8. Cấu trúc luận án:
3.1.1.Giới thiệu chung về các mô hình quản lý vận hành hồ chứa
Với sự ra đời của các thế hệ máy tính tốc độ cao đã mở đường cho sự phát triển các mô hình mô phỏng ứng dụng trong lĩnh vực quy hoạch và quản lý tài nguyên nước; trong đó có các bài toán về quy hoạch và quản lý lũ. Xu hướng chung trên thế giới hiện nay là phát triển các mô hình mô phỏng hệ thống trên cơ sở tích hợp các mô hình thành phần bao gồm các mô hình mô tả các quy luật vật lý của hệ thống với các mô phỏng hoạt động của toàn bộ các công trình trên hệ thống. Các mô hình như vậy có tên gọi là “mô hình lưu vực sông” hoặc “ mô hình mô phỏng”. Các mô hình MIKE11, MIKE-BASIN, RIBASIM, HEC1 (sau này phát triển thành mô hình HEC-HMS), HEC5 (sau này phát triển thành mô hình HEC-RESSIM) là các mô hình tiêu biểu của mô hình lưu vực sông. Các mô hình trên đều có mặt các nút hồ chứa và các nút kiểm soát lũ, kiệt trong các mô phỏng thành phần. Tuy nhiên, do các mô hình này được xây dựng với mục đích chính là quy hoạch và quản lý lưu vực sông nên không phải mô hình nào cũng được sử dụng trong quản lý vận hành hệ thống hồ chứa. Sau đây là một số phân tích về khả năng ứng dụng của một số mô hình thường sử dụng trong lĩnh vực quản lý và quy hoạch tài nguyên nước.
Mô hình RIBASIM và mô hình MIKE-BASIN
Các mô hình RIBASIM, MIKE-BASIN được ứng dụng rộng rãi khi lập các quy hoạch và quản lý tài nguyên nước cho một lưu vực sông nhưng không ứng dụng được trong vận hành hệ thống hồ chứa.
Mô hình HEC-HMS
Mô hình HEC-HMS được tích hợp các mô hình tính toán mưa-dòng chảy và diễn toán dòng chảy trên hệ thống sông là mô hình thủy văn được sử dụng hiệu quả
trong mô phỏng lũ nhưng không ứng dụng được trong vận hành hồ chứa.
Mô hình HEC-RESSIM
Mô hình HEC-RESSIM không những thích hợp với các bài toán quy hoạch mà còn có thể ứng dụng tốt đối với các bài toán vận hành hệ thống hồ chứa đa mục tiêu. Tuy nhiên, mô hình này cũng có nhiều nhược điểm khi sử dụng cho các bài toán vận hành hồ chứa, cụ thể như sau:
- Không có các modun tính toán dòng chảy nhập lưu cho các lưu vực không có tài liệu đo đạc lưu lượng, bởi vậy, khi sử dụng cho bài toán vận hành hồ chứa theo thời gian thực phải sử dụng kết quả tính toán từ các mô hình khác. Đối với bài toán vận hành hồ chứa phòng lũ thì kết quả đầu vào tại các nút nhập lưu phải sử dụng kết quả tính toán từ mô hình HEC-HMS.
- Khi ra quyết định vận hành các cửa xả lũ cần thiết phải viết các câu lệnh bổ sung để mô tả hoạt động của các công trình xả lũ, do vậy, khi vận hành hệ thống hồ chứa theo thời gian thực sẽ rất phiền toái cho người sử dụng. Đối với các lưu vực có lũ lên nhanh, xuống nhanh như các lưu vực thuộc khu vực miền Trung, cần xử lý thông tin nhanh thì việc phải viết thêm những câu lệnh điều khiển các cửa xả lũ sẽ không đủ thời gian để ra quyết định điều hành.
- Đối với hệ thống hồ chứa có cùng mục đích phòng lũ hạ du, khi sử dụng mô hình HEC-RESSIM cần phải thiết lập phương án cân bằng nước giữa các hồ, nói cách khác là phân chia trách nhiệm giữa các hồ đối với nhiệm vụ phòng lũ hạ du. Có 2 sơ đồ xác định cân bằng nước giữa các hồ : Sơ đồ ẩn (hình 3.1) và sơ đồ hiện (hình 3.2). Việc xác định cân bằng nước giữa các hồ chứa trên hệ thống chỉ phù hợp với bài toán quy hoạch phòng lũ. Đối với bài toán vận hành theo thời gian thực khi mà đặc điểm mưa gây lũ của từng trận lũ rất khác nhau thì mỗi trận lũ lại phải xem xác định một phương án cân bằng nước và phải cập nhật liên tục theo thời gian thì công việc này sẽ rất khó khăn và không thể đáp yêu cầu xử lý nhanh trước khi ra quyết định vận hành.
Hình 3.1 Minh họa cân bằng hồ chứa theo phương pháp ẩn
Hình 3.2 Minh họa cân bằng hồ chứa theo phương pháp Explicit (hiện)
Mô hình MIKE 11
Mô hình MIKE 11 là loại mô hình thích hợp cho dự báo lũ và vận hành hệ thống hồ chứa phòng lũ. Tuy nhiên, tương tự như mô hình HEC-RESSIM, để ứng dụng cho bài toán vận hành hệ thống hồ chứa phòng lũ vẫn cần phải viết các câu lệnh vận hành các cửa xả lũ và cũng rất phức tạp. Mô hình này đã được thử nghiệm trong công tác vận hành hệ thống hồ chứa trên sông Hồng theo thời gian thực thời kỳ mùa lũ. Tuy nhiên, việc thiết lập các câu lệnh điều hành cũng rất phức tạp nên trong thực tế cũng hạn chế sử dụng.