Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Xây dựng mô hình toán vận hành hệ thống hồ chứa đa mục tiêu thời kỳ mùa kiệt cho lưu vực sông Ba

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:248

Thêm vào BST

Báo xấu

25
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn trình bày tổng quan các nghiên cứu vận hành hệ thống hồ chứa thời kỳ mùa kiệt; cơ sở khoa học và thực tiễn thiết lập bài toán vận hành hồ chứa trên sông Ba thời kỳ mùa kiệt, thiết lập mô hình mô phỏng, xây dựng biểu đồ rút nước tiềm năng phục vụ vận hành hệ thống hồ chứa sông Ba thời kỳ mùa kiệt theo thời gian thực, ứng dụng mô hình Ba-Model vào vận hành hệ thống hồ chứa trên lưu vực sông Ba thời kỳ mùa kiệt.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Xây dựng mô hình toán vận hành hệ thống hồ chứa đa mục tiêu thời kỳ mùa kiệt cho lưu vực sông Ba

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -------ooo------- CAO ĐÌNH HUY XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN VẬN HÀNH HỆ THỐNG HỒ CHỨA ĐA MỤC TIÊU THỜI KỲ MÙA KIỆT CHO LƯU VỰC SÔNG BA LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành: Kỹ thuật tài nguyên nước ĐÀ NẴNG - 2019
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -------ooo------- CAO ĐÌNH HUY XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN VẬN HÀNH HỆ THỐNG HỒ CHỨA ĐA MỤC TIÊU THỜI KỲ MÙA KIỆT CHO LƯU VỰC SÔNG BA Chuyên ngành : Kỹ thuật tài nguyên nước Mã số : 9580212 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học: TS. LÊ HÙNG GS.TS. HÀ VĂN KHỐI ĐÀ NẴNG - 2019
NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN 1. Xây dựng biểu đồ rút nước tiềm năng thời kỳ mùa kiệt cho các nút hồ chứa chính trên lưu vực sông Ba làm cơ sở nhận dạng dòng chảy mùa kiệt. Từ đó, lập kế hoạch sử dụng nước và vận hành hệ thống hồ chứa có nhiệm vụ điều tiết cấp nước cho hạ du. 2. hát triển mô h nh mô ph ng Ba- od l tích h p đư c mô h nh mưa - dòng chảy, mô h nh cân b ng nước và điều tiết hồ chứa, phục vụ uản l nước và ra uyết định vận hành các hồ chứa trên lưu vực sông Ba thời kỳ mùa kiệt. 3. Xây dựng phương pháp vận hành hồ chứa th o hướng vận hành th o thời gian thực cho hệ thống hồ chứa trên lưu vực sông Ba trên cơ sở phân tích, tính toán lư ng trữ nước trên lưu vực thời điểm cuối mùa lũ và uy luật rút nước dòng chảy trong sông thời kỳ mùa kiệt. Đồng thời đề xuất chế độ vận hành h p l nh m đảm bảo an toàn th o nhiệm vụ cấp nước hạ du và nâng cao hiệu uả vận hành hồ chứa trong thời kỳ mùa kiệt. Từ đó, làm cơ sở cho việc nghiên cứu bổ sung uy tr nh liên hồ chứa đã đư c phê duyệt.
THE NEW CONTRIBUTIONS 1. Developed a potential water reduction graph in the dry season for the main reservoirs in the Ba river basin as a basis for identifying dry season flows. After that, plan of water use and operation of reservoirs system were presented; 2. Developed a Ba model which integrates the rain - flow model, water balance model and reservoir regulation to serve water management and decision- making for reservoir operation in Ba river basin in dry season; 3. Built operation techniques for real-time reservoir regulation in the Ba river basin based on the analysis and calculation of water storage at the end of the rainy season and water change in river during dry season. In addition, a reasonable operation regime is proposed to ensure the safety of water supply and improve the efficiency of reservoir operation in the dry season. This is the basis for the additional study of the inter-reservoir operation procedure that has been issued.
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc TRÍCH YẾU LUẬN ÁN TIẾN SĨ I. Họ và tên nghiên cứu sinh: Cao Đình Huy II. Chuyên ngành: Kỹ thuật Tài nguyên nước. III. Mã số: 958 02 12 IV. Tên đề tài luận án: Xây dựng mô hình toán vận hành hệ thống hồ chứa đa mục tiêu thời kỳ mùa kiệt cho lưu vực sông Ba V. Người hướng dẫn khoa học: 1.TS. Lê Hùng; 2.GS.TS. Hà Văn Khối. VI. Cơ sở đào tạo: Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng VII. Tóm tắt nội dung luận án 1. Tính cấp thiết Trong những thập kỷ gần đây, một số lượng lớn các hồ chứa được xây dựng trên toàn thế giới cũng như ở Việt Nam. Ở Việt Nam, trong những năm gần đây, có hàng loạt các hồ chứa lớn được xây dựng trên hầu hết các sông suối khắp cả nước. Do vậy, việc quản lý nước và vận hành hợp lý hệ thống liên hồ chứa nhằm nâng cao hiệu quả khai thác và giảm thiểu những tác động tiêu cực là rất cần thiết. Đã có nhiều dự án và đề tài nghiên cứu về vận hành hệ thống hồ chứa lợi dụng tổng hợp. Tuy nhiên, kết quả nghiên cứu còn hạn chế, đặc biệt là chế độ vận hành hồ chứa thời kỳ mùa kiệt đối với hệ thống hồ chứa đa mục tiêu. Do vậy, việc vận hành hệ thống hồ chứa đa mục tiêu vẫn đang là đối tượng của nhiều đề tài nghiên cứu trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng.
Hiện nay có hai xu hướng nghiên cứu nhằm nâng cao hiệu quả vận hành các hệ thống hồ chứa đa mục tiêu: Phương pháp tối ưu hóa và phương pháp mô phỏng. Mô hình toán mô phỏng hệ thống cân bằng nước, trong đó có mô phỏng chế độ vận hành của các hồ chứa đóng vai trò quyết định trong các nghiên cứu về quản lý nước và vận hành hệ thống hồ chứa, bất luận nghiên cứu đó là phương pháp tối ưu hóa hay phương pháp mô phỏng. Chính vì vậy, đã có nhiều nghiên cứu phát triển các mô hình mô phỏng liên quan đến tính toán cân bằng nước, quản lý nước và vận hành hệ thống hồ chứa trên lưu vực, trong đó các mô hình MIKE-BASIN, HEC-RESSIM, WEAP, MIKE HYDRO,… là những mô hình điển hình được sử dụng rộng rãi trên thế giới. Các mô hình này cũng đã được nghiên cứu trong quy hoạch, quản lý nước cho các lưu vực sông ở Việt Nam, trong đó có lưu vực sông Ba. Mỗi mô hình có những ưu điểm riêng và cũng có những hạn chế nhất định nên hiện nay các nhà nghiên cứu vẫn tiếp tục phát triển và hoàn thiện mô hình. Vì vậy, đã có những nghiên cứu xây dựng các mô hình riêng phù hợp với điều kiện cụ thể của lưu vực, phù hợp và thuận lợi cho nghiên cứu đối với bài toán được đặt ra. Cũng chính vì lý do trên, để nghiên cứu chế độ vận hành các hồ chứa lớn trên lưu vực sông Ba, tác giả luận án có ý định xây dựng một mô hình riêng phục vụ cho nghiên cứu và chọn đề tài nghiên cứu: “Xây dựng mô hình toán vận hành hệ thống hồ chứa đa mục tiêu thời kỳ mùa kiệt cho lưu vực sông Ba”. Mô hình toán được xây dựng nhằm hỗ trợ ra quyết định trong quá trình vận hành hệ thống hồ chứa đa mục tiêu, lưu vực sông Ba trong trong thời kỳ mùa kiệt (TKMK). 2. Mục tiêu nghiên cứu 2.1. Mục tiêu tổng quát Phát triển một mô hình vận hành hệ thống liên hồ chứa thời kỳ mùa kiệt có khả năng hỗ trợ ra quyết định vận hành cho các hệ thống liên hồ chứa lưu vực sông Ba. 2.2. Mục tiêu cụ thể Xây dựng được một mô hình đáp ứng các yêu cầu. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu: Mô hình mô phỏng được xây dựng đối với bài toán cân bằng nước (CBN) trên lưu vực sông và vận hành hệ thống hồ chứa có nhiệm vụ cấp nước và phát điện đối với vùng sông không bị ảnh hưởng của thủy triều. Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu được tiến hành đối với hệ thống hồ chứa đa mục tiêu trên lưu vực sông Ba, bao gồm tất cả các hồ chứa thủy lợi và thủy điện. Do mô hình không thể ứng dụng vùng sông bị ảnh hưởng triều nên phạm vi nghiên cứu được áp dụng cho lưu vực sông Ba tính đến vị trị đập Đồng Cam. Nghiên cứu chế độ vận hành được thực hiện đối với các hồ chứa lớn trên dòng chính có tính đến điều tiết cấp nước tưới của tất cả các hồ chứa nhỏ trên hệ thống. Các hồ chứa lớn được chọn để nghiên cứu chế độ vận hành là các hồ Ka Nak, An Khê, Sông Hinh, Ba Hạ và Krông H’Năng. 4. Phương pháp nghiên cứu Các phương pháp nghiên cứu trong luận án: Phương pháp kế thừa, phương pháp mô hình toán và Phương pháp thực nghiệm. 5. Cấu trúc luận án Ngoài phần mở đầu và phần kết luận và kiến nghị, luận án gồm có 4 chương: Chương 1. Tổng quan các nghiên cứu vận hành hệ thống hồ chứa thời kỳ mùa kiệt. Chương 2. Cơ sở khoa học và thực tiễn thiết lập bài toán vận hành hồ chứa trên sông Ba thời kỳ mùa kiệt. Chương 3. Thiết lập mô hình mô phỏng, xây dựng biểu đồ rút nước tiềm năng phục vụ vận hành hệ thống hồ chứa sông Ba thời kỳ mùa kiệt theo thời gian thực. Chương 4. Ứng dụng mô hình Ba-Model vào vận hành hệ thống hồ chứa trên lưu vực sông Ba thời kỳ mùa kiệt. 6. Kết quả nghiên cứu của luận án Lưu vực sông Ba là một trong những lưu vực lớn nhất miền Trung, mức độ ảnh hưởng trải dài ở các tỉnh với khá nhiều các công trình khai thác sử dụng nước trên đó. Đặc biệt là các hồ chứa thủy lợi và thủy điện nếu vận hành hợp lý sẽ mang lại lợi ích không nhỏ cho nhiều mục đích khác nhau. Tuy nhiên để hệ thống thực sự mang lại lợi ích tối ưu thì rất khó và đòi hỏi phải được tính toán cụ thể. Luận án đã nghiên cứu về dòng chảy mùa kiệt và đạt được các kết quả sau:
1) Luận án đã tổng quan đầy đủ những nghiên cứu liên quan đến lĩnh vực vận hành hệ thống hồ chứa theo thời gian thực. Từ những nguyên lý về vận hành hệ thống theo thời gian thực, trên cơ sở phân tích những đặc điểm dòng chảy kiệt trên lưu vực sông Ba, Tác giả đã thiết lập được bài toán Cân bằng nước trên hệ thống sông Ba, xác định nội dung nghiên cứu theo hướng tiếp cận bài toán vận hành hệ thống theo thời gian thực. 2) Luận án đã tiếp cận theo hướng vận hành theo thời gian thực giải quyết một vấn đề cấp thiết có ý nghĩa khoa học và thực tiễn. Đã xây được mô hình mô phỏng dự báo kết hợp với vận hành theo thời gian thực thời kỳ mùa kiệt và ứng dụng thử nghiệm thành công có khả năng áp dụng cho hệ thống hồ chứa trên sông Ba. 3) Chương trình tính Ba-Model do tác giả xây dựng trên cơ sở tích hợp các mô hình mưa-dòng chảy, mô hình vận hành hồ chứa và diễn toán dòng chảy trong sông cho phép kéo dài thời gian dự báo dòng chảy đến nút hồ chứa và các nút sông. Tương đương với phần mô hình mưa dòng chảy trong MIKE NAM, TANK và mô hình vận hành hồ chứa trong HEC-RESSIM, cũng như mô hình cân bằng nước WEAP. Mô hình có thể ứng dụng được trong vận hành hệ thống hồ chứa thời kỳ mùa kiệt theo thời gian thực nhằm đáp ứng vận hành điều tiết theo quy trình liên hồ chứa trên lưu vực sông Ba hiện nay. Mô hình mô phỏng mà tác giả xây dựng cho lưu vực sông Ba được thiết lập theo hướng tổng quát. Do vậy, nếu được phát triển hoàn thiện thêm về mặt giao diện đồ họa thì hoàn toàn có thể ứng dụng cho các lưu vực sông khác ở Việt Nam. 4) Luận án đã nghiên cứu xây dựng được biểu đồ rút nước tiềm năng cho các lưu vực thuộc các hồ chứa lớn làm cơ sở nhận dạng dòng chảy mùa kiệt. Từ đó lập kế hoạch quản lý và vận hành các hồ chứa trong thời kỳ mùa kiệt. 5) Đã tính toán và phân tích những bất hợp lý trong quy trình liên hồ chứa cho lưu vực sông Ba và đề xuất phương án bổ sung quy trình. 7. Những đóng góp mới của luận án 1) Xây dựng biểu đồ rút nước tiềm năng thời kỳ mùa kiệt cho các nút hồ chứa chính trên lưu vực sông Ba làm cơ sở nhận dạng dòng chảy mùa kiệt. Từ đó, lập kế hoạch sử dụng nước và vận hành hệ thống hồ chứa có nhiệm vụ điều tiết cấp nước cho hạ du. 2) Phát triển mô hình mô phỏng Ba-Model tích hợp được mô hình mưa - dòng chảy, mô hình cân bằng nước và điều tiết hồ chứa, phục vụ quản lý nước và ra quyết định vận hành các hồ chứa trên lưu vực sông Ba thời kỳ mùa kiệt.
3) Xây dựng phương pháp vận hành hồ chứa theo hướng vận hành theo thời gian thực cho hệ thống hồ chứa trên lưu vực sông Ba trên cơ sở phân tích, tính toán lượng trữ nước trên lưu vực thời điểm cuối mùa lũ và quy luật rút nước dòng chảy trong sông thời kỳ mùa kiệt. Đồng thời đề xuất chế độ vận hành hợp lý nhằm đảm bảo an toàn theo nhiệm vụ cấp nước hạ du và nâng cao hiệu quả vận hành hồ chứa trong thời kỳ mùa kiệt. Từ đó, làm cơ sở cho việc nghiên cứu bổ sung quy trình liên hồ chứa đã được phê duyệt. Đà Nẵng, ngày 15 tháng 7 năm 2019 NGƯỜI HƯỚNG DẪN NGHIÊN CỨU SINH TS. Lê Hùng NCS. Cao Đình Huy
SOCIALIST REPUBLIC OF VIETNAM Independence - Freedom - Happiness SUMMARY OF DOCTOR THESIS I. Full name of PhD student: Cao Dinh Huy II. Major: Water resources Engineering III. Code: 958.02.12 IV. Name of thesis: Building a mathematical model to operate multi- purpose reservoir system in dry season for Ba river basin V. Supervisors: 1. Dr. Le Hung; 2. Prof. Dr. Ha Van Khoi. VI. Training institution: Da Nang university of technology - The university of Da Nang VII. Abstract: 1. The necessity of the thesis In recent decades, many reservoirs have been built around the world including Vietnam. Vietnam is a country with many reservoirs that serve different purposes from irrigating agriculture to generating electricity. However, until now, there is no exact solution for how to operate the reservoir system to obtain the maximum benefits to society. Numerical modeling is an effective tool for water management in river basins. It is well known that MIKE-BASIN, MIKE11, HEC-RESSIM, WEAP, HEC-HMS ... models are widely used in the world. These models have also been used in water planning and management for river basins in Vietnam, including the Ba river basin. Each model has its own advantages and certain limitations, especially when they are applied in specific research conditions. Therefore, the researchers around the world continue to develop and improve them. In this thesis, based on approaching and inheriting existing studies, the
author chooses the research topic: "Building a mathematical model to operate multi- purpose reservoir system in dry season for Ba river basin" 2. Research objective 2.1. Overall objectives The goal of this study is to develop a model for operating inter-reservoir system during dry season to help support operational decisions for inter-reservoir systems in the Ba river basin. 2.2. Specific objectives Build a model that meets the requirements 3. Object and scope of the research The result is carried out on a multi-purpose reservoir system in the Ba river basin. The operation process is considered during the dry season for the large reservoirs on the mainstream. This study also takes into account the regulation of irrigation water supply for all small reservoirs on the system. 4. Research methodology In this thesis, the author has used the methods including inheritance method; mathematical modeling method, and experiment method. 5. Thesis structure In addition to the overview, conclusion and recommendations parts, the thesis consists of 4 chapters: Chapter 1: Literature review of studies on reservoirs operation in dry season. Chapter 2: Scientific and practical basis to set up the problem of reservoir operation in real-time in dry season for Ba river. Chapter 3: Setting up simulation model for forecasting and operating the reservoir system in real-time for Ba river. Chapter 4: Study on reservoir operations in dry season for Ba river basin. 6. The results of the thesis The Ba River basin is one of the largest basins in Central Vietnam. The changes on the flow in this river basin also lead to great impacts in the surrounding provinces which have a lot of water exploitation works. Especially if the irrigation and hydropower reservoirs operate properly, it will bring significant benefits to many different purposes. However, it
is very difficult for the system to truly deliver optimal benefits and it requires specific calculations. The thesis has studied the flow in dry season and achieved the following results: 1) The thesis has approached in the direction of real-time operation to solve an urgent problem have scientific and practical significance. The author has built a predictive simulation model combined with real-time operation in dry season. This model has been successfully tested for reservoirs systems in Ba river basin. 2) The thesis has fully reviewed the researches related to the operation of reservoir system in real-time. From the principles of operating the system in real-time and based on the analyzing the characteristics of the low flow in the Ba river basin, the author has established the problem of water balance in the Ba river system, determined research content in the approach of real-time operating system problem. 3) The Ba-Model program is built by the author on the basis of integrating rain-flow models, reservoir operation model and river flow calculation to allow the forecasting time of flow to reservoir and river nodes to be extended. This model has features equivalent to the flow model of MIKE NAM, TANK and reservoir operation model in HEC-RESSIM as well as water balance model WEAP. The model can be applied in operation of reservoir system in dry season in real time in order to meet the current inter-reservoir procedure in Ba river basin. This model is set up in a general direction, therefore, if further developed in terms of graphical interface, it is possible to apply for other river basins in Vietnam. 4) The thesis has studied to build a potential water reduction graph for severeal large reservoirs in this basin. This is as a basis for identifying dry season flow and help plan management and operation of reservoirs during the dry season. 5) The thesis has calculated and analyzed the limitations in the inter-reservoir procedure for the Ba river basin and proposed additional procedures. 7. Scientific significance and contributions of the thesis 1. Developed a potential water reduction graph in the dry season for the main reservoirs in the Ba river basin as a basis for identifying dry season flows. After that, plan of water use and operation of reservoirs system were presented; 2. Developed a Ba model which integrates the rain - flow model, water balance model and reservoir regulation to serve water management and decision-making for reservoir operation in Ba river basin in dry season; 3. Built operation techniques for real-time reservoir regulation in the Ba river basin based on the analysis and calculation of water storage at the end of the rainy season
and water change in river during dry season. In addition, a reasonable operation regime is proposed to ensure the safety of water supply and improve the efficiency of reservoir operation in the dry season. This is the basis for the additional study of the inter-reservoir operation procedure that has been issued. Da Nang, July 15th, 2019 SUPPERVISOR Full name of PhD student Dr. Le Hung Cao Dinh Huy
LỜI CẢM ƠN Luận án đƣợc khởi thảo, tiến hành và hoàn thiện tại trƣờng Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng. Đầu tiên, Tác giả ày tỏ l ng k nh trọng và biết ơn sâu sắc đến các hƣớng dẫn khoa học TS. Lê Hùng và GS.TS. Hà Văn Khối đã tận t nh hƣớng ẫn Tác giả trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thiện Luận án. Tác giả xin cảm ơn Trƣờng Đại học Bách Khoa, Đại học Đà Nẵng, Khoa Xây dựng Thủy lợi - Thủy điện, Phòng Quản lý Sau đại học trƣờng Đại học Bách Khoa, Ban quản lý các dự án đầu tƣ xây ựng tỉnh Phú Yên đã tạo điều kiện thuận lợi cho Tác giả trong thời gian nghiên cứu và hoàn thành Luận án. Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến quý thầy cô và các bạn đồng nghiệp đã đóng góp nhiều ý kiến thiết thực để Tác giả hoàn thiện luận án. Cuối cùng Tác giả không thể nào quên sự lo lắng, gánh vác việc nhà và nuôi dạy con cái của ngƣời Vợ, sự quan tâm và động viên của Cha-Mẹ và gia đ nh. Luận án có nội dung về quản lý vận hành hệ thống hồ chứa đa mục tiêu lƣu vực sông Ba trong bối cảnh biến đổi khí hậu, đây là một vấn đề rộng lớn và phức tạp, luận án không thể tránh khỏi sai sót. Tác giả mong nhận đƣợc ý kiến đóng góp của quý thầy, cô, đồng nghiệp, bạn bè về luận án để sửa chữa những sai sót. Xin trân trọng cảm ơn TÁC GIẢ Cao Đình Huy i
LỜI CAM ĐOAN Tôi là Cao Đ nh Huy. Tôi xin cam đoan đây là công tr nh nghiên cứu của riêng tôi. Các nội dung và kết quả nghiên cứu trong Luận án là trung thực và chƣa đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình khoa học nào. TÁC GIẢ Cao Đình Huy ii
MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................. i LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................... ii MỤC LỤC ................................................................................................................. iii DANH SÁCH BẢNG BIỂU .................................................................................... vii DANH SÁCH HÌNH VẼ .......................................................................................... ix DANH SÁCH KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT............................................................. xi MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1 1. Tính cấp thiết của đề tài .......................................................................................1 2. Mục tiêu nghiên cứu ............................................................................................2 3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu .......................................................................2 4. Phƣơng pháp nghiên cứu .....................................................................................2 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án ..........................................................3 5.1. Ý nghĩa khoa học ..........................................................................................3 5.2. Ý nghĩa thực tiễn ...........................................................................................3 6. Phƣơng pháp tiếp cận ..........................................................................................4 7. Những đóng góp mới của luận án........................................................................4 8. Cấu trúc luận án ...................................................................................................5 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VẬN HÀNH HỆ THỐNG HỒ CHỨA THỜI KỲ MÙA KIỆT ...................................................................................6 1.1. Vai trò hệ thống hồ chứa trong cân bằng nƣớc ................................................6 1.2. Tổng quan các nghiên cứu vận hành hồ chứa ..................................................8 1.2.1. Tổng quan các nghiên cứu vận hành hồ chứa trên thế giới .......................8 1.2.2. Tổng quan các nghiên cứu vận hành hồ chứa trong nƣớc .......................15 1.2.3. Các nghiên cứu trên lƣu vực sông Ba ......................................................17 1.3. Nhận xét chung về các nghiên cứu trong và ngoài nƣớc, xác định hƣớng nghiên cứu của luận án ..........................................................................................21 1.3.1. Về phƣơng pháp luận ...............................................................................21 1.3.2. Về thực trạng nghiên cứu vận hành hồ chứa ở lƣu vực sông Ba .............22 1.3.3. Định hƣớng nghiên cứu của luận án ........................................................22 iii
CHƢƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN THIẾT LẬP BÀI TOÁN VẬN HÀNH HỒ CHỨA TRÊN SÔNG BA THỜI KỲ MÙA KIỆT ......................25 2.1. Giới hạn địa lý lƣu vực sông Ba .....................................................................25 2.2. Đặc điểm sông ngòi ........................................................................................25 2.3. Phân tích đặc điểm khí hậu và dòng chảy sông ảnh hƣởng đến chế độ vận hành các hồ chứa thời kỳ mùa kiệt ........................................................................27 2.3.1. Đặc điểm khí hậu .....................................................................................27 2.3.2. Đặc điểm chế độ mƣa theo mùa ...............................................................28 2.3.3. Đặc điểm chế độ dòng chảy sông ngòi ....................................................33 2.3.4. Đặc điểm đƣờng quá tr nh rút nƣớc thời kỳ mùa kiệt ..............................38 2.4. Hiện trạng hệ thống công trình thủy lợi và nhu cầu sử dụng nƣớc ................41 2.4.1. Hệ thống công trình thủy lợi ....................................................................41 2.4.2. Hệ thống hồ chứa thủy điện lớn trên sông Ba ..........................................43 2.4.3. Hệ thống các trạm ơm cấp nƣớc trên sông chính ...................................45 2.5. Nhiệm vụ vận hành điều tiết hệ thống hồ chứa thời kỳ mùa kiệt ...................46 2.5.1. Nhiệm vụ vận hành điều tiết cấp nƣớc của hệ thống hồ chứa thời kỳ mùa kiệt ......................................................................................................................46 2.5.2. Thực trạng vận hành các hồ chứa thủy điện, khó khăn và tồn tại ............48 2.6. Thiết lập bài toán vận hành điều tiết hệ thống hồ chứa trên lƣu vực sông Ba thời kỳ mùa kiệt .....................................................................................................52 2.6.1. Xác định nhiệm vụ và nội dung nghiên cứu bài toán vận hành hồ chứa lƣu vực sông Ba thời kỳ mùa kiệt ......................................................................52 2.6.2. Mô tả bài toán vận hành hồ chứa trên lƣu vực sông Ba theo thời gian thực thời kỳ mùa kiệt..................................................................................................54 2.6.3. Những khó khăn khi lập và vận hành hệ thống hồ chứa lƣu vực sông Ba theo thời gian thực và hƣớng giải quyết.............................................................57 2.7. Kết luận chƣơng 2...........................................................................................59 CHƢƠNG 3: THIẾT LẬP MÔ HÌNH MÔ PHỎNG, XÂY DỰNG BIỂU ĐỒ RÚT NƢỚC TIỀM NĂNG PHỤC VỤ VẬN HÀNH HỆ THỐNG HỒ CHỨA SÔNG BA THỜI KỲ MÙA KIỆT THEO THỜI GIAN THỰC.................................................62 3.1. Giới thiệu chung về các mô hình mô phỏng trong quy hoạch và quản lý tài nguyên nƣớc ..........................................................................................................62 3.2. Xây dựng mô hình mô phỏng Ba-Model phục vụ bài toán quản lý nƣớc và vận hành hệ thống hồ chứa trên lƣu vực sông Ba..................................................66 iv
3.2.1. Yêu cầu về thiết lập mô hình ...................................................................66 3.2.2. Cấu trúc của mô hình ...............................................................................66 3.2.3. Mô phỏng .................................................................................................69 3.3. Xây dựng thuật toán và lập chƣơng tr nh t nh toán cho mô hình Ba-Model ..72 3.3.1. Thuật toán t nh điều tiết hồ chứa..............................................................72 3.3.2. Giới thiệu cơ sở lý thuyết mô hình NAM ................................................76 3.3.3. Thuật toán t nh lƣu lƣợng tại các nút nhập lƣu theo mô h nh NAM .......81 3.3.4. Dữ liệu sử dụng cho tính toán ..................................................................82 3.3.5. Lập chƣơng tr nh t nh toán .......................................................................83 3.4. Xác định bộ thông số mô hình NAM của Ba-Mo el lƣu vực sông Ba ..........83 3.4.1. Xác định các tiểu lƣu vực phục vụ t nh toán nƣớc đến các nút hồ chứa..83 3.4.2. Tích hợp các mô hình thành phần khi xác định các tham số mô hình NAM...................................................................................................................86 3.4.3. Xác định bộ thông số mô hình NAM .......................................................87 3.5. Xây dựng đƣờng rút nƣớc tiềm năng ứng dụng trong nhận dạng dòng chảy mùa kiệt .................................................................................................................92 3.5.1. Xây dựng biểu đồ rút nƣớc tiềm năng......................................................92 3.5.2. Nhận dạng dòng chảy mùa kiệt theo biểu đồ rút nƣớc tiềm năng ...........96 3.6. Kết luận ...........................................................................................................96 CHƢƠNG 4: ỨNG DỤNG MÔ HÌNH BA-MODEL VÀO VẬN HÀNH HỆ THỐNG HỒ CHỨA TRÊN LƢU VỰC SÔNG BA THỜI KỲ MÙA KIỆT ..........98 4.1. Nhiệm vụ và nội dung nghiên cứu..................................................................98 4.2. Tính toán kiểm tra khả năng đáp ứng yêu cầu điều tiết cấp nƣớc cho hạ du theo quy trình vận hành liên hồ của các hồ chứa lớn trên lƣu vực sông Ba ..........98 4.2.1. Mục đ ch t nh toán ...................................................................................98 4.2.2. Thiết lập mạng sông .................................................................................99 4.2.3. Phƣơng pháp t nh toán nƣớc đến các nút hồ chứa và nhập lƣu .............100 4.2.4. Phƣơng thức vận hành hồ chứa trong quá trình tính toán kiểm tra........105 4.2.5. Tài liệu sử dụng tính toán.......................................................................107 4.2.6. Kết quả tính toán kiểm tra yêu cầu điều tiết cấp nƣớc hạ u quy định trong quy trình liên hồ chứa 878/QĐ-TTG ......................................................108 4.2.7. Đề xuất một phƣơng án điều tiết cấp nƣớc hạ du thời kỳ mùa kiệt cho các hồ chứa Krông H’Năng, Ba Hạ và Sông Hinh .................................................116 v
4.3. Tính toán thử nghiệm dự báo khả năng đảm bảo yêu cầu cấp nƣớc cho hạ du mùa kiệt năm 2018-2019 theo mô hình Ba-Model .............................................122 4.3.1. Dữ liệu sử dụng trong tính toán .............................................................122 4.3.2. Kết quả tính toán ....................................................................................122 4.3.3. Nhận xét kết quả tính toán .....................................................................123 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.................................................................................131 1. Những kết quả đạt đƣợc của luận án ...............................................................131 2. Những hạn chế và hƣớng nghiên cứu tiếp theo ...............................................132 3. Kiến nghị .........................................................................................................132 DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ ........................................................134 TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................135 PHỤ LỤC vi
DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng 2.1. Dòng chảy kiệt đo tại các trạm đo thủy văn lƣu vực sông Ba ..................37 Bảng 2.2: Sơ đồ nút giai đoạn hiện trạng lƣu vực sông Ba.......................................41 Bảng 2.3: Thông số kỹ thuật chủ yếu của các hồ chứa lớn trên sông Ba .................44 Bảng 2.4: Thông số kỹ thuật chủ yếu của các thủy điện nhỏ trên sông Ba ..............45 Bảng 2.5: Thống kê công suất phát điện bình quân tháng thủy điện Sông Hinh (đơn vị : MW) ....................................................................................................................49 Bảng 3.1: Các thông số chính trong mô hình NAM .................................................80 Bảng 3.2: Mô tả giới hạn các tiểu lƣu vực đƣợc phân chia ......................................85 Bảng 3.3: Trạm đo mƣa và ốc hơi sử dụng trong mô hình NAM ...........................88 Bảng 3.4: Đánh giá mức độ mô phỏng của mô h nh tƣơng ứng với chỉ số Nash- Sutcliffe (Theo Moriasi, 2007) ..................................................................................91 Bảng 3.5: Tiêu chuẩn đánh giá hệ số tƣơng quan (Theo Moriasi, 2007) ..................91 Bảng 3.6: Chỉ số đánh giá độ tin cậy của mô hình tại trạm An Khê và Củng Sơn ...91 Bảng 3.7: Chỉ số đánh giá độ tin cậy của mô h nh NAM trên lƣu vực sông Hinh ..92 Bảng 3.8: Bộ thông số mô hình NAM sau khi hiệu chỉnh và kiểm định mô hình ....92 Bảng 4.1: Nhu cầu nƣớc giai đoạn hiện trạng tại các nút sử dụng nƣớc (Lƣu lƣợng m3/s) ........................................................................................................................102 Bảng 4.2: Quy định lƣu lƣợng điều tiết xuống hạ du theo Quy trình liên hồ chứa lƣu vực sông Ba .............................................................................................................106 Bảng 4.3: Tổng hợp kết quả đánh giá sự đảm bảo yêu cầu điều tiết nƣớc cho hạ du theo Quy tr nh 878/QĐ-TTg. ..................................................................................112 Bảng 4.4: Phƣơng án điều tiết đề xuất ....................................................................116 Bảng 4.5: Tổng hợp kết quả t nh toán theo phƣơng án đề xuất ..............................118 Bảng 4.6: Bảng lƣu lƣợng bình quân tháng tổng hợp theo kết quả t nh toán lƣu lƣợng nh quân ngày theo mô h nh NAM năm 2018-2019 của 14 tiểu lƣu lực sông Ba ............................................................................................................................124 vii