Nghiên cứu cơ sở khoa học cho việc xây dựng quy trình vận hành liên hồ chứa trong mùa lũ lưu vực sông cả

i M CL C M U 1 Tính c p thi t c a đ tài .1 M c tiêu c a tài i t ng ph m vi nghiên c u .2 Cách ti p c n ph ng pháp nghiên c u B c c c a lu n v n CH NGăI- T NG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN C U BÀI TỐN V N HÀNH LIÊN H CH A 1.1 T ng quan nghiên c u th gi i 1.2 T ng quan nghiên c u Vi t Nam 10 1.3 T ng quan v v n hành h ch a l u v c sông C 12 1.4 Nh ng t n t i đ nh h ng nghiên c u c a tài 14 CH NGăIICă I M L UăV C SÔNG C VÀ H TH NG H CH A 17 2.1 i u ki n t nhiên 17 2.1.1 V trí đ a lý 17 2.1.2 i u ki n đ a hình, đ a ch t .17 2.1.3 i u ki n th nh ng th m ph th c v t 19 2.2 c m khí t ng, th y v n 21 2.2.1 M ng l i tr m quan tr c khí t ng, th y v n .21 2.2.2 c m khí t ng, khí h u 27 2.3 Hi n tr ng cơng trình ch ng l l u v c sông C 44 2.4 Quy ho ch h th ng h ch a l u v c C h đ c ch n đ xây d ng quy trình v n hành liên h mùa l 45 CH NGăIII- PHÂN TÍCH, TÍNH TỐN TH YăV NăLÀMăC ăS CHO VI Că XU T QUY TRÌNH V N HÀNH H TH NG H CH A PHÒNG L 50 3.1 Phân mùa m a, mùa dòng ch y 50 3.1.1 Phân mùa m a 50 3.1.2 Phân mùa l 52 3.2 Phân c p phân k l 52 3.2.1 Phân c p l 53 3.2.2 Phân k l 55 3.3 Phân tích t h p l h th ng sông 59 3.4 Phân tích l a ch n tr n l n hình 64 3.4.1 Tr n l n m 1988 65 3.4.2 Tr n l n m 2007 66 3.5 Xác đ nh mơ hình l đ n h 68 CH NGăIV- NG D NG MƠ HÌNH TỐN TRONG NGHIÊN C U, XÂY D NG CH V N HÀNH LIÊN H CH AăMỐAăL ăL UăV C SÔNG C 70 4.1 Thi t l p toán 70 ii 4.2 Tính tốn, xác đ nh chu i s li u đ u vào cho toán v n hành 71 4.3 Thi t l p mơ hình tốn th y l c cho vi c v n hành h th ng h ch a 77 4.3.1 Ph ng pháp tính tốn u ti t h ch a 78 4.3.2 Thi t l p mơ hình th y l c di n tốn dịng ch y l sơng .80 4.4 Phân tích, xây d ng, tính tốn ph ng án v n hành mùa l 83 4.4.1 Xác đ nh m ki m soát v n hành liên h ch a .84 4.4.2 Xác đ nh nguyên t c v n hành c a h th ng h ch a 85 4.4.3 Phân tích, xác đ nh u ki n v n hành 89 4.4.4 Mô ph ng vi c c t gi m l cho h du 97 4.5 xu t c ch ph i h p v n hành h ch a l u v c sông C vi c c t gi m l cho h du 100 K T LU N VÀ KI N NGH 103 Ti ng Vi t 107 Ti ng Anh 108 iii DANH M C HÌNH Hình 1.1: S đ kh i toán v n hành quy trình liên h ch a l u v c sơng C 16 Hình 2.1: V trí đ a lý l u v c sông C .17 Hình 2.2: M ng l i tr m khí t ng lân c n l u v c sơng C 24 Hình 2.3: M ng l i tr m th y v n lân c n l u v c sơng C 27 Hình 2.4: M ng l i sông su i l u v c sông C 34 Hình 2.5: V trí h đ c ch n xây d ng quy trình v n hành liên h 49 Hình 3.1: Phân k l sơng La 56 Hình 3.2: Phân k l th ng l u sông C 56 Hình 3.3: Phân k l trung du sông C .57 Hình 3.4: Phân k l sông Hi u 57 Hình 3.5: S đ th ng h th ng sông – l u v c sơng C 59 Hình 3.6: Quá trình m c n c l n m 1988 65 Hình 3.7: Quá trình m c n c l n m 1988 (ti p) 66 Hình 3.8: Quá trình m c n c l n m 2007 67 Hình 3.9: Quá trình m c n c l n m 2007 (ti p) 67 Hình 3.10: Quá trình m c n c l n m 2007 (ti p) 67 Hình 3.11: Quá trình l u l ng vào h ch a t n su t 1%-mơ hình l n m 1988 69 Hình 3.12: Quá trình l u l ng vào h ch a t n su t 1%-mơ hình l n m 2007 69 Hình 4.1: S đ kh i tính toán v n hành liên h ch a 71 Hình 4.2: B n đ ti u l u v c v trí m t s tr m đo m a l u v c 72 Hình 4.3: S đ quy trình hi u ch nh b thơng s mơ hình 74 Hình 4.4: K t qu hi u ch nh l u v c C c Nà (X/1971) 76 Hình 4.5: K t qu ki m đ nh l u v c C c Nà (VIII/1974) .76 Hình 4.6: Ph m vi mơ ph ng mơ hình th y v n, th y l c 78 Hình 4.7: M ng th y l c sơng C mơ hình Mike 11 .81 Hình 4.8: ng m c n c th c đo tính tốn tr m Nam àn n m 1988 82 Hình 4.9: ng m c n c th c đo tính tốn tr m Nam àn n m 1973 83 Hình 4.10: Nh n d ng ng ng l h B n V [14] 87 Hình 4.11: Nh n d ng ng ng l h B n M ng [14] .88 Hình 4.12: Nh n d ng ng ng l h Ngàn Tr i [14] .88 Hình 4.13: Quá trình u ti t l -h B n M ng-P=1% (mơ hình l n m 1988) .91 Hình 4.14: Quá trình u ti t l -h B n M ng-P=1% (mơ hình l n m 2007) .91 Hình 4.15: Quá trình u ti t l -h B n M ng-P=1% (mơ hình l n m 2007)ph ng án v n hành 93 Hình 4.16: Quá trình u ti t l - h B n V -P=1% (mơ hình l n m 1988) 94 Hình 4.17: Quá trình u ti t l - h B n V -P=1% (mơ hình l n m 2007) 94 Hình 4.18: Quá trình u ti t l - h Ngàn Tr i-P=1% 96 iv DANH M C B NG B ng 2.1: Th ng kê l i tr m đo m a khí t ng l u v c sông C 21 B ng 2.2: Th ng kê l i tr m đo thu v n th i k đo đ c 25 B ng 2.3: Nhi t đ không khí trung bình nhi u n m [12] 29 B ng 2.5: T ng l ng m a tháng n m trung bình nhi u n m [12] 30 B ng 2.6: Phân ph i l ng m a theo mùa [12] 31 B ng 2.7: S ngày m a trung bình tháng n m t i m t s tr m l u v c [12]31 B ng 2.8: L ng b c h i trung bình nhi u n m [12] .32 B ng 2.9: c tr ng hình thái c a h th ng sơng l u v c sông C 37 B ng 2.10: Phân b di n tích m t s sông nhánh l n c a h th ng sông C 37 B ng 2.11: T ng l ng dòng ch y n m l u v c sông C [12] 40 B ng 2.12: T n su t dòng ch y n m t i tr m đo l u l ng l u v c sông C [12] 42 B ng 2.13: Thông s c b n h quy trình v n hành liên h 48 l u v c sông C 48 B ng 3.1: Mùa m a t i tr m m a l u v c sông C 50 B ng 3.2: Phân mùa dòng ch y t i tr m th y v n 52 B ng 3.3: K t qu phân c p l theo ph ng pháp 54 B ng 3.4: K t qu phân k l t i m t s tr m th y v n 57 B ng 3.5: S tr n l đư di n l u v c 60 B ng 3.6: c tr ng tr n l thi t k P=1% [14] 69 B ng 4.1: Di n tích ti u l c v c tính tốn 72 B ng 4.2: K t qu hi u ch nh ki m đ nh mơ hình 75 B ng 4.3: B thông s mơ hình c a l u v c đ i di n 76 B ng 4.4: K t qu mơ ph ng dịng ch y tháng X/1988 t i m t s v trí 81 B ng 4.5: K t qu mô ph ng dòng ch y tháng VIII/1973 t i m t s v trí 82 B ng 4.6: M c n c ng v i m c báo đ ng l t i tr m 84 B ng 4.7: Các ph ng án m c n c tr c l c a h ch a B n M ng .86 B ng 4.8: Ng ng gây l c a h 88 B ng 4.9: K t qu tính tốn u ti t l thi t k 1% (mơ hình l n m 1988) 98 B ng 4.10: T ng h p k t qu theo ph ng án 99 M ă U 1.ăTínhăc păthi tăc aăđ ătƠi L u v c sông C n m lãnh th hai n c Vi t Nam Lào, có t ng di n tích 27.200 km2, ph n di n tích l u v c thu c đ a ph n Vi t Nam kho ng 17.900 km2 thu c t nh Hà T nh, Ngh An m t ph n huy n Nh Xuân t nh Thanh Hóa T ng l l ng n ng n c hàng n m tồn b l u v c sơng C kho ng 24,6 t m3, c thu c Vi t Nam kho ng 18,4 t Mùa khô kéo dài tháng (XII–V) nh ng t ng l ng n c ch chi m kho ng 25-30% t ng l ng n c c n m Tài nguyên n c m t l u v c sông C đ v cho nhu c u n c c a ngành nông nghi p, công nghi p, th y s n, th y n, c p n c sinh ho t Trong đó, t l dùng n 81%, th y s n 14%, công nghi p 1% c p n thác n c hàng n m l u v c sông C đ c khai thác, s d ng ph c c cho nông nghi p chi m c sinh ho t đô th 5% T l khai c x p vào lo i c ng th ng v n c m c đ th p (Q đ n) đ đón l m c n c i m c báo đ ng I chuy n sang tr ng thái v n hành c t gi m l cho h du l u l m3/s ng l u l ng đ n h l n h n ng ng l u l ng 1200 102 - H Khe B có dung tích nh , khơng có dung tích phịng l Do v y, u ki n v n hành c a h ph thu c vào h B n V v n hành Trong mùa l , h Khe B v n hành x v i l u l hi n t i c a h ng b ng l u l ng v h nh m trì m c n c 103 K T LU N VÀ KI N NGH V i m c tiêu nêu ph n m đ u c a lu n v n, tác gi đư c g ng bám sát nh ng n i dung đ t Trong q trình thu th p, s li u tính tốn, tác gi có s d ng k th a ngu n thông tin khác c a đ tài, d án có liên quan đ n l u v c sông C Các tài li u k th a đư đ minh đ D c li t kê tài li u tham kh o i t ng k t l i nh ng k t qu đ t đ c ng nh ph ng h c: thu th p tài li u v u ki n t nhiên, đ c m khí t v n, s li u đo đ c v m a, b c h i, m c n t c, nh ng t n t i c n kh c ph c ng phát tri n c a v n đ nghiên c u: 1) Các k t qu đ tăđ - c d n ch ng thuy t c l u l ng - th y ng c a tr m khí ng, th y v n l u v c sông C : L u v c sơng C v i phía ơng b bi n, phía cịn l i đ u có núi cao 1000 m, đ a hình ch y u đ i núi th p, đ ng b ng ch chi m 13%, đ cao trung bình l u v c 294 m c m ch đ khí h u sơng C ch đ nhi t đ i gió mùa, v i mùa m a mùa khô; mùa m a kéo dài 4÷5 tháng (t tháng VI đ n tháng XI tùy theo t ng vùng), t ng l chi m 60÷70% t ng l ng m a n m, l vùng phía Tây Hà T nh (H l ng m a trung bình n m l n nh t t p trung ng Khê, H ng S n) (Xn m=2200 mm) ng m a trung bình n m th p nh t ch đ t 1200 mm xu t hi n Xén.Trong mùa khô, tháng V, VI th tháng l i Bi n đ i l c l u v c, mùa m a d th a n ánh giá ngu n tài nguyên n c, c c l u v c sơng C cho th y: mùa l kéo dài 4÷5 tháng (t tháng VI(VII)÷X(XI)) v i l n ng ng xu t hi n đ t m a l n so v i ng x y l l t mùa khô b khô c n thi u n - vùng M ng m a l u v c sông C theo không gian th i gian đư d n đ n s m t cân b ng ngu n n th ng m a mùa m a ng dòng ch y chi m 65% l ng c n m, t p trung ch y u vào tháng VIII-IX, chi m 44% tháng có dịng ch y l n nh t xu t hi n vào tháng IX Dịng ch y ki t kéo dài t tháng XI÷V, chi m 35% t ng l ng dòng ch y c n m, tháng ki t nh t vào tháng III 104 (ho c tháng IV) Th i k mùa ki t th ng xu t hi n l ti u mãn xu t hi n vào tháng V, VI tr n m a đ u mùa gây nên - thu th p tài li u v hi n tr ng cơng trình ch ng l l u v c sông C bao g m n đê, đ c bi t h ch a th y n, th y l i, có h ch a n m danh m c cơng trình l u v c sông C ph i xây d ng quy trình v n hành liên h ch a - D a s li u tr n l , phân tích, tính tốn phân c p, phân k l t i tr m th y v n nhánh sông ph c v nghiên c u quy lu t hình thành l l n h th ng sơng C K t qu tính tốn phân c p, phân k l đư ch th i k l : s m, v , mu n Theo đó, l v sơng C kéo dài t 20/7 đ n tháng 30/11 th i k v n hành đ c l a ch n cho tính tốn v n hành h ch a lu n v n, gi a tr m, k l khác cách kho ng 1-3 tu n - Th ng kê giá tr đ nh l th i gian xu t hi n đ nh l n m t i tr m th y v n, lu n v n đư phân tích, đánh giá t h p l t i Nam àn Ch Tràng K t qu t o c s cho vi c l a ch n m t s l đ a vào v n hành h th ng Qua phân tích cho th y: + Vùng th ng l u sông C l th Hi u t đ n tháng, k t thúc tr ng xu t hi n s m h n trung l u sông c m t tháng Trên sơng La t i Hịa Duy t S n Di m l xu t hi n sau l sông Hi u trung l u sông C n a tháng Vì v y, l x y khơng đ ng b sơng sơng nhánh tr ho t đ ng c a hình thái th i ti t gây m a t ng, đ ng th i k t h p v i áp th p di chuy n sâu vào đ t li n nguyên nhân gây nh ng tr n m a l n di n r ng gây l g n nh đ ng b toàn l u v c + Th i gian trì tr n l vùng th ngày L l n h du th th ng ngu n sông C th ng l u t 710 ngày, trung bình kho ng ng xu t hi n vào tháng VIII nh ng ng x y vào tháng IX, X bão ho c bão k t h p khơng khí l nh, đ ng th i tháng m c n gây ng p úng h du c th y tri u dâng cao c n tr l u thơng dịng ch y ây c ng v n đ b t c p vi c ph i h p v n hành liên 105 h ch a c t gi m l cho h du mà h ch a có dung tích phịng l l n l i n m phía th ng l u sông C - nghiên c u, l a ch n cơng c mơ hình tốn th y v n, th y l c phù h p cho nghiên c u (mơ hình NAM, mơ hình MIKE 11); thi t l p b thơng s mơ hình làm c s cho vi c mô ph ng ph ng án v n hành h th ng h ch a l u v c mùa l ; - đánh giá hi u qu phòng l c a h , t nh n th y: h B n M ng có tác d ng u ti t gi m l ph m vi sông Hi u t cơng trình đ n nh p l u sơng C , khơng có tác d ng đáng k vào vi c h th p m c n àn Trong h Ngàn Tr Duy t Vi c h th p m c n i có tác d ng h th p m c n c h du t i Nam c sơng La t i Hịa c t i h du l u v c sông C hoàn toàn ph thu c vào vi c c t gi m l c a h B n V , nhiên xét t i m ki m soát h du Nam àn tác đ ng c a h B n V c ng không l n Nh v y, nhi m v phòng ch ng l l u v c sơng C ngồi vi c đ a thêm h ch a th y n, th y l i theo quy ho ch c n ph i nâng c p h th ng đê h du sông C 2) Nh ng t n t i trình th c hi n lu năv n: - Vi c kho ng cách gi a h ch a m ki m soát xa nên vi c v n hành c a h ch a ch a xem xét c th đ c ràng bu c v m c n c m ki m soát đ v n hành Trong mô ph ng v n hành theo nhi m v cơng trình u tiên c t l cho cơng trình - Ph m vi nghiên c u c a đ tài m i ch xem xét “c ch ph i h p v n hành vi c c t gi m l cho h du” ch a xét đ n t i u khác c a tốn QTVH (nh : phát n, tích n c cu i mùa l , …) - Do s li u thu th p h n ch nên vi c tính tốn v n hành m i ch th nghi m cho tr n l n m 1988 n m 2007 C n tính tốn v i nhi u tr n l đ i bi u h n - Trong nghiên c u sâu h n, c n đ t nhi u ph nhi u tr n l , thay đ i giá tr ki m sốt m c n ng án mơ ph ng c h du h ch a cơng trình phịng ch ng l vào ho t đ ng, thay đ i m c n c tr c l c a h ch a, 106 đ c bi t h ch a B n V …; đ ng th i xem xét ph ng án tính tốn hi u qu c t gi m l hi u qu n n ng nh m m c đích đ xu t gi i pháp c ng nh ph ng h ng u hành h th ng m t cách khách quan, t i u nh t 3) Nh ng ki n ngh v h - ng nghiên c u ti p theo: giúp cho h ch a v n hành đ nghiên c u công tác d báo nâng cao ch t l c xác, có hi u qu cao c n ng d báo c ng nh th c hi n t t vi c cung c p, thông báo thông tin d báo h n dài h n v a - Trong b c nghiên c u ti p theo c n xem xét đ n h th ng cơng trình ch ng l l u v c sông C (ph ng án hi n tr ng, quy ho ch), đ ng th i xem xét đ n t i u khác c a toán QTVH (nh : phát n, tích n c cu i mùa l , …) nh m đ xu t c ch ph i h p v n hành liên h ch a t i u l u v c sông C mùa l 107 Tài li u tham kh o Ti ng Vi t [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] Quy trình v n hành h ch a th y n B n V s 0153/Q -BCT ngày 12 tháng n m 2011 Quy trình v n hành h ch a th y n Khe B s 3754/Q -BCT ngày 24 tháng n m 2009 Ban Qu n lý đ u t xây d ng th y l i (2011), "Quy t đ nh Phê t thi t k k thu t c m cơng trình đ u m i d án H ch a n c B n M ng, t nh Ngh An" - S : 21 /Q -BQL T ngày 26/4/2011 B Nông nghi p Phát tri n nông thôn (2007), "C ng c h th ng đê đ xóa khu ch m l , ng p l t nh Ninh Bình, Thanh Hóa Ngh An, Hà T nh" Cơng v n s 3455 /BNNngày 17/12/2007 C c qu n lý tài nguyên n c (2007), " i u tra tình hình khai thác, s d ng tài nguyên n c x n c th i vào ngu n n c l u v c sông C " - Báo cáo t ng h p Nguy n L p Dân (2005), Nghiên c u c s khoa h c cho gi i pháp t ng th d báo phòng tránh l l t mi n Trung Hà V n Kh i nnk (2008) Giáo trình th y v n cơng trình Nhà xu t b n khoa h c cơng ngh Th t ng Chính ph (2007), Quy t đ nh 80/2007/Q -TTg v vi c ban hành “Quy trình v n hành liên h ch a th y n Hịa Bình, Tun Quang, Thác Bà mùa l hàng n m” Hoàng Minh Tuy n (2002), ánh giá vai trò c a m t s h ch a th ng ngu n sông H ng ph n Vi t Nam vi c phòng l h du, Lu n án ti n s đ a lý, Hà N i Hoàng Minh Tuy n (2007), Khung h tr quy t đ nh qu n lý tài nguyên n c l u v c sông C (CA DSF) Hoàng Thanh Tùng (2011) Nghiên c u d báo m a, l trung h n cho v n hành h th ng h ch a phòng l - ng d ng cho l u v c sông C Lu n Án Ti n S K Thu t - i H c Th y L i Vi n Quy ho ch Th y l i (2004), "D án quy ho ch t ng h p ngu n n c l u v c sông C " - Báo cáo t ng h p, Hà N i Vi n Quy ho ch Th y l i (2008), "Quy ho ch phòng ch ng l đê l u v c sông C đ a bàn t nh Ngh An" - Báo cáo T ng h p, Hà N i 108 [14] Vi n Khoa h c Th y l i Vi t Nam (2012), “Nghiên c u c s khoa h c th c ti n đ xu t quy trình u hành liên h ch a sông Lam đ m b o ng n l , ch m l an toàn v n hành h ch a”- Báo cáo t ng h p, Hà N i [15] Hoàng Thanh Tùng, “ ng d ng Crystal Ball xác đ nh ch đ v n hành t i u phát n cho h ch a Thác Bà, Tuyên Quang b c thang h ch a S n La, Hịa Bình có tính đ n yêu c u c p n c h du” Ti ng Anh [16] DHI Water & Environment (2007), Mike 11 User and Reference Manual [17] US Army Corps of Engineers (2007), Reservoir System Simulation User’s Manual [18] Chang, L C and Chang, F J (2009) Multi-objective evolutionary algorithm for operating parallel reservoir system Journal of Hydrology, Volume 377 (2009), Pages 12–20 [19] Chaves, P and Chang F J (2008) Intelligent reservoir operation system based on evolving artificial neural networks Advances in Water Resources Volume 31 (2008), Pages 926–936 [20] John W Labadie Reservoir system optimization models Journal of Water Resources Planning and Management, Vol 130, March 1, 2004 [21] Kumar, D N and Reddy, M, J (2007) Multipurpose Reservoir Operation Using Particle Swarm Optimization Journal of Water Resources Planning and Management, Vol 133,No 3, May 1, 2007 [22] Long, N L, Madsen, H., and Rosbjerg, D (2007) Simulation and optimisation modelling approach for operation of the Hoa Binh reservoir, Vietnam Journal of Hydrology (2007) Volume 336,Pages 269– 281 [23] Robin Wardlaw and Mohd Sharif (1999) Evaluation of Genetic Algorithms for Optimal Reservoir System Operation Journal of Water Resources Planning and Management, Vol 125, No 1, January/February, 1999 [24] Wei, C C and Hsu, N S (2009) Optimal tree-based release rules for realtime flood control operations on a multipurpose multireservoir system Journal of Hydrology Volume 365 (2009), Pages 213–224 [25] Fayaed, Sabah; El-Shafie, Ahmed; Jaafar, Othman (2013) Reservoir-system simulation and optimization techniques Stochastic Environmental Research & Risk Assessment [26] Oliveira R, Loucks DP (1997) Operating rules for multireservoir systems Water Resour Res33(4):839–852 [27] Lund JR, Guzman J (1999) Derived operating rules for reservoirs in series or in parallel J WaterResour Plan Manage—ASCE 125(3):143–153 109 ... tr ng xây d ng Quy trình v n hành liên h ch a l u v c sông c n c r t nhi u nghiên c u xung quanh n i dung quy trình v n hành liên h ch a đư đ c th c hi n n nay, đư có Quy trình v n hành liên h... nay, Quy trình v n hành liên h ch a mùa l l u v c sơng C đư đ c ph phê t vào cu i n m 2014, đ c s d ng đ v n hành u ti t h ch a l u v c sông C mùa l n m M c dù Quy trình v n hành liên h ch a mùa. .. n, sông H ng, sông Mư, sông C , sông H ng, sông ng Nai- Sài Gịn, sơng Kơn – Hà Thanh, sơng Trà Khúc Quy trình mùa c n q trình hồn thi n D ki n cu i n m 2015 s ban hành 11 QTVH 11 l u v c sông