tối ưu bộ thông số tim được quả trình này

được tiễn khai như sau:

Tự tung bài toán tối ưu

4, Coi như bài toán là một hâm svới 30 tham số đầu vàob Mục dich là di tim cực toàn cục của bài toán

© Giải pháp tim cực tị có 2 kigw

1 Ap đụng thuật toán The steepest descent method.

.e2 Ap dụng thuật toán “Lat cắt Tụy” - Giáo sư Hoàng Tụy,(Tuy's cut)

4 Tinh toán veeto Grand theo phương pháp gin đồng ( giải thuật simson, giảithuật newton tin, giải huật newton lùi, giải thuật bảng sai phân)

e Uuúiphương pháp ¢.1

3 Modile tinh toán dự báo đồng chảy đến hỗ

Module này sử dụng m hình LTANK dia, Mô tả mô hình.

h toán như sau:

Quá trình dng chảy được hình thành từ quá trình nước chảy qua các của ra ởthành bên của các bể chứa

Dong chảy của lưu vực là sự tổ hợp của ba loại đông chảy thành phan:

= Đồng chảy mật được sinh ra bởi bể chứa trên cùng (bể A);

~ Dòng chảy sát mặt được sản sinh ra do bể chứa ting giữa (bể B);

= _ Đông chảy ngầm là do bể chứa dưới cùng (bể C) tạo ra

Lượng ding chảy qua các của ra của các bé phụ thuộc vào lượng nước chứa

trong các bé đồ theo quan hệ sau

Ri= f6) Ga)

“Trong đó Ri lượng đồng chảy qua các cửa ra của bể chứa thi

Si = lượng nước chứa trong bề chứa thứ i.

Mỗi quan hệ (1) có thể là tuyén tn, hoặc không tuyển tính

Tính chat này tuỷ thuộc vào đặc tính cơ lý của các loại dat đai trên lưu vực.

Nhinghiên cứu cho thấy chỉ có dng chảy mặt thi mỗi quan hệ (1) là khôngth, côn đối với các bể chứa ting đưới mi quan hệ (1) được coi là tuyến

tính Giải quyết mỗi quan hệ không tuyển tính này mô hình tăng số lượng cửa ra ở.

thành bên (it nhất là hai cửa).

Mô hình này LTANK đã coi ba loại dòng chảy thành phần được chảy riêng qua

sắc diy bể chứa tuyển tinh và hợp nhất thành dng chảy của lưu vực ở mặt cắt cửa ra

Sự tác động của các hệ thống bể chứa tuyển tính đối với các dòng chảy thành.

phần có thể mồ phông bằng him truyén Nash với hai hàm sô như sau:vo, (Ey =*

In) K) (3.2)

Ở đây:

{UC = tung độ hàm tryễn tại ti điểm

nvàK ai tham số (n là số lượng bể chứa tuyển tỉnh và K là hệ số rỡ nước

của mỗi bỂ,

Tín) = hàm phân phối Gama của n

Nổi một cách khác là ba ng bé chứa làm nhiệm vụ phần cắt ba thành phin đồngchảy, côn bạ hệ thing bậc thang bé chứa tuyến tinh (him Nash) làm nhiệm vụ điễn

toán ba loại đồng chảy thành phan đến mặt cắt cửa ra của lưu vực.

b Tính toán.

+ Tính toán lượng mưa trên lưu vực - Xbq.

Từ tải liệu lượng mưa đo được ở các trạm đo mưa trong và lần cận lưu vực

nghiên cứu, ta có thể xác định trị số lượng mưa bình quân trên toàn lưu vực để cungcấp cho mô hình Nhìn chung các công thức tính lượng mua bình quân lưu vực

trong các mô hình toán thuỷ văn thường có dạng như sau:

Xu, =D Wax Xu= 63)

ấn tính;

“Trong đó: Xbq= lượng mưa bình quân lưu vực

Xid = lượng mưa đo được tại tram đo mưa thứ i,Wid lệ số tỷ trọng trạm đo mưa thứ i,

a = tổng số ram đo mưa ding trong tính toán lượng mưa bình quân

lưu vực

+ Tinh toán lượng bốc hơi thực tế của lưu vực - Ea

Bốc hơi là đại lượng tương đối én định trên lưu vực có thể.

Theo tải liệu thực do của các trạm khí tượng khí hậu Hoặc tính gián tiếp theo:

Bà =ơ Ep G4)“Trong đó

Ea = lượng bốc hơi thực tế,

Eịkhả năng bốc hơi,

hệ số chuyển dồi phụ thuộc vào lượng trữ Am trong đất, và nhỏ hơn hoặc

bằng đơn vi Ep - có thể tinh theo công thức Penman

© Xác định lượng trữ nước trong các bể chứa - SAt, SBt, SCt

Lượng trữ nước bỗ sung trực tiếp vào bê chia dm trên cũng của mô hình, đồng

thời lượng bốc hơi li làm giảm lượng nước trữ trong bé chứa này, Do vậy, lượng

nước chứa trong bể chứa nước mặt (bé A) tại thời điểm tính toán LSA,= SA.) +X- Ear G5)Trong đó:

SA, và SA, —lượng trữ nước trong bể chứa nước mặt i các thời điễm tà 1

X, va Ey lượng mưa và lượng bốc hơi thực tế trong thời khoảng từ t-1 đến t.

Lượng nước trừ của hai bé chứa đưới (b8 nước sắt mặt và bể nước ngằm)

được xác định như sau

- Đổi với bể nước sit mặt (bể B)

SB,= SB,¡ +1A, G6

6 đây IA, = lượng nước thắm từ bể chứa ting trên (bể A)

- Đối với bể nước ngằm (bể C)

trong đó 1B, = lượng nước thắm từ bể chứa nước sắt mặt

d Tinh thắm - IAt, IBt, ICt

Trong mô hình, quả trinh thắm được coi là quả trinh nước chảy theo phương

thẳng đứng từ các bể chứa ting trên xuống các bể chứa ting dưới Tốc độ thắm phụ

thuộc vào lượng nước chứa trong các bẻ và đặc tinh thuỷ lý của các ting đắt đá trênlưu vực Mỗi quan hệ giữa lượng nước thắm và lượng nước trữ trong các bể đượcgiả thiế là tuyển tính và biểu diễn dưới dạng:

TA, = (SA, A)AK, G8)B, - B,)BK, 49)(SC, - CCK, 3.10)“Trong đó,

Aj, B,,C¡ độ cao các ngưỡng cửa tháo nước ở đáy bể chứa A, B, và C;

AK¿, BK¡, CK, là các hệ số thắm của các bé chứa.

Những tham số này phản ánh các tính chất cơ lý và thuỷ lý của đất đá trên lưu.

vực, và phải thoa mãn những điều kiện sau đây:lA.=0 KH SA/SA,

Lượng ding chảy mật được sin sinh từ bể chứa trên cùng, Quá trình hình thành,

đồng chày mat phụ thuộc vào trạng thấ âm ky trước cia dt và cường độ mưa

Nếu lượng âm ky trước SAt-I lớn hơn hoặc bằng lượng ẩm tới han SM thì bễ

chứa hoạt động theo ché độ bão hoà Lượng nước mưa bổ sung làm tăng lượng trữ.

âm trong bẻ, Nếu lượng nước trong bể tạ thời đểm tính toán (SA) lớn hơn độ cao

các ngưỡng cửa ra A2, A3 thì dòng chảy mặt được tạo ra Lượng dòng chảy này.

cđược tinh như sau:

RA, —Ÿ (GÀ, —ADxAK, 6®Trong đó.

tháo nước của các ca ra ở thành bên bé chứa nước mộtsố cửa tháo nước ở thành bên

Biểu thức (13) cn thoa mãn những điều kiện sau đây:

RA=0 ki SALSA,

O<AKs1 và A20 G19

Trong trường hợp lượng ẳm kỳ trước nhỏ hơn lượng Âm tối hạn (SAI-l < SM) sẽxây ra bai khả năng:

- Đối với những trận mưa có cường độ nhỏ (X nhỏ hơn A2 - SM) th toàn bộ

lượng mưa chỉ làm tăng thêm lượng ẩm của bé chứa chứ không xuất hiện dòng chảy.

=O vùng nhiệt đối âm wt như nước ta thường có những trận mưa dầu mia xây

ra với cường độ lớn (X lớn hon A; -SM) lúc này các tang đắt chưa bảo hoà và sẽ:xây m hai quá tình vừa chây trân trên sướn đc (i hình thành đồng chy) và vừacung cắp im cho ting đất phía dưới của bé chứa trên cùng Lượng dòng chảy trong

trường hợp này được xác định như sau

Dang chảy sit mặt và dòng chảy ngằm trong mô hình được coi là có mỗi quan hệ

tuyển tính với lượng nước trữ trong các bẻ chứa và được tính theo các biểu thức.

(SB, - B;)BK; (3.16)

(SCt - C2)CK2 G17)Cie tham số trong (3.16) và (3.17) phải thoả man các điều kiện sau dy

B;>0 và 0<BK;<l G118)

và 0ZCK;<l

khi SB,<B;

khi §C/<C; @.19)

đồng chảy RA, RE, và RC, được diễn toản độc lập với nhau

bằng hàm truyền Nash (2) rồi hợp nhất lại thành dòng chảy của lưu vực ở mặt cắt

Trong đó: k - hệ số hiệu chuyển đổi đơn vi

(YAt+ YBL+ YC) + Que 20)

3.1.1.2 Trường hợp sử dụng phương pháp đường xu thé dé tính toán dự báodang chảy đến

Phương pháp dường xu thể đựa trên gi định là đại lượng dự báo thay đổi theo

quy luật giống như quy luật trước đó, Nghĩa là néu 10 đang lên thi giá trị dự bảo tiếp,

tue tăng và ngược lại, lĩ đang xuống thi giá trị dự báo tiếp ục giảm Do đó, phương

pháp này thích hợp với các yếu tổ cin dự báo có pha thay đổi châm, chẳng hạn lũ

tại hạ lưu các sông lớn

Goi thời gian lũ lên là Tụ thi gian dự kiến dự báo là +, nếu dự báo theo phương

pháp xu thé là đường thing cứ n = T/ + lần lượt có một lẫn dự báo sai về pha lũ (10

là rit lớn Giả sử các lần dựxuống lại dự báo là lũ lên và ngược lại) khi đó, sai s

báo đều có sai số nhỏ hơn sai số cho phép, chi khi dự báo sai về pha lũ mới có sai sốvượt qua xá số cho phép, khi đó mức bảo đảm phương én là

2) i00%,u= 2 G21)”

Nếu P = 80% tính ra n=5, giả sử thời gian dự kiến là r=1 ngày thì thời gian lữ lên

‘Ten 5 ngày Nói cách khác, muốn áp dụng phương pháp xu thé đường thing chopha lũ lên với mức bảo đảm phương án là 80%, và thời gian dự kiến là | ngày, cầnthời gian lũ lên không nhỏ hơn Š ngày Nếu thời gian lũ lên chỉ kéo dài hai giờ, thời

gian dự kiến chỉ còn là

622)

Khi đó, dự báo không côn ÿ nghĩa thực tế Vi thể phương pháp xu thể chỉ thích

hợp khi dự báo các con lũ có thời gian kéo đài (lưu vục tương đổi lớn),

Phương pháp đường xu thé được chia ra kim 2 phương pháp: Phương pháp dựbáo theo đường thẳng và phương pháp dự báo theo đường cong Hệ thống thông tinđiều hành hỗ chứa DHHC-PMTLLO sử dụng phương pháp dự báo theo đường

thẳng để tính tn,

Co sở của phương pháp nảy là dựa trên giả thuyết rằng sự thay đổi của các yeu

tổ dự báo X, theo thôi gian là theo quan hệ đường thẳng.

31.1.3 Trường hep sử đụng phammng pháp Đường đơn v ting hợp không thí

"nguyên SCS dé nh toán dụ bảo ding chảy dén

Đường đơn vị tổng hợp không thứ nguyên có hai loại: Đường don vị dang tam

giác và đường đơn vị không thứ nguyên

- Đường đơn vị dạng tam giác là đường đơn vị có thứ nguyên (Xem hình 3.3),đính của đường đơn vị là Uy Tf thời ga lũ lên, Tạ là tồi gian 10 xuống: Ty

thời gian mưa đơn vị Tạ là thời gim bể là thôi gian từ trung tâm biên đỗ mưa đơn

vi đến đinh đường quá trình don vị Quá tình đơn vị có trực thời giam tính bằng giờ

và trực tung U có đơn vị là m /s-em (hệ SD),

Từ kết quả phân ích một số lượng lớn đường quả trình đơn vi, Cơ quan bảo vệ

thé nhường Hoa Ky đã đề nghị thời gian lũ xuống TX của đường đơn vị có thể được.

67 TL (3.24)

lấy sắp xỉ bằng 1.67 that gian li lên TL, tức là TX =

Mặc khác tổng lượng dòng cháy đơn vị cũng bằng lượng mưa hiệu quả đơn vịsinh ra trên toàn bộ điện tích lưu vực, tức là:

W=l,F x10 325)

hụ là lượng mưa đơn vj thường lấy bằng 10mm trong bg SI và 25.4 mm rong hộ AnhF là diện tích lưu vực tín bằng km? (hay mi trong hg Anh)

Hình 3.4: Đường đơn vị không thứ nguyên.

Tung độ đường đơn vị không thứ nguyên SCS (Ất “Í:)

Lath, và 4,2U/0,,

- Đường đơn vị khơng thứ nguyên (Xem hình 3.4) là đường quá trình đơn vị mã

tung độ lưu lượng được hiển th bằng tỷ số của lưu lượng U so với ưu lượng định4 và thời gian được biểu thị bằng tỷ số của thời gian t so với thời gian nước lên

TT, của đường qua trình don vị Khi cho trước lưu lượng mua đơn vj từ đường quátrình đơn vi tổng hợp khơng thứ nguyên của lưu vực cho trước Ta cĩ thể ước tính

Una và Tụ bằng cách sử dụng mơ hình giản hĩa của đường qui tỉnh đơn vị hìnhtam giác, rong đĩ thời gian được tinh bằng giờ và lưu lượng tỉnh bằng mÏ/sem

(hay cfs/inch), Ta cĩ tong lượng dng chảy tính theo đường quá trình đơn vị là:

TU, _32600,,1,22 sẻ! và00

2 2 8.26)W

“Trong đĩ W là tổng lượng dịng cháy do mưa đơn vị sinh ra (đơn vị tính 1am’); Tlà thời gian lũ (đơn vị tinh Ki h); U„„„ đỉnh quá trình lũ đơn vị (đơn vị là mƯs-cm).

Hom nữa, công tình nghiên cứu các đường quá tình đơn vị của nhi lưu vực

4.5mm tá có C= 483.4,

lớn là nhỏ miền nông thôn đã cho thấy có thể ước tính thời gian trễ của lưu vực tp:

nước lên TL có thể0.6Te,v6i Te là thời gian tập trung nước của lưu vực Thời gi

được biễu thị theo thi gian tr tp và thời gian mưa thực hiệu dụng tr như sau:

“Thời gian tập trung nước Te có thể xác định theo những cách khác nhau, theocông thức:

.A-lêch-xây-ep ta có.

T.=l S9

3x07 30)

“Thời gian tập trung nude Te cũng có thé xác định theo phương pháp SCS Theo

phương pháp này Te được tim qua quan hệ với thời gian trễ 1p và được tính như.

25 +25,4)"

Và

Trong đó: ": Thời gim tế (giờ)

‘Thi gian tập trung dòng chảy (giờ)1: Chiễu dai sông chính (m)

y: Độ đốc bình quân lưu vực %

S: Giới hạn trên của lượng nước tữ tiểm năng,

Sau khi đã tìm được Umax, TL đường đơn vị thời đoạn (có thứ nguyên) được xác

định bằng cách chuyển đường đơn vị Không thứ nguyên thành đường đơn vỉ thời

1 Nguyên Iy diễn toán dòng chảy theo phương pháp Muskingum

Phương pháp Muskingum là một phương pháo diễn toán lũ đã được dùng phỏ

biến trong thực té hiện nay Bai toàn đặt ra như sau:

Cho một đoạn sông trong dé quá tinh lưu lượng chảy vào ở đầu đoạn sông đã

biết là (9, yêu cầu xác định quá trình lưu lượng chảy ra ở cuối đoạn sông là O(0.

Neuyén lý điễn toán cia phương pháp này dựa trên cơ sở hợp giải hệ hai phương

trình: phương tỉnh lượng trừ tữ và phương trình liên te (Phương tình cân bằng nước)Phương trình cân1g nước có dạng trung là

“rong dé S là lượng trữ

14) là lưu lượng chảy vào đoạn sông,

(Q(t) là lưu lượng chảy ra khỏi đoạn sông tai thời điểm t

Phương trình lượng trữ theo phương pháp Muskingum cũng có dang tuyển tính

dựa trên cơ sở mô hình hỏa lượng tữ cuarlux trong một lòng sông bằng tổ hop hai

loại dung ích, Một loại dung tích nêm và một dung tích lãng trụ như minh họa (Xem

hình 3.5) Trong khi lũ lên, đỏng vào vượt quá dong ra nên đã tạo một dung tích nêm

Khi lũ rút, lưu lượng dòng ra lớn hơn lưu lượng dòng vào dẫn đến dung tích hình nêm

mang dẫu âm Ngoài ra ta côn có dung ich lãng tru được tạo thình ba thé tích củalồng dẫn lăng trụ với diện tích mặt cắt ngang không đổi dọc theo lòng

“Quá tinh lưu lượng vào)

Hinh 3.5: Diễn toản dng chủy theo phương pháp Muskingum.

Giả thếtrằng diện tích mặt cắt ngang của dng lũ tỷ lệ thuận với lu lượng di qua

đó, thể

mặt tích của lượng trữ lăng trụ là KQ, trong đó K lả hệ số tỷ lệ Thẻ tích.

của lượng trữ hình nêm sẽ là Kx(-(), trong đó x là một trong số có giá tr năm trong

Khoảng 0 <x<0 5, Do đó, tổng lượng trữ sẽ bằng tổng của hai lượng trở thành phần

S=KQ+Kx(-Q) (3.35)Hoặc là S = K[ KI + (1-x)Q] 3.36)

Phương trình này là phương tình lượng trữ có dạng tuyến tinh sử dụng trong

diễn toán dòng chảy trong sông (Xem hình 3.6).

Hình 3.6: Mô hình diễn toán dong chảy trong sông.

Giá trix phụ thuộc vào hình dang của dung tích hình nêm, Giá trị của x thay đổi tir

9 đối với loại dung tích kiểu hồ chứa đến 0.5 đối với dung tích hình nêm đầy Khi x =

., dung tích hình nêm không tổn tại và do đó cũng không cô nước vật Đó là trường

hợp của một số hồ chứa có mặt nước nằm ngang Trong trường hợp này, phương

trình này sẽ trở thành mô hình hỗ chứa tuyến tính S=KQ Trong sông tự nhiên, xthường lấy giá trị từ 0 đến 0.3 với tri trung bình gần 0.25 Việc xác định x, với độchính xác cao là không cẳn thiết bởi vi các kết quả tính toán theo phương pháo nàytương đi ít nhạy cảm vớ giá tị x Thông số K đặc trung cho thi gian chảy truyền

„ giá trị của K và x được giả thiết đã bivà không đổi

“của sóng lũ Trong điển to

trên toàn phạm vĩ thay đổi của đông chảy

Các giá trị của lượng trữ tại thời điểm j vàj + 1 theo công thức trên được viết làS,=KLxI,-(290/1 (37)

"¬ ans 2K _2K(~x) ~Ar

!73Kq—x)+Ar 2Kq—x)+Ar "72Kq=Đ+Ar

Trong đó C1 + C2 + C3 =12 Xác định thông số của mô hình

Điễn toán trong sông bằng mô hình Muskingum được thực hiện theo phương

trình trên cùng với 2 dang biến thể của nó Qué trình lưu lượng ở cuối đoạn sông.

được xác định khi biết quá trinh lưu lượng ở đầu vào lệ) và các thông số của môhình là K và x Để xác định các giá trị K và x trên một đoạn sông, cin dựa vào tàiliệu thự đo ở đầu vào I(t) và qua trình lưu lượng ở đầu ra Q(t) Các bước xác định.

thông số K va x được thực hiện như sau:

Bước 1: Giá thiết nhiễu gi tri khác nhau x (tr 0 đến 05)

Bước 2: Tương ứng với mỗi giá trị của x dựa vào các đường quá trình lưu lượng.

vào và ra tinh được hệ số K theo công thức:

OSA +1, T— (Ó,.¡ tO

- G43)

Bước 3: Vẽ quan hệ ASj~Q° trên đồ thị (Xem hình 3.7), trong đó tử số ASj được.

đặt trên true tung và mẫu số Q* đặt rên trục hoành, sẽ được một đồ thi có dạng

đường ving dây

Hình 3.7: Đường quan hộ SS~O’

Giá tị đúng của x la giá tr làm cho đường vòng diy hẹp nhất với độ dốc của

đường này theo chính là K Trên hình vẽ ở trên, đường thắng đậm nhất là chính là.

hệ số K cin xác định

Bởi vì K là thời gian cin thiết để sóng 10 vận động qua đoạn sông nên giá tị của

nó có thể được ước lượng bằng tồi gian chảy truyền thục đo của đình lũ trong

đoạn lòng dẫn dang.

nh toán nhủ cầu nước ving hạ du

ốc thoát hơi nướcêm năng ETD

Ma ho dah ;

Yeu chuclp

——_ sue cho a

Co chu cay vồng

ees Yên cu cp nước

Vận ác Hồi gan uh ta ân nỗi

“Trong đó: - Qua: là lưu lượng yêu cầu tưới tai mặt ruộng.

= nụ, là hiệu quả tưới của hệ thống.

Luu lượng yêu cầu tưới mặt ruộng được tinh theo công thức sau:

rà lượng nước yêu cầu tưới mat rưộng trong ngày,

Ir được tinh cho cúc 6 thửa của cổng (kênh) mặt ruộng trên hệ thống với

thông số đầu vào là các thông số về: Loại cây trồng, điện tích, thời gian sinh trưởng,hệ số Ke, tiến độ gieo trồng của các loại cây trồng, tỉnh chất oo lý của đt, lượng

mưa ngày, lượng mưa hiệu quả, hiệu quả tưới của cổng (kẻnh) mật ruộng

Nhu enước mặt ruộng ở một thời đoạn thứ j tại mặt ruộng được xác định thông,{qua phương trình cân bằng nước:

Wj-I + RF - ETej + lị - Drỷ - Sj =0 G448)

Trong đồ tit a các đơn vị tính trong công thức là mm

'Wj-1 = Lượng nước ban đầu ( bằng giá trị ở thời đoạn tính toán trước, như độ ẩm.

của đắt nước mặt tổn đọng Iai trên b ma:

RE = Lượng mưa trong thời đoạn tinh toán:ETc ốc thoát hơi mặt ruộng:

$= Thắm ( hoặc ngắm xuống ting sâu):

Ir = Nhu cầu nước ( lượng nước tưới);

DiLượng nước tiêu đi.

Phương trình cân bằng nước có thé vidưới dang:

Trị =BỤ + Drj + Sj - Wiel - RE G49)Các thành phần trong phương trình cân bằng nước được xác định như sau;

~ Lượng bốc thoát hơi mặt ruộng ETc: được tính toán qua modul tính toán ETo.

Lượng bốc thoát hơi nước mặt mộng đã xét đến ảnh hưởng của yếu tổ cây trồng

được xe định theo công thức:

ETe=Kex Eto 850)Trong đó:

- Ke là hệ số cây trồng, biể thị nhân tổ ảnh hưởng của cây trồng đến bốc thoát

hơi nước, phụ thuộc vào loại cây trồng và thời đoạn sinh trưởng.

- Lượng mưa trong thời đoạn tính toát là số liệu mưa ngày trung bình hoặc theo

tan suất thiết kế được quan trắc nhiễu năm từ trạm khí tượng đại điện cho hệ thống

tới hoặc số iệu quan trắc thực tế của Công ty khai thie công tình thuỷ lợi

- Lượng nước thắm hoặc ngắm xuống ting sâu: Được xác định qua đặc trưng của

đất khu vực nghiên cứu Cụ th, lượng nước này phy thuộc vào tốc độ thấm hút của

đất (mmingiy-dém), Tải liệu này phải được thí nghiệm ngoài hiện trường hoặc thu

thập các kết quả nghiên cứu đã công bố.

- Lượng nước tíđi do khả năng trữ ở mặt ruộng hoặc yêu cầu về kỹ thuật sanhtác: Lượng nước tiêu đi chủ yến do khả năng tữ nước tối đa cho phép trên mặt

ruộng và do khả năng chịu ngập của cây trồng, Theo khảo sát thực tế và kinh.nghiệm canh tác của nhân dân địa phương vùng ding bằng Bắc bộ thi lớp nước.

trung bình ối đa có thể trữ lại ở mặt ruộng đảm bảo cho cây trồng phát triển được:

dao động trong khoảng 35 đến 50 mm Như vậy, do một nguyên nhân nào đó (có

thể 18 mưa hoặc tưới thừa) mà lớp nước mặt ruộng lớn hơn lớp nước mặt ruộng tốida cho phép thi cin phải tiêu đi để đảm bảo rằng khi đó lớp nước còn lại rên ruộng

chỉ bằng kha năng ti lớn nhất như đã khai báo trong phần mềm.

'Với số liệu như đã khai báo ở trên, thì ở mỗi trận mưa lượng mưa lớn nhất có thểtận dụng (lượng mưa hiệu quả) được chỉ bằng lớp nước tối đa có thé trữ lại ở mặt

mông (Đây là lớp nước amsx trong công thức tưới tăng sin cho lúa và Wimax

(Bmax) cho cây trồng cạn được xác định qua thí nghiệm) Đây là một chỉ tiêu rất

quan trọng đánh giá tinh trạng quản lý nước tưới cần được tiền hành nghỉ

trên mỗi bệ thống thuỷ nông Như vậy, cơ quan quản lý có thể cập nhật vào phần

mềm để tinh toán Từ đó phát hiện ra nguyên nhân tận dụng được ít nước mưa vả

tim in pháp khắc phục,

= ETo là lượng bốc thoát hơi nước tiểm năng được tính theo phương phápPenman - Monteith Nhưly, sau khi ích hợp modal tính toán như

modul này sẽ nhận giá tr bốc thoát hơi nước tiểm năng được trả ra từ modal tính

ETo để tinh toán ETO được tính toán dựa trên sự cân bằng năng lượng và động lực.

không khí như sau:

ET) =C|[WR, + (12W) f(v)(, ey] (mm/ngày) 650

Trong đó:

W: Yếu tổ hiệu chính hiệu quả của bức xạ đối với bốc hơi do nhiệt độ và độ cao

khu tưới, có thé tra bảng trong cuốn Bai tập thuỷ nông - NXB Nông nghiệp, 1995.

Rn: Chênh lệch giữa bức xa tăng vi bức xạ giảm của sóng ngắn và sông dài

(MI/m2.ngày): Ry = Ras - Rar

Rn Bức xo của mặt tồi được giữ lại sau khi đã phản xạ đối với mặt đất trồng

trọt (M1/m2.ngày): Ros - aR,

4: Hệ số phản xạ bề mặt diện ích trồng trọt Theo FAO thì Z =

Rs: Bức xạ mặt tồi (MJ/m2.ngiy): R, 250.5),

Ra: Bức xạ ở biên lớp khí quyển (MJ/m2.ngiy), Ra = fivi độ, thing), có thể trabảng trong cuốn Bai tập thuỷ nông - NXB Nông nghiệp, 1995

Rnl: Bức xạ toi ra bởi năng lượng hút được ban đầu Mỹ/m2.ngày).

Ñ FOF eofFOC).£ (0: Hàm hiệu chỉnh về nhiệt độ

t: Nhiệt độ bình quân ngày.

£ (ed) Him hiệu chỉnh về áp suất khí quyển

0.1 +091 red: được xie định: ed = en 100

cat Ap suất hơi bão hoà, ó quan hệ với nhiệt độ không khí, ta bang 10 tongcuốn Bai tập thuỷ nông - NXB Nông nghiệp, 1995.

Hr Độ dm tương đồi rung binh không khí 2)

C: Hệ số hiệu chỉnh về sự bù trừ của tốc độ gid ban ngày và ban đêm cũng như.sự biển đổi của bức xạ mặt trời và độ âm tương đối lớn nhất của không khí, tra bằng

11-7 trong cuốn Bai tập thuỷ nông - NXB Nông nghiệp, 1995

Un điểm phương pháp này là đã đ cập đến nhiều yếu tổ nên công thức cỏ độ nhạycao, kết quả tính toán có độ chính xác cao,có thé định lượng bốc bơi tiểm năng từ Ì

ngày đến 1 tháng, Nhược điểm của phương pháp này là khối lượng tính toán lớn.

3.1.3 Khối tính toán điều hành hồ

"Đường đặc trưng lòng hiBốc hơi mặt nude

Tinh toáncân bing

Phương án vận hànhcông trình: vận hànhcổng lấy nước, tràn

~ Lara lượng lấy qua

công lấy nước.

~ La lượng xã qua

sắc công tinh xã lũ.

- Kết quả mô phòng

vận hành công trình.- Diễn biển mực nước.

ong hò

2 Điện hành hồ chứatheo thời gia thực:- Lina lượng xa qua

trần, qua cổng lấynước, qua nhà maythủy điện theo thời

gian thực,

báo ding chiy

nhỗ theo diễn biến

lượng mua hiện ti:- Dự báo din biển

mực nước hỗ theothời gian hực

Hình 3.9: Khải tính toán điều hành ho,

Phương pháp tính toán cân bằng nước của hỗ chứa là:

W hồ = W đến - W xà 652)

Trong đó:

AW đền: lưu lượng dự bo theo tính toán của mô hình,

~ W xi = W xã trần + W xã cổng + W xã cổng W xi qua nhà máy thủy điện.“Thời đoạn tính toán 1 th, tức là sau Th, các số Hiệu về th tích hồ chứa, mựcnước hỗ, mực nước sau công trình xả déu được cập nhật lại.

3.1.3.1 Tính toán lưu lượng xả qua các công trình

i eh, ÀN jmumm( A

Hình 3.10: Liew lượng xả qua công trình

(Cong thức tính lưu lượng qua trin xã lũ như sau:

Q=ø,eunb-|2g Hệ 45)= _ m hệ số lưu lượng

~ $y: Hệ số hình dang mé bên

- Sgr Hệ số hình dang mồ trụ

Hình dạng và giá trị của mé bên và mồ trụ được tra theo phụ lục.

“Trong trường hợp cỏ của van, phải tính thêm hệ số co hep đứng trong công thức

tính toán lưu lượng, khi đó công thức tính toán cho lưu lượng qua trin sẽ như sau: