Nghiên cứu chế độ vận hành tích nước trong thời kỳ mùa lũ cho hệ thống hồ chứa bậc thang hòa bình và sơn la (tt)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƢỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI VŨ THỊ MINH HUỆ NGHIÊN CỨU CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH TÍCH NƢỚC TRONG THỜI KỲ MÙA LŨ CHO HỆ THỐNG HỒ CHỨA BẬC THANG HOÀ BÌNH VÀ SƠN LA TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành: Phát triển nguồn nước Mã số: 62 44 92 01 HÀ NỘI, NĂM 2017 Công trình hoàn thành Trƣờng Đại học Thủy lợi Người hướng dẫn khoa học 1: PGS.TS Phạm Thị Hƣơng Lan Người hướng dẫn khoa học 2: GS.TS Hà Văn Khối Phản biện 01: PGS.TS Nguyễn Tiền Giang Phản biện 02: PGS.TS Dƣơng Văn Tiển Phản biện 03: PGS.TS Vũ Minh Cát Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án …………………………………………………………………………… Vào lúc … …ngày … tháng … năm 2017 Có thể tìm hiểu luận án thư viện: - Thư viện Quốc gia Thư viện Trường Đại học Thủy lợi MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Trên thượng nguồn sông Đà có nhiều công trình hồ chứa đa mục tiêu đóng góp tỷ trọng lớn sản lượng điện, cấp nước phục vụ phát triển kinh tế cho đồng sông Hồng tham gia điều tiết chống lũ hạ du với hiệu to lớn Hồ chứa Sơn La Hòa Bình hai hồ có dung tích dành chống lũ cho hạ du lớn (7 tỉ m3), phần dung tích thiết kế nằm mực nước dâng bình thường Do vậy, nẩy sinh mâu thuẫn nhiệm vụ chống lũ phát điện, cấp nước gay gắt Mặt dù quy trình vận hành liên hồ chứa lưu vực sông Hồng ban thành theo định số 1622/QĐ-TTg ngày 17 tháng 09 năm 2015 tạo khung vận hành cứng, vận hành cụ thể phải vào dự báo trình nước đến hồ Nhưng có hai câu hỏi mà yêu cầu thực tiễn đặt cho nhà nghiên cứu, là: - Có cho phép hồ chứa tích nước từ đầu mùa lũ không, cho phép quy định tích nước phải đảm bảo an toàn chống lũ hạ du? - Theo quy định, thời kỳ lũ muộn hồ chứa phải tích nước dần đến mực nước dâng bình thường, xẩy lũ lớn bất thường hồ chứa ứng phó để giảm lũ cho hạ du mà đảm bảo an toàn cho công trình? Do vậy, nghiên cứu sinh lựa chọn đề tài “Nghiên cứu chế độ vận hành tích nước thời kỳ mùa lũ cho hệ thống hồ chứa bậc thang Hòa Bình Sơn La” với mong muốn nghiên cứu sở khoa học chế độ vận hành tích nước hồ chứa Hòa Bình Sơn La nhằm nâng cao hiệu tích nước cho phát điện cấp nước, đảm bảo an toàn công trình chống lũ hạ du Nhiệm vụ luận án - Nghiên cứu sở khoa học thực tiễn để xác định chế độ vận hành tích nước kỳ mùa lũ, đảm bảo an toàn tích nước đầy hồ, nâng cao hiệu cấp nước phát điện mà đảm bảo an toàn chống lũ hạ du chống lũ cho công trình cho hai hồ chứa Hòa Bình Sơn La - Nghiên cứu chế độ vận hành điều tiết cắt lũ cho hạ du thời kỳ lũ muộn, mà hồ chứa Sơn La Hòa Bình phép tích nước đầy hồ, đảm bảo giảm thiểu tác động tiêu cực cho hạ du xảy lũ lớn bất thường Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu: Vận hành điều tiết tích nước chống lũ cho hệ thống hồ chứa bậc thang Hoà Bình Sơn La thời kỳ mùa lũ Đối tượng nghiên cứu: Chế độ điều tiết chống lũ hạ du xem xét hệ thống liên hồ chứa bao gồm hồ Hòa Bình, Sơn La, Tuyên Quang Thác Bà, nghiên cứu chế độ vận hành tích nước theo mục tiêu đề tài giới hạn nghiên cứu với hệ thống hồ chứa Sơn La Hoà Bình sông Đà Phƣơng pháp nghiên cứu Luận án sử dụng phương pháp (i) Phương pháp kế thừa; (ii) Phương pháp phân tích tổng hợp; (iii) Phương pháp mô hình toán Những đóng góp luận án - Đề xuất chế độ tích nước sớm có điều kiện cho hồ chứa Sơn La Hòa Bình Trên sở đó, đề xuất sở khoa học xác định mực nước giới hạn trình tích nước hồ chứa Sơn La thời kỳ tích nước hạn chế, đảm bảo tích nước hiệu mà an toàn chống lũ hạ du công trình - Đề xuất chế độ vận hành điều tiết chống lũ cho hạ du phương thức ứng phó xảy lũ bất thường thời kỳ tích nước đầy hồ cuối thời kỳ mùa lũ Cấu trúc luận án Luận án gồm 118 trang, 30 bảng, 40 hình vẽ 67 tài liệu tham khảo Ngoài phần mở đầu kết luận, luận án gồm chương: Chương 1: Tổng quan nghiên cứu vận hành vận hành hồ chứa đa mục tiêu Chương 2: Cơ sở khoa học thực tiễn xác định chế độ vận hành tích nước thời kỳ mùa lũ hệ thống hồ chứa Hòa Bình Sơn La Chương 3: Kết nghiên cứu chế độ vận hành thời kỳ tích nước hệ thống hồ chứa bậc thang Hòa Bình Sơn La CHƢƠNG TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VẬN HÀNH HỒ CHỨA ĐA MỤC TIÊU 1.1 Hồ chứa vấn đề vận hành hồ chứa Để khai thác sử dụng hồ chứa lợi dụng tổng hợp đem lại lợi ích cao nhất, nhà khoa học giới tập trung tìm quy tắc vận hành hợp lý, giải mẫu thuẫn mục tiêu khác nâng cao hiệu vận hành hồ chứa, từ nghiên cứu đơn giản lượng trữ cấp nước Rippl (1883) đến nghiên cứu phức tạp gần vận hành tối ưu hệ thống hồ chứa theo thời gian thực phục vụ đa mục tiêu Mehdipour nnk (2012) Mặc dù đầu tư nghiên cứu chi tiết từ quan quản lý khai thác sử dụng, nhiều nhà khoa học sử dụng phương pháp khác để thiết lập quy tắc vận hành cho hệ thống hồ chứa ứng dụng thành công chủ yếu gắn liền với đặc thù hệ thống, phương pháp luận, công cụ dùng chung cho hệ thống 1.2 Phƣơng pháp quản lý nguyên tắc vận hành hệ thống hồ chứa đa mục tiêu Mỗi hệ thống hồ chứa hoạt động tuân thủ theo quy trình vận hành thiết lập sẵn, có quy tắc vận hành cho thời kỳ mà người quản lý vận hành phải tuân thủ theo Quy trình vận hành hồ thiết lập giai đoạn thiết kế kỹ thuật thông qua mô hình mô tối ưu Các quy tắc vận hành biểu diễn dạng đồ thị hay bảng hướng dẫn theo mực nước (dung tích) hồ theo thời gian năm (Yeh, 1985) (Long, N L, Madsen, H., and Rosbjerg, D., 2007) thể biểu đồ điều phối cho việc định vận hành hồ chứa Các đường cong quy tắc điều hành cách quản lý đơn giản phổ biến nhất, nhằm hỗ trợ việc định điều hành hồ chứa người quản lý (Liu P; Guo S.L; Xu X.W; Chen J.H, 2011) Đối với hệ thống hồ chứa đa mục tiêu có hai hướng quản lý: (i) Quản lý theo biểu đồ điều phối (ii) Quản lý vận hành theo thời gian thực Quy tắc điều hành hệ thống hồ chứa bậc thang đa mục tiêu: (i) với mục tiêu chống lũ cần cắt lũ, tích đầy hồ thượng lưu trước, cần dung tích trống chuẩn bị điều tiết trận lũ sau xả trống hồ hạ lưu trước, (ii) với mục tiêu cung cấp nước đơn giản trữ vào hồ chứa cao trước, thấp cuối 1.3 Tổng quan phƣơng pháp xây dựng quy trình vận hành hệ thống hồ chứa đa mục tiêu Bài toán vận hành hệ thống hồ chứa toán đa dạng phức tạp, nghiên cứu lĩnh vực giới, đặc biệt nghiên cứu Việt Nam nhiều quan chức nhà khoa học quan tâm Nghiên cứu xây dựng quy trình vận hành hệ thống hồ chứa thường tập trung sử dụng công cụ mô hình toán áp dụng lý thuyết tối ưu mô Kỹ thuật tối ưu thường sử dụng để thiết lập quy tắc vận hành khung, xây dựng biểu đồ điều phối cho hồ chứa hệ thống Phương pháp mô giúp chi tiết hoá vận hành hệ thống hồ chứa với kịch khác để lựa chọn phương án vận hành hợp lý giải mâu thuẫn nhằm tối đa hoá mục tiêu hệ thống hồ chứa Chính vậy, phương pháp sử dụng mô hình tối ưu ngày phát triển mạnh mẽ tìm quy tắc vận hành tối ưu gặp nhiều khó khăn (Labadie, 1997), nên phương pháp mô ứng dụng rộng rãi nhằm xác định quy tắc vận hành hợp lý linh hoạt 1.4 Tổng quan lƣu vực sông Hồng Hệ thống hồ chứa Lưu vực sông Hồng lưu vực sông lớn miền Bắc Việt Nam Hệ thống sông Hồng bắt nguồn từ tỉnh Vân Nam, Trung Quốc với 05 phụ lưu lớn chảy vào địa phận Việt Nam hợp thành 03 nhánh sông Đà, Thao, Lô Hình 1-6: Bản đồ lưu vực sông Đà Do điều kiện địa hình thuận lợi, lưu vực sông Hồng ngày khai thác mạnh mẽ nguồn nước thượng nguồn Trên thượng lưu sông Đà (sông Lý Tiên) thuộc Trung Quốc, có 11 hồ chứa quy hoạch, có hồ vào vận hành Phía Việt Nam, nhiệm vụ cấp nước phát điện thời kỳ mùa lũ, hồ chứa Sơn La Hòa Bình (trên sông Đà) dành tỷ m3 với 1,0 tỉ m3 Tuyên Quang (trên sông Gâm) 0,45 tỉ m3 Thác Bà (trên sông Chảy) bảo vệ an toàn cho Hà Nội không vượt mực nước 13,4 m với trận lũ có chu kỳ lặp lại 500 năm Quy trình vận hành hệ thống hồ chứa lƣu vực sông Hồng Nhận thấy tầm quan trọng hồ chứa này, hồ chứa Hòa Bình vào hoạt động có nhiều nhà khoa học nghiên cứu để hỗ trợ quan quản lý văn pháp lý quy định quy trình vận hành phù hợp với phát triển hệ thống Các quy trình ban hành quy định vận hành hệ thống hồ chứa thời kỳ tích nước linh hoạt với việc trì mực nước hồ lên mực nước trước lũ Tuy nhiên chưa có quy định rõ ràng thời điểm tích hồ chứa tích lên mực nước cao mà gặp lũ lớn xử lý nào? Vấn đề vận hành hệ thống hồ chứa thời kỳ tích nước số hạn chế gây khó khăn cho người định vận hành (vấn đề phân tích kỹ chương 2) cần nghiên cứu để nâng cao hiệu vận hành Vấn đề dự báo lũ Dự báo dòng chảy đến hồ nhiệm vụ quan trọng cần thiết công tác vận hành hệ thống hồ chứa, chất lượng dự báo tin tư vấn ảnh hưởng không nhỏ đến hiệu vận hành liên hồ chứa, mà đặc biệt dự báo dòng chảy thời kỳ tích nước Dự báo lũ hệ thống sông Hồng toán phức tạp, nhiều khó khăn ngày nhiều hồ chứa thượng nguồn xây dựng tình trạng thiếu thông tin từ trạm đo địa phận Trung Quốc, vấn đề chất lượng dự báo mưa số trị Tuy nhiên, báo lũ hệ thống nhiều nhà khoa học (Trịnh Quang Hòa nnk, 1994) (Nguyễn Văn Điệp, 2013) (Bùi Đình Lập, 2016) quan tâm ứng dụng công nghệ đại, tiên tiến giới nâng cao lượng dự báo phục vụ hiệu vận hành hệ thống hồ chứa lưu vực sông Hồng, đảm bảo yêu cầu vận hành theo thời gian thực Dự báo dòng chảy lũ với thời gian dự kiến 72h đạt mức dự báo “Tốt” điều kiện cho việc giải mâu thuẫn tích nước phòng lũ hệ thống hồ chứa hệ thống sông Hồng 1.5 Định hƣớng nghiên cứu Hệ thống hồ chứa Sơn La, Hoà Bình có nhiều nghiên cứu làm sở khoa học cho việc xây dựng quy trình vận hành hệ thống hồ chứa sông Hồng nhiều báo cáo phân tích thực tiễn vận hành với nhiều công nghệ đại nhiên người định vận hành gặp nhiều khó khăn thời điểm mà quy trình quy định cụ thể Vì vậy, luận án lựa chọn nghiên cứu làm sở khoa học cho việc vận hành hệ thống hồ chứa lưu vực sông Hồng thời kỳ tích nước, sơ đồ nghiên cứu thể Hình 1-7 Hình 1-7: Sơ đồ khối nghiên cứu chế độ vận hành tích nước cho hệ thống hồ chứa Hòa Bình Sơn La Quy trình vận hành hệ thống hồ chứa lưu vực sông Hồng (QT1622), đề khung vận hành cứng cho việc quản lý vận hành hồ chứa Do vậy, luận án lựa chọn phương pháp mô với ưu điểm giúp chi tiết hoá vận hành hệ thống hồ chứa vận hành theo kịch khác để lựa chọn phương án vận hành hợp lý, giải mâu thuẫn nhằm tối đa hoá mục tiêu hệ thống CHƢƠNG CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH TÍCH NƢỚC TRONG THỜI KỲ MÙA LŨ ĐỐI VỚI HỆ THỐNG HỒ CHỨA HÒA BÌNH VÀ SƠN LA 2.1 Nhận xét quy trình ban hành đề xuất hƣớng nghiên cứu chế độ vận hành tích nƣớc Nhiệm vụ chống lũ hạ du QT 1622 quy định hồ chứa Sơn La Hòa Bình dành phần dung tích đủ lớn để để đảm bảo xảy lũ thiết kế khống chế mực nước lớn Hà Nội theo mức 13,1 m với lũ 300 năm 13,4 m với lũ 500 năm Sơn Tây (xem Bảng 2-1) Bảng 2-1: Quy định phân bổ dung tích phòng lũ dành cho cắt lũ hạ du theo mực nước khống chế Hà Nội hồ Sơn La Hòa Bình QT1622 Mức nƣớc Dung tích dành cắt lũ theo mực nƣớc khống chế Hà Nội cần khống (tỷ m3) chế Hà Hồ Sơn La Hồ Hòa Bình Tổng cộng Nội 1,00 1,13 (mực nước hồ từ (mực nước hồ từ 2,13 ZHN 11,5 m 197,3÷203 m) 101÷107m) 3,00 1,87 ZHN > 13,1 m (mực nước hồ từ 203 (mực nước hồ từ 4,87 Đến 13,4 m ÷217,2 m) 107 ÷117 m) Một số hạn chế quy trình vận hành Trong thời kỳ lũ sớm lũ vụ quy trình vận hành chủ yếu quan tâm đến quy định cắt lũ mực nước Hà Nội có khả vượt cao trình 11,5 m, chưa có quy định vận hành cụ thể mực nước Hà Nội mức Tính toán hồ sơ kỹ thuật, lập quy trình sử dụng mô hình lũ bất lợi tần suất 0,33% 0,2% với mực nước chân lũ Hà Nội ngưỡng 10,5 đến Định hƣớng nghiên cứu chế độ vận hành tích nƣớc hồ chứa Hòa Bình Sơn La Từ phân tích quy trình thực tiễn vận hành, luận án định hướng nghiên cứu với hai nội dung sau: - Nghiên cứu chế độ vận hành tích nước thời kỳ mùa lũ nhằm nâng cao hiệu phát điện, cấp nước, đảm bảo an toàn tích nước đầy hồ an toàn chống lũ cho hạ du cho công trình - Nghiên cứu xây dựng chế độ vận hành điều tiết cắt lũ, giảm thiểu tác động tiêu cực cho hạ du trường hợp xảy lũ lớn bất thường vào thời kỳ tích nước sau ngày 21/8 hàng năm sau ngày 10/8 cho phép tích nước sớm 2.2 Cơ sở khoa học nghiên cứu xây dựng chế độ vận hành tích nƣớc Quan điểm nghiên cứu Luận án đề nghị nghiên cứu áp dụng chế độ tích nước sớm có điều kiện (phương án trung gian) hồ chứa Sơn La Hòa Bình Tuy nhiên, dù hồ chứa tích nước sớm nghĩa nên tích nước đến mực nước dâng bình thường trước thời điểm kết thúc mùa lũ mà nên tích nước đến giới hạn để dự báo có lũ lớn xảy ra, phải kịp đưa mực nước hồ mực nước trước lũ, sẵn sàng làm nhiệm vụ chống lũ theo thiết kế Chế độ tích nước gọi có điều kiện thời điểm tích nước, mực nước tích hồ phụ thuộc vào yếu tố: (1) Mực nước hồ chứa mực nước hạ du (tại Hà Nội) thời điểm tích nước; (2) Mức độ dự báo lũ diễn biến dòng chảy đến hồ mực nước hạ du thời gian dự kiến; (3) Ràng buộc chế độ điều tiết xả lũ qua công trình xả lũ Theo đó, mùa lũ phân thành 02 thời kỳ vận hành: Thời kỳ tích nước hạn chế (trước ngày 21/08 hàng năm): thời kỳ vận hành tích nước hạn chế gồm thời kỳ lũ sớm lũ vụ Đây thời kỳ mà nhiệm vụ cắt lũ cho hạ du chính, hồ chứa cho phép tích nước đến mực nước định gọi mực nước giới hạn Hgh Hgh xác định cho dự báo cảnh báo có lũ lớn kịp đưa mực nước hồ mực nước trước lũ để kịp sẵn sàng cắt lũ an toàn cho hạ du 11 Thời kỳ tích nước đầy hồ (sau ngày 21/08 hàng năm): thời kỳ tích nước bắt buộc hồ chứa phải tích nước đến mực nước dâng bình thường Đối với trường hợp phải xây dựng chế độ vận hành cắt giảm lũ để hạn chế đến mức tối thiểu thiệt hại cho hạ du hồ chứa không đủ khả cắt lũ theo tiêu chuẩn thiết kế phòng lũ hạ du Phƣơng pháp thiết lập chế độ vận hành thời kỳ tích nƣớc hạn chế Trong thời kỳ tích nước hạn chế, hệ thống hồ chứa Hòa Bình Sơn La vận hành tương ứng với Hgh Xác định Hgh theo mức khác mực nước Hà Nội, cho thời gian dự kiến dự báo (cảnh báo lũ), kịp đưa mực nước mực nước trước lũ mực nước Hà Nội không vượt 11,5 m Từ lập quan hệ Hgh phụ thuộc vào mực nước Hà Nội, gọi “Bảng nguyên tắc vận hành tích nƣớc” để sử dụng trình vận hành tích nước Để xác định Bảng nguyên tắc vận hành tích nước cần thực nội dung tính toán sau: Nội dung 1: Với kịch mực nước Hà Nội thời điểm định tích nước, xác định mực nước giới hạn Hgh có dự báo xuất lũ lớn tương đương với lũ thiết kế phòng lũ tuyến phòng lũ (lũ 500 năm Sơn Tây) Từ xác định phương án Hgh theo cấp mực nước Hà Nội Giá trị mực nước giới hạn Hgh phụ thuộc vào thời gian dự kiến phương pháp dự báo áp dụng Đối với lưu vực sông Hồng, thời gian dự kiến dự báo chọn 3-5 ngày (sẽ phân tích mục 2.3) Nội dung 2: Tính toán kiểm tra với trận lũ lớn xảy thực tế Trên sở lựa chọn phương án Hgh thiết lập “Bảng nguyên tác vận hành” Nếu thấy không đáp ứng yêu cầu chống lũ cho hạ du cần phải tiến hành xác định lại Hgh theo bước nội dung Xây dựng chế độ vận hành ứng phó trƣờng hợp xảy lũ bất thƣờng thời kỳ tích nƣớc 12 Trong phạm vi nghiên cứu, luận án tập trung nghiên cứu trường hợp xảy lũ bất thường giai đoạn tích nước hồ chứa nghĩa hồ chứa không đủ khả phòng lũ cho hạ du ứng với trận lũ thiết kế Phương hướng nghiên cứu thể Hình 2-7 Hình 2-7: Sơ đồ tiếp cận nghiên cứu đề xuất giải pháp vận hành ứng phó trường hợp lũ bất thường 2.3 2.3.1 Phân tích sở thực tiễn tính khả thi xác định mực nƣớc giới hạn Hgh cho hồ chứa Sơn La Hòa Bình Thực trạng thay đổi chế độ mực nước hạ du thời kỳ mùa lũ Diễn biến mực nước hạ du sông Hồng ngày phức tạp với xu giảm dần, đặc biệt Hà Nội Theo thống kê dòng chảy trạm thuỷ văn Hà Nội từ năm 1960 đến năm 1988 dòng chảy hoàn nguyên từ năm 1989 đến năm 2013 cho thấy: - Mực nước lớn mùa lũ rơi vào thời kỳ lũ vụ có 09 năm mực nước Hà Nội lớn vượt cao trình 11,5 m, có 16% số năm hồ chứa thượng nguồn bắt buộc phải làm nhiệm vụ cắt lũ cho hạ du - Xu mực nước thấp ngày giảm theo thời gian, năm trước 2002 mực nước thường 6,0 m năm sau lại giảm nhỏ 13 nhiều đặc biệt năm 2006, 2011 xuống 2,6 m thời kỳ lũ vụ mùa lũ có thời điểm giảm xuống 2,0 m - Mực nước chân lũ Hà Nội nằm 6,0 m tăng dần từ đầu mùa đến thời kỳ lũ vụ sau giảm dần - Mặt khác, theo tài liệu phân tích ( Hà Văn Khối, 2010), mực nước Hà Nội nhỏ 7,0 m lòng dẫn tải thêm 1300 m3/s để tăng mực nước thêm 1,0 m Lòng dẫn tải thêm 2000 m3/s tăng mực nước Hà Nội từ 8,0 m lên 9,0 m Trong toàn mùa lũ, có tới 50% thời gian mùa lũ mực nước Hà Nội thấp 8,0 m 2.3.2 Phân tích đặc điểm mưa lũ hình thành lũ lớn lưu vực Mưa lũ lớn diện rộng toàn lưu vực thường phối hợp hình thời tiết chủ yếu với hình thời tiết khác tạo gây nên Phần lớn trận lũ lớn sông Hồng Hà Nội có mực nước đỉnh lũ (Hmax) mức báo động III (11,5 m) hoạt động liên tiếp loại hình thời tiết nêu gây Các trận lũ lớn sông Hồng vào năm: 1968, 1969, 1971, 1986, 1996 (Hmax > 12,0m) 02 nhiều loại hình thời tiết hoạt động hay hoạt động liên tiếp gây Chưa xảy tổ hợp bất lợi hình thành lũ sông Hồng có mưa lũ đặc biệt lớn đồng sông Đà, Thao, Lô Song trận đặc biệt lớn 1969, 1971 1996 mưa lớn xảy lưu vực sông nhánh gây lũ lớn lịch sử sông Lũ đặc biệt lớn Hà Nội xảy có lũ đặc biệt lớn 01 02 sông Lũ đặc biệt lớn Hà Nội thường 01 đến 03 đợt lũ liên tiếp, kéo dài 08 - 10 ngày với lượng mưa phổ biến 100 - 300 mm, có nơi tới 500 - 700 mm tâm mưa khoảng 700 800 mm 2.3.3 Khả dự báo nhận dạng lũ lớn hệ thống sông Hồng Dự báo ngắn hạn hạn vừa (5 ngày) quan trọng cho toán vận hành liên hồ chứa Theo đánh giá Trung tâm dự báo KTTV Trung Ương, chất lượng dự báo hạn vừa trạm Hà Nội đến hồ chứa Sơn La đạt chất lượng tốt 14 ( 80%); hồ chứa Hòa Bình, Tuyên Quang Thác Bà đạt mức 70% Mức đảm bảo dự báo hạn ngắn năm gần đạt 85% với thời gian dự kiến 24h, 80% với thời gian dự kiến 36h 75% với thời gian dự kiến 48h Chất lượng nhận dạng lũ ngày nâng cao nguyên nhân gây lũ lớn khu vực miền Bắc hoạt động liên tiếp tổ hợp từ hai hình thời tiết trở nên gây Bởi vậy, chất lượng tin dự báo lũ lưu vực sông Hồng hoàn toàn đảm bảo yêu cầu vận hành tích nước theo đề xuất luận án, nghĩa phân tích hình thời tiết gây mưa lớn nhận sớm Đây sở có đủ thời gian hạ mực nước hồ chứa Hòa Bình Sơn La MNTL theo kết dự báo 2.4 2.4.1 Công cụ tính toán Ứng dụng MS Excel tính toán điều tiết dòng chảy qua hồ chứa Thiết lập chương trình tính toán điều tiết dòng chảy qua hệ thống hồ chứa sông Hồng MS Excel Với nguyên lý tính toán sau: Nguyên lý tính toán điều tiết dòng chảy qua hồ chứa: dựa vào hệ phương trình cân nước phương trình động lực với đường đặc trưng, tham số mô tả đặc tính hệ thống công trình Diễn toán dòng chảy sông: sử dụng phương pháp Muskingum để diễn toán dòng chảy đoạn sông tự nhiên phương pháp cổ điển hiệu 2.4.2 Mô hình MIKE 11 Diễn toán dòng chảy cho toàn lưu vực sông Hồng nghiên cứu trước sử dụng mô hình Mike 11 cho kết mô dòng chảy sát với thực tế Vì vậy, tác giả kế thừa toàn mạng lưới sông, mặt cắt thông số MIKE 11 thiết lập cho lưu vực sông Hồng làm công cụ tính toán để mô dòng chảy từ sau hệ thống hồ chứa đến hạ du Toàn hệ thống sông 15 gồm có 25 sông chia thành 52 nhánh sông, thiết lập mặt cắt đo đạc năm 2012 Biên biên dưới: Là trình lưu lượng xả từ hồ chứa Hòa Bình (sông Đà), Thác Bà (sông Chảy), Tuyên Quang (sông Gâm) Quá trình lưu lượng mực nước trạm thủy văn (Yên Bái, Hàm Yên, Quảng Cư, Thác Huống, Cầu Sơn, Chũ, Chí Thủy, Hưng Thi, Như Tân, Phú Lễ, Ba Lạt, Định Cư, Đông Xuyên, Quang Phục, Kiến An Cửa Cấm) Biên khu giữa: Các khu xác định sở tài liệu địa hình tài liệu khí tượng thuỷ văn Các khu có nguồn bổ sung dòng chảy đáng kể cho hệ thống sông xác định gồm 06 khu vực 2.5 Kết luận chƣơng Luận án phân tích tồn quy trình vận hành, bất cập thực tiễn điều hành từ đưa quan điểm nghiên cứu chế độ vận hành tích nước theo hướng đồng vận hành tích sớm có điều kiện Với quan điểm nghiên cứu này, luận án đề xuất phương pháp tính toán mực nước giới hạn Hgh (cho thời kỳ tích nước hạn chế) thiết lập phương án vận hành trường hợp xảy lũ bất thường Luận án phân tích chế hình thành mưa lũ lớn, chế độ dòng chảy lũ chất lượng dự báo lũ, chứng minh tính khả thi định hướng nghiên cứu CHƢƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH TRONG THỜI KỲ TÍCH NƢỚC HỆ THỐNG HỒ CHỨA BẬC THANG HÒA BÌNH VÀ SƠN LA 3.1 Thiết lập toán Thiết lập bảng nguyên tắc vận hành, luận án tiến hành thử dần xác định Hgh, sơ đồ tính thể Hình 3-2, với mực nước Hà Nội theo cấp: (i) Từ 6,0-8,0 m; (ii) Từ 4,0-6,0 m; (iii) nhỏ 4,0 m; với mực nước lớn 8,0 m trì mực nước hồ chứa MNTL 16 Lựa chọn mực nước khống chế an toàn Hà Nội 10,5 m (do sai số dự báo) Trạng thái ban đầu hồ chứa Tuyên Quang Thác Bà MNTL Mô hình lũ 1996 mô hình bất lợi cho vận hành điều tiết hồ chứa sông Đà (lưu lượng đỉnh lũ vào hồ chứa Sơn La 31.863 m3/s, tổng lượng lũ 20 ngày nhánh sông Đà chiếm 50% tổng lượng hạ du) nên luận án chọn mô hình lũ để tính toán Quá trình dòng chảy lũ ngày trước biên xác định từ trạng thái ban đầu hệ thống nối với điểm bắt đầu trình lũ thiết kế Hình 3-1: Sơ đồ tính toán thiết lập bảng nguyên tắc vận hành Để đơn giản tính toán lựa chọn cố định mực nước Hòa Bình 101 m, thử dần nâng dần mực nước hồ chứa Sơn La Sau điều chỉnh theo nguyên tắc bảo toàn tổng lượng tích vào hồ Kết tính toán trình bày Bảng 31 Bảng 3-3 Bảng 3-1: Kết tính toán Hgh hồ chứa Sơn La Mực nước (m)/ Lưu lượng (m3/s) Ban đầu Sơn La xuống MNTL Mực nước Hà Nội (m) Hgh Hồ Sơn La (m) Mực nước Hà Nội (m) Qmax Hoà Bình (m /s) 207,5 205,5 200,5 8,3 9,67 9,75 8.270 11.289 11.126 17 197,3 Bảng 3-3: Tổng hợp phương án điều chỉnh Hgh Mực nước Hà Nội (m) Z Sơn La (m) Phương án Z Hòa Bình (m) Z Sơn La (m) Phương án Z Hòa Bình (m) Z Sơn La (m) Phương án Z Hòa Bình (m) Z Sơn La (m) Phương án Z Hòa Bình (m) 197,3 101,0 197.3 101,0 197,3 101,0 197,3 101,0 200,5 101,0 200.5 101,0 200,5 101,0 200,5 101,0 205,5 101,0 203 103,5 202,4 104,0 201,5 105,0 207,5 101,0 205 103,5 204,4 104,0 203,5 105,0 Để đánh giá tính khả thi phương án mực nước Hgh hồ chứa Sơn La Hòa Bình, luận án tiến hành vận hành hệ thống hồ chứa thử nghiệm 10 trận lũ lớn xảy thực tế 1969, 1970, 1971, 1972, 1996, 1999, 2000, 2002, 2006 2008 Kết vận hành điều tiết thử nghiệm theo phương án Hgh đề xuất khả thi Vận hành điều chỉnh mực nước hồ chứa theo cấp mực nước Hà Nội linh hoạt không gây lũ nhân tạo cho hạ du, hồ chứa Hòa Bình vận hành mở tối đa cửa xả hai trận lũ lớn 1971 1996 Đối với trận lũ tính toán, mực nước hồ chứa đưa gần MNTL theo quy định để sãn sàng cắt lũ hạ du mực nước Hà Nội không vượt cao trình 10,5 m Luận án lựa chọn phương án nâng cao mực nước hồ chứa Sơn La MNTL (197,3 m) đề xuất bảng nguyên tắc vận hành tích nước (Bảng 3-5) để chủ động vận hành thực tế an toàn xảy lũ lớn khu Bảng 3-5: Bảng nguyên tắc vận hành tích nước Mực nước Hà Nội (m) Hgh Hồ Sơn La (m) 207,5 205,5 200,5 197,3 Hgh Hồ Hòa Bình (m) 101,0 101,0 101,0 101,0 18 Bảng 3-6: Bảng tổng hợp mực nước hồ chứa Sơn La, Hòa Bình Hà Nội vận hành theo phương án Thứ tự Trận Lũ Mực nƣớc ban đầu Hà Nội Mực nƣớc Ban đầu hồ Sơn La (m) (m) Mực nƣớc thấp hồ chứa Sơn La (m) Mực nƣớc cao hồ chứa Sơn La cắt lũ (m) Mực nƣớc ban đầu hồ Hòa Bình (m) Mực nƣớc cao hồ chứa Hòa Bình cắt lũ (m) Số cứa xả lớn hồ chứa Hòa Bình Mực nƣớc lớn Hà Nội (m) 8/1969 6,43 200,49 197,18 205,33 100,99 108,33 11,79 7/1970 4,43 205,49 197,52 202,19 101,01 101,96 10,25 7/1970 4,43 202,49 197,31 201,76 104,01 103,21 10,23 8/1971 6,12 200,5 197,52 211,93 101,00 113,19 12,02 7/1972 4,41 205,49 196,97 198,27 101,01 103,34 10,91 7/1972 4,41 202,39 197,25 198,66 104,01 102,38 10,91 8/1996 6,32 200,5 197,05 201,88 101,00 106,63 11,67 9/1999 4,47 205,49 197,32 200,01 101,09 101,84 10,28 9/1999 4,47 202,37 197,33 201,11 101,09 102,37 10,04 7/2000 4,63 205,51 197,03 200,16 101,06 101,86 11,22 7/2000 4,63 202,39 197,21 200,6 103,99 102,77 11.02 8/2002 7,15 200,45 197,81 201,61 101,00 106,9 11,61 7/2006 5,84 205,50 197,41 201,88 101,04 104,56 11,25 7/2006 5,84 202,37 197,22 202,73 104,02 105,07 11,41 8/2008 6,48 200,57 197,43 201,29 100,96 104,25 11,91 10 19 3.2 Kết nghiên cứu phƣơng án vận hành ứng phó trƣờng hợp xảy lũ bất thƣờng thời kỳ tích nƣớc Luận án nghiên cứu chế độ vận hành với trường hợp xảy lũ bất thường thời kỳ tích nước (trường hợp 1: xảy từ 10/8 đến 22/8; trường hợp 2: từ 22/08 đến 15/09) theo hai bước sau: -Tiến hành phân tích giải pháp sử dụng tình khẩn cấp với nghiên cứu đặc điểm thành phần dung tích chống lũ hạ du công trình hệ thống hồ chứa Sơn La Hoà Bình để đề xuất giải pháp hợp lý vận hành xảy tình lũ bất thường -Đánh giá tính khả thi phương án vận hành đề xuất thông qua việc vận hành thử nghiệm với trường hợp lũ bất thường xảy giai đoạn khác thời kỳ tích nước Đề xuất phƣơng án vận hành Trong nghiên cứu này, lựa chọn giải pháp xem xét sử dụng phần dung tích chống lũ cho công trình để tham gia phòng lũ hạ du trường hợp cần thiết mà đảm bảo an toàn cho công trình Giải pháp có nhiều ưu điểm giảm thiệt hại cho hạ du (do không phân lũ); nâng cao hiệu tích nước phân lũ nên giảm thiệt hại kinh tế xã hội Luận án đề xuất phương án vận hành cụ thể sau: Khi HHN< 6,0 m, dự báo 72h có khả xảy lũ lớn, hồ chứa hệ thống mở dần cửa xả để đưa Zhồ mực nước quy định, Qxả Hòa Bình không vượt 12.000 m /s HHN12,5 m dự báo lũ sông Đà tiếp tục tăng lên, Zhồ Sơn La >215,0 m Zhồ Hoà Bình >115,0 m xem xét cho phép hồ chứa Sơn La tích lên 217,83 m lưu lượng lũ sông Đà nhỏ 20.000m3/s giảm 20 Bảng 3-7: Quy định mực nước thấp hồ chứa phép hạ xuống để đón lũ theo QT 1622 Thời kỳ Từ 10/8-22/8 Từ 22/8 - hết mùa lũ Mực nƣớc hồ Sơn La 197,3 209 Hoà Bình 101 110 Tuyên Quang 105 110 thấp Kịch tính toán Thống kê phân tích mực nước lũ Hà Nội thời kỳ mùa lũ cho thấy mực nước chân lũ Hà Nội nằm m có xu giảm dần theo thời gian suốt thời kỳ tích nước (Hà Văn Khối, 2010) Do lấy điều kiện ban đầu mực nước Hà Nội m Lựa chọn kịch lũ bất thường dạng lũ tự nhiên, lũ có chu kỳ lặp lại 500 năm 300 năm xảy thời kỳ lũ vụ (trước ngày 22/8); thời kỳ lũ muộn tính với kịch lũ có chu kỳ lặp lại 300 năm lũ thực nhiên theo mô hình lũ 1969, 1971 1996 Kết tính toán Trong trường hợp 1, xảy lũ bất thường với quy mô lũ 500 năm hồ chứa thượng nguồn có đủ lực cắt lũ đảm bảo an toàn cho hạ du sử dụng thêm phần dung tích chống lũ cho công trình Thời gian trì mực nước Hà Nội 13 m kéo dài từ 5- ngày Trong trường hợp 2, xảy lũ có chu kỳ lặp lại 300 năm hồ chứa thượng nguồn phải sử dụng phần dung tích chống lũ công trình (Sơn La tích lên mực nước 222 m) bảo vệ Hà Nội, thời gian trì mực nước Hà Nội 13 m khoảng từ 6-8 ngày Hai hồ chứa an toàn bảo vệ hạ du trước trận lũ đặc biệt lớn quy mô tương đương trận lũ lịch sử xảy sông Hồng suốt thời kỳ tích nước mà không cần sử dụng phần dung tích chống lũ công trình 21 3.3 3.3.1 Đề xuất chế vận hành tích nƣớc hệ thống hồ chứa bậc thang Hòa Bình Sơn La Thời kỳ tích nước hạn chế (từ 15/06 đến 21/08 hàng năm) Thời kỳ này, luận án đề xuất chế vận hành mực nước Hà Nội nhỏ 11,5 m sau: Vận hành hồ chứa thượng nguồn dựa vào kết cảnh báo, dự báo lũ hạn vừa (3-5 ngày) mực nước Hà Nội Mực nước hồ chứa Sơn La dao động từ 197,3 m đến 207,5 m Hồ chứa Hoà Bình giữ nguyên MNTL (101,0 m) quy định cụ thể Bảng 3-5 -Khi dự báo mực nước Hà Nội ngày tới thấp cao trình 4,0 m, điều tiết để mực nước hồ Sơn La trì mức không cao cao trình 207,5 m, mực nước hồ Hòa Bình trì mức không cao cao trình 101,0 m -Khi dự báo mực nước Hà Nội ngày tới nằm khoảng cao trình 4,0 m ÷6,0 m, điều tiết để mực nước hồ Sơn La trì mức không cao cao trình 205,5 m, mực nước hồ Hòa Bình trì mức không cao cao trình 101,0 m -Khi dự báo mực nước Hà Nội ngày tới nằm khoảng cao trình 6,0 m ÷ 8,0 m, điều tiết để mực nước hồ Sơn La trì mức không cao cao trình 200,5 m, mực nước hồ Hòa Bình trì mức không cao cao trình 101 m -Khi dự báo mực nước Hà Nội ngày tới vượt cao trình 8,0, điều tiết để mực nước hồ Sơn La trì mức không cao cao trình 197,3 m, mực nước hồ Hòa Bình trì mức không cao cao trình 101,0 m 3.3.2 Phương án vận hành hồ chứa Sơn La Hoà Bình ứng phó trường hợp xảy lũ bất thường thời kỳ tích nước -Khi mực nước Hà Nội nhỏ m, dự báo 72h tới có khả xảy lũ lớn (tương đương quy mô lũ 300 năm 500 năm lớn hơn) Các hồ chứa hệ thống sông Hồng tiến hành mở dần cửa xả để đưa mực nước 22 hồ mức quy định Bảng 3-7 tuỳ thời điểm xảy ra, phải đảm bảo an toàn cho hạ du Lưu lượng xả xuống thị xã Hoà Bình không vượt 12.000 m3/s khống chế mực nước Hà Nội nhỏ 11,5 m -Khi Hà Nội có khả vượt 11,5 m dự báo lũ sông Đà tiếp tục tăng lên, mực nước hồ Sơn La đạt 215 m Hoà Bình đạt 115 m xem xét cho phép hồ chứa Sơn La tích lên 217,83 m Chỉ huy động dung tích chống lũ cho công trình hồ chứa Sơn La Hoà Bình lưu lượng lũ sông Đà nhỏ 20.000 m3/s giảm khống chế mực nước hồ chứa Sơn La nhỏ 228 m hồ chứa Hoà Bình không 122 m (ngang mực nước kiểm tra) Tuy nhiên, có dấu hiệu lũ lớn lũ 500 năm xảy đặc biệt lũ có dạng lũ 1969 hay bất lợi xảy sử dụng kết hợp với giải pháp phân lũ sang sông Đáy theo nghị định 04 Thủ tướng phủ 3.4 Kết luận chƣơng Chương trình bày kết tính toán thử dần xác định Hgh hồ chứa vận hành thử nghiệm với số 10 trận lũ lớn xảy ra, từ cho thấy tính khả thi quan điểm nghiên cứu phương án tích nước sớm có điều kiện cho hệ thống hồ chứa Sơn La Hòa Bình luận án, lập sở khoa học vận hành hệ thống hồ chứa Sơn La Hòa Bình tích nước suốt thời kỳ mùa lũ Kết nghiên cứu bước đầu nghiên cứu tính khả thi giải pháp sử dụng phần dung tích chống lũ cho công trình hệ thống hồ chứa Sơn La Hoà Bình tham gia phòng lũ hạ du xảy lũ khẩn cấp thời kỳ tích nước (với quy mô lũ tương đương lũ 300 năm) KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ Kết luận 1) Quy trình vận hành QT1622 tồn số bất cập Luận án nghiên cứu, phân tích quy trình vận hành trình 23 thực tiễn điều hành hệ thống Trên sở đó, định hướng nghiên cứu vận hành tích nước hệ thống hồ chứa bậc thang Hòa Bình Sơn La theo quan điểm tích nước sớm có điều kiện, với thời kỳ tích nước: thời kỳ tích nước hạn chế thời kỳ tích nước đầy hồ Theo đó, định vận hành hệ thống phụ thuộc vào kết dự báo lũ ngày trạng thái mực nước Hà Nội 2) Luận án thiết lập khoa học để xác định giới hạn trình tích nước hệ thống hồ chứa bậc thang Hòa Bình Sơn La Kết xác định Hgh theo cấp mực nước Hà Nội đánh giá tính khả qua vận hành thử nghiệm 10 trận lũ lớn xảy Vận hành theo chế luận án đề xuất giúp nâng cao hiệu tích nước đầy hồ mà đảm bảo an toàn chống lũ hạ du (mực nước hồ chứa Sơn La tăng thêm 10 m so với MNTL Hà Nội mức 4,0 m) 3) Với đề xuất sử dụng phần dung tích chống lũ cho công trình tham gia phòng lũ hạ du để ứng phó trường hợp xảy lũ bất thường hồ chứa Sơn La (trên 209 m) Hòa Bình (trên 110 m), đem lại giải pháp dự phòng trình vận hành hồ chứa thực tiễn sở cho nghiên cứu thiết lập quy trình vận hành tình khẩn cấp Kiến nghị Những đề xuất chế vận hành tích nước hệ thống hồ chứa bậc thang Hòa Bình Sơn La phương án ứng phó luận án cần phải kiểm chứng thực tiễn thời gian Với phương pháp luận sở khoa học nêu luận án hướng nghiên cứu để giúp cho nhà quản lý phòng chống lũ điều chỉnh bổ sung vào quy trình vận hành liên hồ chứa sông Hồng để tăng hiệu tích nước hồ chứa, nâng cao công suất phát điện phòng chống lũ hạ du 24 DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ Vũ Thị Minh Huệ “Nghiên cứu đề xuất phương án vận hành hệ thống bậc thang Hòa Bình Sơn La chống lũ hạ du xảy lũ bất thường thời kỳ tích nước”, Tuyển tập hội nghị Khoa học thường niên, Đại học Thủy Lợi, 2016 Vũ Thị Minh Huệ "Nghiên cứu chế độ vận hành tích nước hồ chứa Sơn La Hoà Bình", Tạp chí khoa học kỹ thuật Thuỷ lợi Môi trường vol.54, pp 81-88, Sept.2016 Vũ Thị Minh Huệ, Hà Văn Khối "Nghiên cứu nâng cao mực nước trước lũ hồ chứa thuỷ điện Sơn La, Hoà Bình giai đoạn khai thác vận hành", Tuyển tập hội nghị Khoa học thường niên, Đại học Thuỷ Lợi, 2015 Ngô Lê An, Vũ Thị Minh Huệ "Nghiên cứu dự báo dòng chảy lũ đến hồ chứa Sơn La, Hoà Bình Tuyên Quang sông Hồng", Tạp chí khoa học kỹ thuật Thuỷ Lợi Môi Trường vol.49, pp 73-79, Jun.2015 Hà Văn Khối, Vũ Thị Minh Huệ "Phân tích ảnh hưởng hồ chứa thượng nguồn địa phận Trung Quốc đến dòng chảy hạ lưu sông Đà, sông Thao", Tạp chí khoa học kỹ thuật Thuỷ Lợi Môi Trường vol.38, pp 3-8, Sep.2012 ... độ vận hành tích nước thời kỳ mùa lũ cho hệ thống hồ chứa bậc thang Hòa Bình Sơn La với mong muốn nghiên cứu sở khoa học chế độ vận hành tích nước hồ chứa Hòa Bình Sơn La nhằm nâng cao hiệu tích. .. tích nước chống lũ cho hệ thống hồ chứa bậc thang Hoà Bình Sơn La thời kỳ mùa lũ Đối tượng nghiên cứu: Chế độ điều tiết chống lũ hạ du xem xét hệ thống liên hồ chứa bao gồm hồ Hòa Bình, Sơn La, ... nghiên cứu chế độ vận hành thời kỳ tích nước hệ thống hồ chứa bậc thang Hòa Bình Sơn La CHƢƠNG TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VẬN HÀNH HỒ CHỨA ĐA MỤC TIÊU 1.1 Hồ chứa vấn đề vận hành hồ chứa Để khai