Nghiên cứu phân bổ nguồn nước và vận hành hợp lý hệ thống hồ chứa lưu vực sông vu gia – thu bồn trong mùa cạn

i BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI VIỆT NAM TÔ VIỆT THẮNG LUẬN ÁN TIẾN SỸ NGHIÊN CỨU PHÂN BỔ NGUỒN NƢỚC VÀ VẬN HÀNH HỢP LÝ HỆ THỐNG HỒ CHỨA LƢU VỰC SÔNG VU GIA - THU BỒN TRONG MÙA CẠN Chuyên ngành: Kỹ thuật tài nguyên nước Mã số: 58 02 12 Literature review HÀ NỘI, 2019 ii BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI VIỆT NAM TÔ VIỆT THẮNG LUẬN ÁN TIẾN SỸ NGHIÊN CỨU PHÂN BỔ NGUỒN NƢỚC VÀ VẬN HÀNH HỢP LÝ HỆ THỐNG HỒ CHỨA LƢU VỰC SÔNG VU GIA - THU BỒN TRONG MÙA CẠN Chuyên ngành: Kỹ thuật tài nguyên nước Mã số: 58 02 12 CÁN BỘ HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Ngô Lê Long PGS.TS Nguyễn Tùng Phong HÀ NỘI, 2019 iii LỜI CAM ĐOAN Tôi Tô Việt Thắng, xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các nội dung kết nghiên cứu luận án trung thực chưa cơng bố cơng trình khoa học TÁC GIẢ Tô Việt Thắng iv LỜI CẢM ƠN Trước hết, tác giả xin chân thành cảm ơn giúp đỡ quý báu Cơ sở đào tạo - Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả thực luận án Với lịng kính trọng biết ơn sâu sắc tác giả xin gửi lời cảm ơn tới PGS TS Ngô Lê Long - Đại học Thủy Lợi; PGS.TS Nguyễn Tùng Phong - Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam, GS.TS Lars Ribbe – Trường đại học Khoa học ứng dụng Cologne, CHLB Đức hướng dẫn tác giả suốt q trình tìm hiểu, nghiên cứu hồn thiện luận án Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy, cô giáo đồng nghiệp Viện khoa học Thủy lợi Việt Nam, Trường Đại học Thủy lợi; Trường Đại học Khoa học ứng dụng Cologne tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả suốt trình học tập thực luận án Cuối cùng, tác giả xin gửi lời cảm ơn đến bạn bè, đồng nghiệp người thân giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả suốt thời gian học tập, nghiên cứu thực luận án TÁC GIẢ Tô Việt Thắng v MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết luận án Mục tiêu nghiên cứu đề tài Đối tượng phạm vi nghiên cứu Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu 5 Nội dung nghiên cứu 6 Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận án Cấu trúc luận án Những đóng góp luận án CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP TÍNH TỐN PHÂN BỔ NGUỒN NƢỚC HỒ CHỨA THEO LƢU VỰC SÔNG 1.1 Một số thuật ngữ định nghĩa 1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu phân bổ nguồn nước lưu vực sông giới Việt Nam 10 1.2.1 Hồ chứa phương pháp vận hành phân bổ nguồn nước hồ chứa 10 1.2.2 Tổng quan nghiên cứu vận hành phân bổ nguồn nước hồ chứa sử dụng phương pháp mô 12 1.2.3 Tổng quan nghiên cứu vận hành phân bổ nguồn nước hồ chứa sử dụng phương pháp tối ưu 15 1.2.4 Tổng quan nghiên cứu vận hành phân bổ nguồn nước hồ chứa sử dụng phương pháp kết hợp mô phỏng-tối ưu 22 1.3 Tổng quan tình hình nghiên cứu vận hành hồ chứa phân bổ nguồn nước lưu vực sông VGTB 28 1.4 Tóm lược Quy trình vận hành liên hồ chứa (Quy trình 1537) lưu vực sông VGTB: 31 1.5 Hạn chế khoảng trống nghiên cứu vận hành liên hồ chứa phân bổ nguồn nước hợp lý LVS VGTB 35 1.6 Lựa chọn cơng cụ tính tốn 36 1.7 Kết luận Chương 1; Hướng tiếp cận định hướng nghiên cứu Luận án 44 vi CHƢƠNG NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC XÂY DỰNG MƠ HÌNH PHÂN BỔ NGUỒN NƢỚC VÀ VẬN HÀNH HỆ THỐNG HỒ CHỨA HỢP LÝ LƢU VỰC SÔNG VU GIA – THU BỒN TRONG MÙA CẠN 47 2.1 Giới thiệu hệ thống hồ chứa lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn lựa chọn hồ chứa cho nghiên cứu 47 2.2 Thiết lập mơ hình mơ ngẫu nhiên dịng chảy đến hồ có xét tới tương quan thủy văn hệ thống 50 2.2.1 Tính bất định mơ Monte-Carlo 50 2.2.2 Xác lập dạng phân bố xác suất cho chuỗi dòng chảy tới 04 hồ 52 2.2.3 Thiết lập tương quan thủy văn nhánh sông 55 2.2.4 Tạo chuỗi số ngẫu nhiên thời đoạn 10 ngày tới 04 hồ 57 2.3 Thiết lập mơ hình vận hành hệ thống hồ chứa đa mục tiêu 62 2.3.1 Thiết lập toán 63 2.3.1.1 Đặc điểm hệ thống hồ chứa 63 2.3.1.2 Các điểm kiểm soát hạ lưu 64 2.3.1.3 Mục tiêu hàm mục tiêu 65 2.3.1.4 Các ràng buộc toán 67 2.3.2 Thiết lập mơ hình mơ vận hành hệ thống liên hồ chứa 70 2.3.3 Thiết lập mơ hình tìm kiếm tối ưu kết nối với mơ hình mơ 72 2.3.3.1 Tối ưu hệ thống 72 2.3.3.2 Các biến định 73 2.3.3.3 Khai báo hàm mục tiêu 74 2.3.3.4 Thiết lập thông số chạy mô 74 2.3.4 Xây dựng mơ hình mơ vận hành liên hồ chứa HEC-RESSIM 76 2.3.4.1 Giới thiệu mơ hình HEC-RESSIM 76 2.3.4.2 Mô hệ thống hồ chứa mơ hình HEC-RESSIM 78 2.3.4.3 Hiệu chỉnh kiểm định mơ hình HEC-RESSIM 79 2.4 Kết luận chương 83 CHƢƠNG KẾT QUẢ TÍNH TỐN VẬN HÀNH HỆ THỐNG HỒ CHỨA LƢU VỰC SÔNG VU GIA – THU BỒN NÂNG CAO HIỆU QUẢ PHÂN BỔ NGUỒN NƢỚC 86 3.1 Xác định kịch vận hành 04 hồ chứa 87 vii 3.2 Minh họa chi tiết kết tính tốn vận hành tối ưu số kịch độc lập 90 3.3 Tổng hợp kết tính tốn vận hành tối ưu theo nhóm kịch 96 3.3.1 Kết tính tốn theo nhóm Kịch 96 3.3.2 Kết tính tốn theo nhóm Kịch theo đặc điểm hồ chứa 98 3.3.3 Kết tính tốn theo nhóm Kịch theo đặc điểm hồ chứa với tỉ lệ xả hồ Đăk Mi theo Quy trình 1537 100 3.3.4 3.4 Tổng hợp kết tính tốn tất kịch 103 Tính tốn chi tiết kịch lựa chọn mơ hình HEC-RESSIM 106 3.4.1 Ứng dụng mơ hình HEC-RESSIM mơ vận hành hệ thống hồ chứa theo Quy trình vận hành liên hồ chứa (Quy trình 1537) 107 3.4.2 Ứng dụng mô hình HEC-RESSIM mơ vận hành hệ thống hồ chứa theo quy trình lưu lượng phát điện tối ưu lựa chọn – Kịch 109 3.4.3 So sánh phân tích kết 111 3.4.3.1 Phương án mô năm 2015 2016 111 3.4.3.2 Phương án mô năm giai đoạn 1981-2008 116 3.5 Kết luận chương 121 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ……………………………………………………………… 123 TÀI LIỆU THAM KHẢO 126 DANH MỤC CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ CỦA TÁC GIẢ 131 PHỤ LỤC 1………………………………………………………………………… 133 PHỤ LỤC 2………………………………………………………………………… 148 PHỤ LỤC 3………………………………………………………………………… 176 viii MỤC LỤC BẢNG Bảng 1.1 Lưu lượng xả tối thiểu thời kỳ hồ chứa theo Quy trình 1537 HÁi Nghĩa