ỨNG DỤNG HÀM PHÂN TÍCH ĐIỀU HOÀ MÔ PHỎNG DAO ĐỘNG DÒNG CHẢY MỘT số SÔNG LỚN ở VIỆT NAM VÀ ỨNG DỤNG NÓ VÀO KHAI THÁC NGUỒN THỦY NĂNG VIỆT NAM

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC Tự NHIÊN ****** 'Tĩêỉt đ ễ t i: ỨNG DỤNG HÀM PHÂN TÍCH ĐIỀU HỒ MƠ PHỎNG DAO ĐỘNG DỊNG CHẢY MỘT s ố SƠNG LỚN VIỆT NAM VÀ ỨNG DỤNG NÓ VÀO KHAI THÁC NGUỒN THỦY NĂNG VIỆT NAM MÃ SỐ: QT-05-35 O AI H Ọ C Q U Ộ C G IA HÀ NỘ I TRUNG TÂM THÕNG TIN THƯ VIÊN & /S S V Chủ trì đề tài: PGS.TS NGUYÊN VÃN TUẦN n Ị Ỉ Ã ;1k Nì: n Ọ H ì '/MVi 0NOeji lO N y h V IS pọne O O H 1VQ HÀ NỘI - 2006 TÓM TẮT ĐỂ TÀI NGHIÊN cứu KHOA HỌC a) Tên đề tài: ứng dụng hàm phâm tích điều hồ mơ dao động dịng chảy số sông lớn Việt Nam ứng dụng vào vận hành hệ thống nhà máy thuỷ điện Mã số: QT-05-35 b) Chủ trì đề tài: PGS.TS Nguyễn Văn Tuần c) Các cán tham gia: NCS Nguyễn Đức Hạnh d) Mục tiêu nội dung nghiên cứu M ục tiêu: Sử dụng làm phân tích điều hồ để mơ dịng chảy hai sơng Đà sông Đồng Nai ứng dụng kết mô vào vận hành hai nhà máy Thuỷ Điện Hoà Bình Trị An Nội dung: - Thu thập bổ sung tài liệu dịng chảy hai sơng lớn: Sơng Đà sông Đồng Nai - Tổng quan mô hình thống kê mơ dịng chảy sơng ngịi ứng dụng hàm phân tích điều hồ để mơ dịng chảy - Úng dụng kết mơ để vận hành khai thác hệ thống nhà máy thuỷ điện Quốc gia e) K ết nghiên cứu - Đã thu thập bổ sung tài liệu dịng chảy Sơng Đà trạm Thuỷ văn Hồ bình trạm Tà Lài sông Đồng Nai - Đã dùng hàm phân tích điều hồ để mơ dịng chảy năm, mùa tháng sông Đà sông Đồng Nai Kết cho thấy hàm mơ tốt dịng chảy năm, dịng chảy mùa Sai số mơ 95% - Đã phát dịng chảy sơng Đà sơng Đồng Nai có tính bất đồng pha rõ đặc biệt tháng tháng 11 hai tháng có lượng nước thừa lớn sơng Đà bổ sung điện cho nhà máy thuỷ điện sông Đồng Nai - Đã ứng dụng mô hàm phân tích điều hồ vào định hướng khai thác hai nhà máy thuỷ điện Hồ Bình Trị An, với kịch khác Với kịch hai nhà máy hoạt động độc lập cho thấy nhà máy thuỷ điện Hồ Bình cịn thừa nước nhiều Bình qn nãm thừa 4,73 tháng Ngược lại nhà máy thuỷ điện Trị An thiếu 4,73 tháng Do cần có định hướng: - Đối vói nhà máy thuỷ điện Hồ Bình tăng dung tích để khai thác lượng nước thừa - Có thể bổ sung lượng điện nhà máy thuỷ điện Hồ Bình cho nhà máy thuỷ điện Trị An kịch liên hiệp vận hành Với kịch nhà máy thuỷ điện phối hợp vận hành có lợi đặc biệt tháng 11 Khi phối hợp vận hành cơng suất điện bình qn hàng năm nhà máy thuỷ điện Trị An tăng từ 226M W lên đến 247M W - tăng 9% - Năm 1977 miền Bắc thiếu điện phải điều hành điện tờ phía Nam có nhà máy thuỷ điện Trị An, qua tính tốn thuỷ xác vói q trình dịng chảy đến năm 1997 năm miền Bắc không thiếu điện Lý thiếu điện quy trình vận hành khơng đúng;gây lãng phí nước f) Tình hình kinh phí đề tài: Tổng kinh phí cung cấp 12.000.000đ Chi phí chi hết làm thủ tục toán đầy đủ XÁC NHẬN CỦA ĐƠN VỊ CHỦ TRÌ ĐỂ TÀI PG S.TS Phạm Văn H uấn P G S.TS N guyễn Văn Tuần XÁC NHẬN CỦA TRƯỜNG 9H® Hl^u SUMMARY a) Research title: Application of harmonic function to simulating streamflow fluctuations of several big rivers in Vietnam and their use for the operation of hydropower plants Code: QT-05-35 _ b) Research coordinator: Assoc Prof Nguyen Van Tuan c) Participant(s): PhD student Nguyen Due Hanh _ d) Aims and contents _ Aim: to simulate streamflow of Da and Dong Nai Rivers using harmonic analysis and to apply the results to operation of the Hoa Binh and Tri An hydropower plants Contents: - Collection of the up-to-date time series of flow of the two big rivers: Da and Dong Nai Rivers - Overview of statistical models simulating streamflow and the application of harmonic function to simulate streamflow - Application of the simulation results to operating and exploiting the national hydropower plant system e) Results - The up-to-date flow time series of Da River at Hoa Binh station and of Dong Nai River at Ta Lai Station have been gathered - The harmonic function has been used to simulate the annual, seasonal and monthly discharges of Da and Dong Nai Rivers The results show that the harmonic function is most suitable for simulating the annual and seasonal discharge Simulation error smaller than 10 % and correlation coefficient is greater than 95 % - The results revealed the significant phase lag between two rivers’ discharge time series, especially in two months July and November that have the maximum surcharge water in Da River Thus, the Hao Binh hydropower plant can supply the electricity for the Tri An hydropower plant in Dong Nai River - The harmonic function has been applied to simulating discharge, supporting the operational planning of the two hydropower plants, with two scenarios In the first scenario, the two hydropower plants operate independently, the Hoa Binh reservoir has a large amount of surcharge water On average, this surcharge water occur during 4.73 months yearly Conversely, Tri An hydropower plant has 4.73 months with deficit water Therefore, there are two possible actions: - With regard to Hoa Binh reservoir, its capacity can be increased to exploit the amount of surcharge water - A certain amount of electricity generated from Hoa Binh can be used to fill the deficit amount of electricity generated by Tri An in the integrative operation scenario In the second scenario where two hydropower plants operate interactively, it is very effective, especially in two months July and November When the two are operated interactively, the annual average electrical capacity of Tri An is increased from 226 MW to 247 MW (9 % increase) In 1997, a shortage of electricity occurred in the North so that electricity from the South was called upon Results of hydro-electricity calculation with the water discharge of the year 1997 indicate that this is an avoidable shortage This shortage was due to improbable operation scheme, causing a lot of water wasted f) Research expenses Total expense: 12.000.000 VN dong This amount has been used up and fully declared CERTIFIED BY FACULTY RESEARCH COORDINATOR Assoc Prof Dr Phan Van Huan Assoc.Prof Dr Nguyen Van Tuan CERTIFIED BY UNIVERSITY Prof Dr Tran Nghi MỤC LỤC TÓM TẮT ĐỀ TÀI NGHIÊN c ứ u KHOA HỌC SUMMARY OF RESARCH SCIENTIFIC SUBJECT MỤC LỤC M ổ ĐẦŨ CHUƠNG TỔNG QUAN VỀ ÚNG DỤNG MƠ HÌNH TỐN ĐỂ MƠ PHỎNG Q TRÌNH DỊNG CHẢY SƠNG NGỊI 1.1 Lịch sử q trình sử dụng mơ hình tốn thuỷ văn để mơ q trình dịng chảy sơng ngịi .8 1.2 Úng dụng mô hình ngẫu nhiên để mơ dịng chảy sơng ngịi 11 1.3 ứ ig dụng loại mô hình khác để mơ dịng chảy sơng ngịi 14 1.3.1 Mơ hình Hec-1 14 1.3.2 Mơ hình Tank 15 1.4 Các mơ hình ứng dụng để mơ dịng chảy tuyến đầu vào nhà máy thuỷ điện 16 CHUỚNG ÚNG DỤNG PHUƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ĐỀU HỒ MƠ PHỎNG CHUỖl THỊI GIAN DỊNG CHẢY SƠNG NGÒI 20 2.1 Cơ SỞlý luận phương pháp 20 2.2 Thuật toán sơ đồ giải 22 2.3 Khả ứng dụng 23 2.4 Áp dụng phương pháp phân tích điều hồ để mơ dịng chảy sơng Đà (tại trạm Hồ Bình) sông Đồng Nai (tại trạm Tà Lài) đánh giá kết mô “ 24 CHƯƠNG ỨNG DỤNG KẾT QUẢ MƠ PHỎNG Q TRÌNH DỊNG CHẢY ĐỂ VẬN HÀNH TỐI UƯ MỘT SỐ NHÀ MÁY THUỶ ĐIỆN 32 3.1 Khái niệm hệ thống nhà máy điện vận hành tối ưu nhà máy thuỷ điện 32 3.2 Một số nhà máy thuỷ điện sử dụng để vận hành tối ưu đặc trưng 33 3.3 Khái niệm phụ tải điện ứng dụng vận hành hệ thống nhà máy thuỷ điện .7 .7 36 3.3.1 Nhu cầu điện 36 3.3.2 Đồ thị phụ tải 37 3.4 Bài toán vận hành tối ưu hệ thống điện kết việc ứng dụng mơ hình tốn mơ dòng chảy vận hành tối ưu nhà máy thuỷ điện 40 3.4.1 Bài toán tổng quát 40 3.4.2 Trường hợp nhà máy điện hoạt động hoàn toàn độc lập 46 3.4.3 Kết luận việc ứng dụng mơ hình phân tích điều hồ vào vận hành hai NMTĐ Hồ Bình Trị An 51 KẾT LUẬN 52 TÀI LIỆŨ THAM K H Ả O 53 PHIẾU ĐẢNG KÝ KẾT QUẢ NG H IÊN c ứ u K H -C N 54 PHỤ LỤC MỞ ĐẦU Trong hội thảo quốc tế tổ chức vào tháng năm 1983 với tiêu đề: "Optimal Utilization of water Resources" Sử dụng tối ưu tài nguyên nước có vấn đề đáng ý [1] - Mô đầu vào trình dịng chảy vào hệ thống cơng trình nhà máy thủy điện (NMTĐ), hệ thống hồ chứa (HTHC) - Điều hành hệ thống NMTĐ HTHC - Đầu hệ thống NMTĐ HTHC điện phát nhu cầu cấp nước cho ngành kinh tế tối ưu Ba vấn đề thuộc toán điều khiển tối ưu hệ thống Bài toán nước tiên tiến Liên Xô cũ, Bungari, Nhật Bản v.v chương trình hố nước ta tài nguyên lượng nước nguồn nước vô phong phú Theo kết khảo sát lượng [2] 11 hệ thống sơng lớn nước ta có tổng cơng suất lắp máy 13.931,5 MW tương ứng với điện 249 tỷ KWh tổng lượng nước 647 km3/năm Mật độ tài nguyên nước tính theo đầu người nước ta 11.000m3/ l người/năm Con số cao khu vực Đông Nam nước ta giai đoạn xây dựng cơng trình khai thác tài nguyên nước (TNN), đặc biệt xây dựng hệ thống NMTĐ c ả nước có 14 NMTĐ tiến hành thi công: Na Hang sông Lô, Cửa Đạt sông Chu, Bản Me sông Lam, Rào quán sông Thạch Hàn, Sesan sơng Se San v.v Do nước ta chưa ý đến toán điều khiển tối ưu hệ thống NMTĐ HTHC Trong toán điều khiển hệ thống vấn đề dùng hàm ngẫu nhiên để mơ q trình dịng chảy vào NMTĐ nước ta vấn đề chưa quan tâm Dường Việt Nam quan tâm nhiều đến mơ hình tất định liên quan đến tốn tính tốn lũ cho lưu vực nhỏ Nhu cầu xã hội lớn miền núi nơi thiếu tài liệu đo đạc thủy văn cần xây dựng hồ chứa nhỏ Muốn xây dựng cần tính tốn lũ từ mưa rào từ mơ hình tất định ý Tuy tương lai gần toán điều khiển hệ thống thực vấn đề mổ q trình dịng chảy hàm ngẫu nhiên phải giải Vấn đề sử dụng mơ hình ngẫu nhiên nước ngồi sử dụng Các mơ hình Sicmakốp, phân tích phổ, hàm Arima, hàm phân tích điều hồ, hàm Tomatfiering v.v sử dụng Đề tài nhằm sử dụng hàm phân tích điều hồ để mơ dịng chảy số sơng có NMTO bước đầu ứng dụng vào khai thác nguồn thủy dòng sông Báo cáo đề tài gồm: Chương 1: Tổng quan ứng dụng mơ hình tốn để mơ dịng chảy sơng ngịi Chương 2: úng dụng mơ hình phương pháp phân tích điều hồ mơ chuỗi thời gian dòng chảy Chương 3: ứng dụng kết mơ q trình dịng chảy để vận hành tối ưu số nhà máy thủy điện Để hoàn thành đề tài chủ nhiệm đề tài nhờ học sinh Nguyễn Đức Hạnh - sinh viên hệ cử nhân tài thực khối lượng tính tốn sinh viên hoàn thành luận văn tốt nghiệp Thơng qua kết đề tài sinh viên Nguyễn Đức Hạnh tham gia báo cáo khoa học Hội nghị khoa học Trường Đại học Khoa học Tự nhiên giải nhì, sau tham gia tuyển chọn đề tài khoa học xuất sắc Bộ Giáo dục Đào tạo Hiện em Hạnh trở thành NCS chủ nhiệm đề tài hướng dẫn theo hướng nghiên cứu Một báo gửi cho tạp chí nhà khoa học trẻ đăng năm 2006 Xin cảm ơn phòng khoa học cho đăng ký với đề tài mong năm tói phòng khoa học cho đăng ký đề tài trọng điểm đặc biệt cấp Đại học Quốc gia để NCS thực luận án X in chân thành cảm ơn ! CHƯƠNG TỔNG QUAN VỂ ÚNG DỤNG MƠ HÌNH TỐN ĐỂ MƠ PHỎNG Q TRÌNH DỊNG CHẢY SƠNG NGỊI 1.1 Lịch sử q trình sử dụng mơ hình tốn thuỷ văn để mơ q trình dịng chảy sơng ngịi Mơ hình hố - phương pháp khoa học đầy hiệu lực giúp người mô tượng tự nhiên xã hội phức tạp Mục đích mơ hình hố tạo dựng tượng cho thông qua việc nghiên cứu nó, người thu nhận thơng tin cần thiết Nếu việc tạo dựng tượng thực tập hợp hộ thức toán học (phương trình - bất đẳng thức, điều kiện lơgic, tốn tử ) có mơ hình tốn tượng Trong 30 năm gần đây, diễn phát triển sâu rộng việc mơ hình hố tượng hệ thống tự nhiên khác Mơ hình hố dịng chảy nằm trào lưu Ở nhiều nước hồn thành cơng việc đồ sộ xây dựng mơ hình tốn dịng chảy Vấn đề mơ hình hố dịng chảy thảo luận nhiều hội nghị quốc tế Số xuất mơ hình hố dịng chảy lên đến số vài trăm [3] Một vần đề then chốt tính tốn thủy văn ln ln đánh giá lượng dịng chảy có đủ tài liệu quan trắc khơng có tài liệu quan trắc Khi thiết kế hồ nước hệ thống thủy lợi, ngành thủy văn ln ln phải dự báo "chuỗi dịng chảy tương lai sao, bao gồm tổ hợp nhóm năm nhiều nước, nhóm năm nước trung bình nhóm năm nước xuất nào, khả dòng chảy cực đoan v.v " Chỉ có lời giải cho câu hỏi này, tính tốn đừợc kích thước cơng trình cần xây dựng Không phải ngẫu nhiên mà hai nhà thủy lợi Xô Viết tiếng X.L Kristki M.F Menkel phát biểu "bản chất kinh tế nước nằm q trình dịng chảy" Nhà quản lý thủy lợi hệ thống thủy lợi luôn phải băn khoăn, "có thể chờ đón dịng chảy vài ngày tới" Dự đốn xác điều nâng cao đáng kể hiệu hoạt động cơng trình Điểm chung vấn đề nêu nhà thủy văn ln ln phải đánh giá "có thể chờ đợi tự nhiên?" Tóm lại, ta cần phải mơ hình hố tượng thủy vãn Mơ hình hố dịng chảy - chế tạo dịng chảy, cịn mơ hình tốn - quy trình, cơng nghệ việc chế tạo Cần khẳng định điều: "Mơ hình tốn khơng thể trùng hợp hồn tồn với mơ hình thực (hiện tượng)" Do vậy, mơ hình tốn hồn tồn khơng phụ thuộc cách đơn giản vào tượng nghiên cứu Trong vài chục năm gần đời hàng chục mơ hình dịng chảy để mơ tượng q trình hình thành diễn biến dịng chảy Vấn đề xây dựng mơ hình tốn học thủy văn khơng phải hồn tồn Ngay từ bắt đầu phát triển thủy văn học có liên hệ chặt chẽ với sở toán - lý tạo thành mơ hình tốn hàng loạt q trình thủy văn Có thể coi mơ hình dịng thấm Green-Amp (1911), đường đơn vị Sherman (1932) phương pháp tương quan hợp trục Linsley (1949) bước mơ hình hố Ngày mơ hình tất định, mơ hình ngẫu nhiên mơ hình kết hợp tất định ngẫu nhiên thu nhiều thành tựu quan trọng Các mơ hình góp phần đáng kể tốn tính toán dự báo thủy vãn Tuy nhiên phức tạp trình thủy văn, thiếu tài liệu thực nghiệm khái niệm vật lý chuẩn xác với phát triển chưa đầy đủ cơng cụ tốn học phương pháp tính nên nhiều tốn thủy văn thiếu sở vật lý - tốn Một hướng khác để mơ q trình thủy văn mơ hình hố hệ thống đời cho phép mơ hình hố mà khơng cần biết chi tiết q trình vật lý xảy bên hệ thống Đa số nghiên cứu thủy văn không nhằm nghiên cứu q trình thủy văn nói chung, mà nhằm giải tốn cơng trình riêng biệt Trong q trình thủy văn khác nhau, việc tổng hợp kết khó khăn khơng phải lúc làm Việc đời máy tính phát triển phương pháp tính làm tăng mối quan tâm đến việc xây dựng mơ hình tốn thủy văn đưa vào sản xuất Trong năm gần tạo hướng nghiên cứu độc lập, có tốn phương pháp riêng Những tốn trước giải hệ phương trình vi phân dịng chuyển động khơng ổn định (hệ phương trình Saint Venant) phải đơn giản hố ngày giải đầy đủ mơ hình chiều, chiều, chiều Việc giải hệ thống Saint Venant thu hút nhà toán học, người quan tâm đến ứng dụng thực tế phương pháp giải số phương trình vi phân nhà thủy văn học, người muốn đưa kỹ thuật phương pháp tính vào tính tốn thủy văn Q(m3/s) 6000 N um erical order Figure Result of mean monthly flow series which was simulated by harmonic analysis method Hoa Binh station (Da river) * Res.,, 0, mean by harmon|c ani|y5|s method V ) calculate steps: Forml of the program displays as starting the program In order to start calculation you Ịgdcon button “Bắt đẩu” Form2 of the program displays all components when you run the program as follows: ẠU* P h u o n g p h a j j p h a n t i c h d i e u h oa File D w H e lp P H Ư Ơ N G P H Á P P H Â N T ÍC H Đ IỂ U H O À "LiXịa c h ọ n l o i s ố ’ l i ệ u • C l w i S i s o liệ u X X X n : STT Thuc [ i j n h lo a n I CiT D â n g c h i y n ỉ t n D â n g c ỉr y m ù a D ô n g c ỉi ả y t h i n g ĐỖ th ị N"hẠp c h u ỗ i s ố liệu Đường thực- < 3o : Đ n h eriã m ô h ìn h M/VE MAPE(%) RJV1 SE R2 Đ ưcm g mO p Y i& n g : V * c tó tliị At first you choose which kind of flow you want to simulate To enter data, the first you click on button “Nhập File số liệu” and chose the data file The fact values of data sequence will be shown on the table Next, you click on “Run” button to run the program, simulated values will be shown on corelative “Tính tốn” colum on the table At once the program also calculates some parameters for estimating quality of simulation Where: MAE is mean absolute error, MAPE is mean of the absolute percentage error, RMSE is the root mean square error or standard error, R2is deterministic coefficient, TB is the average value of input data series In order to compare the fact values with the simulated values you can concurrently display the values of two sequences on a graph, the colors of the curves can be optioned Applying to simulate the flow on some rivers From data of average yearly, seasonal, and monthly discharge at Hoa Binh station (on Da river) and Ta Lai station (on Dong Nai river), we create input data files then run the rogram and obtain some results to estimate the simulation as in Table l Fingures and are comparisons between the fact values of the average monthly iischarge ỏâtSL series find the values which 3T6 simulated by the hãimomc analysis method at oaBmh station (Da river) and Ta Lai station (Dong Nai river) These fingures showed that the mutation are relative good, the measured curves and simulated curves are totally appropriate ’ether, the difference between these curves IS nol large Table ÍSome c h a c te ris in g Hdh Binh-Da river \F lo w s Seasonal Monthly Yearly flow flow flow Characteristics^ 1713 1919 1713 235.3 88.9 64.8 MAF (YnVs) 26.4 7^54 3^81 MAPF 296 107.9 78.5 i'm'Vo 0.96 099 0.91 R2 Ta ^ai-Dong Nai river Yearly Seasonal Monthly flow flow flow 363 410 361 8.32 26.3 42.4 2.41 13.1 32.4 12.95 32.1 53.7 0.96 0.99 0.97 I Ĩ inus, wc can apply harmonic analysis method to simulate monthly flow time series on Ujb in general and to simulate inflow time series of hydroelectric stations, support to Uropower calculation for regulating reservoir to generate electric in private LApplying simulated result of flow processes to operate sensibly some F hydroelectric stations L Some hydroelectric stations are used to operate sensibly and their characteristics This paper concentrates in studying two hydroelectrics station are Hoa Binh (on Da her) in the North of Viet Nam and Tri An (on Dong Nai river) in the South Currently these It two of major hydropower projects of nation Hoa Binh hydroelectric station, one of large economical main point works of nation luvides important source of electric energy for national electric system, serves efficiently for (Work of industrialization and and modernization of motherland The station was accomplish go9/11/1988 according to the decision of Energy Ministry with eight machine teams (capacity if8x240 MW), total capacity of 1920 MW, average electric yield of billions kWh per year Tri An hydroelectric station is currently a medium hydroelectric station, an installed generating capacity of 440 MW and produces about 1626xl06 kWh annually Problem of operating logically electric system and the results of applying harmonic Dialysis method to simulate flow processes in operating logically hydroelectric stations a) In case that stations operate independently: When stations operate independently, each station always has to undertake to provide a pari of electric energy for national electric uses requirement depending on installed capacities if each stations Distributing electrical energy to electric stations is calculated by formula (9) Bfollow: N ! » = N Ĩ — XN1Z X n im (9) Where: N j° is the i order average additional charge o f all hydroelectric stations N (ja is the I order average additional charge o f ihe nation is the total installed generating capacities of the nation’s electric stations N™ is the total installed generating capacities o f the nation’s hydroelectric stations From that point, we can calculate the distributions o f mean monthly electric energy to HoaBinh and Tri An hydroelectric stations corresponding to 2005 Relying on m onthly discharge series at Hoa Binh and Ta Lai stations which are undated by h a m o n ic analysis method, we calculate to regulate flow with method of regulating total series Our problem is here calculating hydropower accordance with expected l^ditional charge graph of hydroelectric stations The initial data include: - The m onthly data series reach lo the hydroelectric station (Q,=f(t)), which is simulated by harmonic analysis method - The expected additional charge graph Nvc=f(t) - Relationship curve: Q=f(ZHL.) - Hydroelectric station which has regulated reservoir and characteristics o f the reservoir kfollow: , + Full reservoir level (normal waicr level) corresponding to V m„ + Dead slorage level corresponding 10 Vmin=V llcalh IP iu & tf -r Ttucii reservoirr IS ỉuUi 11 me natural discharge IS greater than the regulated one it .Z 1 I t m t i u m r l r c Ibe eeded to let out through spillway works The task of computing no'ino hvdm -now er is determine relationships: Z,TL=f(t) Z HL=f(t) hydro-power I, Ej=f(t) iio,E -=f(t) Method o f trial is often used in hydropower calculation because of regulating flow comnlicafed problem n r n h lp m in (Bow a given additional charge graph problem is an relative complicated8 in spiriting and operating, and relates to many factors The content of method of trial is that fpose Qi07 flowrate corresponding to capacity of Nj, then compute capacity of the station If it capacity accords with required capacity in the period, the supposition is considered as true not we suppose again and calculate process will continue In the calculating progress, after reaching to I N.-N,07] < 8, we can determine Nj, and we ancalculate Qj07 and Qxi coresponding In order to ensure that the number of assumption is minimum, we determine the value of uitíaỉ assumpted discharge as in formular (10) as follow: N, Q?T = ( 10) 9m [z [l -Z"-(Q,)\ 'ỈPÍI tie! ho p h a t djen tlie o yeu cau phu tai M Vtow Draw Help Ị STT ế i Month Ỉ * ? Ĩ Ĩ I ; I Qden(m3/s) I A 7T SĨT iẶ Ậ-&* m £&■.; ■6' -i -■#? *3 3.~ 10 11 ị 12 > < ị rihỊp lố liệu lưu lượng đỂh hổ * P h u tả i v éu c u ^ ' • Is: w m m — awiI> (O i IAỊ II1.1 I I • Tlr.ịí:- " • I □ xa | z HL A 10 11 12 13 r/hỊp lố h ệu Q x i ~ ZHL hổ ĩíL :■ Run ỉ r r ^^ uTili II *'*f-»— i - " :_‘ _ - _ _— Here we established “DTBLB” program, written by Visual Basic.Net program language, 0calculate for data of each hydrologic year The program can run in Window enviroments m version 95 and a b o v e In which relationships of reservoir bottom characteristics are noothened by the third degree Spline method The main interface of the program is shown as jw»e Result of regulating reservoir for generating electric with given expected additional charge, at Hoa Binh (Da river) and Tri An (Dong Nai river) hydroelectric stations Hoa Binh- Da River Tri An-Dong Nai River Overabundant Short water Overabundant Short water months water months water months months 7.8 9,10, 11 1989 10 "~1 7, 11 7, ,9 ,1 4,5 1990 9, 10,11 ^2 3, 4, 5, 7, 8,9, 10, 11 2, 3,4, 1991 10,11 3, 4, 5, ,8 ,9 , 10, 11 1992 10, 11 3, 4, 5, 7, 8, 9,10 1993 4,5 9, 10 3,4, 5,6, 11 7, 8, 9,10 1994 3, 4,5 10 3,4, 5,6, 7, 11 7, 8,9, 10, 11 1995 4,5 9, 10 3,4,5, 6, 11 1996 7, 8,9, 10, 11 4,5 10, 11 3, 4, 5,6, 1997 7, 8,9, 10, 11 4,5 10 3,4, 5,6, 11 1998 7, 8, 9, 10, 11 4,5 K 10 10 2, 3, 4,5, 6, 11 1999 7, 8,9, 10 3, 4,5 9, 10, 11 3, 4, 5,6 11 2000 7, 8, 9, 10, 11 4,5 12 3,4, 5, 6, 7, 11 2001 7, 8, 9, 10, 11 ,4 ,5 10 3, 4,5 ,6 , 7, 11 r 13 7, 8, 9, 10, 11 2002 9, 10, 11 ,4 ,5 2, 3, 4, 5, ! 14 2003 7, 8,9, 10, 11 ,4 ,5 10, 11 3,4, 5,6 15 Through calculating, we result in overabundant water months and short water months at oaBinh and Tri An hydroelectric stations as in Table Therefore we remark that: If Hoa Binh and Tri An hydroelectric stations operated totally independent, the amounts water comes in these reservoir will lack in months of the dr)' season So they can not ensure leir part of the expected additional On the other hand, they maybe let out an relative large amount of excessive water in the ood season Accordingly it’s very wasteful, don’t take full advantage of water resources yet So we consider the second scenario which is in the case that Hoa Binh and Tri An nations complement each other to ensure requirement of electric energy for the nation Ordinal ymber Year gnificant amount of water The flood season on Da river (at Hoa Binh station) is from June to Jctober, the dry season is from November to March of the next year, and on Dong Nai river (at aLaJ station), the flood season is from July to N o v em b er the dry season is from December to me of the next year So there are flow phase differences between the enter flow o f Hoa Binh Lrvoir and enter flow of Tri An reservoir Hence, it is possible to divide additional charge of System between these stations to raise reliable level of of providing electric energy ire Thm mVnv vears in July and November, Tri An hydroelectric station was lacking I here are many yea s,^in J U y jonaj charge< vs-hile Hoa Binh hydroelectric station is iwater, did not ensure e expec spillway works Therefore in those months we can Abundant water, had to let out through sp ™ " Z p l Z Z part of crease the additiona c ai_ẹ£ hydroelectric station The concrete calculated results are bficient additional charge of Tn An nyuiu onducted as in Table additional charee between Hoa Binh station (on the Da river) H ence, by re d istil UU S " th^ ability of providing electric energy for the system can MTri A n (on the Dong Nai ' Ị- vvatgr which have to let out wastefully ol Hoa Binh T T S J station i i r T in ÌtheX flood ã S Ịydroèlectric * cm * " * * * la o ie Calculate to regulate Hoa Binh hydroelectric station again, share the additional charge with Tri An hydroelectric station jjilinal gunber Month Nihifil '2 "3 "6 10 11 7/1989 11/1989 7/1994 11/1995 7/1996 11/1997 11/1998 7/2000 11/2000 7/2001 11/2001 Hoa Binh Tri An 9.2293 51.072 1.3167 32.02 42.742 32.966 24.943 13.208 57.194 0.1305 29.346 " rc 978.91 1055.43 978.91 1055.43 978.91 1055.43 1055.43 978.91 1055.43 978.91 1055.43 rc 988.13 1106.5 980.222 1087.45 1021.65 1088.4 1080.37 992.113 1112.63 979.036 1084.78 QOld ỌM iil)T 1063.61 1053.49 1081.6 1050.87 1122.68 1052.23 1048.84 1100.98 1052.84 1120.27 1052 3516.09 320.629 2045.36 152.941 1898.41 239.896 24.873 2451.87 278.847 1200.53 224.881 TB t'TL 110.74 115 107.52 115 104.01 115 115 106.41 115 103.29 115 Z hl 16.92 12.88 15.26 12.62 15.13 12.75 12.42 15.78 12.81 14.22 12.73 Qo, 1073.64 1104.7 1083.06 1082.75 1171.7 1085.1 1073.63 1115.83 1109.9 1120.42 1081.25 3Qn C-XO 3506.06 269.649 2043.9 121.061 1849.39 207.026 0.083 2437.02 221.787 1200.38 195.631 However, there are still many months of dry seasons, these stations can not ensure the spected additional charge, whereas a large volume of water was still letted out wastefully in t flood season Therefore we consider a scenario that a hydroelectric station (Hoa Binh) and a lermo-electric station (Pha Lai) coordinate the operation to ensure requirement of providing ectric energy for the national electric system c) In case that a hydroelectric station and a thermo-electric station coordinate the operation in a system We consider the problem which divides up additional charge between Hoa Binh ydroelectric station and a thermo-electric station, Pha Lai thermo-electric station so as to nsure requirement of electric energy to national electric system and the total cost of the lermo-electric station is minimum Pha Lai thermo-electric station belongs to Chi Linh district in Hai Duong province, be 6Km far from Ha Noi capital to the North-East, on the right of Thai Binh river The station ras begun construction on 17/05/1980 with capacity of 440MW, include turbines and raziers This was the biggest electric station in north electric system at that time, had high shnical and economical quotas So the total installed generating capacity of Hoa Binh hydioelectric station and Pha Lai ermo-electric station is 2360MW Hence the distribution of the total of the average monthly Iditional charge of these stations can be calculated by formula (9) The problem here is how share the operation of Hoa Binli and Pha Lai stations to ensure Ing up expected additional charge, concurrently the cost of operating stations or the quantity 'coal which therm o-electric station used is minimum So with the hydroelectric station, in flood season when input flow is plentiful we need increase generating eleclnc capacily in ô * ằ ằ ã ằ ã ằ » * * of "ydrapower source, t tflumise Z It,;,, capacity rnm ritv of the thermo-electric the same time, generating electric “■ ; ■ station at " J „ ■- fh„ amount of water reaching to the river is not enough to ensure W l y T i i n dry season as h e — * Z C" Z d e c r ic generating capacity of “he r he hydroelec nc s ation, w capacity of thermo-electric station to be able to fill up poelectric station and inciease tne cupan V r IdiUonal charge thermo-electric station operates totally independent, by formula ^ average monthly additional charges o f the station A ssum e that Pha nc II ) We can calculate the distnbu induce, me total of requiring electric energy of the station is annually calculated by the How formula: E _ = 7.32 x10s x £ n , (11) i=l Where: Eye>r is annual electric energy (kWh), Nj is the i order average monthly additional charge (MW) So: E£!" =1991.27 millions kWh Thus amount of consumed mean annual coal is: T=Ex439=1991.27x 106(kWh) x439(g/kWh)=874168.657 (tons/year) Now we consider the case that Hoa Binh and Pha Lai stations operate coordinately in Kigh, medium, and low flow years of Da river flow at Hoa Binh station I From the data of mean flow of hydrological years at Hoa Binh station (Da river) from »956-1957 to 2002-2003, we selected high, medium, and low flow years in turn are: - High flow year: 1970-1971, Q bq= 1863.75 (mVs) - Medium flow year: 1956-1957, Q bq= 1732.25 (mVs) - Low flow year: 1975-1976, Qbq= 1550.58 (m7s) Next, we use “DTBLB” program to calculate for regulating Hoa Binh reservoir in turn fortypical years with the expected additional charge of Hoa Binh station According to the regulation as above, Hoa Binh hydroelectric station was always short pfwater in late months of the dry seasons Consequently in order to ensure providing electric, phaLai thermo-electric station has to increase capacity in the months which was short of water toadd in part of dificient additional charge of Hoa Binh hydroelectric station Conversely, in k months of flood season, amount of water reaching to Hoa Binh reservoir is always (dundant, so w e can increase capacity o f the hydroelectric station, at the same time we lecrease capacity of Pha Lai thermo-electric station in order to save the cost of coal but still nsure providing electric energy We obtain operating coordinately progress of Hoa Binh hydroelectric station and Pha thermo-electric station in high, medium, and low flow years as in Table Table Hoa Binh and Pha Lai electric stations operate coordinately Medium flow year H igh flow year Month Hoa Binh Pha Lai 964.58 221.05 1203.24 1234.38 0.00 0.00 0.00 0.00 964.58 0.00 1203.24 1234.39 1203.24 0.00 1203.24 0.00 1234.39 221.05 1185.63 0.00 J 233.49 0.00 1233.49 1245 i 0.00 1245.11 1055.43 241.87 1208.24 89.06 1297.30 87.91 I067.S7 244.72 1067.87 244.72 1312.60 917 09 0.00 947.304 217.09 947.30 217.09 1164.40 0.00 582.15 216.48 1161.14| 295.27 1187.28 413.49 440.00 472.02 192.69; 1245 12 00 11 1055 43 241.87 I 12 1224 69 1 Q47 s ] 185.63 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 L 10 2)6.49 Q? Pha Lai 0.00 0.00 0.00 1233.49 QAA Nvc (MW) Hoa Binh 1234.38 11 J^ N.hi.'i Lo'■Vflow ye ar -Hoa Binh Pha Lai ‘\lliOl' 221.36 0.00 218.55 139.00 944.66 — —— 440.00 528.73 892.01 440.00 440.00 1488.89 358.67 440 00 194.02 339.20 8? 440.00 156.71 244.64 440.00 280.67 1233.49 1245.12 760.415 413.12 1173.53 th-ư if operate coordir.ately as above, in the months from Juh !o Thence, we remai ‘ ta[10n d o c s not need to operate, save a large amount of coal tober, Pha Lai thermo-eiecuiL I ^dwwwaac volume ol water having to let out wastely of Hoa Binh reservoir In the end of dry season, however, these stations still did not satisfy necessary electric lent The quantity of coal which Pha Lai thermo-electric station consumes in high medium |k>w flow years would be: - High flow year: T|=670258.018 (tons) - Medium flow year: T2=791698.641 (tons) - Low flow year: T3=686653.193 (tons) Accordingly the economized quantity of coal and convert to curency with prevallinc iof 2005 would be: - High flow year: AT=T-T,=203910.639 (tons) be equivalent to 7] billions Dong - Medium flow year: AT=T-T2=82470.016 (tons) be equivalent to 28.9 billions Dong - Low flow year: AT=T-Tj=l 87515.464 (tons) be equivalent to 65.6 billions Dong .Conclusions Through computing and researching the application of harmonic analysis method to Imulate the flow on two rivers have hydroelectric station are Da river (has Hoa Binh lydroelectric station) and Dong Nai (has Tri An hydroelectric station) we can take out a ffldusion that the application at Hoa Binh station (Da river) and Ta Lai station (Dong Nai |iver) have quite accurate results The simulated results show that observation flow data and nputed flow data of this method are quite suitable Therefore we can apply monthly flow simulated result of harmonic analysis method to ilculate for Hoa Binh and Tri An stations operate sensibly Through computing hydropower and regulaling Hoa Binh and Tri An reservoir with fcven expected additional charge rely Ơ11 monthly flow data series which was simulated by nonic analysis method, we had remarks as follow: If these stations operate independently, situation of laking water seriously will be jeeurred in dry season, while a large amount o f water resources must be lei out wastely in lood season So waste water resources situation will be occured I - If Hoa Binh and Tri An stations combine operating together, because of the Ỉẩomogeneily o f flow fluctuation the operation of Hoa Binh hydroelectric station can be tinforce to aid Tri An hydroelectric station In fact North-South 500kV line was constructed to Ịanship a large amount o f electric energy from Ilie north of Vietnam (paiiicLiIarly Hoa Binh Ịlation) to the south or Vietnam cleclric stations (Hoa Binh and Tri An stations) operate , Through the calculation coordinating ihe operations of a hydroelectric station (Hoa Binh droelectric station) and a hermcnelectric station (Pl.a Lai thenno-e ectric slat on) script the jocess o f coordinating the operations between these stations so as to appropriate is initially liven here, improve electric quality • ninly on hytlioiogica tordinaling llie opeiationi’ • '• — the electric system suTiions wilh other scripts Considering combinative I cu ■ eration o f the lolal elecliic system fficullies must be solved ,c-quiie more and more studies, and there are many References Kguyen Thuong Bang, Hoang Dinh Dung, Vu Huu Hai, Thuy nang va dieu tiet dong chay, NXB Xay Dung, 2000 I Ly Bach Chan Vu Ngoe Cu, Cac phuong phap toan ung dung giao thong van tai Tap //, NXB Giao thong van tai, 1986 I Phan Van Tan Cac phuong phap thong ke hau, NXB Dai hoc quoc gia Ha Noi, 2003 LNguyen Van Tuan, Trinh Quang Hoa, Nguyen Hull Khai, Tinh loan thuy loi, NXB Dai hoc quoc gia Ha Noi, 2001 j, Nguyen Van Tuan, Doan Quyet Trung, Bui Van Due, Du bao thuy van, NXB Dai hoc quoc gia Ha Noi, 2001 TRƯỜ NG ĐẠI HỌC KHOA HỌC Tự NHIÊN KHOA KHÍ TƯỢNG THUỶ VĂN & HẢI DỬƠNG HỌC : ỉ hitỉi* ' KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP c N HÂ N KHOA HỌC NGÀNH THUỶ VÃN HỆ ĐÀO TẠO CỬNHÂN KHOA HỌC TÀI NĂNG ÚNG DỰNG M Ơ H ÌNH TỐN MƠ PHỎNG Q TRÌNH DỊNG CHẢY TUYẾN VÀO CỦA CÁC NHÀ MÁY THUỶ ĐIỆN TRÊN MỘT s ố SÔNG VÀ ÚNG DỤNG ĐỂ KHAI THÁC T ố i u MỘT s ố NHÀ MÁY THUỶ ĐIỆN Người hướng dẫn: Người thực : HÀ NỘI - 2005 PGS.TS Nguyễn Văn Tuần Nguyễn Đức Hạnh Phụ lục CHUƠNG TRINH PTDH Các file chương trình PTDH.EXE file chạy chương trình VB40032.DLL, MSF1GRID.VBX, SPIN.VBX, CMDIALOG.VBX file :ủa Visual Basic dùng cho chương trình INPUT.TXT file đầu vào mẫu chương trình Các bước tính tốn Trong Forml lúc bắt đầu chạy chương trình: ' ni*' axMiafc -1 - - Để tính tốn bạn nhấn vào nút “Bắt đầu” Form2 chưong trình xuất fính tnán có thê nhấn vào nút “Huỷ bỏ” để kết thúc hiện, bạn khơng muốn tính toan nưa Trolg Form2 hiển thị thành phần cẩn thiết để ban thực tính tốn Đâu tiên bạn lựa chọn loại sơ liệu dịng chảy mà bạn cán mỏ khung “Lựa chọn loại số liệu” Sau nhấn vào nút “Nhập chuỗi sỏ liệu” chi đường dẫn đến file sô' liệu cùa bạn Sau nhập xong, sô liệu hiển thị lên bảng cột “Thực đo” Tiếp theo để thi hành chương trình bạn nhấn vào nút “Run” Kết chuỗi dòng chảy mơ hiển thị lên cột “Tính tốn bảng Và chương trình tính sơ đặc trưng đánh giá chất lượng mơ hình Trong MAE sai sơ tuyệt đối MAPE sai số tương đối RMSE sai số chuẩn R2 hệ sơ' tất định TB giá trị trung bình chuỗi sô liệu đầu vào cân mô phong Để so sánh giữa giá trị thực đo kết q mơ bạn vẽ đồ thị so sánh hai chuỗi số liệu cách nhấn vào nút "Vẽ đồ thị” Lưu ý truck vẽ ta phải chọn màu sắc đồ thị đường thực đo đường mô khung “Đồ thị” PHIẾU ĐÃNG KÝ KẾT QUẢ NGHIÊN c ứ u KH-CN Tên đề tài (hoặc dự án) ứng dụng hàm phân tích điều hồ mơ dao động dịng chảv số sơn° lớn Việt Nam ứng dụng vào vận hành hệ thống nhà máy thuỷ điện Mã số: QT - 05 - 03 Cơ quan chủ trì đề tài (hoặc dự án): Đại học Quốc gia Hà Nội Địa chỉ: Sô' 144, Đường Xuân Thuỷ, quận Cầu Giấy Hà Nội Tel: 04.8340564 Tổng kinh phí thực thi: 12.000.000đ Trong từ ngân sách Nhà nước: 12.000.000đ Thời gian nghiên cứu: 12 tháng Thời gian bắt đầu: tháng 01 nãm 2005 Thời gian kết thúc: tháng 12 năm 2005 Tên cán phối hợp nghiên cứu: NCS Nguyễn Đức Hạnh Sô đãng ký đề tài sỏ chứng nhận đãng ký két nghiên cứu Báo mạt a) Phổ biến rộn rãi b) Phổ biến han ch ế »7 , Ngày , , tháng năm 2005 c) B í mãt Tóm tát kết nghiên cứu: Đã thu th ập bổ sung tài liệu thuỷ vãn Sõng Đà sõng Đong Nai Đã dùng hùm phán tích * điểu hồ m p h ỏ n g d ò n g chày năm mùa tháng Sông Đ sõng Đ Nai cho kết qua m ò tốt Đ ã p h t h i ệ n dòng chày sòng Đà Đổng Na lệch pha Đạc biệt tháng thánơ 11 H th sơng Đà bổ sung điên cho nhà máy thuy diện T n An Với k ịch nhà m áy thuý điên hoat đỏng đòc láp cho thấy thời gian thừa nước nhiéu sông Đ 73 tháng, thòi gian thiếu nước trị an nhiéu bình qn 4.73 thang Lương nước sơng Đ c ị n thừa ríhiin dó nâng cao trình đáp đè khai thác ta, nguyên nước Sõng Đà Với kịch hai nhà máy thuỷ điện bổ sung cho cho hiệu cao Đã nâng cấp 1suất nhà máy thuỷ điện Tri An binh quân từ 226 MW lên đến 247MW - tăng 9% Năm 1997 miền Bắc thiếu điện, Nhà nước có điều điện từ miền Nam có điện nhà máy tìiuỷ điện Trị An Qua tính tốn thuỷ nâng xác cho thấy năm 1997 nim thiếu nước mà chủ yếu vận hành sai, lãng phí nguồn nước nhung lại thiếu điện Kiến nghị quy mô đối tượng áp dụng kết nghiên cứu: Kết cần có bàn bạc với hai nhà máy thuỷ điện Trị An Hồ Bình cho áp dụng thửkết nghiên cứu Đề tài cấn tiến hành dự báo thử dịng chảy tháng sơng Đà Hồ Bình sơng Đồng Nai Tà Lài cho vào vận hành thử nhà máy thuỷ điện Chủ nhiệm đề tài Họ tên Nguyễn Văn Tuần Chủ tịch hội đồng Thủtruỏngcơ đánh giá quan quản lý đề tà quan chủ trì đề tài thức Thủ trưởng Trần Nghi Ị[ỈỴ l^ìttÙ I *' ;;! í Mr >> j;,_ L'• ■KK-ÁHỊ Ar/W - .£***' Học hàm học vị PGS TS GS.TS ÓC > > Ký tên p & v ' :" ■ n &! elọc2yc|v_ ^ T ì V v ’- J L ':Ỉ S ề \ :U