Nghiên cứu cơ sở khoa học phục vụ vận hành hệ thống liên hồ chứa kiểm soát lũ lưu vực sông ba

Tác gi xin tỏ lòng biết n đến các th y, cô, chú và các chuyên gia trong nhóm thực hiện quy trình vận hành liên hồ ch a thu c B Tài nguyên và Môi tr ng đư định h ng nghiên c u trong quá t

VI N KHOA H C

-

LƯU VỰC SÔNG BA

LU N ÁN TI N S KHOA H CăTRỄIăĐ T

Hà N i - 2016

VI N KHOA H C

  

L I CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đơy lƠ công trình nghiên c u nghiêm túc c a tôi Các số liệu, tƠi liệu vƠ kết qu nghiên c u nêu trong luận án lƠ trung thực

Tác gi luận án

L ngăH uăDǜng

L I C M N

Biến đổi khí hậu, B TƠi nguyên vƠ Môi tr ng đư t o mọi điều kiện để luận án

đ c hoàn thành

Tác gi xin bày tỏ lòng biết n sơu sắc đến GS.TS Ngô Đình Tu n,

tình trong suốt quá trình nghiên c u và hoàn thành luận án

Tác gi xin tỏ lòng biết n đến các th y, cô, chú và các chuyên gia trong

nhóm thực hiện quy trình vận hành liên hồ ch a thu c B Tài nguyên và Môi

tr ng đư định h ng nghiên c u trong quá trình thực hiện

Lòng biết n sơu sắc cũng xin gửi đến b n bè, đồng nghiệp, gia đình lƠ

nguồn đ ng viên giúp tác gi v t qua những khó khăn trong công tác, học tập

và nghiên c u để hoàn thành luận án

Tuy nhiên, luận án chắc chắn còn thiếu sót, tác gi r t mong nhận đ c

những ý kiến đóng góp vƠ chơn thƠnh c m n

Tác gi luận án

L ngăH uăDǜng

M C L C

M C L C I

M C L C B NG III

M C L C HÌNH V DANH M C CÁC CH VI T T T VIII

M Đ U 1

1.1 Tính c p thi t c a lu n án 1

1.2 M c tiêu nghiên c u c a lu n án 2

1.3.ăĐ iăt ng và ph m vi nghiên c u 2

1.4 Nhi m v nghiên c u 2

1.5.ăụănghĩaăkhoaăh c và th c ti n c a lu n án 2

1.6 Ph ngăphápăti p c n khoa h c 3

1.7 Nh ngăđóngăgópămới c a lu n án 4

1.8 C u trúc c a lu n án 4

CH NGă1.ăT NG QUAN NGHIÊN C U V N HÀNH H CH A 5

1.1.ăĐặcăđi m chung c a v n hành liên h ch a 5

1.2 Các nghiên c u trên th gi ới 6

1.3 Các nghiên c u Vi t Nam 13

1.4 K t lu năch ngă1 25

CH NGă2.ăTHI T L P BÀI TOÁN V N HÀNH LIÊN H CH A KI M SOÁT LǛăL UăV C SÔNG BA 28

2.1 M t s đặcăđi măkhíăt ng th yăvĕnătrênăl uăv c sông Ba 28

2.1.1 Đặc điểm mưa, nhiệt độ và bốc hơi 30

2.1.2 Đặc điểm thủy văn 33

2.2 Th c tr ng khai thác s d ngăn ớcăvƠăphòngălǜătrênăl uăv c sông Ba 38

2.2.1 Hệ thống công trình hồ thủy lợi, thủy điện trên lưu vực sông Ba và hiện trạng vận hành 38

2.2.1.1 Hồ Ayun Hạ 41

2.2.1.2 Cụm hồ An Khê -Ka Nak 42

2.2.1.3 Hồ Sông Ba Hạ 43

2.2.1.4 Hồ Sông Hinh 44

2.2.1.5 Hồ Krông H’năng 44

2.2.2 Yêu cầu phòng lũ trên lưu vực sông Ba 45

2.2.3 Quy trình vận hành hồ chứa hiện có trên lưu vực sông Ba 49

2.3 Thi t l p bài toán v n hành liên h ch a c t gi mălǜăl uăv c sông Ba 52

2.3.1 Nguyên tắc vận hành liên hồ chứa cắt giảm lũ lưu vực sông Ba 52

2.3.2 Thiết lập bộ công cụ mô hình toán phục vụ bài toán vận hành liên hồ chứa cắt giảm lũ 55

2.3.2.1 Mô hình vận hành hồ 58

2.3.2.2 Mô hình thủy lực Mike 11 63

2.4 K t lu năch ngă2 66

CH NGă3.ăC ăS KHOA H C VÀ TH C TI N V N HÀNH LIÊN H CH A C T GI MăLǛăL UăV C SÔNG BA 68

3.1 Nghiên c uăxácăđ nhăđi m ki m soát v n hành liên h ch aătrênăl uăv c sông Ba 68

3.2 Nghiên c u phân chia th i k ỳ v n hành liên h ch a 71

3.3 Nghiên c u g ặp g dòng ch yălǜăcácănhánhăsôngătrênăl uăv c sông Ba 80

3.4 Nghiên c uăđi u ch nh nhi m v các h ch aăvƠăđ xu t ph i h p v n hành liên h ch a c t gi mălǜătrênăl uăv c sông Ba 86

3.4.1 Đề xuất nguyên tắc cắt giảm lũ hệ thống liên hồ, đảm bảo an toàn hạ du và đảm bảo hiệu quả phát điện của các hồ 86

3.4.1.1 Xác định nguyên tắc cắt giảm lũ hệ thống liên hồ 87

3.4.1.2 Đề xuất dung tích chứa lũ của các hồ 96

3.4.1.3 Lựa chọn dung tích đón/phòng lũ của các hồ 105

3.4.2 Đề xuất các bước vận hành các hồ cắt giảm lũ cho hạ du 117

3.5 K t lu năch ngă3 119

CH NGă4.ăPHỂNăTệCH, ĐỄNHăGIỄăK T QU V N HÀNH LIÊN H CH A C T GI MăLǛăVÀăĐ XU T N I DUNG V N HÀNH LIÊN H CH A C T GI MăLǛăL UăV C SÔNG BA 121

4.1.ăĐánhăgiáăv n hành liên h ch a ki măsoátălǜăthôngăquaăv n hành c t gi mălǜă các tr nălǜăđi n hình 121

4.1.1 Phương thức vận hành liên hồ chứa cắt giảm lũ hạ du 121

4.1.2 Kết quả vận hành liên hồ chứa cắt giảm lũ hạ du 123

4.2 C i ti n n i dung v n hành liên h ch aămùaălǜ 139

4.3 K t lu năch ngă4 140

K T LU N VÀ KI N NGH 141

DANH M C CÁC CÔNG TRÌNH C A TÁC GI ĐÃăCỌNGăB 144

TÀI LI U THAM KH O 145

PH L C 151

M C L C B NG

B ng 2.1 Thông s chính các h trênăl uăv c sông Ba 41

B ng 2.2 K t qu hi u ch nh, ki măđ nh mô hình v n hành h 61

B ng 2.3 K t qu hi u ch nh và ki măđ nh mô hình th y l c 65

B ng 3.1 Tiêu chí phân lo i c p b áoăđ ngălǜ 70

B ng 3.2 M căn ớcăt ngă ng với các c păbáoăđ ngălǜăt i các tr m th yăvĕnătrênă l uăv c sông Ba [27] 70

B ng 3.3 L uăl ng ng với các c păbáoăđ ngălǜ 71

B ng 3.4 M căn ớc (cm) t i các tr m th yăvĕnă ng với các t n su t 74

B ng 3.5 K t qu phân k ỳ lǜăt i các tr m th yăvĕn 75

B ng 3.6 G ặp g dòng ch y tr m Ayun Pa vớiăth ngăl u 81

B ng 3.7 G ặp g dòng ch y tr m C ngăS năvới tr m Ayun Pa 82

B ng 3.8 G ặp g dòng ch y tr m Phú Lâm với tr m C ngăS n 83

B ng 3.9 Đặcătr ngăm căn ớc,ăl uăl ng tr m An Khê 93

B ng 3.10 Đặcătr ngăm căn ớc,ăl uăl ng tr m Ayun Pa 93

B ng 3.11 Đặcătr ngăm căn ớc,ăl uăl ng tr m C ngăS n 94

B ng 3.12 B ng t ng h p x h Ka Nak 98

B ng 3.13 B ng t ng h p x h Ayun H 98

B ng 3.14 Dung tích yêu c uăphátăđi n và dung tích c n x đ phòngălǜăc a các h 104

B ng 3.15 DungătíchăphòngălǜăvƠăs ngày x phátăđi năđ aăm căn ớc h v m c n ớcăphòngălǜ 104

B ng 3.16 S tr nălǜăt i các tr m 105

B ng 3.17 M căn ớc cho phép và dung tích h đón/phòngălǜăđ xu t 116

B ngă4.1.ăĐi u ki n ràng bu c v n hành c a các h 122

B ngă4.2.ăĐặcătr ngăc a các tr nălǜăđi năhìnhăđ n h [30] 123

B ngă4.3.ăĐặcătr ngălǜălớnăđi năhìnhătrênăl uăv c sông Ba [30] 126

B ng 4.4 Dung tích c t gi mălǜăc a các h (tri u m 3 ) 128

B ng 4.5 Hi u qu c t gi mălǜăc a các tr m (m) 128

B ng PL 2.1 Đặcătr ngădòngăch y tr m An Khê (m 3 /s) 152

B ng PL 2.2 Đặcătr ngădòngăch y tr m C ngăS nă(m 3 /s) 153

B ng PL 2.3 Đặcătr ngăm căn ớcătrongămùaălǜă(cm)ătr m th yăvĕnăAnăKhê 154

B ng PL 2.4 Đặcătr ngăm căn ớcătrongămùaălǜă(cm)ătr m th yăvĕnăAyunăPa 156

B ng PL 2.5 Đặcătr ngăm căn ớcătrongămùaălǜă(cm)ătr m th yăvĕnăC ngăS n157

B ng PL 2.6 Đặcătr ngăm căn ớcătrongămùaălǜă(cm)ătr m th yăvĕnăPhúăLơm158

B ng PL 2.7 Thông s h ch a th y l i, th yăđi n trên dòng chính sông Ba [30]160

B ng PL 3.1 M căn ớcăđ nhălǜăcácăconălǜăt i các tr m th yăvĕnătrênăl uăv c sông

Ba 161

B ng PL 3.2 Phơnătíchăđ ng b lǜăgi a tr m C ngăS năvƠătr m Sông Hinh 169

B ng PL 3.3 Đặcătr ngăH max t i các tr mătrênăl uăv c sông Ba 173

B ng PL 3.4 B ng t ng h p kh nĕngăx n ớc h Ka Nak ng vớiăchơnălǜăth p179 B ng PL 3.5 B ng t ng h p kh nĕngăx n ớc h Ka Nak ng vớiăchơnălǜătrungă bình 180

B ng PL 3.6 B ng t ng h p kh nĕngăx n ớc h Ka Nak ng vớiăchơnălǜăcao182 B ng PL 3.7 B ng t ng h p kh nĕngăx n ớc h Ayun H ng vớiăchơnălǜăth p183 B ng PL 3.8 B ng t ng h p kh nĕngăx n ớc h Ayun H ng vớiăchơnălǜătrungă bình 185

B ng PL 3.9 B ng t ng h p kh nĕngăx n ớc h Ayun H ng vớiăchơnălǜăcao186 B ng PL 3.10 B ng t ng h p kh nĕngăx n ớc h Sông Ba H ng vớiăchơnălǜă th p 188

B ng PL 3.11 B ng t ng h p kh nĕngăx n ớc h Sông Ba H ng vớiăchơnălǜă trung bình 189

B ng PL 3.12 B ng t ng h p kh nĕngăx n ớc h Sông Ba H ng vớiăchơnălǜă cao 191

B ng PL 3.13 L ng tr và kh nĕngăx c a h Ka Nak 193

B ng PL 3.14 L ng tr và kh nĕngăx c a h Ayun H 193

B ng PL 3.15 L ng tr và kh nĕngăx c a h Sông Ba H 194

B ng PL 3.16 L ng tr và kh nĕngăx c a h KrôngăH’nĕng 194

B ng PL 3.17 L ng tr và kh nĕngăx c a h Sông Hinh 194

B ng PL 3.18 Đặcătr ngăt ngăl ngăđ n h Ka Nak 195

B ng PL 3.19 Đặcătr ngăt ngăl ngăđ n h Ayun H 196

B ng PL 3.20 Đặcătr ngăt ngăl ngăđ n h KrôngăH’nĕng 197

B ng PL 3.21 Đặcătr ngăt ngăl ngăđ n h Sông Ba H 198

B ng PL 3.22 Đặcătr ngăt ngăl ngăđ n h Sông Hinh 199

M C L C HỊNH

Hình 2.1 B năđ l uăv c sông Ba 29

Hình 2.2 Phân ph iăm aăthángănĕmăcácătr m 32

Hình 2.3 Phân ph i dòng ch y trung bình tháng t i m t s tr m th yăvĕn 33

Hình 2.4 T l dòng ch yămùaălǜăvƠămùaăc n t i tr m Ayun H 34

Hình 2.5 T l dòng ch yămùaălǜăvƠămùaăc n t i tr m An Khê 34

Hình 2.6 T l dòng ch yămùaălǜăvƠămùaăc n t i tr m Sông Hinh 35

Hình 2.7 T l dòng ch yămùaălǜăvƠămùaăc n t i tr m C ngăS n 35

Hình 2.8 Đặcătr ngăm căn ớc tr m An Khê 36

Hình 2.9 Đặcătr ngăm căn ớc tr m Ayun Pa 37

Hình 2.10 Đặcătr ngăm căn ớc tr m C ngăS n 37

Hình 2.11 Đặcătr ngăm căn ớc tr m Phú Lâm 38

Hình 2.12 S ăđ h th ng công trình trênăl uăv c sông Ba 40

Hình 2.13 M căn ớc trung bình ngày từngănĕmăh Auyn H 41

Hình 2.14 Di n bi năl uăl ng x c m h An Khê - Ka Nak 42

Hình 2.15 Di n bi n m căn ớc,ăl uăl ng h Ka Nak 43

Hình 2.16 Di n bi n m căn ớc c a h Sông Ba H 43

Hình 2.17 Di n bi n m căn ớc,ăl uăl ng h Sông Hinh 44

Hình 2.18 Di n bi n m căn ớc,ăl uăl ng h KrôngăH’nĕng 45

Hình 2.19 Đặcătr ngăt ngăl ngălǜăt i tr m th yăvĕnăAnăKhê 46

Hình 2.20 Đặcătr ngăt ngăl ngălǜăt i tr m th yăvĕnăC ngăS n 47

Hình 2.21 S ăđ h th ng sông Ba trong bài toán c t gi mălǜ 48

Hình 2.22 Hi n tr ng v n hành h ch aătrênăl uăv c sông Ba 51

Hình 2.23 S ăđ v n hành liên h ch aăl uăv c sông Ba 54

Hình 2.24 S ăđ nguyên t căxácăđ nhăc ăs khoa h c và th c ti n c t gi mălǜ 55

Hình 2.25 S ăđ b công c mô hình toán ph c v bài toán v n hành liên h ch a c t gi mălǜ 57

Hình 2.26 Mô ph ng dòng ch yălǜăt i tr m th yăvĕnăAnăKhêănĕmă1988 61

Hình 2.27 Mô ph ng dòng ch yălǜăt i tr m th yăvĕnăAyunăPaănĕmă1988 62

Hình 2.28 Mô ph ng dòng ch yălǜăt i tr m th yăvĕnăC ngăS nănĕmă1988 62

Hình 2.29 Mô ph ng dòng ch yălǜăt i tr m th yăvĕnăAnăKhêănĕmă1993 62

Hình 2.30 Mô ph ng dòng ch yălǜăt i tr m th yăvĕnăAyunăPaănĕmă1993 63

Hình 2.31 Mô ph ng dòng ch yălǜăt i tr m th yăvĕnăC ngăS nănĕmă1993 63

Hình 2.32 M ng mô hình thu l c sông Ba 65

Hình 2.33 Quáătrìnhăđ ng m căn ớc tính toán và th căđoătr măPhúăLơmănĕmă

1993 66

Hình 2.34 Quáătrìnhăđ ng m căn ớc tính toán và th căđoătr măPhúăLơmănĕmă 2005 66

Hình 3.1 Phân k ỳ lǜăt i tr m th yăvĕnăAnăKhêătheoăt n su t 78

Hình 3.2 Phân k ỳ lǜăt i tr m th yăvĕnăAyunăPaătheoăt n su t 78

Hình 3.3 Phân k ỳ lǜăt i tr m th yăvĕnăAnăKhêătheo c păbáoăđ ngălǜ 78

Hình 3.4 Phân k ỳ lǜăt i tr m th yăvĕnăAyunăPaătheoăc păbáoăđ ngălǜ 78

Hình 3.5 Phân k ỳ lǜăt i tr m th yăvĕnăC ngăS nătheoăt n su t 79

Hình 3.6 Phân k ỳ lǜăt i tr m th yăvĕnăPhúăLơmătheoăt n su t 79

Hình 3.7 Phân k ỳ lǜăt i tr m th yăvĕnăC ngăS nătheoăc păbáoăđ ngălǜ 79

Hình 3.8 Phân k ỳ lǜăt i tr m th yăvĕnăPhúăLơmătheoăc păbáoăđ ngălǜ 79

Hìnhă3.9.ăĐ ngăquáătrìnhălǜăm t s nĕmăđi n hình 85

Hình 3.10 Quá trình m căn ớc trung bình ngày ch ng ch p t i tr m An Khê 89

Hình 3.11 Quá trình m căn ớc trung bình ngày ch ng ch p t i tr m Ayun Pa 90 Hình 3.12 Quá trình m căn ớc trung bình ngày ch ng ch p t i tr m C ngăS n91 Hìnhă3.13.ăS ăđ minh h aăxácăđ nh nguyên t c v n hành x n ớc t o dung tích c tălǜăc a các h 95

Hình 3.14 Quan h gi a dung tích tr lǜăvƠăm căn ớc h Ka Nak 96

Hình 3.15 Quan h gi a dung tích tr lǜăvƠăm căn ớc h Ayun H 97

Hình 3.16 T ngăl ngăn ớcăđ n và nhu c uăphátăđi n h KrôngăH’nĕng 101

Hình 3.17 T ngăl ngăn ớc và nhu c uăphátăđi n h Sông Ba H 102

Hình 3.18 T ngăl ngăn ớcăđ n và nhu c uăphátăđi n h Sông Hinh 103

Hình 3.19 Quan h gi a dung tích tr lǜăvƠăm căn ớc h Sông Ba H 107

Hình 3.20 Quan h gi a dung tích tr lǜăvƠăm căn ớc h KrôngăH’nĕng 108

Hình 3.21 Quan h gi a dung tích tr lǜăvƠăm căn ớc h Sông Hinh 108

Hình 3.22 Quá trình m căn ớcătrungăbìnhăngƠyăcácănĕmătr m An Khê 109

Hình 3.23 Quá trình m căn ớcătrungăbìnhăngƠyăcácănĕmătr m Ayun Pa 110

Hình 3.24 Quá trình m căn ớcătrungăbìnhăngƠyăcácănĕmătr m C ngăS n 111

Hình 3.25 Quá trình m căn ớcătrungăbìnhăngƠyăcácănĕmătr m Phú Lâm 112

Hìnhă3.26.ăĐặcătr ngăm căn ớc lớn nh t tháng 11, 12 t i các tr m th yăvĕn 113

Hìnhă3.27.ăĐặcătr ngăt ngăl ngăđ n h KrôngăH’nĕng 114

Hìnhă3.28.ăĐặcătr ngăt ngăl ngăđ n h Sông Ba H 114

Hìnhă3.29.ăĐặcătr ngăt ngăl ngăđ n h Sông Hinh 115

Hìnhă3.30.ăĐặcătr ngăt ngăl ngăđ n h Ka Nak 115

Hình 3.31 Đặcătr ngăt ng l ngăđ n h Ayun H 116

Hìnhă3.32.ăTácăđ ngăđi u ti t c a h Ka Nak, Ayun H lênălǜăđ n h Sông Ba H 118

Hìnhă4.1.ăS ăđ v n hành liên h c t gi mălǜăh du 122

Hìnhă4.2.ăQuáătrìnhălǜăđ n h Ka Nak [30] 124

Hìnhă4.3.ăQuáătrìnhălǜăđ n h Ayun H [30] 124

Hìnhă4.4.ăQuáătrìnhălǜăđ n h KrôngăH’nĕngă[30] 125

Hìnhă4.5.ăQuáătrìnhălǜăđ n h Sông Hinh [30] 125

Hình 4.6 K t qu v n hành c t gi mălǜăc m h An Khê - KaăNakănĕmă1981 129

Hình 4.7 K t qu v n hành c t gi mălǜăh Ayun H nĕmă1981 129

Hình 4.8 K t qu v n hành c t gi mălǜăh KrôngăH’nĕngănĕmă1981 130

Hình 4.9 K t qu v n hành c t gi mălǜăh Sông Ba H nĕmă1981 130

Hình 4.10 K t qu v n hành c t gi mălǜăh SôngăHinhănĕmă1981 131

Hình 4.11 K t qu v n hành c t gi mălǜăc m h An Khê - KaăNakănĕmă1988 131 Hình 4.12 K t qu v n hành c t gi mălǜăh Ayun H nĕmă1988 132

Hình 4.13 K t qu v n hành c t gi mălǜăh KrôngăH’nĕngănĕmă1988 132

Hình 4.14 K t qu v n hành c t gi mălǜăh Sông Ba H nĕmă1988 133

Hình 4.15 K t qu v n hành c t gi mălǜăh SôngăHinhănĕmă1988 133

Hình 4.16 K t qu v n hành c t gi mălǜăc m h An Khê - KaăNakănĕmă1993 134 Hình 4.17 K t qu v n hành c t gi mălǜăh Ayun H nĕmă1993 134

Hình 4.18 K t qu v n hành c t gi mălǜăh KrôngăH’nĕngănĕmă1993 135

Hình 4.19 K t qu v n hành c t gi mălǜăh Sông Ba H nĕmă1993 135

Hình 4.20 K t qu v n hành c t gi mălǜăh SôngăHinhănĕmă1993 136

Hình 4.21 K t qu v n hành c t gi mălǜăc m h An Khê - KaăNakănĕmă2009 136 Hình 4.22 K t qu v n hành c t gi mălǜăh Ayun H nĕmă2009 137

Hình 4.23 K t qu v n hành c t gi mălǜăh KrôngăH’nĕngănĕmă2009 137

Hình 4.24 K t qu v n hành c t gi mălǜăh Sông Ba H nĕmă2009 138

Hình 4.25 K t qu v n hành c t gi mălǜăh SôngăHinhănĕmă2009 138

GIS Hệ thống thông tin địa lý

TBNN Trung bình nhiều năm

TTDT Thuật toán di truyền

M Đ U

Năm 2010, Chính ph đư ban hƠnh quyết định số 1879/QĐ-TTg phê duyệt

danh m c các hồ ch a th y điện, th y l i trên các l u vực sông ph i xây dựng

quy trình vận hành liên hồ ch a [28] Theo đó, có 61 hồ ch a th y l i, th y điện

l n trên 11 l u vực sông ph i xây dựng và vận hành theo quy trình vận hành liên

hồ ch a, gồm: sông Hồng, sông Mã, sông C , sông H ng, sông Vu Gia-Thu

Bồn, sông Trà Khúc, sông Kôn - HƠ Thanh, sông Ba, sông Đồng Nai, sông Sê

San và sông Srêpôk Hiện nay, B TƠi nguyên vƠ Môi tr ng đư xơy dựng xong

Quy trình c a 11 l u vực sông này mà tác gi luận án là 1 trong những thành

viên c a nhóm thực hiện xây dựng Quy trình Sông Ba, sông Vu Gia-Thu Bồn,

sông C và Sông Hồng Trên thực tế, việc dự báo th y văn, ph c v bài toán vận

hành hồ vẫn còn nhiều h n chế gơy khó khăn cho việc vận hành, vì vậy để dành

dung tích hồ ch a cho cắt gi m lũ, từ năm 2014 t t c các Quy trình vận hành

liên hồ ch a mùa lũ đều quy định m t giá trị dung tích c a hồ trong suốt mùa lũ

Do đó, có thể dẫn đến sử d ng n c không hiệu qu trong mùa lũ, xác su t các

hồ không tích đ n c vào cuối mùa lũ để c p n c trong mùa c n là r t cao (do

hồ ph i duy trì mực n c để đón lũ trong suốt mùa lũ) Cuối năm 2015, tr c

tình hình thiếu h t dòng ch y mùa lũ, l ng trữ c a các hồ trong và cuối mùa lũ

trên h u hết các con sông thu c tỉnh Qu ng Nam, Gia Lai, Kon Tum, Phú Yên

và thành phố ĐƠ Nẵng [55], B TƠi nguyên vƠ Môi tr ng đư gửi công văn đến

các tỉnh vƠ đ n vị liên quan yêu c u vận hành các hồ đ m b o nguồn n c cho

h du trong mùa c n năm 2016 [53] Nh vậy, có thể th y việc duy trì dung tích

ph c v cắt gi m lũ trong suốt mùa lũ đối v i t t c các hồ sẽ có thể dẫn đến không đem l i hiệu qu sử d ng n c cho từng hồ hoặc hệ thống hồ Trên c s

đó luận án đặt ra m c tiêu nghiên c u đ a ra c s khoa học cho việc vận hành

hệ thống liên hồ ch a kiểm soát lũ, đ m b o hài hòa giữa m c tiêu cắt gi m lũ,

an toàn h du v i hiệu qu sử d ng n c trên l u vực sông Ba

1.2. M c tiêu nghiên c u c a lu n án

1 Xác lập đ c c s khoa học và thực tiễn để xây dựng quy tắc vận hành

liên hồ ch a cắt gi m lũ h l u sông Ba v i ph ng chơm an toàn h du và đ m

b o hiệu qu sử d ng n c

2 Đề xu t n i dung Quy trình vận hành liên hồ ch a cắt gi m lũ h du

Đối t ng nghiên c u c a luận án là hệ thống 6 hồ ch a (Ka Nak, An

n c trên l u vực sông Ba Luận án tập trung vào nghiên c u xác định nguyên

tắc vận hành hệ thống liên hồ ch a kiểm soát lũ, an toàn h du và đ m b o hiệu

qu sử d ng n c

1.Tổng quan các nghiên c u đư có để đ a ra định h ng nghiên c u

2.Phơn tích đặc điểm khí t ng th y văn trên l u vực sông Ba ph c v

lập Quy trình vận hành liên hồ kiểm soát lũ

3.Phân tích hiện tr ng vận hành c a các hồ ch a trên l u vực sông Ba

4.Thiết lập bài toán vận hành liên hồ ch a cắt gi m lũ h du

- Xác định quy luật gặp gỡ dòng ch y các nhánh sông vƠ vai trò điều tiết

dòng ch y c a các hồ th ng l u v i h l u ph c v việc phối h p vận hành liên

hồ cắt gi m lũ l u vực sông Ba;

- Đề xu t quy tắc vận hành, phối h p cắt gi m lũ c a từng hồ, c m hồ

đ m b o an toàn h du và đ m b o hiệu qu sử d ng n c;

- Xác định dung tích c a từng hồ tham gia gi m lũ cho h du

2.ăụănghĩaăth c ti n:

- Xác định vai trò c a từng hồ, hệ thống hồ trong vận hành hệ thống liên

hồ ch a kiểm soát lũ l u vực sông Ba;

- Đề xu t quy tắc x n c t o dung tích ch a lũ không gây tác đ ng tiêu cực

cho h du;

- Góp ph n điều chỉnh n i dung vận hành trong Quy trình vận hành liên

hồ ch a trên l u vực sông Ba

Các ph ng pháp đ c sử d ng trong luận án bao gồm:

1 Ph ng pháp điều tra thực địa: Ph ng pháp nƠy đ c sử d ng để điều

tra, thu thập các số liệu, tài liệu trên l u vực (số liệu khí t ng th y văn, nhu c u

sử d ng n c, số liệu vận hành hồ ch aầ), thực tiễn vận hành c a các hồ và

tình hình khai thác sử d ng n c trên l u vực

2 Ph ng pháp phơn tích, thống kê, kế thừa có chọn lọc các tài liệu đư có

nhằm tập h p, phơn tích đánh giá các số liệu, tài liệu và v n đề khai thác sử d ng

n c trên l u vực sông Baầ

3 Ph ng pháp phơn tích nguyên nhơn hình thƠnh: Trên c s phân tích đặc điểm m a vƠ sự hình thƠnh lũ trên hệ thống sông, từ đó lựa chọn ph ng

th c vận hành hoặc thiết lập mô hình mô phỏng hệ thống m t cách phù h p

4 Ph ng pháp áp d ng công nghệ GIS: Đ c ng d ng trong việc xây

dựng các b n đồ chuyên đề, xây dựng các tiểu l u vực sông từ mô hình số hóa

cao đ (DEM), tính toán các đặc tr ng l u vực, xây dựng m ng l i sông, b n

đồ th m ph , b n đồ đ t để đ a vƠo tính toán trong các mô hình phơn bố

5 Ph ng pháp sử d ng mô hình toán: Ph ng pháp nƠy đ c sử d ng

trong tính toán vận hành hồ, tính toán th y văn vƠ th y lực trên l u vực

6 Ph ng pháp phơn tích hệ thống: Phân tích mối quan hệ giữa đặc điểm

tự nhiên, khí t ng th y văn c a l u vực v i các công trình hồ ch a trên l u vực

để đ a ra c s vận hành, phối h p giữa các hồ; Lựa chọn ng d ng các mô hình

toán th y văn, th y lực đánh giá tác đ ng c a vận hành hệ thống hồ ch a cắt

gi m lũ, lƠm c s cho việc vận hành hệ thống hồ ch a trên l u vực sông Ba

1 Thiết lập đ c bài toán vận hƠnh điều tiết cắt gi m lũ cho hệ thống liên

hồ ch a trên l u vực sông Ba theo h ng điều chỉnh nhiệm v phòng lũ các hồ

ch a trong hệ thống nh ng vẫn đ m b o sự hài hòa v i m c tiêu phát điện và

c p n c đư đ c xác định trong giai đo n thiết kế

2 Xác lập c s khoa học cho việc xác định dung tích trữ lũ, quy tắc phối

h p vận hành cắt gi m lũ cho h du c a hệ thống hồ ch a trên l u vực sông Ba

3 Đề xu t điều chỉnh n i dung vận hành c a Quy trình vận hành liên hồ

ch a trong th i kỳ mùa lũ trên l u vực sông Ba

- Ch ng 4 Phơn tích, đánh giá kết qu vận hành liên hồ ch a cắt gi m

lũ vƠ đề xu t n i dung vận hành liên hồ ch a cắt gi m lũ l u vực sông Ba

CH NG 1 T NG QUAN NGHIểN C U V N HÀNH H CH A

Vận hành hồ ch a là m t trong những v n đề đ c quan tâm nhiều trong

công tác quy ho ch, qu n lý hệ thống nguồn n c Theo th i gian từ nghiên c u

vận hành đ n hồ, liên hồ ch a t i nghiên c u ph ng pháp vận hành tối u hệ

thống hồ ch a ph c v đa m c tiêu Có thể phân hệ thống hồ ch a thành:

- Hệ thống hồ ch a bậc thang: Là hệ thống hồ ch a nối tiếp nhau trên

sông chính hoặc trên cùng m t nhánh sông suối

- Hệ thống hồ ch a song song: Là hệ thống mà các hồ ch a nằm trên các

nhánh sông khác nhau và cùng nhập vào sông chính

- Hệ thống h n h p: Hệ thống liên hồ ch a bao gồm hai lo i trên

Sự khác biệt c b n giữa vận hành hệ thống hồ ch a bậc thang và song

song là: hồ ch a n c bậc thang, l ng n c x từ hồ th ng l u sẽ đ c tích

l i các hồ h l u Ng c l i, trong hệ thống hồ ch a song song l ng n c x

từ m t hồ ch a không nh h ng đến hồ thu c nhánh sông khác

H u hết các hồ ch a đ c xây dựng v i các m c tiêu khác nhau nh phòng

lũ, phát điện, c p n c sinh ho t, c p n c nông nghiệp, công nghiệp, du lịchầ

và trong h u hết các m c tiêu đều có mâu thuẫn v i nhau về các yêu c u khai

thác sử d ng Hai mâu thuẫn điển hình trong vận hành hồ ch a là:

1 Mâu thuẫn trong sử dụng dung tích hồ chứa

Mâu thuẫn này xu t hiện khi m t hồ ch a hoặc hệ thống hồ ch a (có dung

tích h n chế) đ c yêu c u ph i tho mãn nhiều m c tiêu khác nhau phân bố

theo th i gian Trong tr ng h p hồ đ c thiết kế kết h p ph c v phát điện và

chống lũ, để đ t hiệu qu cao trong m c tiêu phát điện, hồ ph i đ c tích n c

càng nhiều càng tốt để t o ra đ u n c cao, điều này mâu thuẫn v i m c đích phòng lũ (đòi hỏi có đ dung tích trống trong hồ để cắt gi m lũ theo m t m c tiêu đặt ra) Hồ th y điện th ng yêu c u mực n c chết cao nhằm nâng cao

năng lực phát điện Ng c l i hồ th y l i yêu c u mực n c chết th p để tăng

dung tích hiệu d ng ph c v c p n c

2 Mâu thuẫn giữa các mục tiêu (nhu cầu các ngành)

Mâu thuẫn điển hình nh t là mâu thuẫn giữa m c tiêu phát điện và m c

tiêu c p n c h du trong mùa kiệt, n y sinh khi nhu c u c p n c cho m i

ngành khác nhau theo th i gian và không gian N c c p cho nông nghiệp đ c

phân phối dựa trên tập quán, th i v , th i kỳ c n n c kh n tr ng, mùa hay

tình hình th i tiết, trong khi yêu c u phát điện đòi hỏi hồ vận hành dựa trên nhu

c u điện ph c v dân sinh và phát triển kinh tế xã h i thay đổi theo gi , ngày,

tu n, hay mùa đặc biệt trong th i gian cao điểm

Để điều hòa các mâu thuẫn cũng nh đem l i hiệu qu trong quá trình vận

hành hồ ch a thì m t trong những ph ng pháp hiệu qu là xây dựng Quy trình

vận hành hồ (đ n hồ, liên hồ) Quy trình vận hành hồ ch a có thể hiểu là m t văn b n h ng dẫn cho ng i điều hành, qu n lý thực hiện vận hành hồ theo

những quy định ng v i các tình huống đặt ra Xây dựng quy trình vận hành là

bài toán ph c t p liên ngành, c n có c s khoa học và thực tiễn để đ a ra quyết định phù h p nhằm gi i quyết hoặc hài hòa các mâu thuẫn Trong bài toán xây

dựng quy trình vận hành việc tìm ra gi i pháp “tối u” hoặc “tho hiệp” hoặc

“đánh đổi” giữa các m c tiêu là m t yếu tố quan trọng

Trong những năm g n đơy, nghiên c u xây dựng và ng d ng lý thuyết

toán, lý thuyết tối u và mô hình hoá ph c v qu n lý tƠi nguyên n c đư diễn

ra hết s c m nh mẽ T i nhiều quốc gia, viện nghiên c u, các tr ng đ i học trong vƠ ngoƠi n c đư đ u t nhiều công s c và tài chính để nghiên c u ra lý

thuyết, các thuật toán và các công c ph c v qu n lý tổng h p tƠi nguyên n c

Kho ng những năm 60-70 c a thế kỷ 20, các nghiên c u về vận hành hồ

ch a đư có những b c tiến v t bậc, trong những năm g n đơy việc nghiên c u

vận hành tối u đ n hồ ch a hoặc hệ thống hồ trong kiểm soát lũ và c p n c

h du đư phát triển m nh mẽ Đư có nhiều phát triển mô hình vận hành tối u,

vận hành theo th i gian thực nhằm xác định l ng x hồ ch a tốt nh t theo tr ng

thái hồ ch a và kết qu dự báo dòng ch y vào hồầ Các nghiên c u ng d ng

và phát triển lý thuyết mô hình quy ho ch tuyến tính (LP), mô hình quy ho ch

phi tuyến (NLP), quy ho ch đ ng, thuật toán di truyền, m ng th n kinh nhân

t oầ để diễn gi i bƠi toán điều tiết, điều tiết tối u vƠ bƠi toán điều tiết theo th i

gian thực cho hệ thống hồ đ c thể hiện d i đơy

Quơn đ i Mỹ (US Army Corps) năm 1972 [56] nghiên c u lý thuyết phân

tích hệ thống đ a ra các gi i pháp phòng lũ hiệu qu nh t đối v i hồ ch a đa

m c tiêu nh : gi i trí, phát điện, c p n c vƠ phòng lũ Nghiên c u đư thiết lập

b ng thiệt h i do lũ l t gây ra dựa trên việc xác định mối quan hệ giữa những

trận lũ l n gây nh h ng nặng t i h l u, l u l ng x ra từ hồ ch a Folsom

và thiệt h i do lũ gơy ra t i h l u

William J Trott and William W-G Yeh, A M ASCE [57] sử d ng lý

thuyết tối u hóa hệ thống M hồ ch a đa m c tiêu gồm các lo i hồ ch a song

song hoặc bậc thang Tối u hóa ho t đ ng c a hồ ch a dựa trên hàm m c tiêu

về l i ích kinh tế c a hệ thống Nghiên c u này cho rằng để gi i quyết v n đề

này c n ph i xác định các nhóm l i nhuận mà hồ ch a đem l i và giá thành xây

dựng hệ thống tùy thu c đ l n c a các hồ ch a vƠ đ c áp d ng trong dự án

tối u hóa hệ thống 6 hồ ch a (Dos Rios, Pine Mt, Indian Valley, English Ridge,

Clear Lake, Kennedy Flats) trên sông Eal c a Mỹ

Miguel A Marino vƠ Behzad Mohammadi đư trình bày các mô hình v i

thuật toán hiệu qu cho vận hành theo th i gian thực hàng tháng c a m t hoặc

hai hồ ch a đa m c tiêu [58] Trên c s mô hình vận hành c a Becker và Yeh (năm 1974), m i mô hình thể hiện sự kết h p lý thuyết quy ho ch tuyến tính (sử

d ng tối u hóa cho hàng tháng) và quy ho ch đ ng (đ c sử d ng để tối u hóa

hƠng năm) Mô hình cung c p lựa chọn kịch b n khác nhau để tối u hóa nhu

c u c p n c hƠng năm thu c dự án California Central Valley

Trong luận án Tiến sĩ c a Marcelo Rodrigues Bess t i tr ng Đ i học Waterloo, Ontario, Canada năm 1998 [59] đư trình bày việc tối u trong vận

hành hệ thống hồ ch a đa m c tiêu Trong luận án đư nêu các v n đề trong vận

thống hồ, tối u theo th i gian thựcầ

Luận án c a Andrew Fredrick Gilmore [60] đặt ra ba m c tiêu nghiên

c u về qu n lý tƠi nguyên n c l u vực sông Colorado: M c tiêu đ u tiên là

nghiên c u phân bổ và cân bằng tƠi nguyên n c không sử d ng mô hình tối u

hóa để h tr ho t đ ng ra quyết định trên sông Colorado; M c tiêu th hai là

t o ra m t mô hình tối u hóa hƠng tháng trong bƠi toán kiểm soát lũ vƠ vận

hành c p n c c a hồ Powell và Mead trên sông Colorado; M c tiêu th ba là

sử d ng mô hình tối u hóa để xem xét sự linh ho t trong ho t đ ng hồ ch a

nhằm gia tăng giá trị th y điện Hiệu qu đem l i là s n xu t th y điện có thể tăng lên 6% v i điều kiện sử d ng linh ho t tổng l ng n c trữ Luận án này không xem xét các tác đ ng, nh h ng c a hệ thống hồ ch a t i các ho t đ ng

h l u nh c p n c môi tr ng, c p n c sinh ho t và gi i trí

MarioT.L.Barros; FrankT-C.Tsai; Shu-liYang3; JoaoE.G.Lopes and WilliamW-G.Yeh, Hon.M.ASCE [61] tối u vận hành hệ thống hồ th y điện l n

Brazil, là m t trong những hệ thống th y điện l n nh t trên thế gi i, bao gồm

75 nhà máy th y điện v i công su t 69.375 MW, s n xu t 92% năng l ng điện

c a quốc gia Mô hình trong nghiên c u này đ c xây dựng trong ch ng trình

phi tuyến (NLP) Nghiên c u đư chỉ ra rằng, mô hình phi tuyến đặc biệt phù h p

cho việc thiết lập các h ng dẫn về các ho t đ ng th i gian thực sử d ng thông

tin dự báo l u l ng n c đến Kết qu nghiên c u ch ng tỏ rằng, mô hình NLP đáp ng yêu c u vận hành, mang l i l i ích gi m thiểu x thừa

Năm 2004, Chang Jian-Xia, Huang Qiang và Wang Yi-Win [62], ng

d ng thuật toán di truyền (TTDT) để tối u hồ ch a Thuật toán giao phối lựa chọn vƠ đ t biến trong thuật toán di truyền có thể tìm kiếm l i gi i tối u hoặc

gi i pháp g n tối u l i gi i cho bài toán nguồn n c ph c t p Đ nh y c a xác

su t giao phối và xác su t đ t biến cũng đ c đ a vƠo phơn tích Các kết qu

ch ng minh rằng, TTDT có thể thỏa mãn sử d ng trong bài toán tối u hồ ch a

và có kh năng ng d ng cho hệ thống sông ph c t p

Seyed Jamshid Mousavi [63] sử d ng thuật toán điểm trong tối u hệ

thống hồ ch a và tính toán cho các hồ ch a trên hệ thống Karoon-Dez Iran

M c tiêu c a nghiên c u lƠ đ m b o yêu c u c p n c trên hệ thống và tối u điện năng c a hệ thống Để đ t đ c m c tiêu, đư sử d ng ph n mềm Matlab để tính toán Các ph ng trình rƠng bu c và trọng số c a các đ n vị sử d ng n c

đ c sử d ng để đánh giá sự hài hòa giữa c p n c vƠ phát điện trong hệ thống

John W Labadie thu c tr ng Đ i học Bang Colorado [64] đư tổng kết

r t nhiều ph ng pháp sử d ng cho bài toán vận hành liên hồ ch a Nhóm các

ph ng pháp bao gồm: Tối u ngẫu nhiên n (các mô hình quy ho ch tuyến tính,

các mô hình quy ho ch phi tuyến, các mô hình quy ho ch đ ng r i r c, các mô

hình quy ho ch đ ng liên t c, các lý thuyết điều khiển tối u r i r c theo th i

gian) Nhóm các ph ng pháp ngẫu nhiên hiện (các mô hình quy ho ch tuyến

tính ngẫu nhiên, các mô hình quy ho ch đ ng ngẫu nhiên, các mô hình điều

khiển tối u ngẫu nhiên) và nhóm tích h p dự báo để vận hành hồ ch a theo th i

gian thực

Năm 2006, D Nagesh Kumar vƠ M Jan Reddy [65] áp d ng ph ng pháp

tối u hóa đƠn kiến để tìm sách l c vận hành hồ ch a đa m c đích và xác định

l ng x c a hồ cho m i chu kỳ hồ ch a Hirakud, n Đ V i hàm m c đích

r i ro lũ nhỏ nh t, đ thiếu h t t i nhỏ nh t và s n l ng điện cao nh t, trong

đó m c đích s n l ng điện đ c u tiên Mô hình đ c ng d ng cho vận hành

hàng tháng, bao gồm hai mô hình vận hành th i gian ngắn và vận hành th i gian

dài Kết qu c a nghiên c u đư ch ng minh rằng, ph ng pháp tối u hóa đƠn

kiến đ c thực hiện tốt, là mô hình thực thi tốt h n, nh t lƠ trong tr ng h p

vận hành hồ ch a trong th i gian dài

Năm 2006, M Jan Reddy vƠ D Nagesh Kumar [66] trình bày thuật toán

tiến hóa đa m c tiêu tìm kiếm các gi i pháp vận hành tối u cho hệ thống hồ

ch a đa m c đích M t trong những m c đích chính trong tối u đa m c đích

đ c tìm kiếm tập h p tốt phân bố các l i gi i tối u dọc theo mặt Pareto Các

ph ng pháp tối u cổ điển th ng không đ t đ c mặt Pareto tốt nh t Nhằm

khắc ph c h n chế c a các ph ng pháp tối u truyền thống trong bài toán tối

u đa m c tiêu, nghiên c u này sử d ng qu n thể tìm kiếm thuật toán tiến hóa

để tìm tập h p tối u Pareto, đ c ng d ng cho hệ thống hồ ch a Bhadra n

Đ (v i các m c đích c a hồ ch a lƠ t i, s n xu t điện năng vƠ các yêu c u

ch t l ng n c h l u) Nghiên c u này ch ng minh sự hữu ích c a thuật toán

tiến hóa đa m c tiêu cho bài toán vận hành tối u đa m c tiêu th i gian thực

Luận án Tiến sĩ c a Long Le Ngo t i Viện Tài nguyên vƠ Môi tr ng

tr ng Đ i học Công nghệ Đan M ch năm 2006 [67] đư trình bày các quy tắc

vận hành tối u trong vận hành hồ ch a Hòa Bình v i m c đích phòng lũ cho

Châu thổ sông Hồng vƠ phát điện nhằm gi i quyết xung đ t chính giữa phòng lũ

vƠ phát điện giai đo n cuối mùa lũ vƠ đ u mùa kiệt Tác gi đư sử d ng ph n

mềm MIKE 11 để mô phỏng hệ thống sông và hồ ch a kết h p v i các thuật

toán tối u SCE (shuffled complex evolution) thu c gói ph n mềm Autocal c a

DHI để tìm ra quỹ đ o tối u (Pareto) khi xem xét c hai u tiên giữa phòng lũ

vƠ phát điện Kết qu đ t đ c cho th y, hoàn toàn có thể dùng mô hình mô

phỏng để gi i quyết v n đề phòng lũ cho công trình vƠ cho h du mà vẫn có thể

duy trì mực n c cao cuối mùa lũ để đ m b o hiệu ích cao trong phát điện

mùa kiệt kế tiếp, luận án tìm đ c nghiệm tối u đ c thỏa hiệp giữa phòng lũ

vƠ phát điện cho vận hành hồ ch a Hòa Bình trong mùa lũ vƠ mực n c hồ ch a

lúc bắt đ u c a mùa khô

Kumar, D N and Reddy, M, J (2007) [68], Viện Khoa học n Đ đư sử

d ng thuật toán tối u SWARM vƠo nghiên c u vận hành hệ thống liên hồ ch a

gồm 4 hồ mƠ tr c đơy Larson đư sử d ng Quy ho ch đ ng để gi i quyết Hai

nhà Th y văn Kumar vƠ Singh cũng áp d ng các thuật toán gi i đoán gen (GA)

trong nghiên c u vận hành hệ thống liên hồ ch a Tiếp đó Kumar l i thử nghiệm

áp d ng cho hệ thống hồ ch a Bhadra c a n Đ Kết qu cho th y thuật toán

tối u SWARM có thể áp d ng để gi i quyết v n đề vận hành liên hồ ch a

Năm 2007, Li Chen, James MePhee, William W G Yeh [69] trình bày

thuật toán di truyền đa m c tiêu tìm quy tắc vận hành hồ ch a Tác gi đư phát

triển thuyết tiến hóa thành thuật toán di truyền đa m c tiêu tối u tìm quy tắc

vận hành hệ thống hồ ch a Tác gi cho rằng, ng d ng thuyết tiến hóa có thể

khắc ph c tr ng h p h i t s m c a thuật toán di truyền truyền thống Thuật

toán di truyền đa m c tiêu sẽ lƠm tăng kh năng điều khiển bƠi toán đa m c tiêu

b i đa d ng tập h p l i gi i Mô phỏng kết qu sử d ng bài toán kiểm tra chu n,

chỉ dẫn rằng đề nghị ph m vi thuật toán di truyền đa m c tiêu, các l i gi i tr i

r ng tốt h n vƠ h i t kín đến gi i h n đúng Pareto h n thuật toán di truyền II

(NAGS-II) Khi ng d ng các tr ng h p nghiên c u thực tế, thuật toán di

truyền đa m c tiêu có thể tổng quát không phân bố tr i r ng các l i gi i cho bài

toán hai m c tiêu bao gồm c p n c vƠ phát điện Các kết qu đơy ch ng tỏ

rằng, thuật toán di truyền đa m c tiêu có s c c nh tranh cao khi gi i bài toán tối

u đa m c tiêu vận hành hồ

Năm 2008, Chun - Tian Cheng, Wen - ChuanWang - Dong - Mei Xu,

K.W.Chau [70] nghiên c u tối u vận hành hồ ch a th y điện sử d ng thuật toán

lai di truyền (TTDT) và Chaos Thuật toán di truyền đư đ c ng d ng r ng rãi

để gi i bài toán tối u nguồn n c nh ng th ng gặp ph i v n đề là h i t s m,

do đó kết qu nghiệm tối u tìm đ c ch a chắc là nghiệm tối u toƠn c c Thuật

toán di truyền và Chaos kết h p kh năng tìm kiếm tối u toƠn c c c a TTDT

v i thuật toán tìm kiếm tối u c c b Đ u tiên ch p nhận tối u Chaos nh giá

trị ban đ u c i thiện ch t l ng loƠi vƠ duy trì tính đa d ng qu n thể Sau đó

đ c sử d ng lựa chọn mô phỏng luyện kim đ t biến thay thế toán tử đ t biến

để tránh gặp ph i tối u c c b Mô hình phát triển đ c ng d ng cho vận hành

tháng c a hồ ch a th y điện v i chu i dòng ch y đến 38 năm Các kết qu thể

hiện rằng, điện năng trung bình dƠi h n là tốt nh t và tốc đ h i t tốt h n quy

ho ch đ ng và TTDT chu n Nghiên c u đánh giá ph ng pháp nƠy lƠ kh thi

và hiệu qu trong vận hành tối u c a hệ thống ph c t p

Chaves, P and Chang F.J (2008) [71] đư áp d ng m ng trí tuệ nhận t o

tiến hóa (ENNIS) vào vận hành hồ ch a Shihmen ĐƠi Loan và đ a ra 5 biến

quyết định để vận hành hồ ch a Kết qu cho th y m ng ENNIS sử d ng cho

vận hành hồ ch a Shihmen có nhiều thuận l i vì nó có ít thông số, dễ dàng xử

lý các biến điều khiển, dễ kết h p giữa mô hình vận hành v i các mô hình dự

toàn có kh năng kiểm soát nhiều biến ra quyết định, từ đó đ a ra các quyết định

h p lý khi vận hành hồ ch a đa m c tiêu

Chang, L C and Chang, F J (2009) [72] đư áp d ng thuật toán tiến hóa

(Evolution Algorithm - NSGA-II) vào vận hành hệ thống hồ ch a gồm hồ Feitsui

và Shihmen ĐƠi Loan Các tác gi đư mô phỏng và vận hành hệ thống hồ ch a

theo th i đo n ngƠy, sau đó tính toán các chỉ số thiếu h t n c (shortage indices

- SI) cho c 2 hồ trong th i gian mô phỏng dài Thuật toán NSGA-II đư đ c sử

d ng để làm gi m chỉ số SI thông qua chiến l c phối h p vận hành 2 hồ Kết

qu tính toán v i 49 năm số liệu, các tác gi cho rằng hoàn toàn có thể tìm các

chiến l c phối h p vận hành tốt h n nhiều so v i thực tế vận hành trong 49 năm qua vƠ l i gi i tối u Pareto tìm đ c cho 2 hồ chính là kiến nghị cho việc

phối h p vận hành

Wei, C C and Hsu, N S Wei, C C and Hsu, N S (2009) [73] áp d ng

vận hành tối u v i các quy tắc nhánh cây (treebased rules) cho hệ thống hồ

ch a đa m c tiêu phòng lũ v i th i gian thực bằng việc tích h p vào hệ thống

ch a trên sông Tanshui ĐƠi loan Kết qu vận hành thử nghiệm cho trận m a

lũ lịch sử năm 2004 cho th y ph ng pháp nƠy có kết qu tốt, đ m b o cắt đ c đỉnh lũ theo yêu c u c a các điểm kiểm soát h l u mƠ vẫn đ m b o yêu c u tích n c vào cuối mùa lũ các hồ ch a

Nghiên c u vận hành đ n hồ ch a và liên hồ ch a là m t trong những v n

đề quan trọng trong công tác qu n lý tƠi nguyên n c l u vực sông và đ c

nhiều c quan nghiên c u quan tơm nh các Viện Khoa học Th y l i Việt Nam,

Viện Khoa học Khí t ng Th y văn và Biến đổi khí hậu, Viện C học, Viện

Toán học cũng nh các tr ng Đ i học Th y l i, Đ i học Khoa học Tự nhiên,

Đ i học ĐƠ Nẵng, Đ i học Huếầ vƠ các Công ty t v n Th y l i, t v n điện

Các nghiên c u đư đ c ng d ng vào thực tiễn các hồ ch a thu c các l u vực

sông khác nhau n c ta vƠ đư đem l i hiệu qu nh t định trong phòng lũ, c p

n c vƠ phát điện

Nghiên c u đ u tiên về v n đề vận hành hồ ch a có thể kể đến các nghiên

c u thiết kế và vận hành cho hồ Thác Bà vào những năm 1960 Tiếp đó năm

1991, tác gi Nguyễn Trọng Sinh đư sử d ng ph ng pháp Quy ho ch đ ng và

chu i dòng ch y trung bình 10 ngƠy để xây dựng biểu đồ điều phối hồ Hòa Bình

sao cho tổng điện năng thu đ c là l n nh t

Năm 1982, Nguyễn L i đư nghiên c u phân kỳ lũ sông Hồng [3] Kỳ lũ

trên sông Hồng đ c phân thành 3 th i kỳ hình thành khác nhau: kỳ lũ s m

(tháng 5 đến tháng 6), trong nghiên c u nƠy đư xác định lũ đ c hình thành b i

m a front cực kết h p v i bưo đ u mùa trên nền l ng trữ l u vực th p dẫn đến

quy mô lũ nhỏ; Kỳ chính v (tháng 7 đến tháng 8), lũ đ c hình thƠnh do m a

c a d i h i t nhiệt đ i kết h p v i bão giữa mùa trên nền l ng trữ l u vực

trung bình có quy mô l n nh t trong c năm; Kỳ lũ cuối v (tháng 9 đến tháng 10) lũ đ c hình thƠnh do m a front cực kết h p bão cuối mùa trên nền l ng

trữ l u vực cao, gơy quy mô lũ trung bình

Năm 1996, Trịnh Quang Hòa thực hiện đề tài “Nghiên c u xây dựng công

nghệ nhận d ng lũ sông Hồng ph c v điều hành hồ Hòa Bình phòng chống lũ

h du” [4] Đề tƠi đư đ a ra khái niệm đ ng trữ n c tiềm năng trên sông Hồng, sông ĐƠ, ng d ng đ ng trữ n c tiềm năng để dự báo s m đỉnh lũ sông Hồng

Hiện nay, mô hình đư đ c viết l i trên ngôn ngữ dùng trong môi tr ng window

vƠ đang đ c ng d ng t i Phòng Dự báo Th y văn Bắc B , Trung tâm Dự báo

Khí t ng th y văn Trung ng Công nghệ ch yếu tập trung vào nhận d ng đỉnh lũ trên sông Hồng t i tr m th y văn S n Tơy trong mùa lũ chính v (từ tháng 6 đến tháng 8)

Năm 2002, Nguyễn Th ng Bằng đư nghiên c u mô hình tối u đa m c

tiêu hệ thống th y l i - th y điện, v i hai m c tiêu tổng điện năng trong mùa c p

n c là l n nh t vƠ dùng ph ng pháp quy ho ch phi tuyến tổng h nhanh nh t GRG (Generalized reduced gradient) để gi i Tác gi đư ng d ng mô hình và

ph ng pháp gi i cho hệ thống th y l i th y điện l u vực sông Lô-Gâm-Ch y

Năm 2003, HƠ Văn Khối và Lê B o Trung [8] đư áp d ng quy ho ch đ ng

hai chiều xác định chế đ tối u hệ thống hồ ch a phát điện bậc thang, ch ng trình đư đ c áp d ng thử nghiệm cho hệ thống ba hồ ch a bậc thang sông ĐƠ

Năm 2004, B Khoa học và Công nghệ lập Tổ so n th o “Quy trình vận

hành hồ ch a th y điện Hòa Bình và các công trình cắt gi m lũ sông Hồng trong mùa lũ hƠng năm” [12] Quy trình đ c ban hƠnh theo văn b n số 103/PCLBTW ngƠy 16 tháng 6 năm 2005 Trong đó l n đ u tiên tổ h p lũ thực hiện bằng

ph ng pháp Monte Carlo và hoàn nguyên trận lũ năm 1996 trên sông ĐƠ, tính

l i lũ PMF cho hồ Hòa Bình

Năm 2005, tác gi Lê Thanh Tú sử d ng ph ng pháp quy ho ch đ ng để

xây dựng biểu đồ điều phối tối u c a hệ thống bậc thang hồ ch a Đồng Nai 3

vƠ Đồng Nai 4, m c tiêu c a bài toán là đ m b o l i nhuận từ phát điện là l n

nh t và các nhu c u t i cho nông nghiệp d i h du

Năm 2005, Phan Văn Hùng đư nghiên c u đ a ra tiêu chu n tối u hồ

ch a n c có nhiệm v t i là chính và kết h p phát điện Tác gi đư b c đ u

đ a ra chế đ làm việc c a hồ ch a trong các năm th y văn điển hình khác nhau, phơn tích vƠ đề xu t các tiêu chu n tối u dựa trên phơn tích l ng n c đến

theo hai mùa kiệt vƠ mùa m a

Năm 2009, HƠ Ngọc Hiến và nhiều ng i khác đư nghiên c u xây dựng

mô hình vận hành tối u chống lũ theo th i gian thực cho hệ thống hồ ch a trên sông ĐƠ vƠ sông Lô [20] v i các m c tiêu là tối đa tổng dung tích chống lũ

Hoàng Minh Tuyển Luận án Tiến Sĩ năm 2002 [7] v i n i dung chính c a

luận án là: 1 Xây dựng công nghệ tổ h p lũ có xem xét đến tỉ lệ đóng góp c a

ba sông ĐƠ, Thao, Lô trong sự hình thƠnh lũ h du; 2 Xây dựng m t ch ng

trình truyền lũ trên m ng sông Hồng về đến Hà N i, Th ng Cát, phù h p v i

yêu c u c a bài toán tổ h p lũ, các thông số đ c cập nhật theo số liệu địa hình

lòng dẫn m i; 3 Thiết lập ch ng trình vận hành cửa van điều tiết lũ c a hệ

thống hồ ch a Hòa Bình, S n La, Thác BƠ, Đ i Thị; 4 Phơn tích đ tin cậy c a

ph ng án quy ho ch hệ thống hồ ch a trong không gian lũ mô phỏng lƠ c s

để phân tích quy trình cắt lũ c a hệ thống hồ ch a, lựa chọn tổng dung tích phòng

lũ các hồ trên sông ĐƠ vƠ kh năng phơn lũ vƠo sông Đáy Luận án đư xây dựng

đ c công nghệ phơn tích vƠ điều hành hệ thống hồ ch a trên sông Hồng chống

lũ cho h du, c thể lƠ đư phát triển và xây dựng ch ng trình truyền lũ sóng

đ ng học, ch ng trình điều hành hệ thống hồ ch a th ng nguồn sông Hồng

có cửa van và mối liên hệ ng c v i h du và tổ h p lũ trên hệ thống

Nguyễn Thế Hùng-Lê Hùng, tr ng Đ i học Bách Khoa, Đ i học ĐƠ

Nẵng [17], năm 2009 đư trình bƠy mô hình Thuật toán di truyền (GA) để tìm

quỹ đ o vận hành tối u hồ ch a nhà máy Th y điện Ea Krông Rou - Tỉnh Khánh

Hòa v i đ n m c tiêu là s n l ng điện năng cực đ i Trong nghiên c u này,

thông qua ch ng trình Crystal Ball, hƠm phơn phối xác su t đ c chọn là d ng

phân phối đều (The Uniform Distribution), t t c các giá trị trong kho ng từ giá

trị tối thiểu t i giá trị tối đa đều xu t hiện v i m t kh năng nh nhau Nh nhiều

nghiên c u khác, trong nghiên c u này, hàm m c tiêu là s n l ng điện năng

c a nhà máy th y điện đ t cực đ i ng v i trị số mực n c vận hành các

kho ng th i gian trong năm c a hồ ch a làm việc đ c lập Kết qu tính toán cho

th y dễ dàng m r ng cho bài toán vận hành tối u nhƠ máy th y điện đa m c

tiêu so v i ph ng pháp qui ho ch đ ng

HƠ Văn Khối năm 2010 [25] đư đ a ra m t số ý kiến và kết qu tính toán

s b về vai trò chống lũ h du c a hồ ch a A V ng vƠ xem xét kh năng giao

thêm nhiệm v chống lũ h du cho các hồ ch a trên sông Vu Gia - Thu Bồn Tác

gi đư đề xu t c n nghiên c u bổ sung: (1) Về quy trình chống lũ khi mực n c

hồ đang th p để vừa đ m b o an toƠn tích n c hồ ch a vừa nâng cao hiệu qu

gi m lũ h du; (2) Tăng thêm nhiệm v phòng chống lũ cho các hồ ch a, nh ng

ph i đ m b o không nh h ng l n đến hiệu qu phát điện và hiệu qu cắt lũ,

ph i mang l i l i ích xã h i l n, đồng th i gi i quyết hài hòa quyền l i giữa ch

đ u t vƠ NhƠ n c nếu có bổ sung thêm về nhiệm v chống lũ

Luận án tiến sĩ c a Hoàng Thanh Tùng năm 2011 [35] đư lựa chọn sử

d ng kết h p mô hình số trị dự báo th i tiết BOLAM c a Italia v i mô hình nhận

d ng hình thế th i tiết gơy m a để dự báo m a cho l u vực V i dự báo lũ trung

h n, tác gi đư lựa chọn h ng tiếp cận lai ghép giữa các ph ng pháp truyền

thống và hiện đ i để tận d ng tối đa những u điểm c a từng ph ng pháp Lai ghép đ c thực hiện trong nghiên c u là sự lai ghép giữa mô hình t t định (mô

chỉnh sai số dự báo, sự lai ghép giữa mô hình m ng th n kinh nhân t o (Back

Propagation Neural Network - BPNN) v i thuật toán gi i đoán Gen (Genetic

Algorithsm - GA) t o thành mô hình EANN (Evolution Artificient Neural

Network) để c i tiến và khắc ph c nh c điểm cố hữu c a mô hình BPNN là r t

khó tìm m ng phù h p, đồng th i gi m th i gian luyện m ng r t phù h p v i

việc cập nhật số liệu liên t c trong dự báo tác nghiệp V i nghiên c u vận hành

hệ thống hồ ch a, tác gi đư lựa chọn h ng tiếp cận kết h p giữa mô hình mô

phỏng (HEC-HMS, HEC-ResSim) v i mô hình điều khiển hệ thống trong đó sử

d ng c hai ph ng pháp “ n” vƠ “Hiện” để xác định các u tiên vận hành cho

từng hồ trong hệ thống (phân nhỏ các vùng dung tích để vận hành theo các u

tiên c a biểu đồ điều phối c a từng hồ sao cho có hiệu qu ) vƠ các u tiên vận

hành kết h p giữa các hồ v i các u tiên rƠng bu c về mực n c vƠ l u l ng

c a các vùng bị nh h ng d i h l u để đ m b o m c tiêu phòng lũ cho các

công trình và cho các vùng nh h ng d i h du các công trình V i những hồ

ch a có quy trình vận hành, nghiên c u đư lập ch ng trình tính theo ph ng

pháp quy ho ch đ ng v i dòng ch y đến hồ là ngẫu nhiên đ c mô phỏng bằng

ph ng pháp Monte Carlo Tác gi đư nghiên c u và tích h p thành công mô

hình dự báo m a, lũ v i mô hình vận hành hồ ch a Trong đó mô hình dự báo

lũ đến hồ ch a, các nhập l u khu giữa đư đ c tích h p hoàn toàn tự đ ng v i

mô hình vận hành hồ ch a Đơy chính lƠ tiền đề quan trọng h ng t i việc vận

hành hệ thống hồ ch a phòng lũ theo th i gian thực, lƠ ph ng pháp mƠ các

n c tiên tiến trên thế gi i đang thực hiện Nh vơy, luận án đ a ra ph ng pháp

d ng thuật toán gi i đoán Gen GA trong quá trình tìm c u trúc m ng tối u Xử

lý nƠy đư lƠm cho quá trình luyện m ng nhanh h n r t nhiều, r t phù h p cho dự

báo tác nghiệp khi liên t c ph i cập nhật số liệu m i và luyện l i m ng Thêm vƠo đó đư nơng cao đ c ch t l ng dự báo từ các mô hình nhận th c thông qua

áp d ng mô hình ngẫu nhiên ARIMA để dự báo sai số dùng để hiệu chỉnh và

đ a ra giá trị dự báo

Nguyễn Thế Hùng-Lê Hùng, tr ng Đ i học Bách Khoa, Đ i học ĐƠ

Nẵng [37] “Nghiên c u áp d ng thuật toán di truyền tìm kiếm quỹ đ o vận hành

tối u hồ ch a n c có nhà máy th y điện làm việc đ c lập v i quá trình dòng

ch y đến là ngẫu nhiên”, năm 2011 Trong nghiên c u nƠy đư đề xu t mô hình toán để gi i bài toán vận hành tối u hồ ch a đa m c đích v i các m c đích phát điện, t i, phòng lũ, đ m b o môi tr ng sinh thái và yêu c u c p n c cho h

du Dựa trên các mô hình toán thiết lập, tác gi ng d ng kỹ thuật tối u quy

ho ch đ ng để gi i các mô hình toán trên và xây dựng ch ng trình tính bằng

ngôn ngữ lập trình Delphi Nghiên c u đư áp d ng tính cho hồ Định Bình (v i

m c tiêu t i, phòng lũ, phát điện vƠ đ m b o yêu c u c p n c cho h du) và

hồ A V ng (phát điện, đ m b o cung c p n c cho h du trong mùa kiệt, và điều tiết m t ph n lũ) Kết qu nghiên c u đư đề xu t 3 tr ng h p tính toán khác nhau trong đó m c đích đ m b o yêu c u môi tr ng sinh thái hoặc yêu

c u c p n c cho h du đ c xem nh m t điều kiện ràng bu c, đó lƠ l ng x

c a hồ xuống h du ph i l n h n l ng x yêu c u cho h du và m c đích phòng

lũ thì yêu c u mực n c hồ trong mùa lũ ph i nhỏ h n m t giá trị xác định tr c

Trường hợp 1: Hồ ch a n c có nhiệm v phát điện vƠ t i ngang nhau, tiêu

chu n tối u đơy lƠ sự thiếu h t cho t i là nhỏ nh t và điện năng l n nh t;

L i gi i tối u tìm đ c là mặt tối u Pareto, kết qu tìm đ c không ph i là

duy nh t, nếu điện l ng tăng thì l ng thiếu h t t i sẽ l n vƠ ng c l i, do đó

tùy theo các yêu c u thực tế mà ta sẽ gán các trọng số t i vƠ điện để đ t đ c

giá trị tối u t ng ng; Trường hợp 2: M c đích phát điện chính, t i ph thì

đơy yêu c u t i ta xem nh rƠng bu c vƠ sau đó ta gi i theo bài toán tối u

đ n m c tiêu V i các kết qu s n l ng điện đ t đ c c a hồ ch a A V ng

tăng từ (4,8÷6,8)% so v i kết qu vận hành thực tế năm 2009 Trường hợp 3:

M c đích t i chính, phát điện ph thì v i mô hình toán trên đư cho kết qu

thiếu h t yêu c u t i là nhỏ nh t vƠ l ng điện đ t đ c là r t l n

Tô Thúy Nga v i luận án tiến sĩ “Mô hình vận hƠnh điều tiết th i gian

thực th i kỳ mùa lũ hệ thống hồ ch a trên sông Vu Gia - Thu Bồn” [50], đư thiết

lập đ c ch ng trình tính toán, mô phỏng lũ (MOPHONG-LU) tích h p ba mô

hình: mô hình m a dòng ch y, mô hình vận hƠnh hồ ch a vƠ diễn toán lũ trong

sông cho vùng th ng du sông Vu Gia - Thu Bồn ph c v cho dự báo lũ v i th i

gian dự kiến từ 3 đến 5 ngƠy lƠm c s cho việc xác định chế đ vận hành hồ

ch a theo th i gian thực Trên c s ng d ng mô hình mô phỏng hteo th i gian

thực ng v i các ph ng án vận hành hệ thống hồ ch a phòng lũ, đư đề xu t

ph ng án tăng dung tích phòng lũ vƠ chế đ vận hành nhằm nâng cao hiệu qu

cắt gi m lũ cho h du, lƠm c s cho việc bổ sung quy trình liên hồ ch a đư đ c

ch a trên l u vực sông Ba là nghiên c u ph c v xây dựng công trình Đập Đồng

Cam vƠo năm 1924 và c m công trình c p n c Ayun H năm 1994 [1], [2]

Đề tài c p nhƠ n c: “Nghiên c u luận c khoa học cho các gi i pháp

phòng tránh, h n chế hậu qu lũ l t l u vực sông Ba” [34] thực hiện trong 3 năm

(2001-2003) do PGS.TSKH Nguyên Văn C ch nhiệm Đề tƠi đặt ra m c tiêu

chính sau: - Cung c p luận c khoa học về lũ l t và diễn biến lũ l t ph c v qui

ho ch tổng thể phát triển KT - XH, phòng tránh gi m nhẹ thiên tai lũ l t l u vực

sông Ba; - Đề xu t các gi i pháp KHCN phòng tránh và gi m nhẹ thiên tai lũ l t

các tỉnh trong khu vực nghiên c u Để đ t đ c m c tiêu đặt ra, đề tài thực hiện

các n i dung chính: i) Phân tích các yếu tố tự nhiên xã h i nh h ng đến lũ l t

l u vực sông Ba; ii) Phơn tích, đánh giá vƠ xác định nguyên nhơn lũ l t trên l u

vực sông Ba, ngoài việc phơn tích đặc điểm c a các trận lũ trong quá kh nh

h ng đến dân sinh và h t ng, nh h ng c a điều kiện mặt đệm đến lũ l t, đề

tƠi đã ng d ng mô hình toán th y văn th y lực để xây dựng b n đồ ngập l t

ng các ph ng án khác nhau; iii) Từ việc phơn tích đặc điểm ngập l t và b n

đồ ngập l t đề tƠi đư đề xu t gi i pháp phòng tránh, h n chế thiệt h i do lũ l t gơy ra trên l u vực sông Ba T i th i điểm thực hiện đề tài m i chỉ có 2 hồ ch a

l n Ayun H và Sông Hinh ho t đ ng so v i 6 hồ l n hiện nay Đề tƠi, ch a đề

cập đến các nghiên c u liên quan về vận hành liên hồ ch a và xây dựng Quy

trình vận hành hồ ch a

Trong dự án “Quy ho ch sử d ng và tổng h p nguồn n c l u vực sông Ba” [14] mà B Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn đư giao cho Viện Quy

ho ch Thuỷ l i có h p ph n xây dựng các ph ng án phòng chống lũ để b o vệ

cho vùng h l u sông Ba N i dung ch yếu c a h p ph n này là tính toán th y

lực lũ h l u sông Ba v i nhiệm v mô phỏng l i chế đ lũ 11/1988, lũ 10/1993,

lũ 9/2005 vƠ tính toán các con lũ t n su t 1, 5, 10% để xem xét hiệu qu cắt lũ

cho h du c a công trình hồ Sông Ba H v i các tr ng h p có bậc thang thuỷ điện phía trên sông Ba H và công trình thuỷ điện Sông Hinh

Đề tài nghiên c u khoa học công nghệ c p b “Nghiên c u c s lý luận

và thực tiễn về qu n lý tổng h p tƠi nguyên n c trên l u vực sông Ba” [9] do

(2001-2003) N i dung c a đề tài bao gồm: Xây dựng hệ thống thông tin và qu n lý dữ

liệu nhằm qu n lý tƠi nguyên n c sông Ba; Đ a ra c s lý luận và thực tiễn

chung nh t c a qu n lý tổng h p tƠi nguyên n c nói chung và sông Ba nói

riêng Đề tài tập trung vào việc xây dựng c s dữ liệu khí t ng th y văn vƠ sử

d ng n c trên l u vực, c chế chính sách trong qu n lý tƠi nguyên n c trên

l u vực sông Ba, từ đó đề xu t c s lý luận và thực tiễn qu n lý tổng h p tài nguyên n c

C c Qu n lý TƠi nguyên n c đư ch trì thực hiện dự án: “Điều tra tình

hình khai thác, sử d ng tƠi nguyên n c và x n c th i vào nguồn n c l u

vực sông Ba” [18] Dự án đư thực hiện đ c hai m c tiêu sau: - Khái quát tình

hình khai thác, sử d ng TNN và x n c th i vào nguồn n c; đồng th i xác định những v n đề nổi c m, c p bách c n gi i quyết vƠ tăng c ng cho công tác

qu n lý tƠi nguyên n c cho l u vực sông Ba; - LƠm c s để các địa ph ng trong l u vực qu n lý, b o vệ, khai thác, sử d ng h p lý tƠi nguyên n c; h tr

công tác c p phép khai thác thăm dò, khai thác vƠ x n c th i vào nguồn n c

Dự án đ n thu n cung c p thông tin về tình hình khai thác, sử d ng n c và x

th i trên l u vực sông Ba

Dự án “Quy ho ch tƠi nguyên n c l u vực sông Ba” giữa C c Qu n lý

Tài nguyên n c và Trung tâm Th y văn ng d ng và kỹ thuật môi tr ng -

Tr ng Đ i học Th y l i thực hiện từ năm 2005-2010 [22] có các n i dung ch

yếu: - Điều tra thu thập, tổng h p, phân tích thông tin, số liệu về điều kiện tự

nhiên, kinh tế xã h i; tình hình hiện tr ng b o vệ, khai thác, sử d ng và phát

triển tƠi nguyên n c; phòng, chống, gi m thiểu tác h i do n c gây ra và tình

hình qu n lý, b o vệ tƠi nguyên n c và b o vệ môi tr ng liên quan đến tài nguyên n c trên l u vực sông Ba ph c v cho lập quy ho ch; - Đánh giá tổng

quan về điều kiện tự nhiên, kinh tế, xã h i và hiện tr ng b o vệ khai thác, sử

d ng và phát triển tƠi nguyên n c, gi m thiểu tác h i do n c gây ra và b o vệ môi tr ng liên quan đến tƠi nguyên n c l u vực sông; - Phơn tích đánh giá

nhu c u khai thác, sử d ng n c c a các ngƠnh, các lĩnh vực, các địa ph ng trong l u vực sông Ba nhằm b o đ m các m c tiêu phát triển kinh tế, xã h i và

b o vệ môi tr ng c a l u vực sông; - Đánh giá cơn bằng giữa tiềm năng nguồn

n c và nhu c u khai thác sử d ng n c; - Nghiên c u xác định các định h ng

và gi i pháp ph c v qu n lý, b o vệ, phát triển tƠi nguyên n c, phòng, chống,

gi m thiểu tác h i do n c gây ra l u vực sông Ba, gi i pháp vƠ định h ng

trong việc thực hiện quy ho ch Nh vậy, dự án chỉ tập trung vào tính toán cân

bằng n c vƠ đề xu t định h ng gi i pháp qu n lý tƠi nguyên n c, phòng

chống gi m thiểu các tác h i do n c thông qua các thông tin số liệu thu thập và điều tra

Đề tài nghiên c u khoa học c p B : “Hệ thống h tr kỹ thuật gi i quyết

tranh ch p về tƠi nguyên n c l u vực sông Ba” [21] do TS Huỳnh Thị Lan

H ng - Viện Khoa học Khí t ng Th y văn vƠ Môi tr ng (nay là Viện Khoa

học Khí t ng Th y văn vƠ Biến đổi khí hậu) thực hiện năm 2008-2009 Đề tài

đư nghiên c u đ a ra c s khoa học kỹ thuật nhằm gi i quyết các tranh ch p về tƠi nguyên n c giữa các h dùng n c trên l u vực Đề tài tập trung ch yếu

vào xác định các nhu c u n c chính trên l u vực, tính toán nhu c u n c, cân

bằng n c vƠ đề xu t gi i quyết tranh ch p về tƠi nguyên n c trong mùa c n,

khi mà nhu c u dùng n c c a các h sử d ng n c là cao

Từ năm 2009-2010, B Tài nguyên và Môi tr ng đư chỉ đ o C c qu n

lý TƠi nguyên n c, Viện Khoa học Khí t ng Th y văn vƠ Môi tr ng (nay là

Viện Khoa học Khí t ng Th y văn vƠ Biến đổi khí hậu) cùng các chuyên gia

đ u ngành vƠ các đ n vị trong và ngoài B thực hiện dự án việc xây dựng Quy

trình Vận hành liên hồ ch a các hồ ch a l n trên l u vực sông Ba [30] Kết qu

c a quá trình thực hiện là quyết định 1757/QĐ-TTg ngƠy 23 tháng 9 năm 2010

c a Th t ng Chính ph về việc ban hành Quy trình vận hành liên hồ ch a các

hồ: Sông Ba H , Sông Hinh, Krông H’năng, Ayun H và An Khê-Ka Nak trong mùa lũ hƠng năm [31] vƠ đ c sửa đổi vƠo năm 2014 v i quyết định 1077/QĐ-TTg ngƠy 07 tháng 7 năm 2014 c a Th t ng Chính ph về việc ban hành Quy

trình vận hành liên hồ ch a trên l u vực sông Ba [47, 48], trong đó NCS và th y

h ng dẫn PGS.TS Hoàng Minh Tuyển là những ng i chính thực hiện các n i

dung chuyên môn c a dự án Để có c s xây dựng Quy trình vận hành liên hồ trong mùa lũ trong quyết định năm 2010, dự án đư nghiên c u các v n đề về tổ

h p lũ, phơn kỳ lũ trên l u vực sông Ba, căn c vào phân tích về mối quan hệ đặc điểm lũ v i hệ thống hồ ch a vƠ đặc điểm l u vực sông Ba để đề ra đ c

nguyên tắc vận hành nhằm gi m lũ cho h du l u vực sông Ba, khi dự báo có lũ

l n x y ra, căn c vào dự báo l u l ng đến các hồ trong 24 gi để x b t n c

dành dung tích cắt gi m lũ cho h du và các hồ tham gia cắt lũ khi dự báo trong

6- 12 gi t i lũ đến hồ đặt đỉnh, hồ đ c phép tích n c cắt gi m lũ đến mực

n c dơng bình th ng Quá trình áp d ng Quy trình vận hành từ năm 2010, v i điều kiện còn h n chế về kh năng dự báo lũ tr c 6 - 12 - 24 gi , m ng l i

quan trắc còn th a vƠ các điều kiện khách quan khác về đặc điểm l u vực, nên

việc áp d ng Quy trình trong thực tế còn khó khăn vƠ hiệu qu cắt gi m lũ, còn

bị h n chế Dẫn đến năm 2014 đư sửa đổi Quy trình vận hành v i yêu c u các

hồ ph i dành m t dung tích phòng lũ tối thiểu cố định trong suốt mùa lũ, khi có

dự báo bưo lũ đến các hồ l i tiếp t c x n c để dƠnh thêm dung tích phòng lũ

và việc căn c vận hành không theo giá trị dự báo mà theo giá trị thực tế đo

đ c Điều này dẫn đến hiệu qu sử d ng n c và phát điện không cao, có thể

gây lúng túng trong việc vận hành và kh năng các hồ không tích đ y n c vào mùa lũ r t cao Nh vậy, trong nghiên c u năm 2009, đư có những ý t ng hay

về nguyên tắc vận hành liên hồ ch a, theo th i gian NCS đư nhận th y m t số

h n chế trong nguyên tắc vận hƠnh đó lƠ ch a phơn tích kỹ nhiều tình huống về

quá trình x n c đón lũ c a từng hồ sao cho có l i nh t mà vẫn an toàn cho h

du Trong nghiên c u 2014, v i cách th c vận hƠnh nh vậy sẽ đem l i hiệu qu

cắt gi m lũ nh ng không đem l i hiệu qu sử d ng n c do các hồ ph i dành dung tích phòng lũ cho c mùa lũ, ch a xem xét đánh giá giữa vận hành cắt gi m

lũ vƠ phát điện trong mùa lũ c a các hồ

Đề tài c p nhƠ n c: “Nghiên c u xây dựng công nghệ điều hành hệ thống

liên hồ ch a đ m b o ngăn lũ, chậm lũ, an toƠn vận hành hồ ch a và sử d ng

h p lý tƠi nguyên n c về mùa kiệt l u vực sông Ba” [34] thu c Ch ng trình

“Khoa học và công nghệ ph c v phòng tránh thiên tai, b o vệ môi tr ng và sử

d ng h p lý tƠi nguyên thiên nhiên” MS: KC.08.30/06-10 do PGS.TS Nguyễn

Hữu Kh i ch trì Đề tƠi đư nghiên c u đ a ra đề xu t quy trình vận hành liên

hồ ch a sông Ba mùa kiệt và quy trình vận hƠnh mùa lũ Kết qu chính đ t đ c

c a đề tài là xây dựng đ c công nghệ điều hành hệ thống liên hồ ch a dựa trên

các mô hình toán th y văn - th y lực (NAM, HecResim và Mike11) và các

nguyên tắc vận hƠnh đ a ra trong dự án xây dựng quy trình vận hành liên hồ

ch a c a B TƠi nguyên vƠ Môi tr ng

v n đề “Xây dựng đ ng cong chu n quy tắc vận hành tối u liên hồ ch a th y điện hệ thống hồ sông Ba” Nghiên c u đư sử d ng ph ng pháp kết h p mô

phỏng (truyền lũ, vận hành hồ) và tối u để xây dựng qui tắc vận hành Nghiên

c u nƠy đư đ a ra các b c xây dựng đ ng cong chu n qui tắc vận hành tối u,

th tự các b c xây dựng qui trình nh sau: 1 Thu thập các tài liệu c b n về địa hình, khí t ng, th y văn; 2 Xơy dựng các mô hình mô phỏng liên hồ ch a

th y điện; 3 Xây dựng các kịch b n lũ vƠ c n; 4 Tính toán xác định đ ng cong

qui tắc vận hành hồ dựa trên kết qu mô phỏng liên hồ ch a th y điện v i các

kịch b n lũ; 5 Tính toán xác định đ ng cong qui tắc vận hành hồ dựa trên kết

qu mô phỏng liên hồ ch a th y điện v i các kịch b n c n; 6 Phân tích kết qu

Thuật toán gen đ c áp d ng để tính toán tối u đa m c tiêu sử d ng hồ ch a

n c, thuật toán này cho phép tìm cực trị toàn c c c a m t hàm m c tiêu b t kỳ

liên t c hay gián đo n Dựa trên quy định vận hành liên hồ đ c chính ph ban

hành, nghiên c u đư xác định đ c đ ng cong qui tắc vận hành tối u (lƠ đ ng

cong biểu diễn mối quan hệ giữa l u l ng dòng ra khỏi hồ, mực n c hồ và

l ng dòng ch y đến sao cho vận hành c a liên hồ ch a là tối u) c a 6 hồ ch a

trên sông Ba

Năm 2012, C n Thu Văn, Nguyễn Hữu Kh i vƠ Nguyễn Thanh S n [40]

c u này chỉ tập trung vào việc ng d ng mô hình th y văn, th y lực để xây dựng

b n đồ ngập l t cho vùng h l u sông Ba

Thơn Văn Đón, Trung tơm Quy ho ch vƠ Điều tra tƠi nguyên n c quốc

gia năm 2012 [41] v i đề tài c p c s “Nghiên c u ng d ng mô hình số thích

h p dự báo tƠi nguyên n c mặt (về mặt số l ng) cho l u vực sông Ba” M c

tiêu c a đề tài là dự báo đ c (số l ng) tƠi nguyên n c mặt theo tháng cho

l u vực sông Ba, ph c v qu n lý tƠi nguyên n c mặt trên l u vực sông Ba Đề

tài thực hiện các n i dung chính: ng d ng mô hình th y văn mô phỏng dòng

ch y ph c v dự báo số l ng tƠi nguyên n c mặt theo tháng trên hệ thống

l ng tƠi nguyên n c mặt theo tháng trên hệ thống sông Ba: (2) Áp d ng mô

hình cân bằng n c l u vực sông Ba ph c v dự báo số l ng tƠi nguyên n c

mặt theo tháng: Nghiên c u áp d ng mô hình Mike Basin tính toán cân bằng

n c t i các tiểu l u vực sông Ba (3) Nghiên c u xây dựng ch ng trình qu n

lý dữ liệu, hiển thị và xu t b n tin thông báo số l ng tƠi nguyên n c mặt

GS Ngô Đình Tu n, Tr ng Đ i học Th y l i [44], thực hiện đề tài c p nhƠ n c “Nghiên c u gi i pháp tổng thể sử d ng h p lý tài nguyên và b o vệ môi tr ng l u vực sông Ba và sông Côn” Đề tƠi đư tiến hành đánh giá tổng

h p toàn b tƠi nguyên n c cũng nh quy ho ch th y l i - th y điện trên l u

vực sông Ba vƠ sông Côn đến năm 2010 - 2020 và tính toán cân bằng n c trên

l u vực hai sông và áp d ng ph ng pháp kế toán n c xem xét v n đề sử d ng

n c c a l u vực sông Trên c s các nghiên c u, đề tài kiến nghị thành lập tổ

ch c l u vực sông cho từng l u vực

Trong những năm g n đơy trên thế gi i, nghiên c u vận hành hồ ch a tập

trung vào sử d ng công c mô hình toán, lý thuyết tối u nhằm tính toán vận

hành hồ ch a theo th i gian thực [56, 58, 60, 61, 64, 71-73], tính toán tối u vận

hành hồ ch a phòng lũ, phát điện, c p n c h du và các v n đề liên quan [57,

59, 60, 62, 64-70, 73] Trong bài toán vận hành hồ ch a đa m c tiêu, dung tích

c a m i hồ trong hệ thống đ c phơn định rõ cho từng nhiệm v c p n c h n

nữa các n c phát triển hệ thống số liệu, tài liệu nền c a các ngƠnh dùng n c

lƠ đ y đ vƠ đồng b , công tác qu n lý tƠi nguyên n c đ c thực hiện m t cách

hiệu qu và có sự đồng thuận cao giữa các ngành, các m c tiêu vận hành, m c

tiêu sử d ng n c c a hệ thống hồ đ c xác định vƠ phơn định rõ theo th i gian

và không gian Kết qu dự báo ngắn h n, dự báo trung và dài h n có đ chính

xác cao ph c v vận hành hồ ch a Chính vì vậy, đề xu t vận hành hồ ch a đa

m c tiêu là hoàn toàn kh thi Tuy nhiên, đối chiếu v i điều kiện hiện t i c a

Việt Nam, bài toán vận hành hồ ch a đa m c tiêu đối mặt v i r t nhiều khó khăn

và thách th c

Việt Nam nói chung vƠ l u vực sông Ba nói riêng ph n l n các nghiên

c u liên quan đến th y văn vƠ tƠi nguyên n c là kế thừa, phát triển những công

c , mô hình toán vƠ ph ng pháp nghiên c u trên thế gi i Việc nghiên c u khoa

học th y văn - tƠi nguyên n c và các v n đề liên quan ph c v công tác qu n

lý tƠi nguyên n c đư đ c đ u t và quan tâm trong th i gian qua Các nghiên

c u c a Viện Quy ho ch Th y l i [14], Tr ng Đ i học Th y L i [4, 9, 25, 35,

44], Đ i học Khoa học tự nhiên [40], Viện Địa lý [10], Viện C học [20, 24],

C c Qu n lý TƠi nguyên n c [18, 23], Trung tâm Quy ho ch vƠ Điều tra tài nguyên n c Quốc Gia [41], Trung tâm Dự báo Khí t ng th y văn Trung ng

[46], Viện Khoa học Khí t ng Th y văn vƠ Biến đổi khí hậu [21] ch yếu tập

trung vào các v n đề: Bài toán cân bằng n c, phân bổ tƠi nguyên n c, gi i

quyết tranh ch p, dự báo lũ, đánh giá nh h ng c a biến đổi khí hậu đến nhu

c u n c, tƠi nguyên n cầ, nhằm đ a ra các ph ng án, kịch b n vƠ c s

cho sự phát triển bền vững c a l u vực sông nói chung vƠ l u vực sông Ba nói

riêng Trong các nghiên c u này, vận hành hồ ch a chỉ đ c xem xét theo những

gi thiết nh t định hoặc những quy định đư có mƠ ch a quan tơm đến xem xét

những tính phù h p, đúng đắn c a các quy định đó, cũng ch a nghiên c u xác định c s khoa học vận hành liên hồ ch a cắt gi m lũ, để từ đó đánh giá hiệu

qu thực tế vận hành liên hồ Các nghiên c u liên quan đến vận hành hồ ch a

thu c các l u vực sông khác nhau [4, 7, 12, 17, 20, 22, 25] tập trung vào v n đề

xây dựng công nghệ nhận d ng lũ, đánh giá vai trò c a hệ thống hồ ch a cắt

gi m lũ vƠ vận hành tối u Các nghiên c u liên quan trực tiếp đến vận hành hồ

ch a sông Ba [30, 33, 34, 47] ch a thể hiện đ c sự phối h p hiệu qu giữa các

hồ trong vận hành cắt gi m lũ, các quy định vận hành trong mùa lũ ch a đem l i

hiệu qu cao về c p n c trong mùa c n, cũng nh minh ch ng hiệu qu phát điện trong mùa lũ

Vận hành hệ thống hồ ch a n c là m t bài toán khá ph c t p, bao gồm

nhiều biến điều khiển và ph i tho mãn nhiều m c đích khác nhau nh chống

lũ, phát điện, c p n c nông nghiệp và giao thông vận t i thuỷ nên không ph i bƠi toán nƠo cũng áp d ng đ c ph ng pháp tối u hóa Trong nhiều tr ng

h p thực tế, do m c tiêu khai thác hệ thống còn liên quan đến những l i ích

chính trị - xã h i Chính vì vậy, bài toán vận hành hồ ch a đa m c tiêu c n xem

xét hài hòa l i ích c a các đối t ng dùng n c bao gồm phòng lũ, phát điện và

các nhu c u khác Hiện nay, các sông Miền Trung tr c mắt khó có kh năng

dự báo v i h n dài 3-5 ngƠy có đ tin cậy cho phép (thực tế dự báo v i th i gian

dự kiến 1 ngày nhiều khi cũng khó đ m b o) Vì vậy, h ng nghiên c u c a

luận án sẽ tập trung đánh giá vai trò c a các hồ trong mối liên hệ về cắt gi m lũ theo không gian, đề xu t nguyên tắc cắt gi m lũ cho hệ thống liên hồ ch a trên

l u vực sông Ba theo h ng điều chỉnh nhiệm v các hồ ch a nh ng vẫn đ m

b o an toàn h du, sự hài hòa v i m c tiêu phát điện và c p n c c a hệ thống

CH NG 2 THI T L P BÀI TOỄN V N HÀNH LIểN H CH A

KI M SOỄT LǛ L U V C SỌNG BA

V i diện tích tự nhiên l u vực kho ng 13.417 km2 [32] l u vực sông Ba

là m t trong chín hệ thống sông l n n c ta, l u vực có d ng g n nh chữ L,

ph n th ng và h l u hẹp, giữa phình ra v i đ r ng bình quơn l u vực kho ng

48,6 km L u vực sông Ba tr i dài trên c s n phía Tơy vƠ s n phía Đông c a dưy Tr ng S n, thu c địa phận 3 tỉnh Kon Tum, Gia Lai, Đắk Lắk Tây

trong kho ng 12035' đến 14038' vĩ đ Bắc, 180000' đến 190055' kinh đ Đông

Dòng chính sông Ba dài kho ng 396 km, bắt nguồn từ đỉnh Ngọc Rô (Kon

g n Tây - Đông ch y vƠo địa phận tỉnh Phú Yên rồi đổ ra biển (Hình 2.1)

Sông Ba đ c hình thành b i nhiều nhánh sông, suối nhỏ Các sông suối

th ng hẹp và sâu v i đ dốc l n nên l u vực sông Ba có tiềm năng th y điện

l n Sông Ba có 36 sông nhánh c p I, 54 sông nhánh c p II vƠ hƠng trăm nhánh

c p III Ba nhánh chính c p I l n nh t có F > 100 km2 là sông IaYun, Krông

H’năng vƠ Sông Hinh, chúng đều nằm phía hữu ng n sông Ba và là các sông

liên tỉnh [14] L u vực sông Ba có địa hình biến đổi khá ph c t p, đồi núi chiếm

kho ng 70% diện tích toƠn l u vực L u vực bị chi phối c a dưy Tr ng S n

ch y theo h ng Tây Bắc - Đông Nam cho đến đèo An Khê sau đó chuyển

h ng và kết thúc th ng nguồn sông CƠ Lúi, sông Con Phía Nam l u vực là dưy núi Ph ng Hoàng ch y sát ra biển theo h ng Đông Bắc đến Tây Nam và

kết thúc t i đèo C Vì vậy, trên l u vực đư hình thƠnh các thung lũng Cheo Reo

v i đ cao từ (5-10)m [14]