1.1. Các thông số cơ bản:
Hồ chứa nước ở các NMTĐ có ý nhĩa rất quan trọng trong việc điều tiết dòng chảy. Nhờ khả năng tích nước vào hồ, sử dụng nước vào những thời gian hợp lý mà nhà máy có chế độ vận hành tối ưu đem lại hiệu quả kinh tế cao. Ngoài ra hồ chứa nước ở các NMTĐ còn có ý nghĩa khai thác lợi ích tổng hợp nguồn nước với những mục đích khác nhau như : phục vụ tưới tiêu, chống lũ lụt, cung cấp nước ngọt ... Để có thể tính toán đem lại hiệu quả tối đa theo các mục đích đã nêu cần phải biết rất rõ các số liệu đặc trưng cho hồ. Các số liệu và đặc tính hồ được quyết định bởi điều kiện địa hình cũng như chiều cao các công trình đập và bờ hồ. Hãy xét các đặc trưng cơ bản của hồ qua sơ đồ hình vẽ.
- Mực nước dâng bình thường (MNDBT);
Mức nước dâng bình thường là mức nước cao nhất trong hồ tính ở phía thượng lưu của đập, khi đó nhà máy thủy điện có thể vận hành lâu dài, đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế-kỹ thuật quy định. Mức nước dâng bình thường là thông số cơ bản nhất, được lựa chọn từ
giai đoạn đầu tiên của lập dự án trên cơ sở các số liệu về địa hình, địa chất và thủy văn của dòng chảy.
Ngoài các chỉ tiêu kinh tế-kỹ thuật MNDBT còn phải được lựa chọn tính đến các lợi ích tổng hợp, ảnh hưởng môi trường và hàng loạt các yếu tố an toàn khác (diện tích ngập lụt, mốc biên giới quốc gia, an ninh quân sự, điều kiện mất nước của hồ...). MNDBT của NMTĐ Sơn La (215m) được luận chứng, lựa chọn kéo dài hàng chục năm (đề xuất lúc đầu là 265m), trong đó yếu tố di dân và quân sự trở thành vấn để quyết định chủ yếu ở giai đoạn cuối.
Theo định nghĩa, có thể hiểu MNDBT là mức nước giới hạn trên được phép dâng lên trong hồ trong các điều kiện bình thường (kéo dài tùy ý). Nếu dâng cao lâu dài mức nước lên trên MNDBT thì các chỉ tiêu kỹ thuật không đảm bảo (hệ số an toàn bền vững giảm xuống so với tính toán, nhiều điều kiện an toàn không đảm bảo, gây thiệt hại kinh tế mùa màng ...).
- Mực nước chết (MNC);
Mức nước chết là mức nước thấp nhất trong hồ tính ở phía thượng lưu của đập, khi đó nhà máy thủy điện có thể vận hành lâu dài, đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế-kỹ thuật quy định. Cũng có thể hiểu MNC là giới hạn dưới của mức nước vận hành trong các điều kiện làm việc bình thường của nhà máy. Nếu vận hành tùy tiện xuống dưới MNC thì sẽ rất lãng phí nước bởi cùng lưu lượng nước Q công suất phát ra rrát nhỏ, điện năng nhận được ít. Mặt khác, MNC đã được tính theo các điều kiện làm việc an toàn cho tua bin. Nếu vận hành ở cột nước thấp, dòng chảy qua tua bin có thể ở dạng chuyển động rối (xuất hiện các bọt khí) làm mòn cánh tua bin (còn gọi là hiện tượng xâm thực của nước), gây rung động và phát nóng trục quay.
- Mực nước dâng cưỡng bức (MNDCB);
Mức nước dâng cưỡng bức (còn gọi là mức nước gia cường) là mức nước cao nhất trong hồ tính ở phía thượng lưu của dập, khi đó NMTĐ có thể làm việc ngắn hạn, tạm thời trong các điều kiện của thiên tai, lũ lụt. Mức nước dâng cưỡng bức nằm cao hơn MNDBT không nhiều (thường chỉ một vài mét), tuy nhiên do mặt hồ mở rộng nên thể tích nước tăng thêm đáng kể. Vào mùa lũ, nhờ thể tích này một lượng nước lớn của dòng chảy có thể giữ lại trong hồ (không cần xả tràn qua đập) làm giảm nguy cơ ngập lụt phía hạ lưu. Cũng cần nói thêm là, trong điều kiện vận hành ngắn hạn, việc dâng nước lên cao hơn MNDBT (trong một giới hạn nào đó) vẫn đảm bảo được mức độ an toàn cần thiết. Đó là do có những yếu tố làm giảm thấp nguy cơ phá vỡ đập. Chẳng hạn, coi xác suất xuất hiện động đất cấp cao trong thời gian ngắn có thể bỏ qua thì hệ số an toàn có thể được xác định với cấp động đất thấp hơn, cũng không cần tính đến ảnh hưởng của hiện tượng ngấm nước làm yếu bờ đập (nếu vận hành lâu dài trên MNDBT, nước có thể ngấm xa, làm
giảm độ cứng của đất). Xét đến những khả năng này người ta cố gắng nâng MNDCB lên càng cao càng tốt (trong phạm vi có thể) phục vụ mục đích chống lũ lụt. NMTĐ Hòa Bình có MNDBT là 115 m, MNDCB ban đầu được tính 117 m (hiện tại nâng lên mức 118 m).
- Dung tích có ích ( Vci);
Dung tích hữu ích của hồ là phần thế tích hồ nằm giữa MNDBT và MNC (vùng Vhi trên hình vẽ). Về ý nghĩa dung tích hữu ích của hồ chính là phần thể tích có thể sử dụng để điều tiết dòng chảy. Dung tích hữu ích có thể nhỏ hơn nhiều so với dung tích tổng cộng của hồ bởi trong điều kiện bình thường không được vận hành mức nước bên trên MNDBT cũng như bên dưới MNC. Dung tích hữu ích là thông số quan trọng nhất của hồ chứa nước, nó được sử dụng trong hầu hết các tính toán thiết kế và vận hành NMTĐ. - Dung tích dự trữ
Dung tích dự trữ là phần thể tích hồ nằm giữa MNDBT và MNDCB. Về ý nghĩa sử dụng dung tích dự trữ chính là phần thể tích hồ được phép sử dụng thêm trong điều kiện thiên tai, lũ lụt.
- Dung tích phòng lũ và mức nước trước lũ
Dung tích phòng lũ (Vphl) là phần dung tích hồ dùng cho mục đích điều tiết nhằm hạn chế thiên tai, lũ lụt. Dựa trên cơ sở các số liệu dự báo khí tượng thủy văn (dự báo đỉnh lũ) hàng năm cần tiến hành tính toán xác định dung tích phòng lũ cần thiết (bài toán điều tiết lũ). Yêu cầu của bài toán là đảm bảo an toàn cho bản thân công trình thủy điện và tránh được ngập lụt phía hạ lưu trong thời gian xuất hiện đỉnh lũ. Dung tích phòng lũ được tính từ MNDCB xuống đến một mức nước gọi là mức nước trước lũ (MNTL). Dung tích phòng lũ thường lớn hơn dung tích dự trữ nên MNTL có thể nằm dưới MNDBT và có phần thể tích dùng chung giữa mục đích điều tiết lũ và điều chỉnh công suất vận hành. Khi đó, điều tiết lũ có thể ảnh hưởng đến sản lượng điện năng (giảm thấp). Dung tích dự trữ càng lớn thì điều tiết lũ càng ít ảnh hưởng đến sản xuất điện năng.
- Dung tích chết
Dung tích chết là phần thể tích hồ nằm dưới MNC. Phần thể tích này không tham gia vào quá trình điều tiết nhưng cũng rất cần thiết (dung tích tối thiểu) để đảm bảo môi sinh lòng hồ và các vấn đề khác.
- Dung tích bồi lắng
Dung tích bồi lắng là phần dung tích hồ ứng với cao trình bồi lắng. Đây chính là phần dung tích hồ sẵn sàng làm nhiệm vụ lưu trữ lượng bùn cát lắng đọng từ dòng chảy đảm bảo cho hồ chứa làm việc bình thường. Có thể sau thời gian dài phần này bị dâng cao lấn chiếm phần trên. Khi đó cần có các biện pháp kỹ thuật để cải tạo lòng hồ (nạo vét, xả lắng trong mùa lũ).
- Công suất lắp máy (Nlm);
- Công suất đảm bảo (Nđb);
1.2 Trình tự xác định các thông số
Nếu hồ chứa của trạm thuỷ điện được lợi dụng cho nhiều ngành dùng nước khác nhau thì việc xác định độ sâu công tác có lợi phải thông qua tính toán cân bằng lưu lượng cấp nước cũng như cân đối mực nước tối thiểu ở thượng hạ lưu công trình. Thí dụ đối với tưới, ngoài việc đảm bảo lưu lượng cần thiết, còn phải chú ý lưu lượng xả xuống hạ lưu có đảm bảo cho mực nước hạ lưu có cao trình phù hợp với yêu cầu lấy nước của các công trình đã có ở hạ lưu. Đối với giao thông thủy ở hạ lưu phải đảm nướcđủ chiều sâu mớm nước của các loại tàu đã quy định cho từng tuyến đường thuỷ, ở thượng lưu mực nước khống chế cũng phải đảm bảo thuận tiện cho tàu bè đi lại.
Trong quá trình tính toán điều tiết cân bằng nước của hồ chứa cho các ngành, nếu có những yêu cầu mà khả năng nguồn nước cũng như dung tích hồ không thể đảm bảo thì phải cắt bớt yêu cầu của một vài ngành trên cơ sở tính toán hiệu ích kinh tế và đảm bảo các yêu cầu chính trị xã hội.