Nội dung

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -------ooo------- CAO ĐÌNH HUY XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN VẬN HÀNH HỆ THỐNG HỒ CHỨA ĐA MỤC TIÊU THỜI KỲ MÙA KIỆT CHO LƯU VỰC SÔNG BA LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành: Kỹ thuật tài nguyên nước ĐÀ NẴNG - 2019 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -------ooo------- CAO ĐÌNH HUY XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN VẬN HÀNH HỆ THỐNG HỒ CHỨA ĐA MỤC TIÊU THỜI KỲ MÙA KIỆT CHO LƯU VỰC SÔNG BA Chuyên ngành : Kỹ thuật tài nguyên nước Mã số : 9580212 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học: TS. LÊ HÙNG GS.TS. HÀ VĂN KHỐI ĐÀ NẴNG - 2019 NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN 1. Xây dựng biểu đồ rút nước tiềm năng thời kỳ mùa kiệt cho các nút hồ chứa chính trên lưu vực sông Ba làm cơ sở nhận dạng dòng chảy mùa kiệt. Từ đó, lập kế hoạch sử dụng nước và vận hành hệ thống hồ chứa có nhiệm vụ điều tiết cấp nước cho hạ du. 2. hát triển mô h nh mô ph ng Ba- od l tích h p đư c mô h nh mưa dòng chảy, mô h nh cân b ng nước và điều tiết hồ chứa, phục vụ uản l nước và ra uyết định vận hành các hồ chứa trên lưu vực sông Ba thời kỳ mùa kiệt. 3. Xây dựng phương pháp vận hành hồ chứa th o hướng vận hành th o thời gian thực cho hệ thống hồ chứa trên lưu vực sông Ba trên cơ sở phân tích, tính toán lư ng trữ nước trên lưu vực thời điểm cuối mùa lũ và uy luật rút nước dòng chảy trong sông thời kỳ mùa kiệt. Đồng thời đề xuất chế độ vận hành h p l nh m đảm bảo an toàn th o nhiệm vụ cấp nước hạ du và nâng cao hiệu uả vận hành hồ chứa trong thời kỳ mùa kiệt. Từ đó, làm cơ sở cho việc nghiên cứu bổ sung uy tr nh liên hồ chứa đã đư c phê duyệt. THE NEW CONTRIBUTIONS 1. Developed a potential water reduction graph in the dry season for the main reservoirs in the Ba river basin as a basis for identifying dry season flows. After that, plan of water use and operation of reservoirs system were presented; 2. Developed a Ba model which integrates the rain - flow model, water balance model and reservoir regulation to serve water management and decisionmaking for reservoir operation in Ba river basin in dry season; 3. Built operation techniques for real-time reservoir regulation in the Ba river basin based on the analysis and calculation of water storage at the end of the rainy season and water change in river during dry season. In addition, a reasonable operation regime is proposed to ensure the safety of water supply and improve the efficiency of reservoir operation in the dry season. This is the basis for the additional study of the inter-reservoir operation procedure that has been issued. CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc TRÍCH YẾU LUẬN ÁN TIẾN SĨ I. Họ và tên nghiên cứu sinh: Cao Đình Huy II. Chuyên ngành: Kỹ thuật Tài nguyên nước. III. Mã số: 958 02 12 IV. Tên đề tài luận án: Xây dựng mô hình toán vận hành hệ thống hồ chứa đa mục tiêu thời kỳ mùa kiệt cho lưu vực sông Ba V. Người hướng dẫn khoa học: 1.TS. Lê Hùng; 2.GS.TS. Hà Văn Khối. VI. Cơ sở đào tạo: Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng VII. Tóm tắt nội dung luận án 1. Tính cấp thiết Trong những thập kỷ gần đây, một số lượng lớn các hồ chứa được xây dựng trên toàn thế giới cũng như ở Việt Nam. Ở Việt Nam, trong những năm gần đây, có hàng loạt các hồ chứa lớn được xây dựng trên hầu hết các sông suối khắp cả nước. Do vậy, việc quản lý nước và vận hành hợp lý hệ thống liên hồ chứa nhằm nâng cao hiệu quả khai thác và giảm thiểu những tác động tiêu cực là rất cần thiết. Đã có nhiều dự án và đề tài nghiên cứu về vận hành hệ thống hồ chứa lợi dụng tổng hợp. Tuy nhiên, kết quả nghiên cứu còn hạn chế, đặc biệt là chế độ vận hành hồ chứa thời kỳ mùa kiệt đối với hệ thống hồ chứa đa mục tiêu. Do vậy, việc vận hành hệ thống hồ chứa đa mục tiêu vẫn đang là đối tượng của nhiều đề tài nghiên cứu trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng. Hiện nay có hai xu hướng nghiên cứu nhằm nâng cao hiệu quả vận hành các hệ thống hồ chứa đa mục tiêu: Phương pháp tối ưu hóa và phương pháp mô phỏng. Mô hình toán mô phỏng hệ thống cân bằng nước, trong đó có mô phỏng chế độ vận hành của các hồ chứa đóng vai trò quyết định trong các nghiên cứu về quản lý nước và vận hành hệ thống hồ chứa, bất luận nghiên cứu đó là phương pháp tối ưu hóa hay phương pháp mô phỏng. Chính vì vậy, đã có nhiều nghiên cứu phát triển các mô hình mô phỏng liên quan đến tính toán cân bằng nước, quản lý nước và vận hành hệ thống hồ chứa trên lưu vực, trong đó các mô hình MIKE-BASIN, HEC-RESSIM, WEAP, MIKE HYDRO,… là những mô hình điển hình được sử dụng rộng rãi trên thế giới. Các mô hình này cũng đã được nghiên cứu trong quy hoạch, quản lý nước cho các lưu vực sông ở Việt Nam, trong đó có lưu vực sông Ba. Mỗi mô hình có những ưu điểm riêng và cũng có những hạn chế nhất định nên hiện nay các nhà nghiên cứu vẫn tiếp tục phát triển và hoàn thiện mô hình. Vì vậy, đã có những nghiên cứu xây dựng các mô hình riêng phù hợp với điều kiện cụ thể của lưu vực, phù hợp và thuận lợi cho nghiên cứu đối với bài toán được đặt ra. Cũng chính vì lý do trên, để nghiên cứu chế độ vận hành các hồ chứa lớn trên lưu vực sông Ba, tác giả luận án có ý định xây dựng một mô hình riêng phục vụ cho nghiên cứu và chọn đề tài nghiên cứu: “Xây dựng mô hình toán vận hành hệ thống hồ chứa đa mục tiêu thời kỳ mùa kiệt cho lưu vực sông Ba”. Mô hình toán được xây dựng nhằm hỗ trợ ra quyết định trong quá trình vận hành hệ thống hồ chứa đa mục tiêu, lưu vực sông Ba trong trong thời kỳ mùa kiệt (TKMK). 2. Mục tiêu nghiên cứu 2.1. Mục tiêu tổng quát Phát triển một mô hình vận hành hệ thống liên hồ chứa thời kỳ mùa kiệt có khả năng hỗ trợ ra quyết định vận hành cho các hệ thống liên hồ chứa lưu vực sông Ba. 2.2. Mục tiêu cụ thể Xây dựng được một mô hình đáp ứng các yêu cầu. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Mô hình mô phỏng được xây dựng đối với bài toán cân bằng nước (CBN) trên lưu vực sông và vận hành hệ thống hồ chứa có nhiệm vụ cấp nước và phát điện đối với vùng sông không bị ảnh hưởng của thủy triều. Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu được tiến hành đối với hệ thống hồ chứa đa mục tiêu trên lưu vực sông Ba, bao gồm tất cả các hồ chứa thủy lợi và thủy điện. Do mô hình không thể ứng dụng vùng sông bị ảnh hưởng triều nên phạm vi nghiên cứu được áp dụng cho lưu vực sông Ba tính đến vị trị đập Đồng Cam. Nghiên cứu chế độ vận hành được thực hiện đối với các hồ chứa lớn trên dòng chính có tính đến điều tiết cấp nước tưới của tất cả các hồ chứa nhỏ trên hệ thống. Các hồ chứa lớn được chọn để nghiên cứu chế độ vận hành là các hồ Ka Nak, An Khê, Sông Hinh, Ba Hạ và Krông H’Năng. 4. Phương pháp nghiên cứu Các phương pháp nghiên cứu trong luận án: Phương pháp kế thừa, phương pháp mô hình toán và Phương pháp thực nghiệm. 5. Cấu trúc luận án Ngoài phần mở đầu và phần kết luận và kiến nghị, luận án gồm có 4 chương: Chương 1. Tổng quan các nghiên cứu vận hành hệ thống hồ chứa thời kỳ mùa kiệt. Chương 2. Cơ sở khoa học và thực tiễn thiết lập bài toán vận hành hồ chứa trên sông Ba thời kỳ mùa kiệt. Chương 3. Thiết lập mô hình mô phỏng, xây dựng biểu đồ rút nước tiềm năng phục vụ vận hành hệ thống hồ chứa sông Ba thời kỳ mùa kiệt theo thời gian thực. Chương 4. Ứng dụng mô hình Ba-Model vào vận hành hệ thống hồ chứa trên lưu vực sông Ba thời kỳ mùa kiệt. 6. Kết quả nghiên cứu của luận án Lưu vực sông Ba là một trong những lưu vực lớn nhất miền Trung, mức độ ảnh hưởng trải dài ở các tỉnh với khá nhiều các công trình khai thác sử dụng nước trên đó. Đặc biệt là các hồ chứa thủy lợi và thủy điện nếu vận hành hợp lý sẽ mang lại lợi ích không nhỏ cho nhiều mục đích khác nhau. Tuy nhiên để hệ thống thực sự mang lại lợi ích tối ưu thì rất khó và đòi hỏi phải được tính toán cụ thể. Luận án đã nghiên cứu về dòng chảy mùa kiệt và đạt được các kết quả sau: 1) Luận án đã tổng quan đầy đủ những nghiên cứu liên quan đến lĩnh vực vận hành hệ thống hồ chứa theo thời gian thực. Từ những nguyên lý về vận hành hệ thống theo thời gian thực, trên cơ sở phân tích những đặc điểm dòng chảy kiệt trên lưu vực sông Ba, Tác giả đã thiết lập được bài toán Cân bằng nước trên hệ thống sông Ba, xác định nội dung nghiên cứu theo hướng tiếp cận bài toán vận hành hệ thống theo thời gian thực. 2) Luận án đã tiếp cận theo hướng vận hành theo thời gian thực giải quyết một vấn đề cấp thiết có ý nghĩa khoa học và thực tiễn. Đã xây được mô hình mô phỏng dự báo kết hợp với vận hành theo thời gian thực thời kỳ mùa kiệt và ứng dụng thử nghiệm thành công có khả năng áp dụng cho hệ thống hồ chứa trên sông Ba. 3) Chương trình tính Ba-Model do tác giả xây dựng trên cơ sở tích hợp các mô hình mưa-dòng chảy, mô hình vận hành hồ chứa và diễn toán dòng chảy trong sông cho phép kéo dài thời gian dự báo dòng chảy đến nút hồ chứa và các nút sông. Tương đương với phần mô hình mưa dòng chảy trong MIKE NAM, TANK và mô hình vận hành hồ chứa trong HEC-RESSIM, cũng như mô hình cân bằng nước WEAP. Mô hình có thể ứng dụng được trong vận hành hệ thống hồ chứa thời kỳ mùa kiệt theo thời gian thực nhằm đáp ứng vận hành điều tiết theo quy trình liên hồ chứa trên lưu vực sông Ba hiện nay. Mô hình mô phỏng mà tác giả xây dựng cho lưu vực sông Ba được thiết lập theo hướng tổng quát. Do vậy, nếu được phát triển hoàn thiện thêm về mặt giao diện đồ họa thì hoàn toàn có thể ứng dụng cho các lưu vực sông khác ở Việt Nam. 4) Luận án đã nghiên cứu xây dựng được biểu đồ rút nước tiềm năng cho các lưu vực thuộc các hồ chứa lớn làm cơ sở nhận dạng dòng chảy mùa kiệt. Từ đó lập kế hoạch quản lý và vận hành các hồ chứa trong thời kỳ mùa kiệt. 5) Đã tính toán và phân tích những bất hợp lý trong quy trình liên hồ chứa cho lưu vực sông Ba và đề xuất phương án bổ sung quy trình. 7. Những đóng góp mới của luận án 1) Xây dựng biểu đồ rút nước tiềm năng thời kỳ mùa kiệt cho các nút hồ chứa chính trên lưu vực sông Ba làm cơ sở nhận dạng dòng chảy mùa kiệt. Từ đó, lập kế hoạch sử dụng nước và vận hành hệ thống hồ chứa có nhiệm vụ điều tiết cấp nước cho hạ du. 2) Phát triển mô hình mô phỏng Ba-Model tích hợp được mô hình mưa - dòng chảy, mô hình cân bằng nước và điều tiết hồ chứa, phục vụ quản lý nước và ra quyết định vận hành các hồ chứa trên lưu vực sông Ba thời kỳ mùa kiệt. 3) Xây dựng phương pháp vận hành hồ chứa theo hướng vận hành theo thời gian thực cho hệ thống hồ chứa trên lưu vực sông Ba trên cơ sở phân tích, tính toán lượng trữ nước trên lưu vực thời điểm cuối mùa lũ và quy luật rút nước dòng chảy trong sông thời kỳ mùa kiệt. Đồng thời đề xuất chế độ vận hành hợp lý nhằm đảm bảo an toàn theo nhiệm vụ cấp nước hạ du và nâng cao hiệu quả vận hành hồ chứa trong thời kỳ mùa kiệt. Từ đó, làm cơ sở cho việc nghiên cứu bổ sung quy trình liên hồ chứa đã được phê duyệt. Đà Nẵng, ngày 15 tháng 7 năm 2019 NGƯỜI HƯỚNG DẪN TS. Lê Hùng NGHIÊN CỨU SINH NCS. Cao Đình Huy SOCIALIST REPUBLIC OF VIETNAM Independence - Freedom - Happiness SUMMARY OF DOCTOR THESIS I. Full name of PhD student: Cao Dinh Huy II. Major: Water resources Engineering III. Code: 958.02.12 IV. Name of thesis: Building a mathematical model to operate multipurpose reservoir system in dry season for Ba river basin V. Supervisors: 1. Dr. Le Hung; 2. Prof. Dr. Ha Van Khoi. VI. Training institution: Da Nang university of technology - The university of Da Nang VII. Abstract: 1. The necessity of the thesis In recent decades, many reservoirs have been built around the world including Vietnam. Vietnam is a country with many reservoirs that serve different purposes from irrigating agriculture to generating electricity. However, until now, there is no exact solution for how to operate the reservoir system to obtain the maximum benefits to society. Numerical modeling is an effective tool for water management in river basins. It is well known that MIKE-BASIN, MIKE11, HEC-RESSIM, WEAP, HEC-HMS ... models are widely used in the world. These models have also been used in water planning and management for river basins in Vietnam, including the Ba river basin. Each model has its own advantages and certain limitations, especially when they are applied in specific research conditions. Therefore, the researchers around the world continue to develop and improve them. In this thesis, based on approaching and inheriting existing studies, the