mô hình vận hành điều tiết thời gian thực thời kỳ mùa lũ hệ thống hồ chứa trên sông vu gia – thu bồn

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

LỜI CAM ĐOAN

Tôi là Tô Thúy Nga Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các nội dung và kết quả nghiên cứu trong Luận án là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình khoa học nào

TÁC GIẢ

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên tác giả bày 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, Đại học 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 trong gia 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

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Trên hệ thống sông Vu Gia – Thu Bồn hiện có nhiều hồ 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 và ngập 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 Thu Bồn mà còn cần thiết với các hệ thống hồ chứa khác thuộc khu vực miền

Gia-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 cận khoa 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,

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 Thực tế 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

cho sự 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

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 sông khác 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 đã có, 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 mưa 3 đến 5 ngày do Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn cung cấp hàng ngày, sẽ kéo dài thời gian dự báo lũ đến 3 đến 5 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 LU) 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

(MOPHONG-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

(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 hệ thống 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 phòng lũ 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

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ VẬN HÀNH HỆ THỐNG HỒ CHỨA THEO THỜI GIAN THỰC 1.1 Tổng quan các nghiên cứu trong nước

Vận hành hệ thống hồ chứa là một trong những vấn đề được nhiều cơ quan nghiên cứu quan tâm như các Viện Khoa học thủy lợi Việt Nam, Viện Cơ học, Viện Khí tượng Thủy văn, cũng như các trường Đại học trong nước nghiên cứu ứng dụng vào thực tiễn hệ thống các hồ chứa ở nước ta

Ngày 13/10/2010 Phó Thủ tướng Hoàng Trung Hải đã ký văn bản số 1879/QĐ-TTg [6] Phê duyệt danh mục các hồ thủy lợi, thủy điện trên lưu vực sông phải xây dựng quy trình vận hành liên hồ chứa Theo đó, các hồ chứa xây dựng trên lưu vực 11 sông đã được ghi trong văn bản này phải xây dựng quy trình vận hành liên hồ chứa để thống nhất về việc xả lũ, đảm bảo phát điện, và an toàn cho dân cư vùng hạ du Tuy nhiên, cho đến nay, mới có 5 lưu vực đã được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt quy trình vận hành liên hồ chứa là: Lưu vực sông Hồng (Sơn La, Hòa Bình, Thác Bà và Tuyên Quang); lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn (A Vương, Đăk

Mi 4, Sông Tranh II); lưu vực sông Ba (An Khê – Kanak, Ayun Hạ, Krông Năng, Sông Hinh, Sông Ba Hạ); lưu vực Sê San (Plei Krông, Ialy, Sê San 3, Sê San 3A); lưu vực Srêpok (Buôn Tua Sah, Buôn Koup, Srêpok 3 và Srêpok 4)

Theo tác giả Tô văn Tường đã phân tích [31] về vai trò của quy trình vận hành liên hồ khi xả lũ, cũng như chưa có quy định cụ thể nào về xử phạt khi xả sai quy trình, ta thấy cần thiết phải có một quy trình vận hành liên hồ Trận lũ tháng 10 năm 2010 ở lưu vực sông Ba: một số hồ chứa như sông Ba Hạ, sông Hinh xả lũ mà không báo trước cho Ban chỉ huy phòng chống lụt bão tỉnh Phú Yên đã dẫn đến tình trạng gây lũ nhân tạo, “lũ chồng lên lũ" ở thành phố Tuy Hòa Sự kiện thủy điện

An Khê-Kanak (Gia Lai) của Tập đoàn điện lực Việt Nam đột ngột xả lũ vào đêm

24 rạng ngày 25/5/2011 mới đây gây thiệt hại lớn cho hàng trăm hộ dân huyện Kbang, cũng đã xác định hồ thủy điện xả nước sai không theo quy trình vận hành nhưng lại khó xử phạt vì chưa có một chế tài rõ ràng Thực tế, hồ An Khê – Kanăk

là hồ chứa nằm trong quy trình vận hành liên hồ chứa trên lưu vực sông Ba với thời gian quy định vận hành từ 1/9 đến 15/12 hàng năm, đây là thời kỳ lũ chính vụ với lưu lượng lũ lớn nhất đã quan trắc được tại trạm thủy văn Củng Sơn là 20.700 m3/s ngày 4/10/1993 tương ứng với tần suất khoảng 1% Đợt xả lũ của thủy điện An Khê – Kanak vào đêm 24/5 không nằm trong thời gian quy định của quy trình vận hành liên hồ chứa, xả không báo trước, không theo quy luật tự nhiên đã gây thiệt hại lớn cho nhân dân huyện Kbang cũng là điều dễ hiểu

Đối với các hồ chứa thuộc khu vực miền Trung thường chỉ quy định: Khi mực nước hồ đã đến mực nước dâng bình thường hoặc mực nước trước lũ, lưu lượng xả lũ không được lớn hơn lũ đến Điều đó thôi chưa đủ vì khi mực nước hồ nhỏ hơn mực nước dâng bình thường, hồ có thể tích nước (Qxả =0) đến khi mực nước hồ đạt mực nước dâng bình thường sẽ xả lũ với lưu lượng bằng lũ đến Như vậy, sẽ gây hiện tượng “sốc”, cho hạ du vì lưu lượng đột ngột tăng từ 0 đến lưu lượng rất lớn, sẽ gây ra sạt lở, thiệt hại cho người và của cho hạ du Có thể gọi đó là

“xả lũ không an toàn” cho hạ du Do đó, cần phải bổ sung thêm các điều về “xả lũ

an toàn cho hạ du” vào các quy trình vận hành cho các hồ chứa, đặc biệt đối với miền Trung lại cần phải chú ý vì địa hình ở đây dốc Ngoài ra, cần rà soát và bổ sung lại các quy trình đã ban hành đối với hệ thống trên sông Ba Hạ, sông Vu Gia-Thu Bồn (hiện tại đang xây dựng thêm một số hồ mới nữa) với thực trạng dự báo lũ như hiện nay, các chủ hồ rất khó vận hành theo đúng quy trình đã ban hành

Hiện nay tuy đã có quy trình vận hành của một số các lưu vực sông trên cả nước nói chung và lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn nói riêng do Chính phủ ban hành, cũng như một số tác giả đã xây dựng quy trình cho các lưu vực sông ở miền Trung và Tây Nguyên Tuy nhiên quy trình vận hành hồ chứa dựa trên dự báo lũ có nhiều rủi ro vì khả năng dự báo mưa lớn ở thượng nguồn, mực nước triều ở vùng cửa sông khi có bão trên các lưu vực sông còn rất hạn chế Địa hình miền Trung dốc, sông ngắn nên lũ lên rất nhanh, cộng với việc các trạm đo mưa rất thưa nên việc dự báo thủy văn khó chính xác Các hồ chứa thủy điện ở Miền Trung hiện nay thì việc tích nước được đầy hồ chứa hay không phụ thuộc vào có lũ về hồ nhiều hay

ít Nếu không có lũ thì thường các hồ chứa rất khó khăn trong việc đầy hồ như A Vương (2010, và 2012 mực nước hồ cuối mùa lũ lần lượt là 363,4m và 363m so với mực nước dâng bình thương là 380m) và tương tự hồ chứa Krông Hnăng mực nước

hồ cuối mùa lũ 3 năm trở lại đây đều rất thấp và cách rất xa mực nước dâng bình thường Hồ chứa thủy điện A Vương sau trận lũ lịch sử 2009 ngập lụt lớn cho hạ du, tuy nhiên sau 3 tháng còn lại của mùa mưa không có lũ, thì cuối mùa mưa mực nước hồ chứa đạt khoảng cao trình 377m Do đó việc dựa vào dự báo dòng chảy về

hồ chứa 6, 12, 24 giờ để tạo dung tích phòng chống lũ, vận hành là không an toàn

và không phù hợp với đặc thù của các lưu vực sông Miền Trung Việc kéo dài thời gian dự báo lũ là rất cần thiết trong vận hành hệ thống theo thời gian thực

Cũng vì các hồ chứa miền Trung thường có lũ thì hồ mới đầy nên thường xảy ra tình trạng trước trận lũ lớn thường mực nước hồ rất thấp, do đó các hồ chứa này vận hành thường là tích đến cao trình mực nước yêu cầu rồi mới xả, điều này hoàn toàn không sai quy trình, nhưng xả lũ như thế thường sẽ không an toàn và gây

“sốc” cho hạ du, thể hiện như ở các hình 1.1, 1.2 và 1.3 dưới dây

Hình 1.1: Đường quá trình lũ đến và lũ xả hồ A Vương tháng 10 năm 2009

(Nguồn Công ty Thủy điện A Vương)

Hình 1.2: Đường quá trình lũ đến và lũ xả hồ Sông Hinh tháng 11 năm 2010

(Nguồn thủy điện sông Hinh)

Hình 1.3: Đường quá trình lũ đến và lũ xả hồ Sông Ba Hạ tháng 11 năm 2010

(Nguồn : Thủy điện Sông Ba Hạ)

Với riêng lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn vẫn chưa có một quy trình cụ thể

và đầy đủ để vận hành theo thời gian thực cho các hồ chứa thủy điện đã và

đang xây dựng

Các công trình và đề tài nghiên cứu của các tác giả trong nước

Năm 2005, Nguyễn Lan Châu và Nguyễn Quốc Anh [15] đã trình bày kết quả ứng dụng hệ thống thủy văn thủy lực trong bài toán điều hành hồ Hoà Bình mùa

lũ năm 2005, sử dụng các mô hình MARINE+TL (cho thượng lưu sông Đà), mô hình FIRR (cho thượng nguồn sông Lô, Thao và Đà), mô hình điều tiết dự báo hồ Hòa Bình, mô hình thủy lực 2 chiều cho các vị trí hạ lưu Hà Nội trên sông Hồng, Phả Lại trên sông Thái Bình

Năm 2005, Nguyễn Văn Hạnh, Nguyễn Đức Diện, nnk [21], xây dựng mô hình dự báo lũ và đề xuất các kịch bản tính toán Các tác giả đã xây dựng và đưa vào áp dụng thử nghiệm mô hình dự báo lũ trung hạn (5 ngày) nhằm phục vụ điều hành hồ chứa trong mùa mưa lũ

Năm 2006, Ngô Huy Cẩn, Nguyễn Thành Đôn và Nguyễn Tuấn Anh [14] đã nghiên cứu tính toán cho hệ thống sông Hồng - Thái Bình với các mục tiêu:

- Gia cố hệ thống đê

- Điều tiết lũ bằng các hồ chứa Hòa Bình, Thác Bà

- Phân lũ vào sông Đáy

- Chậm lũ và các khu chậm lũ

- Cho tràn qua một số đoạn đê đã chuẩn bị sẵn gọi là các đường tràn cứu hộ Các tác giả dùng mô hình dòng chảy một chiều và mô hình hai chiều, đánh giá khả năng cắt lũ của các hồ chứa

Năm 2006, Đoàn Xuân Thủy, Hà Ngọc Hiến, Nguyễn Văn Điệp, Ngô Huy Cẩn và cộng sự [30], tính toán điều tiết lũ phục vụ quy trình vận hành liên hồ cho hệ thống sông Hồng – Thái Bình với dung tích khoảng 500-700 triệu m3 Các tác giả

đã trình xây dựng các kịch bản lũ cho trận lũ 125 năm, phục vụ cho việc xây dựng quy trình tính toán liên hồ chứa Sử dụng bộ chương trình IMECH_1D được phát triển bởi Viện Cơ học với các modun tính toán điều tiết hồ tự động và dự báo mực nước hạ du Kết quả tính toán cho thấy khi có thêm hồ Tuyên Quang thì có thể nâng cao được mực nước trước lũ của thủy điện Hòa Bình lên 2-3m, làm tăng 6,8% sản

lượng điện trong mùa lũ

Năm 2007, Nguyễn Hữu Khải và Lê Thị Huệ [18] Áp dụng mô hình RESSIM điều tiết lũ hệ thống hồ chứa lưu vực sông Hương, mô hình cho phép xác định các thông số và thời gian thích hợp trong vận hành hệ thống để đảm bảo an toàn hạ lưu và an toàn bản thân các hồ chứa

HEC-Năm 2010, Hà Ngọc Hiến, Nguyễn Hồng Phong và Trần Thị Hương [22] đã xây dựng mô hình vận hành tối ưu chống lũ theo thời gian thực cho hệ thống hồ chứa trên sông Đà và sông Lô với các mục tiêu là tối đa tổng dung tích chống lũ của các hồ chứa Mô hình đã được áp dụng cho hệ thống sông Hồng gồm bốn hồ chứa là Sơn La, Hòa Bình, Tuyên Quang và Thác Bà Kết quả tính toán cho thấy hiệu quả chống lũ của mô hình

Năm 2010, Nguyễn Lan Châu [16] đề xuất dự thảo quy trình vận hành hệ thống hồ chứa Đak Mi 4, A Vương, Sông Tranh, tư tưởng của đề xuất này tạo dung tích hồ trống để đón lũ và dựa trên cơ sở là sẽ dự báo được dòng chảy lũ về trong khoảng 6-24 giờ

Năm 2010, Hoàng Minh Tuyển [34] xây dựng quy trình vận hành liên hồ chứa sông Ba cắt giảm lũ cho hạ du Nghiên cứu đã đề xuất các vấn đề mang đặc thù riêng của hệ thống hồ chứa sông Ba Đây là những luận cứ thực tiễn phục vụ xây dựng dựng quy trình vận hành liên hồ chứa sông Ba cắt giảm lũ đã được thủ tướng phê duyệt 9/2010

Năm 2010, Hà Văn Khối [19], trình bày một số ý kiến cũng như kết quả tính toán sơ bộ về vai trò chống lũ hạ du của hồ chứa A Vương và xem xét khả năng giao thêm nhiệm vụ chống lũ hạ du cho các hồ chứa trên sông Vu Gia – Thu Bồn Tác giả đã đề xuất cần nghiên cứu bổ sung (1) về quy trình chống lũ khi mực nước

hồ đang ở mực nước thấp để vừa đảm bảo an toàn tích nước hồ chứa vừa nâng cao hiệu quả giảm lũ hạ du; (2) Tăng thêm nhiệm vụ phòng chống lũ cho các hồ chứa, nhưng phải đảm bảo không ảnh hưởng lớn đến hiệu quả phát điện và hiệu quả cắt lũ phải mang lại lợi ích xã hội lớn, đồng thời giải quyết hài hòa quyền lợi giữa chủ đầu

tư và Nhà nước nếu có bổ sung thêm về nhiệm vụ chống lũ

Năm 2011, Nguyễn Lan Châu và Bùi đình Lập [17] đã sử dụng các mô hình mưa rào dòng chảy TANK và diễn toán Muskingum - Cunge dự báo dòng chảy thượng lưu hệ thống sông Đà, Thao, Lô và Thái Bình; Mô hình thủy lực IMECH-1D lấy dữ liệu đầu vào tại sáu biên trên từ hệ mô hình này (TANK+Muskingum-Cunge) dự báo dòng chảy hạ du hệ thống sông Hồng tại Phả Lại với thời gian dự kiến là 5 ngày Dữ liệu mưa dự báo phục vụ đầu vào của bộ công nghệ dự báo này

là mưa số trị từ hệ thống mô hình thời tiết số trị HRM (của Đức), ETA (Mỹ) hoặc BOLAM ( Italy) đang được chạy tác nghiệm tại Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Trung ương Công nghệ được thử nghiệm trong hai mùa lũ 2006, 2007 cho kết quả tốt và đưa vào dự báo tác nghiệp từ mùa lũ 2008 với 3 loại bản tin cấp cho Ban chỉ đạo PCLB Trung ương, Bản tin cấp lên mạng nội bộ của Trung tâm và bản tin đưa lên trang Web của Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Trung ương

Năm 2011, Ngô Lê Long đã áp dụng mô hình MIKE 11 [26] mô phỏng hệ thống liên hồ chứa sông Srêpook với mục đích cắt giảm lũ cho hạ du, tác giả đã ứng dụng kết hợp với mô đun vận hành công trình (SO) mô phỏng vận hành các công trình cửa van Bước đầu đã đề xuất được nguyên tắc điều tiết hệ thống hồ chứa phục

vụ cắt giảm lũ cho hạ du, tạo cơ sở khoa học cho việc đề xuất qui trình vận hành liên hồ chứa phòng chống lũ cho hạ du

Năm 2011, Hoàng Thanh Tùng, Vũ Minh Cát và Ngô Lê An [32] đã tích hợp

dự báo mưa trung hạn trong vận hành hệ thống hồ chứa phòng lũ cho lưu vực sông

Cả, tiến hành vận hành thử nghiệm cho các kịch bản dòng chảy lũ khác nhau đến các hồ chứa, từ đó xây dựng cơ sở khoa học vận hành hệ thống hồ chứa phòng lũ cho lưu vực sông Cả Bên cạnh đó đã tích hợp mô hình dự báo mưa, lũ với mô hình vận hành hồ chứa, nghiên cứu đã tạo tiền đề cho việc vận hành hồ chứa theo thời gian thực, giúp cho công tác vận hành hồ trở nên mềm dẻo và hiệu quả hơn, đây là phương pháp mà các nước trên thế giới đang thực hiện

Năm 2011 Hoàng Thanh Tùng, Vũ Minh Cát, GS Robeto Ranzi, Trương Tùng Hoa [33] đã nghiên cứu dự báo lũ trung hạn cho lưu vực sông Cả Nhóm tác giả đã lựa chọn các mô hình lai ghép tất định và ngẫu nhiên như HEC-HMS lai

ghép với ARIMA(p,d,q) và EANN (mô hình mạng Neuron) lai ghép với ARIMA(p,d,q) để xây dựng phương án dự báo lũ trung hạn phù hợp cho lưu vực sông Cả Việc lai ghép các mô hình trên cho phép tận dụng được những ưu điểm của các phương pháp dự báo trung hạn truyền thống với các phương pháp hiện đại Kết quả áp dụng cho lưu vực sông Cả là khá tốt

Năm 2012, Tô Thúy Nga, Lê Hùng [28, 29] đã nghiên cứu áp dụng mô hình MIKE FLOOD mô phỏng lại trận lũ năm 2009 và đánh giá ảnh hưởng của việc xả

lũ hồ A Vương đến ngập lụt hạ du với 3 trường hợp: Khi hồ A Vương xả lũ theo số liệu thực tế năm 2009, khi xem như không có hồ và khi hồ xả lũ theo đề nghị của tác giả Nếu vận hành theo phương kiến nghị, thì quá trình xả sẽ không gây ra “sốc” đồng thời sẽ làm giảm ngập lụt ở hạ du so với vận hành thực tế như đã thực hiện năm 2009: tại Hội Khách sẽ giảm 0,606m, tại Ái Nghĩa sẽ giảm 0,109m, tai Giao Thủy sẽ giảm 0,114m, Cao Lâu sẽ giảm 0,012m Đây là cơ sở định hướng cho việc nâng cao hiệu quả cắt lũ theo thời gian thực mà tác giả đang và sẽ tiếp tục nghiên cứu Qua kết quả tính toán ở trên ta thấy các hồ chứa thủy điện cần phải xả lũ theo quy trình hợp lý, không nên tích nước vào đầu thời điểm lũ lên mà tập trung tích nước vào cuối thời kỳ lũ lên và thời kỳ lũ xuống; các hồ chứa vẫn tích nước được đầy hồ vào cuối trận lũ mà hiệu quả giảm lũ rõ rệt Tiếp tục phát triển rộng hơn năm 2012, Tô Thúy Nga và Lê Hùng, tính toán so sánh sự ngập lụt hạ lưu Vu Gia – Thu Bồn theo

3 kịch bản sau:

Khi có hồ chứa A Vương (năm 2009);

Khi có 3 hồ chứa Sông Tranh 2, Đăkmi 4a và A Vương đang vận hành (theo quy định của chính phủ);

Khi có 5 hồ chứa Sông Tranh 2, Đăkmi 4a, A Vương, sông Bung 2 và sông Bung 4;

Một số công trình và dự án nghiên cứu áp dụng vận hành hệ thống liên hồ chứa trên cả nước và cho hệ thống Vu Gia – Thu Bồn như sau:

Năm 2013 Lê Hùng, Tô Thúy Nga đã áp dụng mô hình HEC-RESSIM [23]

mô phỏng hệ thống hồ chứa trên lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn, kết quả nghiên

cứu đã đề xuất được quy tắc vận hành các hồ chứa trên lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn, ứng với trường hợp mực nước trước khi lũ về nhỏ hơn mực nước đón lũ, nhằm

xả lũ an toàn cho hạ du đồng thời không ảnh hưởng lớn đến mục tiêu phát điện của các hồ chứa, đồng thời đã chứng minh được sự hiệu quả cắt lũ cho hạ dư của quy tắc điều tiết mà nhóm tác giả đề xuất

Năm 2013, Đặng Thanh Mai, Vũ Đức Long, Vũ Văn Hiếu, [27] đã trình bày các kết quả xây dựng công nghệ giám sát, cảnh báo, dự báo lũ, ngập lụt và điều tiết

hồ chứa cho hệ thống sông Ba dựa trên việc tích hợp các mô hình thủy văn, thủy lực

và điều tiết hồ Trong đó, mô hình NAM được dùng mô phỏng dòng chảy từ mưa làm đầu vào cho mô hình thủy lực và mô hình điều tiết hồ chứa trên toàn lưu vực

Mô hình MIKE 11-GIS dùng các kết quả của các mô hình NAM và điều tiết hồ để

mô phỏng dòng chảy và ngập lụt vùng hạ lưu hệ thống sông Các mô hình được thiết lập, kiểm định và thử nghiệm với kết quả đạt được khá tốt cho phép sử dụng

bộ mô hình để tính toán dự báo và điều tiết hồ chứa cho lưu vực sông Ba trong điều kiện tác nghiệp

Năm 2014, Lê Hùng, Tô Thúy Nga, [24] đánh giá vận hành hệ thống hồ chứa thủy điện trên các lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn sao cho đảm bảo lợi ích mục tiêu phát điện của các hồ chứa đồng thời giảm thiểu thiệt hại do lũ gây ra cho hạ du Trong nghiên cứu nhóm tác giả đã phân tích vai trò điều tiết của các hồ thuỷ điện A Vương, Đăk Mi 4, sông Tranh 2, sông Bung 2 và sông Bung 4 đến ngập lụt hạ du sông Vu Gia - Thu Bồn Các kịch bản tăng thêm dung tích phòng lũ cho các hồ chứa thuỷ điện và đồng thời đánh giá thiệt hai sản lượng điện mất đi của các hồ này Xây dựng giải pháp thỏa hiệp tối ưu Pareto quan hệ giữa tổn thất sản lượng điện và khả năng tăng dung tích cắt lũ cho hạ du

Trung tâm Bảo vệ môi trường – Đại học Đà Nẵng thực hiện đề tài cấp thành phố [10]: Xây dựng mô hình thủy văn thủy lực thành Phố Đà Nẵng, mục tiêu của đề tài này ứng dụng cho bài toán quy hoạch thành phố Đà Nẵng, đã mô phỏng ngập lụt

Đà Nẵng ứng với 3 trận lũ 2007, 2009 và 2010 và tìm bộ thông số nhám mô hình một chiều và hai chiều, sau đó mô phỏng ứng với các kịch bản biến đổi khí hậu,

nước biển dâng, phát triển đô thị và ảnh hưởng các hồ chứa thượng lưu

Viện Quy hoạch thủy lợi (2011), Nghiên cứu cơ sở khoa học và thực tiễn đề xuất quy trình điều hành liên hồ chứa trên sông Vu Gia – Thu Bồn đảm bảo ngăn lũ, chậm lũ và an toàn vận hành hồ chứa [12] các tác giả đã tính toán thủy văn bằng mô hình Nam cho các tiểu lưu vực với chuỗi dòng chảy từ năm 1998-2008 (bộ thông số cho mùa lũ và mùa cạn), sau đó sử dụng mô hình Hec-Ressim để vận hành hồ chứa

A Vương, ĐăkMi 4 và sông Tranh 2, đề xuất các phương án vận hành hồ chứa ứng với các năm từ 1998-2008

Viện Địa Lý (2011), xây dựng mô hình thủy lực trên lưu vực sông Vu Gia- Thu Bồn [11], nhằm sử dụng nó làm công cụ cho dự báo sớm diện và mức độ ngập lụt, hướng và vận tốc dòng chảy nhằm giảm thiệt hại tối đa cho người dân và của cải của các cư dân sống trên vùng ngập lũ Với mục tiêu là xây dựng và triển khai các mô hình thủy lực và thủy văn để hỗ trợ cho các thể chế cấp tỉnh trong việc lập

kế hoạch và quản lý lũ tại những vùng ngập thấp của tỉnh Quảng Nam; mô hình lũ

sẽ cung cấp: một cơ chế quản lý lũ (như bản đồ khu vực lũ nguy hiểm và phân tích rủi ro thiên tai để củng cố quy hoạch sử dụng đất); một công cụ dự báo lũ và cảnh báo lũ (do đó nâng cao năng lực các cơ quan cấp tỉnh nhằm xác định, đánh giá, quản

lý rủi ro thiên tai) Mô hình sẽ kết nối với các mô phỏng thủy văn về quá trình mưa- dòng chảy trên lưu vực với các mô phỏng thủy lực về luồng nước lũ dọc dòng chảy

số nghiên cứu ban đầu trong việc quản lý lũ lụt [27], [33] cũng như mới đưa vào một phần khá hạn chế với mức độ xem xét đến kết quả dự báo để tiến hành vận hành như các quy trình vận hành liên hồ mới ban hành [13], [34]

Một số mô hình vận hành hồ chứa theo hướng tối ưu chống lũ theo thời gian

thực cho hệ thống hồ chứa trên sông Đà và sông Lô với các mục tiêu là tối đa tổng dung tích chống lũ của các hồ chứa [22]

1.2 Tổng quan các nghiên cứu ngoài nước

Bài toán vận hành hệ thống theo thời gian thực là bài toán rất phức tạp, bởi vì các hệ thống hồ chứa đều có đặc thù riêng, do đó chưa có chương trình nào có thể giải quyết trọn vẹn bài toán này ở dạng tổng quát Hiện nay trên thế giới cũng như ở nước ta việc giải bài toán điều tiết vận hành hồ chứa bậc thang được rất nhiều tác giả đã và đang nghiên cứu, các phương pháp nghiên cứu:

1/ Phương pháp tối ưu hóa:

2/ Phương pháp sử dụng mô hình mô phỏng;

3/ Sự kết hợp giữa tối ưu hóa và phương pháp mô phỏng

Cách tiếp cận phương pháp tối ưu thuần túy:

Bài toán vận hành hệ thống hồ chứa thời gian thực tiếp cận theo phương pháp giải tối ưu đã được bắt đầu nghiên cứu từ những năm 1990, với các tác giả Olcay I Unver, Larry W Mays (1990) trình bày mô hình toán tối ưu vận hành thời gian thực đã sử dụng quy hoạch phi tuyến để giải bài toán tối ưu lượng xả hồ chứa

để giảm thiệt hại cho hạ du [52] Năm 1992, Ewa Niewiadomska-Szynkiewicz, Andrzej Karbowski & Krzysztof Malinowski [43] trình bày gói phần mềm điều khiển lũ hệ thống Vistula, thiết kế hệ thống ra quyết định thời gian thực cho điều khiển hệ thống đa hồ chứa ở Ba Lan El-Said Mohamed Said Ahmed, Larry W Mays [42] xác định tối ưu lượng xả điều tiết lũ hồ chứa thời gian thực, đánh giá lượng xả tối ưu theo thời gian với mục tiêu là minimum thiệt hại do lũ gây ra cho hệ thống sông-hồ chứa Dùng biến điều khiển tối ưu rời rạc lượng xả hồ chứa, cao trình đường mặt nước và lưu lượng là các biến trạng thái Mô hình giải bài toán điều khiển đối số Mô hình được ứng dụng hệ thống hồ chứa sông Lake Travis trên sông Lower Colorado ở Texas Năm 2008, Li-Chiu Chang [47] chỉ dẫn vận hành lũ hồ chứa hợp lý, điều khiển lũ thời gian thực hồ chứa đa mục đích được xem xét để cắt

lũ cho hạ lưu Mục đích nghiên cứu này là mô hình tối ưu điều khiển lũ hồ chứa với

sự mô tả các yêu cầu quy tắc vận hành và ra quyết định hợp lý, tiếp cận bao gồm

công thức vận hành lũ hồ chứa như bài toán tối ưu sử dụng thuật toán di truyền (GA) như là công cụ tìm kiếm Ứng dụng tính toán cho hồ chứa Shihmen tại Đài Loan, cho tìm kiếm lượng xả hợp lý và mô tả hồ chứa như trường hợp nghiên cứu Kết quả đã chứng minh rằng một hàm phạt kiểu thuật toán di truyền là hiệu quả hơn

để nhận được quá trình xả lũ hợp lý nhằm giảm thiểu thiệt hại ngập lụt trong thời gian vận hành lũ và gia tăng dung tích cuối mùa lũ để sử dụng cho nhu cầu cấp nước cho mùa cạn Năm 2007, Aleix Serrat – Capdevila, Juan B Valdes [35] sử dụng tối ưu để tính toán vận hành hệ thống các hồ chứa nằm trong lưu vực quốc tế Cách tiếp cận ở đây sử dụng quy hoạch động ngẫu nhiên (QHĐNN), thuật toán phát triển hai mô hình là ổn định và thời gian thực Sử dụng QHĐNN, có nguồn gốc từ sách lược điều hành như điều kiện biên để tối ưu hóa thời gian từng giai đoạn cục bộ; cuối cùng, các phương pháp tiếp cận được so sánh với nhau Những mô hình này được áp dụng cho hệ thống hồ chứa quốc tế Amistad-Falcon như là một phần của một nỗ lực mô hình động để phát triển một công cụ hệ thống hỗ trợ quyết định cho quản lý tốt hơn các nguồn tài nguyên nước ở hạ lưu lưu vực Rio Grande Năm

2009, Chih-Chiang Wei, Nien – Sheng Hsu [40], đã thiết lập tập hợp các quy tắc xả tối ưu, các quy tắc dạng cây là nền tảng cho vận hành lũ thời gian thực trên hệ thống

đa hồ chứa đa mục đích Quy tắc này sử dụng để xác định chu kỳ vận hành xả lũ tối

ưu Các bước đề xuất bao gồm (1) tập hợp dữ liệu, (2) xây dựng cơ sở dữ liệu lũ, (3) phát ra các mẫu tối ưu nhập vào và ra, (4) lựa chọn các quy tắc lượng cho diễn toán thiết kế sử dụng thuật toán cây lượng xả, (5) xác định quy tắc cây lượng xả tối ưu, (6) phát ra dữ liệu dự báo thực bằng cách sử dụng mô hình dự báo thủy văn, (7) biểu diễn lượng xả hồ chứa thực bằng cách mô phỏng vận hành hồ chứa thời gian thực, (8) hiệu chỉnh lượng xả hồ chứa các quy tắc giới hạn lượng xả thông qua so sánh cơ sở cây quy tắc Phương pháp này được áp dụng cho hệ thống hồ chứa ở Đài Loan

Bài toán vận hành lũ theo thời gian thực là một bài toán lớn, bao gồm số liệu mưa đầu vào, thủy văn, vận hành hồ chứa và truyền lũ hạ lưu, do đó để giải quyết bài toán này theo tối ưu thì số các ràng buộc của bài toán là vô cùng lớn, đối với số

liệu đầu vào cũng luôn biến đổi và phải cập nhập liên tục Do đó cách tiếp cận theo hướng này chỉ có ý nghĩ về mặt khoa học chứ về mặt thực tiễn rất khó có thể vận dụng vào thực tế

Cách tiếp cận mô hình mô phỏng trong bài toán vận hành thời gian thực: Đây là

phương pháp chủ đạo cho hầu hết các bài toán vận hành thời gian thực hiện nay

Năm 2004, Chung-Tian Cheng, K.W Chau [41] đã xây dựng chương trình điều khiển lũ hệ thống hồ chứa ở Trung Quốc Sau đợt lũ năm 1995 ở lưu vực sông Liaohe và lũ lụt năm 1998 ở sông Dương Tử, chính quyền từ trung ương đến địa phương Trung Quốc đã nhận ra rằng các hoạt động kiểm soát lũ các hồ chứa có thể đóng một vai trò quan trọng trong việc giảm thiệt hại lũ lụt nhưng hiện còn tồn tại một số vấn đề trong quản lý kiểm soát lũ cho các hồ chứa Hầu hết các hệ thống quản lý lũ lụt hiện có kiểm soát của hồ chứa đã được thành lập cho các mục đích đặc biệt và thiếu chia sẻ dữ liệu, thông tin liên lạc với chính phủ, điều đó rất khó khăn cho việc ra quyết định Do đó, một chương trình quốc gia về hệ thống kiểm soát lũ SOPs đã được phê duyệt Trọng tâm chính của nghiên cứu này là tích hợp hệ thống phần mềm quản lý kiểm soát lũ các hồ chứa Nghiên cứu được tập trung vào việc thiết kế sơ đồ của hệ thống và các thành phần cốt lõi của chúng Hệ thống này

có thể được áp dụng cho một trung tâm kiểm soát lưu vực sông hoặc hồ chứa bằng cách sử dụng các cơ sở dữ liệu tiêu chuẩn quốc gia và dễ dàng tích hợp vào hệ thống kiểm soát lũ lụt quốc gia trong tương lai

Năm 2006, Xiang-Yang Li, K.W Chau, Chun-Tian Cheng, Y.S Li [56] sử dụng hệ thống cảnh báo trên Web cho vùng Shuangpai ở Trung Quốc (WFFS) Dự báo lũ truyền thống và vận hành các hồ chứa ở Trung Quốc trên cơ sở tính toán thủy văn thông qua chương trình tính trên máy tính Hệ thống dự báo lũ trên cơ sở Web, bao gồm 5 mođun chính; dữ liệu mưa theo thời gian thực, mô hình dự báo thủy văn,

mô hình hiệu chỉnh, mô hình dự báo mưa, và phân tích lũ, được trình bày ở đây WFFS mang lại ý nghĩa thuận tiện hơn cho người dự báo lũ và điều khiển, cho phép phân bố thời gian thực trong phạm vi rộng, cảnh báo lũ tại các vị trí khác nhau theo không gian và thời gian WFFS đã phát triển ngôn ngũ Java và ứng dụng trong khu

vực Shuangpai với kết quả tốt

Năm 2008, Chih-Chiang Wei, Nien-Sheng Hsu [39] đã trình bày thủ tục mô phỏng vận hành thời gian thực để xác định lượng xả hồ chứa trong mùa lũ bằng mô hình thủy văn và mô hình vận hành hồ chứa Trong mô hình vận hành hồ chứa nghiên cứu so sánh 2 quỹ đạo vận hành điều khiển lũ cho hệ thống hồ chứa đa mục đích Ý tưởng sử dụng của phương pháp này nhận được từ chương trình HEC 5 được phát triển bởi US Army Corps of Engineers Thủ tục mô phỏng này đã được

áp dụng cho hệ thống lưu vực sông Tanshui Đài Loan, sử dụng bước thời gian dự báo 6 giờ So sánh các kết quả đạt được từ hai quỹ đạo biểu thị rằng trong xác định lượng xả thực từ hồ chứa thông qua hệ thống lũ dự phòng để minimum lượng lũ xả

Năm 2010, Xiang Li, Shenglian Guo, Pan Liu, Guiya Chen [55] điều khiển động, giới hạn mực nước vận hành hồ chứa bằng cách xem xét dòng chảy đến ngẫu nhiên Vận hành lũ trên nguyên tắc tổng quát là mực nước hồ chứa không cho phép vượt quá giới hạn mực nước lũ trong suốt mùa lũ Tuy nhiên cơ sở quy tắc vận hành hiện hành đã bỏ qua thông tin dự báo thời tiết để điều khiển xả lũ theo thời gian thực mà quá ưu tiên cho hạ thấp dòng chảy lũ Điều khiển động hồ chứa hiệu quả là đưa ra được phương pháp luận để so sánh giữa điều khiển lũ và bảo toàn vận hành

hồ chứa trong suốt chu kỳ mùa lũ Mô hình vận hành điều khiển động được xem xét dòng chảy đến không chắc chắn, sai số dự báo lũ và sự không chắc chắn về hình dạng đường quá trình lũ là mục đích để phát triển ở đây Mô hình này bao gồm 3

mô đun, mô đun dự báo lũ đến, sử dụng đánh giá biên trên của điều khiển động và

là cơ sở kết quả dòng chảy đến, mô đun vận hành được sử dụng trữ lũ và mô đun phân tích rủi ro sử dụng để đánh giá lũ Có thể chấp nhận vận hành điều khiển rủi ro

lũ với các ràng buộc và các phương pháp phân tích lượng được cho và biến điều khiển động của hồ chứa được đánh giá bằng cách sử dụng mô phỏng Monte Carlo

Áp dụng tính toán cho hệ thống 3 hồ chứa ở Trung Quốc Mô hình MLSM được lựa chọn cho dự báo dòng chảy đến của 3 hồ và dòng chảy tương lai được nhận biết từ điểm đo bằng cách giả thiết rằng sai số cho phép dòng chảy đến và phân bố chuẩn Kết quả ứng dụng chỉ ra rằng điều khiển động của hồ chứa có thể hiệu quả gia tăng

lượng điện phát điện và giảm tốc độ sóng lũ

Năm 2011, Bahram Malekmohammadi, Banafsheh Zahraie, Reza Kerachian [37] tổ hợp mô hình vận hành đa hồ chứa (CoMOM) là chương trình máy tính dựa trên web được phát triển như công cụ quản lý nguồn nước và được thiết kế gia tăng khả năng cấp nước bằng cách tổ hợp lượng xả đập trên lưu vực sông Han, Hàn Quốc với dự báo dòng chảy đến theo thời gian thực CoMOM lần đầu tiên phát triển năm 1998 (Kim, S K & Park, Y J 1998; Kim et.al 2000) và phát triển trong giai đoạn 1 của dự án thuộc chương trình 21C Frontier R&D được tài trợ bởi MEST (Bộ Giáo dục và Bộ Khoa học Công nghệ) Ngay từ đầu, các nhà quản lý phát triển một

tổ hợp nguồn nước nhằm mục đích triển khai thực hiện hình ảnh mô hình các công

cụ phù hợp nhất với môi trường thủy văn và xa hơn nữa hoạt động môi trường ở Hàn Quốc là tiến tới phát triển lý thuyết mới CoMOM được thiết kế để phối hợp kế hoạch vận hành hàng ngày của các hồ chứa, trong số các đập thuỷ điện ở lưu vực sông, như mục tiêu trữ nước hàng tháng của hồ chứa đơn, mục tiêu thuỷ điện và yêu cầu riêng của mỗi hồ chứa được đáp ứng Nhóm tác giả mô phỏng vận hành thời gian thực trong khoảng 3 năm (tức là từ ngày 01 Tháng 10 năm 2004 đến ngày 30 tháng 6 năm 2007, không kể thời gian lũ lụt) tại lưu vực sông Hàn

Năm 2011, Giha Lee, Sunmin Kim, Kwansue Jung và Yasuto Tachikawa [46] đã phát triển lưu vực hệ thống với mô hình mưa-dòng chảy là điều cần thiết cho quản lý tổng hợp tài nguyên nước trong đánh giá các lựa chọn quản lý thay thế

và quản lý tài nguyên theo thời gian thực Nghiên cứu này đã phát triển một mô hình hệ thống phân bố mưa-dòng chảy dựa trên hệ thống mô hình hướng đối tượng thuỷ văn (OHyMoS) cho lưu vực sông lớn (đập lưu vực Daechung, Hàn Quốc, 3.994 km2) Các tác giả đã áp dụng ba mô-đun thủy văn mô phỏng dòng chảy, dòng chảy trong kênh, hồ chứa nước và lưu lượng xả, sau đó liên kết các mô-đun lại với nhau theo OHyMoS để mô phỏng dự báo tại tám cửa ra Hệ thống mô hình phát triển có thể được sử dụng cho việc lập kế hoạch tài nguyên nước và quản lý đập Daechung và cũng có thể dễ dàng mở rộng cho các lưu vực lớn khác, chẳng hạn như toàn bộ lưu vực sông Geum (9835 km2)

Năm 2012, Wan Xin-yu, Zhong Ping-an, Chen Xuan, Dai Li, Jia Ben-you [57] đã mô phỏng tính toán quá trình lũ trong hệ thống điều khiển lũ lớn, bao gồm nhiều dự án điều khiển lũ khác nhau, như đê bao, hồ chứa chậm lũ Bằng cách ứng dụng tiếp cận phân tích hệ thống Nghiên cứu này phân tích hệ thống điều khiển lũ phức tạp vào trong xây dựng các dự án cân bằng nước, mô phỏng tương ứng và sau

đó kết nối với các phần tử đơn lại, dùng các kỹ thuật như tại nút, nút mã hóa, cấu trúc liên kết ma trận và số thứ tự mã tính toán, cuối cùng mô phỏng trên hệ thống điều khiển lũ ở thượng lưu Zhengyanghuan, thông qua sử dụng mô hình kết hợp Theo đó mô phỏng kết quả, kết hợp mô phỏng hệ thống điều khiển lũ phức tạp có thể nhận được hỗ trợ ra quyết định tốt, hiệu quả và nhanh chóng

* Cách tiếp cận kết hợp phương pháp tối ưu và mô phỏng

Năm (2007) Nien-Sheng Hsu, Chih-Ching Wei [51] đã phát triển một mô hình hoạt động thời gian thực để xác định tối ưu vận hành hồ chứa trong một cơn bão Họ chia thành 3 mô hình: Mô hình dự báo mưa, Mô hình dự báo dòng chảy và vận hành tối ưu hồ chứa Các mô hình tối ưu hóa các mục tiêu tối đa hóa lưu lượng đỉnh giảm tại các điểm kiểm soát lựa chọn hạ lưu và lưu trữ hồ chứa tối ưu hóa ở cuối mùa lũ Họ đã áp dụng mô hình của họ với một hệ thống hồ chứa tại Đài Loan

đã cho thấy đề xuất mô hình có hiệu suất tốt hơn so với các hoạt động lịch sử và quy tắc hiện

Năm 2007, Long Le Ngo, Henrik Madsen, Dan Rosbjerg [49] trình bày các quy tắc vận hành hồ Hòa Bình với mục đích phòng lũ cho Châu thổ sông Hồng và phát điện Được đặc trưng bởi nhiều mục đích, mâu thuẫn trong vận hành hồ chứa

đã từng xảy ra từ khi được xây dựng, đặc biệt trong mùa lũ Các tác giả đã đề xuất tối ưu quỹ đạo điều khiển vận hành cho hồ Hòa Bình bằng cách ứng dụng tổ hợp

mô hình mô phỏng (MIKE 11) và mô hình tối ưu SCE (gói phần mềm Autocal của DHI, 2005a) Nghiệm tối ưu được thỏa hiệp giữa phòng lũ và phát điện cho vận hành hồ chứa Hòa Bình trong mùa lũ và mức nước hồ chứa tại bắt đầu của mùa khô Kết quả chứng minh rằng quy tắc tối ưu có thể tìm thấy, so sánh quy tắc hiện hành giảm lũ hạ lưu và mực nước hồ, cho gia tăng sản xuất điện năng trong mùa lũ và

trong mùa cạn Các kết quả chỉ ra rằng thuật toán này là công cụ hiệu quả cho hệ thống tối ưu phức tạp

Năm 2009, Bahram Malekmohammadi, Banafsheh Zahraie và Reza Kerachian [36] đã trình bày một phương pháp tiếp cận khác để vận hành lũ thời gian thực trong quản lý hệ thống hồ chứa Phương pháp này được dựa trên cơ sở kết hợp mô hình tối ưu Thuật toán di truyền (GA) vận hành hồ chứa cho hệ thống bậc thang 2 hồ chứa, Mô hình thủy lực dựa trên mô hình mô phỏng đường quá trình thủy lực hạ lưu hệ thống sông Hệ thống thông tin địa lý (GIS) đã được sử dụng và ứng dụng thuật toán K-Nearest Neighbor (K-NN) phát triển các quy tắc hoạt động tối ưu Tối ưu di truyền mô hình hồ chứa theo giờ để giảm thiểu lũ lụt bồi thường thiệt hại trong hạ lưu sông Công cụ GIS cũng đã được sử dụng để xác định vùng đất sử dụng, thiệt hại trong vùng đồng bằng ngập lũ hạ lưu và nó đã được liên kết với các mô-đun của mô hình HEC-RAS, HEC-GEORAS Mô hình phát triển đã được áp dụng cho hệ thống hồ chứa Bakhtiari và Dez sông ở phía Tây Nam của Iran Kết quả cho thấy đề xuất mô hình có thể được sử dụng hiệu quả cho quản lý lũ lụt và hoạt động thời gian thực của các hệ thống sông hồ chứa

Bertrand Richaud, Henrik Madsen, Dan Rosbjerg, Claus B Pedersen và Long L Ngo (2011) [36] đã áp dụng kỹ thuật tối ưu – mô phỏng để giải quyết bài toán vận hành đa mục đích, Bài báo này với mục đích tiếp cận theo hướng tối ưu –

mô phỏng đa mục tiêu với các quy tắc cứng điều phối tối ưu và quy tắt tối ưu thời gian thực Quy tắc cứng sẽ sử dụng công cụ tối ưu – mô phỏng để đưa ra các quy tắc vận hành hồ chứa Hoà Bình, Quy tắc tối ưu thời gian thực được sử dụng tối ưu trực tuyến với mục đích dự báo ngắn hạn, điều tiết lũ, thủy điện và giảm lũ cho hạ lưu sông Hồng Tiếp cận nhận được thỏa hiệp giữa các mục tiêu Lựa chọn phương pháp tối ưu Pareto, tham chiếu tối ưu có thể làm giảm lũ ở hạ lưu của sông Hồng, và gia tăng phát điện và lưu trữ nước cho mùa cạn Thủ tục tối ưu thời gian thực xa hơn cải thiện hiệu quả của vận hành hồ chứa và nâng cao khả năng mềm dẻo ra quyết định Cuối cùng Chất lượng dự báo là rất quan trọng kết quả hình ảnh quan trọng chỉ dẫn theo thời gian đủ dự báo bắt đầu dự báo lượng nước xả mùa lũ

Năm 2012, J Yazdi, S A A Salehi Neyshabouri [44] đã kết hợp mô hình

mô phỏng và mô hình tối ưu cho quản lý lũ Trong nghiên cứu này, thuật toán được trình bày cho thiết kế tối ưu công trình và phi công trình, dao động lũ đo đạc cơ sở tiếp cận mô phỏng tối ưu Mô hình thủy động một chiều MIKE 11 được sử dụng mô phỏng các kịch bản lũ dưới sự thay đổi tổ hợp đo đạc công trình và phi công trình

và mô hình này được kết hợp với mô hình tối ưu đa mục đích NSGA-II nhận được lời giải tối ưu Pareto giữa 2 mục tiêu mâu thuẩn lẫn nhau là minimum chi phí đầu tư cho công tác đo đạc để giảm lũ và tiềm năng giảm ngập lụt của các bãi ngập lũ Mô hình này được ứng dụng cho lưu vực nhỏ tại Iran

Nhận xét: Trong thời gian gần đây để kết hợp các ưu điểm của phương pháp mô phỏng và tối ưu – nhiều tác giả sử dụng mô hình kết hợp mô phỏng và tối ưu, đã mở

ra cách tiếp cận mới cho bài toán vận hành điều tiết hồ chứa thời gian thực

1.3 Đề xuất hướng nghiên cứu

Có thể nói, cho đến nay các nghiên cứu về phương pháp vận hành hệ thống

hồ chứa theo thời gian thực ở Việt Nam còn rất hạn chế Chỉ có lưu vực sông Hồng

đã áp dụng rõ rệt phương pháp này cho vận hành hệ thống hồ chứa chống lũ hạ du nhưng nói chung còn nhiều tồn tại, đặc biệt là việc giải quyết mâu thuẫn giữa phòng

lũ hạ du và tích nước hồ chứa cho đến nay vẫn còn chưa giải quyết được

Tổng quan tình hình nghiên cứu thế giới cho thấy trong thời gian qua đã phát triển mạnh về công cụ tính toán cũng như các công trình nghiên cứu, nhưng do hệ thống sông mỗi lưu vực có đặc thù riêng, trong hệ thống hồ chứa, mỗi hồ chứa có những mục tiêu khác nhau, do đó cách tiếp cận mỗi nơi đều khác nhau, và bài toán vận hành hệ thống hồ chứa thời gian thực nhìn chung phụ thuộc vào đặc điểm địa hình, địa chất khí hậu của từng lưu vực sông, các mục tiêu khác nhau của hệ thống

hồ chứa trên lưu vực đó, điều kiện về số liệu đo đạc từ đó mới có thể đưa ra sách lược vận hành cụ thể phù hợp cho mỗi lưu vực khác nhau Các lưu vực miền Trung bên cạnh có đặc điểm chung là lũ lên nhanh xuống nhanh, nhưng tính chất ngập lụt

ở mỗi vùng khác nhau điển hình như Vu Gia – Thu Bồn và sông Hương Hệ thống sông Hương tuy thượng nguồn có đặc điểm giống Vu Gia - Thu Bồn nhưng hạ lưu

sông Hương tiếp giáp trực tiếp với vùng đầm phá, nên nội thành phố Huế thường ngập lớn về mùa lũ

Nói chung có rất nhiều cách tiếp cận khác nhau cho bài toán thời gian thực, bởi vì mỗi lưu vực có đặc thù khác nhau, các mục tiêu đặt ra của mỗi bài toán cũng khác nhau nên rất khó đưa ra một hướng nghiên cứu tổng quát nào

Với bài toán vận hành theo thời gian thực, mỗi tác giả xây dựng mô hình tính ứng dụng cho một công trình cụ thể, mỗi hệ thống lại đưa ra các mô hình tính khác nhau, do đó không mang tính tổng quát

Xuất phát từ những phân tích tên tác giả đề xuất hướng nghiên cứu xây dựng quy trình vận hành hệ thống hồ chứa trên thượng du sông Vu Gia – Thu Bồn sao cho ảnh hưởng ngập lụt của hệ thống là thấp nhất, và lợi ích điện năng đạt được của các hồ chứa này vẫn được đảm bảo

Hiện nay, các nghiên cứu về chế độ vận hành hệ thống hồ chứa theo thời gian thực được phát triển theo 3 hướng chính sau đây: Phương pháp tối ưu hóa; Phương pháp sử dụng mô hình mô phỏng; Sự kết hợp giữa tối ưu hóa và phương pháp mô phỏng Việc chọn phương pháp nào để nghiên cứu cho một lưu vực cụ thể còn tùy thuộc vào đặc điểm của hệ thống, mục tiêu cần hướng tới và bài toán cần được giải quyết được đặt ra như thế nào Đối với bài toán vận hành hồ chứa thời kỳ mùa kiệt thì phương pháp tối ưu hóa được coi là lựa chọn tốt nhất Đối với bài toán vận hành hệ thống hồ chứa đa mục tiêu thời kỳ mùa lũ có thể lựa chọn theo cả 3 phương pháp và tùy thuộc vào đặc điểm của hệ thống, cụ thể như sau:

+ Nếu mục tiêu chống lũ hạ du đã rõ ràng và là nhiệm vụ chính thời kỳ mùa

lũ, thì phương pháp tối ưu được lựa chọn cho mục tiêu cấp nước hoặc phát điện;

+ Đối với hệ thống hồ chứa mà nhiệm vụ phòng lũ hạ du không phải là nhiệm vụ chính (kết hợp phòng lũ) thì phương pháp mô phỏng là lựa chọn chính và

có thể kết hợp với phương pháp tối ưu hóa khi xem xét hiệu quả cắt giảm lũ cần đạt được ở mức tối đa và không gây ra tác động tiêu cực đối với vùng hạ du Trong trường hợp này cần giải quyết mâu thuẫn giữa nhiệm vụ cấp nước và phát điện với nhiệm vụ phòng lũ Nói chung, nghiệm tối ưu cho trường hợp này khó được chấp

nhận vì thiệt hại cho mục đích cấp nước, phát điện sẽ rất lớn so với nhiệm vụ thiết

kế đã được duyệt trước khi xây dựng công trình Trong trường hợp này người ta hướng tới một sự thỏa hiệp có thể chấp nhận được và được gọi là phương án “hợp lý”

Theo phân tích trên, với bài toán đặt ra cho hệ thống hồ chứa trên lưu vực sông Vu Gia- Thu Bồn, luận án sẽ nghiên cứu giải quyết bài toán theo hướng xây dựng phương án vận hành “hợp lý” Phương pháp mô phỏng hệ thống và mô hình vận hành theo thời gian thực sẽ là nội dung cốt lõi được vận dụng, áp dụng cho luận án Phương án vận hành gọi là hợp lý nhằm nâng cao hiệu quả cắt giảm lũ hạ

du được xem xét trên cơ sở nghiên cứu khả năng huy động phần dung tích hiệu dụng của các hồ chứa cho nhiệm vụ cắt giảm lũ hạ du sao cho những thiệt hại về

Xác định chế độ vận hành theo thời gian thực thời kỳ mùa lũ đối với hệ thống hồ chứa có thể được mô tả với những nội dung chính như sau:

1 Xây dựng mô hình dự báo/cảnh báo lũ từ mưa, trong đó mưa gây lũ nhận được từ các cơ quan dự báo Quốc gia hoặc địa phương Các vị trí dự báo gồm các nút hồ chứa và nút sông (nhập lưu)

2 Mô hình tính toán điều tiết lũ được liên kết trong mô hình mô phỏng hệ thống theo thời gian thực

3 Các phần mềm về diễn toán lũ trong hệ thống sông

4 Ứng dụng mô hình mô phỏng đã xây dựng được ở đây áp dụng cho bài toán vận hành hệ thống hồ chứa theo các kịch bản vận hành hệ thống hồ chứa đã được xây dựng trong luận án Các kịch bản vận hành hệ thống được lựa chọn trên

cơ sở xác định chế độ vận hành “hợp lý” khi giải quyết thỏa đáng mâu thuẫn giữa phát điện và nhiệm vụ cắt giảm lũ hạ du

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 HỆ THỐNG HỒ CHỨA TRÊN SÔNG VU GIA-THU BỒN

2.1 Đặc điểm về sự hình thành lũ trên lưu vực sông Vu Gia-Thu Bồn

2.1.1 Vị trí địa lý

Sông Vu Gia - Thu Bồn là hệ thống sông lớn ở vùng Duyên hải Trung Trung

Bộ Toàn bộ lưu vực nằm ở sườn Đông của dãy Trường Sơn có diện tích lưu vực: 10.350 km2, trong đó diện tích nằm ở tỉnh Kon Tum là: 301,7 km2, còn lại chủ yếu thuộc địa phận tỉnh Quảng Nam và Thành phố Đà Nẵng

Hình 2.1 Bản đồ khu vực nghiên cứu Nguồn [8]

Lưu vực có vị trí toạ độ : 16o03’ - 14o55’ vĩ độ Bắc; 107o15’ - 108o24’ kinh

độ Đông Có ranh giới lưu vực : Phía Bắc giáp lưu vực sông Cu Đê, phía Nam giáp

lưu vực sông Trà Bồng và Sê San, phía Tây giáp Lào và phía Đông giáp biển Đông

và lưu vực sông Tam Kỳ

Lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn bao gồm đất đai của 17 huyện, thành phố của 3 tỉnh Kon Tum, Quảng Nam và Thành phố Đà Nẵng, đó là Bắc Trà My, Nam Trà My, Tiên Phước, Phước Sơn, Hiệp Đức, Đông Giang, Tây Giang, Nam Giang, Quế Sơn, Duy Xuyên, Đại Lộc, Điện Bàn, Thành phố Hội An, thành phố Đà Nẵng, Hoà Vang và một phần của huyện Thăng Bình, Đăk Glei (Kon Tum)

2.1.2 Đặc điểm địa hình

Nhìn chung địa hình của lưu vực biến đổi khá phức tạp và bị chia cắt mạnh Địa hình có xu hướng nghiêng dần từ Tây sang Đông đã tạo cho lưu vực có 4 dạng địa hình chính sau:

2.1.2.4 Đia hình vùng cát ven biển

Vùng ven biển là các cồn cát có nguồn gốc biển Cát được sóng gió đưa lên

bờ và nhờ tác dụng của gió, cát được đưa đi xa bờ về phía Tây tạo nên các đồi cát

có dạng lượn sóng chạy dài hàng trăm km dọc bờ biển

2.1.3 Đặc điểm sông ngòi

Lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn được bắt nguồn từ vùng núi cao sườn phía Đông của dãy Trường Sơn, độ dài của sông ngắn và độ dốc lòng sông lớn Vùng núi lòng sông hẹp, bờ sông dốc đứng, sông có nhiều ghềnh thác, độ uốn khúc từ 1÷2 lần Phần giáp ranh giữa trung lưu và hạ lưu lòng sông tương đối rộng và nông, có nhiều cồn bãi giữa dòng, về phía hạ lưu lòng sông thường thay đổi, bờ sông thấp nên vào mùa lũ hàng năm nước tràn vào đồng ruộng, làng mạc gây ngập lụt Sông

Vu Gia - Thu Bồn gồm 2 nhánh chính: sông Vu Gia và sông Thu Bồn

2.1.3.1 Sông Vu Gia

Sông Vu Gia: Lưu vực sông Vu Gia nằm bên trái sông Thu Bồn thuộc địa

phận của các huyện Phước Sơn, Tây Giang, Đông Giang, Nam Giang, Đại Lộc, Điện Bàn và huyện Hoà Vang thuộc thành phố Đà Nẵng Sông Vu Gia gồm nhiều nhánh sông hợp thành, đáng kể là các sông Đak Mi (sông Cái), sông Bung, sông A Vương, sông Con Sông Vu Gia có chiều dài đến cửa ra tại Đà Nẵng là 204 km, đến Cẩm Lệ: 189 km, đến Ái Nghĩa: 166 km Diện tích lưu vực đến Ái Nghĩa là 5.180

km2 Sông có các phụ lưu sau :

- Sông Cái (Đắk Mi): Được bắt nguồn từ những đỉnh núi cao trên 2.000 m (Ngọc Linh) thuộc tỉnh Kon Tum Sông có chiều dài 129 km với diện tích lưu vực 1.900 km2 có hướng chảy Bắc Nam sau nhập vào sông Bung

- Sông Bung: Bắt nguồn từ những dãy núi cao ở phía Tây Bắc, sông chảy theo hướng Tây Đông, với chiều dài 131 km có diện tích lưu vực 2.530km2 Sông Bung có nhiều nhánh nhỏ nhưng đáng kể là sông A Vương có diện tích Flv = 898

km2, chiều dài sông 84 km

- Sông Con: Được bắt nguồn từ vùng núi cao của huyện Đông Giang, diện tích lưu vực 627 km2, chiều dài sông 47 km với hướng chảy chính Bắc Nam

2.1.3.2 Sông Thu Bồn

Thượng nguồn sông Thu Bồn là sông Tranh bắt nguồn từ vùng núi cao trên

2000m ở sườn Đông Nam dãy Ngọc Linh chảy theo hướng bắc nam qua các huyện Nam Trà My, Bắc Trà My, Tiên Phước, Hiệp Đức, Quế Sơn, Nông Sơn đến Giao Thuỷ sông tiếp nhận thêm nước của sông Vu Gia từ nhập lưu sông Quảng Huế rồi chảy qua huyện Duy Xuyên, Điện Bàn, Hội An và đổ ra biển tại cửa Đại

Sông được bắt nguồn từ vùng biên giới 3 tỉnh Quảng Nam, Kon Tum và Quảng Ngãi ở độ cao hơn 2.000 mm sông chảy theo hướng Nam - Bắc, về Phước Hội sông chảy theo hướng Tây Nam - Đông Bắc khi đến Giao Thuỷ sông chảy theo hướng Tây - Đông và đổ ra biển tại Cửa Đại Diện tích lưu vực từ thượng nguồn đến Nông Sơn: 3.150 km2, dài 126 km, diện tích lưu vực tính đến Giao Thuỷ là 3.825 km2, dài 152 km Sông Thu Bồn gồm có nhiều sông suối, đáng kể là các sông sau:

- Sông Tranh có diện tích lưu vực 644 km2 với chiều dài 196 km

- Sông Khang có diện tích lưu vực 609 km2, chiều dài 57 km

- Sông Trường có diện tích lưu vực 446 km2, chiều dài 29 km

Diện tích toàn bộ lưu vực Vu Gia- Thu Bồn tính từ thượng nguồn đến cửa sông là 10.350 km2 Phần hạ lưu dòng chảy của 2 sông có sự trao đổi với nhau là: Sông Quảng Huế dẫn một lượng nước từ sông Vu Gia sang sông Thu Bồn Cách Quảng Huế 16 km, sông Vĩnh Điện lại dẫn 1 lượng nước sông Thu Bồn trả lại sông

Vu Gia

Có thể nói phần hạ lưu mạng lưới sông ngòi khá dày, ngoài sự trao đổi dòng chảy của hai sông với nhau còn có sự bổ sung thêm bởi một số nhánh sông khác Phía sông Vu Gia có sông Tuý Loan, diện tích lưu vực: 309 km2, dài 30 km Sông Thu Bồn có nhánh sông Ly Ly, diện tích lưu vực: 275 km2, chiều dài: 38 km

2.1.4 Đặc điểm về sự hình thành lũ trên hệ thống sông

2.1.4.1 Đặc điểm mưa gây lũ

Các hình thế thời tiết gây mưa lớn như bão, áp thấp nhiệt đới, không khí lạnh, dải hội tụ nhiệt đới và các nhiễu động khác như sóng đông đều có thể gây nên mưa lũ ở Quảng Nam, đặc biệt khi có sự tác động kết hợp giữa các hình thế thời tiết này thì khả năng mưa lũ sẽ rất lớn

Mưa lớn kết hợp với địa hình dốc là nguyên nhân chính gây nên lũ ở Quảng Nam Ở Quảng Nam, mưa là nguyên nhân chính gây nên dòng chảy lũ, các địa phương trên địa bàn tỉnh có lượng mưa năm khá lớn nhưng lại phân bố không đều, khu vực mưa lớn tập trung ở vùng núi phía nam Lượng mưa năm lớn nhưng phân

bố không đều, tập trung chủ yếu vào mùa lũ, tổng lượng mưa 2 tháng 10 và 11 chiếm 65 - 70% tổng lượng mưa cả năm Cường độ mưa lớn và thời gian mưa kéo dài nên thời gian lũ cũng kéo dài và thường xuất hiện lũ kép

Các loại hình thể thời tiết gây mưa lũ trên đã gây ra mưa lớn và gây lũ trong toàn vùng nghiên cứu như các năm 1964, 1970, 1985, 1996, 1998, 1999, 2007,

2009, 2010 hoặc một số năm cũng gây lũ đặc biệt lớn ở một số vùng như các năm

1969, 1975, 1999, 2007, 2009, 2010 Cường độ mưa do bão gây nên rất lớn, với 30 phút mưa có thể đạt tới 90mm tại Đà Nẵng, 120 phút có thể đạt lượng mưa cao nhất: 190mm ở Đà Nẵng Lượng mưa lớn nhất trong 1440 phút đạt 600-800 mm tại các trạm đo mưa

Bảng 2.1: Đặc trưng lượng mưa thời đoạn lớn nhất tại các trạm trên lưu vực sông Vu Gia Thu Bồn Đơn vị (mm)

X1 ngày max X3 ngày max X5 ngày max X7 ngày max Trạm

Lượng (mm)

Thời gian

Lượng (mm)

Thời gian

Lượng (mm)

Thời gian Lượng

(mm)

Thời gian

Ái Nghĩa 501 11/3/99 1073 11/1-3/99 1230 11/1-5/99 1306 10/399

Bà Nà 398 11/16/83 604 11/14/83 705 10/20/93 852 10/19/93 Cẩm Lệ 595 11/3/99 846 11/1/99 980 11/1/99 1053 10/31/99 Câu Lâu 542 11/3/99 981 11/1/99 1108 11/1/99 1177 10/31/99

Đà Nẵng 530 11/3/99 748 11/1/99 875 11/1/99 926 10/31/99 Giao Thủy 481 11/3/99 1073 11/1/99 1223 11/1/99 1309 10/31/99 Hội An 667 11/3/99 1140 11/1/99 1251 11/1/99 1315 10/31/99 Hội Khách 459 10/31/83 997 11/1/99 1154 11/1/99 1254 11/1/99 KhâmĐức 531 10/29/96 949 11/15/80 1030 11/14/80 1316 10/23/96 Nông Sơn 513 10/31/83 940 11/1/99 1130 11/1/99 1203 11/1/99 Quế Sơn 472 12/3/99 883 12/3/99 1078 11/1/99 1150 10/31/99 SơnPhước 388 10/21/93 561 10/29/83 724 10/27/83 847 10/26/83

X1 ngày max X3 ngày max X5 ngày max X7 ngày max Trạm

Lượng (mm)

Thời gian

Lượng (mm)

Thời gian

Lượng (mm)

Thời gian Lượng

(mm)

Thời gian Hiệp Đức 527 11/26/04 824 11/24/04 945 11/24/04 967 11/11/07 Sơn Trà 561 11/3/99 835 11/2/99 969 11/2/99 1043 10/31/99 Tam Kỳ 405 12/3/99 989 12/3/99 1081 12/2/99 1125 12/1/99 Thành Mỹ 622 11/2/99 1070 11/1/99 1213 11/1/99 1282 11/1/99 TiênPhước 534 12/4/99 1107 12/3/99 1331 11/1/99 1440 10/31/99 Trà My 504 11/11/07 1020 10/24/05 1287 10/23/05 1363 10/23/05 Trao 482 11/17/80 1124 11/15/80 1488 11/15/80 1677 11/14/80

Bảng 2.2: Mưa ngày lớn nhất thời kỳ 1980-2010 Đơn vị (mm)

Địa điểm Lượng

mưa

Thời gian xuất hiện

Hình thế thời tiết gây mưa

Hiên 482.2 17/11/1980 ATNĐ đổ bộ vào Phú Khánh

Khâm Đức 531.0 29/10/1996 Không khí lạnh, DHTNĐ

Thành Mỹ 621.9 02/11/1999 Trường gió E, NE với ATNĐ phía nam Hội Khách 459.2 31/10/1983 ATNĐ vào Phú Khánh ngày 29/X

Ái Nghĩa 500.6 03/11/1999 Trường gió E, NE với ATNĐ phía nam

Đà Nẵng 592.6 03/11/1999 Trường gió E, NE với ATNĐ phía nam Trà My 503.5 11/11/2007 Hoàn lưu bão số 6, đới gió Đông

Tiên Phước 534.4 04/12/1999 Không khí lạnh, gió Đông, DHTNĐ

Hiệp Đức 526.6 26/11/2004 Hoàn lưu bão số 4 với không khí lạnh Nông Sơn 513.3 31/10/1983 ATNĐ vào Phú Khánh ngày 29/X

Giao Thủy 480.6 03/11/1999 Trường gió E, NE với ATNĐ phía nam Câu Lâu 541.9 03/11/1999 Trường gió E, NE với ATNĐ phía nam Hội An 666.6 03/12/1999 Không khí lạnh, gió Đông, DHTNĐ

Tam Kỳ 405.2 03/12/1999 Không khí lạnh, gió Đông, DHTNĐ

(nguồn : Đặc điểm khí tượng thủy văn Quảng Nam 2012)

2.1.4.2 Đặc điểm chế độ lũ

Quảng Nam có địa hình phần lớn là đồi núi dốc chiếm hơn 70% diện tích đất

tự nhiên nên khả năng tập trung nước nhanh Lượng mưa trong mùa lũ lớn, sông suối ngắn và dốc do đó lũ ở Quảng Nam xảy ra rất ác liệt với cường suất lũ lớn Lũ

trên các sông ở Quảng Nam có đủ các dạng: lũ đơn, lũ kép, có lũ tới 3 - 4 đỉnh

Bảng 2.3: Mức báo động lũ và đặc trưng đỉnh lũ ở Sông Vu Gia – Thu Bồn

(nguồn : Đặc điểm khí tượng thủy văn Quảng Nam 2012)

Mùa lũ trên hệ thống sông Thu Bồn - Vu Gia gồm 3 tháng 10, 11 và 12, lưu vực sông Tam Kỳ là 4 tháng 10, 11, 12 và tháng 1 năm sau Trên các hệ thống sông,

lũ chủ yếu tập trung vào 2 tháng 10 và 11 Số trận lũ và độ lớn của các trận lũ phân

bố rất khác nhau trên các lưu vực sông

Trên hệ thống sông Thu Bồn - Vu Gia trung bình hàng năm có 4 trận lũ từ báo động I trở lên, năm nhiều nhất có 8 đến 9 trận Lũ từ báo động II trở lên, trung bình mỗi năm có 2 trận, năm nhiều nhất có 3 đến 6 trận, đặc biệt như năm 1996 và năm 2007 có tới 6 trận Lũ trên báo động III trung bình mỗi năm có 1 trận, năm nhiều nhất có đến 3 trận

Tháng 10 và tháng 11 là mùa lũ chính vụ nên đỉnh lũ cao nhất năm tập trung xuất hiện trong hai tháng này Trên sông Thu Bồn và sông Vu Gia có sự lệch pha nhau về tần suất xuất hiện đỉnh lũ lớn nhất năm, đây là một thuận lợi trong công tác phòng tránh lũ lụt ở Quảng Nam

Ở Quảng Nam hầu như không có lũ tiểu mãn nhưng đặc biệt năm 1989 do ảnh hưởng của cơn bão số 2 đổ bộ vào khu vực Quảng Nam - Đà Nẵng đã gây ra trận lũ vượt mức báo động II vào ngày 25 tháng 5, đây cũng là trận lũ lớn nhất trong năm trên cả hai sông Vu Gia và Thu Bồn

Từ năm 1980 đến nay, tại Quảng Nam đã xuất hiện các trận lũ đặc biệt lớn

vào các năm 1998, 1999, 2007 và 2009 với đỉnh lũ vượt mức báo động III từ 1.1m đến 1.8m Hầu hết các trận lũ đặc biệt lớn đều xuất hiện vào tháng 11, riêng năm

2009 trận lũ lớn nhất xuất hiện vào cuối tháng 9 đầu tháng 10 (xem bảng 2.3 )

Bảng: 2.4: Thống kê số trận lũ lớn nhất năm theo các tháng (1980 - 2010)

P (%) 3.2 9.7 54.8 29.0 3.2 3.2 6.5 38.7 41.9 9.7 (nguồn : Đặc điểm khí tượng thủy văn Quảng Nam 2012)

Trên sông Thu Bồn tại Nông Sơn, khống chế diện tích 3150 km2 có đo đạc lưu lượng, tài liệu có từ 1976 tới nay cho thấy lưu lượng lũ lớn nhất năm trung bình nhiều năm là 6260 m3/s tương ứng với mô số dòng chảy lũ là 2,0 m3/s.km2 Lũ lớn nhất đo được trong thời kỳ từ năm 1976 đến nay là Qmax = 10600 m3 /s, tương ứng với mô số đỉnh lũ là 3,37 m3/s km2, vào ngày 11/11/2007, 20/11/1998 và 4/12/1999, các trận lũ này tương đương với tần suất 5,8%

Trên sông Vu Gia tại Thành Mỹ, khống chế diện tích 1850 km2 có đo đạc lưu lượng, tài liệu có từ năm 1976 tới nay cho thấy lưu lượng lũ lớn nhất năm trung bình nhiều năm là 3640 m3/s tương ứng với mô số dòng chảy lũ là 2,0 m3/s.km2 Lũ lớn nhất đo được trong thời kỳ từ năm 1976 đến nay với Qmax là 7230 m3/s, tương ứng với mô số đỉnh lũ là 3,90 m3/skm2, vào ngày 29/9/2009, trận lũ này tương ứng với tần suất 3,3%, Qmax=7000 m3/s xảy ra vào ngày 20/11/1998 Những trận lũ lớn sau đó xảy ra vào các năm 2007, 1996, 1984

Trạm Sông Flv (km2) Hmax (cm) Qmax (m3/s) Thời gian Thành Mỹ Vu Gia 1850 2693

2657

7230

7000

29/9/2009 20/11/1998

Thời gian truyền lũ trên các đoạn sông là cơ sở để phân tích lựa chọn các tham số mô hình truyền lũ trên hệ thống sông Các sông ở Quảng Nam mang đặc tính chung của các sông miền trung là ngắn và có độ dốc lòng sông lớn, do đó mà tốc độ truyền lũ trong sông lớn và thời gian truyền lũ ngắn Đây là một khó khăn trong công tác cảnh báo và dự báo lũ cho các sông trên địa bàn tỉnh Trong bảng 2.6 thống kế thời gian truyền lũ và tốc độ truyền lũ của một số đoạn sông trên sông Vu Gia-Thu Bồn

Bảng 2.6: Thời gian và tốc độ truyền lũ trên sông Vu Gia – Thu Bồn (1980- 2010)

Thời gian truyền

lũ (giờ)

Tốc độ truyền lũ (km/giờ) Sông Đoạn sông

Chiều dài (km) TB Max Min TB Max Min

Vu Gia Thành Mỹ - Ái Nghĩa 40.5 6 8 5 6.8 8.1 5.1

Hiệp Đức - Nông Sơn 23 4 7 3 5.8 7.7 3.3 Nông Sơn - Giao Thủy 27 4 6 3 6.8 9.0 4.5 Thu Bồn

Giao Thủy - Câu Lâu 26 6 8 5 4.3 5.2 3.3 (nguồn : Đặc điểm khí tượng thủy văn Quảng Nam 2012)

2.2 Hệ thống hồ chứa và nhiệm vụ điều tiết của hệ thống hồ chứa

2.2.1 Hệ thống hồ chứa phòng lũ trên sông Vu Gia-Thu Bồn

Theo quy hoạch năm 2000, sơ đồ bậc thang thuỷ điện trên dòng chính sông

Vu Gia - Thu Bồn dự kiến gồm 10 hồ chứa với các kỹ thuật thống kê trong bảng

2.7 Tại Quyết định số 1336/QĐ-TTg ngày 22 tháng 09 năm 2008 về việc “Phê

duyệt Quy hoạch thoát nước ba vùng kinh tế trọng điểm Bắc Bộ, miền Trung và phía Nam đến năm 2020” đã quy định: trên hệ thống sông Vu Gia – Thu Bồn xây dựng một loạt các hồ chứa với tổng dung tích hữu ích 2.857 ×106m3, dung tích phòng lũ 1.187 × 106m3, chiếm 42% tổng dung tích hiệu dụng

Hiện nay, trên dòng chính Vu Gia - Thu Bồn đã và sẽ xây dựng những hồ chứa lớn Do những nguyên nhân khác nhau nên dung tích hiệu dụng và dung tích phòng lũ giảm đáng kể so với quy hoạch, tổng dung tích hiệu dụng của các hồ chứa trên sông Vu Gia-Thu Bồn chỉ là 1453,24 triệu m3 Các hồ chứa thượng nguồn đã

và đang xây dựng lại lấy nhiệm vụ phát điện và cấp nước là chính, nhiệm vụ phòng

lũ cho hạ du của các hồ chứa này đã giảm đáng kể (xem bảng 2.8), tổng dung tích phòng lũ của các hồ chứa chỉ còn 146,44 triệu m3 bằng 10% tổng dung tích hiệu dụng Với dung tích phòng lũ như vậy, các hồ chứa chỉ có nhiệm vụ cắt giảm lũ cho

hạ du Như vậy, trên lưu vực sông chỉ còn 5 hồ chứa có nhiệm vụ cắt giảm lũ cho hạ du: A Vương, Sông Tranh 2, Sông Bung 2, Sông Bung 4 và Đakmi 4

Bảng 2.7: Các dự án hồ chứa theo quy hoạch năm 2000

tác giả tạm giả định các mực nước đón lũ với mục đích tăng thêm các trường hợp tính toán (xem bảng 2.8)

Hình 2.2: Hệ thống các hồ chứa lớn có nhiệm vụ cắt giảm lũ trên lưu vực sông

Vu Gia-Thu Bồn

2.2.2 Nhiệm vụ điều tiết và quy trình vận hành liên hồ chứa thời kỳ mùa lũ

Nhiệm vụ thiết kế của 5 hồ chứa lớn trên hệ thống được quy định như sau:

- Cấp nước cho hạ du thời kỳ mùa kiệt với tổng lượng điều tiết khoảng 273,9 triệu m3

- Phát điện theo công suất đã thiết kế của các nhà máy thủy điện được thống

kê trong các bảng trên

- Cắt giảm lũ cho hạ du với các trận lũ ứng với tần suất nằm trong khoảng từ 5% đến 10%, tương đương với các trận lũ lớn xuất hiện vào các năm 2007 và 2009

Cho đến nay chưa có quy trình vận hành liên hồ chứa thời kỳ mùa kiệt Thời

kỳ mùa lũ cũng mới có quy trình vận hành cắt giảm lũ hạ du cho 3 hồ chứa A Vương, Đak mi 4 và Sông Tranh 2 Quy trình vận hành có thể tóm tắt như sau:

Bảng 2.8 Tổng hợp các dự án trên dòng chính sông Vu Gia - Thu Bồn

T T Tên công trình Sơ đồ

khai thác

Flv (km2)

MND (m)

MNC (m)

MNGC (m)

Wtb (106 m3)

Whi (106

m3)

Wfl (106 m3)

Nlm (Mw)

F tưới (ha)

Bảng 2.9 Mực nước đón lũ và dung tích phong lũ các hồ chứa có nhiệm vụ cắt giảm lũ hạ du

T

T Tên công trình

MND

BT (m)

MNC (m)

2.3 Cơ sở phương pháp luận về vận hành hồ chứa theo thời gian thực

2.3.1 Khái niệm vận hành hồ chứa theo thời gian thực

Quy trình vận hành hồ chứa theo thời gian thực là một phương pháp mà quyết định vận hành tại một thời điểm nào đó tùy thuộc vào trạng thái hệ thống tại thời điểm đó và thông tin dự báo ở những thời đoạn tiếp theo Tức là:

Quyết định vận hành = F( Trạng thái hệ thống + Kết quả dự báo)

Vận hành hồ chứa dựa trên các quy tắc hoạt động cố định, được phát triển có tính đến các nhu cầu về nước và các dữ liệu lịch sử, tổng hợp chuỗi thời gian, thường phát sinh những khó khăn trong việc ra quyết định vận hành phù hợp với những thay đổi hàng năm của dòng chảy đến hồ ngay cả khi yêu cầu dùng nước không thay đổi Vận hành hồ chứa, do đó, trở thành một hoạt động trong thời gian