Mô hình vận hành điều tiết thời gian thực thời kỳ mùa lũ hệ thống hồ chứa trên sông vu gia thu bồn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG -ooo - TÔ THÚY NGA MƠ HÌNH VẬN HÀNH ĐIỀU TIẾT THỜI GIAN THỰC THỜI KỲ MÙA LŨ HỆ THỐNG HỒ CHỨA TRÊN SÔNG VU GIA – THU BỒN LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT Chuyên ngành: Phát triển nguồn nước ĐÀ NẴNG - 2014 LỜI CAM ĐOAN Tôi Tô Thúy Nga Tơi 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 LỜI CẢM ƠN Đầu tiên tác giả bày tỏ lịng kính trọng biết ơn sâu sắc, đến thầy hướng dẫn GS TS Nguyễn Thế Hùng GS TS Hà Văn Khối tận tình hướng dẫn tác giả suốt trình nghiên cứu hoàn thiện Luận án Tác giả xin cảm ơn Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Đà Nẵng, Ban Đào tạo sau Đại học Đại học Đà Nẵng, Khoa Xây dựng Thủy lợi – Thủy điện, Phòng Quản lý Sau đại học trường Đại học Bách Khoa tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả thời gian nghiên cứu hoàn thành Luận án Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến quý thầy bạn đồng nghiệp, đóng góp nhiều ý kiến thiết thực để tác giả hoàn thiện luận án Cuối cùng, với tình u từ đáy lịng, tác giả cảm ơn bố, mẹ, chồng, anh chị, em hai tác giả, người thân yêu gia đình ln bên cạnh tác giả, động viên tác giả vật chất tinh thần để tác giả vững tâm hoàn thành luận án TÁC GIẢ MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Trên hệ thống sông Vu Gia – Thu Bồn có nhiều hồ chứa đã, xây dựng thượng nguồn (A Vương, sông Bung 2, Sông Bung 4, ĐăkMi 4, sông Tranh…) Theo quy hoạch hồ chứa có nhiệm vụ phát điện nên phần dung tích dành cho cắt giảm lũ hạ du khơng lớn Sau có thêm hồ chứa thượng nguồn chế độ lũ ngập lụt hạ du bị ảnh hưởng điều tiết hồ chứa Nếu có chế độ vận hành hợp lý có tác động tích cực vùng hạ du đảm bảo mục tiêu phát điện an toàn hồ chứa, trường hợp ngược lại có tác động tiêu cực nhiều trường hợp gây thiệt hại lớn cho vùng hạ du Trong thực tế xảy tác động tiêu cực ảnh hưởng điều tiết hồ chứa thượng nguồn, trường hợp lũ năm 2009 sơng Vu Gia-Thu Bồn sau có hồ A Vương trường hợp tương tự trận lũ 2010 sông Ba Trường hợp xả lũ hồ chứa A Vương, có lưu lượng xả khơng vượt lưu lượng đến hồ, trình xả gây “sốc” cho hạ du lưu lượng xả tăng đột biến thời gian ngắn Trường hợp hồ Sông Hinh sông Ba Hạ xảy tương tự, chí lưu lượng xả lớn lưu lượng đến hồ khu vực đỉnh lũ Nguyên nhân tồn quy trình vận hành hồ chứa ban hành quy trình cứng, chưa có phương án cảnh báo dự báo lũ phục vụ vận hành theo thời gian thực cho hệ thống hồ chứa nói Hiện nay, nghiên cứu chế độ vận hành hệ thống hồ chứa theo thời gian thực chưa ứng dụng nhiều Việt Nam, đặc biệt hồ chứa thuộc khu vực miền Trung Do vậy, việc nghiên cứu chế độ vận hành theo thời gian thực có sử dụng mơ hình cảnh báo, dự báo lũ hệ thống hồ chứa sông Vu Gia-Thu Bồn cần thiết có ý nghĩa khoa học thực tiễn Đây vấn đề khoa học cần nghiên cứu ứng dụng với hồ chứa hệ thống sông Vu GiaThu Bồn mà cần thiết với hệ thống hồ chứa khác thuộc khu vực miền Trung Chính vậy, đề tài luận án chọn để nghiên cứu : “ Mơ hình hình vận hành theo thời gian thực thời kỳ mùa lũ hệ thống hồ chứa sông Vu Gia-Thu Bồn” Mục tiêu nghiên cứu luận án Đề tài nghiên cứu xây dựng mơ hình vận hành hệ thống hồ chứa theo thời gian thực thời kỳ mùa lũ ứng dụng cho hệ thống hồ chứa sông Vu Gia – Thu Bồn nhằm nâng cao hiệu giảm lũ không gây tác động tiêu cực cho vùng hạ du, đảm bảo nhiệm vụ phát điện Nhiệm vụ nghiên cứu (1) Phân tích, thiết lập toán vận hành hệ thống hồ chứa theo thời gian thực; (2) Nghiên cứu xây dựng mơ hình cảnh báo, dự báo lũ đến hồ chứa hệ thống sông Vu Gia-Thu Bồn phục vụ vận hành hệ thống; (3) Xây dựng mơ hình mơ hệ thống sở tích hợp mơ hình mưa-dịng chảy, điều tiết hồ chứa, diễn tốn lũ hệ thống sơng phục vụ cho toán vận hành theo thời gian thực cho hệ thống hồ chứa phịng lũ sơng Vu Gia Thu Bồn, nhằm xác định chế độ vận hành hồ chứa thỏa mãn hai mục tiêu giảm lũ cho hạ du đảm bảo nhiệm vụ phát điện; (4) Đánh giá khả ứng dụng thực tế vận hành hồ chứa sông Vu Gia-Thu Bồn khả ứng dụng cho hệ thống hồ chứa khác thuộc khu vực miền Trung Phương pháp nghiên cứu (1) Phương pháp phân tích, tổng hợp: Tổng hợp, phân tích nghiên cứu ngồi nước liên quan đến lĩnh vực vận hành hồ chứa theo thời gian thực, từ xác định hướng tiếp cận khoa học cho toán đặt (2) Phương pháp phân tích ngun nhân hình thành: Trên sở phân tích đặc điểm mưa hình thành lũ hệ thống sông, lựa chọn thiết lập mô hình mơ lũ phục vụ dự báo, cảnh báo lũ vận hành hệ thống (3) Phương pháp phân tích hệ thống: Ứng dụng mơ hình tốn thủy văn, thủy lực đánh giá tác động vận hành hệ thống hồ chứa phịng lũ, từ đề xuất kịch vận hành hợp lý hiệu quả, làm sở cho việc vận hành hệ thống hồ chứa sông Vu Gia – Thu Bồn (4) Phương pháp kế thừa: Kế thừa nghiên cứu có liên quan đến đề tài: tài liệu đo đạc địa hình lịng dẫn, báo cáo quy hoạch phịng chống lũ lưu vực sơng Vu Gia-Thu Bồn, báo quy trình vận hành hồ chứa tài liệu liên quan khác Trên sở lý thuyết mơ hình (NAM, MUSKINGUM), xây dựng mơ hình mơ lũ MOPHONG-LU cho khu vực thượng du liên kết với mơ hình MIKE 11 có sẵn vùng hạ du phục vụ cho toán vận hành hệ thống Vu Gia –Thu Bồn Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận án Ý nghĩa khoa học Bài toán vận hành hệ thống hồ chứa theo thời gian thực toán đa dạng phức tạp, nghiên cứu lĩnh vực giới chưa đầy đủ, đặc biệt nghiên cứu Việt Nam hạn chế Hiện nay, phương pháp vận hành hệ thống hồ chứa phòng lũ nghiên cứu ứng dụng cho hồ chứa thuộc lưu vực sông Hồng, tồn hạn chế định nhà khoa học phải tiếp tục nghiên cứu Thực tế quản lý hồ chứa, đặc biệt quản lý lũ hồ chứa khu vực miền Trung cần nghiên cứu phương pháp vận hành hồ chứa theo thời gian thực nhằm nâng cao hiệu cắt giảm lũ xả lũ an toàn cho vùng hạ du đồng thời điện khơng đáng kể Chính vậy, đề tài nghiên cứu "Mơ hình vận hành điều tiết thời gian thực thời kỳ mùa lũ hệ thống hồ chứa sông Vu Gia – Thu Bồn” góp phần phát triển ngành khoa học vận hành hệ thống hồ thủy lợi Việt Nam, đóng góp cho phát triển chung lĩnh vực phát triển nguồn nước giới Ý nghĩa thực tiễn Đề tài định hướng giải pháp kỹ thuật với mục tiêu cụ thể xây dựng chương trình tính tốn có khả hỗ trợ định việc vận hành điều hệ thống hồ chứa phịng lũ Nghiên cứu tốn vận hành theo thời gian thực thời kỳ mùa lũ sông Vu Gia-Thu Bồn sở khoa học cho việc bổ sung quy trình vận hành có nghiên cứu điển hình xem xét áp dụng cho lưu vực sơng khác thuộc khu vực miền Trung Mơ hình mơ mà tác giả xây dựng áp dụng cho công tác dự báo lũ vận hành an tồn hồ chứa phịng lũ lưu vực sông Vu Gia-Thu Bồn Phương pháp tiếp cận khoa học (1) Trên sở lý thuyết mơ hình có, xây dựng mơ hình mơ dự báo lũ từ mưa vận hành hệ thống hồ chứa cho vùng thượng du Mơ hình kết nối với khu vực hạ du mô mô hình có sẵn MIKE 11 Mơ hình tính tốn điều tiết lũ liên kết mơ hình mơ hệ thống theo thời gian thực (2) Trên sở mơ hình thiết lập kết dự báo mưa đến ngày Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn cung cấp hàng ngày, kéo dài thời gian dự báo lũ đến đến ngày Từ xem xét kịch vận hành hệ thống hồ chứa để khắc phục hạn chế quy trình vận hành liên hồ chứa ban hành hạn chế thời gian dự báo lũ (3) Với cơng cụ mơ hình mơ thiết lập, xây dựng quy trình vận hành theo thời gian thực nhằm nâng cao hiệu cắt giảm lũ, xả lũ an toàn đảm bảo an toàn tích nước cho nhiệm vụ phát điện cấp nước hạ du Những đóng luận án (1) Thiết lập chương trình tính cho mơ hình mơ (MOPHONGLU) tích hợp ba mơ hình : mơ hình mưa dịng chảy, mơ hình vận hành hồ chứa diễn tốn lũ sơng cho vùng thượng du sông Vu Gia – Thu Bồn phục vụ cho dự báo lũ với thời gian dự kiến từ đến ngày làm sở cho việc xác định chế độ vận hành hồ chứa theo thời gian thực (2) Lần xây dựng phương pháp vận hành hồ chứa theo thời gian thực cho hệ thống hồ chứa lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn thời kỳ mùa lũ cách đầy đủ, có khả ứng dụng thực tế (3) Trên sở nghiên cứu phương án vận hành hệ thống hồ chứa phòng lũ, đề xuất phương án tăng dung tích phịng lũ chế độ vận hành hợp lý nhằm nâng cao hiệu cắt giảm lũ cho hạ du, với điện không đáng kể sở cho việc bổ sung quy trình liên hồ chứa phê duyệt Cấu trúc luận án : Ngoài hai phần mở đầu kết luận, kiến nghị đề tài gồm chương: - Chương Tổng quan nghiên cứu vận hành hệ thống hồ chứa theo thời gian thực - Chương Cơ sở khoa học thực tiễn thiết lập toán vận hành hồ chứa theo thời gian thực thời kỳ mùa lũ cho hệ thống hồ chứa sông Vu Gia-Thu Bồn - Chương Thiết lập mơ hình mô phục vụ dự báo lũ vận hành hệ thống hồ chứa theo thời gian thực cho hệ thống hồ chứa sông Vu Gia – Thu Bồn - Chương Đề xuất phương án dung tích phịng lũ chế độ điều tiết cắt giảm lũ hạ du sông Vu Gia – Thu Bồn theo hướng vận hành hệ thống hồ chứa phòng lũ theo thời gian thực CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ VẬN HÀNH HỆ THỐNG HỒ CHỨA THEO THỜI GIAN THỰC 1.1 Tổng quan nghiên cứu nước Vận hành hệ thống hồ chứa vấn đề nhiều quan nghiên cứu quan tâm Viện Khoa học thủy lợi Việt Nam, Viện Cơ học, Viện Khí tượng Thủy văn, trường Đại học nước nghiên cứu ứng dụng vào thực tiễn hệ thống hồ chứa nước ta Ngày 13/10/2010 Phó Thủ tướng Hồng Trung Hải ký văn số 1879/QĐ-TTg [6] Phê duyệt danh mục hồ thủy lợi, thủy điện lưu vực sông phải xây dựng quy trình vận hành liên hồ chứa Theo đó, hồ chứa xây dựng lưu vực 11 sông ghi văn phải xây dựng quy trình vận hành liên hồ chứa để thống việc xả lũ, đảm bảo phát điện, an toàn cho dân cư vùng hạ du Tuy nhiên, nay, có lưu vực Thủ tướng Chính phủ phê duyệt quy trình vận hành liên hồ chứa là: Lưu vực sơng Hồng (Sơn La, Hịa Bình, Thác Bà Tun Quang); lưu vực sơng Vu Gia - Thu Bồn (A Vương, Đăk Mi 4, Sông Tranh II); lưu vực sông Ba (An Khê – Kanak, Ayun Hạ, Krông Năng, Sông Hinh, Sông Ba Hạ); lưu vực Sê San (Plei Krông, Ialy, Sê San 3, Sê San 3A); lưu vực Srêpok (Buôn Tua Sah, Buôn Koup, Srêpok Srêpok 4) Theo tác giả Tô văn Tường phân tích [31] vai trị quy trình vận hành liên hồ xả lũ, chưa có quy định cụ thể xử phạt xả sai quy trình, ta thấy cần thiết phải có quy trình vận hành liên hồ Trận lũ tháng 10 năm 2010 lưu vực sông Ba: số hồ chứa sông Ba Hạ, sông Hinh xả lũ mà khơng báo trước cho Ban huy phịng chống lụt bão tỉnh Phú Yên dẫn đến tình trạng gây lũ nhân tạo, “lũ chồng lên lũ" thành phố Tuy Hòa Sự kiện thủy điện An Khê-Kanak (Gia Lai) Tập đoàn điện lực Việt Nam đột ngột xả lũ vào đêm 24 rạng ngày 25/5/2011 gây thiệt hại lớn cho hàng trăm hộ dân huyện Kbang, xác định hồ thủy điện xả nước sai khơng theo quy trình vận hành lại khó xử phạt chưa có chế tài rõ ràng Thực tế, hồ An Khê – Kanăk hồ chứa nằm quy trình vận hành liên hồ chứa lưu vực sông Ba với thời gian quy định vận hành từ 1/9 đến 15/12 hàng năm, thời kỳ lũ vụ với lưu lượng lũ lớn quan trắc trạm thủy văn Củng Sơn 20.700 m3/s ngày 4/10/1993 tương ứng với tần suất khoảng 1% Đợt xả lũ thủy điện An Khê – Kanak vào đêm 24/5 không nằm thời gian quy định quy trình vận hành liên hồ chứa, xả không báo trước, không theo quy luật tự nhiên gây thiệt hại lớn cho nhân dân huyện Kbang điều dễ hiểu Đối với hồ chứa thuộc khu vực miền Trung thường quy định: Khi mực nước hồ đến mực nước dâng bình thường mực nước trước lũ, lưu lượng xả lũ khơng lớn lũ đến Điều thơi chưa đủ mực nước hồ nhỏ mực nước dâng bình thường, hồ tích nước (Qxả =0) đến mực nước hồ đạt mực nước dâng bình thường xả lũ với lưu lượng lũ đến Như vậy, gây tượng “sốc”, cho hạ du lưu lượng đột ngột tăng từ đến lưu lượng lớn, gây sạt lở, thiệt hại cho người cho hạ du Có thể gọi “xả lũ khơng an tồn” cho hạ du Do đó, cần phải bổ sung thêm điều “xả lũ an toàn cho hạ du” vào quy trình vận hành cho hồ chứa, đặc biệt miền Trung lại cần phải ý địa hình dốc Ngồi ra, cần rà sốt bổ sung lại quy trình ban hành hệ thống sông Ba Hạ, sông Vu GiaThu Bồn (hiện xây dựng thêm số hồ nữa) với thực trạng dự báo lũ nay, chủ hồ khó vận hành theo quy trình ban hành Hiện có quy trình vận hành số lưu vực sơng nước nói chung lưu vực sơng Vu Gia – Thu Bồn nói riêng Chính phủ ban hành, số tác giả xây dựng quy trình cho lưu vực sơng miền Trung Tây Nguyên Tuy nhiên quy trình vận hành hồ chứa dựa dự báo lũ có nhiều rủi ro khả dự báo mưa lớn thượng nguồn, mực nước triều vùng cửa sông có bão lưu vực sơng cịn hạn chế Địa hình miền Trung dốc, sơng ngắn nên lũ lên nhanh, cộng với việc trạm đo mưa thưa nên việc dự báo thủy văn khó xác Các hồ chứa thủy điện Miền Trung việc tích nước đầy hồ chứa hay khơng phụ thuộc vào có lũ hồ nhiều hay 150 đến ngày; (2) Tăng dung tích phịng lũ theo hướng xác định “mực nước trước lũ cố định” Từ tính tốn nghiên cứu cho thấy, hướng giải pháp tăng dung tích đón lũ có ưu điểm vừa nâng cao hiệu cắt lũ hạ du, vừa tránh rủi ro cho việc tích nước đầy hồ cuối mùa lũ đảm bảo yêu cầu phát điện hồ chứa Mơ hình mô mà tác giả xây dựng cho vùng thượng du sông Vu GiaThu Bồn thiết lập theo hướng tổng qt Do vậy, hồn thiện ứng dụng cho lưu vực khác Việt Nam Tuy nhiên, phải bổ sung giao diện để thuận lợi cho người sử dụng Kết ứng dụng mơ hình mơ cho vận hành hệ thống hồ chứa sơng Vu Gia-Thu Bồn cịn hạn chế định số liệu đo mưa không đầy đủ, tài liệu địa hình lịng sơng, đặc biệt hạ du sông chưa đảm bảo mức tin cậy cao KIẾN NGHỊ Hướng nghiên cứu luận án tiếp cận với toán vận hành theo thời gian thực giới hạn mức “xây dựng mô hình mơ phục vụ vận hành theo thời gian thực” Để vận hành hệ thống hồ chứa sông Vu Gia-Thu Bồn theo nghĩa, cần thiết phải có nghiên cứu Hướng nghiên cứu hồn thiện chương trình MOPHONGLU cho hồn thiện dễ sử dụng cập nhật thêm phần diễn tốn sơng phía hạ lưu, q trình sử dụng cần bổ sung thay đổi địa hình địa chất thổ nhưỡng để hiệu chỉnh lại thơng số mơ hình cho phù hợp với xu hướng thay đổi thực tế Cần thiết phải đề xuất với với quan chức để thành lập ban quản lý lưu vực sông kết hợp với kết dự báo Đài Khí tượng Thủy văn tích hợp số liệu dự báo mưa vào chương trình để việc vận hành thuận lợi nhanh chóng hơn, kết vận hành hiệu hay không phụ thuộc lớn vào kết dự báo mưa Đài khí tượng Thủy văn / MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN TÁC GIẢ LỜI CẢM ƠN TÁC GIẢ MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu nghiên cứu luận án Nhiệm vụ nghiên cứu 4 Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận án Phương pháp tiếp cận khoa học Những đóng luận án Cấu trúc luận án : .7 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ VẬN HÀNH HỆ THỐNG HỒ CHỨA THEO THỜI GIAN THỰC 1.1 Tổng quan nghiên cứu nước Với riêng lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn chưa có quy trình cụ thể đầy đủ để vận hành theo thời gian thực cho hồ chứa thủy điện xây dựng 11 1.2 Tổng quan nghiên cứu nước 18 1.3 Đề xuất hướng nghiên cứu 25 CHƯƠNG CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN THIẾT LẬP BÀI TOÁN VẬN HÀNH HỒ CHỨA THEO THỜI GIAN THỰC THỜI KỲ MÙA LŨ CHO HỆ THỐNG HỒ CHỨA TRÊN SÔNG VU GIA-THU BỒN 28 2.1 Đặc điểm hình thành lũ lưu vực sơng Vu Gia-Thu Bồn 28 2.1.1 Vị trí địa lý 28 2.1.2 Đặc điểm địa hình 29 2.1.3 Đặc điểm sơng ngịi 30 2.1.4 Đặc điểm hình thành lũ hệ thống sơng 31 2.2 Hệ thống hồ chứa nhiệm vụ điều tiết hệ thống hồ chứa 36 2.2.1 Hệ thống hồ chứa phịng lũ sơng Vu Gia-Thu Bồn 36 2.2.2 Nhiệm vụ điều tiết quy trình vận hành liên hồ chứa thời kỳ mùa lũ 38 2.3 Cơ sở phương pháp luận vận hành hồ chứa theo thời gian thực 40 2.3.1 Khái niệm vận hành hồ chứa theo thời gian thực 40 2.3.2 Các nội dung tốn vận hành hệ thống hồ chứa theo thời gian thực 41 2.3.3 Mơ tả tốn ngun lý vận hành hệ thống hồ chứa phòng lũ theo thời gian thực 42 2.3.4 Cơ sở khoa học thực tiễn thiết lập toán vận hành theo thời gian thực cho hệ thống hồ chứa phòng lũ sông Vu Gia-Thu Bồn 44 2.4 Thiết lập toán vận hành điều tiết thời gian thực thời kỳ mùa lũ hệ thống hồ chứa lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn 48 2.4.1 Xác định mục đích nghiên cứu 48 2.4.2 Phạm vi nghiên cứu 48 2.4.3 Phương pháp tiếp cận 49 2.4.4 Nội dung nghiên cứu 50 CHƯƠNG 3: THIẾT LẬP MƠ HÌNH MƠ PHỎNG PHỤC VỤ DỰ BÁO LŨ VÀ VẬN HÀNH HỆ THỐNG HỒ CHỨA THEO THỜI GIAN THỰC CHO HỆ THỐNG HỒ CHỨA TRÊN SÔNG VU GIA – THU BỒN 51 3.1 Lựa chọn mơ hình nghiên cứu 51 3.1.1 Giới thiệu chung mơ hình quản lý vận hành hồ chứa 51 3.1.2 Tóm tắt số ứng dụng mơ hình mơ vận hành hệ thống hồ chứa theo thời gian thực 54 3.1.3 Xác định hướng mơ hình phục vụ mơ lũ 56 3.2 Xây dựng mơ hình mơ diễn tốn lũ hệ thống sơng MOPHONG_LU sử dụng quản lý vận hành hồ chứa phòng lũ 56 3.2.1 Cấu trúc mơ hình 56 3.2.2 Lựa chọn mơ hình thành phần mơ hình MOPHONG-LU 57 3.2.3 Lập chương trình tính tốn cho mơ hình MOPHONG-LU 64 3.2.4 Ứng dụng mơ hình MOPHONG-LU cho lưu vực sơng Vu Gia-Thu Bồn 73 3.3 Mô lũ theo mơ hình MIKE 11 cho khu vực hạ du sông Vu Gia-Thu Bồn 84 3.3.1 Giới thiệu mơ hình MIKE 11 84 3.3.2 Thiết lập sơ đồ tính tốn thủy lực hệ thống sơng Vu Gia – Thu Bồn 89 3.3.3 Kết hiệu chỉnh kiểm định mơ hình 93 CHƯƠNG 4: ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN DUNG TÍCH PHÒNG LŨ VÀ CHẾ ĐỘ ĐIỀU TIẾT CẮT GIẢM LŨ HẠ DU SÔNG VU GIA-THU BỒN THEO HƯỚNG VẬN HÀNH HỆ THỐNG HỒ CHỨA PHÒNG LŨ THEO THỜI GIAN THỰC 99 4.1 Thiết lập hệ thống kịch phương án dung tích phịng lũ chế độ điều tiết cắt lũ cho hệ thống hồ chứa sông Vu Gia-Thu Bồn 99 4.1.1 Cơ sở thiết lập kịch dung tích phịng lũ chế độ vận hành cắt lũ hạ du 99 4.1.2 Xây dựng hệ thống kịch điều tiết hồ chứa cắt lũ theo hướng “tạo mực nước đón lũ” 101 4.1.2 Xây dựng hệ thống kịch phương án dung tích phịng lũ theo hướng “tạo mực nước trước lũ cố định” 102 4.2 Tính toán vận hành theo phương án 104 4.2.1 Kết tính tốn theo phương án mực nước đón lũ 104 4.2.2 Kết tính tốn theo phương án dung tích phịng lũ cố định 114 4.3 Kết luận chương 123 4.4 Đề xuất bổ sung quy trình vận hành liên hồ chứa 123 4.5 Kết thử nghiệm vận hành theo thời gian thực 124 4.5.1 Lựa chọn trận lũ thử nghiệm 124 4.5.2 Chế độ vận hành hồ chứa kết qủa tính tốn vận hành theo thời gian thực 124 4.5.4 Nhận xét 140 4.6 Đánh giá ảnh hưởng chế độ vận hành đến hiệu phát điện 140 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 149 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU A : Thơng số hình thức mơ tả loại cơng trình xả, số cửa xả mở độ mở cửa xả lũ C: Hệ số Chezy TGT: Thời gian thực CKBF : Hằng số thời gian dòng chảy ngầm CKIF: Hằng số thời gian dòng chảy sát mặt CK12 : Hằng số thời gian cho diễn tốn dịng chảy sát mặt sát mặt CQOF: Hệ số dòng chảy mặt F : Diện tích lưu vực (Km2) g: Gia tốc trọng trường (m/s2) h: Cao trình mặt nước thời điểm tính (m) HTL: Mực nước thượng lưu cơng trình HHL: Mực nước hạ lưu cơng trình Htổn thất: Mực nước tổn thất thu hẹp hay mở rộng dòng chảy k : Thời gian chảy truyền đoạn sông L : Chiều dài sơng (m) Lmax : Lượng nước tối đa bể chứa tầng rễ (mm) M : Số thời đoạn mưa hiệu quả; n: Hệ số nhám lịng dẫn N : Số thời đoạn q trình lưu lượng q: Lưu lượng gia nhập bên đơn vị (m2/s) Q: Lưu lượng dòng chảy qua mặt cắt (m3/s) Qi : Lưu lượng tuyến cửa lưu vực thời đoạn thứ i (i =1, 2, 3, , N), Q(t) : Lưu lượng đến hồ thời điểm t; Qx(t) : Lưu lượng xả qua cơng trình xả lũ; R: Bán kính thuỷ lực (m) t: Thời gian tính tốn (s) Tc : Thời gian tập trung nước (giờ) TG : Giá trị ngưỡng lượng nước bổ sung cho dòng chảy ngầm TIF : Giá trị ngưỡng dòng chảy sát mặt TOF : Giá trị ngưỡng dòng chảy mặt : Thời gian trễ (giờ) x : Hằng số biểu thị chiều dài x: Chiều dài dọc theo dòng chảy (m) Zt, Zh : Mực nước hồ mực nước sau cơng trình xả lũ; Ui-j+1 : Tung độ đường đơn vị thời đoạn tính tốn thứ i với điều kiện i-j+1 n, Umax : Lượng nước tối đa trữ bể chứa mặt Y : Độ dốc bình quân lưu vực (m/m) V: Dung tích hồ chứa; : Hệ số phân bố động lượng β: Hệ số phân bố động DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Đặc trưng lượng mưa thời đoạn lớn trạm lưu vực sông Vu Gia Thu Bồn Bảng 2.2: Mưa ngày lớn thời kỳ 1980-2010 33 Bảng 2.3: Mức báo động lũ đặc trưng đỉnh lũ Sông Vu Gia – Thu Bồn 34 Bảng: 2.4: Thống kê số trận lũ lớn năm theo tháng (1980 - 2010) 35 Bảng 2.5: Lũ lớn vùng từ năm 1976 đến 2009 35 Bảng 2.6: Thời gian tốc độ truyền lũ sông Vu Gia – Thu Bồn 36 Bảng 2.7: Các dự án hồ chứa theo quy hoạch năm 2000 37 Bảng 2.8 Tổng hợp dự án dịng sơng Vu Gia - Thu Bồn 39 Bảng 2.9 Mực nước đón lũ dung tích phong lũ hồ chứa 40 Bảng 3.1: Các thơng số mơ hình NAM 63 Bảng 3.2: Mạng lưới trạm đo khí tượng thủy văn lưu vực 74 Bảng 3.3: Các thơng số hồ chứa 76 Bảng 3.4: Các đặc trưng lưu vực nhập lưu lưu vực hồ chứa 77 Bảng 3.5: Các tham số mơ hình NAM xác định theo lũ năm 2009 79 Bảng 3.6: Hệ số K diễn toán theo MUSKINGUM 80 Bảng 3.7: Hệ số Nash kết hiệu chỉnh kiểm định mơ hình 81 Bảng 3.8 Các nhánh sông sơ đồ thủy lực hạ lưu sông 90 Bảng 3.9 Diện tích phân theo cao độ khu ruộng tiêu phía hạ lưu 92 Bảng 3.10 Bộ thơng số nhám mơ hình thủy lực 93 Bảng 3.11 Đánh giá sai số 98 Bảng 4.1: Thống kê kịch dung tích mực nước trước lũ 103 Bảng 4.2: Hiệu cắt lũ nút Nông Sơn, Thành Mỹ, Hội Khách, nút nhập lưu sông Bung +A Vương 109 Bảng 4.3: Mực nước lớn vị trí vùng hạ du theo phương án vận hành cắt giảm lũ hạ du Trận lũ tháng năm 2009 110 Bảng 4.4: Hiệu giảm mực nước hạ du theo hướng tạo dung tích đón lũ trước lũ - Trận lũ tháng năm 2009 110 Bảng 4.5: Hiệu cắt lũ nút Nông Sơn, Thành Mỹ, Hội Khách, nút nhập lưu sông Bung +A Vương 119 Bảng 4.6: Mực nước lớn vị trí vùng hạ du theo phương án vận hành cắt giảm lũ hạ du Trận lũ tháng năm 2009 120 Bảng 4.7: Hiệu giảm mực nước hạ du theo hướng tạo dung tích đón lũ trước lũ - Trận lũ tháng năm 2009 120 Bảng 4.14 :Lưu lượng đỉnh lũ vị trí trước sau cắt lũ theo vận hành thử nghiệm theo thời gian thực 139 Bảng 4.15 : Mực nước đỉnh lũ vị trí trước sau cắt lũ theo vận hành thử nghiệm theo thời gian thực 139 Bảng 4.8 :Dự báo mưa ngày, ngày 23 tháng năm 2009 142 Bảng 4.9 :Dự báo mưa ngày, ngày 24 tháng năm 2009 143 Bảng 4.10:Dự báo mưa ngày, ngày 25 tháng năm 2009 144 Bảng 4.11:Dự báo mưa ngày, ngày 26 tháng năm 2009 145 Bảng 4.12:Dự báo mưa ngày, ngày 27 tháng năm 2009 146 Bảng 4.13:Dự báo mưa ngày, ngày 28 tháng năm 2009 147 Bảng 4.14: Kết tính tốn thủy theo phương án dung tích phịng lũ hồ chứa A Vương 148 Bảng 4.15 :Lưu lượng đỉnh lũ vị trí trước sau cắt lũ theo vận hành thử nghiệm theo thời gian thực 139 Bảng 4.16 : Mực nước đỉnh lũ vị trí trước sau cắt lũ theo vận hành thử nghiệm theo thời gian thực 139 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Đường q trình lũ đến lũ xả hồ A Vương tháng 10 năm 2009 10 Hình 1.2: Đường trình lũ đến lũ xả hồ Sông Hinh tháng 11 năm 2010 11 Hình 1.3: Đường trình lũ đến lũ xả hồ Sông Ba Hạ tháng 11 năm 2010 11 Hình 2.2: Hệ thống hồ chứa lớn có nhiệm vụ cắt giảm lũ lưu vực sơng Vu Gia-Thu Bồn 38 Hình 2.3: Sơ đồ liên kết thành phần toán vận hành hệ thống 43 Hình 2.4: Sơ đồ tổng quát trình định vận hành hệ thống hồ chứa phòng lũ với dự báo mưa ngày 44 Hình 2.5: Mẫu tin dự báo định lượng mưa ngày 47 Hình 3.1 Minh họa cân hồ chứa theo phương pháp ẩn 53 Hình 3.2 Minh họa cân hồ chứa theo phương pháp Explicit (hiện) 53 Hình 3.3 Cấu trúc mơ hình Nam 60 Hình 3.4 Sơ đồ tính tốn q trình lưu lượng Q~t cho lưu vực nhập lưu theo đường đơn vị SCS 65 Hình 3.5: Sơ đồ tính tốn q trình lưu lượng Q~t mơ hình NAM cho lưu vực nhập lưu có N thời đoạn tính tốn 66 Hình 3.6: Sơ đồ diễn tốn dịng chảy qua hồ chứa với số thời đoạn tính tốn N, thời đoạn tính tốn t 67 Hình 3.7: Sơ đồ thiết lập kịch vận hành cửa sổ hình theo nguyên tắc “đối thoại người-máy” 68 Hình 3.8: Sơ đồ cấu trúc mơ hình MOPHONG_LU 70 Hình 3.9a: Sơ đồ xác định thơng số mơ hình MOPHONG_LU 71 Hình 3.9b: Sơ đồ kiểm định mơ hình MOPHONG_LU 72 Hình 3.10 Sơ đồ lưới trạm khí tượng thủy văn lưu vực Vu Gia- Thu Bồn 75 Hình 3.11 Sơ đồ lưới trạm khí tượng , thủy văn theo quy hoạch 76 Hình 3.12: Sơ đồ hệ thống khu vực thượng du sơng Vu Gia-Thu Bồn 78 Hình 3.13: Kết hiệu chỉnh trận lũ từ 25-9- 6/ 10/ 2009 trạm thủy văn Nông Sơn 82 Hình 3.14: Kết mơ trận lũ từ 25-9=> 6/10/2009 trạm thủy văn Thành Mỹ 82 Hình 3.15: Kết hiệu chỉnh trận lũ từ 25-9=> 6/10/2009 hồ chứa A Vương (lũ A Vương thực đo lấy theo số liệu phục hồi lũ TĐ A Vương) 83 Hình 3.16: Kết kiểm định trận lũ từ đợt ngày 8/11 đến 11/ 11/ 2007 trạm thủy văn Nông Sơn 83 Hình 3.17: Kết kiểm định trận lũ từ 8-11/ 11/ 2007 trạm thủy văn Thành Mỹ 84 Hình 3.18 Sơ đồ giải hệ phương trình vi phân đạo hàm riêng Saint-Venant 86 Hình 3.19 Sơ đồ giải theo phương pháp ẩn điểm 86 Hình 3.20 Sơ đồ giải cơng trình thuật giải mơ hình MIKE11 88 Hình 3.21 Sơ đồ hạ lưu mạng lưới sông Vu Gia Thu Bồn 91 Hình 3.22 Hiệu chỉnh đường q trình mực nước tính tốn thực đo Hội Khách trận lũ 28-9 – 3/10/2009 94 Hình 3.23 Kiểm đinh đường q trình mực nước tính tốn thực đo Hội Khách trận lũ 8-11 đến 14/11/2007 94 Hình 3.24 Hiệu chỉnh đường q trình mực nước tính toán thực đo Ái Nghĩa trận lũ 28-9 – 3/10/2009 94 Hình 3.25 Kiểm đinh đường trình mực nước tính tốn thực đo Ái Nghĩa trận lũ 8-11 đến 14/11/2007 95 Hình 3.26 Hiệu chỉnh đường q trình mực nước tính tốn thực đo Cẩm Lệ trận lũ 28-9 – 3/10/2009 95 Hình 3.27 Kiểm đinh đường q trình mực nước tính tốn thực đo Cẩm Lệ trận lũ 8-11 đến 14/11/2007 95 Hình 3.28 Hiệu chỉnh đường trình mực nước tính tốn thực đo Giao Thủy trận lũ 28-9 – 3/10/2009 96 Hình 3.29 Kiểm đinh đường trình mực nước tính tốn thực đo Giao Thủy trận lũ 8-11 đến 14/11/2007 96 Hình 3.30 Hiệu chỉnh đường q trình mực nước tính tốn thực đo Câu Lâu trận lũ 28-9 – 3/10/2009 96 Hình 3.31 Kiểm đinh đường q trình mực nước tính tốn thực đo Câu Lâu trận lũ 8-11 đến 14/11/2007 97 Hình 3.32 Hiệu chỉnh đường trình mực nước tính tốn thực đo Hội An trận lũ 28-9 – 3/10/2009 97 Hình 3.33 Kiểm đinh đường q trình mực nước tính tốn thực đo Hội An trận lũ 8-11 đến 14/11/2007 97 Hình 4.1: Đường trình lưu lượng đến, lưu lượng xả mực nước hồ sông Tranh - Trận lũ 9/2009- Các phương án PA1-1, PA1-2, PA1-3, PA1-4 104 Hình 4.2: Đường trình lưu lượng đến, lưu lượng xả mực nước hồ Đăkmi4 - Trận lũ 9/2009- Các phương án PA1-1, PA1-2, PA1-3, PA1-4 105 Hình 4.3: Đường trình lưu lượng đến, lưu lượng xả mực nước hồ sông Bung - Trận lũ 9/2009- Các phương án PA1-1, PA1-2, PA1-3, PA1-4 105 Hình 4.4: Đường trình lưu lượng đến, lưu lượng xả mực nước hồ sông Bung2- Trận lũ 9/2009- Các phương án PA1-1, PA1-2, PA1-3, PA1-4 106 Hình 4.5: Đường trình lưu lượng đến, lưu lượng xả mực nước hồ A Vương - Trận lũ 9/2009- Các phương án PA1-1, PA1-2, PA1-3, PA1-4 106 Hình 4.6: Đường q trình lũ Nơng Sơn trước sau cắt lũ theo 107 Hình 4.7: Đường trình lũ Thành Mỹ trước sau cắt lũ theo phương án PA1-1, PA1-2, PA1-3, PA1-4 - Trận lũ 9/2009 107 Hình 4.8: Đường trình lũ hợp lưu sông Bung A Vương trước sau cắt lũ theo phương án PA1-1, PA1-2, PA1-3, PA1-4 - Trận lũ 9/2009 108 Hình 4.9: Đường trình lũ Hội Khách trước sau cắt lũ theo phương án PA1-1, PA1-2, PA1-3, PA1-4 - Trận lũ 9/2009 108 Hình 4.10: Đường trình mực nước Câu Lâu theo phương án vận hành cắt giảm lũ PA1-1, PA1-2, PA1-3, PA1-4 - Trận lũ 9/2009 111 Hình 4.11: Đường trình mực nước Ái Nghĩa theo phương án vận hành cắt giảm lũ PA1-1, PA1-2, PA1-3, PA1-4 - Trận lũ tháng 9/ 2009 111 Hình 4.12: Đường trình mực nước Hội Khách theo phương án vận hành cắt giảm lũ PA1-1, PA1-2, PA1-3, PA1-4 - Trận lũ /2009 112 Hình 4.13: Đường trình mực nước Cẩm Lệ theo phương án vận hành cắt giảm lũ PA1-1, PA1-2, PA1-3, PA1-4 - Trận lũ 9/2009 112 Hình 4.14: Đường trình mực nước Giao Thủy theo phương án vận hành cắt giảm lũ PA1-1, PA1-2, PA1-3, PA1-4 - Trận lũ 9/ 2009 113 Hình 4.15: Đường trình mực nước Hội An theo phương án vận hành cắt giảm lũ PA1-1, PA1-2, PA1-3, PA1-4 - Trận lũ 9/ 2009 113 Hình 4.16: Đường trình lưu lượng đến, lưu lượng xả mực nước hồ sông Tranh - Trận lũ 9/2009- Các phương án 114 Hình 4.17: Đường trình lưu lượng đến, lưu lượng xả mực nước hồ sông Bung - Trận lũ 9/2009- Các phương án 115 Hình 4.18: Đường trình lưu lượng đến, lưu lượng xả mực nước hồ sông Bung - Trận lũ 9/2009- Các phương án 115 Hình 4.19: Đường trình lưu lượng đến, lưu lượng xả mực nước hồ Đăkmi4- Trận lũ 9/2009- Các phương án 116 Hình 4.20: Đường trình lưu lượng đến, lưu lượng xả mực nước hồ A Vương - Trận lũ 9/2009- Các phương án 116 Hình 4.21: Đường trình lũ Nơng Sơn trước sau cắt lũ theo phương án PA2, - Trận lũ 9/2009 117 Hình 4.22: Đường trình lũ Thành Mỹ trước sau cắt lũ theo phương án PA2, - Trận lũ 9/2009 117 Hình 4.23: Đường trình lũ hợp lưu Sông Bung sông A Vương trước sau cắt lũ theo phương án 2, - Trận lũ 9/2009 118 Hình 4.24: Đường trình lũ Hội Khách trước sau cắt lũ theo phương án 2, - Trận lũ 9/2009 118 Hình 4.25: Đường trình mực nước Hội Khách theo phương án vận hành cắt giảm lũ PA2-1, PA2-2, PA2-3, PA2-4, PA2-5 Trận lũ tháng 9/2009 120 Hình 4.26: Đường trình mực nước Ái Nghĩa theo phương án vận hành cắt giảm lũ PA2-1, PA2-2, PA2-3, PA2-4, PA2-5 - Trận lũ tháng /2009 121 Hình 4.27: Đường trình mực nước Giao Thủy theo phương án vận hành cắt giảm lũ PA2-1, PA2-2, PA2-3, PA2-4, PA2-5 - Trận lũ tháng /2009 121 Hình 4.28: Đường trình mực nước Cẩm Lệ theo phương án vận hành cắt giảm lũ PA2-1, PA2-2, PA2-3, PA2-4, PA2-5- Trận lũ tháng /2009 122 Hình 4.29: Đường trình mực nước Câu Lâu theo phương án vận hành cắt giảm lũ PA2-1, PA2-2, PA2-3, PA2-4, PA2-5 - Trận lũ tháng /2009 122 Hình 4.30: Đường trình mực nước Hội An theo phương án vận hành cắt giảm lũ PA2-1, PA2-2, PA2-3, PA2-4, PA2-5 Trận lũ tháng /2009- 123 Hình 4.31: Sơ đồ vận hành hệ thống hồ chứa theo thời gian thực từ ngày 26 đến 29/9/2009 127 Hình 4.32: Quá trình lũ đến hồ Sông tranh dự báo thời điểm 7h ngày 26-29/9 cập nhật liên tục theo số liệu dự báo mưa 128 Hình 4.33: Quá trình lũ đến hồ A Vương dự báo thời điểm 7h ngày 2629/9 cập nhật liên tục theo số liệu dự báo mưa 128 Hình 4.34: Quá trình lũ đến hồ ĐakMi dự báo thời điểm 7h ngày 2629/9 cập nhật liên tục theo số liệu dự báo mưa 129 Hình 4.35: Q trình lũ đến hồ sơng Bung dự báo thời điểm 7h ngày 26-29/9 cập nhật liên tục theo số liệu dự báo mưa 129 Hình 4.36: Quá trình lũ đến hồ sông Bung dự báo thời điểm 7h ngày 26-29/9 cập nhật liên tục theo số liệu dự báo mưa 130 Hình 4.37: Q trình xả lũ thủy điện Sơng Tranh theo định vận hành thời điểm 7h ngày 26-29/9 cập nhật liên tục theo số liệu dự báo mưa 130 Hình 4.38: Quá trình xả lũ thủy điện A Vương theo định vận hành thời điểm 7h ngày 26-29/9 cập nhật liên tục theo số liệu dự báo mưa 131 Hình 4.39: Quá trình xả lũ thủy điện Đakmi4 theo định vận hành thời điểm 7h ngày 26-29/9 cập nhật liên tục theo số liệu dự báo mưa 131 Hình 4.40: Quá trình xả lũ thủy điện sơng Bung theo định vận hành thời điểm 7h ngày 26-29/9 cập nhật liên tục theo số liệu dự báo mưa 132 Hình 4.41: Quá trình xả lũ thủy điện sômg Bung theo định vận hành thời điểm 7h ngày 26-29/9 cập nhật liên tục theo số liệu dự báo mưa 132 Hình 4.42: Q trình mực nước hồ thủy điện Sơng Tranh theo định vận hành thời điểm 7h ngày 26-29/9 cập nhật liên tục theo số liệu dự báo mưa 133 Hình 4.43: Quá trình mực nước hồ thủy điện A Vương theo định vận hành thời điểm 7h ngày 26-29/9 cập nhật liên tục theo số liệu dự báo mưa 133 Hình 4.44: Quá trình mực nước hồ thủy điện Sông Bung theo định vận hành thời điểm 7h ngày 26-29/9 cập nhật liên tục theo số liệu dự báo mưa 134 Hình 4.45: Quá trình mực nước hồ thủy điện Sông Bung theo định vận hành thời điểm 7h ngày 26-29/9 cập nhật liên tục theo số liệu dự báo mưa 134 Hình 4.46: Quá trình mực nước hồ thủy điện Đakmi4 theo định vận hành thời điểm 7h ngày 26-29/9 cập nhật liên tục theo số liệu dự báo mưa 135 Hình 4.47: Q trình lũ Nơng Sơn trước sau vận hành thử nghiệm 135 Hình 4.48: Quá trình lũ Thành Mỹ trước sau vận hành thử nghiệm 136 Hình 4.49: Q trình lũ hợp lưu Sơng Bung và sau vận hành thử nghiệm A Vương Nông Sơn trước 136 Hình 4.50: Quá trình lũ Hội Khách trước sau vận hành thử nghiệm 137 Hình 4.52: Quá trình mực nước lũ Câu Lâu trước sau cắt lũ 138 Hình 4.54: Quá trình mực nước lũ Hội Khách trước sau cắt lũ 138 Hình 4.55: Quá trình mực nước lũ Ái Nghĩa trước sau cắt lũ 139 Hình 4.56: Quá trình mực nước lũ Cẩm lệ trước sau cắt lũ 139 ... học thực tiễn thiết lập toán vận hành hồ chứa theo thời gian thực thời kỳ mùa lũ cho hệ thống hồ chứa sông Vu Gia- Thu Bồn - Chương Thiết lập mơ hình mơ phục vụ dự báo lũ vận hành hệ thống hồ chứa. .. định chế độ vận hành hồ chứa theo thời gian thực (2) Lần xây dựng phương pháp vận hành hồ chứa theo thời gian thực cho hệ thống hồ chứa lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn thời kỳ mùa lũ cách đầy đủ,... thời kỳ mùa lũ hệ thống hồ chứa sông Vu Gia- Thu Bồn? ?? Mục tiêu nghiên cứu luận án Đề tài nghiên cứu xây dựng mơ hình vận hành hệ thống hồ chứa theo thời gian thực thời kỳ mùa lũ ứng dụng cho hệ