Mô hình vận hành điều tiết thời gian thực thời kỳ mùa lũ hệ thống hồ chứa trên sông vu gia – thu bồn ( Luận án tiến sĩ)

Mô hình vận hành điều tiết thời gian thực thời kỳ mùa lũ hệ thống hồ chứa trên sông vu gia – thu bồn ( Luận án tiến sĩ)Mô hình vận hành điều tiết thời gian thực thời kỳ mùa lũ hệ thống hồ chứa trên sông vu gia – thu bồn ( Luận án tiến sĩ)Mô hình vận hành điều tiết thời gian thực thời kỳ mùa lũ hệ thống hồ chứa trên sông vu gia – thu bồn ( Luận án tiến sĩ)Mô hình vận hành điều tiết thời gian thực thời kỳ mùa lũ hệ thống hồ chứa trên sông vu gia – thu bồn ( Luận án tiến sĩ)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG -ooo - TÔ THÚY NGA MƠ HÌNH VẬN HÀNH ĐIỀU TIẾT THỜI GIAN THỰC THỜI KỲ MÙA LŨ HỆ THỐNG HỒ CHỨA TRÊN SÔNG VU GIA – THU BỒN LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT Chuyên ngành: Phát triển nguồn nước ĐÀ NẴNG - 2014 LỜI CAM ĐOAN Tôi Tô Thúy Nga Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các nội dung kết nghiên cứu Luận án trung thực chưa cơng bố cơng trình khoa học TÁC GIẢ LỜI CẢM ƠN Đầu tiên tác giả bày tỏ lòng kính trọng biết ơn sâu sắc, đến thầy hướng dẫn GS TS Nguyễn Thế Hùng GS TS Hà Văn Khối tận tình hướng dẫn tác giả suốt trình nghiên cứu 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 tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả thời gian nghiên cứu hoàn thành Luận án Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến q thầy bạn đồng nghiệp, đóng góp nhiều ý kiến thiết thực để tác giả hoàn thiện luận án Cuối cùng, với tình u từ đáy lòng, tác giả cảm ơn bố, mẹ, chồng, anh chị, em hai tác giả, người thân yêu gia đình ln bên cạnh tác giả, động viên tác giả vật chất tinh thần để tác giả vững tâm hồn thành luận án TÁC GIẢ MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Trên hệ thống sông Vu Gia – Thu Bồn có nhiều hồ chứa đã, xây dựng thượng nguồn (A Vương, sông Bung 2, Sông Bung 4, ĐăkMi 4, sông Tranh…) Theo quy hoạch hồ chứa có nhiệm vụ phát điện nên phần dung tích dành cho cắt giảm lũ hạ du khơng lớn Sau có thêm hồ chứa thượng nguồn chế độ lũ ngập lụt hạ du bị ảnh hưởng điều tiết hồ chứa Nếu có chế độ vận hành hợp lý có tác động tích cực vùng hạ du đảm bảo mục tiêu phát điện an toàn hồ chứa, trường hợp ngược lại có tác động tiêu cực nhiều trường hợp gây thiệt hại lớn cho vùng hạ du Trong thực tế xảy tác động tiêu cực ảnh hưởng điều tiết hồ chứa thượng nguồn, trường hợp lũ năm 2009 sơng Vu Gia-Thu Bồn sau có hồ A Vương trường hợp tương tự trận lũ 2010 sông Ba Trường hợp xả lũ hồ chứa A Vương, có lưu lượng xả khơng vượt lưu lượng đến hồ, trình xả gây “sốc” cho hạ du lưu lượng xả tăng đột biến thời gian ngắn Trường hợp hồ Sông Hinh sông Ba Hạ xảy tương tự, chí lưu lượng xả lớn lưu lượng đến hồ khu vực đỉnh lũ Nguyên nhân tồn quy trình vận hành hồ chứa ban hành quy trình cứng, chưa có phương án cảnh báo dự báo lũ phục vụ vận hành theo thời gian thực cho hệ thống hồ chứa nói Hiện nay, nghiên cứu chế độ vận hành hệ thống hồ chứa theo thời gian thực chưa ứng dụng nhiều Việt Nam, đặc biệt hồ chứa thuộc khu vực miền Trung Do vậy, việc nghiên cứu chế độ vận hành theo thời gian thực có sử dụng mơ hình cảnh báo, dự báo lũ hệ thống hồ chứa sông Vu Gia-Thu Bồn cần thiết có ý nghĩa khoa học thực tiễn Đây vấn đề khoa học cần nghiên cứu ứng dụng với hồ chứa hệ thống sông Vu GiaThu Bồn mà cần thiết với hệ thống hồ chứa khác thuộc khu vực miền Trung Chính vậy, đề tài luận án chọn để nghiên cứu : “ Mơ hình hình vận hành theo thời gian thực thời kỳ mùa lũ hệ thống hồ chứa sông Vu Gia-Thu Bồn” Mục tiêu nghiên cứu luận án Đề tài nghiên cứu xây dựng mơ hình vận hành hệ thống hồ chứa theo thời gian thực thời kỳ mùa lũ ứng dụng cho hệ thống hồ chứa sông Vu Gia – Thu Bồn nhằm nâng cao hiệu giảm lũ không gây tác động tiêu cực cho vùng hạ du, đảm bảo nhiệm vụ phát điện Nhiệm vụ nghiên cứu (1) Phân tích, thiết lập tốn vận hành hệ thống hồ chứa theo thời gian thực; (2) Nghiên cứu xây dựng mơ hình cảnh báo, dự báo lũ đến hồ chứa hệ thống sông Vu Gia-Thu Bồn phục vụ vận hành hệ thống; (3) Xây dựng mơ hình mơ hệ thống sở tích hợp mơ hình mưa-dòng chảy, điều tiết hồ chứa, diễn tốn lũ hệ thống sơng phục vụ cho toán vận hành theo thời gian thực cho hệ thống hồ chứa phòng lũ sơng Vu Gia Thu Bồn, nhằm xác định chế độ vận hành hồ chứa thỏa mãn hai mục tiêu giảm lũ cho hạ du đảm bảo nhiệm vụ phát điện; (4) Đánh giá khả ứng dụng thực tế vận hành hồ chứa sông Vu Gia-Thu Bồn khả ứng dụng cho hệ thống hồ chứa khác thuộc khu vực miền Trung Phương pháp nghiên cứu (1) Phương pháp phân tích, tổng hợp: Tổng hợp, phân tích nghiên cứu ngồi nước liên quan đến lĩnh vực vận hành hồ chứa theo thời gian thực, từ xác định hướng tiếp cận khoa học cho toán đặt (2) Phương pháp phân tích ngun nhân hình thành: Trên sở phân tích đặc điểm mưa hình thành lũ hệ thống sơng, lựa chọn thiết lập mơ hình mô lũ phục vụ dự báo, cảnh báo lũ vận hành hệ thống (3) Phương pháp phân tích hệ thống: Ứng dụng mơ hình tốn thủy văn, thủy lực đánh giá tác động vận hành hệ thống hồ chứa phòng lũ, từ đề xuất kịch vận hành hợp lý hiệu quả, làm sở cho việc vận hành hệ thống hồ chứa sông Vu Gia – Thu Bồn (4) Phương pháp kế thừa: Kế thừa nghiên cứu có liên quan đến đề tài: tài liệu đo đạc địa hình lòng dẫn, báo cáo quy hoạch phòng chống lũ lưu vực sông Vu Gia-Thu Bồn, báo quy trình vận hành hồ chứa tài liệu liên quan khác Trên sở lý thuyết mô hình (NAM, MUSKINGUM), xây dựng mơ hình mơ lũ MOPHONG-LU cho khu vực thượng du liên kết với mơ hình MIKE 11 có sẵn vùng hạ du phục vụ cho toán vận hành hệ thống Vu Gia –Thu Bồn Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận án Ý nghĩa khoa học Bài toán vận hành hệ thống hồ chứa theo thời gian thực toán đa dạng phức tạp, nghiên cứu lĩnh vực giới chưa đầy đủ, đặc biệt nghiên cứu Việt Nam hạn chế Hiện nay, phương pháp vận hành hệ thống hồ chứa phòng lũ nghiên cứu ứng dụng cho hồ chứa thuộc lưu vực sơng Hồng, tồn hạn chế định nhà khoa học phải tiếp tục nghiên cứu Thực tế quản lý hồ chứa, đặc biệt quản lý lũ hồ chứa khu vực miền Trung cần nghiên cứu phương pháp vận hành hồ chứa theo thời gian thực nhằm nâng cao hiệu cắt giảm lũ xả lũ an toàn cho vùng hạ du đồng thời điện không đáng kể Chính vậy, đề tài nghiên cứu "Mơ hình vận hành điều tiết thời gian thực thời kỳ mùa lũ hệ thống hồ chứa sông Vu Gia – Thu Bồn” góp phần phát triển ngành khoa học vận hành hệ thống hồ thủy lợi Việt Nam, đóng góp cho phát triển chung lĩnh vực phát triển nguồn nước giới Ý nghĩa thực tiễn Đề tài định hướng giải pháp kỹ thuật với mục tiêu cụ thể xây dựng chương trình tính tốn có khả hỗ trợ định việc vận hành điều hệ thống hồ chứa phòng lũ Nghiên cứu tốn vận hành theo thời gian thực thời kỳ mùa lũ sông Vu Gia-Thu Bồn sở khoa học cho việc bổ sung quy trình vận hành có nghiên cứu điển hình xem xét áp dụng cho lưu vực sơng khác thuộc khu vực miền Trung Mơ hình mơ mà tác giả xây dựng áp dụng cho công tác dự báo lũ vận hành an tồn hồ chứa phòng lũ lưu vực sơng Vu Gia-Thu Bồn Phương pháp tiếp cận khoa học (1) Trên sở lý thuyết mơ hình có, xây dựng mơ hình mơ dự báo lũ từ mưa vận hành hệ thống hồ chứa cho vùng thượng du Mơ hình kết nối với khu vực hạ du mơ mơ hình có sẵn MIKE 11 Mơ hình tính tốn điều tiết lũ liên kết mơ hình mơ hệ thống theo thời gian thực (2) Trên sở mô hình thiết lập kết dự báo mưa đến ngày Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn cung cấp hàng ngày, kéo dài thời gian dự báo lũ đến đến ngày Từ xem xét kịch vận hành hệ thống hồ chứa để khắc phục hạn chế quy trình vận hành liên hồ chứa ban hành hạn chế thời gian dự báo lũ (3) Với cơng cụ mơ hình mơ thiết lập, xây dựng quy trình vận hành theo thời gian thực nhằm nâng cao hiệu cắt giảm lũ, xả lũ an tồn đảm bảo an tồn tích nước cho nhiệm vụ phát điện cấp nước hạ du Những đóng luận án (1) Thiết lập chương trình tính cho mơ hình mơ (MOPHONGLU) tích hợp ba mơ hình : mơ hình mưa dòng chảy, mơ hình vận hành hồ chứa diễn tốn lũ sơng cho vùng thượng du sơng Vu Gia – Thu Bồn phục vụ cho dự báo lũ với thời gian dự kiến từ đến ngày làm sở cho việc xác định chế độ vận hành hồ chứa theo thời gian thực (2) Lần xây dựng phương pháp vận hành hồ chứa theo thời gian thực cho hệ thống hồ chứa lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn thời kỳ mùa lũ cách đầy đủ, có khả ứng dụng thực tế (3) Trên sở nghiên cứu phương án vận hành hệ thống hồ chứa phòng lũ, đề xuất phương án tăng dung tích phòng lũ chế độ vận hành hợp lý nhằm nâng cao hiệu cắt giảm lũ cho hạ du, với điện không đáng kể sở cho việc bổ sung quy trình liên hồ chứa phê duyệt Cấu trúc luận án : Ngoài hai phần mở đầu kết luận, kiến nghị đề tài gồm chương: - Chương Tổng quan nghiên cứu vận hành hệ thống hồ chứa theo thời gian thực - Chương Cơ sở khoa học thực tiễn thiết lập toán vận hành hồ chứa theo thời gian thực thời kỳ mùa lũ cho hệ thống hồ chứa sông Vu Gia-Thu Bồn - Chương Thiết lập mơ hình mơ phục vụ dự báo lũ vận hành hệ thống hồ chứa theo thời gian thực cho hệ thống hồ chứa sông Vu Gia – Thu Bồn - Chương Đề xuất phương án dung tích phòng lũ 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 nghiên cứu nước Vận hành hệ thống hồ chứa vấn đề nhiều quan nghiên cứu quan tâm Viện Khoa học thủy lợi Việt Nam, Viện Cơ học, Viện Khí tượng Thủy văn, trường Đại học nước nghiên cứu ứng dụng vào thực tiễn hệ thống hồ chứa nước ta Ngày 13/10/2010 Phó Thủ tướng Hồng Trung Hải ký văn số 1879/QĐ-TTg [6] Phê duyệt danh mục hồ thủy lợi, thủy điện lưu vực sông phải xây dựng quy trình vận hành liên hồ chứa Theo đó, hồ chứa xây dựng lưu vực 11 sông ghi văn phải xây dựng quy trình vận hành liên hồ chứa để thống việc xả lũ, đảm bảo phát điện, an toàn cho dân cư vùng hạ du Tuy nhiên, nay, có lưu vực Thủ tướng Chính phủ phê duyệt quy trình vận hành liên hồ chứa là: Lưu vực sơng Hồng (Sơn La, Hòa Bình, Thác Bà 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 Srêpok 4) Theo tác giả Tô văn Tường phân tích [31] vai trò quy trình vận hành liên hồ xả lũ, chưa có quy định cụ thể xử phạt xả sai quy trình, ta thấy cần thiết phải có quy trình vận hành liên hồ Trận lũ tháng 10 năm 2010 lưu vực sông Ba: số hồ chứa sông Ba Hạ, sông Hinh xả lũ mà khơng báo trước cho Ban huy phòng chống lụt bão tỉnh Phú Yên dẫn đến tình trạng gây lũ nhân tạo, “lũ chồng lên lũ" thành phố Tuy Hòa Sự kiện thủy điện An Khê-Kanak (Gia Lai) Tập đoàn điện lực Việt Nam đột ngột xả lũ vào đêm 24 rạng ngày 25/5/2011 gây thiệt hại lớn cho hàng trăm hộ dân huyện Kbang, xác định hồ thủy điện xả nước sai khơng theo quy trình vận hành lại khó xử phạt chưa có chế tài rõ ràng Thực tế, hồ An Khê – Kanăk hồ chứa nằm quy trình vận hành liên hồ chứa lưu vực sông Ba với thời gian quy định vận hành từ 1/9 đến 15/12 hàng năm, thời kỳ lũ vụ với lưu lượng lũ lớn quan trắc trạm thủy văn Củng Sơn 20.700 m3/s ngày 4/10/1993 tương ứng với tần suất khoảng 1% Đợt xả lũ thủy điện An Khê – Kanak vào đêm 24/5 không nằm thời gian quy định quy trình vận hành liên hồ chứa, xả không báo trước, không theo quy luật tự nhiên gây thiệt hại lớn cho nhân dân huyện Kbang điều dễ hiểu Đối với hồ chứa thuộc khu vực miền Trung thường quy định: Khi mực nước hồ đến mực nước dâng bình thường mực nước trước lũ, lưu lượng xả lũ khơng lớn lũ đến Điều thơi chưa đủ mực nước hồ nhỏ mực nước dâng bình thường, hồ tích nước (Qxả =0) đến mực nước hồ đạt mực nước dâng bình thường xả lũ với lưu lượng lũ đến Như vậy, gây tượng “sốc”, cho hạ du lưu lượng đột ngột tăng từ đến lưu lượng lớn, gây sạt lở, thiệt hại cho người cho hạ du Có thể gọi “xả lũ khơng an tồn” cho hạ du Do đó, cần phải bổ sung thêm điều “xả lũ an toàn cho hạ du” vào quy trình vận hành cho hồ chứa, đặc biệt miền Trung lại cần phải ý địa hình dốc Ngồi ra, cần rà sốt bổ sung lại quy trình ban hành hệ thống sông Ba Hạ, sông Vu GiaThu Bồn (hiện xây dựng thêm số hồ nữa) với thực trạng dự báo lũ nay, chủ hồ khó vận hành theo quy trình ban hành Hiện có quy trình vận hành số lưu vực sơng nước nói chung lưu vực sơng Vu Gia – Thu Bồn nói riêng Chính phủ ban hành, số tác giả xây dựng quy trình cho lưu vực sơng miền Trung Tây Nguyên Tuy nhiên quy trình vận hành hồ chứa dựa dự báo lũ có nhiều rủi ro khả dự báo mưa lớn thượng nguồn, mực nước triều vùng cửa sơng có bão lưu vực sơng hạn chế Địa hình miền Trung dốc, sơng ngắn nên lũ lên nhanh, cộng với việc trạm đo mưa thưa nên việc dự báo thủy văn khó xác Các hồ chứa thủy điện Miền Trung việc tích nước đầy hồ chứa hay khơng phụ thuộc vào có lũ hồ nhiều hay ... định chế độ vận hành hồ chứa theo thời gian thực (2 ) Lần xây dựng phương pháp vận hành hồ chứa theo thời gian thực cho hệ thống hồ chứa lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn thời kỳ mùa lũ cách đầy đủ,... báo lũ vận hành hệ thống hồ chứa theo thời gian thực cho hệ thống hồ chứa sông Vu Gia – Thu Bồn - Chương Đề xuất phương án dung tích phòng lũ chế độ điều tiết cắt giảm lũ hạ du sông Vu Gia – Thu. .. hồ chứa theo thời gian thực - Chương Cơ sở khoa học thực tiễn thiết lập toán vận hành hồ chứa theo thời gian thực thời kỳ mùa lũ cho hệ thống hồ chứa sông Vu Gia- Thu Bồn - Chương Thiết lập mơ hình