8. Cấu trúc luận án:
2.3.4.Cơ sở khoa học và thực tiễn thiết lập bài toán vận hành theo thời gian
Thiết lập bài toán vận hành hệ thống hồ chứa phòng lũ cần dựa trên những căn cứ sau đây:
(1) Yêu cầu và sự cần thiết phải thiết lập bài toán vận hành hệ thống hồ chứa phòng lũ theo thời gian thực.
(2) Khả năng dự báo mưa gây lũ và dự báo lũ đến các nút hồ chứa và các nhập lưu trên toàn hệ thống.
(3) Khả năng lựa chọn các mô hình có sẵn hoặc phát triển mô hình mới phù hợp với bài toán vận hành đã đặt ra.
Đây là cơ sở cho việc cần thiết và tính khả thi khi thiết lập bài toán vận hành hệ thống hồ chứa phòng lũ theo thời gian thực trên lưu vực sông Vu Gia-Thu Bồn.
2.3.4.1. Yêu cầu về dự báo lũ quy định trong quy trình vận hành liên hồ chứa A Vương, Đak mi 4 và Sông Tranh 2
Quy trình vận hành liên hồ chứa đã quy định về quan trắc và dự báo lũ như sau: 1. Nhiệm vụ dự báo của Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Trung ương. - Quan trắc các đặc trưng khí tượng thủy văn (mưa, mực nước) trên toàn bộ mạng quan trắc thuộc hệ thống sông Vu Gia - Thu Bồn, được cập nhật hàng ngày;
- Dự báo các trị số khí tượng thủy văn dự báo: Mực nước trước 6 giờ, 12 giờ, 18 giờ, 24 giờ của các trạm Thành Mỹ, Hội Khách, Ái Nghĩa, Cẩm Lệ, Nông Sơn, Giao Thuỷ, Câu Lâu, Hội An;
- Báo cáo tình hình thời tiết 24 giờ qua và nhận định xu thế diễn biến thời tiết 24 giờ tới, trước 15 giờ hàng ngày.
2. Các chủ hồ có nhiệm vụ dự báo lưu lượng đến hồ và diễn biến mực nước hồ chứa.
Như vậy, Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Trung ương chỉ có nhiệm vụ dự báo lũ ở hạ lưu trong khoảng thời gian 24h tới sau khi các chủ hồ ra quyết định vận hành đóng mở các cửa xả lũ. Các chủ hồ có nhiệm vụ dự báo lũ và quyết định đóng mở các cửa xả lũ. Trong quy định không nói rõ là dự báo như thế nào nhưng có thể hiểu là chỉ dự báo lưu lượng đến hồ trong khoảng 6-12h để có thể cắt được đỉnh lũ. Từ đó có nhận xét sau:
- Dự báo lũ đến hồ là một nhiệm vụ khó khăn và các chủ hồ rất khó thực hiện. Vì vậy, cho đến nay các phương án dự báo lũ đến hồ chưa thực hiện được như mong muốn.
- Do đặc điểm lũ lên nhanh, xuống nhanh của lưu vực sông Vu Gia-Thu Bồn, và thời gian dự báo lũ đến hồ ngắn như quy định thì rất khó vận hành các công trình xả lũ theo đúng các quy định của quy trình.
- Nhiệm vụ dự báo được giao cho hai đơn vị thực hiện là bất hợp lý và không có sự liên kết giữa dự báo lũ và vận hành hồ chứa, dẫn đến sự thiếu hiệu quả trong công tác vận hành các công trình hồ chứa có nhiệm vụ cắt giảm lũ cho hạ du.
Do vậy, việc xây dựng phương pháp dự báo có thời gian dự kiến dài, có sự liên kết giữa dự báo lũ đến hồ, vận hành hồ chứa và dự báo lũ hạ du là rất cần thiết và đây cũng là nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài.
2.3.4.2. Khả năng dự báo mưa lũ lưu vực sông Vu Gia-Thu Bồn
Công nghệ dự báo lượng mưa là một vấn đề tương đối mới ở Việt Nam, tuy nhiên đây là vấn đề cần thiết để phục vụ cho công tác dự báo lũ nhằm phục vụ công tác vận hành phòng chống ngập lụt. Công nghệ dự báo lượng mưa hiện nay đã được ứng dụng tại các Trung tâm dự báo Khí tượng Thủy văn Quốc gia. Các mô hình số trị dự báo mưa được Trung tâm dự báo Khí tượng Thủy văn Quốc gia dưa vào dự bao tác nghiệp là mô hình BOLAM, mô hình HRM và mô hình ETA.
Hệ thống dự báo mưa định lượng cho đến hạn dự báo 3-5 ngày dựa trên 2 mô hình dự báo thời tiết quy mô vừa là HRM và ETA đã được đưa vào tác nghiệp trên hệ thống máy chủ tại TTDBTƯ từ ngày 1 tháng 6 năm 2008 với số liệu đầu vào từ mô hình toàn cầu GFS của Mỹ. Do hạn chế về tài nguyên tính toán, nên hệ thống dự báo mưa định lượng 3 đến 5 ngày chỉ cung cấp một bản tin dự báo 3 đến 5 ngày cho một số lưu vực sông thuộc Bắc Bộ và khu vực miền Trung.
Cụ thể, mô hình khu vực sẽ thực hiện việc phân tích dự báo bắt đầu từ thời điểm 12Z (19 giờ Việt Nam) của ngày hôm trước và cung cấp dữ liệu đầu vào cho các mô hình thủy văn sẽ được tác nghiệp vào lúc 00Z (7 giờ Việt Nam) của ngày hôm sau. Số liệu mưa dự báo 3 đến 5 ngày sẽ được cung cấp dưới dạng mưa trung
bình lưu vực (lượng mua trung bình của tất cả các nút lưới nằm bên trong đường biên lưu vực) và mưa tại tất cả các trạm quan trắc khí tượng hoặc thủy văn thuộc lưu vực đó. Các mô hình ETA, HRM sẽ chạy mỗi ngày 2 phiên vào lúc 00 giờ và 19 giờ hàng ngày, dự báo định lượng mưa các điểm trên lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn với thời gian dự kiến là 3 đến 5 ngày. Trên hình 2.4 là mẫu một bản tin dự báo định lượng mưa 5 ngày trên lưu vực sông Vu Gia-Thu Bồn do Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Trung ương thực hiện mùa lũ năm 2008.
Hình 2.5: Mẫu một bản tin dự báo định lượng mưa 5 ngày
Với khả năng dự báo mưa như vậy cho phép xây dựng các phương án dự báo lũ thời gian dự kiến 3 đến 5 ngày và do đó có thể lập quy trình vận hành hệ thống hồ chứa theo thời gian thực với thời gian dự kiến 3 đến 5 ngày. Điều này sẽ cho phép chủ động vận hành an toàn các công trình hồ chứa và nâng cao hiệu quả cắt giảm lũ hạ du.
2.3.4.3. Khả năng ứng dụng các mô hình mô phỏng hệ thống
Hiện nay, có rất nhiều mô hình được sử dụng khi vận hành hệ thống hồ chứa phòng lũ, điển hình là các mô hình HEC-RESSIM, RIBASIM, MIKE 11. Nhiều nhà nghiên cứu thường sử dụng các mô hình có sẵn này cho bài toán vận hành của mình. Tuy nhiên, mỗi mô hình có những ưu nhược điểm nhất định nên trong một số bài toán vận hành tỏ ra không phù hợp. Mặt khác, các mô hình kể trên thường chú
trọng hơn đến các bài toán quy hoạch hệ thống nên phần dự báo và vận hành hệ thống theo thời gian thực không được chú ý nhiều.
Trong nghiên cứu này, tác giả sẽ xây dựng một mô hình mô phỏng hệ thống trên cơ sở tích hợp tất cả các mô hình thành phần bao gồm mô hình dự báo lũ, mô hình diễn toán lũ trong hệ thống sông và mô hình vận hành hồ chứa. Mô hình mà tác giả xây dựng đã khắc phục được các yếu điểm và khai thác những ưu điểm của 2 mô hình trên. Mô hình do tác giả đề nghị được trình bày trong Chương 3 của luận án này.