TT Đặc trưng Đơn vị An Khê Yauyn hạ EaKrong Hnăng Hinh Sông Sơng Ba Hạ
1 Diện tích lưu vực km2 1236 1670 1196 772 11115 2 Cao trình đỉnh đập m 433.00 211.00 270.40 215.00 116.00 3 MNDBT m 429.00 204.00 255.00 209.00 105.00 4 MNC m 427.00 195.00 242.50 196.00 101.00 5 MNGC m 431.45 209.92 258.38 211.85 108.05 6 Vtb 106m3 15.90 253.00 171.60 357.00 349.70 7 Vhi 106m3 5.60 201.00 112.30 323.00 165.90 Vc 106m3 59.30 183.80 Vpl 106m3 276.00
8 Qmaxtbin m3/s 50.00 23.40 68.00 55.50 393.00 9 Số tổ máy 2.00 2.00 2.00 2.00 2.00 10 Qfirm,p=90 % m3/s 9.60 4.50 12.90 23.00 56.70 11 Htt m 357.00 112.80 141.00 62.00 12 Nlm MW 160.00 3.00 64.00 220.00 13 Khả năng xả m3/s 4105.00 1437.00 3941.00 6952.00 28945.50 14 Qmaxp=0.1% m3/s 6021.00 7654.00 6194.30 8930(0.5) 35685.00 15 Cao trình ngưỡng tràn m 427.00 194.00 241.00 196.00 89.00 16 Số của xả Tràn tự do 3.00 4.00 6.00 12.00 17 Chiều cao cửa m 6.00 12.00 13.00 16.50 18 Chiều rộng cửa m 6.00 4.50 12.00 15.00
19 Đi vào hoạt động 2010 1995 2010 2000 2009
Nguồn: Công ty Tư vấn Xây dựng điện 1
3.1.2. Số liệu nhu cầu sử dụng nước của các hộ dùng nước
daily-envflow là chuỗi số liệu ngày của nhu cầu 1 (thủy điện), đơn vị tr.m3;
daily-irrig1 là chuỗi số liệu ngày của nhu cầu 2 (tưới), đơn vị tr.m3;
daily-supply là chuỗi số liệu ngày của nhu cầu 3 (công nghiệp), đơn vị tr.m3;
daily-irrig2 là chuỗi số liệu ngày của nhu cầu 4 (sinh hoạt), đơn vị tr.m3; Nhu cầu sử dụng nước của các hộ dùng nước được biểu thị ở phụ lục 2.
3.1.3. Các thông số của phương pháp Muskingum
- Các thông số của phương pháp Muskingum là: x và k là các hằng số (k có ý nghĩa như thời gian chảy truyền của đoạn sông, x là hằng số biểu thị chiều dài đoạn sơng tính tốn).
- Thơng số: x và k ban đầu được lấy theo phương pháp diễn toán lũ của từng đoạn sông trên lưu vực sông Ba.
3.2. Hiệu chỉnh và kiểm định mơ hình
Để vận hành được trong q trình tính tốn điều tiết hồ chứa và diễn tốn dịng chảy trong sơng thì mơ hình phải được hiệu chỉnh và kiểm định. Tuy nhiên do khơng có số liệu điều tiết của từng hồ chứa trong những năm qua. Do vậy trong quá
trình hiệu chỉnh và kiểm định tác giả đã đưa các hồ về trạng thái hồ không hoạt động, nhưng các hồ vẫn được gắn vào hệ thống, dòng vào hồ bao nhiêu thì dịng ra khỏi hồ bấy nhiêu. Dùng phương pháp Muskingum để diễn tốn dịng chảy từ các hồ ở thượng lưu, sông nhánh về hạ lưu và được hiệu chỉnh, kiểm định tại trạm thủy văn Củng Sơn.
Q trình hiệu chỉnh nhằm xác định các thơng số của mơ hình để cho kết quả tính tốn phù hợp nhất với số liệu thực đo. Việc hiệu chỉnh các thơng số mơ hình có thể được tiến hành bằng 2 phương pháp: phương pháp thử sai hoặc phương pháp tối ưu. Ở đây cả hai phương pháp được sử dụng để dị tìm bộ thơng số cho lưu vực cần tính tốn.
Q trình hiệu chỉnh và kiểm định được tiến hành cho cả q trình dịng chảy trong mùa cạn (từ tháng 01 đến tháng 8). Chỉ tiêu thống kê NASH được sử dụng để đánh giá chất lượng mơ phỏng q trình dịng chảy mùa cạn trong các năm chọn để hiệu chỉnh và kiểm định mơ hình. Kết quả được trình bày dưới đây.
3.2.1. Kết quả hiệu chỉnh mơ hình
Số liệu dùng để hiệu chỉnh mơ hình là chuỗi số liệu dịng chảy trung bình ngày từ 01/01/1983 đến ngày 31/8/1983.
Trong khuôn khổ của luận văn chỉ nghiên cứu khu vực từ các hồ An Khê - Knak, Yayun hạ, Krông Hnăng, sông Ba Hạ, sông Hinh về đến trạm thủy văn Củng Sơn. Mặt khác diễn tốn dịng chảy các đoạn sông là phương pháp Muskingum.
So sánh đường q trình dịng chảy tính tốn với đường q trình dịng chảy thực đo và đánh giá độ hữu hiệu của mơ hình bằng chỉ tiêu Nash.
Qua đó có thể thấy, nói chung về dạng đường q trình lưu lượng tính tốn và thực đo là phù hợp, kết quả đánh giá theo chỉ tiêu Nash khá tốt 0,83.
Bảng 3.2: Bộ thông số của mơ hình Muskingum diễn tốn từng đoạn sơng Thơng số Đoạn sông x k C0 C1 C2 Đoạn 1 6.50 0.24 -0.1948529 0.3786765 0.8161765 Đoạn 2 8.20 0.27 -0.2642615 0.4184397 0.8458218 Đoạn 3 7.60 0.21 -0.1685117 0.3222632 0.8462485 Đoạn 4 9.70 0.28 -0.2960983 0.4297167 0.8663816 Đoạn 5 12.70 0.25 -0.2668329 0.3665835 0.9002494 Đoạn 6 5.60 0.19 -0.1119936 0.3105639 0.8014297 Đoạn 7 4.00 0.28 -0.183432 0.4792899 0.704142
Ghi chú: Đoạn 1: từ đập Yayun hạ - ngã ba sông YaYunpa với sông Ba,;
Đoạn 2: từ đập An Khê - ngã ba sông YaYunpa với sông Ba;
Đoạn 3: từ ngã ba sông YaYunpa - ngã ba sông Krông Hnăng với sông Ba;
Đoạn 4: từ đập EaKrông Hnăng - Ngã ba sông Krông Hnăng với sông Ba; Đoạn 5: từ ngã ba Krông Hnăng - Ngã ba sông Hinh với sông Ba;
Đoạn 6: từ đập Sông Hinh - Ngã ba sông Hinh với sông Ba;
Đoạn 7: từ ngã ba sông Hinh với sông Ba - Trạm thủy văn Củng Sơn;
Hình 3.3: Đường q trình lưu lượng tính tốn và thực đo trạm thủy văn Củng Sơn năm 1983
3.2.2. Kết quả kiểm định mơ hình
Số liệu dùng để kiểm nghiệm mơ hình là chuỗi số liệu lưu lượng tại trạm Củng Sơn từ 01/01/1982 đến 31/8/1982. Với bộ thông số đã lựa chọn ở trên cho các đoạn sông. Độ hữu hiệu của kiểm nghiệm mơ hình tính theo chỉ tiêu Nash đạt 0,81.
Hình 3.4: Đường q trình lưu lượng tính tốn và thực đo trạm thủy văn Củng Sơn năm 1982
3.3. Vận hành điều tiết liên hồ chứa
3.3.1. Quy tắc vận hành
Trong mơ hình sử dụng các hệ số coef để khống chế lượng nước xả đáp ứng các nhu cầu dùng nước, tương ứng với mực nước đã cho. Mỗi nhu cầu có một số hệ số ứng với nó. Ở đây, có 4 nhu cầu dùng nước là: thủy điện, cơng nghiệp (khơng có thủy điện), tưới và sinh hoạt.
Giả sử đối với hồ chứa sông Ba Hạ: coef 3.txt: 101,0.0
103,1.0
Nếu mực nước nhỏ hơn 101 thì lượng nước thực tế cung cấp bằng 0. Nếu mực nước lớn hơn 101 và nhỏ hơn 102 thì lượng nước đó được xác định bằng cách nhân hệ số 0.5 với nhu cầu, còn khi mực nước lớn hơn 103 thì lượng nước thực tế chính bằng nhu cầu.
Các hệ số này trong điều hành liên hồ chứa ở các mực nước quy định khác nhau tùy theo từng hồ chứa và sẽ được hiệu chỉnh dần để đảm bảo dung tích của hồ chứa cuối mùa kiệt khơng nhỏ hơn dung tích chết và lượng nước cấp cho các hộ sử dụng là lớn nhất.
3.3.2. Thứ tự ưu tiên các nhu cầu sử dụng nước
Các hồ chứa trên lưu vực sông Ba được xây dựng với mục đích phát điện, có nguồn thủy năng dồi dào để đảm bảo phát một cơng suất lắp máy. Vì vậy, nhu cầu phát điện được ưu tiên đầu tiên (Nhu cầu 1).
Các nhà máy thủy điện được xây dựng nằm ở thượng lưu đập dâng thủy lợi Đồng Cam. Đặc biệt Nhà máy Thủy điện sông Ba Hạ, với dung tích tồn bộ là 349.7 106 m3 khá lớn nên có thể tăng cường lượng nước tưới cho đập Đồng Cam trong mùa kiệt với diện tích tưới đảm bảo là 19800 ha. Từ đó, ta thấy mục tiêu tưới, cung cấp nước cho nông nghiệp, được xếp thứ hai (Nhu cầu 2).
Hạ lưu sông Ba có nhiều khu cơng nghiệp lớn như Hòa Hiệp, An Phú và đông bắc Sông Cầu của tỉnh Phú Yên. Do đó, mục tiêu cấp nước cho công nghiệp của hồ chứa cũng được hướng đến, với ưu tiên ba (Nhu cầu 3).
Cuối cùng là nhu cầu cấp nước cho sinh hoạt (Nhu cầu 4). Vì tại các vùng cần cấp nước như thị xã Tuy Hịa thì đã có nguồn nước ngầm rất tốt nên nhu cầu này được ưu tiên cuối.
Thứ tự ưu tiên cho các nhu cầu sử dụng nước của các hộ dùng nước trên là dùng chung cho các hồ trong điều tiết liên hồ chứa.
3.3.3. Kịch bản điều hành
Hiện nay trong vận hành hồ chứa thủy điện không cần đáp ứng tối đa phụ tải riêng của từng hồ, mà chỉ có phát điện đạt cơng suất tối đa và truyền lên lưới điện quốc gia. Việc đảm bảo phụ tải do Trung tâm điều độ khu vực đảm nhận.
Có nhiều kịch bản vận hành được thực hiện. Tuy nhiên sau khi chọn lọc, luận văn chỉ đưa ra 3 kịch bản chính.
+ Kịch bản 1: Nhu cầu cấp cho thủy điện ở mức 50% mức tối đa và đảm bảo dòng chảy tối thiểu phía hạ lưu, hệ số cho bằng 0.5.
+ Kịch bản 2: Nhu cầu cấp cho thủy điện ở mức đảm bảo (tối thiểu) và đảm bảo dòng chảy tối thiểu phía hạ lưu, dịng chảy qua nhà máy thủy điện của các hồ chứa là nhỏ nhất, hệ số bằng 1.0.
+ Kịch bản 3: Lựa chọn hệ số cấp nước sao cho nhu cầu cấp cho các hộ dùng nước (trên cơ sở nhân nhượng, hài hòa nhất nhưng vẫn ưu tiên phát điện).
Các nhu cầu khác, hệ số không thay đổi.
Việc lựa chọn các mực nước để đưa ra quy tắc vận hành cho từng hồ chứa là do tác giả tự định nhưng trên cơ sở nhu cầu dùng nước của các hộ dùng nước và tuân thủ theo mực nước chết và mực nước dâng bình thường để phân chia, tuy nhiên cách phân chia này là tùy thuộc vào cách thực hiện điều khiển của từng người, ở đây tác giả cũng mạnh dạn đưa ra quy tắc này.
Với mỗi kịch bản, có các hệ số coef tương ứng, được đưa ra như trong bảng sau:
Bảng 3.2: Các hệ số trong mơ hình ứng với kịch bản 1
Hệ số
Nhu cầu thủy điện ở mức tối đa 50%
An Khê Yayun hạ Ea Krong Hnăng Sông Ba hạ Sông Hinh
coef1 427,0.5 195, 0.5 242.5, 0.5 101, 0.5 196,0.5 coef2 427,0.2 428,0.4 195,0.2 201,0.4 242.5,0.2 250,0.6 101,0.2 103,0.4 196,0.2 200,0.6
429,0.6 204,0.6 255,0.6 105,0.6 209,0.8 coef3 427,0.2 428,0.4 429,0.6 195,0.2 201,0.4 204,0.6 242.5,0.2 250,0.6 255,0.8 101,0.2 103,0.4 105,0.6 196,0.2 200,0.6 209,0.8 coef4 427,0.2 428,0.4 429,0.6 195,0.2 201,0.4 204,0.6 242.5,0.2 250,0.6 255,0.8 101,0.2 103,0.4 105,0.6 196,0.2 200,0.6 209,0.8
Bảng 3.3: Các hệ số trong mơ hình ứng với kịch bản 2
Hệ số
Nhu cầu thủy điện ở mức đảm bảo tối thiểu
An Khê Yayun hạ Ea Krong Hnăng Sông Ba hạ Sông Hinh
coef1 427,1.0 195,1.0 242.5,1.0 101,1.0 196,1.0 coef2 427,0.2 428,0.4 429,0.6 195,0.2 201,0.4 204,0.6 242.5,0.2 250,0.6 255,0.6 101,0.2 103,0.4 105,0.6 196,0.2 200,0.6 209,0.8 coef3 427,0.2 428,0.4 429,0.6 195,0.2 201,0.4 204,0.6 242.5,0.2 250,0.6 255,0.8 101,0.2 103,0.4 105,0.6 196,0.2 200,0.6 209,0.8 coef4 427,0.2 428,0.4 429,0.6 195,0.2 201,0.4 204,0.6 242.5,0.2 250,0.6 255,0.8 101,0.2 103,0.4 105,0.6 196,0.2 200,0.6 209,0.8
3.3.4. Kết quả tính tốn cho năm điển hình 1982
Kết quả tính tốn được lượng nước cung cấp cho các mục đích sử dụng nước của các hộ dùng nước, dung tích và mực nước hồ chứa từng ngày được xuất ra trong các file (out-…). Số liệu cụ thể được thể hiện ở phụ lục II.
Sau khi tính tốn điều tiết, dữ liệu kết quả được lưu dữ ở các dạng file sau:
out-envflow là lượng nước thực tế cung cấp cho nhu cầu 1 (thủy điện), đơn vị
tr.m3;
out-irrig1 là lượng nước thực tế cung cấp cho nhu cầu 2 (tưới), đơn vị tr.m3,
out-irrig2 là lượng nước thực tế cung cấp cho nhu cầu 4 (sinh hoạt), đơn vị
tr.m3;
out-supply là lượng nước thực tế cung cấp cho nhu cầu 3 (công nghiệp), đơn
vị tr.m3;
out-resulting_outflow là tổng lượng nước thực tế cung cấp cho các sử dụng,
đơn vị tr.m3;
out-spill là lượng tràn, đơn vị tr.m3;
out-stage là chuỗi số liệu ngày mực nước hồ chứa sau khi vận hành, đơn vị
mm.
out-storage là chuỗi số liệu ngày của dung tích hồ chứa sau khi vận hành,
đơn vị tr.m3.
3.3.4.1. Kết quả tính tốn theo kịch bản 1:
c. Hồ Ea Krông Hnăng d. Hồ Sông Hinh
d. Hồ Sơng Ba Hạ
Hình 3.6: Quan hệ đầu ra giữa mực nước hồ chứa, lượng trữ và tổng lượng ra (ứng với nhu cầu thủy điện ở mức tối đa, hệ số 0.5)
c. Hồ Ea Krông Hnăng d. Hồ Sông Hinh
f. Hồ Sông Ba Hạ
Hình 3.7: Quan hệ đầu ra giữa các sử dụng nước (ứng với nhu cầu thủy điện ở mức tối đa, hệ số 0.5)
3.3.4.2. Kết quả tính tốn theo kịch bản 2:
c. Hồ Ea Krông Hnăng d. Hồ Sơng Hinh
f. Hồ Sơng Ba Hạ
Hình 3.8: Quan hệ giữa mực nước tổng lượng đến hồ, tổng lượng nước phát điện
ứng với mưc đảm bảovà mực nước hồ chứa sau khi vận hành
c. Hồ Ea Krông Hnăng d. Hồ Sông Hinh
f. Hồ Sơng Ba Hạ
Hình 3.9: Quan hệ đầu ra giữa các nhu cầu sử dụng nước (ứng với nhu cầu thủy
điện ở mức đảm bảo, hệ số 1.0)
3.3.4.3. Nhận xét
Với những kết quả đưa ra ở trên, tác giả có nhận xét như sau: + Kết quả thu được theo kịch bản 1:
Ứng với lượng nước về hồ điển hình trong năm 1982, kết quả điều tiết như sau: Mực nước hồ chứa: Ứng với hệ số điều khiển 0.5 của thủy điện, nhu cầu phát điện được đảm bảo 50% nhu cầu phát điện tối đa, còn các nhu cầu khác được cố định. Có thể nhận thấy mực nước sau khi vận hành của các hồ An Khê - Knak, hồ EaKrông Hnăng, hồ Ba Hạ giảm mạnh ngay từ cuối tháng 1, tháng 2 và tăng lên vào
đầu tháng 5 rồi lại giảm dần về cuối mùa kiệt. Dung tích hồ chứa cũng diễn biến theo xu thế tương tự mực nước hồ. Mực nước hồ Yayun hạ và sông Hinh sau khi vận hành giảm dần từ đầu tháng 1 và đến cuối mùa kiệt thì mực nước hồ về gần mực nước chết. Về cơ bản vận hành hồ chứa theo kịch bản 1, mực nước các hồ được đảm bảo là cuối mùa kiệt lượng nước trong hồ ở mức mực nước chết và lượng nước cung cấp cho thủy điện ở mức 50% nhu cầu phát điện tối đa.
Các nhu cầu sử dụng nước: Ứng với hệ số 0.5 của thủy điện, nhu cầu phát điện được đảm bảo tối đa. Do vậy, lượng nước cung cấp cho các nhu cầu khác sẽ giảm mạnh trong tháng đầu và hầu như không cung cấp đủ cho những tháng tiếp theo. Khi ta giảm hệ số cung cấp của thủy điện xuống dưới mức 0.5, khả năng cấp nước cho các mục đích sử dụng khác sẽ được đáp ứng tốt hơn, thậm chí cịn cao hơn so với nhu cầu đặt ra (công nghiệp, sinh hoạt trong tháng cuối mùa kiệt).
a. Thủy điện b. Tưới
c. Sinh hoạt d. Công nghiệp
a. Thủy điện b. Tưới
c. Sinh hoạt d. Cơng nghiệp
Hình 3.11: Nhu cầu, lượng nước dùng thực tế của các hộ dùng nước tại hồ Ba Hạ
+ Kết quả thu được theo kịch bản 2:
Với nhu cầu cho thủy điện chỉ ở mức đảm bảo (tối thiểu) nên hệ số lấy bằng 1.0. Khi đó, các sử dụng khác được đáp ứng một cách ổn định hơn và đã có nhiều thời điểm đạt được mức nhu cầu đặt ra.
Mực nước hồ chứa: Ứng với hệ số điều khiển 1.0 của thủy điện, tức là nhu cầu phát điện được đảm bảo 100% nhu cầu phát điện ở mức (đảm bảo tối thiểu), cịn các nhu cầu khác thì được cố định tùy theo mực nước của từng hồ. Sau khi vận hành mực nước của các hồ An Khê - Knak, hồ EaKrông Hnăng giảm dần từ tháng 1 đến tháng 4 và tăng lên vào đầu tháng 5 rồi lại giảm dần về cuối mùa kiệt. Dung tích hồ chứa cũng diễn biến theo xu thế tương tự mực nước hồ. Mực nước hồ Yayun hạ, sông Hinh và Ba Hạ sau khi vận hành ổn định và tăng dần. Về cơ bản vận hành hồ
chứa theo kịch bản 2 mực nước các hồ được đảm bảovà hầu như không sử dụng hết lượng nước trong hồ theo đúng mục tiêu là cuối mùa kiệt, hồ về mực nước chết.