Nghiên cứu dự báo mưa, lũ trung hạn cho vận hành hệ thống hồ chứa phòng lũ ứng dụng cho lưu vực sông Cả

Những tồn tại trong dự báo mưa, lũ trung hạn và vận hành hồ chứa ở Việt Nam và hướng phát triển

Dự báo lũ trung hạn ở Việt Nam hiện nay vẫn chủ yếu là dùng các phương pháp truyền thống, gần đây cũng đã áp dụng thử nghiệm một số mô hình thủy văn thông số phân bố trên cơ sở tận dụng các thông tin từ ảnh vệ tinh và đầu vào mưa dạng lưới từ các mô hình dự báo thời tiết, tuy nhiên kết quả dự báo cho 3 ngày, 5 ngày vẫn chưa đạt như mong muốn và vẫn cần phải cập nhật, chỉnh sửa và cải tiến nhiều để nâng cao chất lượng dự báo. Vì nhu cầu này mới chỉ thực sự được hình thành trong những năm gần đây, khi mà các công trình phòng chống lũ như hồ chứa đã được xây dựng; thêm vào đó, các chương trình tính hoặc phần mềm mà các cơ quan nghiên cứu và chuyên môn đang sử dụng lại không quản lý dữ liệu, cơ sở dữ liệu theo một chuẩn nhất định, do đó rất khó kết nối, hoặc kết nối dễ gặp lỗi mà chỉ những người làm mô hình mới có thể chỉnh sửa được.

Hướng tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 1. Hướng tiếp cận

Mô hình ANN được áp dụng ở đây cũng là một trong những dạng lai ghép giữa mạng quen thuộc BPNN được áp dụng nhiều trong thủy văn với thuật toán giải đoán gen GA (Genetic Algorithms). Nhiều nhà nghiên cứu đã khẳng định mô hình ANN luôn cho kết quả tốt hơn so với mô hình hồi quy nhiều biến nhờ khả năng giải quyết bài toán có tính phi tuyến. Mạng nơ-ron nhân tạo là một hệ thống xử lý thông tin được xây dựng trên cơ sở tổng quát hoá mô hình toán học của nơ-ron sinh học và phỏng theo cơ chế làm việc của bộ não con người. Mạng nơ-ron nhân tạo được thể hiện thông qua ba thành phần cơ bản: mô hình của nơ-ron, cấu trúc và sự liên kết giữa các nơ-ron, phương pháp học được áp dụng cho mạng nơ-ron. Hiện nay trên thế giới mô hình ANN được phát triển theo các hướng căn cứ vào 2 thành phần nêu trên của mạng nơ ron đó là: i) cấu trúc của mạng nơ ron; và ii) phương pháp học được áp dụng cho mạng nơ ron (thuật toán tối ưu để xác định các trọng số liên kết, và cấu trúc mạng). Trong khi phương pháp Ẩn cho phép đưa ra đường phối hợp dung tích giữa các hồ chứa của hệ thống hơi cứng nhắc thì phương pháp Hiện cho phép xác định sự phối hợp cân bằng giữa các hồ chứa một cách mềm dẻo hơn và vì vậy sẽ giúp nhiều trong quá trình tối ưu từng bước bằng việc đưa vào các ưu tiên vận hành khác nhau trong từng vùng dung tích của hồ chứa cũng như các ràng buộc về mực nước và lưu lượng ở các vùng ảnh hưởng dưới hạ lưu.

Giới thiệu lưu vực sông Cả và hệ thống hồ chứa 1. Vị trí địa lý

- Các nghiên cứu dự báo lũ trung hạn trên thế giới trong những năm gần đây thường tập trung vào việc sử dụng phương pháp mạng Nơ ron nhân tạo (ANN) với nhiều thuật toán tối ưu khác nhau kết hợp với việc sử dụng các phương pháp thống kê truyền thống, đồng thời mở rộng áp dụng các mô hình thủy văn thông số phân bố dựa trên cơ sở tận dụng các thông tin viễn thám và GIS kết hợp với kết quả dự báo mưa từ các mô hình số trị dự báo thời tiết như MM5, RAMS, HRM, BOLAM .v.v..Luận án đã lựa chọn hướng nghiên cứu lai ghép các mô hình để đảm bảo tính kế thừa và hiện đại trong nghiên cứu, để giải quyết hài hòa giữa tính ngẫu nhiên và tất định trong các đặc trưng thủy văn với mục tiêu cuối cùng là nâng cao chất lượng dự báo lũ. Khi xét các quá trình mưa ở khu vực Bắc Trung bộ do xoáy thuận nhiệt đới ảnh hưởng cũng như việc phân loại hình thế synop cần đề cập đến nguồn gốc và bản chất cũng như quá trình hình thành phát triển và tồn tại của xoáy thuận, bởi vì sự tồn tại của các xoáy thuận nhiệt đới dưới nhiều dạng khác nhau: xoáy thuận nhiệt đới phát triển ở tầng thấp (như vùng áp thấp chẳng hạn), xoáy thuận chỉ phát triển ở các mực trên cao trong tầng đối lưu (gọi là các nhiễu động xoáy thuận trên cao), xoáy thuận phát triển từ tầng thấp lên cao có khi hết cả tầng đối lưu (như bão, ATNĐ) và các xoáy thuận nhiệt đới liên quan đến hệ thống synop quy mô vừa (như xoáy thuận nhiệt đới trong dải hội tụ nhiệt đới) hay xoáy thuận nhiệt đới kết hợp với nhiều hệ thống thời tiết khác xảy ra cùng thời gian hoặc xen kẽ liên tiếp từ hệ thống này sang hệ thống khác.

Hiếu Thượng Cả

Nghiên cứu dự báo lũ trung hạn lưu vực sông Cả khi chưa có hồ chứa

Đặc điểm lũ trên lưu vực là có khi có lũ lớn trên dòng chính nhưng ở dòng nhánh thì lại không có lũ lớn nên việc trích lũ để đưa vào tính toán trong mô hình là độc lập nhau về thời gian, sao cho đảm bảo đối với mỗi lưu vực có ba trận lũ dùng để hiệu chỉnh mô hình, trong đó có một trận lũ lớn, một trận trung bình, một trận lũ nhỏ và một trận lũ để kiểm định mô hình. Bước 5: Áp dụng thuật giải đoán ghen GA vào tối ưu hóa mạng: bao gồm việc kiểm tra các chỉ tiêu cho từng mạng, thay đổi các cấu trúc đã định sẵn để tìm ra mạng phù hợp nhất, tiếp đó thực hiện những thay đổi nhỏ, thực hiện việc kiểm tra chéo giữa các đoạn số liệu khác nhau xem có đạt không, nếu đạt chuyển sang các thế hệ tiếp theo.

Nghiên cứu phương án dự báo lũ trung hạn khi các hồ chứa trên lưu vực sông Cả được đưa vào vận hành

Hndantd Hndan_EANN Hndandb. Với các chỉ số được đánh giá trên đây ta thấy các phương án dự báo cho các trạm Dừa, Đô Lương và Nam Đàn là tốt và hoàn toàn có thể sử dụng trong tác nghiệp. Tuy nhiên, ta cũng thấy khi bản thân mô hình EANN đã cho kết quả tốt rồi thì việc áp dụng kết hợp với ARMA cũng không cải thiện được kết quả nhiều hơn nữa như trong trường hợp kết hợp với mô hình thủy văn tất định HEC-HMS đã trình bày ở trên. Nghiên cứu phương án dự báo lũ trung hạn khi các hồ chứa trên. hệ thống hồ chứa và kết nối mô hình này với HEC-HMS được trình bày ở chương IV).  Hồ Bản Mồng và hồ Sông Sào mặc dù không có dung tích phòng lũ nhưng chúng nằm trên sông Hiếu và sông nhánh của sông Hiếu, một nhánh lớn đổ vào sông Cả vì vậy cùng với 2 hồ Bản Vẽ và Khe Bố đã hình thành hệ thống hồ chứa song song có quan hệ với nhau trong việc kiểm soát lũ ở hạ lưu tại các điểm kiểm soát lũ Yên Thượng, Nam Đàn.

Quyết định số 1590/QĐ-TTg ngày 09 tháng 10 năm 2009 của Thủ tướng Chính phủ về phê duyệt định hướng Chiến lược Phát triển thủy lợi Việt Nam

Đây chính là các giá trị sơ bộ ban đầu mà nghiên cứu sẽ sử dụng để kiểm soát lưu lượng và mực nước ở khu vực hạ lưu trong phối hợp vận hành các hồ chứa. Trong quá trình vận hành phối hợp, nghiên cứu sẽ giảm dần, đồng thời phân tích khả năng của các hồ khi vận hành để đưa ra đề xuất. 3) Đảm bảo hiệu quả kinh tế. Vì đây là vận hành hệ thống hồ chứa trong mùa lũ, nên hầu như công suất phát điện của các nhà máy thủy điện đều được đảm bảo, các nhu cầu dùng nước đều được đáp ứng, vấn đề đặt ra là vận hành thế nào để dung tích hồ chứa là lớn nhất có thể ở cuối mùa lũ. Để đáp ứng được tiêu chí này thì việc vận hành hồ chứa theo thời gian thực sẽ là phù hợp nhất và do vậy dự báo mưa lũ phải được tích hợp ngay trong vận hành hệ thống hồ chứa. Trong quá trình vận hành hệ thống hồ chứa tức thời, tùy thuộc vào điều kiện ban đầu của các hồ chứa, vào việc phân tích dòng chảy lũ trên sông, mà người vận hành có thể giảm chỉ tiêu 2 – giảm mực nước và lưu lượng kiểm soát ở hạ lưu đi đến mức phù hợp với tình hình thực tế.  Củng cố đê sông Cả, sông La để chống được lũ tần suất 1% tại trạm thuỷ văn Nam Đàn. Hoàn thành công trình Bản Vẽ, xây dựng các hồ Ngàn Trươi, Thác Muối, Bản Mồng, Chúc A .. Điều tiết nước hồ chứa. Chủ đập phải lập quy trình điều tiết nước hồ chứa, quy định việc tích nước, xả nước hồ, trong điều kiện bình thường và trong tình huống khẩn cấp, trình cơ quan quản lý nhà nước có thẩm quyền phê duyệt và tổ chức thực hiện. Việc điều tiết nước hồ chứa tuân theo các quy định sau đây:. a) Không được tích trữ nước trong hồ vượt trên mức do cơ quan quản lý nhà nước có thẩm quyền quy định;. b) Trường hợp đập bị hư hỏng hoặc sự cố, có yêu cầu tháo nước để hạ thấp mức nước hồ, phải khống chế tốc độ hạ thấp mức nước sao cho không gây sạt trượt mái thượng lưu đập;. c) Trong mùa lũ, các hồ chứa có nhiệm vụ điều tiết lũ, việc vận hành tích nước, xả lũ phải ưu tiên đảm bảo an toàn đập, thực hiện điều tiết cắt lũ và tích trữ nước hồ theo nhiệm vụ công trình. Chủ đập phải xây dựng, trình cấp có thẩm quyền ban hành hoặc ban hành theo thẩm quyền văn bản quy định về thẩm quyền ra lệnh vận hành và quy trình thao tác, vận hành cửa van của từng công trình (sau đây gọi là vận hành công trình).

Trích dẫn điều 10 và 11 Nghị định 72/2007/NĐ-CP ngày 07 tháng 5 năm 2007 của Chính phủ về quản lý an toàn đập

Mô hình hóa hệ thống hồ chứa trên lưu vực sông Cả

Điều tiết nước hồ chứa. Chủ đập phải lập quy trình điều tiết nước hồ chứa, quy định việc tích nước, xả nước hồ, trong điều kiện bình thường và trong tình huống khẩn cấp, trình cơ quan quản lý nhà nước có thẩm quyền phê duyệt và tổ chức thực hiện. Việc điều tiết nước hồ chứa tuân theo các quy định sau đây:. a) Không được tích trữ nước trong hồ vượt trên mức do cơ quan quản lý nhà nước có thẩm quyền quy định;. b) Trường hợp đập bị hư hỏng hoặc sự cố, có yêu cầu tháo nước để hạ thấp mức nước hồ, phải khống chế tốc độ hạ thấp mức nước sao cho không gây sạt trượt mái thượng lưu đập;. c) Trong mùa lũ, các hồ chứa có nhiệm vụ điều tiết lũ, việc vận hành tích nước, xả lũ phải ưu tiên đảm bảo an toàn đập, thực hiện điều tiết cắt lũ và tích trữ nước hồ theo nhiệm vụ công trình. Nghiên cứu đã sử dụng phương pháp quy hoạch động với hàm mục tiêu tạm thời là tối ưu hóa sản lượng điện năm và với dòng chảy đến hồ là ngẫu nhiên được mô phỏng theo phương pháp Monte Carlo dựa trên số liệu dòng chảy đến hồ dùng cho thiết kế; các bước thực hiện được tóm tắt trong sơ đồ hình 4-5.