Luận án tiến sĩ kỹ thuật: Phân bổ nguồn nước và vận hành hệ thống hồ chứa lưu vực sông Vu Gia Thu Bồn trong mùa cạn

• Tác giả: Tô Việt Thắng
• Người hướng dẫn: PGS. Ngô Lê Long - Đại học Thủy Lợi
• Trường học: Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam
• Chuyên ngành: Kỹ thuật tài nguyên nước
• Đề tài: Nghiên cứu phân bổ nguồn nước và vận hành hợp lý hệ thống hồ chứa lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn trong mùa cạn
• Loại tài liệu: luận án tiến sỹ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• MỞ ĐẦU
• 0.1. Tính cấp thiết của luận án
• 0.2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
• 0.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 0.4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
• 0.5. Nội dung nghiên cứu
• 0.6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
• 0.7. Cấu trúc của luận án
• 0.8. Những đóng góp mới của luận án
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP TÍNH TOÁN PHÂN BỔ NGUỒN NƢỚC HỒ CHỨA THEO LƢU VỰC SÔNG
• 1.1. Một số thuật ngữ và định nghĩa
• 1.2. Tổng quan tình hình nghiên cứu phân bổ nguồn nước lưu vực sông trên thế giới và Việt Nam
• 1.3. Hồ chứa và các phương pháp vận hành phân bổ nguồn nước hồ chứa
• 1.4. Tổng quan các nghiên cứu vận hành phân bổ nguồn nước hồ chứa sử dụng phương pháp mô phỏng
• 1.5. Tổng quan các nghiên cứu vận hành phân bổ nguồn nước hồ chứa sử dụng phương pháp tối ưu
• 1.6. Tổng quan các nghiên cứu vận hành phân bổ nguồn nước hồ chứa sử dụng phương pháp kết hợp mô phỏng-tối ưu
• 1.7. Tổng quan tình hình nghiên cứu về vận hành hồ chứa phân bổ nguồn nước lưu vực sông VGTB
• 1.8. Tóm lược về Quy trình vận hành liên hồ chứa (Quy trình 1537) trên lưu vực sông VGTB
• 1.9. Hạn chế và khoảng trống trong nghiên cứu vận hành liên hồ chứa phân bổ nguồn nước hợp lý tại LVS VGTB
• 1.10. Lựa chọn công cụ tính toán
• 1.11. Kết luận Chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC XÂY DỰNG MÔ HÌNH PHÂN BỔ NGUỒN NƢỚC VÀ VẬN HÀNH HỆ THỐNG HỒ CHỨA HỢP LÝ LƢU VỰC SÔNG VU GIA – THU BỒN TRONG MÙA CẠN
• 2.1. Giới thiệu hệ thống hồ chứa trên lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn và lựa chọn các hồ chứa cho nghiên cứu
• 2.2. Thiết lập mô hình mô phỏng ngẫu nhiên dòng chảy đến hồ có xét tới tương quan về thủy văn trong hệ thống
• 2.2.1. Tính bất định và mô phỏng Monte-Carlo
• 2.2.2. Xác lập dạng phân bố xác suất cho chuỗi dòng chảy tới 04 hồ
• 2.2.3. Thiết lập tương quan thủy văn giữa các nhánh sông
• 2.2.4. Tạo chuỗi số ngẫu nhiên thời đoạn 10 ngày tới 04 hồ
• 2.3. Thiết lập mô hình vận hành hệ thống hồ chứa đa mục tiêu
• 2.3.1. Thiết lập bài toán
• 2.3.2. Đặc điểm hệ thống hồ chứa. Các điểm kiểm soát hạ lưu
• 2.3.3. Mục tiêu và hàm mục tiêu
• 2.3.4. Các ràng buộc của bài toán
• 2.4. Thiết lập mô hình mô phỏng vận hành hệ thống liên hồ chứa
• 2.5. Thiết lập mô hình tìm kiếm tối ưu và kết nối với mô hình mô phỏng
• 2.5.1. Tối ưu hệ thống
• 2.5.2. Các biến quyết định
• 2.5.3. Khai báo hàm mục tiêu. Thiết lập các thông số chạy mô phỏng
• 2.6. Xây dựng mô hình mô phỏng vận hành liên hồ chứa HEC-RESSIM
• 2.6.1. Giới thiệu mô hình HEC-RESSIM
• 2.6.2. Mô phỏng hệ thống các hồ chứa trong mô hình HEC-RESSIM. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình HEC-RESSIM
• 2.7. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ TÍNH TOÁN VẬN HÀNH HỆ THỐNG HỒ CHỨA LƢU VỰC SÔNG VU GIA – THU BỒN NÂNG CAO HIỆU QUẢ PHÂN BỔ NGUỒN NƢỚC
• 3.1. Xác định các kịch bản vận hành 04 hồ chứa
• 3.2. Minh họa chi tiết kết quả tính toán vận hành tối ưu của một số kịch bản độc lập
• 3.3. Tổng hợp kết quả tính toán vận hành tối ưu theo các nhóm kịch bản
• 3.3.1. Kết quả tính toán theo nhóm Kịch bản nền
• 3.3.2. Kết quả tính toán theo nhóm Kịch bản theo các đặc điểm hồ chứa
• 3.3.3. Kết quả tính toán theo nhóm Kịch bản theo các đặc điểm hồ chứa với tỉ lệ xả của hồ Đăk Mi 4 theo Quy trình 1537
• 3.4. Tổng hợp kết quả tính toán của tất cả các kịch bản
• 3.5. Tính toán chi tiết kịch bản được lựa chọn bằng mô hình HEC-RESSIM
• 3.6. Ứng dụng mô hình HEC-RESSIM mô phỏng vận hành hệ thống hồ chứa theo Quy trình vận hành liên hồ chứa (Quy trình 1537)
• 3.7. Ứng dụng mô hình HEC-RESSIM mô phỏng vận hành hệ thống hồ chứa theo quy trình lưu lượng phát điện tối ưu đã được lựa chọn – Kịch bản 5
• 3.8. So sánh và phân tích kết quả. Phương án mô phỏng năm 2015 và 2016. Phương án mô phỏng các năm giai đoạn 1981-2008
• 3.9. Kết luận chương 3
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• DANH MỤC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ

Tóm tắt

I. Giới thiệu về phân bổ nguồn nước

Nghiên cứu phân bổ nguồn nước trong lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn (VGTB) là một vấn đề cấp thiết trong bối cảnh khan hiếm nước. Lưu vực sông này có tổng lượng nước hàng năm khoảng 20 tỷ m3, nhưng trong mùa cạn, nguồn nước suy giảm nghiêm trọng. Việc quản lý tài nguyên nước hiệu quả là cần thiết để đảm bảo cung cấp nước cho các nhu cầu sinh hoạt, nông nghiệp và công nghiệp. Theo nghiên cứu, sự gia tăng nhu cầu sử dụng nước đã dẫn đến xung đột giữa các hộ sử dụng nước, đặc biệt là giữa thượng nguồn và hạ nguồn. Điều này đòi hỏi một cách tiếp cận tổng thể và hợp lý trong vận hành hệ thống hồ chứa để đảm bảo sự công bằng trong phân bổ nguồn nước.

1.1. Tình hình hiện tại của nguồn nước

Trong mùa cạn, tình trạng thiếu nước diễn ra phổ biến ở hạ lưu các hồ chứa như Hòa Bình, Thác Bà, và Đăk Mi 4. Việc xây dựng các hồ chứa thủy điện đã làm thay đổi lưu lượng nước, gây ra những tác động tiêu cực đến môi trường và sinh kế của người dân. Các nghiên cứu cho thấy rằng việc quản lý lưu vực sông cần phải được thực hiện một cách đồng bộ và hiệu quả để giảm thiểu xung đột và đảm bảo nguồn nước cho tất cả các bên liên quan.

II. Phương pháp nghiên cứu và mô hình hóa

Luận án sử dụng phương pháp mô phỏng và tối ưu hóa để xây dựng mô hình vận hành hệ thống hồ chứa. Mô hình này sẽ giúp xác định các kịch bản vận hành khác nhau nhằm tối ưu hóa việc phân bổ nguồn nước trong mùa cạn. Việc áp dụng mô hình HEC-RESSIM cho phép mô phỏng các điều kiện thực tế và đưa ra các giải pháp khả thi cho việc quản lý tài nguyên nước. Các biến quyết định trong mô hình sẽ được xác định dựa trên các thông số thủy văn và nhu cầu sử dụng nước của các hộ dân. Mô hình này không chỉ giúp nâng cao hiệu quả quản lý hồ chứa mà còn đảm bảo sự bền vững cho hệ thống tài nguyên nước trong dài hạn.

2.1. Thiết lập mô hình mô phỏng

Mô hình mô phỏng được thiết lập dựa trên các dữ liệu thủy văn và các thông số kỹ thuật của các hồ chứa. Việc sử dụng phương pháp Monte Carlo để xác định xác suất dòng chảy tới các hồ chứa là một bước quan trọng trong việc xây dựng mô hình. Mô hình này sẽ giúp phân tích các kịch bản khác nhau và đưa ra các giải pháp tối ưu cho việc vận hành hệ thống hồ chứa trong mùa cạn, từ đó đảm bảo nguồn nước cho các nhu cầu khác nhau.

III. Kết quả và ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng việc áp dụng mô hình HEC-RESSIM đã giúp tối ưu hóa việc phân bổ nguồn nước cho các hồ chứa trong mùa cạn. Các kịch bản vận hành được xác định đã cho thấy sự cải thiện rõ rệt trong việc cung cấp nước cho các nhu cầu sinh hoạt và sản xuất. Việc quản lý tài nguyên nước hiệu quả không chỉ giúp giảm thiểu xung đột giữa các hộ sử dụng nước mà còn đảm bảo sự bền vững cho hệ sinh thái. Các kết quả này có thể được áp dụng cho các lưu vực sông khác trong cả nước, góp phần vào việc xây dựng các chính sách quản lý nước hợp lý và hiệu quả.

3.1. Đề xuất chính sách quản lý

Dựa trên các kết quả nghiên cứu, các chính sách quản lý tài nguyên nước cần được điều chỉnh để phù hợp với thực tế. Việc xây dựng các quy trình vận hành liên hồ chứa cần được thực hiện một cách đồng bộ, đảm bảo rằng các hồ chứa không chỉ phục vụ cho mục tiêu phát điện mà còn phải duy trì dòng chảy cho hạ lưu. Điều này sẽ giúp giảm thiểu xung đột và đảm bảo nguồn nước cho các nhu cầu khác nhau trong mùa cạn.