Thông tin tài liệu
LỜI CẢM ƠN Luận án khởi thảo, tiến hành hoàn thiện trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng Đầu tiên, Tác giả t ng k nh trọng iết ơn sâu sắc đến hướng dẫn khoa học TS Lê Hùng GS.TS Hà Văn Khối tận t nh hướng ẫn Tác giả suốt tr nh nghiên cứu hoàn thiện Luận án Tác giả xin cảm ơn Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Đà Nẵng, Khoa Xâ ựng Thủy lợi - Thủ điện, Ph ng Quản ý Sau đại học trường Đại học Bách Khoa, Ban quản ý ự án đầu tư xâ ựng tỉnh Phú Yên tạo điều kiện thuận lợi cho Tác giả thời gian nghiên cứu hoàn thành Luận án Tác giả xin t ng iết ơn đến quý thầ cô ạn đồng nghiệp đóng góp nhiều ý kiến thiết thực để Tác giả hoàn thiện luận án Cuối Tác giả quên lo lắng, gánh vác việc nhà nuôi người Vợ, quan tâm động viên Cha-Mẹ gia đ nh Luận án có nội dung quản ý vận hành hệ thống hồ chứa đa mục tiêu ưu vực sông Ba bối cảnh biến đổi kh hậu, đâ vấn đề rộng lớn phức tạp, luận án tránh kh i sai sót Tác giả mong nhận ý kiến đóng góp q thầ , cơ, đồng nghiệp, bạn è luận án để sửa chữa sai sót Xin trân trọng cảm ơn TÁC GIẢ Cao Đình Huy i LỜI CAM ĐOAN Tôi Cao Đ nh Hu Tôi xin cam đoan đâ công tr nh nghiên cứu riêng Các nội ung kết nghiên cứu Luận án trung thực chưa công ố công tr nh khoa học TÁC GIẢ Cao Đình Huy ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i LỜI CAM ĐOAN ii MỤC LỤC iii DANH SÁCH BẢNG BIỂU vii DANH SÁCH HÌNH VẼ ix DANH SÁCH KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT xi MỞ ĐẦU .1 T nh cấp thiết đề tài .1 Mục tiêu nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu .2 Phương pháp nghiên cứu .2 Ý nghĩa khoa học thực ti n luận án 5.1 Ý nghĩa khoa học 5.2 Ý nghĩa thực ti n Phương pháp tiếp cận Những đóng góp luận án Cấu trúc uận án CHƯƠNG TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VẬN HÀNH HỆ THỐNG HỒ CHỨA THỜI KỲ MÙA KIỆT 1.1 Vai tr hệ thống hồ chứa cân ằng nước 1.2 Tổng quan nghiên cứu vận hành hồ chứa 1.2.1 Tổng quan nghiên cứu vận hành hồ chứa giới .8 1.2.2 Tổng quan nghiên cứu vận hành hồ chứa nước .15 1.2.3 Các nghiên cứu ưu vực sông Ba 17 1.3 Nhận xét chung nghiên cứu nước, xác định hướng nghiên cứu luận án 21 1.3.1 Về phương pháp uận .21 1.3.2 Về thực trạng nghiên cứu vận hành hồ chứa ưu vực sông Ba .22 1.3.3 Định hướng nghiên cứu luận án 22 iii CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN THIẾT LẬP BÀI TOÁN VẬN HÀNH HỒ CHỨA TRÊN SÔNG BA THỜI KỲ MÙA KIỆT 25 2.1 Giới hạn địa ý ưu vực sông Ba .25 2.2 Đặc điểm sông ng i 25 2.3 Phân t ch đặc điểm kh hậu ng chả sông ảnh hưởng đến chế độ vận hành hồ chứa thời kỳ mùa kiệt 27 2.3.1 Đặc điểm kh hậu .27 2.3.2 Đặc điểm chế độ mưa theo mùa .28 2.3.3 Đặc điểm chế độ ng chả sông ng i 33 2.3.4 Đặc điểm đường tr nh rút nước thời kỳ mùa kiệt 38 2.4 Hiện trạng hệ thống công tr nh thủy lợi nhu cầu sử dụng nước 41 2.4.1 Hệ thống công tr nh thủy lợi 41 2.4.2 Hệ thống hồ chứa thủ điện lớn sông Ba 43 2.4.3 Hệ thống trạm ơm cấp nước sông ch nh 45 2.5 Nhiệm vụ vận hành điều tiết hệ thống hồ chứa thời kỳ mùa kiệt 46 2.5.1 Nhiệm vụ vận hành điều tiết cấp nước hệ thống hồ chứa thời kỳ mùa kiệt 46 2.5.2 Thực trạng vận hành hồ chứa thủ điện, khó khăn tồn 48 2.6 Thiết lập ài toán vận hành điều tiết hệ thống hồ chứa ưu vực sông Ba thời kỳ mùa kiệt .52 2.6.1 Xác định nhiệm vụ nội ung nghiên cứu ài toán vận hành hồ chứa ưu vực sông Ba thời kỳ mùa kiệt 52 2.6.2 Mô tả ài tốn vận hành hồ chứa ưu vực sơng Ba theo thời gian thực thời kỳ mùa kiệt 54 2.6.3 Những khó khăn ập vận hành hệ thống hồ chứa ưu vực sông Ba theo thời gian thực hướng giải 57 2.7 Kết luận chương 59 CHƯƠNG 3: THIẾT LẬP MƠ HÌNH MƠ PHỎNG, XÂY DỰNG BIỂU ĐỒ RÚT NƯỚC TIỀM NĂNG PHỤC VỤ VẬN HÀNH HỆ THỐNG HỒ CHỨA SÔNG BA THỜI KỲ MÙA KIỆT THEO THỜI GIAN THỰC .62 3.1 Giới thiệu chung mô h nh mô ph ng quy hoạch quản ý tài ngu ên nước 62 3.2 Xâ ựng mô h nh mô ph ng Ba-Model phục vụ ài toán quản ý nước vận hành hệ thống hồ chứa ưu vực sông Ba 66 iv 3.2.1 Yêu cầu thiết lập mô h nh 66 3.2.2 Cấu trúc mô h nh .66 3.2.3 Mô ph ng 69 3.3 Xâ ựng thuật toán ập chương tr nh t nh toán cho mơ h nh Ba-Model 72 3.3.1 Thuật tốn t nh điều tiết hồ chứa 72 3.3.2 Giới thiệu sở ý thu ết mô h nh NAM 76 3.3.3 Thuật toán t nh ưu ượng nút nhập ưu theo mô h nh NAM .81 3.3.4 Dữ liệu sử dụng cho t nh toán 82 3.3.5 Lập chương tr nh t nh toán .83 3.4 Xác định thông số mô h nh NAM Ba-Mo e ưu vực sông Ba 83 3.4.1 Xác định tiểu ưu vực phục vụ t nh toán nước đến nút hồ chứa 83 3.4.2 T ch hợp mô h nh thành phần xác định tham số mô h nh NAM 86 3.4.3 Xác định thông số mô h nh NAM .87 3.5 Xâ ựng đường rút nước tiềm ứng dụng nhận dạng ng chảy mùa kiệt 92 3.5.1 Xâ ựng biểu đồ rút nước tiềm 92 3.5.2 Nhận dạng ng chả mùa kiệt theo biểu đồ rút nước tiềm 96 3.6 Kết luận 96 CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG MÔ HÌNH BA-MODEL VÀO VẬN HÀNH HỆ THỐNG HỒ CHỨA TRÊN LƯU VỰC SÔNG BA THỜI KỲ MÙA KIỆT 98 4.1 Nhiệm vụ nội dung nghiên cứu 98 4.2 T nh toán kiểm tra khả đáp ứng cầu điều tiết cấp nước cho hạ du theo qu tr nh vận hành iên hồ hồ chứa lớn ưu vực sông Ba 98 4.2.1 Mục đ ch t nh toán 98 4.2.2 Thiết lập mạng sông 99 4.2.3 Phương pháp t nh toán nước đến nút hồ chứa nhập ưu .100 4.2.4 Phương thức vận hành hồ chứa tr nh t nh toán kiểm tra 105 4.2.5 Tài iệu sử dụng t nh toán .107 4.2.6 Kết t nh toán kiểm tra cầu điều tiết cấp nước hạ u qu định qu tr nh iên hồ chứa 878/QĐ-TTG 108 4.2.7 Đề xuất phương án điều tiết cấp nước hạ du thời kỳ mùa kiệt cho hồ chứa Krông H’Năng, Ba Hạ Sông Hinh 116 v 4.3 T nh toán thử nghiệm dự áo khả đảm bảo cầu cấp nước cho hạ du mùa kiệt năm 2018-2019 theo mô h nh Ba-Model .122 4.3.1 Dữ liệu sử dụng t nh toán .122 4.3.2 Kết t nh toán 122 4.3.3 Nhận xét kết t nh toán .123 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .131 Những kết đạt luận án .131 Những hạn chế hướng nghiên cứu .132 Kiến nghị 132 DANH MỤC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ 134 TÀI LIỆU THAM KHẢO .135 PHỤ LỤC vi DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng 2.1 D ng chảy kiệt đo trạm đo thủ văn ưu vực sông Ba 37 Bảng 2.2: Sơ đồ nút giai đoạn trạng ưu vực sông Ba .41 Bảng 2.3: Thông số kỹ thuật chủ yếu hồ chứa lớn sông Ba 44 Bảng 2.4: Thông số kỹ thuật chủ yếu thủ điện nh sông Ba 45 Bảng 2.5: Thống kê công suất phát điện nh quân tháng thủ điện Sông Hinh (đơn vị : MW) 49 Bảng 3.1: Các thông số ch nh mô h nh NAM 80 Bảng 3.2: Mô tả giới hạn tiểu ưu vực phân chia 85 Bảng 3.3: Trạm đo mưa ốc sử dụng mô h nh NAM 88 Bảng 3.4: Đánh giá mức độ mô ph ng mô h nh tương ứng với số NashSutcliffe (Theo Moriasi, 2007) 91 Bảng 3.5: Tiêu chuẩn đánh giá hệ số tương quan (Theo Moriasi, 2007) 91 Bảng 3.6: Chỉ số đánh giá độ tin cậy mô h nh trạm An Khê Củng Sơn 91 Bảng 3.7: Chỉ số đánh giá độ tin cậy mô h nh NAM ưu vực sông Hinh 92 Bảng 3.8: Bộ thông số mô h nh NAM sau hiệu chỉnh kiểm định mô h nh 92 Bảng 4.1: Nhu cầu nước giai đoạn trạng nút sử dụng nước (Lưu ượng m3/s) 102 Bảng 4.2: Qu định ưu ượng điều tiết xuống hạ u theo Qu tr nh iên hồ chứa ưu vực sông Ba .106 Bảng 4.3: Tổng hợp kết đánh giá đảm bảo cầu điều tiết nước cho hạ du theo Qu tr nh 878/QĐ-TTg 112 Bảng 4.4: Phương án điều tiết đề xuất 116 Bảng 4.5: Tổng hợp kết t nh toán theo phương án đề xuất 118 Bảng 4.6: Bảng ưu ượng nh quân tháng tổng hợp theo kết t nh toán ưu ượng nh quân ngà theo mô h nh NAM năm 2018-2019 14 tiểu ưu ực sông Ba 124 vii Bảng 4.7: Bảng thống kê t nh trạng thiếu nước nút cấp nước tưới năm 20182019 từ kết t nh toán cân ằng nước theo mô h nh Ba-Model 124 Bảng 4.8: Bảng t nh toán kiểm tra khả điều tiết cấp nước năm 2018-2019 128 Bảng 4.9: Vị tr giá trị ưu ượng iểu đồ rút nước tiềm năm thời điểm ngà 15/12/2018 .130 viii DANH SÁCH HÌNH VẼ H nh 2.1: Bản đồ vùng nghiên cứu (Nguồn [1]) .26 H nh 2.2a: Biểu đồ tỷ lệ ượng mưa tháng nh quân nhiều năm Pơ Mơ Rê .29 H nh 2.2 : Biểu đồ tỷ lệ ượng mưa tháng nh quân nhiều năm .30 H nh 2.2c: Biểu đồ tỷ lệ ượng mưa tháng nh quân nhiều năm .30 H nh 2.2 : Biểu đồ tỷ lệ ượng mưa hàng tháng H nh 2.2e: Biểu đồ tỷ lệ ượng mưa tháng nh quân nhiều năm 31 nh quân nhiều năm 31 H nh 2.2f: Bản đồ đẳng trị tổng ượng mưa năm trung nh nhiều năm ưu vực sông Ba vùng phụ cận (Nguồn [1]) .32 H nh 2.3a: Biểu đồ tỷ lệ phân ố ng chả tháng năm nh quân nhiều năm Ayun Hạ .34 H nh 2.3 : Biểu đồ tỷ lệ phân ố ng chả tháng năm nh quân nhiều năm Krông H’Năng (tài iệu đo 2003-2008) 34 H nh 2.3c: Biểu đồ tỷ lệ phân ố ng chả tháng năm nh quân nhiều năm thủ văn Sông Hinh 35 H nh 2.3 : Biểu đồ tỷ lệ phân ố ng chả tháng năm nh quân nhiều năm An Khê 36 H nh 2.3e: Biểu đồ tỷ lệ phân ố ng chả tháng năm nh quân nhiều năm trạm thủ văn Củng Sơn .36 H nh 2.4a: Đường tr nh ưu ượng mùa kiệt hồ An Khê .39 H nh 2.4 : Đường tr nh ưu ượng mùa kiệt trạm thủ văn Sông Hinh 40 H nh 2.4c: Đường tr nh ưu ượng mùa kiệt trạm thủ văn Krông H’Năng (tại hồ thủ điện) .40 H nh 2.4 : Đường tr nh ưu ượng mùa kiệt trạm thủ văn A un Hạ 41 H nh 2.5: Vị tr hồ chứa lớn xâ ựng qu tr nh iên hồ mùa kiệt 44 H nh 2.6: Các công tr nh sử dụng nước từ đập An Khê đến Krông Chro 46 H nh 2.7: Các trạm ơm ấ nước từ sông ch nh 46 H nh 2.8: Sơ đồ ngu ên ý thiết lập ài toán vận hành hệ thống hồ chứa theo thời gian thực 55 H nh 2.9: Sơ đồ tổng quát tr nh qu ết định vận hành hệ thống hồ chứa theo thời gian thực .56 H nh 2.10: Sơ đồ ước xác định định quản ý nước vận hành hệ thống hồ chứa sông Ba thời kỳ mùa kiệt 59 ix H nh 3.1: Sơ đồ số nút nhập ưu đặc trưng hệ thống 67 H nh 3.2: Sơ đồ vị tr nút ch nh khu vực sông Hinh, sông Ba Hạ đến Đồng Cam 68 H nh 3.3 Sơ đồ mô ph ng cân ằng nước ưu vực sông Ba .73 H nh 3.4: Sơ đồ t nh toán điều tiết hồ chứa cấp nước .74 H nh 3.5: Sơ đồ t nh điều tiết cho hồ chứa phát điện độc lập 75 H nh 3.6: Sơ đồ t nh điều tiết cho hồ chứa phát điện nằm hệ thống hồ chứa bậc thang 76 H nh 3.7: Cấu trúc mô h nh NAM 77 H nh 3.8: Sơ đồ t nh toán tr nh ưu ượng Q~t mô h nh NAM cho ưu vực nhập ưu có N thời đoạn t nh toán 81 H nh 3.9: Sơ đồ phân chia tiểu ưu vực để mô ph ng theo mô h nh NAM 84 H nh 3.10: Các ước t nh toán mô h nh Ba –Model 86 H nh 3.11a: Sơ đồ xác định thông số mô h nh NAM mô h nh Ba-Model 89 H nh 3.11 : Sơ đồ kiểm định mô h nh NAM mô h nh Ba-Model 90 H nh 3.12a: Biểu đồ rút nước tiềm ưu vực hồ chứa Sông Hinh .94 H nh 3.12 : Biểu đồ rút nước tiềm ưu vực hồ chứa Ayun Hạ 94 H nh 3.12c: Biểu đồ rút nước tiềm ưu vực trạm thủ văn An Khê 95 H nh 3.12 : Biểu đồ rút nước tiềm ưu vực hồ chứa Krông H’Năng 95 H nh 4.1: Sơ đồ hệ thống cân ằng nước sông Ba 101 x DANH SÁCH KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT VHHC – Vận hành hồ chứa SI - Chỉ số thiếu hụt nước (genetic algorithm – GA) - Thuật toán i tru ền LP - Quy hoạch tuyến t nh (Artificial Neural Networks – ANN) - Mạng tr tuệ nhân tạo (BPNN) - Thuật toán quét ngược TNN – Tài ngu ên nước KTXH – Kinh tế xã hội KTTV MT – Kh tượng thủ văn môi trường TN&MT – Tài ngu ên môi trường VHHTLHC – Vận hành hệ thống iên hồ chứa CBN - Cân ằng nước MNDBT – Mực nước âng nh thường TKMK - Thời kỳ mùa kiệt TGT - Thời gian thực KTTV - Kh tượng thủ văn KHKT – Khoa học kỹ thuật xi MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Trong thập kỷ gần đâ , số ượng lớn hồ chứa xâ ựng toàn giới Việt Nam Ở Việt Nam, năm gần đâ , có hàng oạt hồ chứa lớn xâ ựng hầu hết sông suối khắp nước Do vậy, việc quản ý nước vận hành hợp ý hệ thống iên hồ chứa nhằm nâng cao hiệu khai thác giảm thiểu tác động tiêu cực cần thiết Đã có nhiều dự án đề tài nghiên cứu vận hành hệ thống hồ chứa lợi dụng tổng hợp Tu nhiên, kết nghiên cứu c n hạn chế, đặc biệt chế độ vận hành hồ chứa thời kỳ mùa kiệt hệ thống hồ chứa đa mục tiêu Do vậy, việc vận hành hệ thống hồ chứa đa mục tiêu đối tượng nhiều đề tài nghiên cứu giới nói chung Việt Nam nói riêng Hiện na có hai xu hướng nghiên cứu nhằm nâng cao hiệu vận hành hệ thống hồ chứa đa mục tiêu: Phương pháp tối ưu hóa phương pháp mơ ph ng Mơ h nh tốn mơ ph ng hệ thống cân ằng nước, có mô ph ng chế độ vận hành hồ chứa đóng vai tr qu ết định nghiên cứu quản ý nước vận hành hệ thống hồ chứa, nghiên cứu phương pháp tối ưu hóa phương pháp mơ ph ng Ch nh v vậ , có nhiều nghiên cứu phát triển mô h nh mô ph ng iên quan đến t nh toán cân ằng nước, quản ý nước vận hành hệ thống hồ chứa ưu vực, mơ h nh MIKE-BASIN, HECRESSIM, WEAP, MIKE HYDRO,… mô h nh điển h nh sử dụng rộng rãi giới Các mô h nh nà nghiên cứu quy hoạch, quản ý nước cho ưu vực sông Việt Nam, có ưu vực sơng Ba Mỗi mơ h nh có ưu điểm riêng có hạn chế định nên na nhà nghiên cứu tiếp tục phát triển hoàn thiện mơ h nh V vậy, có nghiên cứu xâ ựng mô h nh riêng phù hợp với điều kiện cụ thể ưu vực, phù hợp thuận lợi cho nghiên cứu ài toán đặt Cũng ch nh v ý o trên, để nghiên cứu chế độ vận hành hồ chứa lớn ưu vực sơng Ba, tác giả luận án có ý định xâ ựng mô h nh riêng phục vụ cho nghiên cứu chọn đề tài nghiên cứu: “Xây dựng mơ hình tốn vận hành hệ thống hồ chứa đa mục tiêu thời kỳ mùa kiệt cho lưu vực sơng Ba” Mơ h nh tốn xâ ựng nhằm hỗ trợ định tr nh vận hành hệ thống hồ chứa đa mục tiêu, ưu vực sông Ba thời kỳ mùa kiệt (TKMK) Mục tiêu nghiên cứu Trên sở kế thừa phương pháp uận mơ h nh có sẵn, phát triển mô h nh mô ph ng cân ằng nước vận hành hệ thống iên hồ chứa có nhiệm vụ cấp nước phát điện, phục vụ cho ài toán quản ý nước vận hành hệ thống iên hồ chứa ưu vực sông Ba thời kỳ mùa kiệt Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Mô h nh mô ph ng xâ ựng ài toán cân ằng nước (CBN) ưu vực sông vận hành hệ thống hồ chứa có nhiệm vụ cấp nước phát điện vùng sông không bị ảnh hưởng thủy triều Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu tiến hành hệ thống hồ chứa đa mục tiêu ưu vực sông Ba, bao gồm tất hồ chứa thủy lợi thủ điện Do mô h nh ứng dụng vùng sông bị ảnh hưởng triều nên phạm vi nghiên cứu áp ụng cho ưu vực sông Ba t nh đến vị trị đập Đồng Cam Nghiên cứu chế độ vận hành thực hồ chứa lớn ng ch nh có t nh đến điều tiết cấp nước tưới tất hồ chứa nh hệ thống Các hồ chứa lớn chọn để nghiên cứu chế độ vận hành hồ Ka Nak, An Khê, Sông Hinh, Ba Hạ Krông H’Năng A un Hạ Phương pháp nghiên cứu Phương pháp kế thừa: Nghiên cứu tiếp thu kế thừa có chọn lọc kết nghiên cứu tác giả nước, nghiên cứu CBN vận hành hệ thống hồ chứa ưu vực sông Ba Kế thừa phương pháp uận mô h nh có, đặc biệt mơ h nh HEC-RESSIM Phương pháp mơ hình tốn: Đề tài nghiên cứu xâ ựng mô h nh vận hành hệ thống hồ chứa theo hướng mô h nh mô ph ng ưu vực sông phục vụ cho vận hành hệ thống hồ chứa thời kỳ mùa kiệt, có t nh sử dụng tiếp cận với mơ h nh có sẵn giới có mơ ph ng tương tự Phương pháp thực nghiệm: Mô h nh phải kiểm định cho ưu vực sông Ba đối chiếu với kết t nh tốn theo mơ h nh khác nghiên cứu có mơ ph ng tương tự Phương pháp phân tích: Phân t ch đặc điểm chế độ mưa, ng chả ưu vực sông Ba, đặc điểm đường rút nước thời kỳ mùa kiệt àm sở khoa học cho t nh toán, ự áo nhận dạng ng chả mùa kiệt, phục vụ đánh giá hạn chế đề xuất chế độ vận hành hợp ý theo thời gian thực hồ chứa sông Ba Ý nghĩa khoa học thực ti n luận án 5.1 Ý nghĩa khoa học Đề tài nghiên cứu luận án “Xây dựng mơ hình toán vận hành hệ thống hồ chứa đa mục tiêu thời kỳ mùa kiệt cho lưu vực sông Ba” phát triển mơ h nh mơ ph ng có t ch hợp mô h nh mưa – áo ng chả , có khả t nh tốn ự ng chả đến vận hành hệ thống hồ chứa Đâ đóng góp mới, góp phần phát triển phương pháp uận nghiên cứu vận hành hệ thống hồ chứa đa mục tiêu Nếu hoàn thiện mở hướng nghiên cứu vận hành hệ thống hồ chứa có nhiệm vụ cấp nước phát điện thời kỳ mùa kiệt 5.2 Ý nghĩa thực tiễn Đề tài nà định hướng giải pháp kỹ thuật với mục tiêu cụ thể xâ ựng chương tr nh t nh có khả hỗ trợ định việc vận hành hệ thống hồ chứa TKMK Nghiên cứu ài toán vận hành theo thời gian thực TKMK sông Ba sở khoa học cho việc bổ sung qu tr nh vận hành có nghiên cứu điển h nh xem xét áp ụng cho ưu vực sông khác thuộc khu vực miền Trung Mô h nh mô ph ng mà tác giả xâ công tác ự áo ựng áp ụng cho ng chả vận hành an toàn hồ chứa TKMK ưu vực sông Ba Phương pháp tiếp cận Trên sở phân t ch đâ , uận án tiếp cận theo hướng xâ ựng mô h nh vận hành hệ thống iên hồ chứa (VHHTLHC) thời kỳ mùa kiệt có khả hỗ trợ định vận hành, áp ụng cho ưu vực sông Ba àm ưu vực nghiên cứu điển h nh Mô h nh xâ ựng sở kế thừa phương pháp uận mô h nh có khắc phục hạn chế gâ khó khăn sử dụng mô h nh nà VHHTLHC 1) Trên sở mô h nh cân ằng nước thiết lập cho ưu vực sông Ba Từ xem xét kịch vận hành hệ thống hồ chứa để khắc phục hạn chế qu tr nh vận hành iên hồ chứa an hành o hạn chế dự áo ng chảy 2) Với công cụ mô h nh mô ph ng thiết lập, xâ ựng qu tr nh vận hành theo thời gian thực nhằm đảm bảo an toàn t ch nước cho nhiệm vụ phát điện cấp nước hạ du Những đóng góp luận án 1) Xâ ựng biểu đồ rút nước tiềm thời kỳ mùa kiệt cho nút hồ chứa ch nh ưu vực sông Ba àm sở nhận dạng ng chả mùa kiệt Từ đó, lập kế hoạch sử dụng nước vận hành hệ thống hồ chứa có nhiệm vụ điều tiết cấp nước cho hạ du 2) Phát triển mô h nh mô ph ng Ba-Mo e t ch hợp mô h nh mưa - ng chả , mô h nh cân ằng nước điều tiết hồ chứa, phục vụ quản ý nước định vận hành hồ chứa ưu vực sông Ba thời kỳ mùa kiệt 3) Xâ ựng phương pháp vận hành hồ chứa theo hướng vận hành theo thời gian thực cho hệ thống hồ chứa ưu vực sông Ba sở phân t ch, t nh toán ượng trữ nước ưu vực thời điểm cuối mùa ũ qu nước uật rút ng chả sông thời kỳ mùa kiệt Đồng thời đề xuất chế độ vận hành hợp ý nhằm đảm bảo an toàn theo nhiệm vụ cấp nước hạ du nâng cao hiệu vận hành hồ chứa thời kỳ mùa kiệt Từ đó, àm sở cho việc nghiên cứu bổ sung qu tr nh iên hồ chứa phê u ệt Cấu trúc luận án Ngoài phần mở đầu phần kết luận kiến nghị, luận án gồm có chương: - Chương Tổng quan nghiên cứu vận hành hệ thống hồ chứa thời kỳ mùa kiệt - Chương Cơ sở khoa học thực ti n thiết lập ài toán vận hành hồ chứa sông Ba thời kỳ mùa kiệt - Chương Thiết lập mô h nh mô ph ng, xâ ựng biểu đồ rút nước tiềm phục vụ vận hành hệ thống hồ chứa sông Ba thời kỳ mùa kiệt theo thời gian thực - Chương Ứng dụng mô h nh Ba-Model vào vận hành hệ thống hồ chứa ưu vực sông Ba thời kỳ mùa kiệt CHƯƠNG TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VẬN HÀNH HỆ THỐNG HỒ CHỨA THỜI KỲ MÙA KIỆT 1.1 Vai trò hệ thống hồ chứa cân nước Hồ chứa coi iện pháp ch nh qu hoạch phát triển nguồn nước mặt Với hồ chứa nhân tạo xâ ựng hệ thống sơng, đặc biệt sơng ớn, àm tha đổi chế độ ng chả sông ng i Hồ chứa àm tha đổi trạng thái tự nhiên nguồn nước tạo điều kiện có ợi cho hoạt động ân sinh kinh tế vùng hạ ưu công tr nh Hiện nay, Việt Nam h nh thành hệ thống hồ chứa lớn hệ thống Sông Hồng, sông Đồng Nai, sông Sê San, sông Ba, Sông Vu Gia Thu Bồn àm tha đổi đáng kể CBN ưu vực sơng Khi lập ự án qu hoạch quản ý nguồn nước, hệ thống nguồn nước thường mô tả hệ thống sơ đồ, bao gồm hệ thống nút tr nh trao đổi nước chúng Sự trao đổi nước nút hệ thống mô tả hệ phương tr nh CBN phương tr nh động lực Tù thuộc vào t nh chất nút đặc điểm ài tốn mà mơ tả khác Các hồ chứa hệ thống coi nút hệ thống, xâ với mục đ ch àm tha đổi tr nh ựng ng chả hệ thống cho phù hợp với nhiệm vụ khai thác nguồn nước Vận hành hồ chứa vấn đề quan tâm nhiều công tác qu hoạch, quản ý hệ thống nguồn nước Trong vận hành hồ chứa phải th a mãn nhiều mục đ ch khác nhau, tu nhiên ại xuất mâu thuẫn cầu cho mục đ ch Các mâu thuẫn xuất vận hành hồ chứa nhiều mục đ ch sau: Mâu thuẫn không gian hồ chứa Mâu thuẫn nà xuất hồ chứa (hoặc ung t ch giới hạn) cầu th a mãn phân chia nhiều mục đ ch khác ảo toàn nước điều tiết ũ Nếu điều kiện địa chất, địa h nh, thủ văn vị tr xâ cho phép xâ ựng đập kho ự trữ ựng đập đủ cao để sử dụng rõ ràng mục đ ch, th thường khơng có mâu thuẫn không gian hồ chứa Tu nhiên, người ta àm Các hồ chứa xâ ựng nhiều mục đ ch với không gian chia sẻ th a mãn cầu đảm bảo nhiều mục đ ch k ch thước thường sử dụng nh Trong đó, mục đ ch ph ng ũ tốt đạt đủ khơng gian trống chứa ung t ch ph ng ũ sử dụng hồ chứa Do vậy, quy tắc điều tiết hồ chứa chủ yếu định t ch đầ không t ch đầy hồ chứa Hồ chứa t ch đầ cho phép đạt lợi ch cao ởi th a mãn mục đ ch bảo toàn, ại mang t nh rủi ro cao cắt giảm ũ hạ ưu Mặt khác, hồ chứa trống điều tiết ũ hiệu ng chảy không t ch đầ đến thể t ch mong chờ, th mục đ ch khác thiếu Mâu thuẫn ên mục đ ch giống Thiếu hụt nước phân ố theo thời gian theo hướng khác V ụ mục đ ch phát điện, để đạt sản ượng điện năm ớn th số thời đoạn ta phải chấp nhận phát điện với sản ượng thấp, gâ thiếu hụt điện để u tr cột nước cao cho tổng sản ượng điện ớn Tuy nhiên việc phát sản ượng điện thấp tháng cao điểm, nhiều gâ thiệt hại kinh tế lớn Cùng mục đ ch cấp nước ảnh hưởng theo hướng khác nhau, nước sử dụng cấp nước sinh hoạt khác nước sử dụng cho mục đ ch tưới Mâu thuẫn mục đ ch Các mâu thuẫn xuất sử dụng nước với mục đ ch khác cầu không gian ung t ch hồ chứa cho mục đ ch khác Với mục đ ch cấp nước cho sinh hoạt, công nghiệp, phát điện v.v th hồ chứa nhiều nước tốt lại bất lợi cho nhiệm vụ ph ng ũ Mâu thuẫn điển h nh mâu thuẫn mục tiêu phát điện mục tiêu cấp nước hạ u mùa kiệt, nảy sinh nhu cầu cấp nước cho ngành khác theo thời gian không gian Nước cấp cho nông nghiệp phân phối dựa tập quán, thời vụ, thời kỳ cần nước khẩn trương, mùa t nh h nh thời tiết Trong đó, cầu phát điện đ i h i hồ chứa vận hành ựa nhu cầu điện phục vụ ân sinh phát triển kinh tế xã hội tha đổi theo giờ, ngà , tuần hay mùa, đặc biệt thời gian cao điểm Để điều h a mâu thuẫn đem ại hiệu tr nh vận hành hồ chứa th phương pháp hiệu xâ hành iên hồ chứa Xâ ựng Qu tr nh vận ựng qu tr nh vận hành ài toán phức tạp iên ngành, cần có sở khoa học thực ti n để hài h a mục tiêu 1.2 Tổng quan nghiên cứu vận hành hồ chứa 1.2.1 Tổng quan nghiên cứu vận hành hồ chứa giới Những năm gần đâ , giới Việt Nam xâ ựng nhiều hồ chứa, đặc biệt hồ chứa lợi dụng tổng hợp Những hồ chứa nà đóng vai tr quan trọng kinh tế quốc ân phát triển đất nước Hầu hết hồ chứa đa mục tiêu ao gồm ph ng ũ, phát điện cấp nước tưới Mặc ù xâ ựng hồ chứa th qu tr nh vận hành hồ t nh toán đưa từ giai đoạn thiết kế Tu nhiên, nhiều trường hợp, mục tiêu phát điện ph ng ũ ại có mâu thuẫn thực ti n vận hành hồ chứa Đâ ngu ên nhân mà hồ chứa không phát hu lợi ch đánh giá tr nh ập dự án VHHC vấn đề phức tạp iên quan đến nhiều biến số định, nhiều mục tiêu rủi ro đáng kể không chắn (Oliveira, R and loucks, D.P, 1997) [48] Từ nhiều kỷ na , nghiên cứu quản ý vận hành hồ chứa uôn phát triển theo thời gian, đáp ứng phát triển nhu cầu xã hội Từ nghiên cứu đơn giản ượng trữ cấp nước (Ripp , 1883) [50] đến nghiên cứu phức tạp gần đâ vận hành tối ưu hệ thống hồ chứa theo TGT phục vụ đa mục tiêu (E Fallah-Meh ipour, O Bozorg Ha a , MA Mariño, 2012) [38] Các nghiên cứu giới giải ài toán vận hành hồ chứa độc lập hệ thống hồ đa ạng nhiều chu ên gia ứng dụng thuật toán điều khiển khác nhau; chia thành hướng ch nh, phương pháp tối ưu hóa phương pháp mô ph ng a Phương pháp tối ưu hóa Phương pháp tối ưu nghiên cứu phổ biến hệ thống hồ chứa đa mục tiêu, đặc biệt hồ chứa cấp nước phát điện Mục tiêu ứng dụng mô h nh tối ưu xác định hành ang giới hạn vận hành hồ chứa để kết vận hành tối ưu Kết nghiên cứu mô h nh tối ưu sử dụng để lập biểu đồ điều phối tối ưu Đồng thời àm sở cho việc qu định giới hạn vận hành qu tr nh vận hành nhằm đạt mục tiêu tối ưu qu ết định vùng th a hiệp mục tiêu tranh chấp Có nhiều phương pháp tối ưu áp ụng nghiên cứu vận hành hồ chứa, tu nhiên, có số phương pháp phù hợp giải ài toán vận hành tối ưu hệ thống hồ chứa Phương pháp phổ biến hiệu để thiết kế quản ý vận hành hồ chứa độc lập qu hoạch động ngẫu nhiên, Stochastic D namic Programming (SDP), (Bellman, R E., and Dreyfus, S E, 1962) [35] Phương pháp nà cho phép giải t nh toán phi tu ến ngẫu nhiên, tối ưu hóa hệ thống động với biến đầu vào ngẫu nhiên (Yakowitz, 1982) (Yeh, 1985) Một hạn chế phương pháp nà mưa trung giải dứt điểm thông tin ên ượng nh ngà nhiệt độ trung nh ưu vực trừ thiết lập mô h nh tốn miêu tả q tr nh Đâ hạn chế quan trọng bổ sung liệu thủ văn có vào hệ thống Đối với ài toán hệ thống nhiều hồ chứa ài tốn phức tạp - ài tốn khơng xem xét “chiều thời gian” mà c n t nh đến “chiều khơng gian” Mặc ù có nhiều phương pháp nhà nghiên cứu ứng dụng giải quyết, tu nhiên, chưa ựa chọn phương pháp thực ưu việt để xử ý “chiều không gian” Ch nh v thế, việc lựa chọn phương pháp t nh toán ài toán hệ thống hồ chứa quan trọng, phải xem xét độ tin cậy lời giải tối ưu với độ khó phương pháp Nghiên cứu ài tốn tối ưu hóa vận hành hệ thống gồm hồ chứa giả tưởng, nhà nghiên cứu giới ứng dụng phương pháp qu hoạch động khác để giải quyết: Quy hoạch động xấp xỉ iên tục (Dynamic Programming Successive Approximation- DPSA)- (A.J Korsak, R.E Larson, 1970) [34]; Phương pháp qu hoạch động sai phân (Discrete Differentia D namic Programming - DDDP)(Heidari, 1971) [43] Việc phân t ch đa mục tiêu vận hành quản ý hồ chứa quan trọng Để phát hu hiệu khai thác vận hành cần lựa chọn phương pháp vận hành tối ưu hóa ợi ch hệ thống tối đa ượng điện năng, giảm tối thiểu ượng nước thiếu (Raju Kumar, 1999) Năm 2007, giáo sư Kumar, Ấn độ (Kumar, D N and Reddy, M, J , 2007) [40], ứng dụng thuật toán tối ưu SWARM - tối ưu đàn kiến t m sách ược giải ài toán hệ thống hồ giả tưởng Sau đó, ơng thử nghiệm thành cơng cho hệ thống hồ đa mục tiêu (thủy lợi thủ điện) Bhadra Ấn Độ Trong nghiên cứu nà , kỹ thuật tối ưu đàn kiến áp ụng cho năm điển h nh, sau mơ h nh tương tự áp ụng cho thời gian ài 15 năm Mô h nh phát triển ứng dụng cho vận hành hàng tháng, ao gồm hai mô h nh vận hành thời gian ngắn vận hành thời gian ài Kết nghiên cứu nà chứng minh phương pháp ứng dụng thuật toán tối ưu SWARM giải tốt ài toán vận hành iên hồ chứa thuật tốn giải đốn gen, sử dụng hiệu để giải ài toán vận hành hồ chứa, trường hợp vận hành với thời gian ài Năm 2007 (Wei, C C an Hsu, N S., 2007) [51], thiết lập quy tắc vận hành tối ưu ựa qu tắc nhánh câ để kiểm soát ũ theo TGT thử nghiệm hệ thống hồ chứa Tanshui, Đài Loan, với tr nh ự áo thời đoạn 6h trận ão ịch sử, bao gồm Aere, Haima Nock-ten năm 2004 Kết cho thấy giải pháp sử dụng kỹ thuật tối ưu nà đem ại hiệu cắt ũ cao cho phép u tr mực nước cao thời kỳ cuối mùa ũ, đảm bảo ung t ch hồ cho cấp nước mùa kiệt Thuật toán tiến hóa (Evo utionar a gorithms) ứng dụng rộng rãi ài toán tối ưu vận hành hồ chứa đa mục tiêu Nhiều thuật toán kiểm tra mô h nh khác để giải phi tuyến, tuyến t nh ồi vấn đề hồ chứa đa 10 chiều (Chang, L C an Chang, F J, 2009) [36] sử dụng thuật tốn tiến hóa đa mục tiêu, (NSGA –II) vào vận hành hệ thống hồ chứa đa mục tiêu Đài Loan (gồm hai hồ Shihmen Feitsui), thiết lập mô h nh mô ph ng vận hành hồ chứa theo thời đoạn ngà t nh toán số thiếu hụt nước (Shortages Indices –SI) suốt thời gian mô ph ng Mục tiêu việc ứng dụng thuật toán để àm giảm số SI thông qua sách ược vận hành tối ưu hệ thống hồ Trong nghiên cứu khác, Chang, L.C ứng dụng thuật GA đề xuất vận hành kiểm soát ũ TGT hồ chứa đa mục tiêu (Chaves, P an Chang F J., 2008) [37] Tác giả sử dụng GA công cụ t m kiếm để tối ưu hóa nhằm xâ dựng quy tắc vận hành hồ chứa có ũ Moh Sharif Ro in War aw tiến hành ứng dụng thuật toán i tru ền (genetic algorithm – GA) vào vận hành tối ưu hệ thống hồ chứa đa mục tiêu Nghiên cứu điển h nh cho hệ thống hồ chứa Indonesia xem xét trạng thái ưu vực hai kịch phát triển tương Nghiên cứu đề xuất mô h nh GA chung cho hệ thống hồ chứa Đối với trường hợp xem xét nghiên cứu nà , kết thuật toán i tru ền gần với tối ưu kỹ thuật nà ường mạnh mẽ, trái ngược với phương pháp ựa ập tr nh động, rời rạc iến trạng thái khơng cần thiết Hơn nữa, khơng có cầu quỹ đạo pha thử nghiệm để bắt đầu t m kiếm cách sử dụng thuật toán i tru ền Tu nhiên vấn đề phân t ch độ nhạy iến nhược điểm phương pháp nà cần xem xét giải Phương pháp kết hợp thuật toán GA với quy hoạch tuyến t nh (LP) L F R Reis [41], giới thiệu để t m sách ược vận hành tối ưu cho hệ thống hồ chứa phát điện giai đoạn lập dự án với nhiều điều kiện ng chảy ngẫu nhiên (L F R Reis, G A Wa ters, D Savic an F H Chau hr , 2005) Phương pháp nà cho phép ược giảm tham số nhờ GA ằng LP giảm số ượng biến Thuật toán nà coi qu hoạch động xấp xỉ ngẫu nhiên cho vận hành đa hồ thủy điện, với nhiều lợi ứng dụng đơn giản, lựa chọn thông số hữu ch cho việc vận hành tương Các thuật toán đề xuất xấp 11 xỉ ngẫu nhiên để hệ thống hoạt động, với lợi thực đơn giản khả tr ch xuất thông số hữu ch cho qu ết định hoạt động tương lai Kết ứng dụng phương pháp nà cho hệ thống thủ điện giả giống phương pháp qu hoạch động ngẫu nhiên kép (Stochastic Dua D namic Programming – SDDP) mà (Pereira, M.V.F, Pinto, L.M.V.G, 1985) [49] gợi ý trước đâ cho thấ phương pháp kết hợp GA –LP tốt nhiều so với SDDP Kerachian Karamouz nghiên cứu phát triển mô h nh từ iên kết mô h nh tối ưu hóa GA mơ h nh chất ượng nước hồ chứa, dựa hàm mục tiêu mô h nh tối ưu theo ý thu ết Nash để tối đa hóa độ tin cậy nguồn nhu cầu cấp hạ u cầu chất ượng nước (Kerachian, R and Karamouz, M, 2007) [39] Kết mô h nh tối ưu GA ứng dụng xâ ựng qu tr nh vận hành cho hồ chứa Satarkhan Iran có xem xét đến chất ượng nước ượng nước cầu Ma ekmohamma i nnk giới thiệu mạng Ba esian (BN) để t m qu tắc vận hành cho hệ thống hồ chứa đa mục tiêu (tưới tiêu ph ng ũ), với tài iệu thủ văn đầu vào theo thời đoạn tháng, mực nước hồ chứa hàng tháng cầu nước hạ du (Manoutchehr Heidari, Ven Te Chow, Dale D Meredith, Petar V Kokotović, 1971) [43] Các mô h nh tối ưu chế độ vận hành ài hạn (theo tháng) xâ ựng nhằm mục đ ch giảm thiểu thiệt hại o ũ ụt thiếu hụt nước cho nông nghiệp Một mô h nh tối ưu thời đoạn ngắn (theo giờ) kết hợp với mô h nh ước t nh thiệt hại ũ ụt Mạng tr tuệ nhân tạo (Artificial Neural Networks – ANN) Chaves, P Chang, F.C đề xuất ứng dụng xâ ựng quy tắc vận hành hồ chứa Shihmen (với biến định) Đài Loan để xem xét t nh ứng dụng khả thi Với ưu điểm d àng xử ý iến điều kiển t thông số, ANN đem ại hiệu vận hành hồ chứa cao so sánh với qu tắc hoạt động Kết nghiên cứu chứng minh mạng ANN hồn tồn có khả giải ài tốn vận hành hồ chứa đa mục tiêu (Chaves, P an Chang F J., 2008) [37] E ferchichi nnk tr nh phương pháp phân t ch đầ đủ khác biệt cung cầu Các hoạt động hồ chứa hệ thống thủy lợi theo 12 cầu sử dụng phương pháp ngẫu nhiên ựa thuật tốn GA (E ferchichi, 2009) [46] Mơ h nh xác định đầ đủ đường tr nh ng chả để đảm bảo qu định tối ưu hồ chứa thời gian cao điểm Mô h nh nà áp ụng thử nghiệm hệ thống tưới Sinista Ofanto (Foggia, Italy) Một kỹ thuật tối ưu hóa gọi mật ong-ong giao phối tr nh Afshar nnk việc xử ý hồ chứa vấn đề tối ưu hóa hoạt động (Afshar, 2007) [45] Quá tr nh giao phối mật ong-ong coi phương pháp tiếp cận dựa đặc trưng ầ để tối ưu hóa thuật tốn t m kiếm lấy cảm hứng từ tr nh thực giao phối mật ong-ong Kết họ so sánh với kết quy hoạch tuyến t nh tru ền thống phát triển tốt (LP) giải LINGO 8.0 b Phương pháp mô Phương pháp tối ưu phương pháp mô ph ng thường kết hợp để phân t ch ời giải tối ưu ài toán đặt Phương pháp tối ưu mặc ù có ưu điểm t m phương thức khai thác tối ưu hệ thống tài ngu ên nước quy hoạch vận hành hệ thống Tu nhiên, khơng phải ài tốn giải phương pháp tối ưu hóa Trong hầu hết ài toán hệ thống tài ngu ên nước, ứng dụng phương pháp tối ưu hóa cần thiết phải giản hóa tr nh hệ thống, vậy, nghiệm tối ưu t m khơng phải tồn cục Trong trường hợp đó, phương pháp mô ph ng phương pháp th ch hợp cần áp ụng để t m phương án tốt phương án Do đó, phương pháp mơ ph ng c n cơng cụ kiểm tra nghiệm tối ưu áp ụng phương pháp tối ưu Phương pháp mô ph ng phương pháp sử dụng mô h nh mô ph ng để đánh giá chất ượng hệ thống thiết kế điều khiển Sự phân t ch chất ượng hệ thống tiến hành ằng cách đưa tất t nh phương án phân t ch tất phản ứng hệ thống mà ta quan tâm tương ứng với t nh đặt Theo phân t ch người nghiên cứu lựa chọn nghiệm ài toán số t nh đặt 13 Mô h nh mô ph ng giúp cho người nghiên cứu phát qu uật vận động hệ thống cần định tác động cần thiết ên hệ thống theo mục tiêu khai thác m nh Quản ý hệ thống hồ chứa theo mô h nh vận hành ằng mô h nh mô ph ng hướng phát triển đại nghiên cứu nhiều năm gần đâ ngà hồn thiện Có mơ h nh phổ biến mô h nh HEC-3, HEC5, HEC-RESSim, MIKE11, MIKE-BASIN, WEAP, HEC-HMS … mô h nh điển h nh sử dụng rộng rãi giới HEC-RESsim MIKE11 hai mơ h nh có mơ ph ng vận hành hệ thống hồ chứa lợi dụng tổng hợp nên áp ụng cho ài toán vận hành hệ thống hồ chứa đa mục tiêu Mô h nh MIKE 11 cho phép mô ph ng ài toán vận hành hố chứa mùa ũ, tu nhiên việc mô ph ng vân hành hồ chứa thời kỳ mùa kết chưa t ch hợp Mơ hình HEC-RESSIM ạng mơ h nh mơ ph ng hệ thống di n tốn ng chả sơng ng i theo tr nh tự từ thượng ưu xuống hạ ưu Mơ h nh mơ ph ng nhiều hồ chứa àm nhiệm vụ ph ng ũ, cấp nước, phát điện, v.v Các cầu nước định hồ vị tr hạ du (gọi điểm kiểm sốt) Mơ h nh HEC-RESSIM mơ h nh MIKE 11 có nhược điểm khơng thể ùng để dự áo ng chả đến Mặc ù phần mềm phần mềm thương mại sử dụng rộng rãi giới gặp khó khăn ứng dụng cho số ài tốn quản ý nước vận hành hệ thống hồ chứa Ch nh v vậy, nhiều nghiên cứu hướng tới phát triển mô h nh riêng để giải ài toán đặt Gần đâ kể đến nghiên cứu Bosona T.G, Cheng Chun-tian Kim SeungKwn Bosona T.G [52] phát triển mô h nh mô ph ng Powersim ứng dụng cho hệ thống thủ điện Me ka Wakana Nhà má Ethiopia Các kết phân t ch mô ph ng việc sản xuất ượng hàng năm tăng 5,67% Cheng Chuntian [53] xâ ựng mô h nh mô ph ng nhằm trợ giúp qu ết định vận hành hệ thống hồ chứa thủ điện Trung Quốc Kim SeungKwn [54] phát triển 14 mô h nh mô ph ng vận hành hệ thống hồ chứa thời kỳ mùa ũ theo TGT ưu vực sông Hàn, Hàn Quốc 1.2.2 Tổng quan nghiên cứu vận hành hồ chứa nước T m kiếm lời giải cho ài toán vận hành hồ chứa đa mục tiêu nhiều nhà khoa học nước quan tâm nghiên cứu mâu thuẫn lợi ch vốn có Hiện na , hồ chứa vận hành theo iểu đồ điều phối với giả thiết coi ng chả có t nh chu kỳ, khứ để xâ ng chả tương lặp lại xảy ựng đường quy tắc vận hành Việc nghiên cứu xâ ựng qu tr nh vận hành thường Bộ Công thương, Bộ Tài ngu ên Môi trường hay Bộ Nông nghiệp Phát triển nông thôn chủ tr Đã có nhiều nhà khoa học Việt Nam nghiên cứu đưa giải pháp vận hành hồ chứa đơn đa mục tiêu khác àm sở khoa học thực ti n giúp nhà ch nh sách đưa qu tr nh vận hành hồ chứa Long, N.L nnk (2007) [44] đưa qu tắc vận hành tối ưu hồ chứa H a B nh với mục tiêu tối đa hóa phát điện ph ng ũ cho vùng đồng hạ du (Long, N L, Ma sen, H., an Ros jerg, D., 2007) Xung đột mục đ ch phát điện ph ng ũ xả tr nh t m kiếm quy tắc vận hành đặc biệt vào thời kỳ chuyển tiếp cuối mùa ũ đầu mùa kiệt Sử dụng kết hợp mô h nh mô ph ng MIKE 11 mô h nh tối ưu SEC (shuff e comp ex evo ution), tác giả đưa đề xuất phương án giải mâu thuẫn thời kỳ nà t m quỹ đạo tối ưu (parato) điều khiển vận hành hồ H a B nh Nguy n Thế Hùng, Lê Hùng (2011) [14] nghiên cứu lập chương tr nh t nh để giải ài toán tối ưu vận hành hồ chứa đa mục tiêu (ph ng ũ, cấp nước phát điện …) ựa mơ h nh có sẵn ứng dụng kỹ thuật tối ưu qu hoạch động (QHĐ) Nghiên cứu ứng dụng cụ thể cho hai hồ chứa đa mục tiêu hồ Định B nh hồ A Vương, với a trường hợp ưu tiên khác Hà Ngọc Hiến nnk (2010) [13] nghiên cứu phương pháp vận hành chống ũ cho hệ thống hồ chứa sông Đà sông Lô theo thời gian thực (Hà Ngọc Hiến, Nguy n Hồng Phong, Trần Thị Hương, 2010) Với a tiêu ch tối đa tổng 15 ung t ch chống ũ c n ại hồ, mực nước hồ âng đều; tối đa tổng ung t ch chống ũ c n ại hồ mực nước hạ du; tổng ung t ch chống ũ c n ại hồ chứa theo quỹ đạo xác định Kết nghiên cứu cho thấy ưu việt vận hành hệ thống hồ theo TGT cho hiệu cao Hoàng Thanh Tùng (2012) [28] nghiên cứu xâ ựng phương án t ch hợp mô h nh ự áo mưa ũ mô h nh vận hành hành hệ thống hồ chứa để giải ài toán vận hành phối hợp hồ chứa ph ng ũ theo TGT, nghiên cứu ứng dụng cho ưu vực điển h nh ưu vực sông Cả Đưa phương pháp áp ụng hiệu mạng ANN với thuật toán quét ngược (BPNN) việc sử dụng thuật toán giải đoán ghen GA tr nh t m cấu trúc mạng tối ưu Với nghiên cứu vận hành hệ thống hồ chứa, tác giả ựa chọn hướng tiếp cận kết hợp mô h nh mô ph ng (HEC-HMS, HEC-ResSim) với mô h nh điều khiển hệ thống sử dụng hai phương pháp ”Ẩn” ”Hiện” để xác định ưu tiên vận hành cho hồ hệ thống Tô Thú Nga, (2013) [18] nghiên cứu thiết lập chương tr nh t nh tốn mơ ph ng ũ từ việc t ch hợp a mô h nh: mô h nh mưa ng chả , mô h nh vận hành hồ chứa i n tốn ũ sơng cho vùng thượng u sông Vu Gia – Thu Bồn phục vụ cho dự áo ũ với thời gian dự kiến từ đến ngà àm sở cho việc xác định chế độ vận hành hồ chứa theo TGT Với công cụ mô h nh mô ph ng thiết lập, xâ ựng qu tr nh vận hành theo TGT nhằm nâng cao hiệu cắt giảm ũ, xả ũ an toàn đảm bảo an toàn t ch nước cho nhiệm vụ phát điện cấp nước hạ du Kết nghiên cứu chứng minh mô h nh mơ ph ng mà tác giả xâ ựng áp ụng cho công tác ự áo ũ vận hành an toàn hồ chứa ph ng ũ ưu vực sông Vu Gia-Thu Bồn Hà Văn Khối, Hồ Ngọc Dung (2013) [11] xâ ựng mô h nh t nh điều tiết phát điện cấp nước cho hệ thống hồ chứa lợi dụng tổng hợp Tu nhiên mô h nh nà áp ụng cho hệ thống hồ bậc thang với mục đ ch phát điện chủ yếu 16 Hoàng Thanh Tùng, Hà Văn Khối, Nguy n Thanh Hải (2013) [27], ứng dụng Cr sta a t nh chế độ vận hành tối ưu phát điện cho hồ chứa Thác Bà, Tu ên Quang ậc thang hồ chứa Sơn La, H a B nh có t nh đến cầu cấp nước hạ du Hồ Ngọc Dung (2017) [4], Nghiên cứu phát triển thuật toán qu hoạch động chiều áp ụng cho ài toán vận hành tối ưu hệ thống hồ chứa bậc thang thủy điện Xâ ựng mô h nh phát triển phần mềm t nh toán tối ưu vận hành hệ thống hồ chứa thủ điện có cấu trúc ậc thang đơn, ước đầu áp dụng thành công hệ thống hồ chứa Sơn La – H a B nh sông Đà Đưa tiêu chuẩn lợi ch điện có xét đến chế độ àm việc trạm thủ điện cân ằng phụ tải hệ thống điện vào mô h nh ài toán tối ưu chế độ vận hành hệ thống bậc thang mùa cạn mang lại t nh hợp ý hiệu việc vận hành tối ưu 1.2.3 Các nghiên cứu lưu vực sông Ba Lưu vực sông Ba ưu vực nội địa lớn Việt Nam Lưu vực sông Ba rộng khoảng 13.900km2 thuộc tỉnh Gia Lai, Đăk Lăk, Phú Yên phần nh thuộc tỉnh Kon Tum Đặc điểm kh hậu địa h nh ưu vực sông Ba đặc biệt o địa h nh ị chia cắt mạnh ã Trường Sơn tạo Trên sông Ba xâ ựng nhiều hồ chứa lớn hồ Sông Hinh, hồ Ayun Hạ, hồ Sông Ba Hạ, hồ Krơng H’Năng cụm hồ An Khê-KaNak Ngồi ra, c n có hàng chục hồ chứa nh xâ ựng cụm trạm ơm tưới dọc sông ch nh cấp nước cho công nghiệp sinh hoạt Vấn đề quản ý sử dụng nước hợp ý ưu vực sơng Ba ài tốn phức tạp nên có nhiều dự án đề tài nghiên cứu thực Đề tài “Nghiên cứu giải pháp tổng thể sử dụng hợp lý tài nguyên bảo vệ môi trường lưu vực sông Ba sông Kône” Nguy n Văn Cư [2] chủ tr Đề tài xâ ựng đề xuất mô h nh quản ý tổng hợp ưu vực sông Ba sông Côn, đưa định hướng quy hoạch sử dụng hợp ý loại tài ngu ên có tài ngu ên nước Đề tài “Đánh giá tổng hợp tài nguyên nước quy hoạch thủy lợi - thủy điện lưu vực sông Côn - sông Ba đến năm 2010 – 2020” thuộc đề tài: Nghiên cứu giải pháp tổng thể sử dụng hợp ý tài ngu ên ảo vệ môi trường ưu vực sông Ba 17 sông Côn o GS.TS Ngô Đ nh Tuấn [29] chủ tr Đã đánh giá tổng hợp toàn ộ TNN qu hoạch thủy lợi - Thủ điện ưu vực sông Ba sông Côn năm 2010 – 2020, tiến hành t nh toán CBN ưu vực hai sông phân t ch số vấn đề cần ưu ý việc quy hoạch, đồng thời đưa giải pháp để quản ý tài ngu ên nước Đề tài “Nghiên cứu sở khoa học phương pháp tính tốn ngưỡng khai thác sử dụng nguồn dòng chảy mơi trường, ứng dụng cho lưu vực sông Ba sông Trà Khúc” thuộc chương tr nh quản ý tài ngu ên, ảo vệ môi trường ph ng chống thiên tai o Ngu n Văn Thắng [23] chủ tr Đề tài tiến hành xâ dựng sở khoa học phương pháp t nh tốn ng chả mơi trường ngưỡng khai thác sử dụng nguồn nước ưu vực Đề tài “Nghiên cứu xây dựng hệ thống hỗ trợ kỹ thuật giải tranh chấp tài nguyên nước lưu vực sông Ba” Huỳnh Thị Lan Hương [15] chủ tr Đề tài điều tra, thu thập, tổng hợp, phân t ch thông tin, số liệu điều kiện tự nhiên, KTXH trạng, bảo vệ, khai thác tài ngu ên nước t nh h nh quản ý, ảo vệ tài ngu ên nước phạm vi ưu vực sông Ba Nghiên cứu xâ ựng công cụ hữu ch cho việc thiết lập hệ thống phân ổ nguồn nước, góp phần cơng tác quản ý tài ngu ên nước cho ưu vực sông Ba, tạo sở cho việc phát triển mở rộng ưu vực khác Việt Nam nói chung Đề tài “Phân tích hệ thống tài nguyên nước đề xuất giải pháp phân bổ hợp lý nguồn nước lưu vực sông Ba” o Vũ Thành Tâm, Đỗ Tiến Hùng, Trần Thành Lê [21] àm chủ nhiệm Đề tài sử dụng mô h nh Qu hoạch Đánh giá tài ngu ên nước, sử dụng mô h nh WEAP mô ph ng phân t ch hoạt động số thành phần thuộc hệ thống tài ngu ên nước ưu vực sông Ba Đề tài đưa giải pháp nhằm tăng khả đáp ứng nhu cầu ùng nước đối tượng, địa phương ưu vực giai đoạn 2011 – 2020 mà không àm tha đổi, điều chỉnh sở hạ tầng cung ứng nước có ưu vực Đề tài “Phân tích hệ thống tài nguyên nước đề xuất giải pháp phân bổ hợp lý nguồn nước lưu vực sông Ba” Nguy n Hữu Khải [23] àm chủ nhiệm 18 Đề tài nghiên cứu đưa đề xuất qu tr nh vận hành iên hồ chứa ưu vực sông Ba mùa kiệt mùa ũ Nghiên cứu ứng dụng công nghệ điều hành hệ thống MIKE HEC-RESSIM mơ ph ng t nh tốn để đưa ngu ên tắc vận hành iên hồ chứa ưu vực sông Ba Dự án “Đánh giá tác động BĐKH đến TNN đề xuất giải pháp thích ứng” Viện Khoa học KTTV MT – Bộ TN&MT chủ tr thực Dự án xâ ựng sở liệu tài ngu ên nước (TNN), xâ cho khu vực nước, xâ ựng kịch BĐKH ựng phương pháp đánh giá tác động BĐKH đến TNN sở khoa học xác định giải pháp ứng phó với BĐKH ĩnh vực TNN Kết nghiên cứu dự án nguồn tư iệu tham khảo vô quý giá giúp tác giả thẳng vào vấn đề nghiên cứu Ngoài nghiên cứu trên, c n nhiều đề tài nghiên cứu TNN ưu vực sông Ba Viện quy hoạch thủy lợi 2018 [32] ập áo cáo điều chỉnh quy hoạch thủy lợi ưu vực sông Ba vùng phụ cận giai đoạn 2025 tầm nh n 2035, nghiên cứu nhu cầu tưới, cấp nước nhằm t nh toán xác định phương án cấp nước cho ngành ân sinh, công nghiệp, nông nghiệp, môi trường Bộ Tài ngu ên Môi trường [33] xâ ựng qu tr nh vận hành iên hồ chứa hồ chứa Sông Ba Hạ, Sông Hinh, Krông H'năng, A un Hạ An Khê KaNak mùa cạn, 2013 chỉnh sửa, bổ sung Quyết định số 878/QD-TTg ngà 08/7/2018 Thủ tướng ch nh phủ, theo thời gian mùa cạn hồ chứa thủ điện phải điều tiết nước xuống hạ u theo ưu ượng cố định Tuy nhiên, c n nhiều vấn đề gâ tranh cãi tiếp tục cần nghiên cứu Lương Hữu Dũng 2016 [5] thực luận án "Nghiên cứu sở khoa học phục vụ VHHTLHC kiểm sốt lũ lưu vực sơng Ba”, tập trung vào nghiên cứu xác định ngu ên tắc VHHTLHC kiểm soát ũ, an toàn hạ u đảm bảo hiệu sử dụng nước Thiết lập ài toán vận hành điều tiết cắt giảm ũ cho hệ thống iên hồ chứa ưu vực sông Ba theo hướng điều chỉnh nhiệm vụ ph ng ũ hồ chứa hệ thống đảm bảo hài h a với mục tiêu phát điện cấp nước xác định giai đoạn thiết kế Ngoài ra, uận án c n xác ập sở 19 khoa học cho việc xác định ung t ch trữ ũ, qu tắc phối hợp vận hành cắt giảm ũ cho hạ du hệ thống hồ chứa ưu vực sông Ba, đề xuất điều chỉnh nội dung vận hành Qu tr nh vận hành iên hồ chứa thời kỳ mùa ũ ưu vực sông Ba Lê Đức Thường 2016 [24] thực luận án "Nghiên cứu quản lý bền vững tài nguyên nước lưu vực sông Ba bối cảnh Biến đổi khí hậu” thực nghiên cứu đánh giá trạng tài ngu ên nước ưu vực sông Ba, tổng ượng nước đến nhu cầu ùng nước vùng ưu vực, định ượng tha đổi tài ngu ên nước ưới tác động BĐKH, đánh giá thực trạng phát triển tài ngu ên nước xác định số d tổn thương tài ngu ên nước ưu vực sông Ba xâ ựng qu tr nh t ch hợp vấn đề BĐKH công tác quản ý tổng hợp tài ngu ên nước ưu vực sông àm sở kiến nghị việc lồng ghép giải pháp thịch ứng với BĐKH ưu vực sông Ba Nguy n Thị Thu Nga (2017) [16], Nghiên cứu ứng dụng mô h nh tối ưu đánh giá, phân ổ nguồn nước ưu vực sơng, ượng hóa quan hệ thủ văn kinh tế cho ưu vực sông Ba mối ràng uộc tự nhiên, kết cấu hạ tầng, môi trường xã hội Đánh giá hiệu ch kinh tế số ch nh sách dự kiến quy hoạch quản ý tài ngu ên nước, từ đề xuất iện pháp tăng cường hiệu khai thác sử dụng nước ưu vực sông Ba Lê Ngọc Sơn (2017) [20] Nghiên cứu sở khoa học t ch hợp mô ph ng tối ưu tr tuệ nhân tạo vận hành hệ thống chứa đa mục tiêu, áp ụng vận hành hệ thống hồ chứa cho ưu vực sông Ba nhằm nâng cao hiệu phát điện mùa cạn Trên đâ số nghiên cứu điển h nh quản ý, qu hoạch tài ngu ên nước ưu vực sông Ba Nh n chung, nghiên cứu nà thu nhiều kết có giá trị mặt khoa học thực ti n, góp phần khơng nh vào việc ph ng chống, giảm nhẹ thiên tai Các công tr nh khoa học nà nguồn tư iệu quý để phục vụ mục tiêu luận án 20 1.3 Nhận xét chung nghiên cứu nước, xác định hướng nghiên cứu luận án 1.3.1 Về phương pháp luận Tổng quan t nh h nh nghiên cứu giới cho thấy thời gian qua phát triển mạnh cơng cụ t nh tốn cơng tr nh nghiên cứu Do hệ thống sông ưu vực có đặc thù riêng, hệ thống hồ chứa, hồ chứa có mục tiêu khác nhau, dẫn đến cách tiếp cận nơi điều khác Có thể thấy ài toán vận hành hệ thống hồ chứa nh n chung phụ thuộc vào đặc điểm hệ thống ưu vực sông, mục tiêu khác hệ thống hồ chứa ưu vực đó, điều kiện số liệu đo đạc từ đưa sách ược vận hành cụ thể phù hợp cho ưu vực khác Như tr nh , na giới h nh thành hai hướng nghiên cứu ch nh vận hành hồ chứa: phương pháp tối ưu hóa phương pháp mơ ph ng Phương pháp tối ưu hóa phát triển theo nhiều hướng khác việc ứng dụng thực tế c n hạn chế Phương pháp mô ph ng sử dụng rộng rãi tr nh qu ết định vận hành hệ thống hồ chứa Tuy nhiên, phần mềm có sẵn khơng phù hợp với điều kiện cụ thể ưu vực sông c n hạn chế định tr nh sử dụng Hiện na có nhiều mơ h nh có sẵn sử dụng quy hoạch, quản ý nước ưu vực sông vận hành hồ chứa MIKE11, MIKE-BASIN, HECRESSIM, WEAP mô h nh điển h nh sử dụng rộng rãi giới Các mô h nh nà nghiên cứu quy hoạch, quản ý nước cho ưu vực sơng Việt Nam có ưu vực sông Ba Trong mô h nh iệt kê đâ , mô h nh HEC-RESSIM mô h nh MIKE 11 mô h nh th ch hợp cho việc hỗ trợ định tr nh vận hành hệ thống hồ chứa Bởi vậy, sở ý tưởng mô ph ng hai mô h nh trên, uận án tập trung nghiên cứu phát triển mô h nh riêng th ch hợp cho quản ý nước vận hành hệ thống hồ chứa ưu vực sông Ba 21 1.3.2 Về thực trạng nghiên cứu vận hành hồ chứa lưu vực sông Ba Các nghiên cứu vận hành hồ chứa Việt Nam chủ yếu sử dụng phần mềm mơ h nh có sẵn để phân t ch xâ thống hồ chứa Từ xâ ựng chế độ vận hành hệ ựng qu tr nh vận hành hồ chứa iên hồ chứa Rất t nghiên cứu vận hành hệ thống hồ chứa theo thời gian thực Khi VHHTLHC ưu vực sông, đơn vị tư vấn phát triển mô h nh vận hành cho riêng m nh Tu nhiên, tr nh vận hành phải có hỗ trợ phần mềm khác Hiện nay, hầu hết ưu vực sơng, có ưu vực sơng Ba, chưa có mơ h nh vận hành hồ chứa để hỗ trợ định tr nh VHHTLHC Cho đến nay, vấn đề quản ý nước vận hành theo thời gian thực thời kỳ mùa cạn hệ thống công tr nh hồ chứa sơng Ba chưa nghiên cứu Khó khăn công tác vận hành hồ chứa TKMK hạn chế dự áo kiệt hệ thống sơng Có thể nói, ự áo kiệt ưu vực sông Ba không đáp ứng công tác vận hành hồ chứa sông Ba Các qu định Quyết định vận hành iên hồ chứa số 878/QĐ-TTg c n nhiều hạn chế hiệu chưa cao hồ chứa phát điện Do hạn chế nêu trên, việc nghiên cứu xâ ựng mơ h nh tốn vận hành hệ thống hồ chứa đa mục tiêu TKMK cho ưu vực sơng Ba có ý nghĩa thực ti n cần nghiên cứu 1.3.3 Định hướng nghiên cứu luận án Trên sở phân t ch đâ , đề tài tiếp cận theo hướng xâ ựng mô h nh mơ ph ng có khả ự áo nước đến thời kỳ mùa kiệt hỗ trợ định vận hành, áp ụng cho ưu vực sông Ba àm ưu vực nghiên cứu điển h nh Mô h nh xâ ựng sở kế thừa phương pháp uận mơ h nh có khắc phục hạn chế gâ khó khăn sử dụng mô h nh nà VHHTLHC Mô h nh dự kiến thiết lập có t nh sau: - Có khả t nh tốn ượng trữ ưu vực nút hồ chứa nhập ưu thời điểm cuối mùa ũ, àm sở dự áo đánh giá, nhận dạng 22 ng chảy thời kỳ mùa kiệt kế tiếp, phục vụ cho lập kế hoạch ùng nước vận hành hệ thống hồ chứa thời kỳ mùa kiệt - Có khả hỗ trợ định vận hành hệ thống hồ chứa cấp nước phát điện theo thời gian thực ưu vực sông Ba Để đảm bảo cầu nà , mô h nh xâ ựng sở t ch hợp mô ph ng cân ằng nước, điều tiết vận hành hệ thống hồ chứa mô h nh mưa - ng chả để t nh toán nước đến từ tài iệu đo mưa Ứng dụng mô h nh xâ ựng đánh giá cân ằng nước hệ thống t nh toán vận hành hệ thống hồ chứa theo kịch vận hành hồ chứa ưu vực sông Ba Đề xuất phương thức vận hành theo thời gian thực sử dụng mô h nh thiết lập hồ chứa ưu vực sông Ba thời kỳ mùa kiệt Kết luận chương 1: Quản ý vận hành hệ thống hồ chứa đa mục tiêu ài toán phức tạp Hiện nay, việc nâng cao hiệu vận hành hệ thống hồ chứa nghiên cứu theo hướng: phương pháp tối ưu hóa phương pháp mơ ph ng Mỗi phương pháp có ưu điểm hạn chế, theo phương pháp mơ ph ng sử dụng phổ biến vận hành hệ thống hồ chứa theo thời gian thực Hiện na có nhiều mơ h nh mơ ph ng phát triển ứng dụng thực tế Tu nhiên, mô h nh nà phần lớn ứng dụng nghiên cứu quy hoạch hệ thống tài ngu ên nước Mỗi mơ h nh có hạn chế định nên việc ứng dụng vận hành hệ thống hồ chứa theo th i gian thực gặp khó khăn Do đó, nghiên cứu phát triển mô h nh mô ph ng ưu vực sông tiếp tục nghiên cứu, đồng thời có xu hướng nghiên cứu phát triển mơ h nh riêng, phù hợp với điều kiện thực tế thuận lợi tr nh nghiên cứu ài toán đặt Bởi vậy, định hướng đề tài uận án việc xâ dựng mô h nh mơ ph ng phù hợp với ài tốn vận hành hệ thống hồ chứa cấp nước phát điện ưu vực sơng Ba ưu vực khác có điều kiện tương tự hướng nghiên cứu hợp ý cần thiết 23 Đã nêu tổng quan t nh h nh nghiên cứu tài ngu ên nước nói chung vận hành điều tiết hồ chứa, phân t ch ưu, nhược điểm phương pháp nghiên cứu mô h nh mô ph ng CBN điều tiết hồ chứa nay, từ định hướng nghiên cứu luận án 24 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN THIẾT LẬP BÀI TOÁN VẬN HÀNH HỒ CHỨA TRÊN SÔNG BA THỜI KỲ MÙA KIỆT 2.1 Giới hạn địa lý lưu vực sông Ba Khu vực nghiên cứu thuộc ưu vực sông Ba, bao gồm địa giới hành ch nh 26 huyện, thị thành phố Trong có 12 hu ện, thị thuộc tỉnh Gia Lai thị xã An Khê, thị xã A un Pa, hu ện Mang Yang, Phú Thiện, Đăk Pơ, Ia Pa, Chư Pưh, Kông Chro, Chư Sê, KBang, Đăk Đoa Krông Pa; huyện thuộc tỉnh Đăk Lăk huyện Ea H’ eo, Krông H’Năng, Ea Kar, M’Đrăk thị xã Buôn Hồ; huyện, thị xã, thành phố thuộc tỉnh Phú Yên thành phố Tu H a, thị xã Sơng Cầu, hu ện Sơn Hồ, Phú H a, Tâ H a, Đông H a, Sông Hinh, Đồng Xuân huyện Tuy An Diện t ch tự nhiên 16.471 km2 Có tọa độ địa ý sau: - Từ 12°26'05" đến 14°36'38" Vĩ độ Bắc; - Từ 108°00'28" đến 109°27'12" Kinh độ Đông Được giới hạn bởi: - Ph a Bắc, Tâ Bắc giáp ưu vực sông Sê San (tỉnh Kon Tum) ưu vực sông Kôn (tỉnh B nh Định) - Ph a Tâ , Tâ Nam giáp ưu vực sông Srêpôk (tỉnh Đăk Lăk), ưu vực Cái Ninh H a (tỉnh Khánh H a) - Ph a Nam giáp ưu vực sông suối nh huyện Vạn Ninh, tỉnh Khánh H a - Ph a Đơng giáp iển Đơng 2.2 Đặc điểm sơng ngòi Lưu vực sơng Ba có 36 phụ ưu cấp I, 54 phụ ưu cấp II, 14 phụ ưu cấp III Trong có ưu vực sơng ớn sơng Ia Pi Hao, sông Đak Pô Kô, Ia Yun, Krông H’Năng Sơng Hinh Lưu vực sơng Kỳ Lộ có 11 phụ ưu cấp I, ưu vực sông Bàn Thạch (Đà Nơng) có phụ ưu cấp I Suối Thoại Sông Mới a Sông Iayun 25 Ia un sơng nhánh ớn sơng Ba có iện t ch ưu vực 2.950 km2 chiều ài sơng 175 km Hình 2.1: Bản đồ vùng nghiên cứu (Nguồn [1]) Sông nguồn từ vùng núi cao từ 1500 đến 1700 m, chả theo hướng Bắc Nam đến Chư Sê sau chuyển hướng Tâ Bắc - Đông Nam đến Cheo Reo th nhập vào phải sơng Ba Sơng IaYun có ượng mưa năm khoảng 1.600 mm, mô u n ng chả trung nh nhiều năm 18 /s km2 chiếm khoảng 17,5% tổng ượng nước đến ưu vực sông Ba b Sông Krông H’Năng 26 Krông H’Năng sông nhánh ớn thứ hai sơng Ba có iện t ch ưu vực 1.840 km2 chiều ài sông 130 km Sông Krông H’Năng bắt nguồn vùng núi cao 1000m thuộc huyện Krông H’Năng tỉnh Đăk Lăk Do địa h nh phức tạp nên hướng chảy sông nà gần h nh v ng cung, đoạn đầu theo hướng BắcNam, sau chu ển sang hướng Tâ Bắc- Đông Nam lại chả ngược ên gần hướng Nam - Bắc để nhập vào sông Ba Lượng nước sông nhánh Krông H’Năng đổ vào sông Ba chiếm khoảng 12,5% tổng ượng nước tồn ưu vực sơng Ba c Sông Hinh Với diện t ch ưu vực 1.040 km2 chiều ài sông 88 km, sông nhánh lớn thứ ba sông Ba Sông Hinh nguồn từ đỉnh núi Chư Hmú cao 2.051m chả theo hướng Tâ Nam - Đông Bắc, đến gần thị trấn Củng Sơn th nhập vào phải sông Ba Do có địa h nh núi cao chắn gió nên sơng Hinh có ượng mưa tương đối lớn nhánh sông khác với ượng mưa năm trung mô đun ng chả trung nh khoảng 2.600 mm nh nhiều năm khoảng 53 l/s km2 Lượng nước sơng Hinh chiếm khoảng 17,4% tổng ượng nước tồn ưu vực sơng Ba 2.3 Phân tích đặc điểm khí hậu dòng chảy sơng ảnh hưởng đến chế độ vận hành hồ chứa thời kỳ mùa kiệt 2.3.1 Đặc điểm khí hậu Đại phận lưu vực sơng Ba nằm ph a Tâ ã Trường Sơn, có phần nh hạ ưu nằm ph a sườn Đông Trường Sơn Do tác ụng ã Trường Sơn mà ưu vực sông Ba chịu ảnh hưởng mạnh mẽ hai kiểu kh hậu gió mùa Đơng Trường Sơn Tâ Trường Sơn Kh hậu Tâ Trường Sơn Đặc điểm kiểu kh hậu nà o gió mùa Tâ Nam thổi qua vịnh Ben Gan mang theo ẩm vào hàng năm từ tháng V đến tháng X tạo nên trận mưa giông với ượng mưa phong phú, tạo cho hầu hết ưu vực mùa mưa ẩm dịu mát Từ tháng XI đến tháng VI năm sau mùa khô t mưa, gâ t nh trạng thiếu nước nghiêm trọng 27 Kh hậu Đông Trường Sơn Đặc điểm kiểu kh hậu nà tác động mạnh mẽ nhi u động thời tiết từ biển Đông vào kết hợp với gió mùa Đơng Bắc Hàng năm từ tháng IX đến tháng XII ão muộn từ biển Đông đổ vào đất liền, gặp ã Trường Sơn ão ị suy yếu tạo thành vùng áp thấp nhiệt đới kết hợp với gió mùa Đơng Bắc gâ mưa ớn phần thượng nguồn ng ch nh sông Ba ảnh hưởng mạnh mẽ cho vùng hạ u sông Ba, ưu vực sông Hinh phần sông Krông H’Năng Phần ưu vực từ thượng nguồn đến An Khê hạ ưu Sơn Hồ, sơng Hinh trở xuống đến cửa Về mùa Đông, o gió mùa Đơng Bắc kết hợp ão muộn từ biển Đông hoạt động mang ẩm từ biển Đông vào nên hai phần ưu vực kể có mưa với ượng mưa không nhiều Bão thường xuất từ biển Đơng Do tác động chắn gió dã Trường Sơn nên hàng năm ưu vực sông Ba phần thượng trung ưu thường khơng có ão Khi ão từ biển Đông đổ vào gặp dã Trường Sơn àm cho tốc độ gió tốc độ di chuyển ão chậm lại Bão trở thành vùng áp thấp gâ gió mạnh mưa ớn cho tồn ưu vực sông Ba Riêng phần hạ u ưu vực sông Ba mở theo hướng Đông - Tâ nên thuận tiện cho ão tràn vào gâ gió mạnh mưa ớn hạ ưu Do đặc điểm địa h nh điều kiện kh hậu mà chế độ mưa ưu vực sông Ba phức tạp so với ưu vực ân cận Khi vùng thượng trung u ưu vực mùa mưa vùng hạ du lại c n thời kỳ khô hạn, thượng trung u kết thúc mùa mưa vùng hạ du thời kỳ mưa ớn Mùa mưa vùng thượng trung u thường đến sớm từ tháng V kết thúc vào tháng X tháng XI, kéo ài 6-7 tháng Trong mùa mưa vùng hạ u đến muộn kết thúc sớm, kéo ài 3-4 tháng khoảng tháng IX đến tháng XII 2.3.2 Đặc điểm chế độ mưa theo mùa Sự phân ố mùa mưa năm ưu vực sông Ba chịu chi phối mạnh mẽ kh hậu Tâ Đông Trường Sơn đặc điểm địa h nh ưu vực 28 Nếu coi thời gian mùa nhiều mưa ao gồm tháng có ượng mưa lớn ượng mưa nh quân tháng năm đạt 50% tổng số năm quan trắc th mùa mưa nơi ưu vực sông Ba sau: Khu vực Tâ Trường Sơn Mùa mưa kéo ài tháng từ tháng V đến tháng X trùng với mùa gió mùa Tâ Nam hoạt động Lượng mưa mùa xấp xỉ 90% ượng mưa năm Tháng VIII tháng IX thường có ượng mưa tháng ớn đạt 200 mm/tháng nơi t mưa, từ 350 đến 470 mm/tháng nơi nhiều mưa Giữa mùa từ tháng I đến tháng III có nhiều năm khơng mưa có th ượng mưa khơng đáng kể (chỉ 2-10 mm/tháng) mưa vài ngà Đại diện cho khu vực nà trạm P eiku, Pơ Mơ Rê, Chư Sê… Trên h nh từ 2.2.a iểu đồ phân ố ượng mưa hàng tháng so với ượng mưa năm K = Xtháng/Xnăm trạm mưa đại diện Pơ Mơ Rê Hình 2.2a: Biểu đồ tỷ lệ ượng mưa tháng nh quân nhiều năm Pơ Mơ Rê Khu vực Đông Trường Sơn Mùa mưa ngắn 3-4 tháng, từ tháng IX đến tháng XI XII hàng năm với thời kỳ gió mùa Đơng Bắc ão muộn hoạt động iển Đông Lượng mưa mùa mưa đâ chiếm 65 – 75% ượng mưa năm Mưa ớn thường xả vào tháng X tháng XI, tháng có ượng mưa ớn đạt 600 29 mm/tháng, có năm có trạm đạt tới 1920 mm/(XI-81) Sơng Hinh, 1310 mm/(XI90) Tu Hồ Số ngà mưa tháng từ 20 – 25 ngà /tháng Mùa t mưa kéo ài 8-9 tháng (từ tháng I đến tháng VIII IX) ượng mưa mùa t mưa chiếm 30 – 35% ượng mưa năm Tháng II đến tháng III thường có ượng mưa nh đạt 20 - 30 mm/tháng vùng cao, ưới 20 mm/tháng vùng thấp Khu vực nà thường có đỉnh mưa từ tháng V đến tháng VI hàng năm Tháng VII tháng VIII ượng mưa ại giảm Đại diện cho vùng nà trạm Sơng Hinh, Sơn Thành, Tu Hồ (xem h nh 2.2 2.2c) Hình 2.2b: Biểu đồ tỷ lệ ượng mưa tháng nh quân nhiều năm K = Xtháng/Xnămtại Sơng Hinh Hình 2.2c: Biểu đồ tỷ lệ ượng mưa tháng nh quân nhiều năm K = Xtháng/Xnăm Sơn Thành 30 Khu vực trung gian: chịu tác động qua lại kh hậu Tâ Đông Trường Sơn Mùa mưa đâ kéo ài tháng từ tháng V đến tháng XI Lượng mưa ùng hàng năm chiếm khoảng 85–93% ượng mưa năm Số ngà mưa mùa mưa khoảng 15–20 ngà mưa tháng Tháng IX tháng X thường có ượng mưa tháng ớn đạt khoảng 250 – 350 mm/tháng xấp xỉ 20% ượng mưa năm Mùa t mưa kéo ài tháng từ tháng XII đến tháng IV năm sau, tháng I tháng II tháng t mưa nhất, ượng mưa tháng nà có nhiều năm ằng có mưa th đạt – 10 mm/tháng mưa vài ngà Hình 2.2d: Biểu đồ tỷ lệ ượng mưa hàng tháng nh quân nhiều năm K = Xtháng/Xnăm An Khê Hình 2.2e: Biểu đồ tỷ lệ ượng mưa tháng nh quân nhiều năm K = Xtháng/Xnăm Krông Pa (Phú Túc) 31 Khu vực trung gian tu có mùa mưa ài hai ưu vực trên, song ại khu vực có ượng mưa t ưu vực (vùng thung ũng sông Ba) V vậy, nơi đâ hàng năm thường bị khô hạn, thiếu nước nghiêm trọng, từ tháng II đến tháng IV hàng năm Đại biểu cho ưu vực nà trạm: An Khê, Cheo Reo, Phú Túc, Krông H’Năng Riêng vùng An Khê vào vị tr địa h nh cao nên hàng năm vào tháng V tháng VI thường có đỉnh mưa phụ với ượng mưa chiếm 8% ượng mưa năm Đặc điểm tỷ lệ phân ố mưa tháng năm khu vực nà thể 2.2 2.2e Hình 2.2f: Bản đồ đẳng trị tổng ượng mưa năm trung nh nhiều năm ưu vực sông Ba vùng phụ cận (Nguồn [1]) 32 Nếu phân theo khu vực th khu Đông Trường Sơn mưa ớn (Sơng Hinh, Sơn Thành), sau đến Tâ Trường Sơn (Pơ Mơ Rê, Chư Sê), có ượng mưa nh khu Trung gian (Cheo Reo, Phú Túc) Điều nà thấ rõ ản đồ đẳng trị mưa h nh 2.2f 2.3.3 Đặc điểm chế độ dòng chảy sơng ngòi Trên ưu vực sơng Ba, biến động mùa đâ phức tạp Ngay vị tr trạm đo có năm mùa ũ đến sớm muộn hai đến a tháng tạo nên mùa ũ hàng năm ài ngắn khác nhau, có năm có -3 tháng mùa ũ, song có năm tới - tháng mùa ũ, điều nà thể t nh chất mùa không ổn định ưu vực Với năm gió mùa Tâ Nam hoạt động mạnh từ đầu mùa mưa (tháng V hàng năm) mùa ũ ưu vực đến sớm Đến cuối mùa gặp mưa o ão, áp thấp nhiệt đới từ biển Đông vào th mùa ũ kéo ài thêm Trên ưu vực sơng Ba có sông Hinh nhánh sông suối nh khác vùng hạ ưu sông Ba chịu tác động đơn kh hậu Đơng Trường Sơn nên có mùa ng chảy ổn định Khu vực Tâ Trường Sơn Mùa mưa đâ ài tháng (V – X) Nhưng o phân phối ượng mưa hàng tháng có khác ph a Bắc ph a Nam khu vực kết hợp với điều kiện đất đai àm cho phân phối ng chảy phần ph a Bắc Nam khu vực có khác Khu vực ph a Bắc: Bao gồm toàn ộ nhánh sông A un, mùa ũ kéo ài tháng, từ tháng VII đến tháng XI (mùa ũ đến chậm mùa mưa tháng kết thúc chậm tháng), thành phần ng chả mùa ũ chiếm 70 - 75% ượng nước năm Tháng ớn tháng VIII - X chiếm 17 khoảng 24% ượng nước năm Đặc trưng cho chế độ ng chảy khu vực nà thấy từ tài iệu thực đo trạm thủ văn A un Hạ (h nh 2.3a) Khu vực ph a Nam: Bao gồm thượng nguồn sông Krông H’Năng cuối mùa mưa c n chịu ảnh hưởng Đông Trường Sơn, kết hợp với điều kiện đất đai nên mùa ũ đến chậm kết thúc chậm tháng Mùa ũ hàng năm 33 khoảng tháng, từ tháng VIII đến tháng XII Thành phần ng chả mùa ũ đạt 65 - 70 % ượng nước năm (xem h nh 2.3 ) Hình 2.3a: Biểu đồ tỷ lệ phân ố ng chả tháng năm nh quân nhiều năm Ayun Hạ Hình 2.3b: Biểu đồ tỷ lệ phân ố ng chả tháng năm Krông H’Năng (tài iệu đo 2003-2008) 34 nh quân nhiều năm Khu vực Đông Trường Sơn Khu vực Đơng Trường Sơn gồm tồn ộ phần hạ ưu sơng Ba, có ưu vực sơng Hinh vùng hạ ưu đập Đồng Cam (xem h nh 2.3.c) Mùa mưa đâ muộn ngắn từ đến tháng từ tháng IX đến tháng XII Kết hợp với điều kiện địa h nh ốc, lớp đất đai ớp phủ khả giữ nước nên phân phối ng chả năm đâ khác hẳn khu vực Tâ Trường Sơn Mùa ũ ngắn tháng, từ tháng X đến tháng XII (chậm mùa mưa tháng) thành phần ượng nước mùa ũ chiếm 65 - 75 % ượng nước năm Tháng có ượng nước nhiều tháng XI thành phần ng chả đạt 32 - 36% ượng nước năm Hình 2.3c: Biểu đồ tỷ lệ phân ố ng chả tháng năm nh quân nhiều năm thủ văn Sông Hinh Khu vực trung gian Khu vực nà ao gồm phần lớn ưu vực sông Ba, ọc theo thung ũng sông Ba, kéo ài đến phần thượng nguồn sơng Krơng Ana Tồn ộ vùng nà thể t nh trung gian khu vực Tâ Đông Trường Sơn Mùa ũ khu vực nà kéo ài tháng từ tháng IX đến tháng XII chậm so với mùa mưa tháng 35 Hình 2.3d: Biểu đồ tỷ lệ phân ố ng chả tháng năm nh quân nhiều năm An Khê Hình 2.3e: Biểu đồ tỷ lệ phân ố ng chả tháng năm nh quân nhiều năm trạm thủ văn Củng Sơn Do đặc điểm địa h nh ị ngăn cách ởi ã núi cao nên ượng mưa khu vực không ớn, cộng với nắng nhiều, nhiệt độ cao, đất đai tơi xốp nên tổn thất qua bốc thấm lớn V vậ mùa ũ đâ chậm nhiều so với mùa mưa mùa ũ khu vực khác Thành phần ượng nước mùa ũ chiếm 70 - 75% ượng nước năm Tháng có ượng nước lớn tháng XI, ượng nước chiếm 22 - 36 27% ượng nước năm Đặc điểm chế độ ng chảy khu vực nà nhận thấy iểu đồ tỷ lệ phân ố ng chả năm trạm đo An Khê Củng Sơn (H nh 2.3 2.3e) Có thể thấy chế độ ng chả khu vực không đồng nhất, v tr nh ng chả đến hồ chứa Ka Nak, An Khê, A un Hạ, Sông Hinh, Sơng Ba Hạ Krơng H’Năng có lệch pha Đặc biệt ưu vực hồ chứa thủ điện sông Hinh có thời gian kiệt kéo ài, thời gian kiệt năm từ tháng đến tháng khu vực khác thời kỳ kiệt từ tháng đến tháng Sự lệch pha nà cần đặc biệt ý tr nh hu động ưu ượng điều tiết xuống hạ du hồ Ba Hạ, Sơng Hinh Krơng H’Năng có nhiệm vụ điều tiết cấp nước hạ du Đặc điểm dòng chảy kiệt [24]: D ng chảy kiệt LVS Ba thường xuất vào tháng III IV vùng thượng trung u, vào tháng IV VIII vùng hạ u Mo u e ng chảy kiệt tháng nà từ 25 l/s.km2 vùng thượng trung u, từ 512 l/s.km2 vùng hạ du D ng chảy kiệt ngà thường rơi vào tháng có ng chảy kiệt Module ng chảy kiệt từ 23 l/s.km2 vùng thượng trung u, 28 l/s.km2 vùng hạ u Nh n chung nơi có độ dốc ưu vực lớn, rừng đầu nguồn bị khai phá nhiều, ượng mưa nh th ng chảy kiệt nghèo nàn D ng chảy kiệt vị tr trạm đo thủ văn thuộc LVS Ba tr nh Bảng 2.19 Từ số liệu khảo sát điều tra cho thấ , vào tháng III, IV hàng năm nhiều nhánh suối bị khơ cạn, có nhánh suối vài chục km khơng có nước Bảng 2.1 D ng chả kiệt đo trạm đo thủ văn ưu vực sông Ba (Nguồn: Tổng hợp từ tài liệu Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn BĐKH) Trạm An Khê D ng chảy kiệt tháng Flv (km2) D ng chảy kiệt ngà Mtb Mmax Mmin Mtb Mmax Mmin Năm Năm Năm Năm (l/s.km2) (l/s.km2) (l/s.km2) (l/s.km2) (l/s.km2) (l/s.km2) 1350 5,64 11,0 1997 0,39 1983 3,51 7,85 1999 0,22 1983 Sông Hinh 747 12,27 24,2 1992 4,08 1997 6,67 11,12 1994 1,87 1979 Củng Sơn 12410 4,22 11,2 1997 0,85 1983 2,32 6,45 1999 0,62 1983 37 2.3.4 Đặc điểm đường trình rút nước thời kỳ mùa kiệt 2.3.4.1 Đường rút nước thời kỳ mùa kiệt Gọi tr nh giảm dần ưu ượng kết thúc đợt mưa đường tr nh rút nước Nếu thời kỳ khơng có mưa, đường tr nh rút nước giảm cách đặn Tại thời điểm cuối mùa ũ thời kỳ đầu mùa kiệt, thời điểm kết thúc mùa mưa, ưu ượng nước sông đầu giảm dần cuối mùa kiệt Nếu ượng mưa TKMK ưu vực không ớn, đường tr nh rút nước có ạng giảm iên tục cách đặn Đối với tỉnh miền Trung, thời gian mùa kiệt t mưa mưa ượng mưa không ớn nên đường cong rút nước thường đường tr nh giảm iên tục thời điểm cuối mùa kiệt Nếu mùa kiệt có đợt mưa vượt thấm, đường tr nh rút nước có điểm tăng cục theo thời gian Tu nhiên, tr nh nà thường xảy thời gian ngắn đường tr nh rút nước nhanh chóng trở lại dạng rút nước chung TKMK v trữ ượng nước ngầm không tăng nhiều Điều nà thấ rõ iểu đồ rút nước (h nh 2.4a 2.4b, 2.4c, 2.4d) vẽ theo tài iệu quan trắc ưu ượng nh quân ngà trạm thủ văn An Khê, sông Hinh, Krông H’Năng A un Hạ từ 15/12 đến 30/4 năm sau số năm quan trắc Đường nước rút hồ An Khê, sông Hinh, Krông H’Năng A un hạ xâ ựng từ số liệu thực đo hồ chứa, Hồ An Khê số liệu thực đo từ năm (1979-2010), Ayun Hạ (1989-1992), Krông H’Năng (1979,1989, 2003-2008, 2012 - 2018) sông Hinh (1978-1995, 1999-2014) 2.3.4.2 Nhận xét đường đường rút nước thời kỳ mùa kiệt Từ đồ thị h nh vẽ 2.4 có nhận xét sau: - Năm mà ưu ượng nước trung nh đầu mùa kiệt lớn th đường rút nước có khả cao năm có ưu ượng đầu mùa kiệt nh - Do ượng mưa mùa kiệt không ớn nên đường rút nước (quá tr nh ưu ượng) có điểm tăng đột biến thời gian có mưa nhanh chóng giảm xuống tiếp cận với đường rút nước theo xu thể giảm dần đến cuối mùa kiệt 38 - Từ hai nhận xét kết luận, tha đổi ưu ượng thời gian mùa kiệt phụ thuộc chủ yếu vào ượng trữ nước ưu vực thời điểm cuối mùa ũ (thông qua giá trị nh quân ưu ượng cuối mùa ũ) Do mưa mùa kiệt nh nên t tác động đến xu chung tr nh rút nước mùa kiệt Nếu đường cong trơn qua số điểm đột biến ảnh hưởng có mưa mùa kiệt ta nhận đường cong trơn iên tục giảm theo quy luật rút nước ưu vực Ta gọi đường cong “đường rút nước tiềm năng” Vẽ đường bao trên, ao ưới ta giới hạn trên, giới hạn ưới “Biểu đồ rút nước tiềm năng”, tr nh Chương Có thể ùng iểu đồ nà để nhận dạng chả mùa kiệt ưu ượng ng chả ng nh quân nút hồ chứa nút nhập ưu thời điểm cuối mùa ũ (cũng thời điểm đầu mùa kiệt kế tiếp) cho phép ta nhận dạng mức độ cạn kiệt ng chả ưu vực sông mùa kiệt Do dự áo mưa cho thời kỳ mùa kiệt khơng ớn ta chọn kịch mưa theo số liệu năm đại biểu số liệu lịch sử sở nhận định mưa mùa kiệt quan ự áo Kh tượng, Thủ văn Hình 2.4a: Đường tr nh ưu ượng mùa kiệt hồ An Khê 39 Hình 2.4b: Đường tr nh ưu ượng mùa kiệt trạm thủy văn Sơng Hinh Hình 2.4c: Đường q tr nh ưu ượng mùa kiệt trạm thủ văn Krông H’Năng (tại hồ thủ điện) 40 Hình 2.4d: Đường tr nh ưu ượng mùa kiệt trạm thủ văn A un Hạ 2.4 Hiện trạng hệ thống cơng trình thủy lợi nhu cầu sử dụng nước 2.4.1 Hệ thống công trình thủy lợi Hệ thống cơng tr nh thủy lợi chủ yếu phục vụ cấp nước tưới, sinh hoạt khu công nghiệp, gồm hồ chứa nh , đập âng trạm ơm Theo trạng công tr nh thủy lợi ưu vực sông Ba, Viện Quy hoạch thủy lợi thiết lập sơ đồ trạng vùng nghiên cứu bao gồm 52 nút sử dụng nước, có 32 nút hồ chứa, 13 nút đập âng, nút trạm ơm, cụ thể tr nh ảng 2.1 Bảng 2.2: Sơ đồ nút giai đoạn trạng ưu vực sông Ba Vùng Tên Nút Tên cụm cơng trình, cơng trình R1 Hồ Hà Nam Diện tích tưới (ha) F VH Km2 106 m3 Tổng Lúa Màu Mía CâyCN 16.5 2.00 100 100 0 9.5 0.69 55 50 0 196 0 1.212 0 738 120 250 R2 Hồ Hà Ra Bắc Thượng R3 HT Ia Ring A Yun D1 Cụm Thượng A un 24.0 10.80 1.408 508.0 2.138 1.400 B1 Cụm Thượng A un 38.0 41 423 53 Vùng Tên Nút Tên cụm cơng trình, cơng trình Diện tích tưới (ha) F VH Km 10 m Tổng Lúa Màu Mía CâyCN R4 Hồ Buôn Lưới 32.0 4.30 68 60 R5 Hồ P eiTôKôn 4.7 1.12 139 71 68 D2 An Khê D3 KaNak R6 Cụm An Khê-Ka Năk 125.0 355 338 16 Cụm An Khê-Ka Năk 50.0 64 64 0 Cụm An Khê-Ka Năk 119.0 5.08 288 258 30 0 D4 Cụm An Khê-Ka Năk 346.0 320 308 12 0 B2 Cụm An Khê-Ka Năk 105.0 272 236 35 R7 A Yun Hạ Ayun Pa 1670 201.00 9.560 7.165 125 2.270 R8 Hồ Ia Pát+ TB 6.3 D5 Cụm A un Pa 180.0 3.20 415 20 0 396 294 169 0 125 R9 Hồ Ea Koa 3.5 3.00 390 0 390 R10 Cụm A un Pa 56.0 26.00 849 46 0 803 B3 Cụm A un Pa 748.0 18 0 D6 Cụm Krông Pa 221.0 833 460 373 0 B4 Cụm Krông Pa Krông R11 Cụm Krông Pa Pa R12 H Ia Dréh 255.0 255 235 20 0 85 0 R13 H Ia M'lah 1.454 1.436 9.1 5.00 126 41 30.0 5.30 460 460 110.0 43.13 2.320 480 1.840 R14 Hồ Ea Drông 3.8 1.30 200 200 R15 Hồ Ea Drông (C16) 4.8 0.45 50 50 R16 Hồ Đội 14.3 1.40 500 500 R17 Hồ Đội 10 3.4 0.65 207 207 R18 Hồ Ea Knốp 65.0 9.00 100 100 9.0 1.00 150 150 2.5 0.40 200 200 3.7 0.50 40 40 R19 Hồ Đông Hồ Krông R20 Hồ Lộc Xuân H’Năng R21 Hồ Đội R22 Cụm K rông Năng 528.0 14.00 11.100 2.144 155,0 0,0 8.801 R23 Hồ Ea Júk I 4.0 0.50 110 110 R24 Hồ Ea Bir 9.5 1.00 200 200 D7 Cụm K rông Năng 130.0 603 458 0 145 B5 Cụm Krông Năng 20.0 531 531 0 42 Vùng Tên Nút Tên cụm công trình, cơng trình Diện tích tưới (ha) F VH Km 10 m Tổng Lúa Màu Mía CâyCN R25 Cụm Krông Năng 65.0 28.00 R26 Hồ Đội (Đội 23 cũ) 1.1 R27 Hồ Ea M'đoan R28 Hồ Thủ điện Ea M'đoan 2.458 431 0 2.027 2.30 400 0 400 64.0 1.57 200 200 0 20.0 9.00 440 220 0 220 R29 Cụm Thượng Đồng Cam 15.0 6.00 20 15 0 59 59 0 1.133 231 20 883 139 139 0 524 494 30 0 D10 Cụm Thượng Đồng Cam 72.0 185 185 0 B6 Cụm Thượng Đồng Cam 44.0 634 534 99 0 1.321 310 511 500 D8 Cụm Thượng Đồng Cam 8.0 Thượng R30 Cụm Thượng Đồng Cam 34.0 Đồng D9 Cụm Thượng Đồng Cam 77.5 Cam R31 Cụm Thượng Đồng Cam 79.6 D11 Đ Sông Con 5.00 6.50 17.0 13,200 Hạ Lưu D12 Đ Đồng Cam Đồng R32 Cụm Hạ ưu Đồng Cam 40.0 7.20 Cam D13 Cụm Hạ ưu Đồng Cam 380.0 B7 Cụm Hạ ưu Đồng Cam 196.0 13.927 12.477 250 1.200 635 560 0 75 0 1.697 1.528 169 0 3.618 3.368 250 0 2.4.2 Hệ thống hồ chứa thủy điện lớn sông Ba Là ưu vực có tiềm thủy lợi, thủ điện nên hệ thống hồ chứa ưu vực sông Ba phát triển mạnh Các hồ chứa có ung t ch 100 triệu m3 ưu vực na xâ ựng hồ chứa Sông Hinh, A un Hạ sông Ba Hạ, hồ Krông H’Năng sông Krông H’Năng cụm hồ An Khê-KaNak sông Ba (h nh 2.6 ảng 2.2) Ngoài c n số đập thủ điện có ung t ch khơng ớn thống kê ảng 2.3 43 Hình 2.5: Vị tr hồ chứa lớn xâ ựng qu tr nh iên hồ mùa kiệt Bảng 2.3: Thông số kỹ thuật chủ yếu hồ chứa lớn sông Ba TT Thông số Diện t ch ưu vực MNDBT Đơn vị Ka Nak km2 833 1236 1670 1168 11115 772 m 515 429 204 255 105 209 44 An Ayun Krông Sông Ba Sông Khê Hạ H’Năng Hạ Hinh Đơn vị Ka Nak An Ayun Krông Sông Ba Sông Khê Hạ H’Năng Hạ Hinh MNC m 485 427 195 242,50 101 196 Dung t ch toàn ộ (Wtb) 10 m 313,7 15,9 253 165,78 349,7 357 Dung t ch hữu ch (Whi) 106m3 285,5 5,6 201 108,5 165,9 323 Dung t ch chết (Wc) 106m3 28,2 10,3 52,0 57,28 183,9 34 Q đảm ảo (90%) m3/s 11,0 9,60 12,9 56,7 19,0 Q ớn m3/s 42,0 50,0 68,0 393 57,3 Công suất ắp má MW 13,0 160 64,0 220 70,0 MW 6,5 80,0 12,1 33,3 22,9 Thông số TT 10 Công suất đảm ảo(90%) 3,0 Bảng 2.4: Thông số kỹ thuật chủ yếu thủ điện nh sông Ba Tên hồ Đặc trưng Ia M’ ĐăkSrông MNDBT (m) 215,0 Dung t ch toàn ộ 54,15 (106 m3) Dung t ch hiệu ụng 48,64 (106 m3) 327,0 ĐăkSrông ĐăkSrông ĐăkSrông ĐăkSrông 2A 3A 3B 135,0 243,0 202,0 146,5 2,16 8,58 0,44 5,90 3,89 0,75 5,20 0,11 2,03 1,65 2.4.3 Hệ thống trạm bơm cấp nước sơng Trên sơng Ba có nhiều trạm ơm cấp nước tưới, khu công nghiệp khu ân cư tập trung chủ yếu vào khu vực ch nh à: - Từ hạ ưu đập An Khê đến Krơng Chro có công tr nh sử dụng nước trực tiếp từ ng ch nh sông Ba gồm: Nhà má m a đường An Khê, nhà má nước An Khê, nhà má sắn Veyu, trạm ơm An Quý, trạm ơm Tân Hội, trạm cấp nước thị trấn Krong (xem h nh 2.7) - Từ sau đập Ba Hạ đến trước Đồng Cam có trạm ơm thuộc huyện Sơn H a ấ nước trực tiếp từ ng ch nh t nh từ thượng ưu xuống gồm: Trạm bơm Tịnh Sơn, trạm ơm Tâ H a, trạm ơm Đông H a, trạm ơm Gành Ơng Dư (xem h nh 2.8) 45 Hình 2.6: Các công tr nh sử dụng nước từ đập An Khê đến Krông Chro (Nguồn: Viện Kh tượng Thủ văn Biến đổi Kh hậu) Hình 2.7: Các trạm ơm ấ nước từ sông ch nh (Nguồn: Viện Kh tượng Thủ văn Biến đổi Kh hậu) 2.5 Nhiệm vụ vận hành điều tiết hệ thống hồ chứa thời kỳ mùa kiệt 2.5.1 Nhiệm vụ vận hành điều tiết cấp nước hệ thống hồ chứa thời kỳ mùa kiệt 46 2.5.1.1 Các hồ chứa công tr nh cấp nước thủy lợi Các hồ chứa thủy lợi giữ ượng nước ớn, khoảng 506 triệu m3, hồ Ayun Hạ giữ 201 triệu m3, hồ chứa nh chiếm khoảng 305 triệu m3 Tổng ượng nước sử dụng cho tưới cấp nước trạng theo t nh toán Viện Quy hoạch thủy lợi vào khoảng 903 triệu m3, thời kỳ kiệt (từ tháng đến tháng hàng năm) 463 triệu m3, chiếm khoảng 52% ượng nước sử dụng Nếu không t nh ượng nước cấp cho khu tưới Đồng Cam hạ Đồng Cam (thuộc khu vực điều tiết cấp nước hồ Ba Hạ, Krông H’Năng Sông Hinh) th ượng cấp nước tưới từ tháng đến tháng vào khoảng 265 triệu m3 Đâ ượng nước bị tiêu hao ớn vùng thượng ưu hồ chứa lớn Trong thời kỳ mùa kiệt, hồ chứa thủy lợi, đập âng trạm ơm vận hành độc lập để cấp nước cho ch nh nút cấp nước mà cơng tr nh phụ trách, ngồi hồ chứa Ayun Hạ qu tr nh qu định xả nước iên tục trả sông AYun với ưu ượng không nh 5m3/s ưu ượng nước hồ trung nh ngà hôm trước lớn 23 m3/s th hồ chứa thủy lợi c n ại nhiệm vụ điều tiết cho vùng hạ u Tu nhiên, với ượng nước tiêu hao ớn, ượng nước tiêu hao nà phải t nh đến vận hành hồ chứa lớn sông ch nh 2.5.1.2 Các hồ chứa thủ điện lớn sông ch nh Các hồ chứa thủ điện lớn gồm hệ thống An Khê – KaNak, hồ Krông H’Năng, sông Ba Hạ hồ Sơng Hinh hồ chứa có nhiệm vụ điều tiết đảm bảo cấp nước cho hạ du Về ngu ên ý, hồ chứa phát điện (trừ hồ An Khê) điều tiết tăng ưu ượng xuống hạ du hồ chứa nà phát điện iên tục theo công suất đảm bảo xác định giai đoạn thiết kế Điều nà có ợi cho nhiệm vụ cấp nước cải thiện môi trường vùng hạ du mùa kiệt Bởi vậy, giai đoạn thiết kế, vấn đề đảm bảo cấp nước hạ u không quan tâm mức Tu nhiên, giai đoạn vận hành, việc hu động công suất phát điện thiết kế o cầu phụ tải điện chế mua án điện Ch nh v vậy, có thời điểm, đặc biệt mùa kiệt, ưu ượng điều tiết nước xuống hạ u không đảm bảo nhiệm vụ cấp nước môi trường vùng hạ u Trong qu tr nh 47 iên hồ chứa Quyết định 878/QĐ-TTg Thủ tướng Ch nh phủ qu định nhiệm vụ điều tiết cấp nước TKMK hồ chứa tóm tắt sau: Hệ thống An Khê-KaNak: Phải điều tiết đảm bảo hoạt động trạm ơm cho vùng hạ u An Khê t nh đến Krông Chro Lưu ượng xuống hạ u (t nh chu ển từ qu định theo sang ng chả môi trường nh quân ngà phải xả nh quân ngà ) m3/s vào tháng mùa ũ từ tháng VII đến tháng XII m3/s vào tháng c n ại Hồ Sông Ba Hạ, Sông Hinh Krông H’Năng, A un Hạ Phải phối hợp điều tiết đảm bảo hoạt động trạm ơm, ng chả môi trường nút cấp nước đập Đồng Cam Hồ Ba Hạ phải điều tiết xuống hạ ưu với ưu ượng nh quân ngà (đã qu đổi) không nh 10 m3/s vào tháng từ tháng XII đến tháng VIII năm sau Các tháng c n ại cần xả nước xuống hạ du có cầu Hồ Sông Hinh phải điều tiết xuống hạ ưu với ưu ượng nh quân ngà (đã qu đổi) không nh m3/s vào tháng từ tháng IX đến tháng XI 22,0 m3/s vào tháng c n ại Hồ Krông H’Năng phải điều tiết xuống hạ ưu với ưu ượng nh quân ngà (đã qu đổi) không nh 9m3/s vào tháng từ tháng IX đến tháng XI Các tháng c n ại cần xả nước xuống hạ du có cầu Hồ Ayun Hạ phải trả nước cho hạ du với ưu ượng không nh 5,0 m3/s thời gian mùa ũ Thời kỳ mùa kiệt khơng có nhiệm vụ điều tiết nước cho hạ du 2.5.2 Thực trạng vận hành hồ chứa thủy điện, khó khăn tồn 2.5.2.1 Nhận xét thực trạng vận hành hồ chứa thủ điện thời kỳ mùa kiệt Thời kỳ đầu đưa vào khai thác, việc vận hành hồ chứa thủ điện gâ tượng hạ thấp mực nước vùng hạ du, ảnh hưởng đến cấp nước môi trường Tu nhiên, sau an hành qu tr nh vận hành iên hồ chứa, hồ chứa thực qu tr nh an hành nên vấn đề cấp nước cho hạ u đảm bảo Theo tài iệu quan trắc thu thập số hồ chứa có nhận xét sau: 48 Hồ chứa thủ điện An Khê: Theo số liệu vận hành từ năm 2014 đến nay, phải xả xuống hạ du với ưu ượng khoảng 6,0 m3/s nên TKMK, hồ chứa thủ điện An Khê ị thiệt hại điện năng, nhiều thời kỳ mùa kiệt nhà má phải dừng hoạt động Hồ chứa thủ điện Sông Hinh: Bảng 2.5: Thống kê công suất phát điện nh quân tháng thủ điện Sông Hinh (đơn vị : MW) I II III IV V VI VII VIII IX 2014 48.06 61.60 58.04 41.68 44.66 18.43 8.18 9.41 13.33 2015 64.70 37.04 45.95 40.70 46.46 54.19 36.46 24.87 20.55 Năm 2016 64.63 48.22 51.42 47.20 40.99 42.17 45.92 38.08 23.95 X 17.35 14.55 31.78 20.18 20.18 58.02 62.67 64.00 64.00 Tháng XI 2017 68.45 66.86 66.59 50.51 46.50 51.99 49.99 37.65 25.52 2018 32.98 66.86 66.59 50.51 46.50 51.99 49.99 37.65 25.52 Thủ điện Sơng Hinh có cơng suất đảm bảo 22,9 MW, công suất lắp má 70,0 MW, ưu ượng đảm bảo 90% 19,0 m3/s Theo số liệu thống kê bảng 2.4, thời kỳ kiệt từ tháng I đến tháng V, thủ điện Sông Hinh uôn phát công suất lớn công suất đảm bảo Với công suất phát theo thống kê, ưu ượng nước xả xuống hạ u uôn vượt ưu ượng qu định qu tr nh vận hành iên hồ (22,0 m3/s), cho thấ ực điều tiết cấp nước hạ u ớn Lưu vực hồ chứa Sông Hinh nằm vùng mưa ớn ưu vực sông Ba nên nguồn nước đến dồi hồ chứa Krơng H’Năng sơng Ba Hạ Có xu hướng tháng đầu mùa kiệt (tháng 1, 2, 3) thủ điện Sông Hinh thường phát với công suất lớn, số năm xấp xỉ công suất lắp má nên đến cuối mùa kiệt công suất hu động giảm xuống dẫn đến t nh trạng không đủ nước để điều tiết cho hạ u năm 2014 49 Hồ chứa thủ điện Krông H’Năng: Do liệu quan trắc thu thập khơng iên tục nên khó đánh giá thực trạng vận hành hồ chứa thủ điện Krông H’Năng, theo áo cáo ập quy tr nh vận hành iên hồ TN&MT [33], hồ chứa nà có số năm mực nước đạt thấp mực nước chết Điều nà cho thấ ực cấp nước cho hạ du theo cầu qu tr nh iên hồ chứa bị hạn chế Hồ chứa thủ điện sông Ba Hạ hồ chứa Ayun Hạ Hồ chứa Ayun Hạ có nguồn nước dồi nên khả điều tiết tốt, theo tài liệu thống kê, ưu ượng điều tiết thời kỳ mùa kiệt thường xu ên mức 18-19 m3/s t hồ đạt đến mực nước chết Do không thu thập số liệu quan trắc nên khó đánh giá thực trạng vận hành hồ chứa thủ điện sông Ba Hạ Tu nhiên, o công suất đảm bảo hồ chứa nà ớn so với hồ khác (56,7 m3/s), vậy, phát với công suất đảm bảo hồ Ba Hạ cung cấp ưu ượng đủ lớn so với cầu ưu ượng cần khống chế Đồng Cam (khoảng 40 m3/s) 2.5.2.2 Những khó khăn tồn Những khó khăn quản ý nước vận hành hồ chứa hạn chế công tác ự áo thủ văn Để vận hành có hiệu hồ chứa thời gian kiệt cần thiết phải có số liệu dự áo ng chả đến hồ hạn ài Đối với hồ chứa thủy lợi hoạt động độc lập, khơng có nhiệm vụ điều tiết cho hạ du, cần thiết có ự áo t nh h nh nước đến mùa kiệt để lập kế hoạch sử dụng nước hợp ý, tránh thiếu nước thời kỳ cấp nước khẩn trương Đối với hồ chứa thủ điện có nhiệm vụ điều tiết nước xuống hạ du với mức không tha đổi suốt thời kỳ mùa kiệt lại cần có số liệu dự áo khơng gâ ng chảy mùa kiệt để có kế hoạch hu động cơng suất hợp ý, ãng ph nước đảm bảo đến cuối mùa kiệt đủ điều tiết nước xuống hạ u theo qu định Tu nhiên, công tác ự áo ài hạn ng chả mùa kiệt ưu vực sông Ba c n hạn chế Hiện nay, dự áo cho vị tr hạ ưu Củng Sơn theo ự áo hạn vừa c n sai số lớn Đối với hồ 50 chứa, áo cáo ập qu tr nh vận hành iên hồ [33], công tác ự áo nước đến hồ gặp khó khăn chưa đạt cầu Đâ khó khăn ớn quản ý nước vận hành hồ chứa ưu vực sông Ba na chưa khắc phục Mặt khác, o việc hu động công suất hồ chứa phụ thuộc nhiều vào chế mua án điện cạnh tranh nên việc dự áo cho hồ chứa điểm kiểm soát nước hạ ưu gặp khó khăn Những hạn chế qu tr nh vận hành iên hồ chứa: Qu tr nh vận hành iên hồ chứa ưu vực sông Ba TKMK để quản ý hiệu vận hành hệ thống hồ chứa thủ điện theo nhiệm vụ cấp nước đảm bảo môi trường sinh thái vùng hạ du Mặc dù c n hạn chế định Cụ thể sau: Từ qu tr nh an hành cho thấy TKMK, ưu ượng cần xả xuống hạ u không tha đổi nhiều, điều nà không thực hợp ý V thời kỳ đầu mùa kiệt, ưu ượng nhập ưu sau hồ chứa c n ớn nên không cần xả với ưu ượng lớn, nước cần ành cho thời điểm mà ng chảy hạ ưu nh Khơng có qu định khống chế mực nước nút kiểm tra àm sở vận hành mềm dẻo hiệu tr nh điều tiết nước xuống hạ du Việc quy định cứng ưu ượng mà hồ chứa phải xả xuống hạ du thời kỳ kiệt gâ ãng ph nước thời điểm không cần thiết rơi vào t nh trạng thiếu nước cho nhiệm vụ cấp nước hạ du thời điểm nước t Nếu có qu định mực nước nút kiểm tra th qu tr nh xả nước hợp ý Mặc ù qu tr nh vận hành iên hồ chứa ưu vực sơng Ba khơng qu định nút kiểm sốt mực nước hạ du tr nh uận chứng lập quy tr nh xem xét hai nút kiểm soát trạm thủ văn An Khê nút đập Đồng Cam Đối với nút kiểm soát trạm thủ văn An Khê xem xét nhằm đảm bảo hoạt động nh thường trạm ơm hạ du hồ An Khê Tu nhiên, trạm ơm nà , để đảm bảo mực nước ngang với mực nước thiết kế th hồ chứa An 51 Khê phải xả với ưu ượng lớn (khoảng 20 m3/s), lớn ưu ượng tự nhiên Bởi vậ , qu tr nh, qu định hồ An Khê điều tiết với ưu ượng hạn chế, công tr nh trạm ơm phải có giải pháp để khắc phục Tại nút kiểm soát Đồng Cam, theo áo cáo lập qu tr nh năm 2015 [33], để đảm bảo cầu tưới cần ưu ượng đến không nh 40 m3/s, với mực nước đỉnh tràn phải đảm bảo không nh 0,2m Để khắc phục tồn khó khăn cho thấy cần tiếp tục nghiên cứu chế độ vận hành quản ý hệ thống hồ chứa ưu vực sông Ba TKMK nhằm nâng cao hiệu vận hành quản ý nước ưu vực sông Hai nội dung quan trọng cần phải nghiên cứu để nâng cao hiệu quản ý nước vận hành hệ thống hồ chứa thủy lợi, thủ điện ưu vực sông Ba na (1) Nghiên cứu phương thức nhận dạng đánh giá à: ng chảy thời kỳ mùa kiệt nhằm khắc phục hạn chế công tác ự áo ng chả đến hồ chứa; (2) Xâ ựng mô h nh mô ph ng hệ thống nhằm hỗ trợ định tr nh quản ý nước vận hành hệ thống hồ chứa Đâ ch nh mục tiêu nội dung cần phải xác định nghiên cứu đề tài uận án 2.6 Thiết lập toán vận hành điều tiết hệ thống hồ chứa lưu vực sông Ba thời kỳ mùa kiệt 2.6.1 Xác định nhiệm vụ nội dung nghiên cứu tốn vận hành hồ chứa lưu vực sơng Ba thời kỳ mùa kiệt Với ưu vực sông Ba, vấn đề quản ý nước vận hành hồ chứa mùa kiệt phụ thuộc vào nhiệm vụ cấp nước cơng tr nh, chia loại cơng tr nh ch nh: Các hồ chứa thủy lợi: Đối với hồ chứa thủy lợi, thường hồ chứa nh đập âng, công tr nh cấp nước độc lập àm giảm ượng nước hạ u khơng có nhiệm vụ điều tiết nước cho hạ u Đối với hồ chứa loại nà , mục đ ch ch nh 52 quản ý nước hồ nhằm hạn chế rủi ro thiếu nước cuối mùa kiệt hàng năm đối tượng cấp nước từ nút công tr nh Do đó, việc đánh giá dự áo xu hướng ng chả đến hồ suốt thời gian mùa kiệt cầu ch nh tr nh qu ết định sử dụng nước từ hồ chứa Các hồ chứa thủ điện: Đối với hồ chứa lớn, chủ yếu hồ chứa phát điện (gồm hồ chứa thủy điện Ka Nak, An Khê, Krông H’Năng, sông Ba Hạ Sông Hinh), công tác vận hành hồ chứa xác định gồm nhiệm vụ sau: - Xác định kế hoạch quản ý nước hồ chứa suốt mùa kiệt để với hồ chứa khác hệ thống điều tiết ng chảy xuống hạ u theo qu định qu tr nh vận hành iên hồ chứa cho không xảy t nh trạng thiếu nước cuối mùa kiệt Đâ ài toán hệ thống nên chiến ược vận hành hồ chứa phụ thuộc vào t nh h nh nước đến tất nút nhập ưu hồ chứa tồn hệ thống Để khơng xảy t nh trạng thiếu nước cho hạ du cuối mùa kiệt, thời điểm phải xác định tr nh nước đến từ thời điểm đến cuối mùa kiệt toàn hệ thống - Đối với hồ chứa cần xác định chiến ược vận hành điều tiết để đáp ứng cầu phát điện tối ưu hồ chứa thủ điện tham gia phụ tải điện tồn hệ thống Đâ ài tốn riêng hồ chứa thủ điện, với nhiệm vụ nà khơng thiết phải có thơng tin nước đến toàn hệ thống mà cần xác định nước đến ch nh hồ chứa Ngồi ra, theo kế hoạch huy động công suất hệ thống điện, cần thiết phải có thơng tin nước đến hồ thời gian ngắn (thường 10 ngà ) để nhà má t nh toán tham gia vào thị trường mua án điện Với hai nhiệm vụ xác định đâ , ài toán vận hành hồ chứa phát điện thời kỳ mùa kiệt bao gồm hai ài toán con: (i) Bài toán vận hành điều tiết cấp nước hạ du (ii) Bài toán vận hành tối ưu hồ chứa phát điện hồ chứa thủy điện tham gia vào thị trường mua bán điện 53 Nhiệm vụ thứ hai hồ chứa phát điện ài toán ớn phức tạp giải nghiên cứu khác Trong khuôn khổ luận án, nghiên cứu ài toán thứ iên quan đến vận hành hồ chứa phát điện theo nhiệm vụ cấp nước hạ du TKMK Kết nghiên cứu ài toán vận hành thứ điều kiện đầu vào ài toán thứ hai mà nhà má thủ điện cần phải thực Như vậ , nội ung nghiên cứu luận án tập trung giải ài toán thứ Tất nhiên, hai ài tốn có tương tác với nhau, vậy, tr nh giải nội dung ài toán thứ hai, luận án phải xem xét số kịch hu động công suất nhà má thủ điện hệ thống 2.6.2 Mơ tả tốn vận hành hồ chứa lưu vực sông Ba theo thời gian thực thời kỳ mùa kiệt Bài toán quản ý nước vận hành hồ chứa ưu vực sông Ba thời kỳ mùa kiệt thực chất ài toán vận hành hệ thống hồ chứa đa mục tiêu thời gian thực Ngu ên ý ản ài toán vận hành hệ thống hồ chứa theo TGT mô tả theo sơ đồ h nh 2.9 Theo đó, việc định phương án điều tiết vận hành phụ thuộc vào kết dự áo nước đến mô h nh mô ph ng hệ thống nhằm hỗ trợ định Đâ ch nh nội dung cần nghiên cứu thiết lập ài toán vận hành hệ thống theo thời gian thực Do đó, nội ung ch nh ài toán vận hành hệ thống theo thời gian thực cần nghiên cứu à: - Xác định phương pháp ự áo ng chả đến nút hồ chứa nút nhập ưu ưu vực sông; - Xâ ựng mô h nh mô ph ng hệ thống sở t ch hợp tr nh ự áo ng chả đến nút sông, cân ằng nước hệ thống mô ph ng định vận hành hệ thống hồ chứa theo mục đ ch vận hành xác định - Với điều kiện hệ thống trạm quan trắc thủ văn nay, dự áo nước đến hồ chứa nút nhập ưu vào ượng mưa thực 54 đo ượng mưa ự áo, kết dự áo h nh mưa- ng chả thực theo mô ng chả Mô h nh mô ph ng hệ thống bao gồm mô ph ng CBN hệ thống hoạt động nút hồ chứa bao gồm hồ chứa thủy lợi Kết dự áo mưa Lượng mưa thực đo T nh toán, ự áo ng chả đến nút hồ chứa nhập ưu (Được cập nhật tr nh ự áo) - Trạng thái mực nước hồ - Trạng thái mực nước hạ ưu Yêu cầu phát điện Yêu cầu cấp nước Mô h nh mô ph ng thống Hệ thống kịch vận hành hệ thống hồ chứa thời kỳ kiệt Qu tr nh vận hành sẵn có Quyết định vận hành hệ thống Hình 2.8: Sơ đồ ngu ên ý thiết lập ài toán vận hành hệ thống hồ chứa theo thời gian thực Bài toán vận hành hệ thống hồ chứa theo thời gian thực TKMK chia hai giai đoạn: - Thiết lập ài tốn mơ ph ng hệ thống, thực theo sơ đồ 2.8 - Vận hành hệ thống theo thời gian thực theo mô h nh mô ph ng thiết lập thể sơ đồ h nh 2.9 Quá tr nh qu ết định vận hành theo sơ đồ h nh 2.9 cập nhật iên tục qu ết định vận hành theo kết dự áo ng chả Theo đó, định vận hành thời điểm thực theo ước sau: - Bước 1: Tại thời điểm giai đoạn vận hành, tiến hành ự áo ng chả đến từ thời điểm xét đến cuối thời kỳ vận hành; 55 Dự áo ng chả đến hồ nhập ưu thời gian 10 ngà kể từ thời điểm T0 Thời điểm ban đầu T0 Xác định phương án t nh toán điều tiết vận hành hệ thống hồ chứa thời gian vận hành 10 ngà Quyết định phương án vận hành vận hành hệ thống theo định vận hành thời điểm T0 Xác định trạng thái hệ thống hồ chứa theo định vận hành thời điểm T0 Dự áo ng chả đến hồ thời gian 10 ngà đầu từ thời điểm T1=T0+Δt, Δt khoảng thời gian cập nhật thơng tin ự áo mưa trước Tại thời điểm T1=T0+Δt Xác định phương án t nh toán điều tiết vận hành hồ chứa thời gian vận hành 10 ngà đầu từ thời điểm T1 Quyết định phương án vận hành vận hành hệ thống theo định vận hành thời điểm T1 Xác định trạng thái hệ thống hồ chứa theo định vận hành thời điểm Tn-1 Dự áo ng chả đến hồ thời gian 10 ngà thời điểm Tn =Tn-1 + Δt Tại thời điểm Tn =Tn-1 + Δt đầu từ Xác định phương án t nh toán điều tiết vận hành 10 ngà đầu từ thời điểm Tn Quyết định phương án vận hành vận hành thời điểm Tn Hình 2.9: Sơ đồ tổng quát tr nh qu ết định vận hành hệ thống hồ chứa theo thời gian thực - Bước 2: Phân t ch trạng thái hệ thống bao gồm mực nước hồ, mực nước nút kiểm soát ng chảy hạ u Phân t ch, xác định kịch vận hành hồ chứa hệ thống hồ chứa; 56 - Bước 3: T nh toán cân nước hệ thống điều tiết hồ chứa, ưu ượng nút kiểm soát - ng chả tồn hệ thống theo mơ h nh mô ph ng; Bước 4: Đối chiếu với nhiệm vụ vận hành cấp nước cho hạ u để định phương án quản ý nước vận hành hợp ý cho thời gian c n ại thời kỳ vận hành, từ qu ết định vận hành hệ thống 2.6.3 Những khó khăn lập vận hành hệ thống hồ chứa lưu vực sông Ba theo thời gian thực hướng giải 2.6.3.1 Những khó khăn thiết lập vận hành hệ thống hồ chứa Có hai khó khăn ớn thiết lập ài tốn vận hành hệ thống hồ chứa thời kỳ mùa kiệt, à: 1) Khả ựa chọn mơ h nh có sẵn phù hợp với ài tốn vận hành đặt phát triển mô h nh Hiện na , mơ h nh có sẵn HECRESSIM, WEAP v.v khơng có mo un ự áo ng chảy trung hạn ài hạn, khó cho việc ứng dụng 2) Muốn dự áo ng chả đến hồ chứa nút nhập ưu cần có số liệu dự áo mưa Tu nhiên, nay, vấn đề dự áo mưa ài hạn ưu vực sông Ba chưa thực Hiện tại, quan ự áo kh tượng thủy văn dự áo ượng mưa 10 ngà với mức đảm bảo c n thấp, ự áo mưa tháng mùa mức độ cảnh áo sử dụng vận hành hệ thống theo thời gian thực Trong đó, tr nh phần trên, vận hành hệ thống hồ chứa àm nhiệm vụ cấp nước hạ du cần thiết phải có số liệu dự áo ài hạn cho mùa kiệt tháng mùa 2.6.3.2 Định hướng nghiên cứu phương thức quản ý nước vận hành hệ thống hồ chứa ưu vực sông Ba thời kỳ mùa kiệt theo thời gian thực Để khắc phục khó khăn trên, uận án đề xuất cách giải sau: - Xâ ựng mô h nh mô ph ng t nh toán ự áo ng chả đến hồ cho ưu vực sông Ba, t ch hợp với mô ph ng cân ằng nước hệ thống vận hành điều tiết hồ chứa hệ thống Vấn đề nà tr nh kỹ 57 Chương luận án Trên sở khuyến cáo quan kh tượng thủy văn mưa mùa kiệt ưu vực sơng để t nh tốn tr nh ng chả mùa kiệt theo kịch mưa theo mô h nh mưa xảy lịch sử - Xâ ựng phương thức nhận dạng ng chả TKMK sở phân t ch đặc điểm “đường rút nước tiềm năng” nhằm hỗ trợ cho công tác ập kế hoạch sử dụng nước suốt thời gian mùa kiệt Như phân t ch mục trên, để quản ý nước vận hành hệ thống hồ chứa ưu vực sông Ba TKMK cần phải dự áo nước đến nút hồ chứa nút nhập ưu từ thời điểm định đến thời điểm cuối mùa kiệt Do dự áo ượng mưa cho mùa kiệt nên uận án đề xuất phương án dự áo ng chả theo kịch mưa sở khuyến cáo mưa Kèm theo đề xuất phương thức quản ý nước vận hành hệ thống hồ chứa Cụ thể sau: Bước 1: Sử dụng mô h nh mưa - ng chả t nh toán tr nh ưu ượng từ đầu mùa ũ đến thời điểm dự áo theo thời đoạn t nh toán ngà Đối chiếu kết t nh toán ưu ượng nh quân với tọa độ biểu đồ rút nước tiềm khuyến cáo khả nước đến thời kỳ c n ại, từ ập kế hoạch sử dụng quản lý cho toàn hệ thống Bước 2: Trên sở khuyến cáo t nh h nh i n biến mưa xảy thời kỳ c n ại mùa kiệt ( t mưa, mưa trung nh trung nh), ựa chọn số kịch phân ố ượng mưa theo số liệu đo đạc lịch sử để sử dụng cho t nh toán ự áo cho tr nh ưu ượng từ thời điểm t nh toán đến cuối thời kỳ mùa kiệt Bước 3: Sử dụng mô h nh mưa - ng chả t nh toán tr nh ưu ượng đến hồ nút nhập ưu theo kịch mưa chọn Bước 4: Trên sở t nh toán nước đến, đối chiếu nhiệm vụ vận hành điều tiết qu định qu tr nh iên hồ chứa, xem xét chọn kịch vận hành từ thời điểm định đến thời điểm cuối mùa kiệt 58 Bước 5: Sử dụng mô h nh mô ph ng hệ thống (sẽ tr nh chương 3) t nh tốn, từ chọn phương án hợp ý qu ết định vận hành Các ước thực phương thức định vận hành tr nh h nh 2.9 Quá tr nh nà iên tục cập nhật tr nh qu ết định theo ngu ên ý tr nh h nh 2.10 cuối mùa kiệt Lượng mưa thực đo từ đầu mùa ũ đến thời điểm định vận hành Xác định kịch ựa chọn phân ố ượng mưa từ thời điểm định vận hành đến thời điểm cuối mùa kiệt T nh toán ng chả đến nút hồ chứa nút nhập ưu khu từ thời điểm đầu mùa ũ đến thời điểm định vận hành T nh toán xác định tr nh nước đến từ thời điểm định vận hành đến thời điểm cuối mùa kiệt Đối chiếu với đường rút nước tiềm năng, cảnh áo t nh trạng thiếu nước ập kế hoạch sử dụng nước đến cuối thời kỳ mùa kiệt MÔ HÌNH MƠ PHỎNG HỆ THỐNG Qu tr nh vận hành sẵn có Xâ ựng hệ thống kịch vận hành hệ thống hồ chứa đến thời điểm cuối mùa kiệt QUYẾT ĐỊNH VẬN HÀNH HỆ THỐNG Hình 2.10: Sơ đồ ước xác định định quản ý nước vận hành hệ thống hồ chứa sông Ba thời kỳ mùa kiệt 2.7 Kết luận chương Chế độ ng chả sông ng i ưu vực sông Ba phức tạp, không đồng nhất, chịu tác động chế độ kh hậu Tâ Trường Sơn Đông Trường Sơn Bởi vậy, thời gian bắt đầu kết thúc mùa kiệt không đồng Vùng thượng nguồn An Khê, vùng thượng A un ưu vực sông Hinh có ượng mưa phong phú nên ng chảy dồi vùng trung ưu Những đặc điểm nà cần ý 59 nghiên cứu chế độ vận hành hồ chứa có nhiệm vụ cấp nước hạ du qu định Quyết định 878/QĐ-TTg việc Ban hành qu tr nh vận hành iên hồ chứa ưu vực sông Ba Các hồ chứa lớn xâ độ ựng sông ch nh có tác động lớn đến chế ng chả mùa kiệt vùng hạ du, ảnh hưởng đến cấp nước mơi trường khơng có chế độ vận hành hợp ý Xâ ựng chế độ vận hành cho hồ chứa thủy điện TKMK v vậ đặc biệt quan trọng Vấn đề dự áo ng chảy mùa kiệt chưa đáp ứng cầu định vận hành hệ thống hồ chứa theo nhiệm vụ phát điện cấp nước hạ u Đâ khó khăn cơng tác vận hành cấp nước an toàn nâng cao hiệu phát điện hồ chứa Bởi vậ , nghiên cứu nâng cao kết dự áo xâ ựng công cụ trợ giúp qu ết định cần thiết Mô h nh mô ph ng hệ thống công cụ quan trọng tr nh qu ết định vận hành hồ chứa thời kỳ mùa kiệt Hiện na , mô h nh có sẵn HECRESSIM, WEAP v.v khơng có mo un t nh toán/ ự áo c n hạn chế ứng dụng Bởi vậy, cần thiết xâ ng chả đến hồ nên ựng mô h nh riêng phù hợp với điều kiện ưu vực sông a, có khả t nh tr nh ng chảy thời kỳ mùa kiệt theo dự áo mưa chủ động tr nh qu ết định vận hành hồ chứa phát điện có nhiệm vụ cấp nước cho hạ u Đâ xu hướng chung nghiên cứu giới nghiên cứu chế độ vận hành hỗ trợ định tr nh vận hành hệ thống hồ chứa Để xâ ựng phương án vận hành hệ thống theo TGT cần nâng cao chất ượng dự áo mưa, ng chả xâ ựng mô h nh mô ph ng hệ thống để trợ giúp tr nh qu ết định Trên sở phân t ch đặc điểm quy luật rút nước trạm đo đạc thủ văn, uận án kiến nghị phương án xử ý sở xác định ượng trữ nước ưu vực (thông qua giá trị ưu ượng lựa chọn kịch mưa mùa kiệt để t nh toán ự áo phục hạn chế công tác ự áo Đâ nh quân cuối mùa ũ) ng chả mùa kiệt nhằm khắc xác định phương thức vận hành qu ết định hệ thống hồ chứa ưu vực sông Ba TKMK theo thời gian thực 60 Xâ ựng đường rút nước tiềm xâ ựng mô h nh tốn mơ ph ng hệ thống sở t ch hợp mô h nh cân ằng nước, mô h nh ự áo ng chả mô h nh vận hành hồ chứa công cụ trợ giúp định điều tiết vận hành hệ thống hồ chứa theo thời gian thực Các nội dung nà tr nh Chương Chương luận án 61 CHƯƠNG 3: THIẾT LẬP MƠ HÌNH MƠ PHỎNG, XÂY DỰNG BIỂU ĐỒ RÚT NƯỚC TIỀM NĂNG PHỤC VỤ VẬN HÀNH HỆ THỐNG HỒ CHỨA SÔNG BA THỜI KỲ MÙA KIỆT THEO THỜI GIAN THỰC 3.1 Giới thiệu chung mơ hình mơ quy hoạch quản lý tài nguyên nước Sự đời hệ thống má t nh tốc độ cao mở đường cho phát triển mô h nh mô ph ng ứng dụng ĩnh vực quy hoạch quản ý tài ngu ên nước, có ài tốn quy hoạch quản ý ũ, kiệt Xu hướng chung giới na phát triển mô h nh mô ph ng hệ thống sở t ch hợp mô h nh thành phần bao gồm mô h nh mô tả qu uật vật ý hệ thống với mô ph ng hoạt động tồn ộ cơng tr nh hệ thống Các mơ h nh vậ có tên gọi “mô h nh ưu vực sông” “mô h nh hệ thống” Trong mô h nh ưu vực sơng có oại mơ ph ng: Đối với ài toán quản ý ũ vận hành hồ chứa ph ng ũ: Đối với ài toán iên quan đến t nh tốn ũ quản ý ũ, mơ ph ng có thời đoạn t nh tốn ngắn Theo đó, tr nh tập trung nước ưu vực hệ thống sông thường mô ph ng theo mô h nh thủy lực mô h nh i n tốn ũ hệ thống sơng Q tr nh xả ũ qua hồ chứa mô ph ng theo phương tr nh t nh toán thủy lực qua công tr nh Điển h nh cho oại mô ph ng nà mô h nh MIKE 11, HEC-RESSIM, HEC-HMS Đối với ài toán quản ý nước vận hành hồ chứa cấp nước, phát điện: Đối với ài toán qu hoạch sử dụng nước, quản ý nước vận hành công tr nh hồ chứa àm nhiệm vụ cấp nước phát điện, thời đoạn t nh toán thường ài ( t ngà ) nên khơng có mơ ph ng thủy lực, tha vào mơ ph ng CBN Các mơ ph ng dạng nà có mô h nh HEC-RESSIM, MIKE-BASIN WEAP, MITSIM 62 Đề tài nghiên cứu iên quan đến vận hành hệ thống hồ chứa TKMK, có thời đoạn t nh tốn ớn nên ưới đâ điểm qua khả sử dụng mơ h nh phù hợp với ài tốn đặt Mơ hình HEC-RESSIM HEC-RESSIM mơ h nh mơ ph ng hệ thống hồ chứa Trung tâm Kỹ thuật Thủ văn (HEC), Cục Công inh Mỹ Đâ thống di n tốn ạng mơ h nh mơ ph ng hệ ng chả sông ng i theo tr nh tự từ thượng ưu xuống hạ ưu Mô h nh mơ ph ng nhiều hồ chứa àm nhiệm vụ ph ng ũ, cấp nước, phát điện, v.v Các cầu nước định hồ vị tr hạ du (gọi điểm kiểm soát) Các cầu nước đáp ứng từ nhiều hồ chứa thượng ưu ựa ữ liệu đầu vào Việc vận hành hệ thống hồ chứa để đáp ứng cầu nước thực thông qua ràng uộc điều kiện vật ý, mực nước ung t ch đặc trưng hồ chứa, qu tắc vận hành Mô h nh HEC-RESSIM khơng th ch hợp với ài tốn qu hoạch mà c n ứng dụng tốt ài toán vận hành hệ thống hồ chứa đa mục tiêu Tu nhiên, mơ h nh có hạn chế cho người sử dụng: - Quá tr nh nhập ưu khu tr nh ưu ượng t nh trước không nằm phần mềm t nh tốn Đâ hạn chế mơ h nh ứng dụng quản ý vận hành hồ thời gian thực; - Thời đoạn t nh toán điều tiết cấp nước lấy cố định ngà nên sử dụng phải sử dụng tài iệu đầu vào thời đoạn ngà ; - Tại nút hồ chứa bắt buộc phải có đường quan hệ Z~V, Z~F nên số trường hợp hồ chứa nh thiếu tài iệu phải giả định đường cong nà ; - V chủ yếu quan tâm đến vận hành hồ chứa chưa quan tâm nhiều đến ài toán cân ằng nước, đặc biệt nước hồi quy từ tưới Mơ hình MIKE HIDRO MIKE HIDRO công cụ cân ằng nhu cầu nước nước có sẵn theo cách tối ưu giúp cho công tác qu hoạch ưu vực sông tổng hợp 63 quản ý tài ngu ên nước o Viện thuỷ ực Đan Mạch (ĐHI) xâ ựng, đâ mơ h nh tốn học thể ưu vực sông ao gồm cấu h nh sông ch nh sông nhánh, ếu tố thuỷ văn ưu vực theo không gian theo thời gian, công tr nh, hệ thống sử ụng nước tương phương án sử ụng nước khác Mô h nh nà nhiều nước giới tổ chức quốc tế sử dụng MIKE HIDRO chạ ựa phần mềm iên kết ArcView GIS, để thông tin GIS ao hàm mơ ph ng tài ngu ên nước Mạng ưới sông nút soạn thảo ArcView Mô h nh hoạt động sở mạng ưới sơng số hố thiết ập trực tiếp h nh má t nh ArcView GIS Tất thông tin mạng ưới sông, vị tr hộ ùng nước, hồ chứa, cửa ấ nước, cầu chu ển ng, ng hồi qu xác định h nh Mơ hình WEAP WEAP (Water Evaluation and Planning System) – Hệ thống đánh giá quản ý nguồn nước Là sản phẩm Viện Nghiên Cứu Mơi trường Stockho m có trụ sở Boston (Mỹ) (SEL – Boston: Stockholm Environment Institute – Boston) nghiên cứu phát triển Phần mềm Weap t nh toán nhu cầu ùng nước dựa ngu ên ý ản t nh toán CBN Thành phần cung cấp nước ng chả nước mặt, kho nước ngầm, hồ chứa nước hay từ ưu vực khác Thành phần sử dụng nước khu đô thị, khu công nghiệp, khu tưới cho nông nghiệp… có t nh đến điều kiện thực tế việc tái sử dụng nước, ng chảy môi trường, suất má móc, chi ph việc phân phối ưu tiên sử dụng tài ngu ên nước Mô h nh Weap thuộc kiểu mô h nh mạng ưới, sơng nhánh hợp ưu ch nh biểu di n iên kết nhánh nút Các nhánh thể đoồ tha đổi theo thời gian ch nh ưu ượng trước ũ qu định qu tr nh iên hồ chứa 3.3.1.2 Hồ chứa có nhiệm vụ phát điện Đối với hồ chứa phát điện nằm độc lập, điều tiết phát điện t nh theo biểu đồ công suất mà hệ thống điện hu động cho hồ xét Kết t nh tr nh ưu ượng qua nhà má Thuật toán t nh điều tiết tr nh h nh 3.5 Đối với hồ chứa phát điện nằm hệ thống ậc thang cần phải kiểm tra điều kiện ngập chân o nước ềnh từ hồ ph a ưới Quá tr nh t nh toán tr nh sơ đồ h nh 3.6 72 Bắt đầu Nhập số liệu đầu vào: Mưa, Bốc hơi, ng chả , Lượng nước cầu tưới - Các thông số hồ chưa … Mô ph ng ng chả đến tiểu ưu vực mô h nh NAM T nh toán vận hành điều tiết hồ chứa ưu vực sơng Ba T nh tốn Cân ằng nước Xuất kết Kết thúc Hình 3.3 Sơ đồ mô ph ng cân ằng nước ưu vực sông Ba 73 Bắt đầu Nhập số liệu i=1 V(i) = V(i-1) + [Q(i) - qr(i)] t Đúng V(i) > Vmax Qx(i) = [V(i) - Vmax]/t V(i) = Vmax Sai Đúng V(i) Vc Giả định lại Vh Sai Qx(i) = V(i) = V(i-1) + [Q(i) - qr(i)] t i = i+1 Sai i>n Đúng T nh ượng nước theo cầu cấp nước thượng hạ ưu Kết thúc Hình 3.4: Sơ đồ t nh tốn điều tiết hồ chứa cấp nước Chú thích: Q(i): Lưu ượng đến thời đoạn i; qr(i): ưu ượng xả thời đoạn i; Vh: ung t ch hồ; Qx(i): Lưu ượng xả tràn thời đoạn i 74 Bắt đầu Nhập số liệu Q(t), Z~V, Vo, N(t) Giá trị qtb(t) = q1 (thời gian đầu t = 0) i=1 V(i-1) = V qtb(i) = q1 Đúng i=1 Sai qtb(i) = qtb(i-1) Qx(i) = qtb(i) V(i) = V(i-1) + [Q(i) - Qx(i)] t T nh tổn thất WTT(i) t nh ại ung t ch hồ: V(i) = V(i) – WTT(i) V(i) ≥ Vbt Sai V = V(i) + V(i-1) Đúng Qx(i)=Qx(i)+V(i)-Vbt/t Zt(i) = f(V); Zh(i) = f(Qx(i)) Ntt(i) = 8,5.qtb(i).[Zt(i) – Zh(i)] Đúng qtb(i) = qtb(i) ± q Sai |Ntt(i) – N(i)| i = i +1 Sai i>n Đúng Kết thúc Hình 3.5: Sơ đồ t nh điều tiết cho hồ chứa phát điện độc lập 75 Bắt đầu Với số liệu Q(t), Z~V, Vo, N(t), mực nước j=1 T nh theo sơ đồ 3.5 với giả định mực nước hạ ưu lần lặp phụ thuộc Qxả, tra đường quan hệ H~Q hạ ưu đập T nh theo sơ đồ 3.4 j = j+1 Sai j>M Đúng Z(j+1,i)≥ Zh=H(Qx(j,i)) Z (nj,i2) Z n 1 ( j ,i ) Z n ( j ,i ) Sai Zh(j,i) = Z(j+1,i) Đúng |Z(j,i)(n+1) - Z(j,i)n | Sai Đúng Xuất kết Kết thúc Hình 3.6: Sơ đồ t nh điều tiết cho hồ chứa phát điện nằm hệ thống hồ chứa bậc thang 3.3.2 Giới thiệu sở lý thuyết mơ hình NAM Mô h nh NAM từ viết tắt tiếng Đan Mạch “Ne Mo e ”, có nghĩa mơ h nh mưa – or – Afstromnings – ng chả Mô h nh nà o Khoa Tài Ngu ên nước Thuỷ lợi Trường Đại học Đan Mạch xâ 76 ựng (Nie sen Hansen, 1973) Mô h nh NAM oại mô h nh ể chứa sử dụng t nh ng chảy từ mưa mô ph ng mô h nh MIKE 11 Mô h nh NAM xâ dựng ngu ên tắc xếp bể chứa theo chiều thẳng đứng bể chứa tuyến t nh nằm ngang (h nh 3.7) Bể chứa mặt Lượng ẩm trữ ề mặt thực vật, ượng nước điền trũng bề mặt ưu vực đặc trưng ởi ượng trữ bề mặt Umax đặc trưng cho giới hạn trữ nước tối đa bể nà Lượng nước U bể chứa mặt giảm dần bốc hơi, o thất thoát theo phương nằm ngang ( ng chả sát mặt) Khi ượng nước nà vượt ngưỡng Umax th phần ượng nước vượt ngưỡng PN chả vào suối ưới dạng ng chả tràn mặt phần c n ại thấm vào bể sát mặt ể ngầm Hình 3.7: Cấu trúc mơ h nh NAM Bể sát mặt bể tầng rễ Bể nà thuộc phần r câ , ớp đất mà thực vật hút nước để ẩm Lmax đặc trưng cho ượng ẩm tối đa mà ể nà chứa Lượng ẩm bể chứa nà đặc trưng đại ượng L L phụ thuộc vào ượng tổn thất thoát thực vật Lượng ẩm nà ảnh hưởng đến ượng nước xuống bể chứa ngầm để bổ sung nước ngầm 77 Bốc thoát Nhu cầu bốc thoát nước trước tiên để th a mãn tốc độ bốc thoát tiềm bể chứa mặt Nếu ượng ẩm bể chứa mặt nh nhu cầu nà , th lấy ẩm từ tầng r câ theo tốc độ Ea Trong Ea tỷ lệ với ượng bốc thoát tiềm Ep: Ea = (Ep-U) L/Lmax Dòng chảy mặt Khi bể chứa mặt tràn nước, U ≥ Umax, th ượng nước vượt ngưỡng PN (PN = U- Umax) h nh thành PN, tham gia h nh thành ng chảy mặt thấm xuống ưới QOF phần ng chảy mặt, tỷ lệ thuận với P¬N tha đổi tuyến t nh với độ ẩm tương đối L/Lmax tầng r câ : L TOF Lmax CQOF PN TOF QOF = Với Trong đó: CQOF hệ số Với L/Lmax >TOF (3.8) L/Lmax < TOF ng chảy mặt (0 CQOF ) TOF ngưỡng ng chảy mặt (0 TOF 1) Phần c n ại PN thấm xuống ưới Một phần (PN -QOF) thấm xuống ưới nà àm tăng ượng ẩm L bể chứa tầng r câ Phần c n ại thẩm thấu xuống sâu để bổ sung cho bể chứa tầng ngầm Dòng chảy sát mặt D ng chả sát mặt phụ thuộc vào độ ẩm tầng r câ : L TIF 1 Lmax ( CKIF ) Ui Với QIF = TIF =0 Trong đó: TIF ngưỡng sinh CKIF số thời gian Với L/Lmax >TIF (3.9) L/Lmax < TIF ng chả sát mặt (0 TIF 1) ng chả sát mặt Bổ sung dòng chảy ngầm Lượng nước thấm xuống G, bổ sung cho bể chứa ngầm phụ thuộc vào độ ẩm 78 đất tầng r câ : L TG G = ( PN QOF ) L max Với TG L/Lmax > TG Với L/Lmax ≤ TG =0 (3.10) Với TG giá trị ượng nước ổ sung cho tầng ngầm (0 ≤ TG ≤ 1) Lượng ẩm đất Bể chứa tầng sát mặt biểu thị ượng nước có tầng r câ Lượng mưa hiệu sau trừ ượng nước tạo ng chảy mặt, ượng nước bổ sung cho tầng ngầm, bổ sung àm tăng độ ẩm đất tầng r câ L ằng ượng DL: DL = PN - QOF – G Diễn tốn dòng chảy D ng chảy mặt ng chả sát mặt di n tốn thơng qua hai ể chứa tuyến t nh theo thời gian với số thời gian CK1,2 Khi t nh thành phần ưu ượng nước mặt qua bể tuyến t nh với số thời gian CK t nh sau: CK 12 CK OF CK 12 OFmin Trong đó: OF for OF OFmin for OF OFmin (3.10a) ng chảy mặt (mm/h), OFmin giới hạn cho tu ến t nh định tuyến (= 0,4 mm/giờ) β = 0,4 Di n tốn ng chảy mặt theo cơng thức (3.10b): OF QOF(1 e t / CK ) OFi1.e t / CK (3.10b) Trong hệ số CK t nh theo công thức (3.10a); OFi-1 ng chảy mặt thời đoạn trước Di n tốn ng chảy mặt theo cơng thức (3.10c): IF QIF (1 e t / CK12 ) IFi1.e t / CK12 Trong IFi-1 ng chả sát mặt thời đoạn trước 79 (3.10c) D ng chảy ngầm di n toán thông qua bể chứa tuyến t nh theo thời gian với số thời gian CKBF BF G(1 e t / CKBF ) BFi1.e t / CKBF Trong BFi-1 (3.10d) ng chảy ngầm thời đoạn trước Δt thời đoạn t nh tốn (h), mơ h nh t nh theo mưa ngà th Δt =24h Bảng 3.1: Các thông số ch nh mô h nh NAM Thông số Đơn vị Mô Tả Lượng nước tối đa ể chứa tầng r câ Lmax gọi Lmax [mm] ượng ẩm tối đa tầng r câ để thực vật hút để nước Lượng nước tối đa trữ ể chứa mặt Có thể gọi ượng Umax [mm] nước điền trũng, rơi mặt thực vật chứa vài cm ề mặt đất Hệ số ng chả mặt (0≤CQOF≤1) Qu ết định phân phối CQOF [-] mưa hiệu cho ng chả ngầm thấm CKIF số thời gian ng chả sát mặt CKIF CKIF [hours] với Umax qu ết định ng chả sát mặt Nó chi phối thơng số i n tốn ng chả sát mặt CKIF >>CK12 Giá trị ngưỡng ng chả mặt (0≤TOF≤1) D ng chả mặt TOF [hours] h nh thành ượng ẩm tương đối đất tầng r câ ớn TOF Giá trị ngưỡng ng chả sát mặt (0≤TIF≤1) D ng chả TIF [-] sát mặt h nh thành ượng ẩm tương đối tầng r câ ớn TIF Hằng số thời gian cho i n toán ng chả mặt sát mặt CK12 [-] D ng chả mặt sát mặt i n toán theo ể chứa tu ến t nh theo chuỗi với số thời gian CK12 Hằng số thời gian ng chả ngầm D ng chả ngầm từ ể CKBF [-] chứa ngầm tạo sử ụng mô h nh ể chứa tu ến t nh với số thời gian CKBF Giá trị ngưỡng ượng nước ổ sung cho ng chả ngầm TG [hours] (0≤TG≤ 1) Lượng nước ổ sung cho ể chứa ngầm h nh thành số ẩm tương đối tầng r câ ớn TG Lưu ượng t nh thời điểm t t nh tốn theo cơng thức (3.10e): Q 1000 Y FLV T (m3/s) (3.10e) Trong Y = OF+IF+BF (mm); Flv iện t ch ưu vực (km2) Các tham số ch nh mô h nh thống kê ảng 3.1 80 3.3.3 Thuật tốn tính lưu lượng nút nhập lưu theo mơ hình NAM Thuật tốn t nh ng chả tr nh h nh 3.8 Hình 3.8: Sơ đồ t nh toán tr nh ưu ượng Q~t mô h nh NAM cho ưu vực nhập ưu có N thời đoạn t nh tốn 81 3.3.4 Dữ liệu sử dụng cho tính tốn Dữ liệu cần sử dụng t nh toán CBN vận hành hồ chứa gồm nội dung sau đâ Dòng chảy đến nhập lưu D ng chảy tự nhiên đến nút hồ chứa nút CBN xác định theo tr nh ưu ượng có sẵn (đo đạc t nh toán trước) kết t nh tốn từ mơ h nh mưa - ng chả (có sẵn chương tr nh) Khi sử dụng mô h nh mưa – ng chả để t nh toán nhập ưu cần tài iệu thực đo dự áo mưa ưu vực sông Dữ liệu hồ chứa Tại nút hồ chứa cần có ữ liệu sau: - Các quan hệ địa h nh hồ chứa Z~V, Z~F; - Các đặc trưng ung t ch mực nước hồ chứa: ung t ch tổng cộng, dung t ch hữu ch, ung t ch chết, ung t ch kết hợp, ung t ch gia cường; mực nước âng nh thường, mực nước chết, mực nước gia cường, mực nước trước ũ - Biểu đồ điều phối hồ chứa; Các tham số thiết kế công tr nh: - Các thông số công tr nh: cống lấ nước, qu mô công tr nh xả ũ, cao tr nh ngưỡng cống tràn - Lưu ượng lớn qua cống lấ nước, ưu ượng lớn qua công tr nh xả tràn công tr nh cống xả cát, cống đảm bảo ng chả môi trường Các tham số thiết kế trạm thủ điện gắn với hồ chứa, gồm: - Công suất đảm bảo công suất lắp má ; - Lưu ượng lớn nh cho phép qua nhà má ; - Các quan hệ biểu đồ t nh toán tổng cột nước tổn thất ượng; - Đường quan hệ H~Q tuyến nhà má thủ điện; - Biểu đồ hu động công suất thời gian vận hành hồ chứa 82 Lưu ượng tối thiểu xuống hạ du nút kiểm sốt hạ ưu hồ (nếu có) để đảm bảo ng chảy tối thiểu hạ du Dữ liệu t nh toán tổn thất bốc mặt hồ Đối với hồ chứa nh àm nhiệm vụ cấp nước khơng có đặc trưng địa h nh hồ chứa (quan hệ Z~V, Z~F) chương tr nh t nh CBN buộc phải có liệu ung t ch hiệu dụng Dữ liệu yêu cầu tưới cấp nước Đối với nút tưới cấp nước cần có iểu đồ ưu ượng tổng ượng cầu tưới cấp nước (công nghiệp, sinh hoạt) theo thời đoạn t nh toán th ch hợp Dữ liệu nút kiểm soát kiệt Lưu ượng tối thiểu nút kiểm soát kiệt mực nước tối thiểu nút kiểm soát Đối với nút kiểm soát đặc trưng mực nước (thường nút trạm ơm tưới) phải có đường quan hệ H~Q nút mực nước thiết kế bể hút tương ứng 3.3.5 Lập chương trình tính tốn Để mơ ph ng CBN ưu vực sơng vận hành hệ thống hồ chứa thời kỳ mùa kiệt, tác giả ập chương tr nh t nh toán theo ngôn ngữ FORTRAN 77 Chương tr nh lập với tham gia hoạt động hệ thống hồ chứa có nhiệm vụ cấp nước phát điện Các nút hệ thống đánh số theo nút đặc trưng (nút hồ chứa, nút tưới, nút cấp nước, nút phát điện, nút kiểm soát nút CBN) Chương tr nh cho phép t nh toán với loại hồ chứa có chu ển nước sang ưu vực khác có mơ ph ng vận hành hồ chứa Chương tr nh t nh toán tr nh Phụ lục 3.1 3.4 Xác định thông số mơ hình NAM Ba-Model lưu vực sơng Ba 3.4.1 Xác định tiểu lưu vực phục vụ tính tốn nước đến nút hồ chứa Vận hành theo thời thực hồ chứa lớn Ka Nak, An Khê, A un Hạ, Ba Hạ, Sông Hinh, Krông H’Năng thời kỳ mùa kiệt mục tiêu nghiên cứu ch nh 83 luận án Bởi vậ , mô h nh NAM mô ph ng ưu vực gắn với điểm tập trung nước đến hồ chứa SƠ ĐỒ PHÂN CHIA CÁC TIỂU LƯU VỰC SÔNG BA KaNak An Khê An Khê Ayun Hạ An Khê An Khê HL Ayun An Khê Krong Pa S Ba Ha HL Củng Sơn HL- Krong H’Năng Củng Sơn Krong H’Năng Sông Hinh Hình 3.9: Sơ đồ phân chia tiểu ưu vực để mô ph ng theo mô h nh NAM 84 Dựa vào đặc điểm mạng sông, vị tr hồ chứa lớn ưu vực vị tr trạm thủy văn, luận án chia ưu vực sông Ba (t nh đến đập Đồng Cam) thành 14 tiểu ưu vực ưu vực mô ph ng t nh tốn ng chả đến theo mơ h nh NAM Bản đồ phân chia tiểu ưu vực thể h nh 3.8 Mô tả giới hạn tiểu ưu vực iện t ch tương ứng thống kê ảng 3.2 Các ưu vực thành phần phân chia theo ngu ên tắc sau: - Theo đặc điểm mạng ưới sơng; - Có iên quan trực tiếp đến hồ chứa Ka Nak, An Khê, Sông Hinh, Krông H’Năng Ba Hạ - Mỗi ưu vực có ượng mưa tương đối đồng theo đồ đẳng trị mưa tr nh chương 2; - Có trạm đo mưa ưu vực phù hợp với trạm đo thủ văn Bảng 3.2: Mô tả giới hạn tiểu ưu vực phân chia TT Lưu vực Mô tả Ka Nak Thượng nguồn sông Ba t nh đến hồ Ka Nak An Khê Khu hồ Ka Nak hồ An Khê An Khê Từ hồ An Khê đến trạm thủ văn An Khê An Khê Các sông suối nh từ hồ AnKhê đến Yang Nam An Khê Từ Yang Nam đến hợp ưu với sông A un An Khê Lưu vực sông Ea Thun A un Hạ Lưu vực tập trung nước đến hồ A un Hạ Hạ A un Từ hồ A un hạ đến ngã nhập ưu sông A un với sông Ba Krông Pa Từ ngã A un hạ đến nhập ưu Krông H'Năng với sông Ba 10 Sông Ba Hạ Từ nhập ưu sông Krông H' Năng với sông Ba đến hồ Ba Hạ 11 Krông H'Năng Lưu vực thủ điện Krông H'Năng 12 Hạ KrôngH'Năng Hồ Krông H’Năng đến nhập ưu sông Ba 13 Sông Hinh Lưu vực thủ điện Sông Hinh 14 Củng Sơn Khu từ thủ điện Ba Hạ, Sông Hinh đến trạm Củng Sơn 85 3.4.2 Tích hợp mơ hình thành phần xác định tham số mơ hình NAM Nhập số liệu mưa Nhập số liệu ưu ượng thực đo, số liệu đặc trưng ưu vực sơng, số liệu hồ chứa T nh tốn nhập ưu cho ưu vực khu theo mô h nh NAM DIỄN TỐN DỊNG CHẢY TRÊN HỆ THỐNG SƠNG Tại đoạn sơng thứ j di n tốn theo mô h nh Muskingum: - Tham số mô h nh Kj Xj đoạn sơng - Lưu ượng vào đoạn sông ằng tổng ưu ượng tr nh: Lưu ượng nhập ưu khu t nh theo Mô h nh NAM; tổng ưu ượng đoạn sông hồ chứa nối với đoạn sông nà - Lưu ượng đoạn sơng kết di n tốn đoạn sơng Tại nút hồ chứa: Di n tốn vận hành điều tiết ng chảy qua hồ chứa - Lưu ượng vào hồ ằng tổng ưu ượng tr nh ưu ượng nhập ưu khu giứa t nh theo Mô h nh NAM; tổng ưu ượng đoạn sông hồ chứa nối với đoạn sông nà - Lưu ượng hồ chứa kết di n toán qua hồ chứa XUẤT SỐ LIỆU TÍNH TỐN Q tr nh ưu ượng nút nhập ưu Quá tr nh ưu ượng vào nút hồ chứa, tr nh ung t ch mực nước hồ tương ứng Quá tr nh ưu ượng đến thực đo nút kiểm tra Quá tr nh ưu ượng nút kiểm sốt kiệt Hình 3.10: Các ước t nh tốn mơ h nh Ba –Model 86 Mô ph ng t ch hợp mô h nh thành phần mô h nh Ba-Mo e mô ph ng mối iên kết t nh tốn đoạn sơng, nút nhập ưu nút hồ chứa Cụ thể sau: - Với đoạn sông mô ph ng ệnh iên kết với nút nhập ưu, nút hồ chứa đoạn sông khác: nút nhập ưu, đoạn sông hồ chứa iên kết với nút nút ưới đoạn sơng - Với nút hồ chứa: mô ph ng ệnh iên kết với đoạn sông, nhập ưu hồ chứa khác tương tự mô ph ng đoạn sơng 3.4.3 Xác định thơng số mơ hình NAM Sơ đồ hệ thống bao gồm đoạn sông, nút nhập ưu, nút hồ chứa nút kiểm soát Khu vực nghiên cứu mô ph ng gồm 13 nút nhập ưu, 15 đoạn sông nút hồ chứa Có nút kiểm sốt chọn v tr An Khê Củng Sơn, ùng để kiểm định thông số mô h nh hệ thống Lưu vực sông Ba đến Củng Sơn ưu vực lớn, để đảm bảo độ ch nh xác có sở t nh ưu ượng đến hồ chứa thủ điện th nghiên cứu nà chia 14 tiểu ưu vực, tiểu ưu vực nà chia đến hồ chứa thủ điện lớn sông Ba hồ thủy lợi Ayun Hạ 3.4.3.1 Lựa chọn số liệu hiệu chỉnh kiểm định mô h nh Số liệu kh tượng thủ văn: - Số liệu mưa: Dùng số liệu trạm đo ưu vực: Porome, AnKhe, AYunPa, Krong Pa, Củng Sơn - Số liệu bốc hơi: An Khê, AYunPa, Sơn H a - Lưu ượng sông Hinh (số liệu thực đo từ năm 1985-1991, từ 1999-2011), để hiệu chỉnh kiểm định mô h nh - Lưu ượng An Khê, Củng Sơn lấy số liệu thực đo từ năm 1979 đến 2010 Dữ liệu sử dụng từ năm 1979 đến 1995 để hiệu chỉnh mô h nh số liệu từ năm 1995 đến năm 2010 để kiểm định mô h nh, việc tr ch xuất số liệu đánh giá b năm để giảm sai số điều kiện an đầu V ưu vực lớn, trạm mưa nằm ưu vực thưa, tiểu ưu vực lấy ứng với số liệu mưa gần ưu vực 87 Các tiểu ưu vực có số liệu thực đo An Khê, sông Hinh sử dụng để hiệu chỉnh kiểm định t m ộ thông số tiểu ưu vực nà , tiểu ưu vực khác hiệu chỉnh thêm từ ưu vực tổng thể Củng Sơn tiểu ưu vực ân cận Lưu vực sông Hinh nằm vùng tâm mưa sông Ba, tu nhiên số liệu đo mưa iên tục khu vực nà khơng đầ đủ, o chọn trạm mưa Củng Sơn gần Qua so sánh tương quan số liệu đo trạm Củng Sơn nằm vùng mưa nh với số liệu thực có khu vực sông Hinh, kết hợp kết hiệu chỉnh sông Hinh tốt th mưa ưu vực sông Hinh lấy 1,8 lần mưa Củng Sơn phù hợp Bảng 3.3: Trạm đo mưa ốc sử dụng mô h nh NAM TT Lưu vực Diện t ch (km2) Mưa Bốc Ka Nak 833 An Khê An Khê An Khê 398 An Khê An Khê An Khê 111 An Khê An Khê An Khê 1542 An Khê An Khê An Khê 1052 0,5An Khê + 0,5xAn Khê + 0,5AnYun Pa 0,5AnYun Pa An Khê 326 AnYun Pa AnYun Pa Ayun 1649 Porome AnYun Pa Hạ A un 1548 AnYun Pa AnYun Pa Krông Pa 1297 Krông Pa AnYun Pa 10 Sông Ba Hạ 635 Krông Pa AnYun Pa 11 Krông H'Năng 1130 Krông Pa AnYun Pa 12 Hạ Krông H'Năng 625 Krông Pa AnYun Pa 13 Sông Hinh 763 1.8xCủng Sơn AnYun Pa 14 Củng Sơn 433 Củng Sơn Sơn H a 3.4.3.2 Hiệu chỉnh kiểm định mô h nh Hiệu chỉnh mơ h nh thực theo phương pháp tối ưu hóa phương pháp thử sai Trong luận án nà sử dụng phương pháp thử sai để xác 88 định tham số mô h nh Quá tr nh hiệu chỉnh mô h nh tr nh sơ đồ h nh 3.10a, kiểm định mô h nh thực theo sơ đồ h nh 3.10 Bắt đầu Nhập số liệu mưa, ốc hơi, ng chảy, diện t ch ưu vực Giả thiết giá trị mô h nh NAM cho tất ưu vực nhập ưu Mỗi ưu vực thông số: Lmax, Umax, CQOF, CKIF, TOF, TIF, CK12, CKBF, TG T nh tr nh ưu ượng ưu vực nhập ưu Q(t) T nh đoạn sông: - Giả thiết giá trị K, X cho tất đoạn sông - Qua hồ di n tốn kiệt tồn hệ thống sơng Đánh giá sai số nút kiểm tra theo tiêu Nash: Q n R2 1 i 1 n Q i 1 Qsim,i obs,i obs,i Q obs Đánh giá sai số cho phép Sai Đúng Xuất kết Kết thúc Hình 3.11a: Sơ đồ xác định thông số mô h nh NAM mô h nh Ba-Model Hiệu chỉnh kiểm định mô h nh NAM cho ưu vực An Khê Củng Sơn Để đánh giá mức độ hiệu mô h nh sử dụng số sau: 89 (Q Q ) Nash (Q Q ) (Q Q ).(Q Q ) R (Q Q ) (Q Q n i 1 n obs ,i i 1 obs ,i sim ,i (3.13) obs n i 1 obs ,i i 1 sim ,i obs n obs ,i sim n i 1 obs sim,i sim (3.14) ) Trong đó: - Nash: Hệ số Nash; R: Hệ số tương quan; - Qobs, Qsim: Lưu ượng thực đo mô ph ng; - Qobs , Q sim : Lưu ượng thực đo mô ph ng trung nh Theo tiêu chuẩn tổ chức Kh tượng Thế giới (WMO) tiêu Nash đánh giá theo ảng 3.4 3.5 Bắt đầu Nhập số liệu mưa, ốc hơi, ng chảy, diện t ch ưu vực Giả thiết giá trị mô h nh NAM cho tất ưu vực nhập ưu Mỗi ưu vực thông số: Lmax , Umax, CQOF, CKIF, TOF, TIF, CK12, CKBF, TG T nh tr nh ưu ượng ưu vực nhập ưu Q(t) T nh đoạn sông: - Nhập giá trị K, X cho tất đoạn sông - Qua hồ di n tốn kiệt tồn hệ thống sơng Đánh giá sai số nút kiểm tra theo tiêu Nash: Q n R2 1 i 1 n Q i 1 Qsim,i obs,i obs,i Q obs Kết thúc Hình 3.11b: Sơ đồ kiểm định mô h nh NAM mô h nh Ba-Model 90 Kết hiệu chỉnh kiểm định mô h nh cho trạm Củng Sơn tổng hợp bảng 3.6 3.7 Kết t nh toán chi tiết thể Phụ lục 3.2 Từ kết hiệu chỉnh kiểm định ưu vực An Khê (tại trạm thủ văn An Khê), Củng Sơn sông Hinh cho thấy hệ số NASH lớn 0.65 theo tiêu chuẩn WMO đạt tốt, kết mô ph ng ưu ượng, tổng ượng chả t nh toán thực đo ám sát nhau, tương quan mưa ng ng chảy ưu vực An Khê, Củng Sơn sông Hinh tương đối chặt chẽ, hệ số tương quan lớn 0.8 Chứng t thông số mô h nh tiểu ưu vực ưu vực sông Ba đủ độ tin cậ , ùng để mô ph ng ng chả cho tiểu ưu vực khu vực nghiên cứu Bộ thống số mô ph ng NAM mô h nh Ba-Mo e thống kê bảng 3.8 Bảng 3.4: Đánh giá mức độ mô ph ng mô h nh tương ứng với số NashSutcliffe (Theo Moriasi, 2007) Nash-Sutcliffe 0,75
Ngày đăng: 19/07/2019, 15:26
Xem thêm: Xây dựng mô hình toán vận hành hệ thống hồ chứa đa mục tiêu thời kỳ mùa kiệt cho lưu vực sông ba
