Chương 1. Tổng quan các nghiên cứu vận hành hệ thống hồ chứa thời kỳ mùa kiệt. Cơ sở khoa học và thực ti n thiết lập ài toán vận hành hồ chứa trên sông Ba thời kỳ mùa kiệt. Thiết lập mô h nh mô ph ng, xâ ựng biểu đồ rút nước tiềm năng phục vụ vận hành hệ thống hồ chứa sông Ba thời kỳ mùa kiệt theo thời gian thực.
Ứng dụng mô h nh Ba-Model vào vận hành hệ thống hồ chứa trên ưu vực sông Ba thời kỳ mùa kiệt. TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VẬN HÀNH HỆ THỐNG HỒ CHỨA THỜI KỲ MÙA KIỆT 1. Vai trò hệ thống hồ chứa trong cân bằng nước Hồ chứa có thể coi à iện pháp ch nh trong qu hoạch phát triển nguồn nước mặt. Với những hồ chứa nhân tạo được xâ ựng trên các hệ thống sông, đặc biệt à các sông ớn, có thể àm tha đổi căn bản chế độ ng chả sông ng i.
Hồ chứa àm tha đổi trạng thái tự nhiên của nguồn nước tạo điều kiện có ợi cho các hoạt động ân sinh kinh tế vùng hạ ưu công tr nh. Hiện nay, ở Việt Nam đã h nh thành những hệ thống hồ chứa lớn trên hệ thống Sông Hồng, sông Đồng Nai, sông Sê San, sông Ba, Sông Vu Gia Thu Bồn đã àm tha đổi đáng kể CBN trên các ưu vực sông đó. Khi lập các ự án qu hoạch và quản ý nguồn nước, hệ thống nguồn nước thường được mô tả bởi hệ thống các sơ đồ, bao gồm hệ thống các nút và các quá tr nh trao đổi nước giữa chúng. Sự trao đổi nước giữa các nút trong hệ thống được mô tả bằng hệ các phương tr nh CBN và phương tr nh động lực.
Tù thuộc vào t nh chất của các nút và đặc điểm của ài toán mà sự mô tả đó có thể khác nhau. Các hồ chứa trong hệ thống được coi à một nút của hệ thống, được xâ ựng với mục đ ch àm tha đổi quá tr nh ng chả trên hệ thống sao cho phù hợp với nhiệm vụ khai thác nguồn nước. Vận hành hồ chứa à một trong những vấn đề được quan tâm nhiều trong công tác qu hoạch, quản ý hệ thống nguồn nước. Trong khi vận hành hồ chứa phải th a mãn nhiều mục đ ch khác nhau, tu nhiên ại xuất hiện sự mâu thuẫn giữa các êu cầu cho các mục đ ch đó.
Các mâu thuẫn xuất hiện trong khi vận hành hồ chứa nhiều mục đ ch có thể chỉ ra như sau: Mâu thuẫn trong không gian hồ chứa Mâu thuẫn nà xuất hiện khi hồ chứa (hoặc ung t ch giới hạn) được êu cầu th a mãn phân chia nhiều mục đ ch khác nhau như ảo toàn nước và điều tiết ũ. Nếu các điều kiện địa chất, địa h nh, thủ văn tại vị tr xâ ựng đập và kho ự trữ cho phép xâ ựng đập đủ cao để sử dụng rõ ràng các mục đ ch, th thường không có sự mâu thuẫn về không gian hồ chứa. Tu nhiên, hiếm khi người ta àm như vậy. 6 Các hồ chứa được xâ ựng nhiều mục đ ch với không gian chia sẻ th a mãn các êu cầu đảm bảo nhiều mục đ ch và k ch thước thường được sử dụng à nh nhất.
Trong khi đó, mục đ ch ph ng ũ tốt nhất đạt được khi đủ không gian trống có thể chứa ung t ch ph ng ũ sử dụng được trong hồ chứa. Do vậy, trong khi quy tắc điều tiết hồ chứa chủ yếu ra quyết định à được t ch đầ ha không t ch đầy hồ chứa. Hồ chứa t ch đầ cho phép đạt được lợi ch cao ởi th a mãn các mục đ ch bảo toàn, nhưng ại mang t nh rủi ro cao khi cắt giảm ũ ở hạ ưu. Mặt khác, hồ chứa trống có thể điều tiết ũ hiệu quả hơn nhưng nếu ng chảy không t ch đầ đến thể t ch mong chờ, th có thể các mục đ ch khác sẽ thiếu.
Mâu thuẫn ên trong các mục đ ch giống nhau Thiếu hụt nước có thể được phân ố theo thời gian và theo các hướng khác nhau. V ụ như mục đ ch phát điện, để đạt được sản ượng điện cả năm ớn nhất th trong một số thời đoạn ta phải chấp nhận phát điện với sản ượng thấp, sẽ gâ ra thiếu hụt điện để u tr cột nước cao sao cho tổng sản ượng điện à ớn nhất. Tuy nhiên việc phát được sản ượng điện thấp ở những tháng cao điểm, nhiều khi sẽ gâ thiệt hại về kinh tế lớn hơn. Cùng mục đ ch cấp nước có thể sẽ ảnh hưởng theo các hướng khác nhau, như nước sử dụng cấp nước sinh hoạt sẽ khác nước sử dụng cho mục đ ch tưới.
Mâu thuẫn giữa các mục đ ch Các mâu thuẫn có thể xuất hiện khi sử dụng nước với các mục đ ch khác nhau và êu cầu không gian ung t ch hồ chứa cho các mục đ ch à khác nhau. Với mục đ ch cấp nước cho sinh hoạt, công nghiệp, phát điện v. th hồ chứa được càng nhiều nước càng tốt nhưng nó lại bất lợi cho nhiệm vụ ph ng ũ. Mâu thuẫn điển h nh nhất à mâu thuẫn giữa mục tiêu phát điện và mục tiêu cấp nước hạ u trong mùa kiệt, nảy sinh khi nhu cầu cấp nước cho mỗi ngành khác nhau theo thời gian và không gian.
Nước cấp cho nông nghiệp được phân phối dựa trên tập quán, thời vụ, thời kỳ cần nước khẩn trương, mùa ha t nh h nh thời tiết. Trong khi đó, êu cầu phát điện đ i h i hồ chứa vận hành ựa trên nhu cầu điện 7 phục vụ ân sinh và phát triển kinh tế xã hội tha đổi theo giờ, ngà , tuần hay mùa, đặc biệt trong thời gian giờ cao điểm. Để điều h a các mâu thuẫn cũng như đem ại hiệu quả trong quá tr nh vận hành hồ chứa th một trong những phương pháp hiệu quả à xâ ựng Qu tr nh vận hành iên hồ chứa. Xâ ựng qu tr nh vận hành à ài toán phức tạp iên ngành, cần có cơ sở khoa học và thực ti n để hài h a giữa các mục tiêu.
Tổng quan các nghiên cứu vận hành hồ chứa 1. Tổng quan các nghiên cứu vận hành hồ chứa trên thế giới Những năm gần đâ , trên thế giới cũng như Việt Nam đã xâ ựng rất nhiều hồ chứa, đặc biệt à các hồ chứa lợi dụng tổng hợp. Những hồ chứa nà đóng vai tr quan trọng trong nền kinh tế quốc ân và sự phát triển của đất nước. Hầu hết các hồ chứa đều đa mục tiêu ao gồm ph ng ũ, phát điện và cấp nước tưới.
Mặc ù khi xâ ựng bất kỳ hồ chứa nào th qu tr nh vận hành hồ đều được t nh toán đưa ra ngay từ giai đoạn thiết kế. Tu nhiên, trong nhiều trường hợp, mục tiêu phát điện và ph ng ũ ại có những mâu thuẫn trong thực ti n vận hành hồ chứa. Đâ cũng à ngu ên nhân mà các hồ chứa không phát hu được những lợi ch như đánh giá trong quá tr nh ập dự án. VHHC à một vấn đề phức tạp iên quan đến nhiều biến số quyết định, nhiều mục tiêu cũng như rủi ro đáng kể và không chắc chắn (Oliveira, R and loucks, D.
Từ nhiều thế kỷ na , nghiên cứu quản ý và vận hành hồ chứa uôn phát triển theo thời gian, đáp ứng sự phát triển nhu cầu của xã hội. Từ các nghiên cứu đơn giản ượng trữ cấp nước (Ripp , 1883) [50] đến các nghiên cứu phức tạp gần đâ vận hành tối ưu hệ thống hồ chứa theo TGT phục vụ đa mục tiêu (E Fallah-Meh ipour, O Bozorg Ha a , MA Mariño, 2012) [38]. Các nghiên cứu trên thế giới giải quyết ài toán vận hành hồ chứa độc lập cũng như hệ thống hồ rất đa ạng được nhiều chu ên gia ứng dụng những thuật toán điều khiển khác nhau; có thể chia ra thành 2 hướng ch nh, đó à phương pháp tối ưu hóa và phương pháp mô ph ng. Phương pháp tối ưu hóa Phương pháp tối ưu được nghiên cứu khá phổ biến đối với hệ thống hồ chứa đa mục tiêu, đặc biệt à các hồ chứa cấp nước phát điện.
Mục tiêu của ứng dụng mô h nh tối ưu à xác định hành ang và các giới hạn vận hành của hồ chứa để kết quả vận hành à tối ưu. Kết quả nghiên cứu của các mô h nh tối ưu được sử dụng để lập biểu đồ điều phối tối ưu. Đồng thời àm cơ sở cho việc qu định những giới hạn vận hành trong qu tr nh vận hành nhằm đạt được mục tiêu tối ưu và ra qu ết định trong vùng th a hiệp của các mục tiêu tranh chấp. Có nhiều phương pháp tối ưu được áp ụng trong nghiên cứu vận hành hồ chứa, tu nhiên, chỉ có một số phương pháp phù hợp khi giải các ài toán vận hành tối ưu hệ thống hồ chứa.
Phương pháp phổ biến và hiệu quả để thiết kế và quản ý vận hành hồ chứa độc lập à qu hoạch động ngẫu nhiên, Stochastic D namic Programming (SDP), (Bellman, R. Phương pháp nà cho phép giải quyết những t nh toán phi tu ến và ngẫu nhiên, tối ưu hóa hệ thống động với những biến đầu vào ngẫu nhiên (Yakowitz, 1982) (Yeh, 1985). Một hạn chế của phương pháp nà à không thể giải quyết dứt điểm những thông tin ên ngoài như à ượng mưa trung nh ngà ha nhiệt độ trung nh ưu vực trừ khi thiết lập một mô h nh toán miêu tả quá tr nh đó. Đâ cũng à một hạn chế quan trọng khi bổ sung những dữ liệu thủ văn hiện có vào hệ thống.
Đối với ài toán hệ thống nhiều hồ chứa à một ài toán phức tạp - ài toán không chỉ xem xét “chiều thời gian” mà c n t nh đến “chiều không gian”. Mặc ù có nhiều phương pháp được các nhà nghiên cứu ứng dụng giải quyết, tu nhiên, vẫn chưa ựa chọn được phương pháp nào thực sự ưu việt hơn để xử ý “chiều không gian”. Ch nh v thế, việc lựa chọn phương pháp t nh toán ài toán hệ thống hồ chứa à rất quan trọng, phải xem xét giữa độ tin cậy của lời giải tối ưu với độ khó của phương pháp. Nghiên cứu ài toán tối ưu hóa vận hành hệ thống gồm 4 hồ chứa giả tưởng, các nhà nghiên cứu trên thế giới ứng dụng phương pháp qu hoạch động khác nhau 9 để giải quyết: Quy hoạch động xấp xỉ iên tục (Dynamic Programming Successive Approximation- DPSA)- (A.
Việc phân t ch đa mục tiêu trong vận hành quản ý hồ chứa à rất quan trọng.