1.2 Tình hình nghiên cứu vận hành hồ chứa ở Việt Nam
1.2.2 Các nghiên cứu trên lưu vực sông Ba
Thời gian qua, một số đề tài nghiên cứu trực tiếp về vận hành liên hồ chứa hoặc hỗ trợ, phục vụ cho việc xây dựng quy trình vận hành liên hồ chứa trên lưu vực sông Ba đã được tiến hành, như: Đề tài “Nghiên cứu luận cứ khoa học cho các giải pháp phòng tránh, hạn chế hậu quả lũ lụt lưu vực sơng Ba”, đã sử dụng mơ hình HEC-HMS diễn tốn mưa-dịng chảy và HEC-RAS mơ phỏng q trình lũ và diện ngập lụt cho một số trận lũ lớn trên lưu vực sông Ba, kết quả nghiên cứu đã xác định một số nguyên nhân chính gây lũ lụt trên lưu vực, các vùng nhạy cảm đối với lũ lụt và đề xuất giải pháp giảm thiểu thiệt hại [5]. Nghiên cứu quy hoạch tổng hợp lưu vực sông Ba [36].
Nguyễn Hũu Khải (2011) thực hiện Đề tài KC.08.30/06-10 “Nghiên cứu xây dựng công nghệ vận hành hệ thống liên hồ chứa đảm bảo ngăn lũ, chậm lũ, an toàn vận hành hồ chứa và sử dụng hợp lý tài nguyên nước về mùa kiệt lưu vực sơng Ba”. Q trình giải quyết bài tốn trong đề tài gồm các bước: Xây dựng các kịch bản lũ đến và mực nước đón lũ của các hồ, đưa ra các quy tắc vận hành và nguyên tắc phối hợp giữa các hồ, sau đó tiến hành tính tốn mơ phỏng vận hành theo các kịch bản và quy tắc đã đề ra với các trường hợp trận lũ điển hình (1986, 1988, 1993) ở các tần suất 5%, 10%, từ đó rút ra quy trình vận hành cho hệ thống liên hồ. Bộ cơng cụ mơ hình tốn sử dụng là mơ hình HEC-RESSIM để diễn tốn dịng chảy qua từng hồ chứa về đến Củng sơn theo nguyên tắc cân bằng lượng trữ, sử dụng mơ hình thủy lực MIKE 11 để mô phỏng dòng chảy lũ từ trạm Củng Sơn ra tới biển. Mơ hình MIKE-NAM được sử dụng để tính lượng nhập lưu khu giữa.
Nguyên tắc chính trong vận hành hệ thống hồ chứa chống lũ áp dụng trong Đề tài như sau: (i) Ưu tiên hồ Ayun hạ làm nhiệm vụ giảm lũ cho vùng Auyn Pa, hồ Kanak giảm lũ cho thị xã An Khê đồng thời hỗ trợ hồ Ayun hạ giảm lũ cho vùng Auyn Pa. Cụm hai hồ này hoạt động điều tiết giảm lũ gần như độc lập với các hồ Krông H’năng, sông Ba Hạ, sơng Hinh ở phía dưới. (ii) Ưu tiên hồ Sông Ba Hạ giảm lũ cho thành phố Tuy Hồ, hồ sơng Hinh và hồ Krông H’Năng hỗ trợ cắt giảm lũ tối đa cho hạ du. (iii) Mực nước hạ thấp nhất có thể của các hồ để đón lũ được đề xuất: hồ Ka Nak là 513 m, hồ Ayun Hạ là 203 m, hồ Krông H’năng là 252,5 m, Sông Ba Hạ là 103 m và Sông Hinh là 206 m. (iv) Lấy mực nước BĐ II tại Củng Sơn, Phú Lâm để kiểm soát việc xả nước.
Đề tài đã đề xuất quy trình vận hành liên hồ chứa chống lũ và kết luận: cần có một dung tích phịng lũ cho từng hồ chứa bằng cách hạ thấp mực nước trước lũ. Không thể khống chế mực nước tại Phú Lâm xuống dưới BĐ III đối với lũ vượt tần suất P=10%. chỉ có thể khống chế đối với lũ nhỏ hơn mức P=20% (tương đương với lũ năm 1986, 1988) trở xuống. Khi điều tiết theo quy trình đề xuất, có thể giảm đỉnh lũ Qmax tại Củng Sơn xuống 20-25%, mực nước tại Củng Sơn giảm 0,80-1,50m, còn tại Phú Lâm giảm từ 0,30-0,80m [18].
Trong nghiên cứu mô phỏng vận hành liên hồ chứa sơng Ba mùa lũ bằng mơ hình HEC-RESSIM, đã tính tốn cho hệ thống 05 hồ gồm Kanak, Ayun Hạ, Sông Ba Hạ, sông Hinh và Krông Hnăng. Lũ sau khi được điều tiết bởi hệ thống hồ chứa sẽ được diễn tốn về hạ lưu bằng mơ hình MIKE 11. Nghiên cứu đã đưa ra một số kết luận: dựa vào cảnh báo lũ, có thể hạ thấp mực nước trước lũ trước 48 giờ đối với hồ sông Hinh và Krông H’năng và trước 24 giờ đối với các hồ còn lại; cần cắt lũ ở phạm vi lưu lượng đến bằng khoảng 75-85% lưu lượng đỉnh lũ đến hồ đối với hồ sông Ba hạ và bằng 35-45% Q đỉnh lũ đối với hồ sông Hinh và Krông H’năng tuỳ từng dạng lũ; không thể khống chế mực nước Phú Lâm xuống dưới BĐ III đối với lũ vượt tần suất P=10% [19].
Trong nghiên cứu tính tốn đánh giá mức độ cắt giảm lũ của hệ thống 03 hồ Sông Ba Hạ, sông Hinh và Krông Hnăng đến ngập lụt vùng hạ du khi vận hành theo quy trình liên hồ chứa 1077, với trận lũ năm 2009 và các kịch bản điều tiết hồ khác nhau cũng được thực hiện. Trong nghiên cứu này, việc vận hành điều tiết hồ chứa và diễn tốn lũ phía thượng lưu áp dụng mơ hình HEC-RESSIM, từ sau hồ thủy điện sông Ba Hạ đến cửa sơng Đà Rằng sử dụng mơ hình thủy lực MIKE Flood. Nghiên cứu đã đưa ra một số kiến nghị: với dung tích phịng lũ được tạo ra từ dung tích trước lũ đến dung tích đón lũ là khơng nhiều, nên việc giảm lũ cho hạ du không đáng kể đối với những trận lũ có quy mơ bằng và lớn hơn trận lũ 2009; việc đưa mực nước trước lũ hạ dần xuống mực nước đón lũ phải tùy thuộc vào quy mơ của trận lũ để quyết định [13].
Trong đề tài nghiên cứu về đặc điểm lưu vực sông Ba trong vận hành hồ chứa và đánh giá mơi trường tích lũy, tác giả đã đánh giá điều kiện khí tượng thủy văn và địa hình lưu vực sơng Ba dẫn tới việc dự báo lũ rất khó chính xác. Thời gian dự kiến có độ tin cậy cho phép khoảng 6h, 12h đến 24h. Đặc biệt là dự báo mưa, lũ sau bão đi qua. Có thể phân thành 2 cụm hồ chứa theo đặc điểm khí hậu chiếm ưu thế: (i) Cụm hồ chứa thuộc vùng Tây Trường Sơn gồm thủy điện An Khê - KaNak, hồ thủy lợi Ayun Hạ; (ii) Cụm hồ chứa thuộc Đông Trường Sơn gồm các hồ sông Hinh, Sông Ba Hạ, Krông H’năng [29].
Trong luận án tiến sĩ của Lương Hữu Dũng về Nghiên cứu cơ sở khoa học phục vụ vận hành hệ thống liên hồ chứa kiểm sốt lũ lưu vực sơng Ba, các nội dung nghiên cứu chính là xác định nhiệm vụ của 05 hồ chứa lớn trên lưu vực sông Ba, phối hợp vận hành liên hồ chứa và đề xuất cải tiến nội dung vận hành liên hồ chứa cắt giảm lũ trên lưu vực. Q trình giải quyết bài tốn theo các bước: đưa ra nguyên tắc phối hợp, phương án vận hành liên hồ, sau đó tiến hành tính tốn kiểm tra với các trường hợp trận lũ điển hình (1981, 1988, 1993 và 2009) và dung tích đón/phịng lũ đề xuất, từ đó rút ra phương án vận hành phù hợp. Để phục vụ nghiên cứu, tác giả đã sử dụng bộ cơng cụ mơ hình tốn gồm: tự xây dựng mơ đun vận hành cửa van điều tiết trong mùa lũ và diễn tốn dịng chảy trong sông từ các hồ chứa đến trạm thủy văn Củng Sơn, kết hợp với sử dụng mơ hình Mike11 để mô phỏng, kiểm tra mực nước và lưu lượng tại các điểm kiểm soát được thiết lập từ trạm Củng Sơn xuống hạ du ra tới biển. Việc kéo dài và đồng bộ dòng chảy lũ đến vị trí các hồ và các lưu vực khu giữa bằng mơ hình MIKE-NAM trong luận án được kế thừa từ kết quả nghiên cứu trước đó, và được dùng làm đầu vào cho mơ hình vận hành hồ chứa và mơ hình thủy lực. Đặc trưng thủy văn (BĐ I) tại các trạm thủy văn An Khê, Ayun Pa, Củng Sơn và Phú Lâm được chọn làm cơ sở để vận hành các hồ chứa trong bài toán vận hành liên hồ chứa kiểm soát lũ.
Trên cơ sở phân tích đặc điểm lũ, dung tích các hồ, tác giả đã đề xuất nguyên tắc phối hợp vận hành cắt giảm lũ giữa các hồ, dung tích đón/phịng lũ của các hồ như sau: (i) Hồ Ka Nak và Ayun Hạ có thể duy trì mực nước cao trong mùa lũ và sẽ xả nước tạo dung tích để đón lũ khi có dự báo xuất hiện lũ trên lưu vực; Mực nước hạ thấp nhất có thể của hồ Ka Nak là 511,8 m và của hồ Ayun Hạ là 203 m. (ii) Các hồ Krông H’năng, Sông Ba Hạ và Sông Hinh sẽ không hạ thấp mực nước tạo dung tích đón lũ khi có dự báo xảy ra lũ mà phải dành dung tích để phịng lũ trong suốt mùa lũ. Mực nước hạ thấp nhất có thể của hồ Krơng H’năng là 250,2 m, Sơng Ba Hạ là 103,1 m và Sông Hinh là 206,2 m.
Từ kết quả tính tốn đã đưa ra một số kết luận: (i) Với tiêu chí xả nước tạo dung tích đón lũ khơng gây báo BĐ I ở hạ du nên cả 2 hồ Ka Nak và Ayun Hạ đều khơng thể xả đạt dung tích hạ thấp cho phép trong 24 giờ; (ii) Hầu hết các hồ không
thể cắt lũ triệt để nhằm hạ thấp mực nước xuống dưới mức BĐ I hoặc BĐ II, mà chỉ tham gia hỗ trợ giảm lũ: Đối với hồ Ka Nak giảm được mực nước đỉnh lũ cho trạm An Khê 4,15m; Hồ Ayun hạ giảm được mực nước đỉnh lũ cho trạm Ayun Pa 1,14m; Cụm hồ Sông Ba Hạ và Sông Hinh giảm được mực nước đỉnh lũ cho trạm Củng Sơn 0,56m.
Một số đề xuất của tác giả về cải tiến nội dung vận hành liên hồ chứa cắt giảm lũ: (i) Điều chỉnh nhiệm vụ phòng lũ các hồ chứa: Hồ Ka Nak và Ayun Hạ đóng vai trị đón lũ. Các hồ Krơng H’năng, Sơng Ba Hạ và Sơng Hinh đóng vai trị phịng lũ. (ii) Mực nước cho phép các hồ xả nước đón lũ: Các hồ được phép xả nước đón lũ khi mực nước hạ du tại các điểm kiểm soát nhỏ hơn hoặc bằng BĐ I. (iii) Quy định mực nước cao nhất trước lũ của các hồ (đã trình bày ở trên). (iv) Vận hành đưa mực nước hồ về mực nước cao nhất trước lũ sau khi hồn thành 1 chu trình cắt giảm lũ: khi mực nước tại các điểm kiểm soát xuống dưới mức BĐ I [7].