ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU: NHẬN DẠNG LŨ LỚN TRÊN LƯU VỰC SÔNG HỒNG GÓP PHẦN NÂNG CAO HIỆU QUẢ ĐIỀU HÀNH HỆ THỐNG LIÊN HỒ CHỨA.TT LUẬN ÁN TIẾN SĨ

BỘ TÀI NGUN VÀ MƠI TRƯỜNG VIỆN KHOA HỌC KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN VÀ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU TRỊNH THU PHƯƠNG NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN NHẬN DẠNG LŨ LỚN TRÊN LƯU VỰC SƠNG HỒNG GĨP PHẦN NÂNG CAO HIỆU QUẢ ĐIỀU HÀNH HỆ THỐNG LIÊN HỒ CHỨA Ngành: Thủy văn học Mã số: 9440224 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ THỦY VĂN HỌC Hà Nội, 2021 Cơng trình hồn thành tại: Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn Biến đổi khí hậu Người hướng dẫn khoa học: PGS TS Hoàng Minh Tuyển GS.TS Ngơ Đình Tuấn Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án bảo vệ trước hội đồng chấm luận án cấp Viện, họp tại: Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn Biến đổi khí hậu Vào hồi , ngày tháng năm Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện quốc gia Việt Nam - Thư viện Viện Khoa học Khí tượng Thủy Biến đổi khí hậu - DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN Trịnh Thu Phương, Lương Hữu Dũng (2013), “Ứng dụng phương pháp hồi quy nhiều biến dự báo đặc trưng nguồn nước thượng lưu sông Hồng”, Tạp chí Khoa học kỹ thuật Thuỷ lợi Mơi trường, 42 - 9/2013, tr.25-32 Trịnh Thu Phương (2013), “Ảnh hưởng điều tiết hệ thống cơng trình hồ chứa đến chế độ dịng chảy hạ lưu sơng Hồng năm gần đây”, Tạp chí Khí tượng Thủy văn, 631-7/2013, tr.43-51 Trịnh Thu Phương, Lương Hữu Dũng (2016), “Nghiên cứu đặc điểm hình thời tiết gây lũ hệ thống sông Hồng phục vụ nhận dạng lũ đến hồ chứa”, Tạp chí Khí tượng Thủy văn, 10/2016, tr.9-15 Trịnh Thu Phương, Lương Hữu Dũng, Lê Tuấn Nghĩa, Trần Đức Thiện (2017), “Tác động hệ thống hồ chứa lớn đến dòng chảy hệ thống sơng Hồng”, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ, 18 (7)7/2017, tr.5-9 Trinh Thu Phuong, Luong Huu Dung (2019), “Data analysis to identify flood characteristic and flood pattern recognition for reservoirs operation”, Water Security and Climate conference, San Luis Potosi, Mexico, Oct, 2019, pp.70 Trịnh Thu Phương, Lương Hữu Dũng (2020), “Nghiên cứu sở phương pháp xây dựng đường trữ nước tiềm để nhận dạng lũ lớn đến hồ lưu vực sơng Hồng”, Tạp chí Khoa học Biến đổi khí hậu, tháng 12/2020 MỞ ĐẦU Đặt vấn đề Trên lưu vực sông Hồng, cơng trình hồ chứa thủy điện lớn khai thác đa mục tiêu, phục vụ phòng, chống lũ, phát điện cấp nước hạ du Với sở pháp lý Quy trình vận hành liên hồ chứa lưu vực sơng Hồng, dung tích phịng lũ quy định cho hồ Sơn La, Hịa Bình, Tun Quang Thác Bà Các hồ chứa Lai Châu Bản Chát khơng quy định dành dung tích tham gia phòng, chống lũ cho hạ du Trong nhiều năm, mực nước lũ Hà Nội thấp (dưới BĐI) Các hồ chứa phải để trống lượng dung tích lớn mùa lũ để phòng lũ lớn xuất hiện, gây lãng phí khơng có lũ lớn Việc huy động dung tích hệ thống hồ chứa tạo thêm dung tích cắt giảm lũ Mực nước trước lũ hồ chứa khơng thiết phải trì cố định ngưỡng thời kỳ lũ vụ Cơng tác dự báo phát sinh hai vấn đề bất cập: phân bổ dung tích hồ chứa lũ độ xác dự báo Những đợt lũ lớn không nhận biết sớm gây khó khăn vận hành Ngược lại, lũ kết thúc sớm lũ không lớn, nhận dạng trước quy mơ lũ lớn đóng vai trị quan trọng định tích nước Luận án đặt mục tiêu Nghiên cứu xác định sở khoa học thực tiễn nhận dạng lũ lớn lưu vực sông Hồng góp phần nâng cao hiệu điều hành hệ thống liên hồ chứa Trên sở nhận dạng lũ lớn, phương án vận hành hồ, hệ thống hồ cách thức phân bổ dung tích hồ chứa tính tốn đảm bảo kiểm sốt lũ, an tồn cơng trình cắt lũ hạ du đồng thời nâng cao hiệu phát điện sử dụng nước Mục tiêu nghiên cứu - Xây dựng sở khoa học thực tiễn nhận dạng lũ lớn lưu vực sông Hồng theo thời kỳ mùa, tháng ngày - Đề xuất điều chỉnh phân bổ dung tích phịng lũ hồ chứa góp phần nâng cao hiệu vận hành hệ thống liên hồ chứa lưu vực sông Hồng Đối tượng, phạm vi nghiên cứu Phạm vi không gian nghiên cứu Luận án hệ thống sông Hồng lãnh thổ Việt Nam với diện tích khoảng 86.660 km2 Phạm vi thời gian nghiên cứu Luận án thời kỳ mùa lũ Đối tượng nghiên cứu Luận án: - Những trận lũ có đỉnh lũ lớn TBNN lưu vực sông Hồng từ tháng -10 hồ chứa thủy điện: Lai Châu, Sơn La, Hịa Bình, Bản Chát, Thác Bà Tun Quang; trạm thủy văn Yên Bái sông Thao, trạm thủy văn Hàm Yên sông Lô, trạm thủy văn Sơn Tây Hà Nội sông Hồng Trong Luận án này, trận lũ gọi lũ lớn - Mối quan hệ nhân tố khí tượng, khí hậu, dịng chảy với khả hình thành lũ lớn lưu vực sông Hồng Câu hỏi nghiên cứu luận điểm bảo vệ luận án 4.1 Câu hỏi nghiên cứu (1) Nhận dạng lũ lớn lưu vực sông Hồng thực dựa sở khoa học nào? (2) Các yếu tố lựa chọn để nhận dạng khả hình thành lũ lớn lưu vực sơng Hồng? (3) Nhận dạng lũ lớn ứng dụng vận hành hệ thống hồ chứa lưu vực sông Hồng nào? 4.2 Luận điểm bảo vệ luận án Luận điểm 1: Lũ lớn lưu vực sơng Hồng nhận dạng trước khoảng thời gian theo thời hạn mùa, tháng ngày với độ tin cậy định Luận điểm 2: Nhận dạng lũ lớn từ xa (thời hạn mùa, tháng) đến gần (thời hạn ngày) tạo sở phối hợp hồ chứa huy động linh hoạt dung tích phịng chống lũ thời kỳ lũ vụ phục vụ nâng cao hiệu khai thác nguồn nước vận hành hồ chứa lưu vực sông Hồng Phương pháp nghiên cứu Để trả lời câu hỏi nghiên cứu, Luận án sử dụng phương pháp nghiên cứu sau: (1) Phương pháp phân tích tương quan đánh giá mối liên hệ mưa bão, áp thấp nhiệt đới, hình thời tiết gây mưa lớn tượng ENSO tới trình hình thành đỉnh lũ lớn lưu vực sơng Hồng (2) Phương pháp mơ hình hóa: Mơ hình hồi quy đa biến, mơ hình mạng thần kinh nhân tạo (ANN) sử dụng phân tích, tính tốn nhận dạng dòng chảy lũ tới hồ chứa lớn lưu vực sơng Hồng Đóng góp Luận án - Xây dựng đường trữ nước nhánh sông lớn thuộc lưu vực sông Hồng, sở nhận dạng sơ khả xuất lũ lớn điều kiện có hệ thống hồ chứa - Đề xuất sở, phương pháp xây dựng công nghệ nhận dạng lũ lớn phục vụ vận hành hệ thống hồ chứa lưu vực sông Hồng - Đề xuất hướng điều chỉnh phân bổ dung tích phịng lũ hồ sơng Đà tạo sơ điều chỉnh quy trình vận hành liên hồ chứa lưu vực sông Hồng Ý nghĩa khoa học thực tiễn 7.1 Ý nghĩa khoa học Kết nghiên cứu góp phần làm sáng tỏ luận cứ, sở khoa học nhận dạng lũ lớn đến hồ chứa Lai Châu, Sơn La, Hịa Bình, Bản Chát, Thác Bà Tuyên Quang, nhánh sông Lô Thao theo thời kỳ mùa, tháng, ngày Trên sở nhận dạng sớm lũ lớn, việc phân bổ lại dung tích phịng lũ hồ đề xuất góp phần nâng cao hiệu sử dụng nước, điều hành hồ chứa mà đảm bảo nhiệm vụ phòng, chống lũ hạ du 7.2 Ý nghĩa thực tiễn Kết nghiên cứu góp phần tạo tiền đề để đề xuất điều chỉnh nội dung vận hành mùa lũ Quy trình vận hành liên hồ chứa lưu vực sơng Hồng (có phối hợp đẩy đủ hệ thống hồ chứa lớn phòng, chống lũ hạ du) Bố cục Luận án Ngoài phần mở đầu, kết luận kiến nghị, nội dung Luận án gồm ba chương sau: Chương 1: Tổng quan nhận dạng lũ lớn vận hành hồ chứa Chương 2: Cơ sở khoa học thực tiễn nhận dạng lũ lớn lưu vực sông Hồng phục vụ vận hành hệ thống hồ chứa lớn Chương 3: Phân tích, đánh giá áp dụng nhận dạng lũ lớn phục vụ vận hành hệ thống hồ chứa lớn mùa lũ lưu vực sông Hồng CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NHẬN DẠNG LŨ LỚN VÀ VẬN HÀNH HỒ CHỨA 1.1 Tổng quan nhận dạng lũ vận hành hồ chứa giới Nhận dạng lũ việc dựa sở khoa học, mối liên hệ hình thành dịng chảy lũ lưu vực để đưa dự đoán quy mô khái quát đỉnh lũ, lượng lũ Dự báo lũ cách thức nhận dạng lũ mức độ, quy mơ chi tiết hơn, tính tốn dự đốn trước q trình lũ, bao gồm đỉnh lũ, tổng lượng lũ Tùy theo thời hạn, đặc điểm lưu vực mức độ đầy đủ số liệu lưu vực, phương pháp cách thức tiếp cận khác lựa chọn áp dụng đưa kết nhận dạng lũ hay dự báo lũ Với thời hạn dài tháng, mùa việc nhận dạng chi tiết trình lũ chưa thể thực Với thời hạn từ 5-10 ngày, nhận dạng lũ thường thực quy mô chi tiết quy mô tổng quát Nghiên cứu nhận dạng lũ giới dựa sở phương pháp thống kê mơ hình tốn Phương pháp thống kê dựa mối quan hệ tương quan mưa, dịng chảy lũ, chế gây mưa Phương pháp mơ hình tốn bao gồm mơ hình thủy văn, thủy lực mơ hình thống kê Hiện nay, phát triển mơ hình dự báo thời tiết số trị cho kết dự báo mưa chi tiết theo thời đoạn 3-6 trước 5-10 ngày Tuy nhiên, kết dự báo mưa nhiều biến động có sai số lớn theo thời đoạn Việc ứng dụng mơ hình thống kê phương án lựa chọn song song để nhận dạng khái quy mô đợt lũ tổng lượng độ lớn đỉnh lũ 1.2 Tổng quan nhận dạng lũ vận hành hồ chứa Việt Nam Ở Việt Nam nói chung nhận dạng lũ sơng Hồng nói riêng phần lớn nghiên cứu kế thừa, phát triển cơng cụ, mơ hình tốn phương pháp nghiên cứu giới Việc nghiên cứu nhận dạng lũ thực trạm thủy văn lưu vực sơng Việt Nam Nhận dạng lũ từ xa đến gần theo quy mô khái quát chi tiết Đối với nhận dạng xa, thơng tin nhận dạng khái qt có độ xác tương đối Các nghiên cứu chủ yếu tập trung vào vấn đề dự báo lũ thời hạn ngắn, thời hạn vừa điều kiện chưa có hồ chứa Nhận dạng lũ từ xa cịn chưa có nhiều Mơ hình tốn thủy văn phương pháp lựa chọn phổ biến nghiên cứu nhận dạng gần Đối với nhận dạng lũ từ xa theo thời hạn tháng, mùa cịn chưa có nhiều nghiên cứu Vận hành hệ thống hồ chứa toán phức tạp phụ thuộc vào nhiều biến điều khiển phải thỏa mãn nhiều mục đích khác chống lũ, phát điện, cấp nước nông nghiệp giao thông thuỷ Trên thực tế, mục tiêu khai thác hệ thống cịn liên quan đến lợi ích trị - xã hội dẫn tới việc điều hành phức tạp Hiện nay, lũ lớn lưu vực sơng Hồng có nhiều sở cho phép phân tích, nhận dạng trước 3-5 ngày với độ tin cậy cho phép Nghiên cứu mối quan hệ mưa, lũ, quan hệ nhân tố khí tượng, khí hậu sở cho sở khoa học nhận dạng lũ theo thời hạn từ xa (tháng, mùa) đến gần Hình 1.2 Sơ đồ nghiên cứu Luận án Tiểu kết Chương Đặc trưng quan trọng đợt lũ hay trận lũ độ lớn đỉnh lũ, lượng lũ trình lũ Dựa mối liên hệ yếu tố hình thành lũ lượng mưa, dịng chảy để đưa dự đốn, tính tốn trước đặc điểm đợt lũ Nguồn số liệu lưu vực sơng Hồng đáp ứng cho việc ứng dụng mơ hình thống kê, mơ hình ANN dự báo nhận dạng lũ trước thời hạn mùa, thời hạn tháng Đối với thời hạn ngày, nhiều mơ hình tốn thủy văn ứng dụng để nhận dạng trình lũ Vì vậy, hướng nghiên cứu Luận án tập trung nghiên cứu sở khoa học nhận dạng lũ theo thời hạn từ xa (tháng, mùa) đến gần, từ sở đề xuất hướng điều chỉnh dung tích phòng lũ phối hợp hồ vận hành, nâng cao mực nước trước lũ đảm bảo an tồn hạ du, hài hịa với mục tiêu phát điện cấp nước hệ thống 10 Đường trữ nước tiềm phát triển thời kỳ lũ sớm lũ vụ dấu hiệu sở thể khả nội sinh lũ lớn mức độ điều tiết lưu vực xuất hình thời tiết nguy hiểm gây mưa lớn tồn lưu vực, sử dụng nhận dạng sơ bộ, nhận dạng nhanh cách định tính khả xuất lũ lớn Phân tích liệu khoảng 50 năm, có số trường hợp khác biệt, lượng trữ nước lưu vực nhỏ, chân lũ nằm đường trữ nước tiềm năng, nhiễu động thời tiết mạnh, gây mưa to dẫn đến lũ lớn hình thành Tuy nhiên, năm chiếm tỉ lệ nhỏ chuỗi số liệu phân tích (Hình 2.23, Hình 2.24) (a1) (b) (a2) (c) Hình 2.23 Đường trữ nước tiềm lưu vực hồ chứa Lai Châu, Sơn La, Hịa Bình 2.3.2 Mối quan hệ mưa, hình thời tiết hình thành lũ thượng lưu sơng Hồng Thống kê hình thời tiết 250 trận lũ đến hồ chứa trạm thủy văn từ năm 1965-2018 trên lưu vực sông cho thấy hình thời tiết tổ hợp gây mưa lớn, lũ lớn gồm rãnh thấp xốy thấp, khơng 11 khí lạnh kết hợp rãnh thấp xốy thấp, bão kết hợp với hình thời tiết lưu vực hồ chứa sông Đà, sông Chảy sơng Gâm có xu hướng nhiều chiếm khoảng 50-60% trận lũ Các hình thời tiết đơn lẻ khơng khí lạnh, dải hội tụ nhiệt đới, Áp cao gây lũ khoảng (khoảng 8-15%) so với hình bão, áp thấp nhiệt đới (khoảng 1025%) Bảng 2.5 Lượng mưa trung bình lưu vực phổ biến lưu vực sông đợt bão ATNĐ Lưu Lưu S Lưu Lưu Vùng vực vực vực Lưu vực Sơng Đà vực có vị Sơng Sơng ơng Sơng (mm) trí Thao Lơ Gâm Chảy cuối (mm) (mm) (mm) Hồ Hồ Hồ Hồ Trạm Hồ Trạm Lai Sơn Hòa Thác Hàm Tuyên bão Yên Bái Châu La Bình Bà Yên Quang