Tổng quan luận án
Luận án tiến sĩ "Nghiên cứu cơ sở khoa học phục vụ vận hành hệ thống liên hồ chứa kiểm soát lũ lưu vực sông Ba" do nghiên cứu sinh Lương Hữu Dũng thực hiện tại Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Biến đổi khí hậu (Bộ Tài nguyên và Môi trường), thuộc chuyên ngành Thủy văn học (mã số: 62440224), dưới sự hướng dẫn của PGS. Hoàng Minh Tuyển và GS. Ngô Đình Tuấn vào năm 2016.
Tính cấp thiết của luận án xuất phát từ thực tiễn thực hiện Quyết định số 1879/QĐ-TTg năm 2010 của Thủ tướng Chính phủ về danh mục 61 hồ chứa thủy lợi, thủy điện trên 11 lưu vực sông phải xây dựng quy trình vận hành liên hồ chứa. Sau quá trình ban hành Quy trình vận hành liên hồ chứa trên lưu vực sông Ba theo Quyết định số 1757/QĐ-TTg năm 2010 và văn bản sửa đổi theo Quyết định số 1077/QĐ-TTg ngày 07 tháng 7 năm 2014, công tác điều hành bộc lộ nhiều bất cập. Các quy định từ năm 2014 buộc các hồ chứa phải duy trì một giá trị dung tích phòng lũ cố định trong suốt mùa lũ. Việc cố định dung tích đón lũ trong điều kiện dự báo thủy văn còn hạn chế dẫn đến nguy cơ sử dụng nguồn nước kém hiệu quả, đồng thời xác suất không tích đủ nước vào cuối mùa lũ để cấp nước cho mùa cạn là rất lớn, thể hiện rõ qua đợt hạn hán thiếu hụt dòng chảy cuối năm 2015 trên địa bàn các tỉnh miền Trung và Tây Nguyên.
Khoảng trống nghiên cứu được luận án xác định là việc thiếu cơ sở khoa học cho quy tắc vận hành linh hoạt giữa các hồ, chưa có sự kết hợp đồng bộ giữa việc phân kỳ mùa lũ với việc đánh giá đặc điểm gặp gỡ dòng chảy lũ giữa các nhánh sông để điều chỉnh dung tích phòng lũ phù hợp với từng giai đoạn mà vẫn bảo đảm an toàn công trình, an toàn hạ du và hiệu quả phát điện.
Mục tiêu nghiên cứu của luận án:
- Xác lập được cơ sở khoa học và thực tiễn để xây dựng quy tắc vận hành liên hồ chứa cắt giảm lũ hạ lưu sông Ba với phương châm an toàn hạ du và đảm bảo hiệu quả sử dụng nước.
- Đề xuất nội dung Quy trình vận hành liên hồ chứa cắt giảm lũ hạ du.
Nhiệm vụ nghiên cứu được phân định thành 6 nội dung:
- Tổng quan các nghiên cứu đã có để đưa ra định hướng nghiên cứu.
- Phân tích đặc điểm khí tượng thủy văn trên lưu vực sông Ba phục vụ lập Quy trình vận hành liên hồ kiểm soát lũ.
- Phân tích hiện trạng vận hành của các hồ chứa trên lưu vực sông Ba.
- Thiết lập bài toán vận hành liên hồ chứa cắt giảm lũ hạ du.
- Phân tích, xác định phương thức vận hành của các hồ chứa để cắt giảm lũ, an toàn hạ du và đảm bảo hiệu quả sử dụng nước.
- Đề xuất nội dung Quy trình vận hành liên hồ chứa kiểm soát lũ.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
- Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống 6 hồ chứa gồm Ka Nak, An Khê, Ayun Hạ, Krông H’năng, Sông Ba Hạ, Sông Hinh và hệ thống nguồn nước trên lưu vực sông Ba.
- Phạm vi nghiên cứu: Không gian lưu vực sông Ba, trọng tâm là các nhánh sông có hồ chứa và khu vực hạ du với các trạm thủy văn kiểm soát gồm An Khê, Ayun Pa, Củng Sơn, Phú Lâm; phạm vi thời gian tập trung vào chế độ dòng chảy mùa lũ, phân tích các trận lũ lịch sử quan trắc được (1981, 1988, 1993, 2005, 2009) cùng chuỗi số liệu thủy văn nhiều năm.
Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án
Luận án tổng kết chi tiết các công trình nghiên cứu về vận hành hồ chứa đơn lẻ và hệ thống liên hồ chứa cả trên bình diện quốc tế và trong nước.
Trên thế giới, từ những năm 1960-1970, các mô hình tối ưu hóa vận hành hồ chứa đã phát triển mạnh mẽ:
- Quân đội Mỹ (US Army Corps, 1972) sử dụng lý thuyết phân tích hệ thống xác định quan hệ giữa lũ lớn hạ du, lưu lượng xả từ hồ chứa Folsom và thiệt hại do ngập lụt.
- Trott và William W-G. ASCE nghiên cứu tối ưu hóa hệ thống $M$ hồ chứa đa mục tiêu (song song hoặc bậc thang) dựa trên hàm mục tiêu lợi ích kinh tế, áp dụng cho hệ thống 6 hồ chứa trên sông Eal (Mỹ).
- Marino và Behzad Mohammadi kế thừa Becker và Yeh (1974), kết hợp quy hoạch tuyến tính (LP) theo tháng và quy hoạch động (QHĐ) theo năm trong dự án California Central Valley.
- Marcelo Rodrigues Bessa (1998, Đại học Waterloo, Canada) nghiên cứu quy hoạch động và tối ưu hóa thời gian thực cho hệ thống hồ chứa đa mục tiêu.
- Andrew Fredrick Gilmore nghiên cứu cân bằng nước và tối ưu hóa hàng tháng kiểm soát lũ, cấp nước cho hồ Powell và Mead trên sông Colorado.
- Tsai, Shu-li Yang, Joao E. Lopes và William W-G. ASCE ứng dụng quy hoạch phi tuyến (NLP) cho hệ thống thủy điện Brazil gồm 75 nhà máy với tổng công suất 69.375 MW.
- Chang Jian-Xia, Huang Qiang và Wang Yi-Win (2004) áp dụng thuật toán di truyền (TTDT/GA) phân tích độ nhạy của xác suất giao phối và đột biến trong tối ưu hóa hồ chứa.
- Seyed Jamshid Mousavi ứng dụng thuật toán điểm trong và phần mềm Matlab cho hệ thống Karoon-Dez ở Iran.
- Labadie (Đại học Bang Colorado) hệ thống hóa các nhóm phương pháp: tối ưu ngẫu nhiên ẩn (LP, NLP, QHĐ rời rạc và liên tục), tối ưu ngẫu nhiên hiện (LP ngẫu nhiên, QHĐ ngẫu nhiên) và nhóm tích hợp dự báo vận hành thời gian thực.
- Jan Reddy áp dụng phương pháp tối ưu hóa đàn kiến cho hồ chứa Hirakud (Ấn Độ); Nagesh Kumar áp dụng thuật toán tiến hóa đa mục tiêu tìm tập nghiệm Pareto cho hệ thống hồ Bhadra (Ấn Độ).
- Long Le Ngo (2006, Đại học Công nghệ Đan Mạch) nghiên cứu vận hành hồ Hòa Bình kết hợp mô hình Mike 11 với thuật toán SCE trong gói Autocal của DHI.
- Chun-Tian Cheng và cộng sự (2008) kết hợp thuật toán di truyền và lý thuyết Chaos với chuỗi số liệu dòng chảy 38 năm.
- Các nghiên cứu tại Đài Loan gồm mô hình mạng trí tuệ nhân tạo tiến hóa ENNIS cho hồ Shihmen (2008), thuật toán NSGA-II cho hệ thống Feitsui - Shihmen (2009), và quy tắc nhánh cây (tree-based rules) kiểm soát lũ theo thời gian thực trên sông Tanshui (2009).
Tại Việt Nam, các công trình vận hành hồ chứa phát triển qua các mốc:
- Thiết kế, vận hành hồ Thác Bà những năm 1960; Nguyễn Trọng Sinh (1991) dùng quy hoạch động xây dựng biểu đồ điều phối hồ Hòa Bình.
- Nguyễn Lại (1982) phân kỳ lũ sông Hồng thành 3 thời kỳ: lũ sớm (tháng 5-6), lũ chính vụ (tháng 7-8), lũ cuối vụ (tháng 9-10).
- Trịnh Quang Hòa (1996) xây dựng công nghệ nhận dạng lũ sông Hồng qua đường trữ nước tiềm năng tại trạm Sơn Tây.
- Nguyễn Thượng Bằng (2002) dùng quy hoạch phi tuyến tổng hợp giảm nhanh (GRG) cho hệ thống sông Lô - Gâm - Chảy.
- Hà Văn Khối và Lê Bảo Trung (2003) dùng quy hoạch động hai chiều cho bậc thang sông Đà.
- Bộ Khoa học và Công nghệ (2004) ban hành Quy trình vận hành hồ Hòa Bình số 103/PCLBTW (2005) có sử dụng mô phỏng Monte Carlo và tính lũ PMF.
- Lê Thanh Tú (2005) dùng quy hoạch động cho cụm Đồng Nai 3 và 4; Phan Văn Hùng (2005) nghiên cứu tiêu chuẩn tối ưu hồ tưới kết hợp phát điện; Hà Ngọc Hiến và cộng sự (2009) vận hành thời gian thực sông Đà và sông Lô.
- Hoàng Minh Tuyển (2002) nghiên cứu tổ hợp lũ ba sông Đà, Thao, Lô về Hà Nội, Thượng Cát và truyền lũ sóng động học cho hệ sinh hồ Hòa Bình, Sơn La, Thác Bà, Đại Thị.
- Nguyễn Thế Hùng và Lê Hùng (2009, 2011) ứng dụng thuật toán di truyền và quy hoạch động viết trên Delphi cho hồ Ea Krông Rou, Định Bình, A Vương.
- Hoàng Thanh Tùng (2011) tích hợp mô hình BOLAM, HEC-HMS, EANN (kết hợp BPNN và GA), ARIMA và HEC-ResSim.
- Tô Thúy Nga xây dựng bộ mô hình MOPHONG-LU cho hệ thống sông Vu Gia - Thu Bồn.
Riêng đối với lưu vực sông Ba:
- Các công trình lâu đời gồm Đập Đồng Cam (1924) và hồ Ayun Hạ (1994).
- Đề tài cấp nhà nước của Nguyễn Văn Cư (2001-2003) nghiên cứu lũ lụt và bản đồ ngập lụt khi lưu vực mới chỉ có 2 hồ lớn hoạt động.
- Viện Quy hoạch Thủy lợi nghiên cứu tính toán thủy lực cho các trận lũ 1988, 1993, 2005 và tần suất 1%, 5%, 10% khi xây dựng hồ Sông Ba Hạ.
- Đề tài của Lê Kim Truyền (2001-2003) nghiên cứu quản lý tổng hợp nguồn nước; Cục Quản lý Tài nguyên nước (2005-2010) điều tra hiện trạng khai thác, xả thải; Huỳnh Thị Lan Hương (2008-2009) xây dựng công cụ hỗ trợ giải quyết tranh chấp tài nguyên nước mùa kiệt; Nguyễn Hữu Khải nghiên cứu điều hành hệ thống hồ chứa bằng mô hình NAM, HecResim, Mike 11.
- Dự án xây dựng Quy trình vận hành liên hồ chứa sông Ba do Bộ Tài nguyên và Môi trường thực hiện (2009-2010 dẫn đến Quyết định 1757/QĐ-TTg và năm 2014 dẫn đến Quyết định 1077/QĐ-TTg).
Vị trí của luận án: Luận án giải quyết trực tiếp khoảng trống bất cập giữa phương án điều hành theo thời gian thực phụ thuộc dự báo ngắn hạn 6-12-24 giờ (vốn khó thực thi do mạng lưới quan trắc thưa) và phương án quy định dung tích phòng lũ cố định cứng nhắc suốt mùa lũ theo Quyết định 1077/QĐ-TTg. Bằng việc phân tích cơ chế truyền lũ, quy luật gặp gỡ lũ giữa các nhánh sông và phân kỳ lũ chi tiết, tác giả xây dựng cơ sở khoa học để thiết lập quy tắc vận hành linh hoạt và đề xuất điều chỉnh Quy trình vận hành liên hồ chứa mùa lũ trên sông Ba.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu
Luận án dựa trên lý thuyết phân loại hệ thống hồ chứa: hệ thống hồ chứa bậc thang (nối tiếp nhau trên sông chính hoặc nhánh sông), hệ thống hồ chứa song song (nằm trên các nhánh sông khác nhau nhập vào sông chính), và hệ thống hỗn hợp. Hệ thống liên hồ chứa trên lưu vực sông Ba mang đặc điểm hỗn hợp phức tạp.
Cơ sở lý luận phân tích hai mâu thuẫn cốt lõi trong khai thác hồ chứa:
- Mâu thuẫn sử dụng dung tích: Yêu cầu tích nước ở mực nước dâng bình thường (MNDBT) để phát điện đạt cột nước cao đối lập với yêu cầu hạ thấp mực nước để tạo dung tích trống đón lũ; yêu cầu mực nước chết (MNC) cao của hồ thủy điện đối lập với yêu cầu hạ thấp MNC để tăng dung tích hữu ích ($W_{hi}$) cấp nước tưới của hồ thủy lợi.
- Mâu thuẫn giữa các mục tiêu dùng nước: Sự xung đột theo không gian và thời gian giữa lịch xả phát điện theo phụ tải điện giờ cao điểm và nhu cầu cấp nước liên tục cho nông nghiệp vùng hạ du.
Phương pháp nghiên cứu thực tế gồm 6 phương pháp tiếp cận:
- Phương pháp điều tra thực địa: Thu thập chuỗi dữ liệu khí tượng thủy văn, số liệu vận hành kỹ thuật hồ chứa, nhu cầu sử dụng nước và hiện trạng các đập thủy điện, thủy lợi.
- Phương pháp phân tích, thống kê, kế thừa chọn lọc: Tổng hợp chuỗi số liệu quan trắc mực nước, lưu lượng nhiều năm tại các trạm An Khê, Ayun Pa, Củng Sơn, Phú Lâm; xử lý thống kê đường quá trình lũ, quan hệ lưu lượng - mực nước ($Q \sim H$).
- Phương pháp phân tích nguyên nhân hình thành lũ: Xem xét sự hình thành mưa, tổ hợp các hình thế thời tiết gây mưa lớn và tương quan diện tích mặt đệm của các tiểu lưu vực.
- Phương pháp áp dụng công nghệ GIS: Sử dụng mô hình số độ cao (DEM), số hóa tiểu lưu vực, xây dựng bản đồ thảm phủ, bản đồ đất và xác định mạng lưới sông phục vụ tích hợp số liệu không gian.
- Phương pháp sử dụng mô hình toán:
- Mô hình vận hành hồ chứa tính toán cân bằng nước, quan hệ mực nước - dung tích trữ ($Z \sim W$), điều tiết dung tích đón lũ.
- Mô hình thủy lực Mike 11 (của DHI) mô phỏng dòng chảy lũ một chiều trên hệ thống mạng sông chính và ngập lụt hạ du.
- Phương pháp phân tích hệ thống: Đánh giá mối quan hệ tương hỗ giữa hồ chứa thượng lưu và hạ du, liên kết ràng buộc giữa các điểm kiểm soát hạ lưu với quy tắc vận hành từng công trình.
Nguồn tư liệu và dữ liệu sử dụng: Tài liệu khí tượng thủy văn trạm An Khê, Ayun Pa, Củng Sơn, Phú Lâm; tài liệu thiết kế và vận hành thực tế của 6 hồ Ka Nak, An Khê, Ayun Hạ, Krông H’năng, Sông Ba Hạ, Sông Hinh; số liệu các trận lũ điển hình năm 1981, 1988, 1993, 2005, 2009.
Nội dung chính theo từng chương
Chương 1: Tổng quan nghiên cứu vận hành hồ chứa
Chương 1 hệ thống hóa cơ sở lý luận về bài toán điều tiết dòng chảy và vận hành hồ chứa. Luận án phân tích chi tiết cơ chế hoạt động của các hệ thống hồ chứa bậc thang, song song và hỗn hợp. Phân tích tập trung vào hai mâu thuẫn vận hành kinh điển: mâu thuẫn trong việc phân chia dung tích phòng lũ với dung tích phát điện/tưới tiêu, và mâu thuẫn phân phối lưu lượng giữa các ngành dùng nước.
Chương này tổng kết toàn diện các kỹ thuật tính toán tối ưu trên thế giới từ quy hoạch tuyến tính (LP), quy hoạch phi tuyến (NLP), quy hoạch động (QHĐ) đến các thuật toán thông minh hiện đại (thuật toán di truyền GA, thuật toán bầy đàn SWARM, tối ưu hóa đàn kiến, mạng thần kinh nhân tạo). Tại Việt Nam, tác giả chỉ rõ lịch sử phát triển bài toán vận hành từ hồ đơn lẻ đến hệ thống liên hồ phức tạp. Đánh giá riêng cho lưu vực sông Ba khẳng định: Quy trình năm 2010 (Quyết định 1757/QĐ-TTg) dựa trên việc xả đón lũ trước 6-12-24 giờ là khó khả thi do công tác dự báo hạn chế; ngược lại, Quy trình năm 2014 (Quyết định 1077/QĐ-TTg) buộc duy trì dung tích phòng lũ cố định suốt mùa lũ làm giảm đáng kể hiệu quả phát điện và gây thiếu nước mùa khô.
Chương 2: Thiết lập bài toán vận hành liên hồ chứa kiểm soát lũ lưu vực sông Ba
Chương 2 mô tả chi tiết điều kiện tự nhiên, khí tượng thủy văn lưu vực sông Ba và hiện trạng 6 công trình hồ chứa. Dòng chảy mùa lũ trên lưu vực sông Ba chiếm tỷ lệ rất lớn trong tổng lượng dòng chảy cả năm, tập trung chủ yếu vào các tháng cuối năm (tháng 9 đến tháng 12).
Hệ thống 6 hồ chứa nghiên cứu có thông số kỹ thuật và nhiệm vụ được tác giả tổng hợp phục vụ bài toán điều tiết:
| Tên hồ chứa | Vị trí / Nhánh sông | Mục tiêu thiết kế chính |
|---|---|---|
| Ka Nak | Thượng lưu sông Ba | Thủy điện, điều tiết bổ sung nước cho hồ An Khê |
| An Khê | Thượng lưu sông Ba | Thủy điện (chuyển nước sang sông Côn) |
| Ayun Hạ | Sông Ayun | Thủy lợi cấp nước tưới là chính, kết hợp phát điện |
| Krông H’năng | Sông Krông H’năng | Thủy điện, phòng lũ và cấp nước hạ du |
| Sông Ba Hạ | Dòng chính sông Ba | Bậc thang cuối trên dòng chính, phát điện, giảm lũ |
| Sông Hinh | Sông Hinh | Thủy điện, điều tiết giảm lũ và cấp nước hạ du |
Tác giả thiết lập bài toán vận hành liên hồ chứa cắt giảm lũ với hệ thống ràng buộc chặt chẽ: bảo đảm an toàn công trình, mực nước hồ không vượt MNDBT khi chưa có lệnh xả lũ khẩn cấp, khống chế mực nước tại các trạm hạ du dưới các cấp báo động lũ (BĐI, BĐII, BĐIII). Bộ công cụ mô hình toán được thiết lập gồm mô hình vận hành hồ và mô hình thủy lực Mike 11 cho toàn mạng lưới sông. Kết quả hiệu chỉnh và kiểm định mô hình thủy lực qua các trận lũ lịch sử năm 1988, 1993 tại các trạm An Khê, Ayun Pa, Củng Sơn, Phú Lâm đạt độ khớp cao giữa đường quá trình mực nước tính toán và thực đo.
Chương 3: Cơ sở khoa học và thực tiễn vận hành liên hồ chứa cắt giảm lũ lưu vực sông Ba
Chương 3 trình bày các phát hiện khoa học làm tiền đề cho quy tắc điều phối liên hồ:
- Xác định 4 điểm kiểm soát vận hành hạ du tương ứng với các trạm thủy văn quan trọng: An Khê, Ayun Pa, Củng Sơn và Phú Lâm. Các tiêu chí cấp báo động lũ được định lượng chi tiết theo mực nước ($H_{BĐI}, H_{BĐII}, H_{BĐIII}$) và lưu lượng tương ứng.
- Phân chia thời kỳ vận hành (phân kỳ lũ): Trên cơ sở phân tích tần suất xuất hiện lũ và số trận lũ lớn trong lịch sử, thời kỳ mùa lũ trên lưu vực sông Ba được phân chia thành: thời kỳ lũ sớm, thời kỳ lũ chính vụ và thời kỳ lũ muộn. Mỗi thời kỳ có quy mô đỉnh lũ và tổng lượng lũ đặc trưng khác biệt.
- Nghiên cứu quy luật gặp gỡ dòng chảy lũ: Luận án phân tích hiện tượng đồng bộ lũ và thời gian truyền lũ giữa các nhánh sông:
- Gặp gỡ dòng chảy giữa nhánh sông Ayun (trạm Ayun Pa) với thượng lưu dòng chính sông Ba.
- Gặp gỡ dòng chảy giữa dòng chính sông Ba tại trạm Củng Sơn với trạm Ayun Pa.
- Gặp gỡ dòng chảy tại Phú Lâm với trạm Củng Sơn và nhánh Sông Hinh.
- Xác định nguyên tắc xả đón lũ linh hoạt: Luận án tính toán dung tích cần xả để phòng lũ và số ngày xả qua phát điện để đưa mực nước về mức đón lũ mà không gây ngập nhân tạo cho hạ du. Xác lập quan hệ giữa dung tích trữ lũ và mực nước hồ cho từng hồ Ka Nak, Ayun Hạ, Krông H’năng, Sông Ba Hạ, Sông Hinh.
Chương 4: Phân tích, đánh giá kết quả vận hành liên hồ chứa cắt giảm lũ và đề xuất nội dung vận hành liên hồ chứa cắt giảm lũ lưu vực sông Ba
Chương 4 kiểm nghiệm quy tắc vận hành liên hồ chứa đề xuất thông qua việc tính toán điều tiết các trận lũ điển hình lịch sử: trận lũ năm 1981, trận lũ lớn năm 1988, trận lũ năm 1993 và trận lũ năm 2009.
Kết quả mô phỏng điều tiết cắt giảm lũ cho thấy:
- Cụm hồ An Khê - Ka Nak và hồ Ayun Hạ tham gia tích cực vào việc cắt giảm đỉnh lũ cho trạm thủy văn An Khê và Ayun Pa.
- Hồ Sông Ba Hạ, Krông H’năng và Sông Hinh phối hợp nhịp nhàng trong việc giữ lại một phần lưu lượng đỉnh, giảm mực nước ngập lụt tại Củng Sơn và Phú Lâm.
- Hiệu quả cắt giảm lũ được lượng hóa cụ thể: dung tích cắt giảm lũ của từng hồ đạt hàng chục đến hàng trăm triệu $m^3$, làm giảm mực nước đỉnh lũ thực tế tại các trạm kiểm soát hạ du từ hàng chục centimet đến trên 1 mét tùy theo trận lũ, chuyển cấp báo động từ mức nguy hiểm BĐIII xuống dưới BĐII.
- Luận án hoàn thiện phương thức vận hành liên hồ theo các bước: (1) Nhận định thời kỳ lũ và theo dõi diễn biến mực nước hiện tại; (2) Thực hiện xả đón lũ qua tuabin phát điện về mực nước đón lũ quy định theo từng kỳ; (3) Tích nước cắt giảm lũ khi lũ về hồ theo nguyên tắc ưu tiên an toàn hạ du; (4) Xả nước phục hồi dung tích đón lũ sau khi đỉnh lũ hạ lưu đã qua.
Kết quả và những đóng góp mới
Các đóng góp mới của luận án:
- Thiết lập được bài toán vận hành điều tiết cắt giảm lũ cho hệ thống liên hồ chứa trên lưu vực sông Ba theo hướng điều chỉnh nhiệm vụ phòng lũ các hồ chứa trong hệ thống, bảo đảm sự hài hòa với mục tiêu phát điện và cấp nước đã được xác định trong giai đoạn thiết kế.
- Xác lập cơ sở khoa học cho việc xác định dung tích trữ lũ, quy tắc phối hợp vận hành cắt giảm lũ cho hạ du của hệ thống hồ chứa trên lưu vực sông Ba dựa trên phân kỳ lũ và quy luật gặp gỡ dòng chảy lũ giữa các nhánh sông.
- Đề xuất điều chỉnh nội dung vận hành của Quy trình vận hành liên hồ chứa trong thời kỳ mùa lũ trên lưu vực sông Ba theo hướng linh hoạt, khắc phục tình trạng cố định dung tích phòng lũ cứng nhắc trong suốt mùa lũ của các quy định hiện hành.
Kiến nghị và giải pháp đề xuất:
- Đề nghị Bộ Tài nguyên và Môi trường xem xét áp dụng các kết quả nghiên cứu về phân kỳ lũ và dung tích đón lũ đề xuất để điều chỉnh Quy trình vận hành liên hồ chứa lưu vực sông Ba (thay thế quy định cứng nhắc tại Quyết định 1077/QĐ-TTg).
- Ban hành quy định cụ thể về các bước vận hành hạ thấp mực nước đón lũ kết hợp vận hành phát điện, tránh xả thừa lãng phí tài nguyên nước.
- Tiếp tục củng cố hệ thống đo đạc, tự động hóa truyền nhận dữ liệu mực nước hồ và lưu lượng xả về cơ quan điều hành trung tâm.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Hạn chế của luận án:
- Mạng lưới quan trắc khí tượng thủy văn trên lưu vực sông Ba thời điểm nghiên cứu còn thưa thớt, nguồn số liệu đo đạc lũ lịch sử ở một số nhánh sông nhánh còn hạn chế về độ phân giải thời gian.
- Khả năng dự báo mưa và lưu lượng lũ đến hồ với thời gian dự kiến trước dài (trên 24 giờ đến 48 giờ) chưa đạt độ tin cậy tuyệt đối, khiến bài toán vận hành vẫn phải xây dựng dựa trên sự kết hợp chặt chẽ giữa số liệu đo đạc thực tế và kịch bản dự báo ngắn hạn.
- Nghiên cứu tập trung giải quyết bài toán cho 6 hồ chứa lớn nhất, chưa xét đến tác động tích lũy từ các công trình thủy lợi, thủy điện nhỏ phân bố rải rác trên lưu vực.
Hướng nghiên cứu tiếp:
- Tích hợp các mô hình số trị dự báo thời tiết phân giải cao và mô hình mưa - dòng chảy thời gian thực để nâng cao độ chính xác dự báo lưu lượng dòng chảy đến hồ trước 2-3 ngày.
- Nghiên cứu mở rộng bài toán điều hành liên hồ liên kết đồng thời cả mùa lũ và mùa kiệt, xét đến các yếu tố biến đổi khí hậu và chuyển động bùn cát bồi lắng lòng hồ hạ du.
Giá trị tham khảo
Luận án là tài liệu tham khảo có giá trị chuyên môn cao đối với:
- Nghiên cứu sinh, học viên cao học và giảng viên ngành Thủy văn học, Kỹ thuật tài nguyên nước, Quản lý tài nguyên nước trong việc tham khảo phương pháp tích hợp mô hình thủy lực Mike 11 với mô hình điều tiết hồ chứa.
- Cơ quan quản lý nhà nước (Bộ Tài nguyên và Môi trường, Ủy ban Quốc gia Ứng phó sự cố thiên tai và Tìm kiếm cứu nạn, các Chi cục Thủy lợi địa phương) trong việc xây dựng và sửa đổi văn bản quy phạm pháp luật, quy chuẩn vận hành liên hồ chứa.
- Các đơn vị quản lý, khai thác và vận hành nhà máy thủy điện, hồ thủy lợi trên sông Ba (Công ty Thủy điện Sông Ba Hạ, Công ty Cổ phần Thủy điện Sông Hinh, Công ty TNHH MTV Khai thác CTTL Ayun Hạ...) ứng dụng các bước xả đón lũ bảo đảm an toàn hạ du và giữ nước phát điện mùa khô.
Câu hỏi thường gặp
1. Luận án nghiên cứu cụ thể hệ thống gồm những hồ chứa nào trên lưu vực sông Ba?
Luận án nghiên cứu hệ thống 6 hồ chứa lớn trên lưu vực sông Ba, bao gồm: Ka Nak, An Khê, Ayun Hạ, Krông H’năng, Sông Ba Hạ và Sông Hinh.
2. Hai mâu thuẫn điển hình trong bài toán vận hành hồ chứa được chỉ ra trong luận án là gì?
Đó là mâu thuẫn trong sử dụng dung tích hồ chứa (giữa việc tích đầy nước để phát điện/cấp nước với việc để trống dung tích để đón cắt lũ) và mâu thuẫn giữa các mục tiêu sử dụng nước của các ngành (giữa lịch xả nước phát điện theo giờ cao điểm và nhu cầu cấp nước liên tục theo mùa vụ tưới tiêu ở hạ du).
3. Bất cập chính của Quy trình vận hành liên hồ chứa sông Ba ban hành năm 2014 (Quyết định 1077/QĐ-TTg) là gì?
Quy trình năm 2014 quy định các hồ chứa phải dành một dung tích phòng lũ cố định trong suốt toàn bộ mùa lũ. Việc duy trì mực nước đón lũ cố định khiến các hồ phải xả bỏ nước thừa ngay cả trong các giai đoạn lũ nhỏ, dẫn đến hiệu quả phát điện kém và xác suất không tích đủ nước vào cuối mùa lũ để phục vụ mùa cạn năm sau là rất cao.
4. Luận án đã đề xuất phương thức nào để giải quyết xung đột giữa phòng lũ và tích nước phát điện?
Tác giả đề xuất phân chia mùa lũ thành các thời kỳ (lũ sớm, lũ chính vụ, lũ muộn), phân tích quy luật gặp gỡ dòng chảy lũ các nhánh sông, từ đó xác định dung tích đón lũ linh hoạt theo từng thời kỳ kết hợp quy tắc xả nước chủ động qua phát điện để hạ dần mực nước đón lũ mà không gây ngập hạ du.
5. Các công cụ mô hình toán nào được luận án xây dựng và ứng dụng trong tính toán kiểm soát lũ?
Luận án đã xây dựng mô hình vận hành điều tiết cân bằng nước hồ chứa kết hợp với mô hình thủy lực Mike 11 để tính toán truyền lũ một chiều trên hệ thống mạng sông và đánh giá diễn biến mực nước tại 4 trạm kiểm soát hạ du: An Khê, Ayun Pa, Củng Sơn, Phú Lâm.
Kết luận
Luận án tiến sĩ của tác giả Lương Hữu Dũng đã giải quyết một vấn đề khoa học và thực tiễn cấp bách trong công tác quản lý tài nguyên nước lưu vực sông Ba. Bằng cách kết hợp giữa nghiên cứu phân kỳ lũ, quy luật gặp gỡ dòng chảy lũ nhánh sông với bộ công cụ mô hình thủy lực Mike 11 và mô hình vận hành hồ, luận án đã làm sáng tỏ cơ sở khoa học để xác lập dung tích đón lũ linh hoạt và quy tắc phối hợp vận hành 6 hồ chứa lớn. Các phát hiện và đề xuất của luận án cung cấp luận cứ trực tiếp giúp hoàn thiện Quy trình vận hành liên hồ chứa trên lưu vực sông Ba, bảo đảm hài hòa giữa mục tiêu cắt giảm lũ an toàn hạ du và nâng cao hiệu quả tích nước phát điện, cấp nước mùa kiệt.