8. Cấu trúc luận án:
4.1. Thiết lập hệ thống kịch bản về các phương án dung tích phịng lũ và chế độ
chế độ điều tiết cắt lũ cho hệ thống hồ chứa trên sông Vu Gia-Thu Bồn
4.1.1. Cơ sở thiết lập các kịch bản về dung tích phịng lũ và chế độ vận hành cắt lũ hạ du hành cắt lũ hạ du
4.1.1.1. Đặc điểm của bài toán vận hành hệ thống hồ chứa phịng lũ trên sơng Vu Gia-Thu Bồn
Trong số 5 hồ chứa có nhiệm vụ cắt giảm lũ cho hạ du sơng Vu Gia-Thu Bồn có 3 hồ chứa là Sơng Tranh 2, A Vương và Đakmi 4 thuộc nhóm các hồ chứa đã có quy định về vận hành cắt lũ hạ du với tổng dung tích phịng lũ là 175,71 triệu m3. Phần dung tích phịng lũ của các hồ chứa này giới hạn bởi mực nước đón lũ (ZDL) đến mực nước dâng bình thường (HBT) và chỉ được sử dụng để cắt lũ ở khu vực đỉnh lũ khi dự báo trong khoảng từ 6-12 h tới lũ tại mỗi hồ chứa đạt đỉnh. Cũng theo quy trình liên hồ chứa, trong thời kỳ mùa lũ các hồ chứa này được tích đến mực nước lớn hơn mực nước đón lũ và có thể tích đến mực nước dâng bình thường, chỉ khi dự báo trong khoảng 24h tới lưu lượng lũ vượt qua một giá trị nhất định đối với từng hồ chứa mới xả nước để đưa về mực nước đón lũ. Như vậy, các hồ chứa này ưu tiên nhiệm vụ tích nước phát điện. Điều này cũng hợp lý vì đối với lưu vực Vu Gia-Thu Bồn, lũ lên xuống rất nhanh và lưu lượng cơ bản thời kỳ mùa lũ rất nhỏ, nếu duy trì mực nước hồ ở mức thấp mà khơng có lũ lớn thì khơng thể tích đầy hồ. Tuy nhiên, với quy mơ dung tích phịng lũ như vậy thì hiệu quả cắt lũ cho hạ du
không cao. Hơn nữa, với yêu cầu dự báo chỉ có 6-12h trước khi cắt đỉnh lũ sẽ có nhiều rủi ro do khơng thể bắt được đỉnh và không kịp vận hành theo đúng quy định. Một điều nữa cần lưu ý là, do khu vực ngập lụt ở hạ du có khả năng điều tiết rất lớn, nếu chỉ xả nước trước 24h để đón lũ thì lượng xả xuống cũng lớn, một phần lớn lượng xả xuống hạ du bị trữ lại ở khu vực hạ du chưa kịp thoát ra biển trước khi lũ về. Điều này làm cho hiệu quả cắt lũ của các hồ chứa không hiệu quả.
Từ những đặc điểm trên cho thấy cần nghiên cứu các giải pháp nhằm nâng cao hiệu quả cắt giảm lũ cho hạ du những vẫn đảm bảo an tồn tích nước cho nhiệm vụ phát điện và cấp nước hạ du thời kỳ mùa kiệt.
4.1.1.2. Phương hướng đề xuất các giải pháp nâng cao hiệu quả cắt giảm lũ cho hạ du
Việc đề xuất phương án dung tích phịng lũ và chế độ điều tiết cắt lũ dựa trên những căn cứ sau đây:
(*) Quy định về quy trình vận hành liên hồ chứa về chế độ điều tiết cắt lũ dựa theo dự báo có lũ trước 24h và dự báo đỉnh lũ trước 6-12h.
(**) Khả năng kéo dài thời gian dự báo lũ khi nhỏ hơn hoặc bằng 24h như đã quy định trong quy trình liên hồ chứa lên 3 đến 5 ngày nhờ việc ứng dụng mơ hình MOPHONG-LU được thực hiện trong luận án. Việc kéo dài thời gian dự báo lũ và cập nhật liên tục theo kết quả dự báo mưa cho phép xả nước từ hồ xuống dưới mực nước đón lũ trước khi lũ về.
(3) Khả năng tăng quy mơ của dung tích phịng lũ của các hồ chứa được luận chứng về ảnh hưởng của việc tăng dung tích phịng lũ dẫn đến việc giảm năng lượng điện từ nghiên cứu của chính tác giả và kết quả của những nghiên cứu khác.
Dựa trên những căn cứ trên đây tác giả đề xuất hai hướng nghiên cứu để đề xuất các giải pháp nâng cao hiệu quả cắt lũ của các hồ chứa.
- Hướng thứ nhất: Hạ thấp mực nước đón lũ cịn gọi là “tạo mực nước đón
lũ” đã được quy định trong quy trình liên hồ chứa trên cơ sở kéo dài thời gian dự
kiến của dự báo lũ đến hồ theo mơ hình MOPHONG-LU. Theo hướng này, tác giả tôn trọng quy định về việc cho phép các hồ chứa được tích nước cao hơn mực nước
đón lũ và chỉ hạ mực nước về mực nước đón lũ khi xuất hiện lũ lớn hơn một quy mơ nào đó. Tuy nhiên, mực nước đón lũ được hạ thấp hơn so với quy trình.
- Hướng thứ hai: Xây dựng phương án mực nước trước lũ cố định, theo đó mực nước hồ trong suốt mùa lũ được duy trì ở mức nhất định, hồ chỉ được tích nước trên mực nước trước lũ vào cuối mùa lũ hoặc cuối thời kỳ lũ chính vụ.
4.1.2. Xây dựng hệ thống kịch bản điều tiết hồ chứa cắt lũ theo hướng “tạo mực nước đón lũ” mực nước đón lũ”
Hệ thống kịch bản được thiết lập theo hướng nghiên cứu thứ nhất đã đề cập trên đây. Theo hướng này tác giả đề xuất bốn phương án được thống kê dưới đây và từ kết quả tính tốn phân tích sẽ chọn phương án khả thi.
Phương án 1 (PA1-1): Vận hành theo quy trình liên hồ chứa
- Mực nước ban đầu bằng mực nước dâng bình thường;
- Trước 24 giờ khi dự báo lũ xuất hiện vượt lưu lượng giới hạn đến hồ bắt đầu xả lũ đưa về mực nước đón lũ đã quy định trong quy trình;
- Chỉ cắt lũ dự báo khi đỉnh lũ xuất hiện sau thời gian từ 6-12h;
Phương án 2 (PA1-2): Đề nghị mức nước đón lũ thấp hơn quy trình liên hồ chứa.
- Mực nước ban đầu bằng mực nước dâng bình thường;
- Trước khi lũ về 24h mở dần các cửa xả về mực nước đón lũ thấp hơn mực nước đón lũ theo quy trình liên hồ chứa sao cho q trình xả khơng gây ra sự thay đổi đột biến ở hạ lưu.
- Chỉ cắt lũ dự báo khi đỉnh lũ xuất hiện sau thời gian từ 6-12h;
Phương án 3 (PA1-3): Xả lũ trước khi lũ về 48h-60h. Cụ thể như sau:
- Mực nước ban đầu bằng mực nước dâng bình thường;
- Dự báo lũ xuất hiện sau 48-60h, tiến hành xả lũ để hạ mực nước hồ về mực nước đón lũ sao cho đến thời điểm 24h trước khi có lũ, mực nước hồ đạt mực nước đón lũ quy định trong quy trình;
- Trước 24h nếu có lũ sẽ tiếp tục hạ mực nước xuống mức thấp hơn mực nước đón lũ theo quy trình đã được phê duyệt sao cho q trình xả khơng gây ra sự
thay đổi đột biến ở hạ lưu.
Phương án 4 (PA1-4): Phương án mực nước ban đầu thấp hơn mực nước
đón lũ, đây là kịch bản xảy ra trong trận lũ năm 2009 với mực nước ban đầu của hồ A Vương ngang với cao trình mực nước chết. Phương án tính tốn như sau:
- Mực nước ban đầu bằng hoặc xấp xỉ mực nước chết; - Khi lũ về tích nước hồ chứa đến cao trình ngưỡng tràn;
- Nếu lũ tiếp tục lên, sẽ xả lũ từ từ đảm bảo luu lượng xả nhỏ hơn hoặc bằng lưu lượng đến để không gây ra sự thay đổi đột biến ở hạ lưu.
- Cắt lũ cho hạ du trước khi xuất hiện đỉnh lũ từ 6-12h (hoặc sớm hơn tùy thuộc vào tính tốn cụ thể cho trận lũ điển hình).
4.1.2. Xây dựng hệ thống kịch bản về phương án dung tích phịng lũ theo hướng “tạo mực nước trước lũ cố định”
Theo hướng này luận án đề xuất 5 phương án về dung tích phịng lũ tương ứng với các mức như sau:
- Dung tích phịng lũ của các hồ lấy bằng dung tích đón lũ đã quy định trong quy trình liên hồ chứa;
- Các phương án dung tích phịng lũ lấy bằng 30%, 40%, 50% dung tích hiệu dụng và phương án dung tích phịng lũ bằng dung tích tương ứng với cao trình ngưỡng tràn xả lũ.
Dung tích phịng lũ cho từng hồ chứa được tính từ cao trình mực nước dâng bình thường đến mực nước trước lũ. Hệ thống kịch bản về dung tích phịng lũ được thống kê trong bảng 4.1. Trong bảng 4-1, đối với các hồ chứa mà phương án tính theo % dung tích hiệu dụng nhỏ hơn hoặc xấp xỉ dung tích đón lũ theo quy trình thì lấy bằng dung tích đón lũ. Trường hợp mà phương án tính theo % dung tích hiệu dụng lớn hơn hoặc xấp xỉ dung tích tính đến cao trình ngưỡng tràn thì lấy theo dung tích tính theo cao trình ngưỡng tràn.
Bảng 4.1: Thống kê các kịch bản về dung tích và mực nước trước lũ
Ghi chú: - Các số có dấu (*) là phương án khi dung tích tính bằng % dung tích hiệu dụng có giá trị nhỏ hơn hoặc
xấp xỉ dung tích đón lũ theo quy trình, lấy bằng giá trị của phương án đón lũ theo quy trình.
- Các số có dấu (**) là phương án khi dung tích tính bằng % dung tích hiệu dụng có giá trị nhỏ hơn hoặc xấp xỉ dung tích tương ứng với cao độ ngưỡng tràn, lấy bằng giá trị của phương án mực nước trước lũ ngang với ngưỡng tràn.
Sông Tranh 2 Vhd= 521.17 (106 m3) Đak Mi 4 Vhd=158.26 (106 m3) A Vương Vhd=266.48 (106 m3) Sông Bung 2 Vhd=69.71 (106 m3) Sông Bung 4 Vhd=233.99 (106 m3) Tên Phương án Phương án Dung tích phịng lũ Vpl (106m3) ZTL (m) Vpl (106m3) ZTL (m) Vpl (106m3) ZTL (m) Vpl (106m3) ZTL (m) Vpl (106m3) ZTL (m) PA2-1 Vpl =Dung tích đón lũ 81.9 171.0 49.9 253.0 43.9 375.0 13.5 600.0 68.0 218.0 PA2-2 Vpl = 30%Vhd 156.4 167.1 49.9(*) 253.0(*) 79.9 370.0 21.57 596.6 68.0(*) 218.0(*) PA2-3 Vpl = 40%Vhd 208.5 164.1 63.30 251.6 106.6 366.7 28.76 593.4 93.59 216.2 PA2-4 Vpl = 50%Vhd 260.2(**) 161.0(**) 79.13 249.9 136.5(**) 363.0(**) 33.9(**) 591.0(**) 117.6 214.6 PA2-5 Ngang Ngưỡng tràn 260.2 161.0 139.4 242.5 136.5 363.0 33.9 591.0 182.9 210.5