CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ VẬN HÀNH HỆ THỐNG HỒ CHỨA THEO THỜI GIAN THỰC 1. Tổng quan các nghiên cứu trong nước Vận hành hệ thống hồ chứa là một trong những vấn đề được nhiều cơ quan nghiên cứu quan tâm như các Viện Khoa học thủy lợi Việt Nam, Viện Cơ học, Viện Khí tượng Thủy văn, cũng như các trường Đại học trong nước nghiên cứu ứng dụng vào thực tiễn hệ thống các hồ chứa ở nước ta. Ngày 13/10/2010 Phó Thủ tướng Hoàng Trung Hải đã ký văn bản số 1879/QĐ-TTg [6] Phê duyệt danh mục các hồ thủy lợi, thủy điện trên lưu vực sông phải xây dựng quy trình vận hành liên hồ chứa. Theo đó, các hồ chứa xây dựng trên lưu vực 11 sông đã được ghi trong văn bản này phải xây dựng quy trình vận hành liên hồ chứa để thống nhất về việc xả lũ, đảm bảo phát điện, và an toàn cho dân cư vùng hạ du.
Tuy nhiên, cho đến nay, mới có 5 lưu vực đã được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt quy trình vận hành liên hồ chứa là: Lưu vực sông Hồng (Sơn La, Hòa Bình, Thác Bà và Tuyên Quang); lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn (A Vương, Đăk Mi 4, Sông Tranh II); lưu vực sông Ba (An Khê – Kanak, Ayun Hạ, Krông Năng, Sông Hinh, Sông Ba Hạ); lưu vực Sê San (Plei Krông, Ialy, Sê San 3, Sê San 3A); lưu vực Srêpok (Buôn Tua Sah, Buôn Koup, Srêpok 3 và Srêpok 4). Theo tác giả Tô văn Tường đã phân tích [31] về vai trò của quy trình vận hành liên hồ khi xả lũ, cũng như chưa có quy định cụ thể nào về xử phạt khi xả sai quy trình, ta thấy cần thiết phải có một quy trình vận hành liên hồ. Trận lũ tháng 10 năm 2010 ở lưu vực sông Ba: một số hồ chứa như sông Ba Hạ, sông Hinh xả lũ mà không báo trước cho Ban chỉ huy phòng chống lụt bão tỉnh Phú Yên đã dẫn đến tình trạng gây lũ nhân tạo, “lũ chồng lên lũ" ở thành phố Tuy Hòa. Sự kiện thủy điện An Khê-Kanak (Gia Lai) của Tập đoàn điện lực Việt Nam đột ngột xả lũ vào đêm 24 rạng ngày 25/5/2011 mới đây gây thiệt hại lớn cho hàng trăm hộ dân huyện Kbang, cũng đã xác định hồ thủy điện xả nước sai không theo quy trình vận hành nhưng lại khó xử phạt vì chưa có một chế tài rõ ràng.
Thực tế, hồ An Khê – Kanăk 9 là hồ chứa nằm trong quy trình vận hành liên hồ chứa trên lưu vực sông Ba với thời gian quy định vận hành từ 1/9 đến 15/12 hàng năm, đây là thời kỳ lũ chính vụ với lưu lượng lũ lớn nhất đã quan trắc được tại trạm thủy văn Củng Sơn là 20.700 m3/s ngày 4/10/1993 tương ứng với tần suất khoảng 1%. Đợt xả lũ của thủy điện An Khê – Kanak vào đêm 24/5 không nằm trong thời gian quy định của quy trình vận hành liên hồ chứa, xả không báo trước, không theo quy luật tự nhiên đã gây thiệt hại lớn cho nhân dân huyện Kbang cũng là điều dễ hiểu. Đối với các hồ chứa thuộc khu vực miền Trung thường chỉ quy định: Khi mực nước hồ đã đến mực nước dâng bình thường hoặc mực nước trước lũ, lưu lượng xả lũ không được lớn hơn lũ đến. Điều đó thôi chưa đủ vì khi mực nước hồ nhỏ hơn mực nước dâng bình thường, hồ có thể tích nước (Qxả =0) đến khi mực nước hồ đạt mực nước dâng bình thường sẽ xả lũ với lưu lượng bằng lũ đến.
Như vậy, sẽ gây hiện tượng “sốc”, cho hạ du vì lưu lượng đột ngột tăng từ 0 đến lưu lượng rất lớn, sẽ gây ra sạt lở, thiệt hại cho người và của cho hạ du. Có thể gọi đó là “xả lũ không an toàn” cho hạ du. Do đó, cần phải bổ sung thêm các điều về “xả lũ an toàn cho hạ du” vào các quy trình vận hành cho các hồ chứa, đặc biệt đối với miền Trung lại cần phải chú ý vì địa hình ở đây dốc. Ngoài ra, cần rà soát và bổ sung lại các quy trình đã ban hành đối với hệ thống trên sông Ba Hạ, sông Vu Gia- Thu Bồn (hiện tại đang xây dựng thêm một số hồ mới nữa) với thực trạng dự báo lũ như hiện nay, các chủ hồ rất khó vận hành theo đúng quy trình đã ban hành.
Hiện nay tuy đã có quy trình vận hành của một số các lưu vực sông trên cả nước nói chung và lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn nói riêng do Chính phủ ban hành, cũng như một số tác giả đã xây dựng quy trình cho các lưu vực sông ở miền Trung và Tây Nguyên. Tuy nhiên quy trình vận hành hồ chứa dựa trên dự báo lũ có nhiều rủi ro vì khả năng dự báo mưa lớn ở thượng nguồn, mực nước triều ở vùng cửa sông khi có bão trên các lưu vực sông còn rất hạn chế. Địa hình miền Trung dốc, sông ngắn nên lũ lên rất nhanh, cộng với việc các trạm đo mưa rất thưa nên việc dự báo thủy văn khó chính xác. Các hồ chứa thủy điện ở Miền Trung hiện nay thì việc tích nước được đầy hồ chứa hay không phụ thuộc vào có lũ về hồ nhiều hay 10 ít.
Nếu không có lũ thì thường các hồ chứa rất khó khăn trong việc đầy hồ như A Vương (2010, và 2012 mực nước hồ cuối mùa lũ lần lượt là 363,4m và 363m so với mực nước dâng bình thương là 380m) và tương tự hồ chứa Krông Hnăng mực nước hồ cuối mùa lũ 3 năm trở lại đây đều rất thấp và cách rất xa mực nước dâng bình thường. Hồ chứa thủy điện A Vương sau trận lũ lịch sử 2009 ngập lụt lớn cho hạ du, tuy nhiên sau 3 tháng còn lại của mùa mưa không có lũ, thì cuối mùa mưa mực nước hồ chứa đạt khoảng cao trình 377m. Do đó việc dựa vào dự báo dòng chảy về hồ chứa 6, 12, 24 giờ để tạo dung tích phòng chống lũ, vận hành là không an toàn và không phù hợp với đặc thù của các lưu vực sông Miền Trung. Việc kéo dài thời gian dự báo lũ là rất cần thiết trong vận hành hệ thống theo thời gian thực.
Cũng vì các hồ chứa miền Trung thường có lũ thì hồ mới đầy nên thường xảy ra tình trạng trước trận lũ lớn thường mực nước hồ rất thấp, do đó các hồ chứa này vận hành thường là tích đến cao trình mực nước yêu cầu rồi mới xả, điều này hoàn toàn không sai quy trình, nhưng xả lũ như thế thường sẽ không an toàn và gây “sốc” cho hạ du, thể hiện như ở các hình 1.1: Đường quá trình lũ đến và lũ xả hồ A Vương tháng 10 năm 2009 (Nguồn Công ty Thủy điện A Vương) 11 Hình 1.2: Đường quá trình lũ đến và lũ xả hồ Sông Hinh tháng 11 năm 2010.3: Đường quá trình lũ đến và lũ xả hồ Sông Ba Hạ tháng 11 năm 2010. (Nguồn : Thủy điện Sông Ba Hạ) Với riêng lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn vẫn chưa có một quy trình cụ thể và đầy đủ để vận hành theo thời gian thực cho các hồ chứa thủy điện đã và 12 đang xây dựng. Các công trình và đề tài nghiên cứu của các tác giả trong nước Năm 2005, Nguyễn Lan Châu và Nguyễn Quốc Anh [15] đã trình bày kết quả ứng dụng hệ thống thủy văn thủy lực trong bài toán điều hành hồ Hoà Bình mùa lũ năm 2005, sử dụng các mô hình MARINE+TL (cho thượng lưu sông Đà), mô hình FIRR (cho thượng nguồn sông Lô, Thao và Đà), mô hình điều tiết dự báo hồ Hòa Bình, mô hình thủy lực 2 chiều cho các vị trí hạ lưu Hà Nội trên sông Hồng, Phả Lại trên sông Thái Bình. Năm 2005, Nguyễn Văn Hạnh, Nguyễn Đức Diện, nnk [21], xây dựng mô hình dự báo lũ và đề xuất các kịch bản tính toán.
Các tác giả đã xây dựng và đưa vào áp dụng thử nghiệm mô hình dự báo lũ trung hạn (5 ngày) nhằm phục vụ điều hành hồ chứa trong mùa mưa lũ. Năm 2006, Ngô Huy Cẩn, Nguyễn Thành Đôn và Nguyễn Tuấn Anh [14] đã nghiên cứu tính toán cho hệ thống sông Hồng - Thái Bình với các mục tiêu: - Gia cố hệ thống đê - Điều tiết lũ bằng các hồ chứa Hòa Bình, Thác Bà - Phân lũ vào sông Đáy - Chậm lũ và các khu chậm lũ - Cho tràn qua một số đoạn đê đã chuẩn bị sẵn gọi là các đường tràn cứu hộ. Các tác giả dùng mô hình dòng chảy một chiều và mô hình hai chiều, đánh giá khả năng cắt lũ của các hồ chứa. Năm 2006, Đoàn Xuân Thủy, Hà Ngọc Hiến, Nguyễn Văn Điệp, Ngô Huy Cẩn và cộng sự [30], tính toán điều tiết lũ phục vụ quy trình vận hành liên hồ cho hệ thống sông Hồng – Thái Bình với dung tích khoảng 500-700 triệu m3.
Các tác giả đã trình xây dựng các kịch bản lũ cho trận lũ 125 năm, phục vụ cho việc xây dựng quy trình tính toán liên hồ chứa. Sử dụng bộ chương trình IMECH_1D được phát triển bởi Viện Cơ học với các modun tính toán điều tiết hồ tự động và dự báo mực nước hạ du. Kết quả tính toán cho thấy khi có thêm hồ Tuyên Quang thì có thể nâng cao được mực nước trước lũ của thủy điện Hòa Bình lên 2-3m, làm tăng 6,8% sản 13 lượng điện trong mùa lũ. Năm 2007, Nguyễn Hữu Khải và Lê Thị Huệ [18] Áp dụng mô hình HEC- RESSIM điều tiết lũ hệ thống hồ chứa lưu vực sông Hương, mô hình cho phép xác định các thông số và thời gian thích hợp trong vận hành hệ thống để đảm bảo an toàn hạ lưu và an toàn bản thân các hồ chứa.
Năm 2010, Hà Ngọc Hiến, Nguyễn Hồng Phong và Trần Thị Hương [22] đã xây dựng mô hình vận hành tối ưu chống lũ theo thời gian thực cho hệ thống hồ chứa trên sông Đà và sông Lô với các mục tiêu là tối đa tổng dung tích chống lũ của các hồ chứa. Mô hình đã được áp dụng cho hệ thống sông Hồng gồm bốn hồ chứa là Sơn La, Hòa Bình, Tuyên Quang và Thác Bà. Kết quả tính toán cho thấy hiệu quả chống lũ của mô hình. Năm 2010, Nguyễn Lan Châu [16] đề xuất dự thảo quy trình vận hành hệ thống hồ chứa Đak Mi 4, A Vương, Sông Tranh, tư tưởng của đề xuất này tạo dung tích hồ trống để đón lũ và dựa trên cơ sở là sẽ dự báo được dòng chảy lũ về trong khoảng 6-24 giờ.
Năm 2010, Hoàng Minh Tuyển [34] xây dựng quy trình vận hành liên hồ chứa sông Ba cắt giảm lũ cho hạ du.