Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu cơ sở khoa học phục vụ vận hành hệ thống liên hồ chứa kiểm soát lũ lưu vực sông Ba

Chia sẻ: Na Na | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:212

Thêm vào BST

Báo xấu

61
lượt xem 12
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án xác lập được cơ sở khoa học và thực tiễn để xây dựng quy tắc vận hành liên hồ chứa cắt giảm lũ hạ lưu sông Ba với phương châm an toàn hạ du và đảm bảo hiệu quả sử dụng nước. Luận án xác định quy luật gặp gỡ dòng chảy các nhánh sông và vai trò điều tiết dòng chảy của thượng lưu với hạ lưu phụ vụ việc phối hợp vận hành liên hồ cắt giảm lũ lưu vực sông Ba.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu cơ sở khoa học phục vụ vận hành hệ thống liên hồ chứa kiểm soát lũ lưu vực sông Ba

B GIÁO D C VẨ ĐẨO T O B TẨI NGUYÊN VẨ MÔI TR NG VI N KHOA H C KHệăT NG TH YăVĔNăVÀăBI NăĐ I KHÍ H U ----------------- L NGăH UăDǛNG NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC PHỤC VỤ VẬN HÀNH HỆ THỐNG LIÊN HỒ CHỨA KIỂM SOÁT LŨ LƯU VỰC SÔNG BA LU N ÁN TI N S KHOA H CăTRỄIăĐ T Hà N i - 2016
B GIÁO D C VẨ ĐẨO T O B TẨI NGUYÊN VẨ MÔI TR NG VI N KHOA H C KHệăT NG TH YăVĔNăVÀăBI N Đ I KHÍ H U  L NGăH UăDǛNG NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC PHỤC VỤ VẬN HÀNH HỆ THỐNG LIÊN HỒ CHỨA KIỂM SOÁT LŨ LƯU VỰC SÔNG BA Chuyên ngành: Th y văn học Mã s : 62440224 LU N ÁN TI N S KHOA H CăTRỄIăĐ T Ng ih ng dẫn khoa học: 1. PGS.TS. Hoàng Minh Tuy n 2.ăGS.TS.ăNgôăĐìnhăTu n Hà N i - 2016
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 IC M N Tác gi xin chân thành c m n, Viện Khoa học Khí t ng Thuỷ văn và 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, PGS.TS. Hoàng Minh Tuyển là những ng i trực tiếp h ng dẫn, chỉ b o tận 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
i M CL 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 giới ................................................................................ 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
ii 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 kỳ v n hành liên h ch a ..................................... 71 3.3. Nghiên c u gặp 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
iii 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 báoăđ 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 kỳ lǜăt i các tr m th yăvĕn .............................................. 75 B ng 3.6. Gặp g dòng ch y tr m Ayun Pa vớiăth ngăl u .................................. 81 B ng 3.7. Gặp g dòng ch y tr m C ngăS năvới tr m Ayun Pa ........................... 82 B ng 3.8. Gặp 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 m3).......................................... 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 (m3/s) ...................................... 152 B ng PL 2.2. Đặcătr ngădòngăch y tr m C ngăS nă(m3/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
iv 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 ngăHmax 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
v 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
vi 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 kỳ lǜăt i tr m th yăvĕnăAnăKhêătheoăt n su t .............................. 78 Hình 3.2. Phân kỳ lǜăt i tr m th yăvĕnăAyunăPaătheoăt n su t............................. 78 Hình 3.3. Phân kỳ lǜăt i tr m th yăvĕnăAnăKhêătheo c păbáoăđ ngălǜ ................. 78 Hình 3.4. Phân kỳ lǜăt i tr m th yăvĕnăAyunăPaătheoăc păbáoăđ ngălǜ ............... 78 Hình 3.5. Phân kỳ lǜăt i tr m th yăvĕnăC ngăS nătheoăt n su t .......................... 79 Hình 3.6. Phân kỳ lǜăt i tr m th yăvĕnăPhúăLơmătheoăt n su t............................ 79 Hình 3.7. Phân kỳ lǜăt i tr m th yăvĕnăC ngăS nătheoăc păbáoăđ ngălǜ ............. 79 Hình 3.8. Phân kỳ 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
vii 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
viii DANH M C CỄC CH VI T T T Ch vi t t t ụănghĩa LVS L u vực sông TNN TƠi nguyên n c MNDBT Mực n c dơng bình th ng MNC Mực n c chết Wtb Dung tích toàn b Whi Dung tích hữu ích Wc Dung tích chết dd/mm Ngày/Tháng CBĐL C p báo đ ng lũ BĐI Báo đ ng c p I BĐII Báo đ ng c p II BĐIII Báo đ ng c p IIII HBĐI Mực n ct ng ng v i c p Báo đ ng I HBĐII Mực n ct ng ng v i c p Báo đ ng II HBĐIII Mực n ct ng ng v i c p Báo đ ng III Q~H Quan hệ giữa l u l ng và mực n c QTVH Quy trình vận hành DEM Mô hình số cao đ GIS Hệ thống thông tin địa lý TBNN Trung bình nhiều năm TTDT Thuật toán di truyền NLP Quy ho ch phi tuyến LP Quy ho ch tuyến tính QHĐ Quy ho ch đ ng GA Thuật toán gi i đoán gien KT-XH Kinh tế và Xã h i KHCN Khoa học Công nghệ
1 M Đ U 1.1. Tính c p thi t c a lu n án 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.
2 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. 1.3. Đ i t ng và ph m vi nghiên c u Đối t ng nghiên c u c a luận án là hệ thống 6 hồ ch a (Ka Nak, An Khê, Ayun H , Krông H’năng, Sông Ba H và Sông Hinh) và hệ thống nguồn 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. 1.4. Nhi m v nghiên c u 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. 5. Phân tích, xác định ph ng th c vận hành c a các hồ ch a để cắt gi m lũ, an toàn h du và đ m b o hiệu qu sử d ng n c. 6. Đề xu t n i dung Quy trình vận hành liên hồ ch a kiểm soát lũ. 1.5. ụ nghĩa khoa h c và th c ti n c a lu n án 1.ăụănghĩaăkhoaăh c: - 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;
3 - 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. 1.6. Ph ng pháp ti p c n khoa h c 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....
4 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. 1.7. Nh ng đóng góp mới c a lu n án 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 pn 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. 1.8. C u trúc c a lu n án Ngoài hai ph n m đ u và kết luận, kiến nghị đề tài luận án gồm 4 ch ng: - Ch ng 1. Tổng quan nghiên c u vận hành hồ ch a. - Ch ng 2. Thiết lập bài toán vận hành liên hồ ch a kiểm soát lũ l u vực sông Ba. - Ch ng 3. C s khoa học và thực tiễn vận hành liên hồ ch a cắt gi m lũ 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.
5 CH NG 1. T NG QUAN NGHIểN C U V N HÀNH H CH A 1.1. Đặc đi m chung c a v n hành liên 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 cx 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
6 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. 1.2. Các nghiên c u trên th giới 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
7 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
8 hƠng năm). Mô hình cung c p lựa chọn kịch b n khác nhau để tối u hóa nhu c uc pn 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 hành hồ ch a nh : Quy ho ch đ ng trong trong tìm ph ng án vận hành hệ 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.