Luận Văn Thạc Sĩ Về Mô Phỏng Mực Nước Hồ Và Quy Trình Vận Hành Hồ Chứa Trong Mùa Cạn

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu vnu uet mô phỏng mực nước hồ phục vụ việc xây dựng quy trình vận hành hồ chứa trong mùa cạn, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất biện pháp

• Người hướng dẫn: PGS. Hoàng Văn Lai
• Trường học: Đại Học Quốc Gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Cơ Học Kỹ Thuật
• Đề tài: Mô Phỏng Mực Nước Hồ: Quy Trình Vận Hành Hồ Chứa Trong Mùa Cạn
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2011
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: HỒ CHỨA ĐA MỤC TIÊU VÀ QUY TRÌNH VẬN HÀNH
• 1.1. Tổng quan các kết quả trong và ngoài nước về vấn đề điều hành hồ chứa đa mục tiêu
• 1.1.1. Các nghiên cứu trên thế giới
• 1.1.2. Các nghiên cứu ở trong nước
• 1.2. Công trình của tác giả
• 2. CHƯƠNG 2: MÔ PHỎNG MỰC NƯỚC HỒ TRONG MÙA CẠN
• 3. CHƯƠNG 3: THỬ NGHIỆM MÔ PHỎNG MỰC NƯỚC HỒ IALY TỪ THÁNG 1 ĐẾN THÁNG 6 NĂM 2009
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Mô Phỏng Mực Nước Hồ Chứa Trong Mùa Cạn

Mô phỏng mực nước hồ chứa là một phần quan trọng trong việc quản lý tài nguyên nước, đặc biệt trong mùa cạn. Việc này không chỉ giúp dự đoán mực nước mà còn hỗ trợ trong việc xây dựng quy trình vận hành hồ chứa hiệu quả. Các nghiên cứu hiện tại cho thấy rằng việc áp dụng công nghệ mô phỏng có thể cải thiện đáng kể khả năng quản lý nước trong các hồ chứa, từ đó nâng cao hiệu quả sử dụng tài nguyên nước.

1.1. Khái Niệm Về Mô Phỏng Mực Nước Hồ

Mô phỏng mực nước hồ là quá trình sử dụng các mô hình toán học để dự đoán mực nước trong hồ chứa. Điều này giúp các nhà quản lý có cái nhìn tổng quan về tình hình nước trong hồ và đưa ra quyết định kịp thời.

1.2. Tầm Quan Trọng Của Mô Phỏng Trong Quản Lý Nước

Mô phỏng mực nước hồ chứa giúp tối ưu hóa việc sử dụng nước, đặc biệt trong mùa cạn. Nó cho phép dự đoán chính xác lượng nước cần thiết cho các mục đích khác nhau như phát điện, cấp nước và chống lũ.

II. Vấn Đề Và Thách Thức Trong Quy Trình Vận Hành Hồ Chứa

Quy trình vận hành hồ chứa trong mùa cạn gặp nhiều thách thức do sự mâu thuẫn giữa các mục tiêu sử dụng nước. Việc quản lý hiệu quả các hồ chứa đòi hỏi phải cân nhắc giữa nhu cầu cấp nước, phát điện và chống lũ. Những thách thức này cần được giải quyết để đảm bảo sự bền vững trong quản lý tài nguyên nước.

2.1. Mâu Thuẫn Giữa Các Mục Tiêu Sử Dụng Nước

Trong mùa cạn, nhu cầu cấp nước tăng cao trong khi lượng nước đến giảm. Điều này dẫn đến mâu thuẫn giữa việc phát điện và cung cấp nước cho các ngành sử dụng.

2.2. Thiếu Hụt Nguồn Nước Trong Mùa Cạn

Thiếu hụt nguồn nước trong mùa cạn là một vấn đề nghiêm trọng. Việc không có quy trình vận hành hiệu quả có thể dẫn đến tình trạng cạn kiệt nước, ảnh hưởng đến sản xuất và sinh hoạt.

III. Phương Pháp Mô Phỏng Mực Nước Hồ Chứa Hiệu Quả

Để giải quyết các thách thức trong quy trình vận hành hồ chứa, nhiều phương pháp mô phỏng đã được phát triển. Các mô hình như HEC-ResSim đã chứng minh được hiệu quả trong việc dự đoán mực nước và tối ưu hóa quy trình vận hành.

3.1. Mô Hình HEC ResSim Trong Mô Phỏng Mực Nước

HEC-ResSim là một trong những mô hình phổ biến nhất cho việc mô phỏng mực nước hồ chứa. Mô hình này cho phép tính toán chính xác mực nước dựa trên các yếu tố như lượng mưa, bốc hơi và lưu lượng nước vào hồ.

3.2. Các Phương Pháp Tính Toán Mực Nước

Các phương pháp tính toán mực nước bao gồm việc sử dụng các dữ liệu đầu vào như lượng mưa, nhiệt độ và độ ẩm. Những yếu tố này ảnh hưởng trực tiếp đến mực nước trong hồ chứa.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Mô Phỏng Mực Nước Hồ Chứa

Mô phỏng mực nước hồ chứa không chỉ là lý thuyết mà còn có nhiều ứng dụng thực tiễn. Các kết quả từ mô phỏng giúp các nhà quản lý đưa ra quyết định chính xác hơn trong việc điều hành hồ chứa, từ đó nâng cao hiệu quả sử dụng nước.

4.1. Kết Quả Nghiên Cứu Tại Hồ Ialy

Nghiên cứu mô phỏng mực nước tại hồ Ialy từ tháng 1 đến tháng 6 năm 2009 cho thấy sự thay đổi mực nước theo thời gian và ảnh hưởng của bốc hơi đến dung tích hồ.

4.2. Ứng Dụng Trong Quản Lý Nguồn Nước

Kết quả từ mô phỏng giúp cải thiện quản lý nguồn nước, đảm bảo cung cấp đủ nước cho các nhu cầu khác nhau trong mùa cạn.

V. Kết Luận Về Mô Phỏng Mực Nước Hồ Chứa Trong Mùa Cạn

Mô phỏng mực nước hồ chứa là một công cụ quan trọng trong việc quản lý tài nguyên nước. Việc áp dụng các mô hình mô phỏng như HEC-ResSim giúp nâng cao hiệu quả vận hành hồ chứa, đặc biệt trong mùa cạn. Tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các phương pháp mô phỏng để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về nước.

5.1. Tương Lai Của Mô Phỏng Mực Nước

Tương lai của mô phỏng mực nước hồ chứa sẽ phụ thuộc vào sự phát triển của công nghệ và các phương pháp mới trong quản lý nước.

5.2. Đề Xuất Nghiên Cứu Thêm

Cần có thêm nhiều nghiên cứu về ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến mực nước hồ chứa, từ đó đưa ra các giải pháp phù hợp.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Việt Nam hiện có nhiều hồ chứa thủy điện lớn trên các lưu vực sông như sông Hồng, sông Sê San, sông Ba, sông Đồng Nai, với tổng diện tích lưu vực hàng chục nghìn km² và công suất lắp máy lên đến hàng nghìn MW. Ví dụ, lưu vực sông Sê San có diện tích 18.570 km², trong đó phần thuộc Việt Nam là 11.450 km², với hệ thống bậc thang thủy điện gồm 6 công trình lớn như Ialy, Pleikrông, Sê San 3, 3A, 4, có công suất lắp máy tổng cộng khoảng 1.800 MW. Các hồ chứa này phục vụ đa mục tiêu như phát điện, cấp nước, chống lũ, giao thông và du lịch. Tuy nhiên, các mục tiêu này thường mâu thuẫn nhau, đặc biệt trong mùa cạn khi lưu lượng nước đến giảm mạnh, gây khó khăn trong việc điều hành hồ chứa để cân bằng giữa phát điện và cấp nước.

Mục tiêu nghiên cứu là xây dựng mô hình mô phỏng mực nước hồ chứa trong mùa cạn nhằm hỗ trợ xây dựng quy trình vận hành hồ chứa hiệu quả, đặc biệt cho hệ thống hồ chứa trên lưu vực sông Sê San. Nghiên cứu tập trung vào việc đánh giá độ chính xác của mô hình HEC-ResSim trong mô phỏng mực nước hồ chứa, phân tích ảnh hưởng của bốc hơi đến quá trình điều tiết hồ, và thử nghiệm mô phỏng thực tế hồ Ialy từ tháng 1 đến tháng 6 năm 2009. Phạm vi nghiên cứu bao gồm các hồ chứa thủy điện trên lưu vực sông Sê San, với dữ liệu khí tượng thủy văn từ các trạm quan trắc trong giai đoạn 1977-2009.

Ý nghĩa nghiên cứu thể hiện qua việc cung cấp công cụ mô phỏng chính xác, giúp nâng cao hiệu quả vận hành hồ chứa trong mùa cạn, giảm thiểu mâu thuẫn giữa các mục tiêu sử dụng nước, đồng thời góp phần bảo vệ nguồn nước và phát triển kinh tế - xã hội bền vững.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Phương pháp bảo toàn khối lượng nước: Là cơ sở toán học cho mô phỏng mực nước hồ chứa, biểu diễn bằng phương trình vi phân thường mô tả sự biến đổi thể tích nước trong hồ theo lưu lượng vào và ra, đồng thời tính đến tổn thất do bốc hơi và thấm.

• Mô hình HEC-ResSim: Là mô hình mô phỏng điều hành hồ chứa đa mục tiêu, phát triển bởi Trung tâm kỹ thuật thủy văn Hoa Kỳ, sử dụng phương pháp bảo toàn khối lượng kết hợp với các quy tắc vận hành hồ chứa. Mô hình bao gồm các môđun thiết lập lưu vực, mạng lưới hồ chứa và mô phỏng, cho phép mô phỏng hệ thống hồ chứa đơn lẻ hoặc liên hồ chứa với các chế độ vận hành khác nhau.

• Phương pháp giải số Runge-Kutta bậc 4: Được sử dụng để giải phương trình vi phân mô tả sự biến đổi thể tích nước trong hồ, đảm bảo độ chính xác và ổn định trong tính toán mô phỏng mực nước.

• Khái niệm và ảnh hưởng của bốc hơi: Bốc hơi mặt nước là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến mực nước hồ chứa, đặc biệt trong mùa cạn. Lượng bốc hơi được xác định dựa trên các yếu tố khí tượng như nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ gió, và được tính toán theo công thức cân bằng nước, phân biệt bốc hơi mặt nước, mặt đất và qua lá cây.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Sử dụng số liệu khí tượng thủy văn từ các trạm quan trắc trong lưu vực sông Sê San giai đoạn 1977-2009, bao gồm lượng mưa, bốc hơi, mực nước và lưu lượng dòng chảy. Dữ liệu vận hành hồ chứa thực tế của nhà máy thủy điện Ialy từ tháng 1 đến tháng 6 năm 2009 cũng được thu thập để thử nghiệm mô phỏng.

• Phương pháp phân tích: Xây dựng các bài toán mẫu mô phỏng mực nước hồ chứa với các dạng lưu lượng vào khác nhau (hằng số, tuyến tính, parabol) để kiểm tra độ chính xác của mô hình HEC-ResSim so với chương trình điều tiết viết trên nền tảng phương pháp Runge-Kutta bậc 4. Thử nghiệm mô phỏng thực tế hồ Ialy trong mùa cạn, phân tích ảnh hưởng của bốc hơi đến mực nước hồ.

• Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong năm 2011, với các giai đoạn chính gồm thu thập và xử lý số liệu, xây dựng mô hình và bài toán mẫu, thử nghiệm mô phỏng hồ Ialy, phân tích kết quả và đề xuất quy trình vận hành hồ chứa trong mùa cạn.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Độ chính xác của mô hình HEC-ResSim trong mô phỏng mực nước hồ chứa: Qua các bài toán mẫu với lưu lượng vào hồ dạng hằng số, tuyến tính và parabol, kết quả mô phỏng dung tích hồ chứa bằng HEC-ResSim tương đồng với chương trình điều tiết sử dụng phương pháp Runge-Kutta bậc 4, sai số rất nhỏ, đảm bảo độ chính xác cao trong mô phỏng mực nước hồ chứa trong mùa cạn.

2. Ảnh hưởng của bốc hơi đến mực nước hồ chứa: Kết quả mô phỏng cho thấy bốc hơi có ảnh hưởng đáng kể đến mực nước hồ, đặc biệt trong mùa cạn khi lưu lượng vào giảm. Ví dụ, trong bài toán mẫu 2b, khi xét đến bốc hơi 50 mm/tháng, mực nước hồ giảm rõ rệt so với trường hợp không xét bốc hơi, thể hiện qua sự chênh lệch mực nước khoảng 0,1 m trong thời gian mô phỏng.

3. Mô phỏng thực tế hồ Ialy từ tháng 1 đến tháng 6 năm 2009: Mô hình HEC-ResSim mô phỏng chính xác đường quá trình mực nước hồ Ialy trong mùa cạn, phù hợp với số liệu thực đo. Lưu lượng vào và ra hồ được mô hình hóa theo các phương trình tương quan tuyến tính, giúp mô phỏng ổn định trong khoảng thời gian dài (6 tháng). Mô hình cũng cho thấy sự ảnh hưởng của bốc hơi đến mực nước hồ trong thực tế.

4. Tính bảo toàn khối lượng nước trong mô hình: Mô hình HEC-ResSim đảm bảo tính bảo toàn tổng khối lượng nước trong hồ và lưu vực, thể hiện qua sự phù hợp giữa lưu lượng vào, lưu lượng ra và biến đổi thể tích nước hồ trong các bài toán mẫu.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu khẳng định mô hình HEC-ResSim là công cụ hiệu quả và chính xác để mô phỏng mực nước hồ chứa trong mùa cạn, đặc biệt khi lưu lượng nước đến hồ biến đổi chậm và ít dao động. Việc sử dụng phương pháp Runge-Kutta bậc 4 trong chương trình điều tiết giúp kiểm chứng độ chính xác của mô hình. Ảnh hưởng của bốc hơi được đánh giá là yếu tố không thể bỏ qua trong mô phỏng mực nước hồ chứa, nhất là trong điều kiện khí hậu khô hạn như lưu vực sông Sê San, nơi lượng bốc hơi trung bình năm có thể lên đến 1.000-1.500 mm.

So sánh với các nghiên cứu trong nước và quốc tế, việc ứng dụng mô hình mô phỏng kết hợp với dữ liệu thực tế giúp nâng cao hiệu quả quản lý vận hành hồ chứa đa mục tiêu, giảm thiểu mâu thuẫn giữa các mục tiêu sử dụng nước. Kết quả mô phỏng cũng có thể được trình bày qua các biểu đồ đường quá trình mực nước và dung tích hồ, giúp trực quan hóa sự biến đổi theo thời gian và hỗ trợ ra quyết định vận hành.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Xây dựng quy trình vận hành hồ chứa trong mùa cạn dựa trên mô hình HEC-ResSim: Áp dụng mô hình để thiết kế các kịch bản vận hành hồ chứa, cân bằng giữa phát điện và cấp nước, giảm thiểu tổn thất do bốc hơi, với mục tiêu nâng cao hiệu quả sử dụng nguồn nước trong mùa cạn. Thời gian thực hiện: 1-2 năm. Chủ thể thực hiện: Bộ Tài nguyên và Môi trường phối hợp với các công ty thủy điện.

2. Tăng cường thu thập và cập nhật số liệu khí tượng thủy văn: Đặc biệt là số liệu bốc hơi, mực nước và lưu lượng dòng chảy tại các trạm trong lưu vực để nâng cao độ chính xác mô hình. Thời gian thực hiện: liên tục. Chủ thể thực hiện: Tổng cục Khí tượng Thủy văn và các đơn vị quản lý hồ chứa.

3. Phát triển hệ thống tự động hóa và giám sát vận hành hồ chứa: Kết hợp với mô hình mô phỏng để điều chỉnh vận hành theo thời gian thực, giảm thiểu rủi ro và tối ưu hóa lợi ích kinh tế - xã hội. Thời gian thực hiện: 3-5 năm. Chủ thể thực hiện: Các công ty thủy điện và đơn vị quản lý vận hành.

4. Đào tạo và nâng cao năng lực cho cán bộ quản lý vận hành hồ chứa: Về sử dụng mô hình mô phỏng, phân tích dữ liệu và ra quyết định vận hành trong mùa cạn. Thời gian thực hiện: hàng năm. Chủ thể thực hiện: Các trường đại học, viện nghiên cứu và các cơ quan quản lý.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà quản lý và vận hành hồ chứa thủy điện: Nhận được công cụ mô phỏng chính xác để xây dựng quy trình vận hành mùa cạn, tối ưu hóa nguồn nước và công suất phát điện.

2. Các nhà nghiên cứu và chuyên gia thủy văn, thủy lợi: Tham khảo phương pháp mô phỏng, phân tích ảnh hưởng bốc hơi và ứng dụng mô hình HEC-ResSim trong nghiên cứu và quy hoạch nguồn nước.

3. Cơ quan quản lý tài nguyên nước và môi trường: Sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng chính sách, quy định vận hành hồ chứa phù hợp với điều kiện khí hậu và nhu cầu sử dụng nước.

4. Các đơn vị đào tạo và giảng dạy chuyên ngành cơ học kỹ thuật, thủy lợi: Là tài liệu tham khảo thực tiễn về mô hình mô phỏng hồ chứa, phương pháp giải số và ứng dụng trong quản lý tài nguyên nước.

Câu hỏi thường gặp

1. Mô hình HEC-ResSim có ưu điểm gì trong mô phỏng mực nước hồ chứa?
   HEC-ResSim sử dụng phương pháp bảo toàn khối lượng kết hợp với các quy tắc vận hành hồ chứa, có giao diện đồ họa thân thiện, dễ sử dụng và có thể mô phỏng hệ thống hồ chứa đơn hoặc liên hồ chứa. Mô hình cho kết quả chính xác, phù hợp với các bài toán đa mục tiêu và có thể chạy trên máy tính cá nhân.

2. Ảnh hưởng của bốc hơi đến mực nước hồ chứa trong mùa cạn như thế nào?
   Bốc hơi làm giảm thể tích nước trong hồ, ảnh hưởng lớn đến mực nước đặc biệt trong mùa cạn khi lưu lượng vào giảm. Ví dụ, lượng bốc hơi trung bình tại lưu vực sông Sê San có thể lên đến 1.000-1.500 mm/năm, làm giảm đáng kể lượng nước dự trữ.

3. Phương pháp Runge-Kutta bậc 4 được sử dụng để làm gì trong nghiên cứu này?
   Phương pháp Runge-Kutta bậc 4 được dùng để giải phương trình vi phân mô tả sự biến đổi thể tích nước trong hồ chứa, đảm bảo độ chính xác và ổn định trong tính toán mô phỏng mực nước hồ.

4. Làm thế nào để mô hình mô phỏng phù hợp với điều kiện thực tế của hồ chứa?
   Cần sử dụng số liệu đầu vào chính xác về lưu lượng vào, lưu lượng ra, mối quan hệ mực nước - dung tích hồ, cùng với dữ liệu khí tượng thủy văn như bốc hơi. Việc hiệu chỉnh mô hình dựa trên số liệu thực đo giúp nâng cao độ tin cậy của mô phỏng.

5. Quy trình vận hành hồ chứa trong mùa cạn có gì khác so với mùa lũ?
   Trong mùa cạn, lưu lượng nước đến hồ thấp và ít biến động, nên quy trình vận hành tập trung vào cân bằng giữa phát điện và cấp nước, đồng thời tính đến tổn thất do bốc hơi. Trong khi đó, mùa lũ ưu tiên chống lũ, điều tiết lưu lượng lớn và biến động nhanh trong thời gian ngắn.

Kết luận

• Mô hình HEC-ResSim được chứng minh có độ chính xác cao trong mô phỏng mực nước hồ chứa mùa cạn, tương đương với phương pháp giải số Runge-Kutta bậc 4.
• Bốc hơi là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến mực nước hồ chứa, cần được tính toán chính xác trong mô hình để đảm bảo hiệu quả vận hành.
• Thử nghiệm mô phỏng hồ Ialy từ tháng 1 đến tháng 6 năm 2009 cho thấy mô hình phù hợp với dữ liệu thực tế, hỗ trợ xây dựng quy trình vận hành hồ chứa hiệu quả.
• Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học và công cụ hỗ trợ cho việc xây dựng quy trình vận hành hồ chứa trong mùa cạn, góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng nguồn nước và phát triển kinh tế - xã hội.
• Đề xuất tiếp tục hoàn thiện mô hình, tăng cường thu thập số liệu và phát triển hệ thống tự động hóa vận hành hồ chứa trong thời gian tới.

Các cơ quan quản lý và đơn vị vận hành hồ chứa nên áp dụng mô hình HEC-ResSim để xây dựng và hiệu chỉnh quy trình vận hành mùa cạn, đồng thời đầu tư nâng cao năng lực quản lý và công nghệ giám sát tự động nhằm tối ưu hóa nguồn nước và phát điện.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. HỒ CHỨA ĐA MỤC TIÊU VÀ QUY TRÌNH VẬN HÀNH 1. Tổng quan các kết quả trong và ngoài nước về vấn đề điều hành hồ chứa đa mục tiêu 1. Các nghiên cứu trên thế giới a- Phương pháp luận Trên thế giới, việc nghiên cứu điều hành lũ, điều phối cấp nước, phát điện và các lợi ích khác được nhiều học giả và các chuyên gia nghiên cứu rất sâu.

Đối với việc quản lý hệ thống các hồ phòng lũ, phát điện và cấp nước có thể tóm tắt những hướng phát triển chính như sau: - Quản lý hệ thống theo biểu đồ điều phối cấp nước: Hướng nghiên cứu này thường được ứng dụng đối với các hồ chứa độc lập và đơn thuần chỉ có nhiệm vụ cấp nước, phát điện và chống lũ cho bản thân công trình. Đối với hệ thống hồ chứa bậc thang phát điện đã nghiên cứu phát triển các phương pháp tối ưu hoá để xác định chế độ làm việc tối ưu của hệ thống hồ chứa. - Quản lý theo mô hình: Đây là hướng phát triển hiện đại. Hệ thống các hồ chứa và công trình phân phối nước được thiết lập như một hệ thống tổng hợp.

Các nghiên cứu tập trung xây dựng các mô hình mô phỏng kết hợp với dự báo để trợ giúp điều hành cho công tác quản lý vận hành. Vì không có khả năng để thí nghiệm với hồ chứa thực, mô hình mô phỏng toán học được phát triển và sử dụng trong nghiên cứu. Thí nghiệm có thể thực hiện bằng cách sử dụng các mô hình này để cung cấp những hiểu biết sâu về bài toán. Mô hình mô phỏng kết hợp với điều hành hồ chứa bao gồm tính toán cân bằng nước của đầu vào, đầu ra hồ chứa và biến đổi lượng trữ.

Kỹ thuật mô phỏng đã cung cấp cầu nối từ các công cụ giải tích trước đây cho phân tích hệ thống hồ chứa đến các tập hợp mục đích chung phức tạp. Theo Simonovic (1992), các khái niệm về mô phỏng là dễ hiểu và thân thiện hơn các khái niệm mô hình hoá khác. Các mô hình mô phỏng có thể cung cấp các biểu diễn chi tiết và hiện thực hơn về hệ thống hồ chứa và quy tắc điều hành chúng (chẳng hạn đáp ứng chi tiết của các hồ và kênh riêng biệt hoặc hiệu quả của các hiện tượng theo thời gian khác nhau). Thời gian yêu cầu để chuẩn bị đầu vào, chạy mô hình và các yêu cầu tính toán khác của mô phỏng là ít hơn nhiều so với mô hình tối ưu hoá.

Các kết quả mô phỏng sẽ dễ dàng thỏa hiệp trong trường hợp đa mục tiêu. Số phần mềm máy tính đa mục tiêu phổ biến có sẵn có thể sử dụng để phân tích mối quan hệ quy hoạch, thiết kế và vận hành hồ chứa. Hầu hết các phần mềm có thể chạy trong máy vi tính cá nhân đang sử dụng rộng rãi hiện nay. Hơn nữa, ngay sau khi số liệu yêu cầu cho phần mềm thực hành đã LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 8 được chuẩn bị, nó dễ dàng chuyển đổi cho nhau và do đó các kết quả của các thiết kế, quyết định điều hành, thiết kế lựa chọn khác nhau có thể được đánh giá nhanh chóng.

Có lẽ một trong số các mô hình mô phỏng hệ thống hồ chứa phổ biến rộng rãi nhất là mô hình HEC-5, phát triển bởi Trung tâm kỹ thuật thủy văn Hoa Kỳ (Feldman 1981, Wurbs 1996). Một trong những mô hình mô phỏng nổi tiếng khác là mô hình Acres (Sigvaldson 1976), tổng hợp dòng chảy và điều tiết hồ chứa (SSARR) (USACE 1987), Mô phỏng hệ thống sóng tương tác (IRIS) (Loucks và nnk 1989). Gói phần mềm phân tích quyền lợi các hộ sử dụng nước (WRAP) (Wurbs và nnk, 1993). Lund và Ferriera (1996) đã nghiên cứu hệ thống hồ chứa sông Missouri và xây dựng mô hình mô phỏng trong đó nâng cấp kỹ thuật hồi quy cổ điển và sử dụng mô hình quy hoạch động.

Jain và Goel (1996) đã giới thiệu một mô hình mô phỏng tổng quát cho điều hành cấp nước của hệ thống hồ chứa dựa trên các đường quy tắc điều phối. Mặc dù có sẵn một số các mô hình tổng quát, vẫn cần thiết phải phát triển các mô hình mô phỏng cho một (hệ thống) hồ chứa cụ thể vì mỗi hệ thống hồ chứa có những đặc điểm riêng. - Tự động hoá trong công tác điều hành: Việc tự động hoá đã được thực hiện ở những nước tiên tiến như Mỹ, Anh, Pháp, Đức, Đài loan, Trung quốc. Để có thể tự động hoá trong điều hành hệ thống cần thiết phải kèm theo các thiết bị đo và điều khiển tự động.

b- Công nghệ dự báo hiện đại Nhiều mô hình toán đã kết nối với hệ thống cơ sở dữ liệu như hệ thông tin địa lý (GIS), các vệ tinh, Rada để tăng tính hiệu quả của các mô hình toán. Kỹ thuật dự báo số trong dự báo tác nghiệp được phát triển mạnh. c- Các trung tâm kiểm soát và điều độ nguồn nước phạm vi quốc gia Nhằm điều hành thống nhất và có hiệu quả kiểm soát lũ, chia sẻ nguồn nước trên phạm vi quốc gia phần lớn các nước tiên tiến như Nga, Mỹ, Anh, Nhật, Hà Lan, Đan Mạch, Canada, Cộng hoà Liên bang Đức v.v… đã xây dựng các trung tâm, chia sẻ thông tin với nhau. Ở các trung tâm này có các trang thiết bị thu phát thông tin hiện đại, các phần mềm mạnh và đặc biệt là việc ứng dụng công nghệ viễn thám cho phép phân tích ngập lụt, hạn hán và tổn thất thiên tai, nhằm trợ giúp lựa chọn giải pháp phòng tránh hiệu quả.

Các trung tâm có trang WEB riêng và thường xuyên phát tin trên mạng Internet. Xem các tài liệu: [1]; [3]; [4]; [5]; [12]; [13]; [17]-[20] 1. Các nghiên cứu ở trong nước Ở Việt Nam các hồ chứa trên các hệ thống sông với nhiều mục đích khác nhau đã và đang được tiến hành xây dựng, như hệ thống hồ chứa trên sông Hồng, sông Ba, sông Sê San, sông Đồng Nai v.v… Điển hình nhất là hệ thống hồ chứa trên hệ thống LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 9 sông Hồng gồm các hồ chứa Sơn La, Hoà Bình, Tuyên Quang, Thác Bà và tương lai có thêm hồ Lai Châu. Các hồ chứa này làm nhiệm vụ chính là cắt lũ vào mùa lũ, sau đó là phát điện, cung cấp nước mùa cạn, ngoài ra còn phục vụ giao thông, du lịch, nuôi trồng thuỷ sản v.v… a- Các quy trình vận hành hồ chứa Quy trình điều hành chống lũ hồ chứa Hoà Bình được xây dựng khá chi tiết và liên tục được bổ sung hoàn chỉnh.

Kinh nghiệm vận hành hồ chứa Hòa Bình để điều tiết lũ trong các năm qua cho thấy, nó đã góp phần giữ được mực nước Hà Nội không vượt quá 13,0m; bảo đảm an toàn cho Hà Nội. Nhiều công trình nghiên cứu về vận hành hồ chứa điều tiết lũ đã được tiến hành như quy trình vận hành hồ chứa Hoà Bình của Ban Chỉ đạo phòng chống lụt bão TW (1997), Quyết định 80/2007/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ ban hành “Quy trình vận hành liên hồ chứa thuỷ điện Hoà Bình, Tuyên Quang, Thác Bà trong mùa lũ hàng năm”, ban hành năm 2007. Ngày 11/6/2010, có thêm quyết định “Sửa đổi, bổ sung Quy trình vận hành liên hồ chứa thủy điện Hòa Bình, Tuyên Quang, Thác Bà trong mùa lũ hàng năm”, ban hành kèm theo Quyết định số 80/2007/QĐ-TTg ngày 01 tháng 6 năm 2007 của Thủ tướng Chính phủ, số 848/QĐ-TTg. Ngoài ra còn một loạt các nghiên cứu khác về vận hành hồ chứa Hoà Bình và hệ thống hồ chứa trên các lưu vực của Việt Nam.

Công ty tư vấn Điện I (1991) đã nghiên cứu việc kết hợp phát điện, chống lũ hạ du và khai thác tổng hợp hồ chứa Hoà Bình. Viện Quy hoạch và Quản lý nước (1991) cũng nghiên cứu lập quy trình vận hành hồ chứa Hoà Bình phòng lũ và phát điện. Nguyễn Văn Tường (1996) nghiên cứu phương pháp điều hành hồ chứa Hoà Bình chống lũ hàng năm với việc xây dựng tập hàm vào bằng phương pháp Monte-Carlo. Trịnh Quang Hoà (1997) xây dựng công nghệ nhận dạng lũ thượng nguồn sông Hồng phục vụ điều hành hồ chứa Hoà Bình chống lũ hạ du.

Viện Quy hoạch Thuỷ lợi và Công ty Tư vấn Điện 1 (2000) đã nghiên cứu hiệu ích chống lũ và cấp nước hạ du của công trình hồ chứa Đại Thị (nay là Tuyên Quang) trên sông Gâm. Hoàng Minh Tuyển (2002) đã phân tích đánh giá vai trò của một số hồ chứa thượng nguồn sông Hồng cho phòng chống lũ hạ du. Lâm Hùng Sơn (2005) nghiên cứu cơ sở điều hành hệ thống hồ chứa lưu vực sông Hồng, trong đó chú ý đến việc phân bổ dung tích và trình tự phối hợp cắt lũ của từng hồ chứa trong hệ thống để đảm bảo an toàn hồ chứa và hệ thống đê đồng bằng sông Hồng. Viện khoa học Thuỷ lợi (2006) đã thực hiện dự án xây dựng quy trình vận hành liên hồ chứa trên sông Đà và sông Lô đảm bảo an toàn chống lũ đồng bằng Bắc Bộ khi có các hồ chứa Thác Bà, Hoà Bình, Tuyên Quang.

Trần Hồng Thái (2005) và Ngô Lê Long (2006) bước đầu áp dụng thuật tối ưu hoá trong vận hành hồ Hoà Bình phòng chống lũ và phát điện. Nguyễn Hữu Khải và Lê Thị Huệ (2007) nghiên cứu áp dụng mô hình HEC-RESSIM cho điều tiết lũ của hệ thống hồ chứa trên lưu vực sông Hương, cho phép xác định trình tự và thời gian vận hành hợp lý các hồ chứa bảo đảm kiểm soát lũ hạ lưu sông Hương (tại Kim Long và Phú Ốc). LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 10 b- Hệ thống công nghệ hỗ trợ vận hành Song song với quy trình điều hành thì công tác dự báo thuỷ văn phục vụ điều hành cũng được coi trọng. Trịnh Quang Hoà (1997) với công nghệ nhận dạng lũ thượng nguồn sông Hồng đã góp phần vào phòng chống lũ đồng bằng sông Hồng rất hiệu quả.

Tổng cục KTTV (1998) đã xây dựng một dự án trong dự án liên ngành hiện đại hoá hệ thống đo đạc và dự báo thuỷ văn trên sông Đà và sông Hồng trực tiếp phục vụ điều hành. Năm 2005 Trung tâm đã có văn bản về khả năng dự báo thuỷ văn gửi Hội đồng điều chỉnh quy trình vận hành hồ chứa thuỷ điện Hoà Bình góp phần vào quyết định ban hành “Quy trình vận hành liên hồ chứa thuỷ điện Hoà Bình, Tuyên Quang, Thác Bà trong mùa lũ hàng năm”, ban hành năm 2007 của Thủ tướng Chính phủ. Nguyễn Lan Châu (2005) đã nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ sông Đà phục vụ điều tiết hồ Hoà Bình trong công tác phòng chống lũ bằng tích hợp các mô hình thuỷ văn thuỷ lực và điều tiết hồ chứa.