Tổng quan luận án

Đề tài luận án tiến sĩ "Xây dựng mô hình toán vận hành hệ thống hồ chứa đa mục tiêu thời kỳ mùa kiệt cho lưu vực sông Ba" do nghiên cứu sinh Cao Đình Huy thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của TS. Lê Hùng và GS. Hà Văn Khối tại Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng, thuộc chuyên ngành Kỹ thuật tài nguyên nước / Kỹ thuật công trình thủy.

  • Tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu: Trên thế giới cũng như tại Việt Nam, hệ thống các hồ chứa nước lớn phục vụ đa mục tiêu (phòng lũ, phát điện, cấp nước sinh hoạt, nông nghiệp và duy trì dòng chảy môi trường) được xây dựng với mật độ cao trên hầu hết các lưu vực sông. Tuy nhiên, việc vận hành các hệ thống hồ chứa này phát sinh mâu thuẫn phức tạp, đặc biệt trong thời kỳ mùa kiệt giữa nhiệm vụ phát điện (yêu cầu duy trì mực nước và cột nước cao để tối đa hóa sản lượng) và nhiệm vụ cấp nước hạ du (phụ thuộc vào thời vụ, tập quán nông nghiệp và biến đổi thời tiết). Các quy trình vận hành liên hồ hiện hành (điển hình là Quyết định số 878/QĐ-TTg) chủ yếu quy định xả lưu lượng cố định theo thời đoạn định sẵn mà chưa tích hợp khả năng dự báo dòng chảy đến theo thời gian thực. Các phần mềm mô phỏng thương mại và phổ biến như MIKE 11, HEC-ResSim, WEAP còn bộc lộ hạn chế: HEC-ResSim và MIKE 11 không có chức năng dự báo dòng chảy đến từ mưa, trong khi MIKE 11 chưa tích hợp sâu bài toán vận hành liên hồ thời kỳ mùa kiệt. Tại lưu vực sông Ba – một lưu vực có đặc điểm khí hậu, địa hình phân hóa phức tạp – công tác dự báo dòng chảy kiệt phục vụ hỗ trợ ra quyết định vận hành liên hồ chứa thời gian thực vẫn chưa được giải quyết hoàn chỉnh.

  • Mục tiêu nghiên cứu:

    1. Trên cơ sở kế thừa phương pháp luận của các mô hình sẵn có, phát triển một mô hình toán mô phỏng cân bằng nước và vận hành hệ thống liên hồ chứa có nhiệm vụ cấp nước và phát điện.
    2. Ứng dụng mô hình đã xây dựng phục vụ bài toán quản lý tài nguyên nước và hỗ trợ ra quyết định vận hành hệ thống liên hồ chứa trên lưu vực sông Ba trong thời kỳ mùa kiệt theo thời gian thực.
  • Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

    • Đối tượng nghiên cứu: Mô hình mô phỏng cân bằng nước lưu vực sông và quy tắc vận hành hệ thống hồ chứa đa mục tiêu (cấp nước, phát điện) áp dụng cho vùng sông không chịu ảnh hưởng của thủy triều.
    • Phạm vi không gian: Toàn bộ lưu vực sông Ba tính từ thượng nguồn đến vị trí đập Đồng Cam, bao gồm địa giới hành chính của 26 huyện, thị xã, thành phố thuộc 4 tỉnh Gia Lai, Đắk Lắk, Phú Yên và Kon Tum (với diện tích tự nhiên khoảng 13.900 km² đến 16.000 km²). Hệ thống công trình nghiên cứu trực tiếp gồm các hồ chứa lớn: Ka Nak, An Khê, Ayun Hạ, Krông H’Năng, Sông Ba Hạ và Sông Hinh, có xét đến các công trình thủy lợi, trạm bơm lấy nước dọc sông chính.
    • Phạm vi thời gian: Thời kỳ mùa kiệt hàng năm, tập trung vào chuỗi dữ liệu thủy văn, khí tượng nhiều năm và các đợt tính toán điển hình (như giai đoạn mùa kiệt 2018–2019) kéo dài từ thời điểm kết thúc lũ (15/12) đến hết mùa cạn (30/4 hoặc 31/8 tùy phân vùng).

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Luận án đã tổng quan hệ thống các nghiên cứu về vận hành hồ chứa và quản lý tài nguyên nước theo hai nhóm phương pháp chính:

  • Các nghiên cứu tối ưu hóa trên thế giới và trong nước:

    • Nghiên cứu trữ lượng cấp nước ban đầu của Rippl (1883).
    • Phương pháp quy hoạch động ngẫu nhiên (Stochastic Dynamic Programming - SDP) của Bellman, Yakowitz (1982), Yeh (1985) và quy hoạch động xấp xỉ liên tục (DPSA).
    • Thuật toán tối ưu đàn kiến (Ant Colony / SWARM Algorithm) ứng dụng cho hệ thống 4 hồ giả định và hệ thống hồ đa mục tiêu Bhadra (Ấn Độ) của Kumar và Reddy (2007).
    • Thuật toán di truyền (GA) và thuật toán tiến hóa đa mục tiêu NSGA-II của Moh Sharif và Robin Wardlaw (cho Indonesia), Chang et al. (2007, 2009 cho hệ thống Tanshui, Shihmen và Feitsui tại Đài Loan), L. Reis (kết hợp GA và Linear Programming - LP), Pereira (1985 với mô hình SDDP), Kerachian và Karamouz (2007 kết hợp GA với lý thuyết Nash và chất lượng nước cho hồ Satarkhan tại Iran), Elferchichi (2009 tại Sinistra Ofanto, Ý), Afshar (2007 với thuật toán mật ong - ong giao phối).
    • Mạng nơ-ron nhân tạo (ANN) và mạng Bayesian (BN) của Malekmohammadi et al., Chaves và Chang cho hồ Shihmen.
    • Tại Việt Nam: Long và cộng sự (2007) kết hợp MIKE 11 với thuật toán SCE cho hồ Hòa Bình; Nguyễn Thế Hùng và Lê Hùng (2011) ứng dụng quy hoạch động cho hồ Định Bình và A Vương; Hà Ngọc Hiến và cộng sự (2010) cho hệ thống sông Đà - sông Lô; Hoàng Thanh Tùng (2012) ứng dụng mạng ANN (BPNN) và GA kết hợp HEC-HMS/HEC-ResSim cho lưu vực sông Cả; Tô Thúy Nga (2013) tích hợp mô hình mô phỏng lũ cho sông Vu Gia – Thu Bồn; Hà Văn Khối và Hồ Ngọc Dung (2013), Hoàng Thanh Tùng, Hà Văn Khối, Nguyễn Thanh Hải (2013) ứng dụng Crystal Ball cho hồ Thác Bà, Tuyên Quang, Sơn La, Hòa Bình; Hồ Ngọc Dung (2017) phát triển quy hoạch động 2 chiều cho bậc thang Sơn La – Hòa Bình.
  • Các nghiên cứu mô phỏng và các công trình trên lưu vực sông Ba:

    • Mô hình mô phỏng phổ biến: HEC-3, HEC-5, HEC-ResSim, MIKE 11, MIKE-BASIN, WEAP, HEC-HMS, Powersim (Bosona et al. cho nhà máy Melka Wakana tại Ethiopia), Cheng Chun-tian (Trung Quốc), Kim SeungKwn (sông Hàn, Hàn Quốc).
    • Nghiên cứu trên lưu vực sông Ba: Đề tài tổng thể của Nguyễn Văn Cư; đề tài quy hoạch thủy lợi - thủy điện của Ngô Đình Tuấn (2010–2020); nghiên cứu dòng chảy môi trường của Nguyễn Văn Thắng; nghiên cứu công cụ hỗ trợ phân bổ nước của Huỳnh Thị Lan Hương; ứng dụng WEAP của Vũ Thành Tâm, Đỗ Tiến Hùng, Trần Thành Lê; ứng dụng MIKE và HEC-ResSim đề xuất quy trình liên hồ của Nguyễn Hữu Khải; dự án tác động của BĐKH của Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Môi trường; báo cáo điều chỉnh quy hoạch của Viện Quy hoạch Thủy lợi (2018); nghiên cứu vận hành liên hồ cắt lũ của Lương Hữu Dũng (2016); nghiên cứu quản lý bền vững tài nguyên nước của Lê Đức Thường (2016); mô hình kinh tế - thủy văn của Nguyễn Thị Thu Nga (2017); nghiên cứu tối ưu AI trong mùa cạn của Lê Ngọc Sơn (2017).
  • Khoảng trống luận án lựa chọn giải quyết: Các nghiên cứu trước đây tại lưu vực sông Ba chủ yếu tập trung vào vận hành cắt lũ trong mùa mưa, đánh giá quy hoạch dài hạn hoặc phân bổ tài nguyên nước tĩnh. Việc vận hành trong mùa kiệt hiện đang phụ thuộc vào các giá trị lưu lượng xả cố định theo Quyết định số 878/QĐ-TTg, thiếu công cụ tính toán dự báo dòng chảy đến theo thời gian thực và chưa khai thác đặc tính suy giảm dòng chảy tự nhiên (đường rút nước) để điều hành linh hoạt giữa các hồ bậc thang nhằm hài hòa giữa việc xả nước tưới hạ du và tích nước phát điện.


Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

  • Khung lý thuyết và mô hình toán:

    • Mô hình toán mô phỏng Ba-Model: Được xây dựng trên nguyên lý cân bằng nước hệ thống dạng mạng nút (nút hồ chứa, nút nhập lưu, nút dùng nước) và động lực dòng chảy theo thời đoạn tính toán.
    • Mô hình mưa - dòng chảy NAM (thuộc bộ mô hình MIKE): Mô hình cấu trúc khối mô tả các quá trình thủy văn trong lưu vực (tầng mặt, tầng rễ cây, tầng ngầm) để tính toán dòng chảy đến từ số liệu mưa và bốc hơi tại các tiểu lưu vực nhập lưu.
    • Lý thuyết đường rút nước tiềm năng (Potential Recession Curve): Dựa trên quy luật suy giảm liên tục của dòng chảy kiệt sau khi mùa mưa kết thúc, thể hiện động thái xả cạn của các tầng chứa nước dưới đất trên lưu vực khi không có mưa bổ cập đáng kể.
  • Phương pháp nghiên cứu thực tế:

    • Phương pháp kế thừa: Tiếp thu cấu trúc sơ đồ mạng nút và logic điều tiết của các mô hình HEC-ResSim, MIKE-BASIN và số liệu quy hoạch, khí tượng thủy văn sẵn có.
    • Phương pháp mô hình hóa và lập trình: Tích hợp thuật toán điều tiết hồ chứa độc lập, hồ chứa bậc thang và mô hình thủy văn NAM thành một chương trình tính toán thống nhất (Ba-Model).
    • Phương pháp thực nghiệm và thống kê: Hiệu chỉnh và kiểm định bộ thông số mô hình NAM tại các trạm thủy văn đại diện (An Khê, Củng Sơn, Sông Hinh) dựa trên các chỉ số thống kê đánh giá độ tin cậy theo tiêu chuẩn của Moriasi (2007): hệ số hiệu quả Nash-Sutcliffe ($NASH$) và hệ số tương quan ($R$).
    • Phương pháp phân tích chuỗi thời gian: Phân tích đường quá trình lưu lượng thực đo nhiều năm giai đoạn 15/12 – 30/4 để xây dựng biểu đồ đường bao rút nước tiềm năng (đường bao trên, đường bao dưới và đường trung bình).
  • Nguồn tư liệu và dữ liệu nghiên cứu:

    • Chuỗi số liệu khí tượng: Lượng mưa ngày, lượng bốc hơi tại các trạm Pleiku, Pơ Mơ Rê, Chư Sê, Sông Hinh, Sơn Thành, Tuy Hòa, An Khê, Cheo Reo, Phú Túc, Krông H’Năng.
    • Chuỗi số liệu thủy văn thực đo: Lưu lượng ngày tại các trạm An Khê (1979–2010), Ayun Hạ (1989–1992), Krông H’Năng (1979, 1989, 2003–2008, 2012–2018), Sông Hinh (1978–1995, 1999–2014) và Củng Sơn.
    • Dữ liệu địa hình và mạng sông: Chia lưu vực sông Ba thành 14 tiểu lưu vực tính toán dòng chảy nhập lưu.
    • Dữ liệu công trình và nhu cầu dùng nước: Thông số kỹ thuật các hồ chứa Ka Nak, An Khê, Ayun Hạ, Krông H’Năng, Sông Ba Hạ, Sông Hinh; hệ thống trạm bơm, đập dâng Đồng Cam; số liệu quy định vận hành theo Quyết định 878/QĐ-TTg.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan các nghiên cứu vận hành hệ thống hồ chứa thời kỳ mùa kiệt

Chương 1 hệ thống hóa vai trò của hồ chứa trong việc phân bổ lại tài nguyên nước theo không gian và thời gian. Tác giả phân tích rõ ba dạng mâu thuẫn nội tại khi vận hành hồ chứa đa mục tiêu:

  1. Mâu thuẫn trong không gian hồ chứa: Sự cạnh tranh dung tích giữa nhiệm vụ bảo toàn dung tích đón lũ và nhiệm vụ tích đầy nước phục vụ cấp nước/phát điện.
  2. Mâu thuẫn bên trong các mục đích giống nhau: Việc phân bổ thời gian phát điện giữa các tháng cao điểm và duy trì cột nước phát điện; sự khác biệt yêu cầu cấp nước giữa sinh hoạt và tưới.
  3. Mâu thuẫn giữa các mục đích khác nhau: Xung đột gay gắt nhất giữa mục tiêu phát điện (vận hành biến đổi theo giờ, ngày phụ thuộc phụ tải hệ thống điện) và mục tiêu cấp nước hạ du (phụ thuộc vào mùa vụ nông nghiệp).

Chương này cũng tổng lược các công cụ mô hình hóa (tối ưu và mô phỏng) trên thế giới, các công trình nghiên cứu trên lưu vực sông Ba, từ đó khẳng định việc xây dựng một mô hình mô phỏng chuyên biệt có tích hợp dự báo dòng chảy thời gian thực cho sông Ba là hướng đi cấp thiết.

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 2 mô tả chi tiết điều kiện tự nhiên, chế độ thủy văn và hiện trạng khai thác lưu vực sông Ba:

  • Đặc điểm địa lý và mạng sông: Lưu vực nằm trên tọa độ từ 12°26'05" đến 14°36'38" Vĩ độ Bắc và 108°00'28" đến 109°27'12" Kinh độ Đông; có 3 nhánh sông chính lớn:
    • Sông Ia Yun: Diện tích lưu vực $2.950\text{ km}^2$, chiều dài $175\text{ km}$, cung cấp $17,5%$ tổng lượng nước lưu vực.
    • Sông Krông H’Năng: Diện tích lưu vực $1.840\text{ km}^2$, chiều dài $130\text{ km}$, cung cấp $12,5%$ tổng lượng nước.
    • Sông Hinh: Diện tích lưu vực $1.040\text{ km}^2$, chiều dài $88\text{ km}$, cung cấp $17,4%$ tổng lượng nước.
  • Phân hóa khí hậu và mưa:
    • Khí hậu Tây Trường Sơn: Mùa mưa từ tháng V đến tháng X (chiếm ~90% lượng mưa năm), đỉnh mưa vào tháng VIII–IX (200–470 mm/tháng); mùa khô từ tháng XI đến tháng IV.
    • Khí hậu Đông Trường Sơn: Mùa mưa muộn và ngắn từ tháng IX đến tháng XI/XII (chiếm 65–75% lượng mưa năm), có tháng mưa cực đại đạt trên 600 mm (thậm chí 1920 mm tại Sông Hinh vào tháng 11/1981); mùa khô kéo dài 8–9 tháng (từ tháng I đến tháng VIII/IX).
    • Khu vực trung gian (vùng thung lũng sông Ba: An Khê, Cheo Reo, Phú Túc): Mùa mưa từ tháng V đến tháng XI, nhưng tổng lượng mưa thấp nhất lưu vực, khô hạn nghiêm trọng từ tháng II đến tháng IV.
  • Đặc điểm dòng chảy kiệt và đường rút nước: Thời gian xuất hiện dòng chảy kiệt nhất rơi vào tháng III–IV ở thượng/trung lưu và tháng IV hoặc VIII ở hạ lưu. Dòng chảy kiệt tại các trạm thủy văn chính được tổng hợp trong bảng số liệu sau:
Trạm đo thủy văn Diện tích lưu vực $F_{lv}$ ($\text{km}^2$) Module dòng chảy kiệt tháng $M_{tb}$ ($\text{l/s}\cdot\text{km}^2$) $M_{max}$ tháng ($\text{l/s}\cdot\text{km}^2$) Năm xuất hiện $M_{max}$ $M_{min}$ tháng ($\text{l/s}\cdot\text{km}^2$) Năm xuất hiện $M_{min}$ Module dòng chảy kiệt ngày $M_{tb}$ ($\text{l/s}\cdot\text{km}^2$) $M_{max}$ ngày ($\text{l/s}\cdot\text{km}^2$) Năm xuất hiện $M_{max}$ $M_{min}$ ngày ($\text{l/s}\cdot\text{km}^2$) Năm xuất hiện $M_{min}$
An Khê $1.350$ $5,64$ $11,00$ $1997$ $0,39$ $1983$ $3,51$ $7,85$ $1999$ $0,22$ $1983$
Sông Hinh $747$ $12,27$ $24,20$ $1992$ $4,08$ $1997$ $6,67$ $11,12$ $1994$ $1,87$ $1979$
Củng Sơn $12.410$ $4,22$ $11,20$ $1997$ $0,85$ $1983$ $2,32$ $6,45$ $1999$ $0,62$ $1983$

Phân tích chuỗi số liệu rút nước từ 15/12 đến 30/4 cho thấy lưu lượng trong mùa kiệt phụ thuộc chủ yếu vào lượng trữ nước trên lưu vực tại thời điểm kết thúc mùa lũ. Nếu khử các đợt mưa nhỏ ngắn ngày, đường quá trình lưu lượng suy giảm liên tục theo dạng đường cong trơn, hình thành cơ sở khoa học để thiết lập bài toán vận hành theo thời gian thực.

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 3 trình bày cấu trúc và thuật toán của mô hình Ba-Model:

  • Cấu trúc mô hình Ba-Model: Tích hợp ba khối thành phần:
    1. Khối mô hình mưa - dòng chảy NAM: Mô phỏng lưu lượng đến từ 14 tiểu lưu vực nhập lưu.
    2. Khối mô hình cân bằng nước mạng nút: Tính toán phân phối lưu lượng qua các nút hồ chứa, trạm bơm, đập dâng và các điểm kiểm soát hạ du.
    3. Khối điều tiết hồ chứa: Tính toán cho hồ chứa điều tiết cấp nước độc lập, hồ phát điện độc lập và hồ phát điện trong bậc thang liên hoàn.
  • Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình NAM: Áp dụng cho các tiểu lưu vực trên sông Ba, đánh giá độ tin cậy thông qua chỉ số Nash-Sutcliffe ($NASH$) và hệ số tương quan ($R$) theo chuẩn Moriasi (2007) tại các trạm An Khê, Củng Sơn và Sông Hinh.
  • Xây dựng biểu đồ rút nước tiềm năng: Thiết lập biểu đồ đường bao quá trình rút nước (giới hạn trên, trung bình, giới hạn dưới) tại 4 vị trí trọng điểm: An Khê, Ayun Hạ, Krông H’Năng và Sông Hinh. Biểu đồ này cho phép nhận dạng cấp lưu lượng mùa kiệt ngay tại thời điểm ngày 15/12 dựa vào lưu lượng thực đo cuối mùa lũ, phục vụ dự báo tổng lượng nước đến mà không cần phụ thuộc hoàn toàn vào dự báo mưa dài hạn.

Chương 4: Ứng dụng mô hình Ba-Model vào vận hành hệ thống hồ chứa trên lưu vực sông Ba thời kỳ mùa kiệt

Chương 4 thực hiện các tính toán ứng dụng cụ thể:

  • Đánh giá Quy trình 878/QĐ-TTg: Kiểm tra khả năng đáp ứng yêu cầu xả cấp nước cho hạ du của các hồ Ka Nak, An Khê, Krông H’Năng, Sông Ba Hạ và Sông Hinh theo các kịch bản lưu lượng cố định quy định trong văn bản. Kết quả chỉ ra một số thời điểm quy định xả của quy trình gây thiếu hụt cục bộ hoặc làm suy giảm quá mức cột nước phát điện của các nhà máy thủy điện.
  • Đề xuất phương án điều tiết mới: Đề xuất phương án phối hợp xả nước giữa cụm 3 hồ chứa có quan hệ thủy lực trực tiếp đến hạ du đồng bằng Phú Yên và đập Đồng Cam gồm: Krông H’Năng, Sông Ba Hạ và Sông Hinh. Phương án mới điều chỉnh linh hoạt lưu lượng xả dựa trên sự lệch pha thời gian kiệt giữa hồ Sông Hinh (kiệt muộn từ tháng 4–8) và các hồ phía trên (kiệt sớm từ tháng 1–4).
  • Thử nghiệm vận hành mùa kiệt 2018–2019:
    • Nhận dạng dòng chảy kiệt tại thời điểm ngày 15/12/2018 bằng biểu đồ rút nước tiềm năng.
    • Sử dụng Ba-Model mô phỏng tính toán cân bằng nước và điều tiết hồ chứa cho 14 tiểu lưu vực theo các kịch bản thực tế.
    • Kết quả chứng minh mô hình tính toán kiểm soát tốt tình trạng thiếu nước tại các nút tưới, đồng thời duy trì dung tích hữu ích và mực nước hồ phục vụ phát điện tối ưu hơn so với quy trình xả cứng nhắc.

Kết quả và những đóng góp mới

  • Những đóng góp mới về mặt khoa học và thực tiễn:

    1. Xây dựng biểu đồ rút nước tiềm năng: Thiết lập thành công biểu đồ rút nước tiềm năng thời kỳ mùa kiệt cho các nút hồ chứa chính trên lưu vực sông Ba (An Khê, Ayun Hạ, Krông H’Năng, Sông Hinh), cung cấp công cụ định lượng để nhận dạng sớm dòng chảy kiệt ngay từ thời điểm cuối mùa lũ (15/12).
    2. Phát triển mô hình mô phỏng Ba-Model: Xây dựng hoàn chỉnh mô hình Ba-Model tích hợp mô hình thủy văn mưa – dòng chảy (NAM), mô hình cân bằng nước hệ thống mạng nút và thuật toán điều tiết liên hồ chứa đa mục tiêu (cấp nước và thủy điện), giải quyết hạn chế không dự báo được dòng chảy đến của các phần mềm như HEC-ResSim.
    3. Xây dựng phương pháp vận hành thời gian thực: Đề xuất phương thức vận hành hệ thống liên hồ chứa sông Ba theo thời gian thực dựa trên trữ lượng nước lưu vực cuối mùa lũ và quy luật rút nước tự nhiên; thiết lập phương án điều phối liên hồ (đặc biệt giữa Krông H’Năng, Ba Hạ và Sông Hinh) đảm bảo an toàn cấp nước hạ du đập Đồng Cam kết hợp nâng cao hiệu quả phát điện.
  • Kiến nghị và giải pháp đề xuất:

    • Kiến nghị các cơ quan quản lý nhà nước (Bộ Tài nguyên và Môi trường, Ủy ban nhân dân các tỉnh Gia Lai, Đắk Lắk, Phú Yên) sử dụng kết quả nghiên cứu và mô hình Ba-Model làm cơ sở khoa học để rà soát, điều chỉnh và bổ sung Quy trình vận hành liên hồ chứa lưu vực sông Ba ban hành theo Quyết định 878/QĐ-TTg.
    • Đề xuất áp dụng cơ chế điều hành xả linh hoạt dựa trên nhận dạng vị trí đường rút nước tiềm năng thay cho các mức xả lưu lượng cố định cứng nhắc theo lịch cố định.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế của luận án:

    • Mô hình Ba-Model và phạm vi tính toán mới chỉ áp dụng cho vùng sông không chịu ảnh hưởng của thủy triều (giới hạn từ thượng nguồn đến đập Đồng Cam), chưa xét đến tác động xâm nhập mặn và động lực học dòng chảy vùng cửa sông hạ lưu đập Đồng Cam ra biển Đông.
    • Độ chính xác mô phỏng dòng chảy nhập lưu phụ thuộc vào mật độ trạm đo mưa và chuỗi số liệu thực đo tại các tiểu lưu vực vùng núi cao chia cắt.
  • Hướng nghiên cứu tiếp theo:

    • Mở rộng mô hình Ba-Model tích hợp mô-đun thủy lực truyền triều và mô hình lan truyền mặn vùng hạ lưu từ sau đập Đồng Cam ra cửa biển Tuy Hòa.
    • Nghiên cứu kết nối tự động hệ thống dữ liệu quan trắc mưa tự động (Vrain) và mực nước hồ chứa trực tuyến để tự động hóa hoàn toàn bài toán hỗ trợ ra quyết định vận hành thời gian thực.
    • Thử nghiệm nhân rộng phương pháp luận biểu đồ rút nước tiềm năng cho các lưu vực sông khác tại khu vực miền Trung có điều kiện khí tượng thủy văn tương tự.

Giá trị tham khảo

Luận án là tài liệu chuyên khảo có giá trị ứng dụng và tham khảo đối với các nhóm đối tượng:

  • Cơ quan quản lý và hoạch định chính sách: Cục Quản lý Tài nguyên nước (Bộ Tài nguyên và Môi trường), Sở Nông nghiệp và Môi trường các tỉnh Phú Yên, Gia Lai, Đắk Lắk trong công tác giám sát, điều chỉnh quy trình vận hành liên hồ và cấp phép khai thác nguồn nước.
  • Đơn vị quản lý, vận hành công trình: Các công ty thủy điện (Sông Ba Hạ, Sông Hinh, Krông H’Năng, An Khê - Ka Nak) và Công ty TNHH MTV Đồng Cam trong việc lập kế hoạch tích nước, xả nước mùa kiệt hàng năm.
  • Nghiên cứu sinh, giảng viên và kỹ sư chuyên ngành: Nguồn tham khảo về cấu trúc mô hình cân bằng nước tích hợp mô hình NAM, phương pháp xây dựng biểu đồ rút nước tiềm năng và kỹ thuật lập trình mô phỏng điều tiết hệ thống hồ bậc thang.

Câu hỏi thường gặp

  1. Luận án giải quyết mâu thuẫn vận hành nào là trọng tâm trong mùa kiệt trên sông Ba?
    Trả lời: Trọng tâm là giải quyết mâu thuẫn giữa mục tiêu phát điện (cần duy trì cột nước cao và vận hành linh hoạt theo giờ cao điểm) và mục tiêu cấp nước hạ lưu (yêu cầu xả lưu lượng liên tục, ổn định phục vụ sinh hoạt, nông nghiệp tại hạ du đập Đồng Cam) trong bối cảnh các quy định hiện hành đang áp đặt lưu lượng xả cứng.

  2. Cơ sở khoa học để nhận dạng dòng chảy kiệt theo "Biểu đồ rút nước tiềm năng" là gì?
    Trả lời: Dựa trên đặc điểm khí hậu miền Trung khi mùa mưa kết thúc (khoảng ngày 15/12), lượng mưa trong mùa kiệt rất nhỏ nên quá trình suy giảm lưu lượng sông chủ yếu phụ thuộc vào lượng nước trữ ngầm trên lưu vực tích lũy từ cuối mùa lũ. Bằng cách khử các đỉnh mưa nhỏ, đường quá trình lưu lượng sẽ bám theo đường suy giảm liên tục (đường bao tiềm năng), cho phép xác định cấp dòng chảy kiệt của cả mùa cạn từ giá trị lưu lượng thực đo ngày 15/12.

  3. Mô hình Ba-Model có điểm gì khác biệt so với các phần mềm HEC-ResSim và MIKE 11?
    Trả lời: Mô hình Ba-Model khắc phục nhược điểm không dự báo được dòng chảy đến của HEC-ResSim bằng cách tích hợp trực tiếp mô hình thủy văn mưa - dòng chảy NAM với mô hình cân bằng nước mạng nút và thuật toán điều tiết liên hồ, tạo thành công cụ tính toán đồng bộ phục vụ vận hành thời gian thực.

  4. Sự phân hóa mùa mưa và mùa kiệt giữa các phân vùng trên lưu vực sông Ba ảnh hưởng thế nào đến vận hành liên hồ?
    Trả lời: Lưu vực có sự lệch pha rõ rệt: khu vực Tây Trường Sơn và trung gian kết thúc mùa mưa sớm, thời kỳ kiệt nhất rơi vào tháng 1 đến tháng 4; trong khi khu vực Đông Trường Sơn (lưu vực Sông Hinh) mùa mưa muộn hơn và thời kỳ kiệt nhất kéo dài từ tháng 4 đến tháng 8. Sự lệch pha này là cơ sở để điều phối xả bù lưu lượng giữa hồ Sông Hinh với các hồ Ba Hạ và Krông H’Năng.


Kết luận

Luận án tiến sĩ của tác giả Cao Đình Huy đã giải quyết bài toán vận hành hệ thống hồ chứa đa mục tiêu trong thời kỳ mùa kiệt cho lưu vực sông Ba thông qua phương pháp mô hình hóa toán học. Đề tài đã xây dựng thành công bộ công cụ Ba-Model tích hợp mô hình NAM và thiết lập biểu đồ rút nước tiềm năng tại các nút hồ chứa chính, cung cấp phương pháp nhận dạng dòng chảy kiệt từ thời điểm cuối mùa lũ. Các kết quả tính toán mô phỏng và phương án điều tiết đề xuất cho cụm hồ Krông H’Năng, Ba Hạ và Sông Hinh là cơ sở khoa học tin cậy phục vụ hoàn thiện Quy trình vận hành liên hồ chứa 878/QĐ-TTg, bảo đảm an toàn cấp nước hạ du và nâng cao hiệu quả phát điện.