Kết quả nghiên cứu đề xuất bộ công cụ dự báo lũ, điều hành hồ chứa và quản lý ngập lụt hạ du cho lưu vực sông Tam Kỳ, tỉnh Quảng Nam

Để giải quyết được các vấn đề này, trước mắt cần xây dựng các công cụ tính toán dựa trên những công nghệ hiện có để phục vụ công tác điều hành trong mùa lũ nhằm đảm bảo an toàn hồ chứa và hạ lưu công trình. Bài báo trình bày và đề xuất một bộ công cụ đồng bộ, có khả năng dự báo lũ, điều hành hồ chứa và quản lý ngập lụt hạ du cho lưu vực sông Tam Kỳ, tỉnh Quảng Nam. Bộ công cụ này là những đề xuất bước đầu và có khả năng triển khai cho nhiều lưu vực khác.

KHOA HỌC CÔNG NGHỆ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT BỘ CÔNG CỤ DỰ BÁO LŨ, ĐIỀU HÀNH HỒ CHỨA VÀ QUẢN LÝ NGẬP LỤT HẠ DU CHO LƯU VỰC SÔNG TAM KỲ, TỈNH QUẢNG NAM PGS TS Nguyễn Ngọc Quỳnh Ths.NCS Nguyễn Đức Diện Phịng Thí nghiệm TĐGQ Động lực học sơng biển Tóm tắt: Trong năm gần đây, tác động mưa lũ cực đoan biến đổi khí hậu, vài hồ chứa thực vận hành xả lũ gây ngập lụt vùng hạ du, ảnh hưởng đáng kể đến dân sinh - kinh tế, gây xúc hoang mang dư luận Tuy nhiên, nhiều nguyên nhân, có cơng tác quản lý vận hành cơng cụ tính tốn hỗ trợ chưa đủ mạnh nên chủ hồ lúng túng bị động tình khẩn cấp Vì vậy, để giải vấn đề này, trước mắt cần xây dựng cơng cụ tính tốn dựa cơng nghệ có để phục vụ cơng tác điều hành mùa lũ nhằm đảm bảo an toàn hồ chứa hạ lưu cơng trình Bài báo trình bày đề xuất cơng cụ đồng bộ, có khả dự báo lũ, điều hành hồ chứa quản lý ngập lụt hạ du cho lưu vực sông Tam Kỳ, tỉnh Quảng Nam Bộ công cụ đề xuất bước đầu có khả triển khai cho nhiều lưu vực khác Từ khóa: An tồn hồ chứa, biến đổi khí hậu, cơng cụ đồng bộ, dự báo lũ, quản lý ngập lụt hạ du, quản lý vận hành Summary: In recent years, under the impact of extreme floods and climate change, some reservoirs made operational flood discharge caused flood at downstream areas, significantly influence to people's life and national economy, causing annoyance and confusion in public opinion However, for many reasons, including the operational management and simulation tools to support reservoir owners should still confused and passive in emergency situations So to solve this problem, the immediate need to develop simulatio tools based on existing technology to serve the operator during floods to ensure safety of the reservoir and downstream This article presents and proposes a synchronization tool, capable of flood forecasting, executive managing reservoirs and downstream flooding for Tam Ky river basin in Quang Nam Province This toolkit is the recommended first step and is capable of deploying to many other basin Key words: Safety reservoir, climate change, synch ronization tool, flood forecast, downstream flood management, operational management I ĐẶT VẤN Đ Ề * Tính đến năm 2014, nước có gần 7.000 hồ chứa thủy lợi, thủy điện hoạt động Tuy nhiên, phần lớn hồ chứa, hồ thủy lợi vừa nhỏ xây dựng từ 30 đến 40 năm trước, số liệu tính tốn, kinh nghiệm thiết kế, kỹ thuật thi công hạn chế nên khả vận hành chống lũ nhiều hồ đập không phù hợp với điều kiện mưa lũ cực Người phản biện: PGS.TS Phạm Đình Ngày nhận bài: 30/5/2014 Ngày thông qua phản biện:16/5/2014 Ngày duyệt đăng: 28/9/2015 đoan M ặt khác, lực lượng quản lý, vận hành hồ cịn mỏng, nhiều nơi khơng có đội ngũ đủ lực chun mơn, thiếu kinh phí tu, bảo dưỡng nên nhiều hồ bị xuống cấp, hư hỏng, tiềm ẩn nguy cố Công tác quản lý nhà nước an toàn đập Bộ, ngành, địa phương dù có nhiều cố gắng lúng túng, bị động Chất lượng quy hoạch chưa đáp ứng yêu cầu, quy hoạch hồ thủy điện nhỏ Việc thực quy định pháp luật quản lý an toàn đập chủ đập chưa đầy đủ, nghiêm túc: nhiều chủ đập chưa thực kiểm tra tính tốn lại dịng chảy lũ, khả xả lũ, chưa lập phương án phòng chống lụt TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 28 - 2015 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ bão bảo đảm an tồn đập, chưa lập phương án phịng chống lũ lụt vùng hạ du Nhiều hồ đập thiếu hệ thống quan trắc, chưa có hệ thống giám sát thông tin hồ chứa, chưa xây dựng hệ thống cảnh báo xả lũ cho vùng hạ du.[1] Trong bối cảnh biến đổi khí hậu, thiên tai ngày phức tạp, khó lường xuống cấp cơng trình theo thời gian, tiềm ẩn nguy dẫn đến an toàn hồ chứa Nhất vài năm gần đây, số hồ chứa miền Trung thực xả lũ làm ngập lụt vùng hạ lưu gây thiệt hại đáng kể cho nhân dân gây hoang mang dư luận vấn đề quản lý, đảm bảo an toàn hồ chứa hạ lưu thách thức lớn Để giải vấn đề này, trước mắt cần phát triển trang bị cho chủ hồ quan chức cơng cụ tính tốn đủ mạnh, công cụ hỗ trợ định Trong năm 2014, Phịng Thí nghiệm trọng điểm Quốc gia Động lực học sông biển triển khai thực đề tài “Nghiên cứu đề xuất công cụ dự báo lũ, điều hành hồ chứa quản lý ngập lụt hạ du cho lưu vực sông Tam Kỳ, tỉnh Quảng Nam” Đề tài tiến hành thực xây dựng công cụ đồng nhằm đáp ứng yêu cầu thực tiễn quản lý hồ chứa thời kỳ mùa lũ Dưới số kết II NỘI DUNG NGHIÊN CỨU II.1 Khái quát công cụ Trong thực tế điều hành hồ chứa chống lũ, việc nhận định thông tin trạng cơng trình thơng tin lũ vô quan trọng Các thông tin bao gồm: + Thông tin trạng khả cơng trình: Mực nước hồ chứa, khả tích nước cắt lũ cho hạ du, khả vận hành cơng trình xả lũ nhằm đảm bảo an tồn cơng trình + Thơng tin lượng mưa, nhận định hình thời tiết, thơng tin lũ bao gồm trạng thông tin dự báo + Thông tin lũ khu vực hạ du hồ chứa, trạng ngập lụt khả ngập lụt xảy vận hành xả lũ, phương án phòng, chống lũ, ứng phó sơ tán dân… Để đáp ứng yêu cầu thông tin cần phải thực nhiều cơng việc liên quan, có việc xây dựng cơng cụ thơng tin tích hợp công cụ dạng DSS (hệ thống hỗ trợ định vận hành hồ chứa chống lũ) TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 28 - 2015 KHOA HỌC CƠNG NGHỆ Hình Sơ đồ hệ thống hỗ trợ vận hành hồ chứa chống lũ “Bộ công cụ dự báo lũ, điều hành hồ chứa + Xây dựng công cụ để đồng hóa quản lý ngập lụt hạ du lưu vực sông Tam Kỳ, tỉnh quản lý, vận hành cách thống Quảng Nam” xây dựng đáp ứng phần lớn công cụ riêng lẻ xây dựng thông tin cần cung cấp cho chủ hồ II.2 Xây dựng công cụ mơ hình tốn quan chức Nó cơng cụ hữu ích hỗ trợ định vận hành hồ chứa cung cấp Một mơ hình tốn gồm M IKE NAM, MIKE thơng tin truyền thông vận hành hồ chứa 11, MIKE FLOOD xây dựng hiệu chỉnh, kiểm định cho trận lũ lớn năm 2007 chống lũ đảm bảo an toàn hạ du 2009 Các kết thu qua đánh giá Bộ công cụ xây dựng với ý tưởng lấy đủ mức độ tin cậy để áp dụng tính tốn mơ hình tốn thủy văn, thủy lực đại cho nhiều trường hợp khác làm sở tính tốn Các công cụ xây dựng từ trước vận hành tính tốn, II.3 Xây dựng cơng cụ tích hợp người sử dụng dễ dàng thao tác thực Bộ cơng cụ tích hợp bao gồm 04 modul chính, thời gian ngắn với ngơn ngữ sử là: dụng hồn tồn tiếng Việt + M odul Cơ sở liệu: Có chức lưu trữ, Bộ cơng cụ xây dựng khái quát cập nhật số liệu quan trắc Tổ chức sau: liệu theo định dạng chuẩn để phục vụ cho việc + Công cụ dự báo lũ: Sử dụng mơ hình mưa - tính tốn trích xuất kết tính tốn dịng chảy M IKE NAM, tính tốn từ số liệu mưa thực đo số liệu mưa dự báo + Công cụ mô lũ: Lựa chọn mô hình MIKE FLOOD để tiến hành mơ lập đồ ngập lụt, mơ hình MIKE 11 dạng lũ tràn sử dụng để mơ lũ tích hợp công cụ + M odul Công cụ tính tốn dự báo lũ: Là chương trình điều khiển để tổ chức liệu thực tính tốn mơ dự báo lũ đến hồ chứa từ số liệu mưa + Công cụ mô vận hành hồ chứa: Sử dụng mơ hình M IKE 11 + M odul Vận hành hồ chứa tính tốn thủy lực mạng sơng: Được sử dụng để điều khiển thực tính tốn mơ vận hành cơng trình thủy lực mạng sơng, q trình ngập lụt + Công cụ lập đồ ngập lụt hạ du: Sử dụng kết tính tốn từ mơ hình tốn cơng cụ GIS + M odul M phân tích ngập lụt hạ du: Có chức trích xuất kết từ mơ hình thủy lực tạo đồ ngập lụt TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 28 - 2015 KHOA HỌC CƠNG NGHỆ Hình Sơ đồ chức cơng cụ tích hợp Hình Cửa sổ giao diện cơng cụ tích hợp II.4 Các kết ứng dụng thử nghiệm Dựa công cụ xây dựng, tiến hành tính tốn thử nghiệm cho trận lũ lớn năm 1999, với kịch vận hành hồ xác định sau: Bảng Các phương án tính tốn thử nghiệm TT Tên phương án Mô tả PA1 Chỉ xả qua tràn tự do, tràn số đóng hồn tồn cửa xả PA2 Khi mực nước hồ đạt tới mức 32.00m (M NDBT) vận hành 01 cửa tràn xả lũ số 1, sau 3h vận hành cửa số 2; Tràn số 02 đóng hồn tồn PA3 Khi mực nước hồ đạt tới mức 32.00m (M NDBT) vận hành 01 cửa tràn xả lũ số 2, sau 3h vận hành cửa số 2; Tràn số 01 đóng hồn tồn PA4 Vận hành kết hợp 02 cửa tràn để đảm bảo mực nước hồ không vượt mực nước dâng gia cường Tiến hành tính tốn phương án vận hành trên, ta thu kết sau Như vậy, thấy rằng, với mực nước dâng gia cường 35.40m phương án vi phạm sử dụng, phương án cho mực nước thấp mực nước dâng gia cường mực nước hạ lưu (trạm Tam Kỳ) thấp nên trường hợp xảy trận lũ tương tự, hồn tồn sử dụng phương án TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 28 - 2015 KHOA HỌC để vận hành đảm bảo mực nước hồ an tồn hạn chế thấp khả ngập lụt hạ du Bảng Bảng tổng hợp mực nước lưu lượng lớn ứng với phương án tính tốn Mực nước T Phương hồ Phú T án Ninh (m) Lưu lượng xả (m3/s) Mực nước trạm Tam Kỳ (m) PA1 36.23 436 2.09 PA2 34.21 881 2.78 PA3 33.40 1024 2.98 PA4 33.85 966 2.90 CÔNG NGHỆ Quảng N am Phần mềm kết nối, quản lý vận hành hệ thống mơ hình tốn hoạt động liên hồn, dễ sử dụng có tính ứng dụng cao Đây cơng cụ tích hợp có khả phân tích lập đồ ngập lụt trường hợp xả lũ hồ chứa Các kết ứng dụng thử nghiệm kiểm thử công cụ cho thấy mức độ ổn định, dễ sử dụng sẵn sàng để thực nhiệm vụ điều hành thực tế Tuy nhiên, cơng cụ cịn có số hạn chế sau: + Vì sử dụng “lõi tính” mơ hình M IKE nên triển khai áp dụng thực tế cần có quyền phần mềm thương mại có giá thành tương đối cao III NHẬN XÉT, KẾT LUẬN Cho đến nay, có nhiều nghiên cứu lũ, dự báo lũ, xây dựng đồ ngập lụt lưu vực sông Việt Nam, kết nghiên cứu có nhiều đóng góp cho khoa học cơng nghệ, phòng tránh giảm nhẹ thiên tai, cho phát triển kinh tế xã hội Thế nhưng, toán thực tiễn đặt bối cảnh thiên tai xảy liên tiếp, cường độ mức độ tàn phá mạnh cần có cơng cụ để giúp quan quản lý tiến tới điều hành thực tế chưa đáp ứng Nghiên cứu thực ứng dụng thử nghiệm cho lưu vực nhỏ, với đơn hồ chứa hạ du không phức tạp Bước đầu cho thấy tính khả thi ứng dụng thực tế vào nhiều lưu vực hồ chứa tương tự Việt Nam Qua trình thực thu số kết sản phẩm bao gồm: Bộ mơ hình tốn có khả tính tốn dự báo lũ đến hồ a, mơ q trình vận hành cơng trình, diễn tốn lũ tính tốn ngập lụt hạ du lưu vực s ông Tam Kỳ, tỉnh + Hệ thống lập trình chạy máy đơn, chưa có khả kết nối làm việc qua mạng Internet nên khả truy xuất xử lý liệu trực tuyến chưa thực + Giao diện phần mềm chưa đẹp, chưa thực hút người sử dụng Tuy gặp phải số hạn chế trên, thời gian trước mắt, công cụ sử dụng điều hành thực tế Và với ứng dụng thực tế nói trên, cơng cụ bước hồn thiện tương lai gần, phát triển để ứng dụng rộng rãi, góp phần tích cực vào cơng tác tư vấn vận hành hồ chứa chống lũ, đảm bảo an tồn cơng trình hạ lưu Các vấn đề cần phát triển thời gian tới: (1) Cải tiến giao diện môi trường làm việc: Cần phải cải tiến giao diện cho thân thiện, hút dễ sử dụng Đồng thời cần cải tiến môi trường làm việc từ máy đơn sang mơ hình mạng Internet để tính tốn lúc, nơi (2) Xây dựng kết nối để thu thập liệu trực tuyến: Hiện nay, việc thu thập cập nhật TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 28 - 2015 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ liệu qua Internet phát triển hoàn toàn ứng dụng Do cần bổ sung module kết nối để tự động thu thập cập nhật liệu thực đo qua mạng Internet Tất nhiên, để thực cơng việc này, cần có chấp thuận quan chức cộng tác đơn vị quản lý thiết bị (3) Hồn thiện module tính tốn lập đồ ngập lụt hạ du theo thời gian thực: Đối với trận lũ khác nhau, vấn đề ngập lụt hạ du hoàn toàn khác nhau, đó, việc áp dụng sở liệu đồ ngập lụt nhiều đáp ứng mặt thời gian mà chưa đáp ứng độ chuẩn xác chưa phân tích ảnh hưởng thiệt hại lũ Do cần hồn thiện module để đáp ứng cách xác khoa học vấn đề ngập lụt hạ du (4) Xây dựng ứng dụng tập trung: Điều cần thiết việc sử dụng chung “trung tâm tính tốn” dễ dàng điều hành vấn đề chuyên môn đảm bảo M ặt khác, đáp ứng yêu cầu mặt quyền phần mềm thương mại cần thiết phải sử dụng Do đáp ứng tài vấn đề kỹ thuật (5) Từng bước xây dựng đội chuyên gia kỹ thuật để giúp quan quản lý nhà nước chủ hồ vận hành hệ thống hỗ trợ kịp thời, xác tình khẩn cấp TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Chỉ thị số 21/CT-TTg ngày 14/10/2013 Thủ tướng Chính phủ việc Tăng cường công tác quản lý, đảm bảo an toàn hồ chứa nước [2] M IKE 11 Reference M anual, DHI, 2011 [3] M IKE 21 FM Scientific Documentation, DHI, 2011 [4] M IKE FLOOD User M anual, DHI, 2011   TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 28 - 2015 ... triển khai thực đề tài ? ?Nghiên cứu đề xuất công cụ dự báo lũ, điều hành hồ chứa quản lý ngập lụt hạ du cho lưu vực sông Tam Kỳ, tỉnh Quảng Nam? ?? Đề tài tiến hành thực xây dựng công cụ đồng nhằm đáp... vận hành hồ chứa chống lũ ? ?Bộ công cụ dự báo lũ, điều hành hồ chứa + Xây dựng cơng cụ để đồng hóa quản lý ngập lụt hạ du lưu vực sông Tam Kỳ, tỉnh quản lý, vận hành cách thống Quảng Nam? ?? xây dựng... mại có giá thành tương đối cao III NHẬN XÉT, KẾT LUẬN Cho đến nay, có nhiều nghiên cứu lũ, dự báo lũ, xây dựng đồ ngập lụt lưu vực sông Việt Nam, kết nghiên cứu có nhiều đóng góp cho khoa học