BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI NGUYỄN THIỆU VỸ ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP MƠ HÌNH TỐN NGHIÊN CỨU CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH, NÂNG CAO HIỆU QUẢ QUẢN LÝ KHAI THÁC HỒ CHỨA CẤP NƯỚC CHO NƠNG NGHIỆP KHI KHƠNG CĨ DỰ BÁO NGUỒN NƯỚC LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI - 2012 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI NGUYỄN THIỆU VỸ ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP MƠ HÌNH TỐN NGHIÊN CỨU CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH, NÂNG CAO HIỆU QUẢ QUẢN LÝ KHAI THÁC HỒ CHỨA CẤP NƯỚC CHO NÔNG NGHIỆP KHI KHƠNG CĨ DỰ BÁO NGUỒN NƯỚC Chun ngành : Quy hoạch quản lý tài nguyên nước Mã số : 60-62-30 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : TS ĐOÀN TRUNG LƯU HÀ NỘI – 2012 LỜI CẢM ƠN ♥ Luận Văn “Ứng dụng phương pháp mô hình tốn nghiên cứu chế độ vận hành nâng cao hiệu quản lý, khai thác hồ chứa cấp nước cho nơng nghiệp khơng có dự báo nguồn nước” thực từ tháng năm 2010 Ngoài cố gắng thân, tác giả giúp đỡ nhiệt tình thầy, giáo, gia đình bạn bè Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo TS Đoàn Trung Lưu, người trực tiếp tận tình hướng dẫn, giúp đỡ cung cấp tài liệu, thông tin cần thiết cho tác giả hoàn thành Luận văn Tác giả xin chân thành cảm ơn giúp đỡ Chi cục Thủy lợi Vĩnh Phúc, Công ty TNHH thành viên Thủy lợi Lập Thạch đồng nghiệp cung cấp tài liệu cần thiết cho tác giả hoàn thành luận văn Tuy nhiên thời gian có hạn, trình độ hạn chế, số liệu công tác xử lý số liệu với khối lượng lớn nên thiếu xót Luận văn khơng thể tránh khỏi, tác giả mong tiếp tục nhận bảo giúp đỡ thầy giáo ý kiến đóng góp bạn bè đồng nghiệp Cuối tác giả xin chân thành cảm ơn lòng người thân gia đình, bạn bè động viên giúp đỡ khích lệ tác giả suốt q trình học tập hoàn thành luận văn Xin chân thành cảm ơn./ Hà Nội, tháng năm 2012 Tác giả Nguyễn Thiệu Vỹ MỤC LỤC MỞ ĐẦU ……………………………………………………… …………………1 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỒ CHỨA VÀ ĐIỀU TIẾT DÒNG CHẢY BẰNG HỒ CHỨA 1.1 Hồ chứa 1.1.1 Khái niệm hồ chứa nước 1.1.2 Các cơng trình thủy cơng hồ chứa 1.1.3 Đặc trưng địa hình hồ chứa 1.2 Điều tiết cấp nước hồ chứa 1.2.1 Khái niệm điều tiết cấp nước 1.2.2 Phân loại đặc điểm điều tiết cấp nước CHƯƠNG QUẢN LÝ, VẬN HÀNH HỒ CHỨA CẤP NƯỚC NÔNG NGHIỆP 2.1 Biểu đồ điều phối 2.1.1 Khái niệm điều phối hồ chứa 10 2.1.2 Cấu tạo biểu đồ điều phối hồ chứa 10 2.2 Phương pháp xây dựng biểu đồ điều phối cấp nước quản lý vận hành hồ chứa phục vụ nông nghiệp 14 2.2.1 Phương pháp xây dựng 15 2.2.2 Sử dụng biểu đồ điều phối xây dựng chế độ vận hành hồ chứa 18 CHƯƠNG ỨNG DỤNG MƠ HÌNH TANK KHƠI PHỤC CHUỖI DỊNG CHẢY ĐẾN HỒ CHỨA TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG TÍCH VÀ THÁO NƯỚC HỒ CHỨA PHỤC VỤ NÔNG NGHIỆP 21 3.1 Giới thiệu tổng quan mơ hình TANK 21 3.1.1 Ngun lý mơ hình ……………………………………………………… 21 3.1.2 Cấu trúc mơ hình 22 3.1.3 Phương thức sử dụng mơ hình TANK tạo chuỗi dòng chảy đến 25 3.2 Kết xác định chuỗi dòng chảy đến hồ chứa Vân Trục, Bò Lạc, Suối Sải 29 3.2.1 Giới thiệu hồ chứa nghiên cứu 29 3.2.2 Các bước tính 32 3.2.3 Kết tính chuỗi dòng chảy đến lưu vực hồ chứa nghiên cứu 33 3.3 Tính tốn dòng chảy năm thiết kế hồ chứa Vân Trục, Bò Lạc, Suối Sải 39 3.3.1 Tính tốn lưu lượng dòng chảy năm thiết kế 39 3.3.2 Phân phối dòng chảy năm thiết kế 42 CHƯƠNG CƠ SỞ KHOA HỌC LẬP QUY TRÌNH VẬN HÀNH HỒ CHỨA CẤP NƯỚC PHỤC VỤ NƠNG NGHIỆP KHI KHƠNG CĨ DỰ BÁO NGUỒN NƯỚC 44 4.1 Cở sở thiết lập quy trình 44 4.2 Kết nghiên cứu thiết lập quy trình vận hành hồ chứa Vân Trục, Bò Lạc, Suối Sải 44 4.2.1 Biểu đồ điều phối hồ chứa nghiên cứu 44 4.2.2 Cơ sở khoa học lập quy trình vận hành hồ chứa nghiên cứu 66 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ………………………………………….……… 82 TÀI LIỆU THAM KHẢO …….……… ………… ………………… ……… 84 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Biểu đồ đặc trưng địa hình hồ chứa nước Hình 2.1: Biểu đồ điều phối hồ chứa Hình 2.2: Ngun tắc tính tốn điều tiết xây dựng biểu đồ điều phối Hình 2.3: Xác định đường phòng phá hoại đường hạn chế cấp nước theo đường bao Hình 3.1: Mơ bể chứa chế truyền ẩm mơ hình TANK đơn Hình 3.2: Bản đồ vị trí hồ chứa nghiên cứu Hình 4.1: Đường tích tháo nước hồ Vân Trục Hình 4.2: Đường tích tháo nước hồ Bò Lạc Hình 4.3: Đường tích tháo nước hồ Suối Sải Hình 4.4: Biểu đồ điều phối cấp nước hồ Vân Trục Hình 4.5: Biểu đồ điều phối cấp nước hồ Bò Lạc Hình 4.6: Biểu đồ điều phối cấp nước hồ Suối Sải DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 3.1: Bộ thơng số mơ hình hiệu chỉnh Bảng 3.2: Đặc trưng địa hình lòng hồ Vân Trục (Z-F-V) Bảng 3.3: Đặc trưng địa hình lòng hồ Bò Lạc (Z-F-V) Bảng 3.4: Đặc trưng địa hình lòng hồ Suối Sải (Z-F-V) Bảng 3.5: Lưu lượng trung bình dòng chảy tháng, năm hồ Vân Trục Bảng 3.6: Lưu lượng trung bình dòng chảy tháng, năm hồ Bò Lạc Bảng 3.7: Lưu lượng trung bình dòng chảy tháng, năm hồ Suối Sải Bảng 3.8: Tổng hơp lưu lượng dòng chảy năm lưu vực hồ chứa Vân Trục, Suối Sải, Bò Lạc Bảng 3.9: Dòng chảy năm thiết kế lưu vực hồ Vân Trục, Bò Lạc, Suối Sải Bảng 3.10: Bảng tính hệ số thu phóng K 75% Bảng 3.11: Đường q trình dòng chảy năm thiết kế hồ nghiên cứu với năm đại biểu khác Bảng 4.1: Tính tốn điều tiết theo năm có kể tổn thất hồ chứa nước Vân Trục Bảng 4.2: Tính tốn điều tiết theo năm có kể tổn thất hồ chứa nước Bò Lạc Bảng 4.3: Tính tốn điều tiết theo năm có kể tổn thất hồ chứa nước Suối Sải Bảng 4.4: Tọa độ đường phòng phá hoại đường hạn chế cấp nước hồ Vân Trục Bảng 4.5: Tọa độ đường phòng phá hoại đường hạn chế cấp nước hồ Bò Lạc Bảng 4.6: Tọa độ đường phòng phá hoại đường hạn chế cấp nước hồ Suối Sải -1- MỞ ĐẦU Quản lý vận hành cơng trình thủy lợi vấn đề khoa học quan trọng thiếu kỹ thuật tài nguyên nước, đề cập đến suốt trình quy hoạch, thiết kế vận hành cơng trình phục vụ quản lý khai thác tài nguyên nước Hồ chứa loại cơng trình thủy lợi có cơng trình thủy cơng phức tạp với chế độ vận hành đặc thù điều tiết dòng chảy tự nhiên (tích tháo nước) nhiệm vụ cấp nước phòng chống lũ Trong nhiều năm qua Việt Nam nhiều cơng trình hồ chứa nước xây dựng với mục tiêu cấp nước phục vụ nông nghiệp, phát điện, sinh hoạt, du lịch , đại đa số hồ chứa xây dựng chưa có nghiên cứu thỏa đáng lý thuyết lẫn thực tế để lập quy trình vận hành, với hồ chứa vừa nhỏ phục vụ cấp nước cho nông nghiệp Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật với đề tài “Ứng dụng phương pháp mơ hình tốn nghiên cứu chế độ vận hành nâng cao hiệu quản lý, khai thác hồ chứa cấp nước cho nơng nghiệp khơng có dự báo nguồn nước” chọn đối tượng nghiên cứu loại công trình hồ chứa vừa nhỏ phục vụ cấp nước cho nơng nghiệp với trạng thái khơng có dự báo nguồn nước Nhằm nghiên cứu sở khoa học việc thiết lập “quy trình vận hành” hồ chứa nước vừa nhỏ phục vụ nông nghiệp nước ta I TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Thực tế nước ta có hàng trăm cơng trình hồ chứa vừa nhỏ xây dựng phục vụ cấp nước cho nông nghiệp Để nâng cao hiệu quản lý khai thác nhiều cơng trình hồ chứa cải tạo nâng cấp Tuy việc nâng cao hiệu qủa giải pháp lý vận hành hồ chứa chưa đề cập đến cách khoa học, giải pháp có hiệu kinh tế cao khai thác tài nguyên nước Việc xây dựng chế độ vận hành cho cơng trình thuỷ lợi nói chung với -2- cơng trình hồ chứa nói riêng vấn đề khoa học phức tạp biến động mạnh mẽ nguồn nước yêu cầu khai thác tài nguyên nước Luận văn bước đầu ứng dụng phương pháp đại - Mơ hình tốn kết hợp với phương pháp truyền thống - Phân tích thống kê, cân nước… nghiên cứu xây dựng chế độ vận hành cho cơng trình hồ chứa phục vụ nông nghiệp, nhằm thu hoạch sâu sắc kiến thức, phương pháp khoa học quản lý khai thác tài nguyên nước tiếp cận với yêu cầu thực tế nước ta II MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI - Về lý thuyết: Củng cố nhận thức sâu sắc kiến thức khoa học quản lý khai thác tài nguyên nước, mà tập trung vào tốn kỹ thuật quản lý vận hành cơng trình hồ chứa, nâng cao hiệu khai thác cấp nước cho nông nghiệp Biết ứng dụng hiệu phương pháp tính tốn mới, kết hợp phương pháp truyền thống nghiên cứu kỹ thuật tài nguyên nước - Về thực tế: Tiếp cận toán nâng cao hiệu quản lý khai thác vận hành cơng trình hồ chứa phục vụ cấp nước cho nông nghiệp đặt thực tế nước ta III CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Cách tiếp cận - Thu thập, phân tích đánh giá trạng quản lý khai thác số cơng trình hồ chứa phục vụ nơng nghiệp thuộc số tỉnh miền núi trung du miền Bắc nước ta - Nghiên cứu xây dựng toán quản lý vận hành hồ chứa phục vụ cấp nước cho nông nghiệp Lựa chọn phương pháp quản lý vận hành với loại hồ chứa khơng có dự báo nguồn nước - Ứng dụng phương pháp mơ hình tốn, khơi phục dòng chảy đến cơng trình hồ chứa (mơ hình TANK) Tính tốn cụ thể cho số hồ -3- - Xây dựng “Biểu đồ điều phối” hồ chứa bước đầu thiết lập sở khoa học cho việc xây dựng “quy trình vận hành” hồ chứa phục vụ cấp nước cho nông nghiệp Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp điều tra phân tích tổng hợp - Phương pháp mơ hình tính tốn khơi phục chuỗi dòng chảy tự nhiên lưu vực - Phương pháp cân nước - Phương pháp chuyên gia IV KẾT QUẢ DỰ KIẾN ĐẠT ĐƯỢC: - Hiểu biết sâu sắc, cụ thể toán quản lý vận hành hồ chứa phục vụ cấp nước cho nông nghiệp - Sử dụng phương pháp mơ hình tính tốn kết hợp với phương pháp truyền thống việc xây dựng công cụ quản lý vận hành hồ chứa - “Biểu đồ điều phối” - Thơng qua nghiên cứu, tính tốn cụ thể cho số hồ chứa vùng trung du miền núi miền Bắc, có sở khoa học nghiên cứu “quy trình vận hành cơng trình hồ chứa” nâng cao hiệu quản lý khai thác tài nguyên nước V NỘI DUNG CỦA LUẬN VĂN: Luận văn hoàn thành với nội dung nghiên cứu trình bày chương phần mở đầu, kết luận Chương 1: Tổng quan hồ chứa điều tiết dòng chảy hồ chứa Chương 2: Quản lý, vận hành hồ chứa cấp nước nông nghiệp Chương 3: Ứng dụng mơ hình TANK khơi phục chuỗi dòng chảy đến hồ chứa xây dựng đường tích tháo nước hồ chứa phục vụ nông nghiệp Chương 4: Cơ sở khoa học lập quy trình vận hành hồ chứa cấp nước phục vụ nơng nghiệp khơng có dự báo nguồn nước ... phương pháp mô hình tốn nghiên cứu chế độ vận hành nâng cao hiệu quản lý, khai thác hồ chứa cấp nước cho nơng nghiệp khơng có dự báo nguồn nước chọn đối tượng nghiên cứu loại cơng trình hồ chứa. .. hạn chế cấp nước theo đường bao 2.2.2 Sử dụng biểu đồ điều phối xây dựng chế độ vận hành hồ chứa Quản lý hồ chứa bao gồm quản lý cơng trình hồ chứa nước, quản lý nước quản lý kinh tế Quản lý nước. .. NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI NGUYỄN THIỆU VỸ ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP MƠ HÌNH TỐN NGHIÊN CỨU CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH, NÂNG CAO HIỆU QUẢ QUẢN LÝ KHAI THÁC HỒ CHỨA CẤP NƯỚC CHO NƠNG NGHIỆP KHI