1 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Trên hệ thống sông Vu Gia – Thu Bồn đã, xây dựng loạt hồ chứa thượng nguồn, chế độ lũ ngập lụt hạ du bị ảnh hưởng điều tiết hồ chứa Các quy trình vận hành hồ chứa ban hành quy trình cứng, chưa có phương án cảnh báo dự báo lũ phục vụ vận hành theo thời gian thực cho hệ thống hồ chứa nói Ngồi nay, nghiên cứu chế độ vận hành hệ thống hồ chứa theo thời gian thực chưa ứng dụng nhiều, đặc biệt hồ chứa thuộc khu vực miền Trung Do vậy, việc nghiên cứu chế độ vận hành theo thời gian thực có sử dụng mơ hình cảnh báo, dự báo lũ hệ thống hồ chứa sơng Vu Gia-Thu Bồn cần thiết có ý nghĩa khoa học thực tiễn Đây vấn đề khoa học cần nghiên cứu ứng dụng với hồ chứa hệ thống sông Vu Gia-Thu Bồn mà cần thiết với hệ thống hồ chứa khác thuộc khu vực miền Trung Chính vậy, tơi đề xuất đề tài luận án nghiên cứu sinh “ Mơ hình hình vận hành theo thời gian thực thời kỳ mùa lũ hệ thống hồ chứa sông Vu Gia-Thu Bồn” Mục tiêu nghiên cứu luận án Luận án nghiên cứu xây dựng mô hình vận hành hệ thống hồ chứa theo thời gian thực thời kỳ mùa lũ ứng dụng cho hệ thống hồ chứa sông Vu Gia – Thu Bồn nhằm nâng cao hiệu giảm lũ không gây tác động tiêu cực cho vùng hạ du, đảm bảo nhiệm vụ phát điện Nhiệm vụ nghiên cứu (1) Phân tích, thiết lập tốn vận hành hệ thống hồ chứa theo thời gian thực (2) Nghiên cứu xây dựng mơ hình cảnh báo, dự báo lũ đến hồ chứa hệ thống sông Vu Gia-Thu Bồn phục vụ vận hành hệ thống (3) Xây dựng mơ hình mơ hệ thống sở tích hợp mơ hình mưa-dịng chảy, điều tiết hồ chứa, diễn toán lũ hệ thống sơng phục vụ cho tốn vận hành theo thời gian thực cho hệ thống hồ chứa phòng lũ sông Vu Gia - Thu Bồn, nhằm xác định chế độ vận hành hồ chứa thỏa mãn hai mục tiêu giảm lũ cho hạ du đảm bảo nhiệm vụ phát điện (4) Đánh giá khả ứng dụng thực tế vận hành hồ chứa sông Vu Gia-Thu Bồn khả ứng dụng cho hệ thống hồ chứa khác thuộc khu vực miền Trung Phương pháp nghiên cứu (1) Phương pháp phân tích, tổng hợp (2) Phương pháp phân tích ngun nhân hình thành (3) Phương pháp phân tích hệ thống (4) Phương pháp kế thừa Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận án Ý nghĩa khoa học: Luận án góp phần thúc đẩy phát triển lĩnh vực vận hành hệ thống thủy lợi Việt Nam, đóng góp giải pháp cho phát triển chung lĩnh vực phát triển nguồn nước giới Ý nghĩa thực tiễn : Luận án định hướng giải pháp kỹ thuật Mục tiêu cụ thể đề tài tạo chương trình tính tốn có khả hỗ trợ định việc vận hành điều hệ thống hồ chứa phòng lũ Là sở khoa học cho việc bổ sung quy trình vận hành có dạng nghiên cứu điển hình xem xét áp dụng cho lưu vực sông khác thuộc khu vực miền Trung Mơ hình mơ mà tác giả xây dựng áp dụng cho cơng tác dự báo lũ vận hành an tồn hồ chứa phịng lũ lưu vực sông Vu GiaThu Bồn Phương pháp tiếp cận khoa học (1) Trên sở lý thuyết mơ hình, xây dựng mơ hình mô dự báo lũ từ mưa vận hành hệ thống hồ chứa cho vùng thượng du Mơ hình kết nối với khu vực hạ du mô mơ hình có sẵn MIKE 11 Mơ hình tính tốn điều tiết lũ liên kết mơ hình mơ hệ thống theo thời gian thực (2) Trên sở mơ hình thiết lập xem xét kịch vận hành hệ thống hồ chứa để khắc phục hạn chế quy trình vận hành liên hồ chứa ban hành hạn chế dự báo lũ (3) Xây dựng quy trình vận hành theo thời gian thực nhằm nâng cao hiệu cắt giảm lũ, xả lũ an toàn đảm bảo an tồn tích nước cho nhiệm vụ phát điện cấp nước hạ du Những đóng luận án (1) Thiết lập chương trình tính cho mơ hình mơ (MOPHONG-LU) tích hợp ba mơ hình : mơ hình mưa dịng chảy, mơ hình vận hành hồ chứa diễn tốn lũ sơng cho vùng thượng du sông Vu Gia – Thu Bồn phục vụ cho dự báo lũ với thời gian dự kiến từ đến ngày làm sở cho việc xác định chế độ vận hành hồ chứa theo thời gian thực (2) Lần xây dựng phương pháp vận hành hồ chứa theo thời gian thực cho hệ thống hồ chứa sông Vu Gia – Thu Bồn thời kỳ mùa lũ cách đầy đủ, có khả ứng dụng thực tế (3) Trên sở nghiên cứu phương án vận hành hệ thống hồ chứa phòng lũ, đề xuất phương án tăng dung tích phịng lũ chế độ vận hành hợp lý nhằm nâng cao hiệu cắt giảm lũ cho hạ du, sở cho việc bổ sung quy trình liên hồ chứa phê duyệt CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ VẬN HÀNH HỆ THỐNG HỒ CHỨA THEO THỜI GIAN THỰC 1.1 Tổng quan nghiên cứu nước Vận hành hệ thống hồ chứa vấn đề nhiều quan nghiên cứu quan tâm nghiên cứu ứng dụng vào thực tiễn hệ thống hồ chứa nước ta 1.2 Tổng quan nghiên cứu ngồi nước Bài tốn vận hành hệ thống theo thời gian thực tốn phức tạp, hệ thống hồ chứa có đặc thù riêng, chưa có chương trình giải trọn vẹn toán 1.3 1.3 Đề xuất hướng nghiên cứu Xây dựng mơ hình dự báo/cảnh báo lũ từ mưa, mưa gây lũ dự báo mơ hình dự báo mưa Mơ hình tính tốn điều tiết lũ liên kết mơ hình mơ hệ thống theo thời gian thực Các phần mềm diễn tốn lũ hệ thống sơng Ứng dụng mơ hình mơ cho tốn vận hành hệ thống hồ chứa mùa lũ theo kịch vận hành hệ thống hồ chứa ’’hợp lý’’ giải thỏa đáng mâu thuẫn phát điện nhiệm vụ cắt giảm lũ hạ du CHƯƠNG CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN THIẾT LẬP BÀI TOÁN VẬN HÀNH HỒ CHỨA THEO THỜI GIAN THỰC THỜI KỲ MÙA LŨ CHO HỆ THỐNG HỒ CHỨA TRÊN SƠNG VU GIA-THU BỒN 2.1 Đặc điểm hình thành lũ lưu vực sông Vu Gia-Thu Bồn 2.1.1 Vị trí địa lý : Lưu vực có vị trí toạ độ : 16o03’ - 14o55’ vĩ độ Bắc; 107o15’ 108o24’ kinh độ Đơng 2.1.2 Đặc điểm địa hình Nhìn chung địa hình lưu vực biến đổi phức tạp bị chia cắt mạnh Địa hình có xu hướng nghiêng dần từ Tây sang Đông 2.1.3 Đặc điểm sông ngịi Lưu vực sơng Vu Gia - Thu Bồn có độ dài sơng ngắn độ dốc lịng sơng lớn 2.1.4 Đặc điểm hình thành lũ hệ thống sông 2.1.4.1 Đặc điểm mưa gây lũ Mưa lớn kết hợp với địa hình dốc ngun nhân gây nên lũ Quảng Nam 2.1.2.2 Đặc điểm chế độ lũ Quảng Nam có địa hình phần lớn đồi núi dốc nên khả tập trung nước nhanh 2.2 Hệ thống hồ chứa nhiệm vụ điều tiết hệ thống hồ chứa 2.2.1 Hệ thống hồ chứa phịng lũ sơng Vu Gia-Thu Bồn Trên dịng Vu Gia - Thu Bồn xây dựng hồ chứa lớn Có hồ chứa có nhiệm vụ cắt giảm lũ cho hạ du: A Vương, Sông Tranh 2, Sông Bung 2, Sông Bung Đakmi 2.2.2 Nhiệm vụ điều tiết quy trình vận hành liên hồ chứa thời kỳ mùa lũ Nhiệm vụ thiết kế hồ chứa quy định sau: - Cấp nước cho hạ du thời kỳ mùa kiệt với tổng lượng điều tiết khoảng 273,9 triệu m3 - Phát điện theo công suất thiết kế nhà máy thủy điện thống kê bảng - Cắt giảm lũ cho hạ du với trận lũ ứng với tần Hình 2.1: Hệ thống hồ chứa lớn có suất nằm khoảng từ nhiệm vụ cắt giảm lũ lưu vực 5% đến 10%, tương đương với trận lũ lớn xuất vào năm 2007 2009 Bảng 2.9 Mực nước đón lũ dung tích phong lũ hồ chứa có nhiệm vụ cắt giảm lũ hạ du TT Tên cơng trình Sơng Bung Sông Bung A Vương Đắk Mi Sông Tranh Tổng MND (m) 605 222,5 380 258 175 MNC (m) 565 205 340 240 140 Wtb 106 m3 94,3 510,8 344 310,3 733,4 1993 Whi 106 m3 73,9 234,0 266,5 158 521,17 1253.6 Zđl 600(*) 218(*) 376 255 172 Wfl 106 m3 13,45 68 43,92 49,94 81,85 257.2 Nlm Mw 100 156 210 148 190 804 Ghi chú: (*) : mực nước đón lũ tác giả đề nghị giả định 2.3 Cơ sở phương pháp luận vận hành hồ chứa theo thời gian thực 2.3.1 Khái niệm vận hành hồ chứa theo thời gian thực Vận hành hồ chứa theo thời gian thực phương pháp mà định vận hành thời điểm tùy thuộc vào trạng thái hệ thống thời điểm thơng tin dự báo thời đoạn Quyết định vận hành = F(Trạng thái hệ thống + Kết dự báo) 2.3.2 Các nội dung tốn vận hành hệ thống hồ chứa theo thời gian thực Thực quy trình vận hành theo thời gian thực cho hệ thống hồ chứa bao gồm: (1) hệ thống thu thập Hình 2.2 Sơ đồ liên kết thành phần liệu; toán vận hành hệ thống (2) ngân hàng lưu trữ liệu hệ thống quản lý liệu; (3) chương trình phân tích kết quả; (4) chương trình dự báo dịng chảy theo thời gian thực; (5) chương trình mơ hoạt động hệ thống hồ chứa 2.3.3 Mơ tả tốn nguyên lý vận hành hệ thống hồ chứa phòng lũ theo thời gian thực * Tính tốn dự báo mưa dự báo lũ đến nút hồ chứa nhập lưu lưu vực sơng * Mơ hình mô với thông tin đầu vào bao gồm * Quyết định vận hành hệ thống theo kết tính tốn mơ hình mơ Vận hành hệ thống hồ chứa phòng lũ với dự báo mưa 3-5 ngày, thời gian lần cập nhật dự báo định vận hành ∆t Quyết định vận hành thời điểm thực theo bước sau: - Bước 1: Tại thời điểm giai đoạn vận hành, tiến hành dự báo mưa lưu vực - Bước 2: Tính tốn dự báo trình lưu lượng nước đến nút nhập lưu tương ứng mưa dự báo - Bước 3: Phân tích trạng thái hệ thống - Bước 4: Tính tốn xác định diễn biến mực nước hồ chứa mực nước lưu lượng nút kiểm sốt lũ tồn hệ thống Bước 5: Quyết định phương án vận hành hợp lý hệ thống Quyết định vận hành điều chỉnh liên tục thời điểm trình vận hành hệ thống 2.3.4 Cơ sở khoa học thực tiễn thiết lập toán vận hành theo thời gian thực cho hệ thống hồ chứa phịng lũ sơng Vu GiaThu Bồn Bài tốn vận hành hệ thống hồ chứa phịng lũ dựa vào sau : (1) Yêu cầu cần thiết phải thiết lập toán vận hành hệ thống hồ chứa phòng lũ theo thời gian thực (2) Khả dự báo mưa gây lũ dự báo lũ đến nút hồ chứa nhập lưu toàn hệ thống (3) Khả lựa chọn mơ hình có sẵn phát triển mơ hình phù hợp với tốn vận hành đặt 2.4 Thiết lập toán vận hành điều tiết thời gian thực thời kỳ mùa lũ hệ thống hồ chứa lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn 2.4.1 Xác định mục đích nghiên cứu Ứng dụng phương pháp vận hành theo thời gian thực thời kỳ mùa lũ cho hồ chứa tên sông Vu Gia - Thu Bồn Phát triển mơ hình mơ phục vụ dự báo lũ hồ chứa vận hành hệ thống hồ chứa phòng lũ theo thời gian thực, thử nghiệm cho lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn thời kỳ mùa lũ Đề xuất phương án vận hành hợp lý hệ thống hồ chứa phịng lũ 2.4.2 Phạm vi nghiên cứu 2.4.2.1 Khơng gian nghiên cứu Gồm hồ chứa có nhiệm vụ phịng lũ hạ du, hồ A Vương, Đakmi 4, Sông Tranh 2, Sông Bung Sông Bung 2.4.2.2 Giới hạn toán Luận án giải phần toán vận hành hệ thống hồ chứa theo thời gian thực, bao gồm: - Phát triển mơ hình mơ phục vụ cho dự báo lũ từ mưa vận hành hồ chứa - Ứng dụng mơ hình lập cho tốn vận hành hệ thống theo kết dự báo thủy văn - Trên sở nghiên cứu hệ thống kịch vận hành hồ chứa phòng lũ, đề xuất phương án vận hành hợp lý theo phương pháp dự báo lũ xác định luận án 2.4.3 Phương pháp tiếp cận Xây dựng mơ hình dự báo lũ thời gian dự kiến 3-5 ngày cập nhật liên tục thời gian dự báo theo kết dự báo mưa Đối với khu vực thượng lưu, xây dựng chương trình « MOPHONG-LU » tích hợp mơ hình thành phần: mơ hình dự báo lũ đến hồ chứa nhập lưu, mơ hình diễn tốn lũ sơng mơ hình mơ vận hành hồ chứa Đối với khu vực hạ du sử dụng mơ hình MIKE 11 Khi xây dựng kịch lũ 2.4.4 Nội dung nghiên cứu Phát triển mơ hình mơ hệ thống khu vực thượng nguồn sông phục vụ dự báo lũ vận hành hệ thống hồ chứa theo thời gian thực; Ứng dụng mơ hình mơ tính tốn xác định kịch vận hành hệ thống hồ chứa Từ kiến nghị quy trình vận hành theo thời gian thực thời kỳ mùa lũ cho hệ thống hồ chứa sông Vu Gia – Thu Bồn 10 CHƯƠNG 3: THIẾT LẬP MƠ HÌNH MƠ PHỎNG PHỤC VỤ DỰ BÁO LŨ VÀ VẬN HÀNH HỆ THỐNG HỒ CHỨA THEO THỜI GIAN THỰC CHO HỆ THỐNG HỒ CHỨA TRÊN SÔNG VU GIA – THU BỒN 3.1 Tổng quan mơ hình ứng dụng quản lý vận hành hồ chứa định hướng nghiên cứu luận án 3.1.1 Giới thiệu chung mơ hình quản lý vận hành hồ chứa Các mơ hình RIBASIM, MIKE-BASIN ứng dụng rộng rãi lập quy hoạch quản lý tài nguyên nước cho lưu vực sông không ứng dụng vận hành hệ thống hồ chứa Mơ hình MIKE 11 loại mơ hình thích hợp cho dự báo lũ vận hành hệ thống hồ chứa phịng lũ Tuy nhiên áp dụng mơ hình để ứng dụng cho tốn vận hành hệ thống hồ chứa phòng lũ cần phải viết câu lệnh vận hành cửa xả lũ phức tạp 3.1.2 Tóm tắt số ứng dụng mơ hình mơ vận hành hệ thống hồ chứa theo thời gian thực Hiện có hai xu hướng ứng dụng mơ hình mơ vận hành hệ thống hồ chứa: Xu hướng sử dụng mơ hình có sẵn Phát triển mơ hình phù hợp với toán vận hành hệ thống hồ chứa theo thời gian Nhận xét : Rất khó ứng dụng mơ hình có sẵn cho tốn vận hành hệ thống hồ chứa phịng lũ theo thời gian thực Hiện thường phát triển theo xu hướng 3.1.3 Định hướng nghiên cứu luận án Trên sở nhận xét đây, tác giả nghiên cứu xây dựng mơ hình mơ tổng quát (MOPHONG-LU) phục vụ cho toán vận hành hệ thống hồ chứa phịng lũ Mơ hình ứng dụng 13 3.2.4 Ứng dụng mơ hình MOPHONG-LU cho lưu vực sơng Vu Gia-Thu Bồn Mơ hình MOPHONG-LU áp dụng cho thượng nguồn sông Vu Gia – Thu Bồn Ứng dụng mơ hình gồm nội dung : (1) Xác định thơng số mơ hình (2) ứng dụng vận hành hồ chứa theo thời gian thực 3.2.4.1 Đặc điểm hệ thống sông Vu Gia-Thu Bồn Hệ thống sông Vu Gia-Thu Bồn gồm sông Vu Gia Thu Bồn.Khu vực thượng du từ nguồn đến Hội Khách, đến Nơng Sơn, nói chung khơng có chảy tràn Khu vực hạ du từ Nơng Sơn Hội Khách đến cửa sơng, có lũ lớn nước lũ chảy tràn diện rộng lưu vực sông hạ lưu sông 3.2.4.2 Đặc điểm mạng lưới khí tượng, thủy văn Trên lưu vực Hình 3.11 Bản đồ lưới trạm khí tượng , thủy sơng Vu Gia- văn theo quy hoạch (Nguồn: Cục Quản lý Tài Thu Bồn có 18 nguyên nước – Bộ Tài nguyên Môi trường) trạm đo mưa, trạm đo lưu lượng trạm đo mực nước 3.2.4.3 Hệ thống hồ chứa phòng lũ Hệ thống Vu Gia - Thu Bồn có hồ chứa lớn điều tiết phịng lũ sơng Vu Gia có bốn hồ chứa có hai dạng hồ nối tiếp sơng Bung sông Bung 4, hai hồ song song với A Vương ĐăkMi 4a, hồ Sông tranh lưu vực Thu Bồn 14 3.2.4.4 Thiết lập mạng sông khu vực thượng du sông Vu GiaThu Bồn Khu vực nghiên cứu mô 18 nhập lưu, 15 đoạn sơng nút hồ chứa Có nút kiểm sốt vị trí trạm thủy văn Nơng Sơn, Thành Mỹ Hội Khách 3.2.4.5 Hiệu Hình 3.12: Sơ đồ hệ thống khu vực thượng du chỉnh, kiểm sơng Vu Gia-Thu Bồn định mơ hình Lựa chọn số liệu mơ kiểm định mơ hình Chọn lũ năm 2009 để mô kiểm định với năm 2007 Kết hiệu chỉnh kiểm định mô hình a Trường hợp nhập lưu tính theo mơ hình đường đơn vị SCS : Trường hợp tham số đường đơn vị xác định đặc trưng hình thái sơng Do vậy, phải xác định tham số K X 15 đoạn sơng, tổng cộng có 30 tham số b Trường hợp nhập lưu tính theo mơ hình NAM : Trường hợp này, số tham số mơ hình tăng lên đáng kể Mỗi lưu vực thành phần nút nhập lưu có tham số mơ hình NAM, với 18 nhập lưu 15 đoạn sơng tổng số tham số mơ hình 198 Tính tốn lưu lượng nút nhập lưu xác định theo phương pháp thực cho trận lũ từ 25-9 đến 6-10 năm 2009 (mô phỏng) trận lũ ngày 8-11 đến ngày 14 tháng 11 năm 2007 (Kiểm 15 định) theo tài liệu mưa 12 trạm đo mưa lưu vực, sau diễn tốn trạm đo Thành Mỹ, Nông Sơn Hội Khách Kết mơ theo mơ hình NAM tương đối sát với thực tế Tuy nhiên, mơ hình đường đơn vị áp dụng tính tốn dịng chảy lũ từ mưa cho lưu vực thuộc hạ lưu mà mơ hình NAM khơng có điều kiện áp dụng Hình 3.16: Kết kiểm định trận lũ từ 8/11 đến 11/ 11/ 2007 trạm thủy văn Nông Sơn Hình 3.13: Kết hiệu chỉnh trận lũ từ 25-9-> 6/ 10/ 2009 trạm thủy văn Nơng Sơn Hình 3.14: Kết hiệu chỉnh trận lũ từ 25-9-> 6/ 10/ 2009 trạm thủy văn Thành Mỹ Hình 3.17: Kết kiểm định trận lũ từ 8/11 đến 11/ 11/ 2007 trạm thủy văn Thành Mỹ Đánh giá chất lượng mơ kiểm định mơ hình NAM mơ hình đường đơn vị SCS theo hệ số Nash cho kết bảng 3.7 Bảng 3.7: Hệ số Nash kết mơ kiểm định mơ hình Hệ số Nash Theo mơ hình NAM Theo mơ hình đường đơn vị A Vương Nông Sơn Thành Mỹ Mô Kiểm Mô Kiểm Mô định định 0,98 0,99 0,99 0,79 0,97 0,89 0,77 0,95 0,89 16 Kết tính cho thấy, phương pháp đường đơn vị thường cho đỉnh cao dạng lũ gầy so với mơ hình NAM Tuy nhiên, tổng lượng lũ tính tốn theo hai mơ hình khơng chênh lệch nhiều 3.3 Mơ lũ theo mơ hình MIKE 11 cho khu vực hạ du sông Vu Gia-Thu Bồn 3.3.1 Giới thiệu mơ hình MIKE 11 3.3.2 Thiết lập sơ đồ tính tốn thủy lực hệ thống sơng Sơ đồ tính thủy lực cho hệ thống sông Vu Gia – Thu Bồn phức tạp Hệ thống sơng có nhiều nhánh nối với nhau, có lũ lớn tràn mực nước nhánh sông chảy qua vùng đồng hạ du tràn bờ, nước lũ không chảy nhánh sơng mà cịn chảy tràn qua ruộng tạo nhiều hướng lũ Mạng sơng hạ du lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn mô sơ đồ thủy lực bao gồm: 11 sông 137 mặt cắt Độ nhám lòng bãi mặt cắt đại diện xác định trình chỉnh kiểm định mơ hình Sơ đồ tính tốn thuỷ lực cho hệ thống sông thiết lập sau: Biên trên: Là trình lưu lượng thực đo cửa vào mạng sông thời đoạn tính tốn: + Trạm thủy văn Hội Khách sông Vu Gia + Trạm thủy văn Nông Sơn sơng Thu Bồn Biên dưới: Là đường q trình mực nước triều thực đo cửa mạng sơng thời đoạn tính tốn: + Sơng Vu Gia: Cửa Hàn + Sông Thu Bồn: Cửa Đại + Sông Trường Giang: cửa Lở Biên bên lưu vực khu gia nhập: + Sông Con Flv= 627 km2 , nhập vào sông Vu Gia vị trí 19780 m + Sơng Bàu Lá Flv= 67 km2, nhập vào sơng Vu Gia vị trí 49120 m + Sông Tuý Loan Flv= 309 km2, nhập vào sông Vu Gia 59420 m + Sông Vĩnh Trinh Flv= 47 km2, nhập vào sông Bà Rén 6900 m 17 + Sông Trà Kiên Flv= 123 km2, nhập vào sông Bà Rén 15615 m + Sông Ly Ly Flv= 279 km2, nhập vào sông Bà Rén 23145 m + Sông Trung Phước Flv=231 km2, nhập vào sông Thu Bồn 4860m + Khe Đá Mài Flv= 50 km2, nhập vào sông Thu Bồn (17840 m) Quá trình lưu lượng tiêu ruộng từ mưa vào mạng sơng tính tốn Phân vùng tiêu hệ thống dựa vào đồ 1/10000 Diện tích theo cao độ khu ruộng Để xác định thông số cho mơ hình, lựa chọn trận lũ hiệu chỉnh: 27/9 đến 3/10/2009 Trận lũ kiểm định: 8/11 đến 17/11/2007 Số liệu đầu vào mơ hình: Biên biên nhập lưu lấy từ số liệu từ mô hình MOPHONG LU Biên dưới: Quá trình mực nước triều thực đo cửa Hàn, cửa Đại cửa Lở thời kỳ tính tốn Bảng 3.11 Đánh giá sai số Vị trí Trận lũ hiệu chỉnh: 8/11/2007 14/11/2007 Hthực đo HMP Trận lũ kiểm định: 25/11/2009 – 2/11/2009 Hthực đo Hkiểm Sai số định Hội Khách Ái Nghĩa 17.67 17.630 10.33 10.526 Cẩm Lệ 3.98 3.782 Giao Thủy 9.60 9.936 Câu Lâu 5.39 5.605 Hội An 3.28 3.350 0,040 0,196 18.53 18.57 0,04 10.77 10.72 0,198 0,336 0,215 0,070 3.16 3.34 9.75 9.94 5.29 5.49 3.20 3.17 0,05 0,18 0,19 0,20 0,03 Nhận xét kết Qua kết đánh giá sai số hình vẽ đường trình mực nước tính tốn thực đo trạm, nhận thấy chênh lệch đỉnh lũ hầu hết trạm không đáng kể Bộ thông số nhám thủy lực sử dụng mô trận lũ khác 18 CHƯƠNG 4: ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN DUNG TÍCH PHỊNG LŨ VÀ CHẾ ĐỘ ĐIỀU TIẾT CẮT GIẢM LŨ HẠ DU SÔNG VU GIA-THU BỒN THEO HƯỚNG VẬN HÀNH HỆ THỐNG HỒ CHỨA PHÒNG LŨ THEO THỜI GIAN THỰC 4.1 Thiết lập hệ thống kịch phương án dung tích phịng lũ chế độ điều tiết cắt lũ cho hệ thống hồ chứa sông Vu Gia-Thu Bồn 4.1.1 Cơ sở thiết lập kịch dung tích phịng lũ chế độ vận hành cắt lũ hạ du 4.1.2 Xây dựng hệ thống kịch điều tiết hồ chứa cắt lũ theo hướng “tạo mực nước đón lũ” Phương án (PA1-1): Vận hành theo quy trình liên hồ chứa Phương án (PA1-2): Đề nghị mức nước đón lũ thấp quy trình liên hồ chứa Phương án (PA1-3): Xả lũ trước lũ 48h-60h Phương án (PA1-4): Phương án mực nước ban đầu thấp mực nước đón lũ 4.1.2 Xây dựng hệ thống kịch phương án dung tích phòng lũ theo hướng “tạo mực nước trước lũ cố định” Tên Phương án Dung Phương tích phịng lũ án PA2-1 Dung tích đón lũ PA2-2 Vpl = 30%Vhd PA2-3 Vpl = 40%Vhd PA2-4 Vpl = 50%Vhd PA2-5 Ngưỡng tràn S Tranh Đak Mi A Vương S Bung S Bung Vpl ZTL Vpl ZTL Vpl ZTL Vpl ZTL Vpl ZTL 81.9 171.0 49.9 253.0 43.9 375.0 13.5 600.0 68.0 218.0 156.4 167.1 49.9 253 79.9 370.0 21.57 596.6 68.0 218 208.5 164.1 63.30 251.6 106.6 366.7 28.76 593.4 93.59 216.2 260.2 161 79.13 249.9 136.5 363 33.9 591 117.6 214.6 260.2 161.0 139.4 242.5 136.5 363.0 33.9 591.0 182.9 210.5 4.2 Tính tốn vận hành theo phương án 4.2.1 Kết tính tốn theo phương án mực nước đón lũ Các phương án tính toán tiến hành với trận lũ tháng năm 2009 19 Bảng 4.2: Hiệu cắt lũ nút Nông Sơn, Thành Mỹ, Hội Khách, nút nhập lưu sơng Bung +A Vương Phương Vị trí nút án PA 1-1 Nông Sơn Thành Mỹ NL S.Bung+ A Vương Hội Khách PA1-2 Nông Sơn Thành Mỹ NL S.Bung+ A Vương Hội Khách PA1-3 Nông Sơn Thành Mỹ NL S.Bung+ A Vương Hội Khách PA1-4 Nông Sơn Thành Mỹ NL S.Bung+ A Vương Hội Khách Tổng lượng lũ giảm phần đỉnh lũ (106m3) 68,27 39,16 125,8 162,8 106,0 69,65 140,0 200,8 193,4 97,0 207,6 300,3 215,1 72,3 308,0 390,0 Tỷ lệ % so với trận 4,00 3,90 12,9 6,70 6,0 7,0 14,0 8,0 11,0 10,0 21,0 12,0 13,0 7,1 31,6 16,1 Bảng 4.3: Mực nước lớn vị trí vùng hạ du theo phương án vận hành cắt giảm lũ hạ du Trận lũ tháng năm 2009 Vị trí Hội Khách Ái Nghĩa Giao Thủy Câu Lâu Cẩm Lệ Hội An Phương án vận hành tạo mực nước đón lũ Chưa cắt lũ PA1-1 PA1-2 PA1-3 PA1-4 19,08 17,96 18,87 17,45 17,69 10,90 10,27 10,24 9,97 10,09 9,74 8,83 8,81 8,61 8,57 5,38 4,72 4,68 4,49 4,39 3,55 3,18 3,14 2,96 2,66 3,20 2,75 2,73 2,61 2,51 Bảng 4.4: Hiệu giảm mực nước hạ du theo hướng tạo dung tích đón lũ trước lũ - Trận lũ tháng năm 2009 Vị trí Hội Khách Hiệu giảm mực nước vị trí theo phương án Chưa cắt lũ PA1-1 PA1-2 PA1-3 PA1-4 1,12 1,21 1,63 1,39 20 Ái Nghĩa Giao Thủy Câu Lâu Cẩm Lệ Hội An 0 0 0,63 0,47 0,66 0,37 0,45 0,66 0,49 0,70 0,41 0,47 0,94 0,91 0,89 0,59 0,60 0,82 1,17 0,99 0,89 0,70 4.2.2 Kết tính tốn theo phương án dung tích phịng lũ cố định Bảng 4.5: Hiệu cắt lũ nút Nông Sơn, Thành Mỹ, Hội Khách, nhập lưu sông Bung+A Vương Phương án PA 2-1 PA2-2 PA2-3 PA2-4 PA2-5 Vị trí nút Nông Sơn Thành Mỹ NL S.Bung+ A Vương Hội Khách Nông Sơn Thành Mỹ NL S.Bung+ A Vương Hội Khách Nông Sơn Thành Mỹ NL S.Bung+ A Vương Hội Khách Nông Sơn Thành Mỹ NL S.Bung+ A Vương Hội Khách Nông Sơn Thành Mỹ NL S.Bung+ A Vương Hội Khách Tổng lượng lũ cắt giảm phần đỉnh lũ (106m3) 68,27 39,16 125,8 162,8 179,7 55,7 171,0 224,8 229,0 74,0 219,0 292,0 265,0 74,0 273,0 347,6 250,0 122,3 303,1 426,1 Tỷ lệ % so với tổng lượng trận lũ 4,00 3,90 12,9 6,70 10,5 5,5 17,5 9,3 13,4 7,3 22,5 12,0 15,5 7,3 28,0 14,3 14,7 12,1 31,1 17,6 Bảng 4.6: Mực nước lớn vị trí vùng hạ du theo phương án vận hành cắt giảm lũ hạ du Trận lũ tháng năm 2009 21 Vị trí Hội Khách Ái Nghĩa Giao Thủy Câu Lâu Cẩm Lệ Hội An Phương án vận hành tạo mực nước đón lũ Chưa PA2-1 PA2-2 PA2-3 cắt lũ 19,08 18,20 18,03 17,61 10,90 10,42 10,30 10,06 9,74 9,25 8,99 8,80 5,38 5,02 4,84 4,63 3,55 3,19 2,98 2,81 3,20 2,95 2,84 2,70 PA2-4 17,36 9,92 8,73 4,56 2,70 2,66 PA2-5 17,10 9,79 8,67 4,52 2,59 2,62 Bảng 4.7: Hiệu giảm mực nước hạ du theo hướng tạo dung tích đón lũ trước lũ - Trận lũ tháng năm 2009 Vị trí Hội Khách Ái Nghĩa Giao Thủy Câu Lâu Cẩm Lệ Hội An Hiệu giảm mực nước theo phương án Chưa PA2-1 PA2-2 PA2-3 PA2-4 cắt lũ 0,88 1,05 1,47 1,72 0,49 0,61 0,84 0,99 0,49 0,75 0,94 1,00 0,36 0,54 0,75 0,81 0,36 0,56 0,74 0,85 0,25 0,36 0,50 0,54 PA2-5 1,98 1,12 1,06 0,86 0,99 0,58 4.3 Kết luận Từ kết cho thấy giải pháp ưu việt vừa nâng cao hiệu cắt lũ hạ du mà đảm bảo nhiệm vụ phát điện tích nước đầy hồ vào cuối mùa lũ 4.4 Đề xuất bổ sung quy trình vận hành liên hồ chứa Trong thời gian mùa lũ, khơng có lũ, hồ chứa tích nước đến cao trình lớn mực nước đón lũ quy định quy trình liên hồ chứa ban hành Khi dự báo 48h tới xuất lũ, lưu lượng đến hồ chứa vượt mức quy định quy trình liên hồ chứa, mực nước hồ cao mực nước đón lũ, hồ chứa phải xả nước để đưa mực nước hồ mực nước đón lũ trước xẩy lũ 24h Nếu dự báo 24h tiếp theo, có lũ xuất với lưu lượng vượt mức quy định quy trình vận hành, tiếp tục xả nước để đưa mực 22 nước hồ cao trình thấp mực nước đón lũ quy định mực nước trạm đo hạ du đạt mức báo động II Khi mực nước hạ du đạt mức báo động II, lưu lượng xả lũ khơng vượt lưu lượng đến hồ Dung tích đón lũ sử dụng để cắt lũ cho hạ du dự báo khoảng 12h tới lũ đến hồ chứa đạt đỉnh 4.5 Kết thử nghiệm vận hành theo thời gian thực 4.5.1 Lựa chọn trận lũ thử nghiệm Thử nghiệm với trận lũ lớn xảy tháng năm 2009 theo tài liệu dự báo mưa ngày, ngày 23-9 đến ngày 29-9 năm 2009 4.5.2 Chế độ vận hành hồ chứa kết qủa tính tốn vận hành theo thời gian thực Chế độ vận hành hực theo quy trình mà tác giả đề xuất đây, thời gian bắt đầu vận hành từ ngày 26/9/2013 Theo số liệu dự báo mưa cập nhật liên tục từ ngày 26/9 đến 29/9 Theo kết dự báo lưu lượng đến hồ, định vận hành điều chỉnh vào 7h hàng ngày theo định vận hành cửa xả lũ 4.5.3 Nhận xét Với khả dự báo trước lũ ngày cập nhật liên tục cho phép dự kiến chế độ xả lũ trước Do dự báo trình lũ nên chủ động đưa phương án cắt đỉnh lũ điều chỉnh liên tục trình xả lũ Nên tăng hiệu cắt lũ cho hạ du mà cịn đảm bảo an tồn cho hồ chứa gặp lũ lớn Kết thử nghiệm cho thấy khả ứng dụng mơ hình tác giả xây dựng xem xét chỉnh sửa để ứng dụng thực tế Mặc dù kết dự báo mưa hạn chế, mức đảm bảo dự báo chưa cao, với áp dụng mô hình MOPHONG_LU chủ động cơng tác vận hành, đảm bảo an tồn cơng trình nâng cao hiệu cắt giảm lũ cho hạ du./ 4.6 Đánh giá ảnh hưởng chế độ vận hành đến hiệu phát điện 23 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Nghiên cứu vận hành hệ thống hồ chứa phòng lũ theo thời gian thực toán đa dạng phức tạp chưa nghiên cứu áp dụng rộng rãi Đối với hệ thống hồ chứa sông Vu Gia-Thu Bồn, dã có quy trình liên hồ chứa, phương pháp dự báo lũ cịn hạn chế mơ hình vận hành hệ thống hồ chứa cắt lũ hạ du hạn chế Điều làm giảm hiệu cắt giảm lũ hạ du khơng an tồn vận hành chống lũ cơng trình Luận án tiếp cận theo hướng vận hành theo thời gian thực giải vấn đề cấp thiết có ý nghĩa khoa học thực tiễn Lần xây mơ hình mơ dự báo kết hợp với vận hành theo thời gian thực mùa lũ thử nghiệm thành cơng có khả áp dụng cho hệ thống hồ chứa sông Vu Gia Thu Bồn Luận án tổng quan đầy đủ nghiên cứu liên quan đến lĩnh vực vận hành hệ thống hồ chứa theo thời gian thực Từ nguyên lý vận hành hệ thống theo thời gian thực, sở phân tích đặc điểm lũ sơng Vu Gia-Thu Bồn, tác giả thiết lập tốn vận hành hệ thống hồ chứa phịng lũ, xác định nội dung nghiên cứu theo hướng tiếp cận toán vận hành hệ thống theo thời gian thực Chương trình tính “MOPHONG-LU” tác giả xây dựng sở tích hợp mơ hình mưa-dịng chảy, mơ hình vận hành hồ chứa diễn tốn lũ sông cho phép kéo dài thời gian dự báo lũ đến nút hồ chứa nút sông Tương đương với phần mơ hình mưa dịng chảy Mike, HMS phần vận hành hồ chứa Hec – Ressim Mơ hình ứng dụng vận hành hệ thống hồ chứa phòng lũ theo thời gian thực với hỗ trợ mơ hình MIKE 11 để mô lũ khu vực hạ du Luận án nghiên cứu giải pháp nâng cao hiệu cắt giảm lũ cho hạ du theo hai hướng: (1) Tăng dung tích đón lũ hồ chứa 24 so với quy trình vận hành liên hồ chứa sở kéo dài thời gian dự báo lũ đến hồ nút sông lên đến ngày; (2) Tăng dung tích phịng lũ theo hướng xác định “mực nước trước lũ cố định” Từ tính tốn nghiên cứu cho thấy, hướng giải pháp tăng dung tích đón lũ có ưu điểm vừa nâng cao hiệu cắt lũ hạ du, vừa tránh rủi ro cho việc tích nước đầy hồ cuối mùa lũ đảm bảo yêu cầu phát điện hồ chứa Mơ hình mơ mà tác giả xây dựng cho vùng thượng du sông Vu Gia-Thu Bồn thiết lập theo hướng tổng quát Do vậy, hồn thiện ứng dụng cho lưu vực khác Việt Nam Tuy nhiên, phải bổ sung giao diện để thuận lợi cho người sử dụng Kết ứng dụng mơ hình mơ cho vận hành hệ thống hồ chứa sông Vu Gia-Thu Bồn hạn chế định số liệu đo mưa khơng đầy đủ, tài liệu địa hình lịng sông, đặc biệt hạ du sông chưa đảm bảo mức tin cậy cao KIẾN NGHỊ Hướng nghiên cứu luận án tiếp cận với toán vận hành theo thời gian thực giới hạn mức “xây dựng mơ hình mơ phục vụ vận hành theo thời gian thực” Để vận hành hệ thống hồ chứa sông Vu Gia-Thu Bồn theo nghĩa, cần thiết phải có nghiên cứu tiếp theo./ BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG -ooo - TÔ THÚY NGA MƠ HÌNH VẬN HÀNH ĐIỀU TIẾT THỜI GIAN THỰC THỜI KỲ MÙA LŨ HỆ THỐNG HỒ CHỨA TRÊN SÔNG VU GIA – THU BỒN Chuyên ngành Mã số : Phát triển nguồn nước : 62.44.92.01 Tóm tắt luận án tiến sĩ kỹ thuật ĐÀ NẴNG - 2013 Cơng trình hoàn thành trường Đại học Bách Khoa – Đại học Đà Nẵng Người hướng dẫn khoa học : GS.TS Nguyễn Thế Hùng GS.TS Hà Văn Khối Phản biện 1: GS.TSKH Nguyễn Ân Niên Phản biện 2: GS.TS Trần Thục Phản biện 3: TS Kiều Xuân Tuyển Luận án bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án cấp Trường họp Đại học Đà Nẵng Vào hồi……… ………… ngày ……… tháng ……… năm ………… Có thể tìm hiểu luận án tại: Thư viện Quốc gia Trung tâm thhong tin – Học liệu Đại học Đà Nẵng DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ Đà CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI LUẬN ÁN Tơ Thúy Nga (2013), “Thiết lập mơ hình mơ lũ, phục vụ vận hành hệ thống hồ chứa sông Vu Gia Thu Bồn thời kỳ mùa lũ ”, Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Thủy lợi & Mơi trường – Trường Đại học Thủy lợi, Vol 42.pp18-24 Tô Thúy Nga, Nguyễn Thế Hùng (2013), “Một phương pháp tiếp cận toán tiếp cận toán vậ hành hệ thống hồ chứa phòng lũ theo thời gian thực sông Vu Gia - Thu Bồn thời kỳ mùa lũ”, Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Thủy lợi & Môi trường – Trường Đại học Thủy lợi, Vol 42 pp33-39 Lê Hùng, Tô Thúy Nga (2014), “Áp dụng mơ hình HEC-RESSIM mơ hệ thống hồ chứa thủy điện lưu vực lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn.”, Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Thủy lợi & Môi trường – Trường Đại học Thủy lợi, Vol 43 pp125-131 Lê Hùng, Tô Thúy Nga (2014), Đánh giá ảnh hưởng điện hồ chứa thủy điện hệ thống sông Vu Gia Thu Bồn giao thêm nhiệm vụ phịng lũ Tạp chí Nông Nghiệp phát triển Nông thôn , số tháng 2014 135-140, No 234+235, ISSN 18594581 Tô Thúy Nga, Lê Hùng (2012), “Ảnh hưởng xả lũ hồ chứa thủy điện A Vương đến ngập lụt hạ lưu Vu Gia – Thu Bồn ”, Tạp chí Khoa học Thủy lợi Môi trường, vol 37, pp 72-77 Nguyễn Thế Hùng, Tô Thúy Nga, Lê Hùng (2011), “Mô hình tốn điều tiết tối ưu vận hành hồ chứa đa mục đích (với mục đích tưới, phát điện, phịng lũ, đảm bảo môi trường sinh thái cấp nước cho hạ du)”, Tuyển tập Hội nghị Cơ học Thủy khí tồn quốc năm 2010, pp 229-235 Tơ Thúy Nga, Lê Hùng, (2013), “Ảnh hưởng xả lũ hồ chứa thủy điện hệ thống sông Vu Gia – Thu Bồn đến ngập lụt hạ lưu Quảng Nam – Đà Nẵng”, Tuyển tập Hội nghị Cơ học Thủy khí tồn quốc năm 2012 Tơ Thúy Nga, Lê Hùng (2013) „”Đề xuất phương pháp xây dựng biểu đồ điều phối tối ưu hồ chứa thủy điện giải pháp áp dụng vào vận hành thực tế”, Kỳ yếu lễ tổng kết 20 năm thành lập quý VIFOTEC (1992-2012), Hà Nội, pp 223-232 ... vận hành theo thời gian thực thời kỳ mùa lũ cho hệ thống hồ chứa sông Vu Gia – Thu Bồn 10 CHƯƠNG 3: THIẾT LẬP MƠ HÌNH MƠ PHỎNG PHỤC VỤ DỰ BÁO LŨ VÀ VẬN HÀNH HỆ THỐNG HỒ CHỨA THEO THỜI GIAN THỰC... vận hành theo thời gian thực thời kỳ mùa lũ cho hồ chứa tên sông Vu Gia - Thu Bồn Phát triển mơ hình mơ phục vụ dự báo lũ hồ chứa vận hành hệ thống hồ chứa phòng lũ theo thời gian thực, thử nghiệm... tốn vận hành hệ thống hồ chứa theo thời gian thực Thực quy trình vận hành theo thời gian thực cho hệ thống hồ chứa bao gồm: ( 1) hệ thống thu thập Hình 2.2 Sơ đồ liên kết thành phần liệu; toán vận