Nghiên cứu ứng dụng công nghệ thông tin để hiện đại hóa quản lý điều hành hồ chứa nước cửa đạt

1 MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ PHẦN MỞ ĐẦU TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI BỐ CỤC CỦA LUẬN VĂN Chương 11 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC VÀ THẾ GIỚI 11 1.1 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRÊN THẾ GIỚI 11 1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC 12 Chương 16 PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 16 2.1 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 16 2.2 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 16 2.2.1 Nghiên cứu chức năng, sở tốn học mơ hình điều hành hồ chứa DHHC- PMTL.V.1.0 16 2.2.2 Nghiên cứu ứng dụng Hệ thống thông tin quản lý, giám sát điều hành hồ chứa DHHC-PMTL.V.1.0 để áp dụng điều hành Hồ chứa nước Cửa Đạt 17 Chương 18 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG THÔNG TIN QUẢN LÝ ĐIỀU HÀNH HỒ CHỨA DHHCPMTL.V.1.0 18 3.1 CÁC CƠ SỞ TỐN HỌC CỦA HỆ THỐNG THƠNG TIN QUẢN LÝ, GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU HÀNH HỒ CHỨA DHHC-PMTL.V.1.0 18 3.1.1 Khối tính tốn dự báo dòng chảy đến 18 3.1.2 Khối tính tốn nhu cầu nước vùng hạ du 34 3.1.3 Khối tính tốn điều hành hồ 38 3.2 GIỚI THIỆU CÁC CHỨC NĂNG HỆ THỐNG THÔNG TIN QUẢN LÝ ĐIỀU HÀNH HỒ CHỨA ĐHHC-PMTL.V.1.0 47 3.2.1 Hiển thị liệu mưa lưu vực hồ chứa 47 3.2.2 Hiển thị thông tin nhu cầu tưới 51 3.2.3 Chức Tính toán Dự báo lũ điều hành hồ chứa 58 Chương 66 ÁP DỤNG HỆ THỐNG THÔNG TIN QUẢN LÝ, GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU HÀNH HỒ CHỨA DHHC-PMTL.V.1.0 ĐỂ TÍNH TỐN ĐIỀU HÀNH HCN CỬA ĐẠT 66 4.1 GIỚI THIỆU CƠNG TRÌNH HỒ CHỨA NƯỚC CỬA ĐẠT 66 4.1.1 Cấp cơng trình 67 4.1.2 Tần suất thiết kế tính toán 67 4.1.3 Tiểu chuẩn chống lũ hạ du (theo Quy phạm thủy lợi QPTL-A6-77) 68 4.1.4 Các đặc trưng thủy văn 68 4.1.5 Các thông số kỹ thuật hồ chứa 68 4.1.6 Các thông số kỹ thuật hạng mục công trình 69 4.2 CÁC SỐ LIỆU ĐẦU VÀO CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN QUẢN LÝ, GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU HÀNH HỒ CHỨA DHHC-PMTL.V1.0 ÁP DỤNG CHO HỒ CHỨA NƯỚC CỬA ĐẠT .81 4.2.1 Số liệu đầu vào khối tính tốn dự báo lũ 81 4.2.2 Số liệu khối tính tốn dự báo nhu cầu nước phía hạ du hồ 84 4.2.3 Số liệu đầu vào khối tính tốn điều hành hồ 85 4.3 KIỂM NGHIỆM KẾT QUẢ TÍNH TỐN CỦA HỆ THỐNG THƠNG TIN QUẢN LÝ, GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU HÀNH HỒ CHỨA DHHC - PMTL V.1.0 KHI ÁP DỤNG CHO HỒ CỬA ĐẠT (KIỂM NGHIỆM NĂM 2008) 86 4.3.1 Kiểm nghiệm kết tính tốn dự báo dịng chảy đến hồ 86 4.3.2 Kiểm nghiệm kết tính tốn nhu cầu tưới vùng hạ du hồ 97 4.4 XÂY DỰNG KỊCH BẢN ĐIỀU HÀNH HỒ CỬA ĐẠT CHO CÁC NĂM 2008, 2009 VÀ NĂM 2010 101 Xây dựng kịch điều hành hồ Cửa Đạt cho năm 2008, 2009 năm 2010 với giả thiết sau: 101 4.4.1 Xây dựng kịch điều hành hồ Cửa Đạt năm 2008 102 4.4.2 Xây dựng kịch điều hành hồ Cửa Đạt năm 2009 109 4.4.3 Xây dựng kịch điều hành hồ Cửa Đạt năm 2010 112 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 116 TÀI LIỆU THAM KHẢO 118 PHỤ LUC 1201 PHỤ LỤC 126 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1: Bảng tung độ đường đơn vị không thứ nguyên…………………………28 Bảng 4.1: Đặc trưng thủy văn 68 Bảng 4.2: Thông số kỹ thuật 68 Bảng 4.3: Thông số kỹ thuật 72 Bảng 4.4: Thông số kỹ thuật 73 Bảng 4.5: Thông số kỹ thuật 73 Bảng 4.6: Mơ hình phân bố lượng mưa tháng với tần suất P = 75% (mm) 75 Bảng 4.7: Nhiệt độ khơng khí trung bình tháng (ToC) 76 Bảng 4.8: Số nắng xạ tổng cộng trung bình tháng 77 Bảng 4.9: Độ ẩm tương đối khơng khí trung bình tháng (%) 77 Bảng 4.10: Lượng bốc piche trung bình tháng (mm) 78 Bảng 4.11: Tốc độ gió trung bình tháng (m/s) 78 Bảng 4.12: Tốc độ gió mạnh hướng (m/s) 79 Bảng 4.13: Phân phối dòng chảy trung bình tháng (m3/s) 80 Bảng 4.14: Số liệu thời gian sinh trưởng trồng 84 Bảng 4.15: Số liệu thời gian sinh trưởng trồng 85 Bảng 4.16: Bảng quan hệ Z - F -W hồ chứa nước Cửa Đạt 86 Bảng 4.17: Kết tính tốn theo ngày 89 Bảng 4.18: So sánh tính toán nhu cầu nước phần mềm Cropwat năm: 2008 - 2009 - 2010 100 Bảng 4.19: Kịch xả lũ thứ 103 Bảng 4.20: Kịch xả lũ thứ 103 Bảng 4.21: Kịch xả lũ thứ 103 Bảng 4.22: Kịch xả lũ năm 2008 104 Bảng 4.23: Kịch xả lũ năm 2009………………………………………….110 Bảng 4.24: Kịch xả lũ gia đoạn - 2009 111 Bảng 4.25: Kịch xả lũ gia đoạn - 2009 111 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 3.1: Sơ đồ tổng thể hệ thống thông tin quản lý, giám sát điều hành hồ chứa DHHC-PMTL.V.1.0 18 Hình 3.2: Sơ đồ khối tính tốn dự báo dịng chảy đến 19 Hình 3.3: Đường đơn vị tam giác 27 Hình 3.4: Đường đơn vị không thứ nguyên 27 Hình 3.5: Diễn tốn dịng chảy theo phương pháp Muskingum 31 Hình 3.6: Mơ hình diễn tốn dịng chảy sơng 31 Hình 3.7: Đường quan hệ ∆S~Q’ 33 Hình 3.8: Sơ đồ khối tính tốn nhu cầu nước hạ du 34 Hình 3.9: Khối tính tốn điều hành hồ 38 Hình 3.10: Lưu l ượng xả qua cơng trình 39 Hình 3.11: Chế độ dòng chảy qua cống lấy nước 40 Hình 3.12: Sơ đồ dòng chảy qua cống lấy nước 41 Hình 3.13: Dịng chảy qua cống chắn hình cung phẳng đặt nghiêng 45 Hình 3.14: Giao diện chung hệ thống 47 Hình 3.15: Hiển thị liệu mưa lưu vực hồ chứa 47 Hình 3.16: Bảng hiển thị liệu mưa trạm đo mưa lưu vực 49 Hình 3.17: Bảng hiển thị trọng số trạm đo mưa lưu vực 50 Hình 3.18: Bảng hiển thị liệu đo mưa tức thời trạm đo mưa lưu vực.50 Hình 3.19: Bảng hiển thị thông tin nhu cầu tưới 51 Hình 3.20: Bảng hiển thị số liệu khí tượng vùng hạ du hồ 52 Hình 3.21: Bảng cập nhật số liệu khí tượng vùng hạ du hồ 53 Hình 3.22: Cập nhật số liệu khí tượng vùng hạ du hồ từ file liệu 53 Hình 3.23: Sửa số liệu khí tượng vùng hạ du hồ 54 Hình 3.24: Xóa số liệu khí tượng vùng hạ du hồ 55 Hình 3.25: Lựa chọn năm khí tượng để tính tốn 55 Hình 3.26: Bảng hiển thị kết tính tốn ETo 56 Hình 3.27: Biểu đồ hiển thị nhu cầu tưới khu tưới 57 Hình 3.28: Các chức phần tính tốn dự báo lũ điều hành hồ chứa 58 Hình 3.29: Biểu đồ hiển thị lưu lượng tức thời 59 Hình 3.30: Các biểu đồ dự báo lưu lượng hồ, MN hồ dung tích hồ chứa 60 Hình 3.31: Biểu đồ dự báo mực nước hồ phóng to 61 Hình 3.32: Số liệu lưu lượng trực tiếp chảy vào hồ tức thời 61 Hình 3.33: Bảng hiển thị lượng mưa dự báo, thơng số vận hành cơng trình xả lũ, lưu lượng dự báo đến hồ, dự báo diễn biến mực nước hồ 62 Hình 3.34: Bảng lựa chọn kiểu báo cáo cần in 63 Hình 3.35: Bảng báo cáo vận hành cơng trình xả lũ 63 Hình 3.36: Bảng báo cáo vận hành cơng trình xả lũ 64 Hình 3.37: Bảng điều h ành hồ chứa theo thời gian thực 64 Hình 4.1: Sơ đồ lưu vực hồ chứa nước Cửa Đạt 81 Hình 4.2: Biểu đồ đường quan hệ Z - F -W hồ chứa nước Cửa Đạt 85 Hình 4.3: Đường lũ đơn vị 87 Hình 4.4: Biểu đồ quan hệ mực nước thực đo mực nước tính tốn 88 Hình 4.5: Biểu đồ quan hệ mực nước thực đo mực nước tính tốn 88 Hình 4.6: Biểu đồ quan hệ mực nước thực đo mực nước tính tốn 89 Hình 4.7: Biểu đồ quan hệ mực nước thực đo mực nước tính tốn 90 Hình 4.8: Biểu đồ quan hệ mực nước thực đo mực nước tính tốn 90 Hình 4.9: Biểu đồ quan hệ giữ mực nước thực đo mực nước tính tốn 91 Hình 4.10: Biểu đồ quan hệ mực nước thực đo mực nước tính tốn 91 Hình 4.11: Biểu đồ quan hệ mực nước thực đo mực nước tính tốn 92 Hình 4.13: Biểu đồ quan hệ mực nước thực đo mực nước tính tốn 93 Hình 4.14: Biểu đồ quan hệ mực nước thực đo mực nước tính tốn 94 Hình 4.15: Biểu đồ đường MN thực đo mực nước tính tốn năm 2008 95 Hình 4.16: Biểu đồ đánh giá mức độ sai số trận lũ lớn năm 2008 95 Hình 4.17: Đường trình mực nước mùa kiệt - tháng 3-2008 96 Hình 4.18: Đường trình mực nước mùa kiệt - tháng 3-2008 96 Hình 4.19: Xét trình lũ xuống 97 Hình 4.20: Tính tốn Cropwap 98 Hình 4.21: Kết tính tốn ET0 phần mềm 99 Hình 4.22: Kết tính tốn nhu cầu nước 99 Hình 4.23: Đường trình lũ 102 Hình 4.24: Đường trình mực nước theo kịch 105 Hình 4.25: Đường trình mực nước theo kịch 105 Hình 4.26: Đường trình mực nước theo kịch 106 Hình 4.27: Diễn biến mực nước hồ 106 Hình 4.28: Diễn biến mực nước hồ tương ứng với kịch xả lũ 107 Hình 4.29: Diễn biến mực nước hồ tương ứng với trận lũ thứ nhất, pha lũ lên 107 Hình 4.30: Diễn biến mực nước hồ tương ứng với trận lũ thứ nhất, pha lũ xuống 108 Hình 4.31: Diễn biến mực nước hồ tương ứng với trận lũ cuối 108 Hình 4.32: Đường trình lũ Bản Lửa 109 Hình 4.33: Đường trình lũ Mường Hinh 109 Hình 4.34: Đường tổng hợp lũ Cửa Đạt 110 Hình 4.35: Đường trình mực nước hồ 112 Hình 4.36: Đường trình lũ Bản Lửa 113 Hình 4.37: Đường trình lũ Mường Hinh 113 Hình 4.38: Đường tổng hợp lũ Cửa Đạt 113 Hình 4.39: Đường trình mực nước hồ Cửa Đạt 114 PHẦN MỞ ĐẦU Ở nước ta, mùa khơ thường kéo dài từ ÷ tháng, lượng mưa thời kỳ chiếm 15÷20% tổng lượng mưa năm, cịn lại 80÷85% tập trung 5÷6 tháng mùa mưa Vì tượng thừa nước mùa mưa thiếu nước để phục vụ sản xuất nông nghiệp, công nghiệp,… gây nên lũ lụt, hạn hán sảy thường xuyên Trong năm qua Đảng Nhà nước ta trọng việc xây dựng hồ chứa nước nhằm cắt lũ, chậm lũ vào mùa mưa, cấp nước tưới phục vụ phát điện, phục vụ nông nghiệp, công nghiệp ngành kinh tế khác Các hồ góp phần phát triển kinh tế đất nước, đảm bảo an sinh xã hội Đến nay, nước xây dựng đưa vào khai thác 2300 hồ chứa có dung tích trữ từ 0,2 triệu m3 trở lên với tổng dung tích trữ 66 tỷ m3 Năm 1996 Chính phủ cho phép nghiên cứu chuẩn bị xây dựng Hồ chứa nước Cửa Đạt, nghiên cứu tiền khả thi dự án Hồ chứa nước Cửa Đạt Công ty Tư Vấn Xây Dựng Thuỷ Lợi thực Chính Phủ phê duyệt Quyết định số 1359/CP - NN ngày 14/11/1998, Dự án Chính Phủ định đầu tư thơng qua định 130/QĐ-TTg ngày 29 /01/2003, Chính Phủ giao cho Bộ NN&PTNT làm Chủ đầu tư, Bộ xác định Hồ quan trọng tỉnh Thanh Hóa nói riêng nước nói chung Đến ngày 02/02/2004 Dự án Hồ chứa nước Cửa Đạt khởi công xây dựng, cuối năm 2010 bàn giao đưa vào sử dụng Hồ chứa nước Cửa Đạt có nhiệm vụ sau: - Giảm lũ với tần suất P = 0,6%, bảo đảm mực nước Xuân Khánh không vượt +13,71m (lũ lịch sử 1962); - Cấp nước cho công nghiệp sinh hoạt với lưu lượng Q = 7,715 m3/s - Tạo nguồn nước tưới ổn định cho 85.115 đất canh tác (Nam sông Chu 54.031 ha, Bắc sông Chu 31.084 ha); - Kết hợp phát điện với công suất lắp máy đầu mối 97 MW, Dốc Cáy 15 MW; - Bổ sung nước mùa kiệt cho hạ du sông Mã để đẩy mặn, cải tạo môi trường sinh thái với lưu lượng Q = 30,42 m3/s Với nhiệm vụ quy mơ cơng trình hồ chứa nước Cửa Đạt cơng tác đại hóa quản lý điều hành hồ đặc biệt quan trọng cần nghiên cứu xây dựng Các nội dung cần nghiên cứu sau: - Nghiên cứu cơng nghệ để tính tốn dự báo lũ, điều hành hồ chứa: Từ số liệu mưa số liệu khác lưu vực, tính tốn dự báo dòng chảy đến hồ, dự báo mực nước hồ, xây dựng kịch xả tràn Từ số liệu diện tích khu tưới, tính tốn nhu cầu dùng nước kịch điều hành cấp nước; - Nghiên cứu giải pháp công nghệ để giám sát độ mở cửa tràn, lưu lượng xả qua tràn, thông số trạng thái làm việc xi lanh thủy lực (nhiệt độ dầu, áp lực dầu,….); đo mưa tự động lưu vực khu đầu mối hồ chứa; điều khiển đóng mở cửa tràn, cửa cống - Nghiên cứu giải pháp công nghệ để giám sát, xử lý, phân tích số liệu quan trắc thân đập, thân tràn; - Nghiên cứu giải pháp công nghệ để giám sát hình ảnh đập tràn camera thông qua mạng internet Các lĩnh vực cần nghiên cứu liên quan nhiều lĩnh vực công nghệ cơng nghệ tự động hóa, cơng nghệ thơng tin chuyên môn thủy lợi, nên cần nhiều thời gian lực lượng nghiên cứu Vì vậy, khn khổ đề tài luận văn giới hạn nghiên cứu ứng dụng cơng nghệ thơng tin để tính tốn dự báo lũ điều hành hồ chứa TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Hồ chứa nước Cửa Đạt xây dựng xong tích 1,4 tỷ m3 nước tưới cho 85.115 (Nam sông Chu 54.031 ha, Bắc sông Chu 31.084 ha) đất nông nghiệp Cơng việc tính tốn dự báo dịng chảy đến nhu cầu dùng nước phía hạ lưu phức tạp, khơng thể tính tốn thủ cơng tay mà cần phải nghiên cứu lựa chọn mơ hình cơng nghệ thơng tin để sử dụng tính tốn Hiện Việt Nam có nhiều đơn vị cá nhân nghiên cứu xây dựng mơ hình cơng nghệ để điều hành hồ chứa Mỗi mơ hình có ưu nhược điểm khác Vì vậy, việc nghiên cứu lựa chọn mơ hình áp dụng cho phù hợp với hồ chứa nước Cửa Đạt, nghiên cứu lựa chọn thơng số để áp dụng chạy mơ hình dự báo lũ điều hành hồ chứa nước Cửa Đạt cần thiết Việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ giúp cán điều hành hồ chứa dự báo dịng chảy đến, lên kế hoạch xả tràn để đón lũ nhằm đảm bảo an tồn hồ chứa, lập kế hoạch cấp nước cho vùng hạ du nhằm đảm bảo cấp đủ, tránh lãng phí nước MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI Nghiên cứu ứng dụng cơng nghệ thơng tin để đại hố quản lý điều hành Hồ chứa nước Cửa Đạt nhằm chủ động lập kế hoạch, điều hành xả lũ mùa mưa lũ, đảm bảo cấp nước phục vụ nông nghiệp, công nghiệp sinh hoạt, phát huy hiệu đầu tư cơng trình BỐ CỤC CỦA LUẬN VĂN Chương 1: Tổng quan tình hình nghiên cứu nước giới 1.1 Tình hình nghiên cứu nước 1.2 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 1.3 Liệt kê danh mục cơng trình nghiên cứu có liên quan đến đề tài nêu phần tổng quan Chương 2: Phương pháp nội dung nghiên cứu 2.1 Phương pháp nghiên cứu 2.2 Nội dung nghiên cứu Chương 3: Giới thiệu hệ thống thông tin quản lý, điều hành hồ chứa DHHPMTL.V.1.0 3.1 Các sở tốn học mơ hình phần mềm điều hành hồ chứa DHHPMTL.V.1.0 3.1.1 Khối tính dự báo dịng chảy đến 3.1.2 Khối tính tốn nhu cầu nước vùng hạ du 3.1.2 Khối tính tốn nhu cầu nước vùng hạ du 3.2 Giới thiệu chức hệ thống thông tin quản lý điều hành hồ chứa DHH-PMTL.V.1.0 10 Chương 4: Áp dụng hệ thống thông tin quản lý điều hành hồ chứa DHHCPMTL.V.1.0 để điều hành Hồ chứa nước Cửa Đạt 4.1 Giới thiệu cơng trình Hồ chứa nước Cửa Đạt 4.2 Kiểm nghiệm kết tính tốn dự báo dịng chảy đến hồ 4.3 Nghiên cứu xây dựng kịch điều hành hồ chứa nước Cửa Đạt cho năm 2008, 2009, 2010 Kết luận kiến nghị TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC: - PHỤ LỤC 1: CÁC SỐ LIỆU VỀ TÀI LIỆU KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN VÀ LƯU LƯỢNG THỰC ĐO TRONG NHỮNG NĂM GẦN ĐÂY - PHỤ LỤC 2: KẾT QUẢ TÍNH TỐN ... 2.2.2 Nghiên cứu ứng dụng Hệ thống thông tin quản lý, giám sát điều hành hồ chứa DHHC-PMTL.V.1.0 để áp dụng điều hành Hồ chứa nước Cửa Đạt 2.2.2.1 Thu thập số liệu cơng trình hồ chứa nước Cửa Đạt. .. phí nước MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI Nghiên cứu ứng dụng công nghệ thông tin để đại hoá quản lý điều hành Hồ chứa nước Cửa Đạt nhằm chủ động lập kế hoạch, điều hành xả lũ mùa mưa lũ, đảm bảo cấp nước. .. trình hồ chứa nước Cửa Đạt cơng tác đại hóa quản lý điều hành hồ đặc biệt quan trọng cần nghiên cứu xây dựng Các nội dung cần nghiên cứu sau: - Nghiên cứu công nghệ để tính tốn dự báo lũ, điều hành