Tổng lượng dòng chảy mặt trên các sông ngòi ở các quốc gia trên Thế giới là 55 Tm3 (55 triệu km3); tổng lượng nguồn nước mặt đang khai thác là 9 Tm3. Tổng dung tích hồ chứa trên Thế giới là 7 Tm3 (số liệu năm 2007, trong đó 98% trữ trong các hồ chứa lớn), tương đương 12,7%. Nếu chỉ tính dung tích hữu ích của tất cả các hồ chứa (4 Tm3) thì chiếm 7,3%. Trung Quốc với 98.460 hồ chứa với dung tích 900 tỷ m3 trên tổng lượng dòng chảy năm là 2.800 tỷ m3, khả năng trữ của hồ chứa đạt 32%. Thổ Nhĩ Kỳ con số này là 106% (do tính cả lượng nước giữ lại do băng tuyết trên núi). So với một số nước, lượng nước trong hồ chứa của Việt Nam khá khiêm tốn, khoảng 8%. Thời điểm năm 2020, tổng dung tích các hồ chứa ở Việt Nam là 70,5 tỷ m3 (bao gồm cả các hồ chứa thuỷ điện) trên tổng lượng dòng chảy năm là 836 tỷ, như vậy khả năng trữ nước hồ chứa của Việt Nam khoảng 8% dòng chảy tự nhiên. Nếu không tính vùng ĐBSCL (nơi không có hồ chứa lớn) thì tỷ lệ trữ nước của hồ chứa là 18%, bằng 104% nhu cầu nước ở các vùng có hồ chứa (về lý thuyết). Nếu tính lượng dòng chảy bình quân đầu người thì của Việt Nam khá lớn, lớn hơn cả Mỹ và Trung Quốc (hình 2). Mặt khác, 90% lượng dòng chảy ở Việt Nam tập trung vào mùa mưa, chỉ giữ lại được chưa đến 10% dòng chảy để sử dụng cho mùa khô.
Trang 1VẬN HÀNH HỒ CHỨA
Lớp bồi dưỡng kiến thức quản lý an toàn đập
HỘI ĐẬP LỚN VÀ PHÁT TRIỂN NGUỒN NƯỚC VIỆT NAM
Trang 2Vai trò của hồ chứa đối với an ninh nguồn nước
• Tổng lượng dòng chảy mặt trên các sông ngòi ở các quốc gia trên Thế giới là 55
Tm3 (55 triệu km3); tổng lượng nguồn nước mặt đang khai thác là 9 Tm3 Tổng
dung tích hồ chứa trên Thế giới là 7 Tm3 (số liệu năm 2007, trong đó 98% trữ
trong các hồ chứa lớn), tương đương 12,7% Nếu chỉ tính dung tích hữu ích của
tất cả các hồ chứa (4 Tm3) thì chiếm 7,3%.
• Trung Quốc với 98.460 hồ chứa với dung tích 900 tỷ m3 trên tổng lượng dòng
chảy năm là 2.800 tỷ m3, khả năng trữ của hồ chứa đạt 32% Thổ Nhĩ Kỳ con số
này là 106% (do tính cả lượng nước giữ lại do băng tuyết trên núi) So với một số
nước, lượng nước trong hồ chứa của Việt Nam khá khiêm tốn, khoảng 8%.
• Thời điểm năm 2020, tổng dung tích các hồ chứa ở Việt Nam là 70,5 tỷ m3 (bao
gồm cả các hồ chứa thuỷ điện) trên tổng lượng dòng chảy năm là 836 tỷ, như vậy
khả năng trữ nước hồ chứa của Việt Nam khoảng 8% dòng chảy tự nhiên Nếu
không tính vùng ĐBSCL (nơi không có hồ chứa lớn) thì tỷ lệ trữ nước của hồ
chứa là 18%, bằng 104% nhu cầu nước ở các vùng có hồ chứa (về lý thuyết).
• Nếu tính lượng dòng chảy bình quân đầu người thì của Việt Nam khá lớn, lớn
hơn cả Mỹ và Trung Quốc (hình 2) Mặt khác, 90% lượng dòng chảy ở Việt Nam
tập trung vào mùa mưa, chỉ giữ lại được chưa đến 10% dòng chảy để sử dụng
cho mùa khô.
Trang 3Nguyên tắc trong vận hành hồ chứa
• Vận hành hồ chứa phải đảm bảo công trình thực hiện được các nhiệm vụ thiết kế của hồ (cấp nước tưới; phát điện; kiểm soát lũ; cải tạo môi trường), nhưng phải đảm bảo an toàn cho công trình và không gây hậu quả cho
hạ du.
• Nguyên tắc chung để vận hành hồ chứa là cân bằng một cách khôn ngoan giữa nước vào hồ và ra khỏi hồ sao cho mực nước hồ không được phép vượt mực nước lũ kiểm tra vào mùa lũ; không được thấp hơn mực nước chết trong mùa kiệt Ngoài ra, một yêu cầu quan trọng đối với hồ chứa là kiểm soát ngập về mùa lũ cho vùng
hạ du và tạo dòng chảy môi trường về mùa khô Do dòng chảy vào hồ là yếu tố bất định, tuỳ thuộc nhiều vào khách quan Vì vậy, để vừa bảo đảm an toàn cho đập về mùa lũ, lại kiểm soát lũ ở hạ du là môt thách thức đối với bất kỳ quốc gia nào.
Trang 4- Điều tiết ngày
- Điều tiết năm
- Điều tiết nhiều năm
Trang 5Ví dụ về Biểu đồ điều phối hồ chứa nước
Dòng chảy tối thiểu: Dòng chảy ở mức thấp
nhất cần thiết để duy trì dòng sông hoặc đoạn
sông, bảo đảm sự phát triển bình thường của
hệ sinh thái thủy sinh và bảo đảm mức tối
thiểu cho hoạt động khai thác, sử dụng tài
nguyên nước của các đối tượng sử dụng nước
theo thứ tự ưu tiên đã được xác định trong
quy hoạch lưu vực sông Hiện nay xác định
dòng chảy tối thiểu theo Thông tư
64/2017/TT-BTNMT.
MỘT SỐ KHÁI NIỆM
Trang 61- Có cửa van để chủ động xả lũ 2- Có cửa xả cát để duy trì dung tích hồ
3- Có tràn sự cố để xử lý khẩn cấp
4- Có thiết bị giám sát như trạm đo lượng mưa, trạm mực nước, video giám sát, v.v
Theo cách đánh giá của Trung
Quốc: Hồ chứa phải có Phần
4- Có đầy đủ hệ thống quan trắc, giám sát
KINH NGHIỆM VẬN HÀNH HỒ CHỨA Ở TRUNG QUỐC
Trang 7•B- Đập có phần mềm tốt
•1- Kế hoạch vận hành hồ chứa có được
chuẩn bị hay không?
•2- Cơ quan quản lý hồ chứa có tiến hành
diễn tập điều độ hồ chứa theo đúng
phương án vận hành điều độ hồ chứa
không?
•3- Nhân viên quản lý vận hành hồ chứa có
vận hành các cửa, thiết bị đóng mở,
theo đúng các quy định và hướng dẫn vận
hành liên quan không?
•4- Liệu người có trách nhiệm có thể mô tả
bằng lời về thời gian và nội dung chính của
cuộc diễn tập hay không, v.v.
Flood control emergency response exercise
Quy trình vận hành hồ/liên hồ phải được phê duyệt và công bố rộng rãi
KINH NGHIỆM VẬN HÀNH HỒ CHỨA Ở TRUNG QUỐC
Trang 8C- Đập được bảo trì tốt
Flood control emergency response exercise
Thiết bị quan trắc lắp trên đập
Đập, tường chắn sóng, mái thượng
lưu ở tình trạng tốt Tràn xả lũ và thiết bị vận hành
Cống lấy nước Thiết bị phục vụ quản lý, vận
Các biển báo, cảnh báo
KINH NGHIỆM VẬN HÀNH HỒ CHỨA Ở TRUNG QUỐC
Trang 9KINH NGHIỆM NHẬT
BẢN
Quản lý an toàn đập được đánh giá qua các mặt: (1) Kiểm soát xả
nước (bao gồm kiểm soát việc xả lũ bảo đảm an toàn cho đập và
kiểm soát xả lũ bảo đảm an toàn cho hạ du); (2) Mỗi con đập có
QTVH bắt buộc phải tuân thủ nhằm đạt được mục đích thiết kế
Những nội dung chính của QTVH phải bao gồm:
(i)Quy trình tích nước, cấp nước và xả lũ;
(ii)Quan trắc và xử lý số liệu quan trắc công trình;
(iii)Quan trắc KTTV chuyên dùng và bảo trì công trình;
(iv)Quy định cảnh báo dân cư vùng hạ du trước khi xả lũ;
(v)Quy định trách nhiệm của các bên liên quan trong quản lý an toàn
đập.
Luật Tài nguyên nước của Nhật quy định phải thành lập Hội đồng
những người sử dụng nước Hội đồng bao gồm: cơ quan quản lý
nguồn nước và những hộ dùng nước vào mùa kiệt Hội đồng sẽ
thuơng thảo với những người dùng nước về biện pháp sử dụng
nước tiết kiệm khi dự đoán nước đến sẽ bị thiếu hụt Hội đồng
những người sử dụng nước xác định lượng nước cần tiết kiệm đối
với mỗi hộ sử dụng sao cho phù hợp với lượng nước hồ chứa có
được Đây là một phần của hoạt động quản lý rủi ro thiên tai
Về mùa lũ, Chủ đập cần cảnh báo cho cư dân và các cơ quan vùng hạ lưu các thông tin sau:
-Xả tràn (1h trước khi xả); Theo kinh nghiệm của Nhật Bản, khi mưa khu vực hồ chứa trên 30mm/giờ và trên 80mm/ngày, tổ chức khai thác hồ chứa phải đặt trong tình trạng báo động 1 -Khi tăng mức xả so với thông thường làm mực nước hạ lưu tăng đột ngột (1h trước khi xả) Trong phương pháp nhất tỷ nhất lượng (Hình 6d) lưu lượng xả lũ tăng dần theo một góc nhỏ hơn góc dốc của đường cong quá trình lũ vào hồ Góc dốc này được tính toán cho từng hồ dựa trên phân tích mặt cắt ở các điểm chuẩn tại hạ lưu của hồ sao cho trong quá trình xả lũ ban đầu mực nước không dâng đột ngột hơn 30 đến 50 cm trong vòng 30 phút tùy vào điều kiện cụ thể Điều này đảm bảo cho một đứa trẻ đang lội trong lòng sông kịp thoát lên bờ trước khi nước ngập tới đầu mình hay các tàu thuyền, cầu phao, ngầm tràn công trình trên sông không bị ảnh hưởng tiêu cực trước khi con người nhận ra nguy hiểm của tác động xả lũ để kịp lánh nạn Khi lũ đạt đỉnh lưu lượng xả sẽ là hằng số để cắt giảm lượng nước về hạ du phòng chống ngập lụt.
-Khi xả lũ khẩn cấp (1h trước khi xả) chủ đập cần thông báo cho
cư dân và các cơ quan vùng hạ du bằng các biện pháp phù hợp Với cư dân bằng loa, còi Với cơ quan bằng văn bản (qua facimile, email) Gần đây còn sử dụng thông báo/cảnh báo trên điện thoại di động.
Trang 10Thành tựu trong vận hành hồ chứa ở Việt Nam
Cấp nước
Hiện nay cả nước có 6.750 hồ chứa thủy lợi với tổng dung tích trữ
khoảng 14,5 tỷ m3 đã tạo nguồn nước tưới cho gần 1,1 triệu ha
đất nông nghiệp, cấp khoảng 1,5 tỷ m3 nước cho sinh hoạt, công
nghiệp, giữ vai trò quan trọng trong sự phát triển của ngành nông
nghiệp và của nền kinh tế
- Về mùa khô, tổng lượng nước mà các hồ chứa thuỷ điện xả
xuống hạ du 11 lưu vực sông lớn trong mùa cạn khoảng 53 tỷ m3,
riêng khu vực Miền trung và Tây nguyên các hồ đã xả xuống hạ du
khoảng 15,4 tỷ m3 Các hồ chứa trên bậc thang sông Đà hàng năm
xả 5-7 tỷ m3 (thường là 3 đợt/năm) để cấp nước cho vụ
Đông-Xuân[ Nguồn: Báo cáo Quy hoạch thiên tai và thuỷ lợi đến 2030 và
tầm nhìn đến 2045, Viện Quy hoạch thuỷ lợi.] cho đồng bằng Sông
Hồng
Cắt giảm lũ:
Với 11 liên hồ chứa lớn (với tổng dung tích khoảng 53 tỷ m3) gồm: sông Hồng, Mã, Cả, Hương, Vu Gia-Thu Bồn, Trà Khúc, Kôn-Hà Thanh, Ba, Sê San, Srê Pốk và Đồng Nai, tổng cộng 129 hồ chứa thủy điện, thủy lợi lớn nhỏ tham gia điều tiết, vận hành để cắt giảm lũ và cấp nước mùa khô
Với lưu vực sông Hồng-Thái Bình khả năng cắt giảm lũ có chu kỳ lặp lại nhỏ hơn hoặc bằng 300 năm, giữ mực nước sông Hồng tại Hà Nội không vượt quá cao trình 13,1m và kiểm soát các trận lũ tại Sơn Tây có chu kỳ lặp lại nhỏ hơn hoặc bằng 500 năm, giữ mực nước sông Hồng tại Hà Nội không vượt quá cao trình 13,4m Tổng dung tích phòng lũ
10 lưu vực sông còn lại là 3,9 tỷ m3, chiếm 22,2% tổng dung tích hữu ích và có thể tối đa đạt 5 tỷ m3, chiếm 28%
Trang 11Thách thức trong vận hành hồ chứa ở Việt Nam
1- Việc trong cùng một hệ thống sông có nhiều hồ chứa do các chủ
sở hữu khác nhau quản lý (thuỷ lợi, thuỷ điện,…) nhưng không có
một phần mềm vận hành chung để phối hợp với nhau một cách
khoa học (ví dụ: hồ nào xả trước, hồ nào xả sau,….) đã gây khó khăn
lớn trong chỉ đạo phòng chống lũ
2- QTVH liên hồ hiện đang là vấn đề có nhiều ý kiến Hiện nay các
quy trình vận hành liên hồ chứa ở Việt Nam đều dựa vào mực nước
ở điểm chuẩn (thường là vị trí các trạm quan trắc thủy văn ở hạ du)
để quyết định ra phương thức điều tiết ở các hồ trên thượng lưu
3- Việc quyết định cắt và giảm lưu lượng lũ ở từng hồ trong từng
giai đoạn vận hành cũng trở nên phức tạp, không nhất quán và phụ
thuộc vào từng trường hợp, độ lớn của từng cơn lũ vì thế không dễ
chuẩn hóa được phương pháp vận hành
4- Biến đổi khí hậu và thiên taiVài năm gần đây, tác động tiêu cực của biến đổi khí hậu gây thiên tai liên tục ở nước ta Lũ lớn đã xảy ra ở miền Trung vào các năm 2015, 2016, 2017 và năm 2020 gây nhiều khó khăn cho việc vận hành hồ chứa, trước nguy cơ mất an toàn đập đã phải xả lũ bất thường, dư luận đánh giá không đúng
về hiệu quả của hồ chứa
5- Quan trắc và dự báoNăng lực dự báo mưa và dòng chảy đóng vai trò quan trọng trong công tác vận hành điều tiết hồ chứa Việc dự báo được lượng mưa trong ngắn hạn hàng giờ đến trung hạn vài ngày
sẽ cho phép tính toán được lưu lượng dòng chảy về hồ trong tương lai thông qua các mô hình mưa rào-dòng chảy Quy
mô cơn lũ, như tổng lượng và đỉnh lũ, sẽ được biết trước để quyết định vận hành hạ mực nước hồ phòng lũ
Trang 12Thách thức trong vận hành hồ chứa ở Việt Nam
6- Công cụ tính toán hỗ trợ vận hành
Hiện nay đa số các hồ đập lớn, hệ thống liên hồ chưa có công cụ
phần mềm tính toán chuyên dụng để vận hành theo yêu cầu của qui
trình Hầu hết các đơn vị vận hành hồ đập bằng những công cụ tính
toán đơn giản dạng bảng tính (do tư vấn hoặc đơn vị tự lập ra)
Để vận hành hồ chứa, đặc biệt là hệ thống liên hồ chứa ở Việt Nam,
cần có những công cụ và hệ thống kỹ thuật để vận hành theo yêu
cầu của quy trình Sau khi có thông tin về thời tiết như lượng mưa
cần xử lý các thông tin này bằng các mô hình toán để tính toán dự
báo lưu lượng về hồ
Việc không có công cụ để vận hành hiệu quả, an toàn đã khiến nhiều
chủ hồ vận hành theo cách "lái mù" tức là chỉ có duy nhất thông tin
mực nước trong vận hành lũ và đây là nguyên nhân rủi ro rất lớn
trong vận hành hồ đập khiến nhiều sự cố đã xảy ra
7- Nhân lực chất lượng cao hỗ trợ vận hành
Ở các nước, tại các Ban QL lưu vực sông có cơ quan chuyên môn hỗ trợ các chủ đập tính toán các kịch bản vận hành
Ở Việt Nam chưa có quy định pháp luật về sự tham gia của các Viện Trường trong việc hỗ trợ vận hành hồ chứa, liên hồ chứa Mặc dù việc đó đã triển khai trong thực tế
Trang 13TÍNH DÒNG CHẢY ĐẾN HỒ
Trang 14Phương pháp tính toán: Dựa trên phương trình cân bằng nước có thể tính toán xác định được quá trình
lưu lượng đến hồ theo tài liệu quan trắc mực nước hồ và tài liệu quan trắc lưu lượng nước ra khỏi hồ chứa Các bước tính toán có thể tham khảo ở TCVN 10778:2015- Hồ chứa nước- Xác định các mực nước đặc trưng.
Nguyên lý tính toán: Nguyên lý tính toán khôi phục lưu lượng đến hồ chứa trong giai đoạn vận hành
cũng vẫn dựa vào các phương trình cân bằng nước và sử dụng các quan hệ địa hình lòng hồ Z~V, Z~F và quan hệ mực nước ~ lưu lượng (Z~Q) hạ lưu đập.
Trang 15TÍNH DÒNG CHẢY ĐẾN HỒ
(I1) Lượng mưa trong lưu vực hồ chứa (đo đạc);
(I2) Nước ngoại lai vào hồ chứa (đo đạc-nếu cần thiết);
(I3) Lượng nước ngấm dưới đất cấp cho hồ chứa (đại lượng khó
xác định- cần tìm)
(O1) Bốc hơi mặt nước hồ chứa (chuyển đổi từ chỉ số bốc hơi
trong chậu sang bốc hơi mặt nước);
(O2) Tổn thất do ngấm lòng hồ và thấm qua đập (có thể bỏ qua).
(O3) Tổn thất do rò rỉ qua cống lấy nước (có thể bỏ qua nếu nhỏ)
(O4) Lượng nước lấy ra khỏi hồ qua cống (đo đạc hoặc lấy theo biểu đồ cấp nước)
(O5) Lượng nước chảy qua tràn (đo đạc mực nước trên tràn và tính theo công thức đập tràn)
(±ΔV): Dung tích hồ chứa thay đổi trong một thời đoạn (ΔT ) V): Dung tích hồ chứa thay đổi trong một thời đoạn (ΔT ) ): Dung tích hồ chứa thay đổi trong một thời đoạn (ΔV): Dung tích hồ chứa thay đổi trong một thời đoạn (ΔT ) T ) Dấu (+) nghĩa là nước đến lớn hơn nước đi, MN hồ dâng cao Gía trị này có được thông qua quan trắc mực nước hồ và tra trên quan hệ V): Dung tích hồ chứa thay đổi trong một thời đoạn (ΔT ) ~ Z.
Trang 16ƯỚC ĐOÁN DÒNG CHẢY ĐẾN HỒ BẰNG THỰC NGHIỆM
Lập quan hệ Z ~V~F
Ước đoán V ~ F theo lượng mưa năm Ước đoán V ~ F theo lượng mưa thời
đoạn (5 hoặc 6, 7 tháng)
Trang 17TÍNH TOÁN DÒNG CHẢY ĐẾN HỒ BẰNG MÔ HÌNH TOÁN
Trong thời kỳ đầu (khoảng năm 1960-1975), các phương pháp dự báo mưa-dòng chảy chủ yếu dựa trên các phân tích diễn biến lịch sử, đường cong lũy tích chu kỳ nguồn nước, phân tích xu thế
Từ năm 1975, công tác dự báo đã có nhiều bước tiến mới, ứng dụng các kỹ thuật máy tính phát triển các phương trình đơn lẻ phân tích thống kê các phương trình hồi quy tương quan dòng chảy với mưa và với các đặc trưng dòng chảy theo thời gian….Trong giai đoạn này, Sử dụng một số phương pháp dự báo biến động dòng chảy như:
Mô hình thống kê đa biến,
Mô hình nhận dạng,
Sử dụng hàm điều hòa,
Phân tích chuỗi thời gian như mô hình ARIMA,
Mô hình mạng thần kinh nhân tạo ANN…lập tương quan dòng chảy với dự báo dòng chảy tháng trong cả mùa
lũ và mùa cạn đã được sử dụng trên các lưu vực sông
Từ năm 1990, các mô hình toán thủy văn mưa rào dòng chảy, mô hình thủy lực được ứng dụng nhiều Ban đầu, các mô hình này được sử dụng dự báo dòng chảy hạn ngắn sau đó phát triển dần thành các mô hình dự báo hạn vừa 5-10 ngày và dự báo hạn tháng với đầu vào là các trường mưa dự báo hạn vừa và hạn dài
Từ kết quả tính toán trên mô hình, tư vấn có trách nhiệm lập Biểu đồ điều phối nước hồ chứa
Trang 18TÍNH TOÁN DÒNG CHẢY ĐẾN HỒ BẰNG MÔ HÌNH TOÁN
Trang 19VẬN HÀNH HỒ CHỨA THEO THƠI GIAN THỰC
Vận hành điều tiết hồ chứa theo thời gian thực là phương pháp vận hành
dựa trên khả năng quan trắc và tính toán các yếu tố khí tượng thủy văn
như lượng mưa trên lưu vực hay lưu lượng dòng chảy về hồ theo thời gian
thực
Tùy vào độ lớn của sự kiện mưa lũ, tần suất quan trắc hay tính toán cần
thiết có thể từ một chục phút cho đến hàng giờ Khi nắm bắt được các
thông tin về mưa và lưu lượng theo thời gian thực, hồ chứa có thể được
điều tiết sử dụng các phương pháp hữu hiệu để kiểm soát mực nước hồ
chứa bảo đảm an toàn cho đập cũng như kiểm soát lưu lượng xả ra khỏi hồ
chứa không gây ra lũ nhân tạo cho hạ du
Đối vớicác hồ chứa có khả năng cắt giảm lũ, sử dụng tốt các phương pháp
điều tiết sẽ khống chế được nguy cơ mực nước dâng đột ngột ở hạ lưu gây
nguy hiểm đến tính mạng con người và thiệt hại tài sản cũng như giảm
nguy cơ ngập lụt cho vùng hạ du