Mô hình HEC – RESSIM là mô hình mô phỏng điều hành hệ thống hồ chứa. HEC – RESSIM bao gồm các công cụ: mô phỏng, tính toán, lưu trữ số liệu, quản lý, đồ họa và báo cáo hệ thống nguồn nước. HEC dùng HEC – DSS( Data Storage System) để lưu trữ và sửa đổi các hệ thống số liệu đầu ra.
Cấu trúc mô hình HEC– RESSIM
HEC - RESSIM giới thiệu 1 chương trình tính toán mô phỏng điều hành hệ thống hồ chứa. Bao gồm các công cụ: mô phỏng, tính toán, lưu trữ số liệu, quản lý, đồ hoạ và báo cáo hệ thống nguồn nước. HEC dùng HEC-DSS (Data Storage System) để lưu trữ và sửa đổi các hệ thống số liệu vào ra. RESSIM là phần kế tiếp của HEC - 5 (mô phỏng các hệ thống ngăn chặn và kiểm soát lũ) bao gồm 3 môđun: thiết lập lưu vực (Watershed setup), mạng lưới hồ (Reservoir Network) và mô phỏng (Simulation). Mỗi 1 môđun có 1 mục đích riêng và tập hợp các công việc thực hiện qua bảng chọn (menu, toolbar) và biểu đồ.
Mô hình HEC - RESSIM bao gồm 3 môđun : - Thiết lập lưu vực (Watershed Setup)
- Mạng lưới hồ (Reservoir Network) - Mô phỏng (Simulation)
Hình 2.4.Sơ đồ tổng quát các môđun của mô hình HEC - RESSIM
+Môđun thiết lập lưu vực: cung cấp 1 sườn chung để thiết lập và định nghĩa lưu vực nghiên cứu cho các ứng dụng khác nhau. Một lưu vực bao gồm hệ thống sông suối, các công trình thuỷ lợi (hồ chứa, đập chắn, dẫn dòng), vùng ảnh hưởng ngập lụt…. và hệ thống các tram quan trắc đo đạc thuỷ văn, khí tượng. Trong môđun này khi tổng hợp các hạng mục thì phải mô tả được tính chất vật lý của lưu vực. Ta có thể nhập các bản đồ từ ngoài vào để thiết lập 1 lưu vực mới. Xác định đơn vị, các lớp bao gồm các thông tin chung về lưu vực, liên kết giữa các sông và các thành phần định hình.
+ Môđun mạng lưới hồ: xây dựng sơ đồ mạng lưới sông, mô tả các thành phần vật lý, điều hành của hồ chứa và các phương án lựa chọn cần phân tích trong môđun này. Dựa vào các định hình mô tả ở môđun trên để tạo cơ sở cho 1 hệ thống hồ chứa hoàn chỉnh. Các tuyến sông và các mạng lưới hệ thống công trình có thể được đưa thêm vào và hoàn thành các mối liên hệ trong mạng lưới cần ứng dụng. Khi hoàn thành xác định mạng lưới, các số liệu mô tả vật lý hệ thống công trình và phương án điều hành thì các lựa chọn phương án chạy cho bài toán bao gồm: định hình hệ thống, xác định mạng lưới hồ, tập hợp các phương án điều hành, điều kiện ban đầu và số liệu đầu vào của bài toán.
Hình 2.6.Môđun tạo mạng lưới hồ
+ Môđun mô phỏng: Phần tính toán và hiển thị kết quả được thực hiện trong môđun này. Trước hết phải tạo ra 1 cửa sổ thời gian mô phỏng, thời đoạn tính toán và sau đó các thành phần lựa chọn sẽ được phân tích. Ta cũng có thể lựa chọn các phương án, nhập và sửa số liệu, các đặc tính của các thành phần tham gia trong hệ thống. Khi mô phỏng được thực hiện qua việc tính toán và phân tích kết quả sử dụng đồ hoạ và biểu bảng.
Hình 2.7.Môđun mô phỏng
Mô hình HEC - RESSIM được xây dựng để đánh giá vai trò của hồ chứa trong hệ thống nhằm trợ giúp nghiên cứu quy hoạch nguồn nước, đặc biệt trong vai trò tính toán điều tiết phục vụ bài toán vận hành hồ chứa sao cho có hiệu quả nhất.
Nguyên lý và phương pháp tính điều tiết phát điệnmô hình HEC - RESSIM
- Nguyên lý để tính toán điều tiết là hợp giải hệ phương trình cơ bản:
(2.12) Trong đó:
Q(t) là lưu lượng đến hồ tại thời điểm t
Lưu lượng đến hồ trên cùng là lưu lượng tự nhiên Lưu lượng đến hồ hạ lưu Q(t)= ∑qx(t)+Qkg(t)
qr (t) là lưu lượng chảy ra khỏi hồ tại thời điểm t, với:
(2.13) qtb(t) là lưu lượng chảy qua tuốc bin
qtt(t) là lưu lượng tổn thất
q(t) là lưu lượng lấy ra từ thượng lưu hồ qx(t) là lưu lượng xả thừa
) ( ) ( ) ( ) ( ) (t q t q t q t q t qr tb tt x ) ), ( ), ( ( ) ( ) ( ) ( A t H t q f t N t q t Q dt dV tb r
N(t) là công suất của trạm thuỷ điện tại thời điểm t H(t) là chênh lệch cột nước thượng hạ lưu tại thời điểm t
Phương pháp tính toán điều tiết phát điện của mô hình HEC - RESSIM
- Mô hình HEC - RESSIM tính toán điều tiết phát điện theo phương pháp lặp, trình tự tính toán được thực hiện theo các bước sau:
+Bước 1: Ước lượng dung tích trung bình hồ chứa
+Bước 2: Xác định mực nước hạ lưu. Chọn mực nước lớn nhất trong các lựa chọn nhập vào ở phần Tailwater của Control Outlet.
+Bước 3: Tính tổng cột nước: Htt= ZTL- ZHL
+Bước 4: Tính lưu lượng xả với yêu cầu năng lượng theo công thức:
Qxả =
eht Ec
(2.14)
Trong đó:
E: Yêu cầu điện lượng trong thời đoạn t (Kwh)
c: hệ số đổi đơn vị (bằng 11.85 đối với hệ Anh và bằng 0.102 đối với hệ SI)
h: Tổng cột nước tính toán (feet hoặc m) t: thời gian (giờ)
Q: lưu lượng xả
+Bước 5: Tính tổn thất bốc hơi, thấm dựa vào diện tích và dung tích hồ tương ứng ở thời điểm t
+Bước 6: Tính dung tích hồ cuối thời đoạn theo phương trình cân bằng nước:
+ Bước 7: Quay lại bước 1, 2, 3, 4 tính lại lưu lượng xả Qtt. So sánh Qtt với lưu lượng tính được tại bước 4 Qxả nếu sai số nhỏ hơn sai số cho phép thì đạt yêu cầu, nếu không đạt phải tính lặp cho đến khi thoả mãn yêu cầu
+ Bước 8: So sánh công suất phát điện với công suất giới hạn tại một thời điểm bất kỳ nếu vượt quá công suất giới hạn thì phải giảm lưu lượng xả
+ Bước 9: So sánh Q tính được với khả năng xả được của đường ống, nếu vượt quá thì giảm lưu lượng xả đến giới hạn cho phép.
Từ đó tính được quá trình xả của hồ để đáp ứng nhu cầu phát điện. Nếu hồ lợi dụng tổng hợp có nhiều yêu cầu thì hồ chứa sẽ vận hành theo nguyên tắc ưu tiên từ trên xuống dưới của các phương án xả tuỳ thuộc yêu cầu bài toán .
CHƯƠNG 3.ĐÁNH GIÁẢNH HƯỞNG CỦA HỒ CHỨA ĐẾN DÒNG CHẢY LŨ LƯU VỰC SÔNG THU BỒN
Với mục đích xem xét, đánh giá biến đổi đặc trưng của hồ đến dòng chảy lũ lưu vực sông Thu Bồn, ta cần thực hiện phân tích chuỗi dòng chảy tại các trạm trên lưu vực tại thời điểm có hồ và không có hồ để đánh giá sự thay đổi đặc trưng dòng chảy lũ như thời gian chảy truyền của lũ, đỉnh lũ, tổng lượng lũ… Từ sự thay đổi trên để đánh giá sự thay đổi đặc trưng dòng chảy, đánh giá sự tác động của công trình hồ chứa đối với dòng chảy lũ lưu vực sông Thu Bồn.
Để có thể thực hiện phân tích các chuỗi số liệu đánh giá, ta cần có số liệu dòng chảy tại trạm được đánh giá thời điểm chưa có hồ và trước có hồ. Để so sánh khách quan nhất về ảnh hưởng của công trình hồ chứa tới đặc trưng lũ bằng thì bằng cách ta so sánh trong cùng một trận lũ, khi có hồ thì dòng chảy lũ như thế nào và khi không có hồ thì dòng chảy lũ như thế nào. Từ đó đưa ra so sánh khách quan nhất.
Vì thế, phương pháp mô hình hóa được sử dụng trong nghiên cứu để khôi phục dòng chảy cho lưu vực trong trường hợp chưa có hồ với trận lũ thực tại thời điểm có hồ. Mô hình NAM (mưa - dòng chảy) được lựa chọn cho nghiên cứu này do nó là mô hình tập trung và thích hợp trong các lưu vực nhỏ và địa hình tương đối đồng nhất.
Từ mô hình NAM, ta khôi phục dữ liệu dòng chảy tại các trạm trên lưu vực sông Thu Bồn. Sử dụng kết hợp với phương pháp thống kê để đánh giá, tính toán thêm các trận lũ với tần suất khác nhau, đánh giá sự thay đổi dòng chảy lũ qua các năm từ trước khi có hồ đến khi đã có hồ hoạt động.