BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

CHƯƠNG TRÌNH KHCN CẤP NHÀ NƯỚC KC. 08
“Khoa học và công nghệ phục vụ phòng tránh thiên tai, bảo vệ môi trường
và sử dụng hợp lý tài nguyên thiên nhiên”. Mã số KC08/06-10BÁO CÁO TỔNG HỢP
KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CÔNG NGHỆ ĐIỀU HÀNH
HỆ THỐNG LIÊN HỒ CHỨA ĐẢM BẢO NGĂN LŨ, CHẬM LŨ,
AN TOÀN VẬN HÀNH HỒ CHỨA VÀ SỬ DỤNG HỢP LÝ
TÀI NGUYÊN NƯỚC VỀ MÙA KIỆT LƯU VỰC SÔNG BA
Mã số: KC.08.30/06-10 Cơ quan chủ trì đề tài: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
Chủ nhiệm đề tài: PGS.TS. Nguyễn Hữu Khải 8884 H
à
Trần Đình Hợi Đỗ Xuân CươngHà Nội - 2011

MỤC LỤC

NỘI DUNG
Các chữ viết tắt
Danh mục bảng
Danh mục hình
CHƯƠNG I: MỞ ĐẦU
1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỀ TÀI

1.1.1. Tên đề tài

1.1.2. Mục tiêu của đề tài
1.1.3. Phạm vi nghiên cứu
1.1.4. Phương pháp nghiên cứu
1.1.5. Danh sách tập thể và cá nhân tham gia thực hiện đề tài
1.2 TỔNG QUAN VỀ CÁC NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN ĐIỀU
TIẾT HỒ CHỨA

1.2.1. Các nghiên cứu ở nước ngoài
1.2.2. Các nghiên cứu ở trong nước
1.3. NGHIÊN CỨU VẬN HÀNH HỆ THỐNG HỒ CHỨA SÔNG
BA


46
46
46
46
48
50

2.1.5. Đặc điểm khí hậu
2.1.6. Đặc điểm thủy văn
2.2. ĐIỀU KIỆN KINH TẾ-XÃ HỘI
2.2.1. Hiện trạng phát triển kinh tế-xã hội
2.2.2. Phương hướng phát triển kinh tế-xã hội
2.3. HỆ THỐNG HỒ CHỨA – VAI TRÒ VÀ MỤC TIÊU
2.3.1. Hệ thống liên hồ chứa sông Ba
2.3.2. Đánh giá vai trò của các hồ chứa sông Ba
2.3.3. Đánh giá m
ục tiêu của các hồ chứa sông Ba
2.3.4. Đánh giá quy trình vận hành của các hồ chứa sông Ba
CHƯƠNG III: XÂY DỰNG QUY TRÌNH VẬN HÀNH MÙA
LŨ LIÊN HỒ CHỨA SÔNG BA
3.1. YÊU CẦU XÂY DỰNG QUY TRÌNH VẬN HÀNH LIÊN
HỒ SÔNG BA MÙA LŨ
3.1.1. Đặc điểm mưa lũ sông Ba
3.1.2. Tình hình ngập lụt và thiệt hại do lũ ở sông Ba
3.1.3. Điều hành hồ chứa sông Ba trong đợt lũ tháng XI năm 2009
3.2. CƠ SỞ KHOA HỌC C
ỦA VIỆC XÂY DỰNG QUY TRÌNH
VẬN HÀNH LIÊN HỒ SÔNG BA MÙA LŨ
3.2.1. Lựa chọn phương pháp và kỹ thuật điều hành cho sông Ba
3.2.2. Xác định đầu vào cho hệ thống hồ chứa sông Ba

133
144
148

CHƯƠNG IV: XÂY DỰNG QUY TRÌNH VẬN HÀNH LIÊN
HỒ CHỨA SÔNG BA MÙA KIỆT
4.1. TÌNH HÌNH CẠN KIỆT NGUỒN NƯỚC SÔNG BA
4.1.1. Đặc điểm mùa cạn sông Ba
4.1.2. Phân vùng sử dụng nước
4.1.3. Khả năng cấp nước lưu vực sông Ba
4.2. CƠ SỞ KHOA HỌC XÂY DỰNG QUY TRÌNH VẬN HÀNH
MÙA KIỆT LIÊN HỒ CHỨA SÔNG BA
4.2.1. Thiết lập bài toán điều hành mùa kiệt liên hồ chứa sông Ba
4.2.2. Xác định nhu cầu dùng nướ
c lưu vực sông Ba
4.2.3. Xác định dòng vào liên hồ chưa sông Ba mùa kiệt
4.2.4. Kịch bản vận hành liên hồ chứa sông Ba mùa kiệt
4.2.5. Vận hành mùa kiệt liên hồ chứa sông Ba
4.2.6. Diễn toán dòng chảy về hạ lưu
4.3. XÂY DỰNG QUY TRÌNH VẬN HÀNH LIÊN HỒ SÔNG
BA MÙA KIỆT
4.4. KẾT LUẬNCHƯƠNG 4
CHƯƠNG V: HỆ THỐNG CÔNG NGHỆ VÀ GIẢI PHÁP HỖ
TRỢ ĐIỀU HÀNH
5.1. HỆ THỐNG CÔNG NGHỆ HỖ TRỢ ĐIỀU HÀNH
5.1.1. Thiết lập hệ thống công nghệ

5.1.2. Nghiên cứu ứng dụng mô hình dự báo mưa
5.1.3. Ứng dụng mô hình thủy văn dự báo dòng chảy đến hồ chứa
và khu giữa


5.1.7. Nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ liệu của công nghệ vận hành
liên hồ
5.1.8. Nghiên cứu ứng dụng mô hình thủy lực 2 chiều
5.1.9. Mô hình nước dùng
5.2. ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP HỖ TRỢ ĐIỀU HÀNH
5.2.1. Giải pháp trung tâm điều hành
5.2.2. Giải pháp về hệ thống quan trắc khí tượng thuỷ văn và môi
trường
5.2.3. Giải pháp công trình và phi công trình
5.3. K
ẾT LUẬN CHƯƠNG 5
CHƯƠNG 6: CƠ SỞ DỮ LIỆU
6.1. THIẾT KẾ CƠ SỞ DỮ LIỆU
6.1.1. Cấu trúc hệ thống-Giải pháp và yêu cầu kỹ thuật
6.1.2. Thiết kê cơ sở dữ liệu
6.1.3. Giải pháp và yêu cầu kỹ thuật
6.1.4. Xây dựng các mô đun của phần mềm “KC.08.30”
6.1.5. Hướng dẫn cài đặt phần mềm “KC.08.30”
6.2. GIỚI THIỆU TÍNH NĂNG VÀ HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG
PHẦN MỀM
CHƯƠNG 7 : CÁC KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC
7.1. CÁC SẢN PHẨM KHOA HỌC CÔNG NGHỆ
7.1.1. Sản phẩm dạng II
7.1.2. Sản phẩm dạng III
7.2. HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ………………………………
TÀI LIỆU THAM KHẢO …………………………………
PHỤ LỤC ………………………………………………………


CÁC CHỮ VIẾT TẮT
NN&PTNT: Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn
ĐHQG: Đại học Quốc gia
KT-TV-HD: Khí tượng-Thủy văn-Hải dương
ĐHKHTN: Đại học Khoa học tự nhiên
KTTV: Khí tượng-Thủy văn
TW: Trung ương
LP: Quy hoạch tuyến tính
DP: Quy hoạch động
WDP: Quy hoạch động phi tuyến
DPR: Quy hoạch động hồi quy
SPD: Quy hoạch động ngẫu nhiên
KT-XH: Kinh tế-Xã hội
NMTĐ: Nhà máy thủy điện
NLM: Công suất lắp máy
MNDBT: Mực nước dâng bình thường
MNC: Mực nước chết
MNTL: Mực nước trước lũ.
MNĐL: Mực nước đón lũ.
VPL: Dung tích phòng lũ
DBST: Dự báo số trị.

DANH MỤC CÁC BẢNG
Nội dung
Bảng 2.1: Các trạm khí tượng trên lưu vực sông Ba
Bảng 2.2: Đặc trưng nhiệt độ không khí (
o
C) lưu vực Sông Ba…
Bảng 2.3: Đặc trưng độ ẩm không khí (%) lưu vực Sông Ba
Bảng 2.4: Lượng mưa tháng, năm bình quân nhiều năm lưu vực

56
57

57

58

59

59
60
62
63
66
66
67
67
68
81
88

89

Bảng 3.3: Tổng lượng lũ thực đo lớn nhất thời đoạn tại Củng Sơn
Bảng 3.4: Diện tích và độ sâu ngập lụt ở hạ lưu sông Ba trong trận
lũ X/1993
Bảng 3.5: Thiệt hại do ngập lũ vùng hạ lưu sông Ba
Bảng 3.6: So sánh lũ XI/2009 với lũ lịch sử X/1993 và các con lũ
lớn khác.
Bảng 3.7: Tổng hợp thiệt hại do bão số

94
99
100

102
102

104
111
121
121
123
127
130
130
131
133

141
Bảng 3.23: So sánh mực nước tại các vị trí khi hồ chứa vận hành lũ
P=10%
Bảng 3.24: So sánh mực nước tại các vị trí khi hồ chứa vận hành lũ
thực tế
Bảng 3.25: Điện năng các NMTĐ theo PA lựa chọn cho lũ P5%
dạng 1993
Bảng 3.26: Điện năng các NMTĐ theo PA lựa chọn cho lũ P5%
dạng 1988.

143

154

155

155
161

164

164
166

167

168

170

171

Bảng 4.12: Dòng chảy tháng năm ứng với tần suất các nhóm năm
tại các tuyến đập
Bảng 4.13: Phân mùa dòng chảy tuyến đập Thủy điện Sông Ba Hạ
Bảng 4.14: Phân tích sự đồng bộ dòng chảy kiệt sông Ba ….
Bảng 4.15: Đặc trưng dòng chảy trung bình và nhỏ nhất tháng các
trạm trên lưu vực
Bảng 4.16: Dòng chảy tháng năm ứng với tần suất cạn kiệt 75%
trên hệ thống

199

202

213

216
217
247
248
248
DANH MỤC CÁC HÌNH
Nội dung
Hình 1.1: Biểu diễn dưới dạng đồ thị của diễn toán hồ chứa
Hình 1.2: Sự cần thiết của điều tiết để đáp ứng yêu cầu của xã hội
Hình 1.3: Lưu vực sông Ba và hệ thống hồ chứa
Hình 2.1: Bản đồ lưu vực sông Ba
Hình 2.2: Hồ chứa thủy điện Sông Ba hạ
Hình 2.3: Hồ chứa thủy đi
ện Ayun hạ
Hình 2.4: Hồ chứa thủy điện Sông Hinh
Hình 3.1: Một số hình ảnh ngập lụt hạ lưu sông Ba
Hình 3.2: Đường tần suất Q
max
các trạm TV trên sông Ba
Hình 3.3: Quá trình lũ thiết kế các tuyến đập
Hình 3.4: Lũ tổ hợp thực tế đến hồ chứa năm 1993

101
106
107
107
108
108
109
113
115
117
122
124
126
126
129
Hình 3.18: So sánh các phuơng án vận hành lũ 5% dạng 1988 và
1986
Hình 3.19: Quá trình vận hành liên hồ Sông Ba Hạ và sông Hinh với
lũ 1993
Hình 3.20: Hình ảnh phạm vi mô phỏng hạ lưu sông Ba bằng mô hình
1 chiều
Hình 3.21: Mạng sông tính toán
Hình 3.22: Đường quá trình lưu lượng thực đo và tính toán trận lũ
tháng 10-1992
Hình 3.23: Đường quá trình lưu lượng thực đo và tính toán trận lũ
tháng 11-1988
Hình 3.24: Mực nước thuỷ triều tại cửa

139

139

140

140

142
150
151
152
158 Hình 4.5: Cơ cấu dùng nước lưu vực sông Ba năm 2007
Hình 4.6: Biểu đồ phân phối theo tháng của nhu cầu dùng nước tổng
hợp tại các vùng sử dụng nước trên lưu vực sông Ba
Hình 4.7: Cơ cấu dùng nước lưu vực sông Ba năm 2020
Hình 4.8: Đường tần suất Q năm TV các tuyến đập Sông Ba hạ (a) và
An Khê (b)
Hình 4.9: Đường cong quy tắc khi vận hành tối ưu liên hồ chứa theo
dòng chảy tháng
Hình 4.10:
Đường cong quy tắc chuẩn liên hồ chứa sông Ba bằng tối
ưu hóa
Hình 4.11: Đường cong quy tắc vận hành tối ưu liên hồ mùa kiệt
Hình 4.12: Kết quả tổng hợp vận hành tối ưu liên hồ sông Ba
Hình 4.13:. Biểu đồ mực nước và dung tích hồ vận hành liên hồ mùa
kiệt 1982-1983

199
200
201
202

202

203
208

210

212 Hình 5.4: Sơ đồ chuẩn bị số liệu mưa từ mô hình HRM cho tính toán
thuỷ văn
Hình 5.5: Sơ đồ dự báo hệ thống hồ sông Ba hạ
Hình 5.6: Lượng mưa và dòng chảy dự báo con lũ tháng XI/2009
Hình 5.7: Sự tích hợp các Module trong HEC-RESSIM
Hình 5.8: Mạng thủy lực hạ lưu sông Ba
Hình 5.9: Kiểm định lũ tháng 9/2005 tại Phú Lâm
Hình 5.10: Kiểm định lũ ngày 4/11/2009 tại Phú Lâm
Hình 5.11: Màn hình cồng nghệ d
ự báo dòng chảy tháng lưu vực sông
Ba
Hình 5.12: Giao diện quản lý cơ sở dữ liệu vận hành hồ chứa sông
Ba
Hình 5.13: Cấu trúc thư mục phần mềm quản trị CSDL
Hình 5.14: Sơ đồ cấu trúc quản lý dữ liệu động


231
233
234
234
235
237
237
238 Hình 5.26
Hình 5.27
Hình 5.28
Hình 5.29
Hình 5.30
Hình 5.31
238
239
239
240
246
246


đó vùng hạ lưu sông thuộc Phú Yên ph
ải chịu hậu quả.
Trong đợt lũ tháng 11/2009 và tháng 11/2010 vừa qua các hồ vận hành
theo các quy trình được ban hành, trong đó có quy trình liên hồ mới được Thủ
tướng Chính phủ quyết định ban hành tháng 10/2010. Trong trận lũ háng
11/2010, tuy đã có quy trình vận hành liên hồ nhưng vẫn còn rất nhiều khó
khăn khi vận hành thực tế và vẫn còn đó những trăn trở, băn khoăn.

Để có thể cắt lũ tốt hơn thì mực nước trước lũ phải thấp, nói cách khác
là trước khi lũ đến cần xả nước để dung tích trống trong hồ càng nhiều càng
tốt, nhưng khi đó lại có thể tổn thất điện năng. Ở đây lại cần giải quyết bài
toán đa mục tiêu, khi đó mỗi bên cần nhân nhượng lợi ích của mình để đáp
ứng m
ục đích chung. Điện năng có thể giảm đi một chút để tăng cường khả
năng phòng lũ cho hạ lưu. Tuy nhiên giữ mực nước trước lũ là bao nhiêu còn
phụ thuộc vào dự báo mưa lũ. Nếu xả trước nhiều mà lũ về sau nhỏ hoặc
không có lũ thì hồ chứa sẽ thiếu nước, không đủ đầu nước và lưu lượng để
phát điệ
n. Thời điểm xả trước cũng rất quan trọng, nó liên quan đến sản xuất
điện năng và mức độ an toàn cho hạ lưu. Xả sớm quá sẽ giảm đầu nước và
khó khôi phục lại nếu dự báo không chính xác. Nhưng xả muộn quá sẽ gây ra
lũ nhân tạo do lượng xả bổ sung cộng thêm vào lượng dòng chảy lũ cần xả
qua hồ.
Theo Trung tâm dự báo KTTV Trung ương thì sự phố
i hợp giữa Trung
tâm dự báo KTTV Trung ương với các Công ty quản lý hồ cũng như Ban
phòng chống lụt bão các tỉnh còn hạn chế. Với các sông miền Trung thì do địa
hình lưu vực và lòng sông dốc, lũ tập trung nhanh nên thời gian dự kiến cho
dự báo thuỷ văn rất ngắn, chỉ trong vòng 12-24h. Nếu dựa vào đó mà xả để
đưa mực nước trước lũ xuống thấp thì không kịp thời. Muốn tăng thời gian d

Cơ quan chủ trì thực hiện: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
Địa chỉ: 334 Nguyễn Trãi – Thanh Xuân – Hà Nội
Chủ nhi
ệm Đề tài: PGS.TS Nguyễn Hữu Khải
Thời gian thực hiện: 24 tháng (Từ tháng 01/2009 đến tháng 12/2010)
1.1.2.Mục tiêu của đề tài
- Xây dựng quy trình vận hành liên hồ chứa lưu vực sông Ba.
- Xây dựng hệ thống công nghệ phục vụ điều hành liên hồ chứa lưu vực
sông Ba.
đảm bảo ngăn lũ, chậm lũ và an toàn hồ chứa cũng như sử dụng hiệu
quả nguồn nước cho các m
ục tiêu tổng hợp kinh tế-xã hội và môi trường của
toàn hệ thống, đồng thời đáp ứng mục tiêu cụ thể của từng hồ chứa trong hệ
thống.

1.1.3. Phạm vi nghiên cứu
Khu vực nghiên cứu là lưu vực sông Ba. Đối tượng nghiên cứu là hệ
thống hồ chứa thủy điện trên sông Ba, trong đó có 3 hồ đã hoạt động từ trước
năm 2010 là hồ Ayun hạ (2000), Sông Hinh (2002), Sông Ba hạ (2009), 1 hồ
mới hoạt động là hồ Krông H’năng (2010) và 1 tổ hợp hồ đang xây dựng là
An Khê-Ka Nak.
1.1.4. Phương pháp nghiên cứu
1. Phương pháp khảo sát thực địa, tìm hiểu sâu hơn thự
c tế lưu vực và
tác động của vận hành hồ chứa.
2. Phương pháp chuyên gia, nhằm sử dụng các kiến thức, kinh nghiệm
của các chuyên gia trong và ngoài nước về điều hành hệ thống thông qua các
cuộc hội thảo, trao đổi.
3. Phương pháp thống kê xác suất để xác định các đặc trưng khí tượng
thuỷ văn và môi trường.

Cá nhân
1 Nguyễn Hữu Khải
PGS-TS
Đại học Khoa học Tự
nhiên
Chủ nhiệm đề tài
2 Nguyễn Văn Tuần
PGS-TS
Đại học Khoa học Tự
nhiên
Đánh giá hoạt động hồ
chứa. Xây dựng đường
cong điều phối mùa lũ và
mùa kiệt
3 Trần Ngọc Anh
TS
Đại học Khoa học Tự
nhiên
Nghiên cứu, phân tích,
diễn toán thủy lực mùa lũ,
mùa kiệt
4 Nguyễn Tiền
Giang TS
Đại học Khoa học Tự
nhiên
Xây dựng quy trình vận
hành mùa lũ và mùa kiệt.
5 Nguyễn Lan Châu
TS
Trung tâm Dự báo


Đại học Khoa học Tự
nhiên
Khảo sát, điều tra. Dự báo
dòng vào hồ chứa. Chế độ
chính sách. Thư ký đề tài
11 Đặng Quý Phượng
ThS
Đại học Khoa học Tự
nhiên
Nhu cầu dùng nước
12 Lê Thị Huệ
ThS
Đài KTTV Đồng bằng
Bắc bộ
Mô hình diễn toán hệ
thống hồ chứa mùa lũ
13 Nguyễn Đăng
Giáp ThS
Viện Khoa học Thủy lợi Khảo sát, điều tra. Giải
pháp công trình
14 Lê Xuân Cầu ThS Bộ Tài nguyên và Môi
trường
Tối ưu hóa vận hành liên
hồ mùa kiệt. Giải pháp
lưới trạm KTTV
15 Hồ Việt Cường
ThS
Viện Khoa học Thủy lợi Phần mềm quản lý cơ sở
dữ liệu

Đầu vào Hệ thống Đầu ra

của một hồ chứa không kiểm soát là công trình tràn tự do không có cửa van
để khống chế lượng xả.
Diễn toán hồ chứa đòi hỏi phải biết mối quan hệ giữa cao độ hồ chứa,
lượng trữ và lưu lượng. Mối quan hệ này là một hàm của địa hình vị trí hồ
chứa và các đặc tính của công trình xả nước. Một vài phương pháp diễn toán
sóng lũ qua hồ chứa đã
được xây dựng, dẫn ra trong bảng sau:
Phương pháp đường cong lũy tích, Phương pháp Puls,
Phương pháp Puls cải tiến, Phương pháp Wisler-Brater,
Phương pháp Goodrich, Phương pháp Steinberg,
Phương pháp hệ số.

1.2.1.2. Phương pháp tối ưu hoá
Tối ưu hóa là một khoa học về sự lựa chọn tốt nhất trong một số những
phương án có thể. Động lực trong các mô hình tối ưu hóa là hàm mục tiêu
(hay các hàm trong tối ưu đa mục tiêu). Thuật ngữ nghiệm tối ưu là nghiệm
tốt nhất trong các nghiệm của mô hình toán thỏa mãn tất cả các giả thiết và
ràng buộc, dù được phát biểu hiện hay ẩn có trong quá trình thi
ết lập bài toán.
Rõ ràng, nghiệm tối ưu được chỉ ra bởi mô hình có thể khác so với nghiệm tối
ưu của hệ thống thực sự. Dantzig và Thapa (1997) đã định nghĩa quy hoạch
toán học (hay lý thuyết tối ưu hóa) là “một nhánh của toán học giải quyết các
kỹ thuật để cực đại hóa hay cực tiểu hóa hàm mục tiêu với các ràng buộc về
các biến là tuyến tính, phi tuyến và nguyên”.
Kỹ thuật tối
ưu hoá bằng quy hoạch tuyến tính (LP) và quy hoạch động
(DP) đã được sử dụng rộng rãi trong tài nguyên nước. Loucks và nnk (1981)
đã minh họa áp dụng LP, quy hoạch phi tuyến (WLP) và DP cho tài nguyên

phép giải tối ưu hoá phụ thuộc vào dòng chảy tương lai bất định cũng như
hình dạng hàm tổn thất.
Áp dụng mô hình tối ưu hoá cho điều hành hồ chứa đa mục tiêu là khá
khó khăn. Sự khó khăn trong áp dụng bao gồm phát triển mô hình, huấn luyện
nhân lực, chi phí giải (bao gồm đầy đủ
cả điều kiện thủy văn tương lai bất
định, sự bất lực để xác định và định lượng tất cả các mục tiêu và sự cần thiết