Nghiên cứu cơ sở khoa học điều hành liên hồ chứa chống lũ lưu vực sông ba

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Nguyễn Việt NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC ĐIỀU HÀNH LIÊN HỒ CHỨA CHỐNG LŨ LƯU VỰC SÔNG BA LUẬN ÁN TIẾN SĨ THỦY VĂN HỌC HÀ NỘI, 2018 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Nguyễn Việt NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC ĐIỀU HÀNH LIÊN HỒ CHỨA CHỐNG LŨ LƯU VỰC SÔNG BA Chuyên ngành: Thủy văn học Mã số: 62440224 LUẬN ÁN TIẾN SĨ THỦY VĂN HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1: PGS.TS Nguyễn Hữu Khải 2: PGS.TS Nguyễn Tiền Giang HÀ NỘI, 2018 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu thân Các kết nghiên cứu trình bày luận án trung thực, khách quan chưa bảo vệ học vị Việc tham khảo nguồn tài liệu, thông tin trích dẫn luận án rõ nguồn gốc theo quy định Tác giả luận án Nguyễn Việt LỜI CÁM ƠN Luận án thực Khoa Khí tượng Thủy văn Hải dương học thuộc trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Nguyễn Hữu Khải PGS.TS Nguyễn Tiền Giang Thầy trực tiếp hướng dẫn, bảo tận tình suốt thời gian nghiên cứu hoàn thành luận án Tác giả xin chân thành cảm ơn nhà khoa học, tác giả cơng trình nghiên cứu cơng bố mà tác giả trích dẫn luận án, bạn bè, đồng nghiệp giúp đỡ, tạo điều kiện trình tác giả thu thập sử lý tài liệu phục vụ nghiên cứu Tác giả trân trọng cám ơn PGS TS Nguyễn Thanh Sơn, PGS.TS Trần Ngọc Anh, Thầy, Cơ giáo Khoa Khí tượng Thủy văn Hải dương học, Phòng Đào tạo Đại học sau đại học giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi trình thực luận án Tác giả xin chân thành cám ơn quan, gia đình, bạn bè, đồng nghiệp hết lòng giúp đỡ, động viên giúp nghiên cứu sinh hoàn thành luận án MỤC LỤC MỤC LỤC .i DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU .iii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ iv DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT vi MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRÌNH VẬN HÀNH HỆ THỐNG LIÊN HỒ CHỨA 1.1 Tình hình nghiên cứu vận hành hệ thống hồ chứa giới 1.1.1 Nguyên tắc phối hợp vận hành chống lũ hồ 1.1.2 Phương pháp tối ưu hoá .7 1.1.3 Phương pháp mô .9 1.1.4 Kết hợp phương pháp mô với tối ưu .10 1.1.5 Ứng dụng Logic mờ vận hành hồ chứa 11 1.2 Tình hình nghiên cứu vận hành hồ chứa Việt Nam 13 1.2.1 Các nghiên cứu toàn quốc 13 1.2.2 Các nghiên cứu lưu vực sông Ba 15 1.2.3 Công nghệ dự báo hỗ trợ vận hành 19 1.2.4 Quá trình phát triển Quy trình vận hành hệ thống hồ chứa sông Ba 21 1.3 Hướng tiếp cận nghiên cứu 24 1.4 Kết luận chương 25 CHƯƠNG CƠ SỞ THIẾT LẬP BÀI TOÁN VẬN HÀNH HỆ THỐNG LIÊN HỒ CHỨA CHỐNG LŨ HẠ DU THEO LOGIC MỜ 27 2.1 Lý thuyết mờ 27 2.1.1 Tập mờ .27 2.1.2 Lôgic mờ 30 2.1.3 Bộ điều khiển mờ .33 2.1.4 Logic mờ Matlab 37 2.2 Phương pháp diễn toán Muskingum-Cunge 38 2.2.1 Phương pháp diễn toán Muskingum 38 i 2.2.2 Phương pháp diễn t 2.3 Thiết lập toán vận hành hệ thống liên hồ chứa chốn 2.4 Thiết lập Mơ hình mơ điều tiết truyền lũ 2.4.1 Vận hành điều tiết l 2.4.2 Diễn toán dịng chả 2.4.3 Các hàm hỗ trợ tính 2.5 Kết luận Chương CHƯƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VẬN HÀNH HỆ THỐNG LIÊN HỒ CHỨA CHỐNG LŨ LƯU VỰC SÔNG BA 3.1 Hiện trạng lưu vực sông Ba hệ thống hồ chứa lớn tr 3.1.1 Đặc điểm tự nhiên 3.1.2 Đặc điểm mùa mưa 3.1.3 Đặc điểm lũ lưu vự 3.1.4 Các hồ chứa lớn 3.2 Ứng dụng Logic mờ xây dựng mơ hình vận hành hệ th lưu vực sông Ba 3.2.1 Sơ đồ hóa mơ ph 3.2.2 Tài liệu thủy văn, đ 3.2.3 Thiết lập hàm li 3.2.4 Hiệu chỉnh kiểm 3.3 Kết tính tốn phối hợp vận hành hệ thống liên hồ 3.3.1 Vận hành hạ mực n 3.3.2 Vận hành giảm lũ c 3.3.3 Vận hành đưa mực 3.4 Kết luận Chương KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ DANH MỤC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC ii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Cao trình mực nước đón lũ hồ theo quy trình 1757 22 Bảng 1.2: Cao trình mực nước cao trước lũ, mực nước đón lũ hồ theo quy trình 1077 23 Bảng 3.1: Lượng mưa lớn ngày khu vực Tây Trường Sơn trung gian .55 Bảng 3.2: Lượng mưa lớn ngày trạm Khu vực Đông Trường Sơn 55 Bảng 3.3 :Thời gian xuất đỉnh lũ lớn trạm thủy văn .57 Bảng 3.4 : Đỉnh lũ lớn quan trắc trạm thuỷ văn 58 Bảng 3.5: Thông số kỹ thuật chủ yếu hồ chứa 62 Bảng 3.6: Dung tích ứng với thông số mực nước 64 Bảng 3.7 : Tần suất lưu lượng đỉnh lũ tuyến 69 Bảng 3.8: Các hàm liên thuộc cho biến Lượng lũ đến hồ Kanak 73 Bảng 3.9: Các hàm liên thuộc biến Mực nước hồ Kanak, TV An Khê 74 Bảng 3.10 : Các luật mờ điều hành lưu lượng qua hồ chứa .77 Bảng 3.11: Đánh giá kết hiệu chỉnh mơ hình 81 Bảng 3.12: Đánh giá kết kiểm định mơ hình 83 Bảng 3.13: Các trường hợp tính tốn điều hành xả hồ Kanak 84 Bảng 3.14: Kết tính vận hành giai đoạn hạ mực nước hồ Kanak để đón lũ 87 Bảng 3.15: Kết tính so sánh hiệu trường hợp vận hành (3) (1) .89 Bảng 3.16: Kết tính so sánh hiệu trường hợp vận hành (3) (2) .89 Bảng 3.17: Tổng hợp kết tính vận hành giảm lũ cho hạ du 100 Bảng 3.18: Dung tích lũ đến, xả lũ hồ 101 iii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1: Hệ thống hồ chứa bậc thang Hình 1.2: Hệ thống hồ chứa song song Hình 1.3: Sơ đồ hướng tiếp cận nghiên cứu 25 Hình 2.1 : Một số dạng hàm liên thuộc A(x) 28 Hình 2.2 : Sơ họa tập mờ cho giá trị ngôn ngữ nhiệt độ nước T 30 Hình 2.3: Cấu trúc Bộ điều khiển mờ 33 Hình 2.4: Dung tích hình lăng trụ dung tích hình nêm 38 Hình 2.5: Vùng giới hạn cho tham số theo muskingum 40 Hình 2.6: Minh họa dòng chảy sở 43 Hình 2.7: Sơ đồ tổng qt mơ hình điều tiết truyền lũ hệ thống sơng 45 Hình 2.8: Các biến mờ hóa điều khiển mờ 46 Hình 2.9: Hàm liên thuộc cho biến đầu vào .47 Hình 2.10: Hệ thống luật vận hành hồ chứa 49 Hình 3.1: Bản đồ lưu vực sơng Ba .53 Hình 3.2: Sơ đồ hệ thống hồ chứa, khu lưu vực sông Ba 65 Hình 3.3 : Sơ đồ khối tính tốn vận hành hệ thống hồ chứa chống lũ .68 Hình 3.4: Quan hệ Lưu lượng-Mực nước lũ An Khê 72 Hình 3.5: Quan hệ Lưu lượng-Mực nước lũ Ayun Pa 72 Hình 3.6: Quan hệ Lưu lượng lũ Củng Sơn Mực nước Phú Lâm .73 Hình 3.7: Các hàm liên thuộc cho biến Lượng lũ đến (Qden) 75 Hình 3.8: Các hàm liên thuộc cho biến Mực nước hồ (Hho) .75 Hình 3.9: Các hàm liên thuộc cho biến Mực nước khống chế hạ du (Hankhe) 76 Hình 3.10: Các hàm liên thuộc cho biến Lượng xả qua hồ (Qxả) 76 Hình 3.11: Hệ thống luật vận hành hồ chứa 78 Hình 3.12: Đường trình lưu lượng An Khê - trận lũ tháng X/1993 79 Hình 3.13: Đường trình lưu lượng Củng Sơn - trận lũ tháng X/1993 80 Hình 3.14: Đường trình mực nước Ayun Pa - trận lũ tháng X/1993 80 Hình 3.15: Đường trình mực nước Phú Lâm - trận lũ tháng X/1993 .80 iv Hình 3.16: Đường trình lưu lượng An Khê - trận lũ tháng XI/1988 81 Hình 3.17: Đường trình lưu lượng Củng Sơn - trận lũ tháng XI/1988 82 Hình 3.18: Đường trình mực nước Ayun Pa - trận lũ tháng XI/1988 .82 Hình 3.19: Đường trình mực nước Phú Lâm - trận lũ tháng XI/1988 82 Hình 3.20 : Kết điều tiết hồ Kanak với trận lũ XI/1981 - Lũ thực đo 85 Hình 3.21: Điều tiết hồ Kanak với trận lũ X/1993 - Khơng hạ MN hồ đón lũ 85 Hình 3.22: Diễn biến mực nước trạm TV An Khê với trận lũ XI/2013 97 Hình 3.23: Diễn biến mực nước trạm TV Phú Lâm với trận lũ XI/2013 98 v Chữ viết tắt BĐ I BĐ II BĐ III DP ĐBSCL FIS FLC GA LP LVS MF MNC MNCNTL MNDBT MNĐL MOEA NLP QCVN QTVH SDP TCVN vi C.2 Kết tính vận hành hệ thống hồ chứa sơng Ba, trận lũ tháng XI/2013 Hình C2.1: Kết điều tiết hồ Kanak, hồ Ayun hạ với trận lũ tháng XI/2013 16 Hình C2.2: Mực nước TV An Khê, TV Ayun Pa với trận lũ tháng XI/2013 Hình C2.3: Kết điều tiết hồ Krông H’Năng với trận lũ tháng XI/2013 17 Hình C2.4: Kết điều tiết hồ Sơng Hinh với trận lũ tháng XI/2013 Hình C2.5: Kết điều tiết hồ Sông Ba Hạ với trận lũ tháng XI/2013 18 Hình C2.6: Mực nước Phú Lâm với trận lũ tháng XI/2013 Bảng C2: Kết điều tiết liên hồ với trận lũ tháng XI/2013 Hồ Ka Nak T 10 11 12 13 14 15 16 17 18 T 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 20 T 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 21 Hồ Ka Nak T 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 22 T 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 23 T 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 24 Bảng C2: Kết điều tiết liên hồ với trận lũ tháng XI/2013 (tiếp ) T 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 T 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 26 T 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 27 T Qđến (m3/s) 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 216.30 208.60 201.40 195.30 191.60 188.10 184.60 181.20 177.90 174.70 171.50 168.40 165.40 162.50 159.60 156.80 154.10 151.50 148.90 146.40 144.00 141.60 139.30 137.10 135.00 132.90 130.90 128.90 127.00 125.20 123.40 121.70 120.00 118.30 116.70 115.20 113.70 112.20 110.80 109.40 108.10 28 T 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 29 T 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 30 ...ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Nguyễn Việt NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC ĐIỀU HÀNH LIÊN HỒ CHỨA CHỐNG LŨ LƯU VỰC SÔNG BA Chuyên ngành: Thủy văn học Mã số: 62440224... chứa chống lũ hạ du lưu vực sông Ba Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu luận án: toán vận hành hệ thống liên hồ chứa chống lũ hạ du Phạm vi nghiên cứu luận án: hồ chứa có nhiệm vụ điều. .. Tình hình nghiên cứu vận hành hồ chứa Việt Nam 1.2.1 Các nghiên cứu toàn quốc Thời gian qua, có nhiều nghiên cứu vận hành hồ chứa chống lũ tiến hành sông Hồng, sông Ba, sông Sê San, sông Đồng