Nghiên cứu công nghệ điều hành 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 sông ba

Trong những năm gần đây lũ trên lưu vực sông Ba xẩy ra dồn dập, việc vận hành các hồ chứa sông Ba thực hiện theo các quy trình ban hành riêng cho từng hồ, chưa có sự liên kết liên hồ và

BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

CHƯƠNG TRÌNH KHCN CẤP NHÀ NƯỚC KC 08

“Khoa học và công nghệ phục vụ phòng tránh thiên tai, bảo vệ môi trường

và sử dụng hợp lý tài nguyên thiên nhiên” Mã số KC08/06-10

BÁO CÁO TỔNG HỢP

KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CÔNG NGHỆ ĐIỀU 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 SÔNG BA

Mã số: KC.08.30/06-10

Cơ quan chủ trì đề tài: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên

8884

Hà Nội - 2011

BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

CHƯƠNG TRÌNH KHCN CẤP NHÀ NƯỚC

“Khoa học và công nghệ phục vụ phòng tránh thiên tai, bảo vệ môi trường

và sử dụng hợp lý tài nguyên thiên nhiên” Mã số KC08/06-10

Mã số: KC.08.30/06-10

Chủ nhiệm đề tài Cơ quan chủ trì đề tài

PGS.TS Nguyễn Hữu Khải Bùi Duy Cam

Ban chủ nhiệm chương trình KC08 Văn phòng các Chương trình

Hà Nội - 2011

MỤC LỤC

NỘI DUNG

Các chữ viết tắt

Danh mục bảng

Danh mục hình

CHƯƠNG I: MỞ ĐẦU

1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỀ TÀI

1.1.1 Tên đề tài

1.1.2 Mục tiêu của đề tài

1.1.3 Phạm vi nghiên cứu .

1.1.4 Phương pháp nghiên cứu

1.1.5 Danh sách tập thể và cá nhân tham gia thực hiện đề tài

1.2 TỔNG QUAN VỀ CÁC NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT HỒ CHỨA

1.2.1 Các nghiên cứu ở nước ngoài

1.2.2 Các nghiên cứu ở trong nước

1.3 NGHIÊN CỨU VẬN HÀNH HỆ THỐNG HỒ CHỨA SÔNG BA

1.3.1 Các nghiên cứu về lưu vực và hồ chứa sông Ba

1.3.2 Các vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu

CHƯƠNG II: ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN VÀ XÃ HỘI LƯU VỰC SÔNG BA

2.1 ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN

2.1.1 Vị trí địa lý

2.1.2 Đặc điểm địa hình

2.1.3 Đặc điểm địa chất, thổ nhưỡng

2.1.4 Đặc điểm thảm phủ thực vật

TRANG

5

6

10

15

17

17

17

18

18

18

21

21

34

36

36

42

46

46

46

46

48

50

2.1.5 Đặc điểm khí hậu

2.1.6 Đặc điểm thủy văn

2.2 ĐIỀU KIỆN KINH TẾ-XÃ HỘI

2.2.1 Hiện trạng phát triển kinh tế-xã hội

2.2.2 Phương hướng phát triển kinh tế-xã hội

2.3 HỆ THỐNG HỒ CHỨA – VAI TRÒ VÀ MỤC TIÊU

2.3.1 Hệ thống liên hồ chứa sông Ba

2.3.2 Đánh giá vai trò của các hồ chứa sông Ba

2.3.3 Đánh giá mục tiêu của các hồ chứa sông Ba

2.3.4 Đánh giá quy trình vận hành của các hồ chứa sông Ba

CHƯƠNG III: XÂY DỰNG QUY TRÌNH VẬN HÀNH MÙA LŨ LIÊN HỒ CHỨA SÔNG BA

3.1 YÊU CẦU XÂY DỰNG QUY TRÌNH VẬN HÀNH LIÊN HỒ SÔNG BA MÙA LŨ

3.1.1 Đặc điểm mưa lũ sông Ba

3.1.2 Tình hình ngập lụt và thiệt hại do lũ ở sông Ba

3.1.3 Điều hành hồ chứa sông Ba trong đợt lũ tháng XI năm 2009 3.2 CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA VIỆC XÂY DỰNG QUY TRÌNH VẬN HÀNH LIÊN HỒ SÔNG BA MÙA LŨ

3.2.1 Lựa chọn phương pháp và kỹ thuật điều hành cho sông Ba

3.2.2 Xác định đầu vào cho hệ thống hồ chứa sông Ba

3.2.3 Xác định các ràng buộc trong vận hành hệ thống hồ chứa sông Ba

3.2.4 Mô phỏng vận hành liên hồ chứa sông Ba

3.2.5 Diễn toán lũ về hạ lưu

3.3 ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH VẬN HÀNH MÙA LŨ

3.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3

51

59

69

69

75

80

80

82

83

83

88

88

88

90

93

95

95

97

109

112

133

144

148

CHƯƠNG IV: XÂY DỰNG QUY TRÌNH VẬN HÀNH LIÊN

HỒ CHỨA SÔNG BA MÙA KIỆT

4.1 TÌNH HÌNH CẠN KIỆT NGUỒN NƯỚC SÔNG BA

4.1.1 Đặc điểm mùa cạn sông Ba

4.1.2 Phân vùng sử dụng nước

4.1.3 Khả năng cấp nước lưu vực sông Ba

4.2 CƠ SỞ KHOA HỌC XÂY DỰNG QUY TRÌNH VẬN HÀNH MÙA KIỆT LIÊN HỒ CHỨA SÔNG BA

4.2.1 Thiết lập bài toán điều hành mùa kiệt liên hồ chứa sông Ba

4.2.2 Xác định nhu cầu dùng nước lưu vực sông Ba

4.2.3 Xác định dòng vào liên hồ chưa sông Ba mùa kiệt

4.2.4 Kịch bản vận hành liên hồ chứa sông Ba mùa kiệt

4.2.5 Vận hành mùa kiệt liên hồ chứa sông Ba

4.2.6 Diễn toán dòng chảy về hạ lưu

4.3 XÂY DỰNG QUY TRÌNH VẬN HÀNH LIÊN HỒ SÔNG BA MÙA KIỆT

4.4 KẾT LUẬNCHƯƠNG 4

CHƯƠNG V: HỆ THỐNG CÔNG NGHỆ VÀ GIẢI PHÁP HỖ TRỢ ĐIỀU HÀNH

5.1 HỆ THỐNG CÔNG NGHỆ HỖ TRỢ ĐIỀU HÀNH

5.1.1 Thiết lập hệ thống công nghệ

5.1.2 Nghiên cứu ứng dụng mô hình dự báo mưa

5.1.3 Ứng dụng mô hình thủy văn dự báo dòng chảy đến hồ chứa và khu giữa

5.1.4 Ứng dụng mô hình mô phỏng điều hành liên hồ

5.1.5 Ứng dụng mô hình thuỷ lực diễn toán dòng chảy hạ lưu

5.1.6 Dự báo dòng chảy tháng

149

149

149

151

155

156

156

160

172

186

187

200

203

206

207

207

207

208

216

218

219

222

5.1.7 Nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ liệu của công nghệ vận hành

liên hồ

5.1.8 Nghiên cứu ứng dụng mô hình thủy lực 2 chiều

5.1.9 Mô hình nước dùng

5.2 ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP HỖ TRỢ ĐIỀU HÀNH

5.2.1 Giải pháp trung tâm điều hành

5.2.2 Giải pháp về hệ thống quan trắc khí tượng thuỷ văn và môi trường

5.2.3 Giải pháp công trình và phi công trình

5.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG 5

CHƯƠNG 6: CƠ SỞ DỮ LIỆU

6.1 THIẾT KẾ CƠ SỞ DỮ LIỆU

6.1.1 Cấu trúc hệ thống-Giải pháp và yêu cầu kỹ thuật

6.1.2 Thiết kê cơ sở dữ liệu

6.1.3 Giải pháp và yêu cầu kỹ thuật

6.1.4 Xây dựng các mô đun của phần mềm “KC.08.30”

6.1.5 Hướng dẫn cài đặt phần mềm “KC.08.30”

6.2 GIỚI THIỆU TÍNH NĂNG VÀ HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG PHẦN MỀM

CHƯƠNG 7 : CÁC KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 7.1 CÁC SẢN PHẨM KHOA HỌC CÔNG NGHỆ 7.1.1 Sản phẩm dạng II

7.1.2 Sản phẩm dạng III

7.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ………

TÀI LIỆU THAM KHẢO ………

PHỤ LỤC ………

225

230

235

241

241

245

249

257

258

258

258

259

261

262

264

269

277

277

277

282

283

285

288 294

CÁC CHỮ VIẾT TẮT NN&PTNT: Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn ĐHQG: Đại học Quốc gia

KT-TV-HD: Khí tượng-Thủy văn-Hải dương ĐHKHTN: Đại học Khoa học tự nhiên

KTTV: Khí tượng-Thủy văn

TW: Trung ương

LP: Quy hoạch tuyến tính

DP: Quy hoạch động

WDP: Quy hoạch động phi tuyến

DPR: Quy hoạch động hồi quy

SPD: Quy hoạch động ngẫu nhiên

KT-XH: Kinh tế-Xã hội

NMTĐ: Nhà máy thủy điện

NLM: Công suất lắp máy

MNDBT: Mực nước dâng bình thường

DANH MỤC CÁC BẢNG

Nội dung

Bảng 2.1: Các trạm khí tượng trên lưu vực sông Ba

Bảng 2.2: Đặc trưng nhiệt độ không khí (oC) lưu vực Sông Ba…

Bảng 2.3: Đặc trưng độ ẩm không khí (%) lưu vực Sông Ba

Bảng 2.4: Lượng mưa tháng, năm bình quân nhiều năm lưu vực

Sông Ba

Bảng 2.5: Lượng mưa ngày lớn nhất các trạm lưu vực sông Ba…

Bảng 2.6: Lượng mưa trung bình nhiều năm lưu vực tại các tuyến

Bảng 2.10: Đặc trưng hình thái lưu vực sông Ba

Bảng 2.11: Danh sách các trạm thủy văn trên lưu vực sông Ba

Bảng 2.12: Kết quả tính tần suất dòng chảy năm lưu vực sông Ba

Bảng 2.13: Đỉnh lũ lớn nhất đã quan trắc tại các trạm thủy văn ……

Bảng 2.14: Tần suất lưu lượng đỉnh lũ tại các trạm thủy văn ………

Bảng 2.15: Dòng chảy kiệt tại các trạm thủy văn

Bảng 2.16: Dòng chảy kiệt khảo sát tại một số vị trí

Bảng 2.17: Độ đục bùn cát tháng năm bình quân trạm Củng Sơn

Bảng 2.18: Thông số chính của bậc thang hồ chứa sông Ba

Bảng 3.1: Thống kê lượng mưa 1, 3 và 5 ngày lớn nhất

Bảng 3.2: Lưu lượng lũ lớn nhất tại một số trạm trên lưu vực sông

Bảng 3.3: Tổng lượng lũ thực đo lớn nhất thời đoạn tại Củng Sơn

Bảng 3.4: Diện tích và độ sâu ngập lụt ở hạ lưu sông Ba trong trận lũ X/1993

Bảng 3.5: Thiệt hại do ngập lũ vùng hạ lưu sông Ba

Bảng 3.6: So sánh lũ XI/2009 với lũ lịch sử X/1993 và các con lũ lớn khác

Bảng 3.7: Tổng hợp thiệt hại do bão số 11/2009 gây ra tại các tỉnh Trung

Bảng 3.8: Lưu lượng đỉnh lũ thiết kế tuyến công trình

Bảng 3.9: Kết quả tính tổng lượng lũ thiết kế ứng với các tần suất

Bảng 3.10: Kết quả tính toán PMP cho lưu vực sông Ba thời đoạn 24h

Bảng 3.11: Kết quả tính toán PMF cho lưu vực sông Ba

Bảng 3.12: Phân tích đồng bộ lũ giữa trạm Củng Sơn và trạm Sông Hinh .…

Bảng 3.13: Một số mực nước đặc trưng tại các hạ lưu sông Ba

Bảng 3.14: Mực nước trước lũ cho phép

Bảng 3.15: Các cấp báo động lũ

Bảng 3.16: Ngưỡng bắt đầu xả nước

Bảng 3.17: Các kịch bản vận hành liên hồ chứa sông Ba

Bảng 3.18: So sánh Q Củng Sơn vận hành lũ thực tế

Bảng 3.19: So sánh Q Củng Sơn vận hành lũ 5%

Bảng 3.20: Một số ngưỡng lưu lượng Qcắt lũ

Bảng 3.21: So sánh Q Củng Sơn vận hành lũ 5%

Bảng 3.22: So sánh mực nước tại các vị trí khi hồ chứa vận hành lũ P=5%

90

91

91

93

94

99

100

102

102

104

111

121

121

123

127

130

130

131

133

141

Bảng 3.23: So sánh mực nước tại các vị trí khi hồ chứa vận hành lũ

P=10% Bảng 3.24: So sánh mực nước tại các vị trí khi hồ chứa vận hành lũ

thực tế Bảng 3.25: Điện năng các NMTĐ theo PA lựa chọn cho lũ P5% dạng 1993 Bảng 3.26: Điện năng các NMTĐ theo PA lựa chọn cho lũ P5% dạng 1988 Bảng 4.1: Lượng nước thiếu vào mùa khô tại các vùng thuộc lưu vực sông Ba Bảng 4.2: Lưu lượng nước sau khi phát điện được chuyển qua sông Côn Bảng 4.3: Phân phối theo tháng của lưu lượng nước chuyển qua sông Bàn Thạch

Bảng 4.4: Thời vụ gieo trồng và thu hoạch của các loại cây trồng… Bảng 4.5: Quá trình nhu cầu tưới năm 2007 của các vùng sử dụng nước lưu vực sông Ba Bảng 4.6: Kết quả dự báo phân phối nhu cầu tưới năm 2020 theo tháng Bảng 4.7: Nhu cầu nước cho giao thông thủy và bảo vệ môi trường Bảng 4.8: Cơ cấu dùng nước tổng hợp lưu vực sông Ba năm 2007 Bảng 4.9: Kết quả tính phân phối theo tháng của nhu cầu dùng nước tổng hợp năm 2007 trên lưu vực sông Ba

Bảng 4.10: Dự báo cơ cấu dùng nước lưu vực sông Ba năm

2020 Bảng 4.11: Kết quả dự báo phân phối nhu cầu nước tổng hợp năm

2020 theo tháng lưu vực sông Ba

Bảng 4.12: Dòng chảy tháng năm ứng với tần suất các nhóm năm

tại các tuyến đập

Bảng 4.13: Phân mùa dòng chảy tuyến đập Thủy điện Sông Ba Hạ

Bảng 4.14: Phân tích sự đồng bộ dòng chảy kiệt sông Ba …

Bảng 4.15: Đặc trưng dòng chảy trung bình và nhỏ nhất tháng các trạm trên lưu vực

Bảng 4.16: Dòng chảy tháng năm ứng với tần suất cạn kiệt 75% trên hệ thống

Bảng 4.17: Dòng chảy tháng năm ứng với tần suất cạn kiệt 90% trên hệ thống

Bảng 4.18: Các kịch bản vận hành mùa liệt liên hồ chứa sông Ba

Bảng 4.19: Lưu lượng xả qua các vị trí liên hồ sông Ba

Bảng 4.20: Công suất phát điện (Mw) liên hồ khi vận hành tối ưu

Bảng 4.21: Đặc trưng dòng chảy hạ lưu sông Ba khi điều hành tối ưu liên hồ chứa

Bảng 5.1: Các tùy chọn tham số hóa vật lý của 3 mô hình nghiên cứu

Bảng 5.2: Thời gian chảy truyền các đoạn sông trên lưu vực sông Ba

Bảng 5.3: Kết quả dự báo năm 2009 trên hệ thống sông Ba

Bảng 5.4: Diện tích vùng khống chế 1 trạm đo mưa

Bảng 5.5: Diện tích vùng khống chế 1 trạm thuỷ văn

Bảng 5.6: Diện tích các lưu vực trên sông Ba

176

177

179

181

184

185

187

197

199

202

213

216

217

247

248

248

DANH MỤC CÁC HÌNH

Nội dung

Hình 1.1: Biểu diễn dưới dạng đồ thị của diễn toán hồ chứa

Hình 1.2: Sự cần thiết của điều tiết để đáp ứng yêu cầu của xã hội

Hình 1.3: Lưu vực sông Ba và hệ thống hồ chứa

Hình 2.1: Bản đồ lưu vực sông Ba

Hình 2.2: Hồ chứa thủy điện Sông Ba hạ

Hình 2.3: Hồ chứa thủy điện Ayun hạ

Hình 2.4: Hồ chứa thủy điện Sông Hinh

Hình 3.1: Một số hình ảnh ngập lụt hạ lưu sông Ba

Hình 3.2: Đường tần suất Qmax các trạm TV trên sông Ba

Hình 3.3: Quá trình lũ thiết kế các tuyến đập

Hình 3.4: Lũ tổ hợp thực tế đến hồ chứa năm 1993

Hình 3.5: Lũ tổ hợp thực tế đến hồ chứa năm 1988

Hình 3.6: Lũ tổ hợp thực tế đến hồ chứa năm 1986

Hình 3.7: Lũ tổ hợp đến hồ chứa với P=5% dang lũ năm 1988

Hình 3.8: Lũ tổ hợp đến hồ chứa với P=5% dang lũ năm 1993

Hình 3.9: Lũ tổ hợp đến hồ chứa với P=5% dang lũ năm 1986

Hình 3.10: Sơ đồ hệ thống hồ chứa trong bài toán phòng lũ hạ du

Hình 3.11: Sơ đồ tạo kich bản lũ thiết kế hệ thống

Hình 3.12: Quan hệ Hmax Phú Lâm và Qmax Củng Sơn

Hình 3.13: Nhận dạng ngưỡng lũ để lũ bắt đầu xả nước hồ

Hình 3.14: Sơ đồ hệ thống 5 hồ chứa trên Sông Ba

Hình 3.15: Kết quả hiệu chỉnh mô hình Hec-Ressim tại Củng Sơn

Hình 3.16: Kết quả kiểm định mô hình Hec-Ressim tại Củng Sơn

Hình 3.17: So sánh các phuơng án vận hành lũ 5% dạng 1993

Trang

21

27

39

47

85

85

85

92

98

101

106

107

107

108

108

109

113

115

117

122

124

126

126

129

Hình 3.18: So sánh các phuơng án vận hành lũ 5% dạng 1988 và

1986

Hình 3.19: Quá trình vận hành liên hồ Sông Ba Hạ và sông Hinh với lũ 1993

Hình 3.20: Hình ảnh phạm vi mô phỏng hạ lưu sông Ba bằng mô hình 1 chiều

Hình 3.21: Mạng sông tính toán

Hình 3.22: Đường quá trình lưu lượng thực đo và tính toán trận lũ tháng 10-1992

Hình 3.23: Đường quá trình lưu lượng thực đo và tính toán trận lũ tháng 11-1988

Hình 3.24: Mực nước thuỷ triều tại cửa Đà Rằng con lũ tháng 10/1993 Hình 3.25: Quá trình lưu lượng tại trạm Củng Sơn và lưu lượng nhập lưu bên

Hình 3.26: Quá trình mực nước tính toán và thực đo tại Trạm Phú Lâm

Hình 3.27: Quá trình lưu lượng tại trạm Củng Sơn và lưu lượng nhập lưu bên

Hình 3.28: Quá trình mực nước tính toán va thực đo của trận lũ tháng 10/1993

Hình 3.29: Quá trình phát điện của các NMTĐ trong điều hành liên hồ 1993

Hình 4.1: Ngã ba sông Hinh-Sông Ba, sau hồ sông Ba hạ

Hình 4.2: Hạ lưu sông Ba, tại Đập Đồng Cam

Hình 4.3: Các vùng sử dụng nước trên lưu vực sông Ba

Hình 4.4: Sơ đồ khối tổng quát bài toán.vận hành mùa kiệt

129

131

133

134

135

136

138

139

139

140

140

142

150

151

152

158

Hình 4.5: Cơ cấu dùng nước lưu vực sông Ba năm 2007

Hình 4.6: Biểu đồ phân phối theo tháng của nhu cầu dùng nước tổng hợp tại các vùng sử dụng nước trên lưu vực sông Ba

Hình 4.7: Cơ cấu dùng nước lưu vực sông Ba năm 2020

Hình 4.8: Đường tần suất Q năm TV các tuyến đập Sông Ba hạ (a) và An Khê (b)

Hình 4.9: Đường cong quy tắc khi vận hành tối ưu liên hồ chứa theo dòng chảy tháng

Hình 4.10: Đường cong quy tắc chuẩn liên hồ chứa sông Ba bằng tối ưu hóa

Hình 4.11: Đường cong quy tắc vận hành tối ưu liên hồ mùa kiệt

Hình 4.12: Kết quả tổng hợp vận hành tối ưu liên hồ sông Ba

Hình 4.13: Biểu đồ mực nước và dung tích hồ vận hành liên hồ mùa kiệt 1982-1983

Hình 4.14: Biểu đồ công suất mùa kiệt các NMTĐ trên sông Ba

Hình 4.15: Biên thủy triều mùa kiệt tại cửa Đà Rằng

Hình 4.16: Kết quả hiệu chỉnh mô hình thủy lực mùa kiệt 1983

Hình 4.17: Kết quả kiểm định mô hình thủy lực mùa kiệt 1998

Hình 4.18: Đặc trưng dòng chảy hạ lưu sông Ba 1983 điều hành tối ưu liên hồ chứa

Hình 4.19: Đặc trưng dòng chảy hạ lưu sông Ba 2005 điều hành tối ưu liên hồ chứa

Hình 5.1: Sơ đồ công nghệ vận hành liên hồ chứa

Hình 5.2: Sơ đồ tổng quát bộ mô hình nghiệp vụ HRM tại TT DB KTTV TW

Hình 5.3 Miền tích phân dự báo mưa 5 ngày của các mô hình HRM, ETA và BOLAM

167

169

170

175

193

194

196

197

198

199

200

201

202

202

203

208

210

212

Hình 5.4: Sơ đồ chuẩn bị số liệu mưa từ mô hình HRM cho tính toán

thuỷ văn

Hình 5.5: Sơ đồ dự báo hệ thống hồ sông Ba hạ

Hình 5.6: Lượng mưa và dòng chảy dự báo con lũ tháng XI/2009 Hình 5.7: Sự tích hợp các Module trong HEC-RESSIM

Hình 5.8: Mạng thủy lực hạ lưu sông Ba

Hình 5.9: Kiểm định lũ tháng 9/2005 tại Phú Lâm

Hình 5.10: Kiểm định lũ ngày 4/11/2009 tại Phú Lâm

Hình 5.11: Màn hình cồng nghệ dự báo dòng chảy tháng lưu vực sông Ba

Hình 5.12: Giao diện quản lý cơ sở dữ liệu vận hành hồ chứa sông Ba

Hình 5.13: Cấu trúc thư mục phần mềm quản trị CSDL

Hình 5.14: Sơ đồ cấu trúc quản lý dữ liệu động

Hình 5.15: Sơ đồ Phần mềm hoạt động trên máy chủ

Hình 5.16: Sơ đồ Phần mềm hoạt động trên máy khách

Hình 5.17: Mô tả việc trao đổi thông tin giữa 3 mô hình

Hình 5.18: Sơ đồ phác họa phạm vi nghiên cứu thủy lực hạ lưu sông Ba

Hình 5.19: Phạm vi nghiên cứu mô hình 2 chiều

Hình 5.20: Sơ đồ kết nối M11 và M21 trong MIKE-FLOOD

Hình 5.21: Hình ảnh mức độ ngập lụt lớn nhất 10/93

Hình 5.22: Hình ảnh mức độ ngập lụt lớn nhất 11/88

Hình 5.23

Hình 5.24

Hình 5.25

214

215

217

218

220

222

222

225

226

226

227

228

228

229

231

233

234

234

235

237

237

238

Hình 5.26

Hình 5.27

Hình 5.28

Hình 5.29

Hình 5.30

Hình 5.31

238

239

239

240

246

246

CHƯƠNG I

MỞ ĐẦU

Hiện nay trên các lưu vực miền Trung nói chung và sông Ba nói riêng

hệ thống hồ chứa đang được xây dựng, với nhiệm vụ chủ yếu là phát điện Do địa hình dốc, lòng sông hẹp nên khả năng chứa nước của các hồ chứa này không lớn, do đó khả năng cắt lũ cho hạ lưu không nhiều Trong những năm gần đây lũ trên lưu vực sông Ba xẩy ra dồn dập, việc vận hành các hồ chứa sông Ba thực hiện theo các quy trình ban hành riêng cho từng hồ, chưa có sự liên kết liên hồ và cũng chưa chú trọng đến các thông tin dự báo Do vậy có nhiều vấn đề nảy sinh cần được quan tâm Hơn nữa do sự biến đổi điều kiện

tự nhiên cũng như các hồ chứa tích nước phát điện nên tình hình cạn kiệt trên sông Ba cũng dần trở nên gay gắt

Các hồ chứa sông Ba hiện nay thuộc sự quản lý của nhiều đơn vị và nhiều địa phương khác nhau Hồ Ayun Hạ thuộc Bộ NN&PTNN, các hồ khác thuộc Tập đoàn Điện lực Việt nam Nhưng ngay các hồ này lại chịu sự quản

lý trực tiếp của các Công ty điện lực khác nhau Sau khi cổ phần hoá thì mỗi công ty có cách quản lý và điều hành phục vụ cho lợi ích của riêng mình, dĩ nhiên là nơi nào cũng muốn đạt sản lượng điện cao nhất, duy trì đầu nước lớn

và luôn giữ mực nước hồ ở mức cao

Mặt khác các hồ Ayun Hạ và AnKhê-Kanak thuộc địa phận tỉnh Gia Lai, còn hồ sông Hinh, sông Ba Hạ và KrongHnăng lại thuộc tỉnh Phú Yên và Đăc Lăc Khi có lũ, hồ sẽ xả lũ theo nhu cầu riêng của từng địa phương Khi

đó vùng hạ lưu sông thuộc Phú Yên phải chịu hậu quả

Trong đợt lũ tháng 11/2009 và tháng 11/2010 vừa qua các hồ vận hành theo các quy trình được ban hành, trong đó có quy trình liên hồ mới được Thủ tướng Chính phủ quyết định ban hành tháng 10/2010 Trong trận lũ háng 11/2010, tuy đã có quy trình vận hành liên hồ nhưng vẫn còn rất nhiều khó khăn khi vận hành thực tế và vẫn còn đó những trăn trở, băn khoăn

Để có thể cắt lũ tốt hơn thì mực nước trước lũ phải thấp, nói cách khác

là trước khi lũ đến cần xả nước để dung tích trống trong hồ càng nhiều càng tốt, nhưng khi đó lại có thể tổn thất điện năng Ở đây lại cần giải quyết bài toán đa mục tiêu, khi đó mỗi bên cần nhân nhượng lợi ích của mình để đáp ứng mục đích chung Điện năng có thể giảm đi một chút để tăng cường khả năng phòng lũ cho hạ lưu Tuy nhiên giữ mực nước trước lũ là bao nhiêu còn phụ thuộc vào dự báo mưa lũ Nếu xả trước nhiều mà lũ về sau nhỏ hoặc không có lũ thì hồ chứa sẽ thiếu nước, không đủ đầu nước và lưu lượng để phát điện Thời điểm xả trước cũng rất quan trọng, nó liên quan đến sản xuấtđiện năng và mức độ an toàn cho hạ lưu Xả sớm quá sẽ giảm đầu nước và khó khôi phục lại nếu dự báo không chính xác Nhưng xả muộn quá sẽ gây ra

lũ nhân tạo do lượng xả bổ sung cộng thêm vào lượng dòng chảy lũ cần xả qua hồ

Theo Trung tâm dự báo KTTV Trung ương thì sự phối hợp giữa Trung tâm dự báo KTTV Trung ương với các Công ty quản lý hồ cũng như Ban phòng chống lụt bão các tỉnh còn hạn chế Với các sông miền Trung thì do địa hình lưu vực và lòng sông dốc, lũ tập trung nhanh nên thời gian dự kiến cho

dự báo thuỷ văn rất ngắn, chỉ trong vòng 12-24h Nếu dựa vào đó mà xả để đưa mực nước trước lũ xuống thấp thì không kịp thời Muốn tăng thời gian dự kiến cần dự báo mưa Hiện nay dự báo số trị (định lượng) mưa-lũ, tuy còn phải hoàn thiện hơn nữa, nhưng cũng đã đạt độ chính xác nhất định, có thể góp phần điều hành hồ chứa hiệu quả, ví dụ như cho hệ thống hồ chứa ở lưu vực sông Hồng

Phòng chống lũ trên các sông miền Trung cần sự kết hợp của nhiều giải pháp, trong đó có điều hành liên hồ chứa Tuy nhiên điều hành liên hồ chứa

đa mục tiêu là một bài toán phức tạp Các hồ chứa miền Trung phần lớn là các

hồ chứa thủy điện, dung tích không lớn và mục tiêu phòng lũ chỉ là thứ yếu Nhưng nếu có quy trình điều hành liên hồ và có sự phối hợp tốt giữa các địa

phương, cũng như các đơn vị quản lý vì lợi ích chung, đồng thời phối hợp chặt chẽ với dự báo KTTV thì sẽ nâng cao được khả năng cắt lũ của các hồ chứa, giảm nhẹ ngập lụt và thiệt hại cho hạ lưu

Với sự tăng trưởng kinh tế và xã hội, nhu cầu sử dụng nước ngày càng tăng Việc tích giữ nước vào mùa kiệt trong các hồ chứa góp phần làm tăng lượng nước thiếu hụt Đồng thời việc sử dụng không hợp lý nguồn nước cũng như những biến đổi của tự nhiên, như biến đổi khí hậu, cũng làm gia tăng khả năng cạn kiệt nguồn nước trên sông Ba

Do đó việc xây dựng một quy trình vận hành hệ thống liên hồ chứa sông Ba cho 2 mùa lũ và kiệt trở nên rất cấp thiết

1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỀ TÀI

1.1.1 Tên đề tài

Nghiên cứu xây dựng công nghệ điều 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 sông Ba

Mã số KC.08.30/06-10

Cơ quan chủ trì thực hiện: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên

Địa chỉ: 334 Nguyễn Trãi – Thanh Xuân – Hà Nội

Chủ nhiệm Đề tài: PGS.TS Nguyễn Hữu Khải

Thời gian thực hiện: 24 tháng (Từ tháng 01/2009 đến tháng 12/2010)

1.1.2.Mục tiêu của đề tài

- Xây dựng quy trình vận hành liên hồ chứa lưu vực sông Ba

- Xây dựng hệ thống công nghệ phục vụ điều hành liên hồ chứa lưu vực sông Ba

đảm bảo ngăn lũ, chậm lũ và an toàn hồ chứa cũng như sử dụng hiệu quả nguồn nước cho các mục tiêu tổng hợp kinh tế-xã hội và môi trường của toàn hệ thống, đồng thời đáp ứng mục tiêu cụ thể của từng hồ chứa trong hệ thống

1.1.3 Phạm vi nghiên cứu

Khu vực nghiên cứu là lưu vực sông Ba Đối tượng nghiên cứu là hệ thống hồ chứa thủy điện trên sông Ba, trong đó có 3 hồ đã hoạt động từ trước năm 2010 là hồ Ayun hạ (2000), Sông Hinh (2002), Sông Ba hạ (2009), 1 hồ mới hoạt động là hồ Krông H’năng (2010) và 1 tổ hợp hồ đang xây dựng là

An Khê-Ka Nak

1.1.4 Phương pháp nghiên cứu

1 Phương pháp khảo sát thực địa, tìm hiểu sâu hơn thực tế lưu vực và tác động của vận hành hồ chứa

2 Phương pháp chuyên gia, nhằm sử dụng các kiến thức, kinh nghiệm của các chuyên gia trong và ngoài nước về điều hành hệ thống thông qua các cuộc hội thảo, trao đổi

3 Phương pháp thống kê xác suất để xác định các đặc trưng khí tượng thuỷ văn và môi trường

4 Phương pháp mô hình toán để mô phỏng hoạt động của hệ thống cũng như xây dựng công nghệ diễn toán và dự báo hỗ trợ

5 Phương pháp phân tích hệ thống coi mỗi hồ chứa là một hệ thống con trong toàn hệ thống lớn; xem xét tác động của đầu vào đến các hồ chứa và đầu ra hạ lưu cũng như tương tác với nhau giữa chúng

1.1.5 Danh sách tập thể và cá nhân tham gia thực hiện đề tài

Tập thể

tượng Thủy văn trung ương

Công nghệ phục vụ điều hành liên hồ

Khu vực Nam Trung Bộ

Khảo sát và đo đạc lưu lượng và địa hình đáy

sông

Xây dựng điện I

Tính toán các đặc trưng thủy văn, thủy năng

triển Nông thôn Phú Yên

Hỗ trợ các văn bản , các định hướng quy hoạch kinh tế xã hội của các tỉnh trên lưu vực

1 Nguyễn Hữu Khải

PGS-TS

Đại học Khoa học Tự nhiên

Chủ nhiệm đề tài

2 Nguyễn Văn Tuần

PGS-TS

Đại học Khoa học Tự nhiên

Đánh giá hoạt động hồ chứa Xây dựng đường cong điều phối mùa lũ và mùa kiệt

3 Trần Ngọc Anh

TS

Đại học Khoa học Tự nhiên

Nghiên cứu, phân tích, diễn toán thủy lực mùa lũ, mùa kiệt

4 Nguyễn Tiền

Giang TS

Đại học Khoa học Tự nhiên

Xây dựng quy trình vận hành mùa lũ và mùa kiệt

5 Nguyễn Lan Châu

6 Trịnh Minh Ngọc

ThS

Đại học Khoa học Tự nhiên

Thư ký đề tài

Phân tích xác định dòng chảy môi trường

7 Doãn Kế Ruân Công ty tư vấn xây dựng Tính toán thủy năng, thủy

TS Điện 1 văn công trình

Tuyển TS

Viện KTTV-Môi trường Thiết kế quy trình vận

hành mùa lũ, mùa kiệt Xác định các ràng buộc vận hành

9 Nguyễn Thị Nga

ThS

Đại học Khoa học Tự nhiên

Phân tích đặc điểm lưu vực

Tính toán nhu cầu nước

10 Nguyễn Đức Hạnh

NCS

Đại học Khoa học Tự nhiên

Khảo sát, điều tra Dự báo dòng vào hồ chứa Chế độ chính sách Thư ký đề tài

11 Đặng Quý Phượng

ThS

Đại học Khoa học Tự nhiên

Nhu cầu dùng nước

12 Lê Thị Huệ

ThS

Đài KTTV Đồng bằng Bắc bộ

Mô hình diễn toán hệ thống hồ chứa mùa lũ

Tối ưu hóa vận hành liên

hồ mùa kiệt Giải pháp lưới trạm KTTV

1.2 TỔNG QUAN VỀ CÁC NGHIÊN CỨU ĐIỀU TIẾT HỒ CHỨA

1.2.1 Các nghiên cứu ở nước ngoài

Bước đầu là các phương pháp tính toán điều tiết hồ chứa, chủ yếu dựa vào phương trình cân bằng nước Ở Liên Xô cũ việc nghiên cứu này được nhiều nhà khoa học quan tâm như Kritski-Menkel, Xvanhidze, Pleskov, Gugly, Potapov, Matiski, Ratkovich [59,60,61] Họ đã nghiên cứu các phương pháp điều tiết cho các mục đích khác nhau Phương trình cân bằng nước có thể được áp dụng cho bất kỳ khoảng thời gian nào Việc tính toán cân bằng nước trung bình đương nhiên là đơn giản nhất Các nhân tố bổ sung kể đến trong tính toán gồm lượng trữ bờ trong thời gian làm đầy hồ chứa, tổn thất nước do nước và băng để lại trên bờ khi hồ chứa bị rút nước đi và sự hồi lại của nước này cho hồ chứa sau này

1.2.1.1 Phương pháp diễn toán hồ chứa

Hình 1.1 : Biểu diễn dưới dạng đồ thị của diễn toán hồ chứa

Việc diễn toán dòng chảy (trong đó có sóng lũ) qua một hồ chứa được gọi là diễn toán hồ chứa Đó là một phần quan trọng của phân tích hồ chứa mà những ứng dụng chính của nó là: xác định mực nước lớn nhất trong thời kỳ thiết kế hồ chứa, thiết kế các công trình xả tràn và cửa xả nước và phân tích sóng lũ vỡ đập Một hồ chứa có thể hoặc được kiểm soát hoặc không được kiểm soát Hồ chứa được kiểm soát bởi công trình xả tràn với các khoang tràn khống chế bằng các cửa van để kiểm soát dòng chảy ra Công trình xả tràn

Đầu vào Hệ thống Đầu ra

của một hồ chứa không kiểm soát là công trình tràn tự do không có cửa van

để khống chế lượng xả

Diễn toán hồ chứa đòi hỏi phải biết mối quan hệ giữa cao độ hồ chứa, lượng trữ và lưu lượng Mối quan hệ này là một hàm của địa hình vị trí hồ chứa và các đặc tính của công trình xả nước Một vài phương pháp diễn toán sóng lũ qua hồ chứa đã được xây dựng, dẫn ra trong bảng sau:

Phương pháp đường cong lũy tích, Phương pháp Puls,

Phương pháp Puls cải tiến, Phương pháp Wisler-Brater,

Phương pháp Goodrich, Phương pháp Steinberg,

Phương pháp hệ số

1.2.1.2 Phương pháp tối ưu hoá

Tối ưu hóa là một khoa học về sự lựa chọn tốt nhất trong một số những phương án có thể Động lực trong các mô hình tối ưu hóa là hàm mục tiêu (hay các hàm trong tối ưu đa mục tiêu) Thuật ngữ nghiệm tối ưu là nghiệm tốt nhất trong các nghiệm của mô hình toán thỏa mãn tất cả các giả thiết và ràng buộc, dù được phát biểu hiện hay ẩn có trong quá trình thiết lập bài toán

Rõ ràng, nghiệm tối ưu được chỉ ra bởi mô hình có thể khác so với nghiệm tối

ưu của hệ thống thực sự Dantzig và Thapa (1997) đã định nghĩa quy hoạch toán học (hay lý thuyết tối ưu hóa) là “một nhánh của toán học giải quyết các

kỹ thuật để cực đại hóa hay cực tiểu hóa hàm mục tiêu với các ràng buộc về các biến là tuyến tính, phi tuyến và nguyên”

Kỹ thuật tối ưu hoá bằng quy hoạch tuyến tính (LP) và quy hoạch động (DP) đã được sử dụng rộng rãi trong tài nguyên nước Loucks và nnk (1981)

đã minh họa áp dụng LP, quy hoạch phi tuyến (WLP) và DP cho tài nguyên nước [43] Nhiều tổng quan áp dụng kỹ thuật hệ thống cho bài toán tài nguyên nước đã được đăng tải nhiều lần, thí dụ như bởi Yakowitz (1982) [43,44], Yeh (1985) [46], Simonovic (1992) [50]và Wurbs (1993) [57,58]

Young (1967) [43] lần đầu tiên đề xuất sử dụng phương pháp hồi quy tuyến tính để vạch ra quy tắc vận hành chung từ tối ưu hoá xác định Phương pháp mà ông đã dùng được gọi là “quy hoạch động (DP) Monte-Carlo” Về

cơ bản phương pháp của ông dùng kỹ thuật Monte-Carlo tạo ra một số chuỗi dòng chảy năm tổng hợp cho sông yêu cầu Quy trình tối ưu thu được của mỗi chuỗi dòng chảy nhân tạo sau đó được sử dụng trong phân tích hồi quy để cố gắng xác định nhân tố ảnh hưởng đến chiến thuật tối ưu Các kết quả là một xấp xỉ tốt của quy trình tối ưu thực

Một mô hình quy hoạch để thiết kế hệ thống kiểm soát lũ hồ chứa đa mục tiêu đã được phát triển bởi Windsor (1975) [43] Karamouz và Houck (1987) [50] đã vạch ra quy tắc vận hành chung khi sử dụng DP xác định và hồi quy (DPR) Mô hình DPR sát nhập thủ tục hồi quy tuyến tính nhiều biến

đã được Bhaskar và Whilach (1980) gợi ý Quy tắc để điều hành một hệ thống nhiều hồ chứa cũng được phát triển bởi SDP (quy hoạch động ngẫu nhiên), yêu cầu mô tả rõ xác suất dòng chảy và hàm tổn thất Phương pháp này được Butcher (1971), Louks (1981) [43] và nhiều người khác sử dụng

Mô hình tối ưu hoá thường được sử dụng trong nghiên cứu điều hành

hồ chứa sử dụng dòng chảy dự báo như đầu vào Datta và Bunget (1984) [46,57] vạch ra một chính sách điều hành hạn ngắn cho hồ chứa đa mục tiêu

từ một mô hình tối ưu hoá với mục tiêu cực tiểu hóa tổn thất hạn ngắn Nghiên cứu chỉ ra rằng khi có một sự nhân nhượng chịu một đơn vị độ lệch lượng trữ và một đơn vị độ lệch lượng xả từ các giá trị đích tương ứng thì phép giải tối ưu hoá phụ thuộc vào dòng chảy tương lai bất định cũng như hình dạng hàm tổn thất

Áp dụng mô hình tối ưu hoá cho điều hành hồ chứa đa mục tiêu là khá khó khăn Sự khó khăn trong áp dụng bao gồm phát triển mô hình, huấn luyện nhân lực, chi phí giải (bao gồm đầy đủ cả điều kiện thủy văn tương lai bất định, sự bất lực để xác định và định lượng tất cả các mục tiêu và sự cần thiết

cho việc tương tác tốt hơn với người sử dụng) Một phương pháp khác đang được sử dụng hiện nay để giải thích tính ngẫu nhiên của đầu vào là chương trình logic mờ Lý thuyết tập mờ đã được Zadeth (1965) giới thiệu Jairaj và Vedula (2000) [41] đã áp dụng phương pháp này cho tối ưu hoá nhiều hồ chứa

1.2.1.3 Phương pháp mô phỏng

Mô phỏng là quá trình sao lại động thái của một hệ thống đang tồn tại hay đã được đề xuất Nó gồm có thiết kế một mô hình của hệ thống và rút ra những kinh nghiệm bằng mô hình này hoặc để hiểu biết tốt hơn về hoạt động của hệ thống hoặc để đánh giá những chiến lược khác nhau cho việc quản lý

nó Bản chất của mô phỏng là tái tạo lại động thái của hệ thống ở mọi khía cạnh quan trọng để học được hệ thống sẽ phản ứng như thế nào đối với các điều kiện mà có thể được áp đặt trên nó hay các điều kiện mà có thể xảy ra trong tương lai Ưu điểm chính của các mô hình mô phỏng nằm trong khả năng của chúng để diễn tả một cách chính xác thực tế Nếu một mô hình mô phỏng có thể được xây dựng và được đưa ra để biểu thị một hệ thống nguyên mẫu, nó có thể cho ta cái nhìn thấu đáo về hệ thống thực có thể hoạt động như thế nào theo thời gian dưới những điều kiện thay đổi Vì vậy các cấu hình của

dự án được đề suất có thể được ước lượng để phán quyết liệu hoạt động của chúng sẽ là thích hợp hay không trước khi có các đầu tư Theo một cách thức giống như vậy, các chính sách vận hành có thể được kiểm tra trước khi chúng được thực thi trong những tình huống quản lý thực

Vì không có khả năng để thí nghiệm với hồ chứa thực, mô hình mô phỏng toán học được phát triển và sử dụng trong nghiên cứu Thí nghiệm có thể thực hiện bằng cách sử dụng các mô hình này để cung cấp cho sự hiểu biết sâu về bài toán Mô hình mô phỏng kết hợp với điều hành hồ chứa bao gồm tính toán cân bằng nước của đầu vào, đầu ra hồ chứa và biến đổi lượng trữ

Kỹ thuật mô phỏng đã cung cấp cầu nối từ các công cụ giải tích trước đây cho

phân tích hệ thống hồ chứa đến các gói mục đích chung phức tạp hơn Theo Simonovic (1992) [50], các khái niệm vốn gắn các mô phỏng là dễ hiểu và thân thiện hơn các khái niệm mô hình hoá khác

Các mô hình mô phỏng có thể cung cấp biểu diễn chi tiết và hiện thực hơn hệ thống hồ chứa và điều hành chúng (chẳng hạn đáp ứng chi tiết của các

hồ và kênh riêng biệt hoặc hiệu quả của các hiện tượng theo thời gian khác nhau nhất định) Thời gian yêu cầu để chuẩn bị đầu vào, chạy mô hình và các yêu cầu tính toán khác của mô phỏng là ít hơn nhiều so với mô hình tối ưu hoá Các kết quả mô phỏng sẽ dễ dàng thỏa hiệp trong trường hợp đa mục tiêu Số phần mềm máy tính đa mục tiêu phổ biến có sẵn có thể sử dụng để phân tích mối quan hệ quy hoạch, thiết kế và vận hành hồ chứa Hầu hết các phần mềm có thể chạy trong máy vi tính đang sử dụng rộng rãi hiện nay Hơn nữa, ngay sau khi số liệu yêu cầu cho phần mềm thực hành đã được chuẩn bị,

nó dễ dàng chuyển đổi cho nhau và do đó các kết quả của thiết kế, quyết định điều hành, thiết kế lựa chọn khác nhau có thể được đánh giá nhanh chóng

Một trong số mô hình phổ biến rộng rãi nhất được sử dụng trong mô phỏng hệ thống hồ chứa tổng quát là mô hình HEC-5 [47], phát triển bởi Trung tâm thủy văn công trình (Feldman 1981, Wurbs 1996) Một trong những mô hình mô phỏng nổi tiếng khác là mô hình Acres (Sigvaldson 1976) [50]; Tổng hợp dòng chảy và điều tiết hồ chứa (SSARR) (USACE 1987) [52],

Mô phỏng hệ thống sóng tương tác (IRIS) (Loucks và nnk 1989) [43] Gói phân tích quyền lợi nước (WRAP) (Wurbs và nnk, 1993) [58] Lund và Ferriera (1996) [43] đã nghiên cứu hệ thống hồ chứa sông Missouri và tìm thấy mô hình mô phỏng để nâng cấp kỹ thuật hồi quy cổ điển cho quy tắc điều hành chi tiết và suy luận vạch ra từ mô hình tất định DP Jain và Goel (1999) [42] đã giới thiệu một mô hình mô phỏng tổng quát cho điều hành cấp nước của hệ thống hồ chứa dựa trên các đường điều phối Mặc dù sự sẵn có của

một số mô hình tổng quát, vẫn cần thiết phát triển các mô hình mô phỏng cho

hồ chứa xác định cụ thể vì mỗi hệ thống hồ chứa có những đặc điểm riêng

Mô hình mô phỏng nhiều hồ chứa đã dùng để đánh giá tác động của các chính sách điều hành khác nhau chỉ có lợi nếu đầu ra nhiều mặt từ tất cả các lần chạy khác nhau có thể được so sánh và đánh giá Phân tích tính toán giá trị trung bình, phương sai và phân bố theo thời gian của các chỉ số đánh giá hoạt động hồ chứa, như dung tích hồ chứa, lượng xả, các lợi ích và tổn thất liên quan và chúng có thể sử dụng cho đánh giá và so sánh quy trình Đánh giá cũng có thể sử dụng các khái niệm như độ tin cậy, độ phục hồi và tính dễ bị tổn thương hệ thống Các mô hình mô phỏng cho điều hành hồ chứa là công

cụ trợ giúp trong đánh giá tác động có thể của các quy trình vận hành thay đổi

và cho dự báo trạng thái tiếp theo của hệ thống, đưa ra các quy trình vận hành

và các kịch bản thủy văn dự báo

1.2.1.4 Vận hành hồ chứa

Sử dụng hiệu quả tài nguyên nước yêu cầu không chỉ thiết kế đúng đắn

mà cả quản lý đúng cách sau khi xây dựng Cho đến nay, hầu hết các vị trí tốt cho xây dựng đập đã được được đưa vào khai thác ở nhiều nước Vì các nguyên nhân khác nhau việc xây dựng các dự án mới đang chậm lại và giá thành xây dựng của nó đang tăng theo thời gian Biswas (1991) [43] ước lượng rằng giá một đơn vị nước từ các dự án cung cấp nước đô thị thế hệ kế tiếp sẽ thường cao hơn 2-3 lần thế hệ hiện tại Do đó, bắt buộc tất cả các dự án phải được quản lý một cách tốt nhất Một mô tả khái niệm về sự cần thiết điều tiết để đáp ứng yêu cầu của xã hội đưa ra trong hình 1.2

Hình 1.2: Sự cần thiết của điều tiết để đáp ứng yêu cầu của xã hội

Điều hành hồ chứa là một phần quan trọng của quy họach và quản lý tài nguyên nước Sau khi được xây dựng, các hướng dẫn chi tiết được đưa đến cho người điều hành để anh ta đưa ra các quyết định đúng Chính sách (quy trình) vận hành hồ chứa xác định lượng xả từ lượng trữ tại một thời điểm nào đấy phụ thuộc vào trạng thái của hồ chứa, mức yêu cầu cấp nước và các thông tin về lượng dòng chảy có thể đến hồ chứa Bài toán vận hành cho hồ chứa đơn mục tiêu là quyết định quy trình tháo từ hồ chứa sao cho lợi ích cho mục tiêu đó là tối đa

Với hồ chứa đa mục tiêu, ngoài ra còn yêu cầu phân phối tối ưu lưu lượng tháo giữa các mục tiêu Sự phức tạp của bài toán vận hành hồ chứa phụ thuộc vào quy mô mà các mục tiêu mong muốn tương thích với nó Nếu các mục tiêu là tương thích, ít cần nỗ lực phối hợp hơn

1.2.1.5 Các mâu thuẫn trong vận hành hồ chứa

Khi vận hành một hồ chứa phục vụ nhiều hơn một mục tiêu, số mâu thuẫn tăng lên giữa các nhu cầu của các mục tiêu khác nhau Mâu thuẫn tăng lên khi điều hành hồ chứa đa mục tiêu có thể phân loại như sau:

- Mâu thuẫn trong không gian hồ chứa

Các mâu thuẫn này xảy ra khi một hồ chứa (có dung tích hạn chế) được yêu cầu thỏa mãn các mục tiêu khác nhau Ví dụ cấp nước và kiểm soát lũ Nếu đặc điểm địa hình và địa chất của vị trí đập và ngân sách là có khả năng

cho dự án, thì đập đủ cao được xây dựng và không gian lượng trữ có thể phân chia rõ ràng cho từng mục tiêu Tuy nhiên đây là trường hợp không thường gặp, các hồ chứa đa mục tiêu với không gian chia sẻ được phát triển Thỏa mãn mục tiêu bảo đảm yêu cầu hồ chứa được tích đầy đến mức độ lớn nhất có thể, miễn sao mục tiêu kiểm soát lũ được đáp ứng tốt nhất khi không gian trống hoàn toàn trong hồ chứa là có sẵn Do đó khi điều tiết một hồ chứa như thế, quyết định chủ yếu là liệu tích đầy hay để trống hồ chứa Một hồ chứa tích đầy cho phép thu được lợi ích cao hơn bằng cách thỏa mãn mục đích cấp nước nhưng cùng lúc đó rủi ro do thiệt hại của lũ sẽ lớn hơn Một hồ để trống

có thể làm giảm lũ hiệu quả hơn, nhưng nếu dòng chảy không được bổ sung một lượng như tính toán, thì hồ chứa không được tích đầy (có thể còn trống)

và do đó mục tiêu cấp nước sẽ kém hơn

- Mâu thuẫn giữa các mục tiêu

Trong các mục tiêu cấp nước, các mâu thuẫn cũng có thể xuất hiện khi cấu trúc của sử dụng nước khác nhau và yêu cầu không gian lượng trữ cho mục tiêu này không phù hợp với mục tiêu khác Ví dụ nhu cầu tưới có thể cho một cấu trúc thay đổi phụ thuộc mùa vụ, mùa trong năm và mưa, trong khi nhu cầu năng lượng thủy điện có biến đổi khác Nhu cầu nước cho các nhóm ngành tiêu thụ nước như tưới, cung cấp nước đô thị không thể chia xẻ với bất

kỳ sử dụng khác Mâu thuẫn trong lưu lượng tháo ngày cũng thường gặp trong hồ chứa phục vụ nhiều hơn một mục tiêu Nếu hồ chứa sử dụng cho hộ tiêu thụ và phát điện, thì lượng xả cho 2 mục tiêu có thể khác nhau đáng kể trong thời khoảng 1 ngày Tương tự, lợi ích từ việc sử dụng hồ chứa cho giải trí là cao trong suốt mùa hè nhưng nhu cầu tưới cũng có thể cao nhất trong suốt thời kỳ này và làm giảm mực nước hồ chứa

Các vấn đề ở trên được giới hạn ở quy trình vận hành cho một hồ chứa đơn Chúng ta biết rõ rằng các lợi ích từ việc vận hành liên kết của một hệ thống các hồ chứa có thể lớn hơn thực sự tổng lợi ích thu được từ vận hành

các hồ chứa riêng biệt Hệ thống có thể bao gồm các hồ chứa nối tiếp, song song hoặc tổ hợp Một số các quy trình vận hành này được phát triển bởi trực giác và là phòng ngừa Nhưng điều này không làm giảm sự ứng dụng và hiệu quả của chúng

Một hệ thống nhiều hồ chứa có thể có nhiều hồ chứa nhỏ, mà khả năng của nó chi phối điều hành hệ thống và sự tác động lên toàn bộ công việc có thể là ít ỏi Nhiều khi số liệu mong ước về các hồ chứa nhỏ là không có sẵn Trong các nghiên cứu phân chia với các hệ thống như thế, việc tập hợp lại một số hồ chứa để giảm bớt nhu cầu số liệu, tính toán của các mô hình toán học là phổ biến Thường thường, các hồ chứa nối tiếp là dễ hợp nhất và tách

ra hơn các hồ chứa song song

1.2.1.6.Vận hành hồ chứa sử dụng đường điều phối

Đường điều phối hay mực điều phối xác định lượng trữ được duy trì trong hồ chứa cần thiết ở mức có thể trong các thời gian khác nhau của năm khi cố gắng thỏa mãn các nhu cầu khác nhau Đường điều phối nói chung được tạo ra bởi nghiên cứu vận hành dòng chảy lịch sử hay nhân tạo Ở đây giả thiết ngầm là hồ chứa có thể thỏa mãn tốt nhất mục tiêu đề ra nếu mức lượng trữ xác định bởi đường điều phối được giữ lại trong hồ chứa ở các thời điểm khác nhau Đường điều phối như thế không cho biết lượng nước được

xả từ hồ Lượng này phụ thuộc dòng vào hồ và nhu cầu của các mục tiêu khác nhau Các đường điều phối khác nhau có thể được phát triển cho các mục đích khác nhau như cấp nước đó thị, tưới, phát điện và kiểm soát lũ

Đường điều phối phản ánh ngầm sự thỏa hiệp thiết lập giữa các mục tiêu dự án khác nhau trong một thời gian dài Cho một thời kỳ ngắn chúng có thể phục vụ như tài liệu hướng dẫn Như thế người điều hành hồ chứa có thể mềm dẻo để quyết định xả sao cho mục tiêu dài hạn được tích đầy đến mức cực đại có thể Lưu ý rằng đường điều phối chỉ xác định mức lý tưởng để duy trì và người vận hành có thể sử dụng kinh nghiệm và hiệu chỉnh của họ để

phân phối sự vượt quá hoặc thiếu hụt trên không gian và thời gian để cực đại hoá các lợi ích Quyết định xả cũng có thể kết hợp quan hệ ưu tiên giữa các sử dụng khác nhau và trong trường hợp thiếu hụt, nhu cầu ưu tiên cao được thực hiện đầu tiên

Nhiều khi vì các nguyên nhân khác nhau, chẳng hạn như dòng vào thấp, yêu cầu cho nhu cầu cực tiểu v.v., không có khả năng tôn trọng đường điều phối Trong trường hợp sai lệch đi, có một số cách để trở lại đường điều phối Một cách trở lại đường điều phối là giảm bớt lượng xả năm dưới yêu cầu cực tiểu nếu độ lệch đi xuống hoặc xả lớn hơn nếu độ lệch đi lên

Trong vận hành thực tế người quản lý hồ chứa được chờ đợi để duy trì mực nước hồ chứa ở trong vùng xác định Sự phân chia nhận thức thành một

số vùng và quy tắc để chỉ đạo mực nước hồ chứa mong muốn trong một phạm

vi xác định dựa trên giả thiết rằng ở một thời điểm xác định, một vùng trữ lý tưởng tồn tại cho hồ chứa và các lợi ích có thể cực đại hoá bằng cách giữ lượng trữ trong vùng đó Quan điểm này tương tự với đường cong điều phối với cải tiến bổ sung rằng phương pháp này đưa đến sự mềm dẻo hơn để người đưa ra quyết định có thể giữ một cách cẩn thận mực nước trữ bên trong vùng xác định để cực đại hoá các lợi ích Thêm nữa quy tắc chỉ đạo mực nước hồ chứa mong muốn trong một vùng thực tế có thể quy định trạng thái thủy văn của hệ thống Như vậy, người điều hành hồ chứa có thể được thông báo để giữ mực nước trong một vùng nếu dòng chảy là X và trong vùng khác nếu dòng chảy là Y

Quy trình vận hành chung là xả lượng nước càng nhiều càng tốt và đưa

hồ chứa đến mực nước đỉnh của vùng cấp nước ở thời gian sớm nhất có thể Lượng xả từ vùng cấp nước phụ thuộc vào yêu cầu nước cho các mục tiêu có

ý định khác nhau để được đáp ứng bởi lượng nước trữ và lượng xả hàng ngày

có thể được hiệu chỉnh dựa vào dòng vào trước đó và yêu cầu tương lai cho đến cuối thời hạn vận hành Khi lượng nước mong muốn có sẵn nhỏ hơn nhu

cầu thì lượng xả có thể giảm đi Rõ ràng là đường điều phối cũng có mục đích vận hành dạng này

Nghiên cứu vận hành hệ thống liên hồ chứa đa mục tiêu đã được các nhà khoa học, các cơ quan quản lý khai thác lưu vực sông trên thế giới đầu tư nghiên cứu từ những năm 50 và 60 của thế kỷ 20 Mặc dù đã đầu tư nghiên cứu khá lâu nhưng có thể nhận xét rằng hiện vẫn chưa xác định được phương pháp, công cụ chung cho xây dựng quy trình hệ thống liên hồ chứa đa mục tiêu để sử dụng mà các nhà nghiên cứu vẫn phụ thuộc rất nhiều vào đặc thù riêng của từng hệ thống hồ chứa cụ thể

Nguyên tắc chung là tìm quy trình xả nước và sự phối kết hợp giữa các công trình để đạt được lợi ích kinh tế -xã hội toàn hệ thống cao nhất Về quy hoạch hệ thống thì đây là bài toán tối ưu hệ thống công trình khai thác nước Trong thực tế thường gặp các bài toán đa mục tiêu do những mục đích khai thác khác nhau

Trước đây LINDO đã được sử dụng khá rộng rãi Tuy nhiên gần đây công nghệ GAMS ngày càng được chú ý đưa vào nghiên cứu ứng dụng, đặc biệt trong quy hoạch và quản lý tài nguyên nước nhờ tính mềm dẻo và khả năng ứng dụng bao quát sẵn có của công nghệ

Với sự phát triển gần đây của khoa học và công nghệ, công nghệ GENE

có nhiều ứng dụng, trong đó có bài toán tối ưu hóa đa mục tiêu nói chung và tối ưu hóa điều hành hệ thống hồ chứa đa mục tiêu nói riêng

1.2.1.7 Điều hành hồ chứa thời gian thực

Nói chung chính sách điều hành hồ chứa phải tính đến nhu cầu của quá khứ và sử dụng số liệu từ chuỗi thời gian lịch sử hoặc tổng hợp của các biến thủy văn Nhưng có lẽ rằng một sự kiện thực tế sẽ xảy ra theo cùng một cách như sự kiện trước là không lớn Một hệ thống hồ chứa có thể điều hành hiệu quả nếu khoảng thời gian từ lúc con lũ xảy ra và thực hiện kiểm soát thích ứng cho con lũ này là ngắn Trong vận hành thời gian thực, quyết định xả dựa

trên thông tin thời hạn ngắn Khái niệm thời hạn ngắn thay đổi trong mối liên

hệ với mục tiêu Nếu hồ chứa được vận hành cho kiểm soát lũ, thời hạn ngắn

có thể quy vào vận hành theo giờ (hoặc nhiều giờ) và nếu phục vụ cho mục tiêu cấp nước, thời hạn ngắn có thể là ngày hoặc dài hơn

Thuật ngữ kiểm soát thời gian thực biểu thị sự thực hiện quá trình quyết định đồng thời với hệ thống vật lý, mà các kết quả của các phân tích dựa trên

số liệu trực tuyến có sẵn lúc đó để kiểm soát hệ thống vật lý có hiệu quả Trong điều hành hồ chứa thời gian thực, quyết định xả cho thời hạn tương lai hữu hạn được thực hiện dựa trên điều kiện của hồ chứa, khi mà các quyết định này được thực hiện và dự báo về dòng vào/nhu cầu thích hợp trong thời hạn này, nếu có khả năng Sau một khoảng thời gian nhất định, các thông tin mới

về trạng thái hồ chứa trở nên có khả năng, dự báo được cập nhật và quyết định được thay đổi

Điều hành thời gian thực là đặc biệt thích hợp trong lũ khi mà phản ứng lưu vực thay đổi nhanh chóng và quyết định được thực hiện nhanh và điều chỉnh kịp thời Một mô hình của hệ thống được phát triển trong đó lượng xả là một biến quyết định Thuật toán dự báo được dùng để cung cấp dự báo dòng vào cho một số hữu hạn thời kỳ tiếp theo dựa trên trạng thái hiện thời của hệ thống cũng như hoạt động quá khứ của nó Ứng dụng điều này, một mô hình toán học được dùng để xác định lượng nước tối ưu được xả từ hồ chứa Mặc

dù lượng xả tối ưu được xác định cho số hữu hạn các thời kỳ tiếp theo, chúng được chấp nhận chỉ cho một khoảng thời gian tiếp theo trung bình Sau thời

kỳ này, bộ số liệu quan trắc tiếp theo trở thành sẵn có và quá trình nhập vào được lặp lại Quá trình kiểm soát cũng có thể sử dụng các thông tin về dòng chảy sông ngòi ở vị trí giới hạn khi thực hiện quyết định Quá trình kiểm soát

hệ thống này được biết như là kiểm soát thích nghi- quyết định được thích nghi dựa trên phản hồi từ hệ thống

- Dự báo thủy văn thời gian thực

Dự báo thủy văn là một ứng dụng quan trọng trong thủy văn Lợi ích từ điều hành thời gian thực của hồ chứa có thể tăng thực sự nếu dự báo có khả năng tốt Các thành phần chính trong dự báo bao gồm dòng vào là dự báo thời tiết, mô hình hoá mưa – dòng chảy và diễn toán sông Để dự báo trong thời gian thực, truyền thông tin và chỉnh lý số liệu phải được thực hiện nhanh bởi các máy tính dịch vụ

Dự báo lũ thời gian thực bao gồm ước lượng lưu lượng trong sông một khoảng thời gian nào đó trước khi nó xảy ra Thời gian dự kiến dự báo tỏ ra

có lợi trong việc giảm thiểu một số ảnh hưởng không mong muốn của lũ Thời gian dự kiến dự báo phụ thuộc vào đặc điểm lưu vực có ảnh hưởng đến thời gian mà lưu vực dùng để chuyển mưa thành lưu lượng tại một điểm Lợi ích của dự báo phụ thuộc độ chính xác và sự đúng lúc Rõ ràng dự báo lũ thấp hơn có thể đưa đến tình huống nguy hiểm và có thể dẫn đến tổn thất đời sống

và các thiệt hại khác trong các khu vực ảnh hưởng Mặt khác dự báo vượt con

lũ thực sẽ đưa đến lượng xả cao từ đập không cần thiết và phải sơ tán người khỏi vùng hạ lưu, huy động các phương tiện chạy lũ không cần thiết và sự hoảng loạn của mọi người

1.2.2 Các nghiên cứu ở trong nước

Ở Việt nam nhiều hồ chứa trên các hệ thống sông với nhiều mục đích khác nhau đã và đang được tiến hành xây dựng, như hệ thống hồ chứa trên sông Hồng, sông Ba, sông Sê San, sông Đồng Nai v.v Điển hình nhất là hệ thống hồ chứa trên hệ thống sông Hồng gồm các hồ chứa Hoà Bình, Sơn La, Tuyên Quang, Thác Bà và tương lai là Lai Châu Các hồ chứa này làm nhiệm

vụ chính là cắt lũ vào mùa lũ, sau đó là phát điện, cung cấp nước mùa cạn, ngoài ra còn phục vụ giao thông, du lịch, nuôi trồng thuỷ sản v.v

1.2.2.1 Quy trình vận hành hồ chứa

Quy trình điều hành chống lũ hồ chứa Hoà Bình được xây dựng khá chi tiết và liên tục được bổ sung hoàn chỉnh Kinh nghiệm vận hành hồ chứa Hòa

Bình để điều tiết lũ trong các năm qua cho thấy, nó đã góp phần giữ được mực nước Hà Nội không vượt quá 13,0m, bảo đảm an toàn cho Hà Nội Nhiều công trình nghiên cứu về vận hành hồ chứa điều tiết lũ đã được tiến hành như quy trình vận hành hồ chứa Hoà Bình của Ban Chỉ đạo phòng chống lụt bão TW (1997) [21], Quyết định 80/2007/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ ban hành “Quy trình vận hành liên hồ chứa thuỷ điện Hoà Bình, Tuyên Quang, Thác Bà trong mùa lũ hàng năm, ban hành năm 2007” [17] Ngoài ra còn một loạt các nghiên cứu khác về vận hành hồ chứa Hoà Bình và hệ thống

hồ chứa trên các lưu vực của Việt nam Công ty tư vấn Điện I (1991) đã nghiên cứu việc kết hợp phát điện và chống lũ hạ du và khai thác tổng hợp hồ chứa Hoà Bình Viện Quy hoạch và Quản lý nước (1991) [35] cũng nghiên cứu lập quy trình vận hành hồ chứa Hoà Bình phòng lũ và phát điện Nguyễn Văn Tường (1996) [31] nghiên cứu phương pháp điều hành hồ chứa Hoà Bình chống lũ hàng năm với việc xây dựng tập hàm vào bằng phương pháp Monte-Carlo Trịnh Quang Hoà (1997) [8] xây dựng công nghệ nhận dạng lũ thượng nguồn sông Hồng phục vụ điều hành hồ chứa Hoà Bình chống lũ hạ

du Viện Quy hoạch thuỷ lợi và Công ty Tư vấn Điện 1 (2000) [36] đã nghiên cứu hiệu ích chống lũ và cấp nước hạ du của công trình hồ chứa Đại Thị (nay

là Tuyên Quang) trên sông Gâm Hoàng Minh Tuyển (2002) [32] đã phân tích đánh giá vai trò của một số hồ chứa thượng nguồn sông Hồng cho phòng chống lũ hạ du Lâm Hùng Sơn (2005) [21] nghiên cứu cơ sở điều hành hệ thống hồ chứa lưu vực sông Hồng, trong đó chú ý đến việc phân bổ dung tích

và trình tự phối hợp cắt lũ của từng hồ chứa trong hệ thống để đảm bảo an toàn hồ chứa và hệ thống đê đồng bằng sông Hồng Viện khoa học Thuỷ lợi (2006) [1] đã thực hiện dự án xây dựng quy trình vận hành liên hồ chứa trên sông Đà và sông Lô đảm bảo an toàn chống lũ đồng bằng Bắc bộ khi có các

hồ chứa Thác Bà, Hoà Bình, Tuyên Quang Trần Hồng Thái (2005) và Ngô

Lê Long (2006) [11] bước đầu áp dụng thuật tối ưu hoá trong vận hành hồ

Hoà Bình phòng chống lũ và phát điện Nguyễn Hữu Khải và Lê thị Huệ (2007) [9,10] nghiên cứu áp dụng mô hình HEC-RESSIM cho điều tiết lũ hệ thống hồ chứa trên lưu vực sông Hương, cho phép xác định trình tự và thời gian vận hành hợp lý các hồ chứa bảo đảm kiểm soát lũ hạ lưu sông Hương (tại Kim Long và Phú ốc)

1.2.2.2 Hệ thống công nghệ hỗ trợ vận hành

Song song với quy trình điều hành thì công tác dự báo thuỷ văn phục

vụ điều hành cũng được coi trọng Trịnh Quang Hoà (1997) [8] với công nghệ nhận dạng lũ thượng nguồn sông Hồng đã góp phần vào phòng chống lũ đồng bằng sông Hồng rất hiệu quả Tổng cục KTTV (1998) [25] đã xây dựng một

dự án trong dự án liên ngành hiện đại hoá hệ thống đo đạc và dự báo thuỷ văn trên sông Đà và sông Hồng trực tiếp phục vụ điều hành Nguyễn Lan Châu (2005) [4] đã nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ sông Đà phục vụ điều tiết hồ Hoà Bình trong công tác phòng chống lũ bằng tích hợp các mô hình thuỷ văn thuỷ lực và điều tiết hồ chứa Nguyễn Viết Thi (2008) [24] nghiên cứu dự báo lũ đến hồ chứa với thời gian dự kiến 3-5 ngày phục vụ vận hành liên hồ chứa sông Hồng chống lũ Trần Tân Tiến (2006) [22] đã nghiên cứu liên kết mô hình RAMS dự báo mưa và mô hình sóng động học một chiều dự báo lũ khu vực miền Trung Vũ Minh Cát (2007) đã nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng-Thái Bình Nguyễn Văn Hạnh (2007) [11] đã xây dựng hệ thống thông tin phục vụ vận hành hồ chứa đa mục tiêu Tuyền Lâm-Đà Lạt-Lâm Đồng

Một Ban chỉ đạo vận hành các hồ chứa của hệ thống sông Hồng đã được thành lập trong đó phối hợp các hoạt động quan trắc, thông tin, dự báo, vận hành, ra quyết định để góp phần đảm bảo an toàn chống lũ cho đồng bằng sông Hồng-sông Thái Bình, qua mấy năm hoạt động đã cho những kết quả và những kinh nghiệm quý giá Các nghiên cứu về mặt quy hoạch hệ thống hồ

chứa lợi dụng tổng hợp cũng đã có nhiều tiến triển, nhằm đưa ra một mạng lưới và quy mô hồ chứa hợp lý, phát huy tối đa khả năng của nguồn nước trên mỗi lưu vực

1.3 NGHIÊN CỨU VẬN HÀNH HỆ THỐNG HỒ CHỨA SÔNG BA

1.3.1 Các nghiên cứu về lưu vực và hồ chứa sông Ba

Sông Ba là một trong 9 hệ thống sông lớn ở Việt Nam, với diện tích lưu vực F=14.140 km2, trong đó có khoảng 450.000ha đất nông nghiệp và 1.243.000 người (tính đến năm 2005) đang sinh sống Hàng năm cung cấp khoảng 10 tỷ m3 nước, phục vụ các hoạt động kinh tế-xã hội và môi trường

Phần lớn diện tích lưu vực nằm ở Tây Trường Sơn, một phần nhỏ nằm

ở Đông Trường Sơn, vì vậy phần thượng lưu và trung lưu chịu ảnh hưởng của khí hậu Tây Trường Sơn với mùa mưa từ tháng V-X, còn hạ lưu chịu ảnh hưỏng của khí hậu Đông Trường Sơn với mùa mưa từ tháng IX-XII Mùa khô

ở Tây Trường Sơn bắt đầu từ tháng XI-IV năm sau, với 2 tháng khô hạn nhất (tháng II và III) chỉ chiếm 10% tổng lượng mưa năm Còn ở Đông Trường Sơn mùa khô lại kéo dài 9 tháng (tháng I-IX) nhưng chỉ chiếm 30% lượng mưa năm Mùa lũ trên sông Ba muộn hơn vùng Tây nguyên khoảng 1 tháng, nhưng sớm hơn Đông Trường Sơn và kéo dài 4 tháng, từ tháng IX-XII

Lũ lớn nhất hàng năm thường xuất hiện vào các tháng X, XI, đôi khi vào tháng XII Thời gian nước lên không dài, thường chỉ 42h Ngoài ra vùng cửa sông chịu ảnh hưởng thuỷ triều với chế độ nhật triều không đều, biên độ triều tại Tuy Hoà trung bình trong tháng 10 chỉ khoảng 120cm Có thể thấy một số năm điển hình như sau:

Vùng thượng lưu và trung lưu dân cư thưa thớt, trình độ sản xuất lạc hậu Vùng hạ lưu chủ yếu là ngưòi Kinh có nguồn lao động dồi dào, nông nghiệp phát triển Thành phố Tuy Hoà là một đô thị đang phát triển, dân cư ở

2 bên sông tập trung đông đúc, do ảnh hưởng của lũ và thủy triều, hàng năm chịu ngập lụt vài ba đợt, mỗi đợt kéo dài 3-5 ngày Lũ sông Ba thuộc loại lũ

khốc liệt nhất Việt Nam, nhiều trận lũ đã xẩy ra gây ngập lụt nghiêm trọng, điển hình là trận lũ tháng X/1993, đỉnh lũ tại Củng Sơn (4/X/1993) là 20.700

m3/s, với môdun dòng chảy lớn nhất Mmax=1.669 l/s.km2

Mùa cạn nước rất kiệt, môđun dòng chảy kiệt nhất chỉ đạt 0,62l/s.km2(27/IV/1983) Sau khi có hồ chứa sông Ba Hạ thì dòng chảy hạ lưu càng nhỏ hơn nữa Trong khi đó nhu cầu sử dụng nước càng tăng nên lại càng thiếu nước, nhu cấu cấp nước sinh hoạt và tưới, đẩy mặn tới 2.550 triệu m3 Do sự phân bố không đều của dòng chảy, lượng nước thiếu hàng năm trên 500 triệu

m3 Nếu tiến hành dự án chuyển nước từ An Khê sang sông Côn và nước từ sau các hồ chứa sang sông Bàn Thạch để cấp nước tưới thì mức độ thiếu hụt còn tăng thêm

Để sử dụng và khai thác hiệu quả tài nguyên nước, các hồ chứa trên lưu vực sông Ba đã được xây dựng Hiện nay hồ chứa Ayun Hạ đã xây dựng, có dung tích hiệu dụng là 201.106 m3, dung tích chết là 52.106 m3, mực nước dâng bình thường là 204m, mực nước chết: 192m Dung tích phòng lũ của Ayun Hạ là 25,5.106 m3 Điện năng khá nhỏ, công suất chỉ khoảng 3 MW Hồ chứa sông Hinh cung cấp điện năng là chính với công suất 70 MW, có dung tích hiệu dụng 323.106 m3, mực nước dâng bình thường 209m, mực nước chết 196m Hồ chứa sông Ba Hạ đưa vào hoạt động tháng 5/2009, có dung tích hiệu dụng là 165,9.106 m3, dung tích chết là 183,8106 m3, mực nước dâng bình thường:112,5m, công suất phát điện 220MW Hồ chứa Krông Hnăng với dung tích 242.106 m3 và công suất 64MW vừa đưa vào hoạt động Hiện nay các hồ chứa thuỷ điện An Khê-Kanak với dung tích 285,5.106 m3 và công suất 173MW đang được xây dựng Và còn có một số hồ chứa và đập dâng đang được quy hoạch và có thể xây dựng trong tương lai như hồ sông

Ba Thượng, Đăk Đrông v.v Ngoài ra còn có hàng trăm hồ chứa nhỏ khác phục vụ tưới phân bố trên các nhánh sông Nhìn chung hệ thống hồ chứa đã

tạo được nguồn nước và cung cấp cho các nhu cầu dùng nước của các ngành trên lưu vực Hệ thống hồ chứa lưu vực sông Ba chỉ ra trên hình 1.3

Tuy nhiên, hiện nay vận hành các hồ chứa sông Ba hiện vẫn là độc lập, đáp ứng mục tiêu riêng của từng hồ, chủ yếu dựa vào kinh nghiệm và tính toán điều tiết khi thiết kế riêng cho từng hồ, chưa quan tâm đến vấn đề liên