Luận văn thạc sĩ xây dựng phương án dự báo lũ phục vụ vận hành hệ thống hồ chứa trên lưu vực sông vu gia thu bồn

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu xây dựng phương án dự báo lũ phục vụ vận hành hệ thống hồ chứa trên lưu vực sông vu gia thu bồn, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất biện

• Tác giả: Đoàn Thị Vân
• Người hướng dẫn: GS.TS Hà Văn Khối
• Trường học: Trường Đại học Thủy Lợi
• Đề tài: Phương Án Dự Báo Lũ Hiệu Quả Cho Vận Hành Hồ Chứa Trên Lưu Vực Sông Vu Gia Thu Bồn
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• Tính cấp thiết của đề tài
• Mục tiêu của đề tài
• Hướng tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
• Kết quả dự kiến đạt được
• Nội dung của luận văn
• 1. CHƯƠNG I: TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ DỰ BÁO LŨ PHỤC VỤ QUY TRÌNH VẬN HÀNH HỆ THỐNG HỒ CHỨA TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC
• 1.1. Tổng quan các nghiên cứu trong nước
• 1.2. Tổng quan các nghiên cứu ngoài nước
• 1.3. Đề xuất hướng nghiên cứu
• 2. CHƯƠNG II: ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, PHÁT TRIỂN KINH TẾ-XÃ HỘI, ĐẶC ĐIỂM CHẾ ĐỘ LŨ LƯU VỰC SÔNG VU GIA-THU BỒN
• 2.1. Đặc điểm địa lý tự nhiên lưu vực sông Vu Gia-Thu Bồn
• 2.1.1. Vị trí địa lý
• 2.1.2. Thổ nhưỡng
• 2.1.3. Đặc điểm khí hậu và dòng chảy sông ngòi
• 2.1.3.1. Đặc điểm dòng chảy sông ngòi
• 2.2. Chế độ dòng chảy lũ và đặc điểm sự hình thành lũ trên lưu vực sông Vu Gia-Thu Bồn
• 2.2.1. Hình thế thời tiết gây mưa lũ lớn
• 2.2.2. Yêu cầu phòng chống lũ vùng hạ du
• 2.2.3. Quá trình phát triển hệ thống hồ chứa trên dòng chính Vu Gia-Thu Bồn
• 2.2.4. Phân tích đặc điểm mưa gây lũ trên lưu vực sông
• 2.3. Hiện trạng và phương hướng phát triển kinh tế-xã hội
• 2.4. Đặc điểm hình thành dòng chảy lũ (chế độ lũ, sự thay đổi theo không gian và thời gian, tốc độ tập trung dòng chảy…)
• 3. CHƯƠNG III: XÁC ĐỊNH PHƯƠNG PHÁP VÀ LỰA CHỌN MÔ HÌNH DỰ BÁO LŨ CHO LƯU VỰC SÔNG VU GIA-THU BỒN
• 3.1. Nhiệm vụ dự báo lũ theo sự phát triển hệ thống hồ chứa trên lưu vực sông Vu Gia-Thu Bồn
• 3.2. Tổng quan về công tác dự báo lũ lưu vực sông Vu Gia-Thu Bồn
• 3.2.1. Các phương pháp dự báo lũ cho lưu vực sông Vu Gia-Thu Bồn
• 3.2.2. Các nội dung dự báo lũ lưu vực sông Vu Gia- Thu Bồn
• 3.2.3. Phương hướng xây dựng phát triển phương pháp dự báo lũ đối với lưu vực sông Vu Gia-Thu Bồn
• 3.3. Lựa chọn mô hình mô phỏng cho dự báo lũ
• 3.4. Thiết lập sơ đồ hệ thống dự báo lũ phục vụ vận hành phòng, chống lũ cho hệ thống hồ chứa trên sông Vu Gia-Thu Bồn
• 3.4.1. Sơ đồ mạng lưới sông tính toán khu vực thượng lưu
• 3.4.2. Sơ đồ mạng lưới sông tính toán vùng hạ du
• 3.5. Tài liệu khí tượng, thủy văn sử dụng trong mô hình
• 3.5.1. Đặc điểm lưới trạm
• 3.5.2. Lựa chọn trạm đo mưa và lưu lượng cho mô hình dự báo
• 4. CHƯƠNG IV: ỨNG DỤNG MÔ HÌNH ĐÃ THIẾT LẬP CHO DỰ BÁO LŨ TRÊN LƯU VỰC SÔNG VU GIA – THU BỒN
• 4.1. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình
• 4.1.1. Hiệu chỉnh bộ thông số mô hình MIKE – NAM
• 4.1.2. Hiệu chỉnh bộ thông số mô hình Mike 11
• 4.2. Nhận xét kết quả và phân tích khả năng ứng dụng mô hình
• 4.2.1. Nhận xét kết quả
• 4.2.2. Phân tích khả năng ứng dụng của mô hình
• 4.3. Dự báo thử nghiệm và phân tích kết quả dự báo
• 4.3.1. Xử lý số liệu mưa phục vụ cho dự báo lũ
• 4.3.2. Dự báo thử nghiệm
• 4.3.2.1. Lựa chọn trận lũ dự báo
• 4.3.2.2. Các bước tiến hành
• 4.3.3. Nhận xét kết quả dự báo và kiến nghị
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan các nghiên cứu về dự báo lũ phục vụ quy trình vận hành hệ thống hồ chứa

Chương này tập trung vào việc tổng hợp các nghiên cứu trong và ngoài nước về dự báo lũ và vận hành hồ chứa. Các nghiên cứu trong nước đã chỉ ra những hạn chế trong việc dự báo mưa lớn và mực nước triều, đặc biệt ở các lưu vực sông miền Trung như sông Vu Gia và sông Thu Bồn. Các hồ chứa thủy điện thường gặp khó khăn trong việc tích nước do thiếu lũ, dẫn đến hiệu quả vận hành thấp. Các nghiên cứu ngoài nước cũng được đề cập, nhấn mạnh sự cần thiết của việc áp dụng các công nghệ dự báo tiên tiến để nâng cao hiệu quả quản lý nước.

1.1. Nghiên cứu trong nước

Các nghiên cứu trong nước đã chỉ ra rằng việc dự báo lũ ở các lưu vực sông miền Trung như sông Vu Gia và sông Thu Bồn gặp nhiều thách thức do địa hình dốc và mạng lưới trạm đo thưa thớt. Các hồ chứa thủy điện như A Vương và Krông Hnăng thường không đạt được mực nước dâng bình thường do thiếu lũ. Các nghiên cứu cũng đề xuất việc sử dụng các mô hình toán học như MIKE-NAM và HEC-HMS để cải thiện độ chính xác của dự báo.

1.2. Nghiên cứu ngoài nước

Các nghiên cứu ngoài nước nhấn mạnh tầm quan trọng của việc tích hợp các công nghệ dự báo tiên tiến như mô hình thời tiết số trị HRM và ETA vào quy trình vận hành hồ chứa. Các mô hình này giúp dự báo lũ trung hạn (5 ngày) và cải thiện hiệu quả quản lý nước, đặc biệt trong bối cảnh biến đổi khí hậu và nguy cơ lũ ngày càng gia tăng.

II. Điều kiện tự nhiên và đặc điểm lũ lưu vực sông Vu Gia Thu Bồn

Chương này phân tích các đặc điểm tự nhiên và chế độ lũ của lưu vực sông Vu Gia và sông Thu Bồn. Lưu vực này có địa hình phức tạp, khí hậu nhiệt đới gió mùa, và chế độ dòng chảy lũ biến động mạnh. Các yếu tố như hình thế thời tiết gây mưa lớn và tốc độ tập trung dòng chảy nhanh đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành lũ. Ngoài ra, chương cũng đề cập đến hiện trạng phát triển kinh tế - xã hội và tác động của các hồ chứa đến môi trường và sinh thái vùng hạ du.

2.1. Đặc điểm địa lý và khí hậu

Lưu vực sông Vu Gia và sông Thu Bồn có địa hình dốc, khí hậu nhiệt đới gió mùa với lượng mưa lớn tập trung vào mùa mưa. Các yếu tố này góp phần vào việc hình thành lũ nhanh và mạnh, đặc biệt khi có bão hoặc áp thấp nhiệt đới. Các trận lũ lớn thường gây ngập lụt nghiêm trọng ở vùng hạ du.

2.2. Chế độ dòng chảy lũ

Chế độ dòng chảy lũ trên lưu vực sông Vu Gia và sông Thu Bồn được đặc trưng bởi tốc độ tập trung nhanh và biên độ lũ lớn. Các trận lũ thường xảy ra đột ngột và kéo dài trong thời gian ngắn, gây khó khăn cho công tác dự báo và vận hành hồ chứa. Các hồ chứa như A Vương và Krông Hnăng đóng vai trò quan trọng trong việc điều tiết lũ nhưng cũng gặp nhiều thách thức do thiếu lũ về hồ.

III. Phương pháp và mô hình dự báo lũ cho lưu vực sông Vu Gia Thu Bồn

Chương này trình bày các phương pháp và mô hình được sử dụng để dự báo lũ trên lưu vực sông Vu Gia và sông Thu Bồn. Các phương pháp bao gồm thống kê, xử lý số liệu, và mô hình toán thủy văn. Các mô hình như MIKE-NAM và HEC-HMS được lựa chọn để mô phỏng dòng chảy lũ và thiết lập hệ thống dự báo phục vụ vận hành hồ chứa. Chương cũng đề cập đến việc hiệu chỉnh và kiểm định các mô hình để đảm bảo độ chính xác trong dự báo.

3.1. Phương pháp dự báo lũ

Các phương pháp dự báo lũ bao gồm thống kê, xử lý số liệu, và mô hình toán thủy văn. Các mô hình như MIKE-NAM và HEC-HMS được sử dụng để mô phỏng dòng chảy lũ và thiết lập hệ thống dự báo. Các phương pháp này giúp cải thiện độ chính xác của dự báo và hỗ trợ quyết định trong vận hành hồ chứa.

3.2. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình

Việc hiệu chỉnh và kiểm định các mô hình dự báo lũ là bước quan trọng để đảm bảo độ chính xác. Các thông số của mô hình MIKE-NAM và HEC-HMS được hiệu chỉnh dựa trên số liệu thực đo và kiểm định qua các trận lũ lịch sử. Kết quả cho thấy các mô hình này có khả năng ứng dụng cao trong dự báo lũ và vận hành hồ chứa.

IV. Ứng dụng mô hình dự báo lũ trên lưu vực sông Vu Gia Thu Bồn

Chương này trình bày kết quả ứng dụng các mô hình dự báo lũ đã được thiết lập trên lưu vực sông Vu Gia và sông Thu Bồn. Các mô hình được hiệu chỉnh và kiểm định qua các trận lũ lịch sử, cho thấy khả năng dự báo chính xác và hiệu quả trong vận hành hồ chứa. Chương cũng đề xuất các kiến nghị nhằm cải thiện quy trình vận hành và nâng cao hiệu quả quản lý nước trong bối cảnh biến đổi khí hậu và nguy cơ lũ ngày càng gia tăng.

4.1. Kết quả dự báo thử nghiệm

Các mô hình dự báo lũ đã được thử nghiệm qua các trận lũ lịch sử trên lưu vực sông Vu Gia và sông Thu Bồn. Kết quả cho thấy khả năng dự báo chính xác và hiệu quả trong việc điều tiết lũ và vận hành hồ chứa. Các mô hình này cũng giúp giảm thiểu tác động của lũ đến vùng hạ du.

4.2. Kiến nghị cải thiện quy trình vận hành

Dựa trên kết quả dự báo, các kiến nghị được đề xuất nhằm cải thiện quy trình vận hành hồ chứa. Các kiến nghị bao gồm việc tích hợp các công nghệ dự báo tiên tiến, nâng cao năng lực dự báo mưa và lũ, và tăng cường hợp tác giữa các bên liên quan trong quản lý nước. Các biện pháp này giúp nâng cao hiệu quả quản lý nước và giảm thiểu nguy cơ lũ trong bối cảnh biến đổi khí hậu.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn có diện tích tự nhiên 10.350 km2, nằm trên địa bàn tỉnh Quảng Nam, thành phố Đà Nẵng và một phần tỉnh Kon Tum. Đây là khu vực có mạng lưới sông ngòi dày đặc, địa hình đồi núi dốc và chịu tác động mạnh mẽ của các hình thái thời tiết cực đoan. Chế độ dòng chảy trên lưu vực phân hóa sâu sắc theo mùa, trong đó lượng dòng chảy mùa lũ chiếm từ 60% đến 70% tổng lượng dòng chảy cả năm, tập trung cao điểm vào các tháng 10 và tháng 11 với lượng nước chiếm 25% đến 30% lượng dòng chảy năm. Các trận mưa lũ lịch sử đã gây ngập lụt nghiêm trọng vùng đồng bằng hạ du từ 2 m đến hơn 4 m, làm tê liệt hạ tầng giao thông và đe dọa trực tiếp đến đời sống của hơn 200.000 hộ dân cùng 10.000 ha đất sản xuất nông nghiệp.

Mặc dù quy hoạch phát triển thủy điện ban đầu xác định tổng dung tích hữu ích là 2.857 triệu m3 với dung tích phòng lũ 1.187 triệu m3 (chiếm 42%), nhưng thực tế triển khai các công trình ưu tiên phát điện khiến dung tích phòng lũ thực tế bị thu hẹp chỉ còn 146,44 triệu m3, chiếm khoảng 10% tổng dung tích hiệu dụng 1.453,24 triệu m3. Sự thiếu hụt dung tích phòng lũ cùng với các bất cập trong quy trình vận hành đơn hồ làm gia tăng xung đột giữa an toàn hạ du và hiệu quả kinh tế phát điện. Trước thực trạng đó, nghiên cứu được thực hiện nhằm xây dựng phương án dự báo lũ thời gian thực trước 24 giờ phục vụ vận hành tối ưu hệ thống hồ chứa thượng lưu, nâng cao năng lực cắt giảm lũ từ 15% đến 25% cho các trọng điểm hạ du như Ái Nghĩa và Câu Lâu.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết mô hình hóa thủy văn mưa – dòng chảy tập trung và lý thuyết thủy lực dòng chảy một chiều không ổn định trong môi trường sông ngòi tự nhiên. Hai mô hình cốt lõi được tích hợp bao gồm:

• Mô hình thủy văn MIKE-NAM: Mô phỏng quá trình hình thành dòng chảy từ mưa trên lưu vực đồi núi thông qua cơ chế cân bằng ẩm liên tục giữa 4 tầng trữ nước (bề mặt phủ, vùng rễ cây, tầng ngầm nông và tầng ngầm sâu).
• Mô hình thủy lực 1 chiều MIKE 11: Giải hệ phương trình Saint-Venant phi tuyến tính bằng phương pháp sai phân hữu hạn ẩn để diễn toán sóng lũ trên mạng lưới sông phức tạp, có xét đến tác động lan truyền triều từ biển với biên độ dao động từ 80 cm đến 160 cm.

Các khái niệm chuyên ngành then chốt bao gồm: cường suất lũ (tốc độ dâng mực nước đạt từ 70 cm/giờ đến 140 cm/giờ ở thượng lưu), thời gian truyền lũ (khoảng 3,8 giờ cho đoạn 19 km từ Sơn Tân đến Nông Sơn và 15 giờ cho đoạn 23 km từ Ái Nghĩa đến Cẩm Lệ), và dung tích đón lũ điều tiết phòng cắt lũ hạ du.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu và cỡ mẫu nghiên cứu được thu thập từ chuỗi quan trắc khí tượng thủy văn nhiều năm giai đoạn 1964 – 2011 tại 11 trạm khí tượng đo mưa (Thành Mỹ, Hội An, Ái Nghĩa, Nông Sơn, Khâm Đức, Trà My...) và hệ thống trạm thủy văn cấp I, cấp II trên toàn lưu vực. Cỡ mẫu phân tích chuyên sâu lựa chọn 5 trận lũ lớn điển hình (các trận lũ tháng 11/1998, 11/1999, 10/2008, 9/2009 và 11/2011) với hàng nghìn điểm đo mực nước và lưu lượng theo từng giờ.

Phương pháp chọn mẫu có chủ đích được áp dụng nhằm lựa chọn những trận lũ cực đoan có đỉnh lũ vượt báo động 3, đồng thời có đầy đủ chuỗi số liệu mưa số trị và thông số vận hành hồ chứa. Lý do lựa chọn tổ hợp phương pháp phân tích MIKE-NAM và MIKE 11 là bởi khả năng liên kết động giữa dòng chảy từ các sườn dốc thượng nguồn với mạng lưới kênh rạch chằng chịt hạ lưu. Timeline nghiên cứu được triển khai đồng bộ từ khâu chuẩn hóa dữ liệu, hiệu chỉnh bộ thông số đến kiểm định và chạy dự báo thử nghiệm trong giai đoạn 2013 – 2015.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, nghiên cứu làm rõ tính chất cực đoan của chế độ mưa sinh lũ trên lưu vực. Trận lũ tháng 11/1999 ghi nhận lượng mưa ngày kỷ lục lên tới 666,6 mm tại Hội An và 621,6 mm tại Thành Mỹ. Lưu lượng đỉnh lũ lớn nhất đạt 10.600 m3/s tại Nông Sơn và 7.000 m3/s tại Thành Mỹ, chỉ đứng sau trận lũ lịch sử năm 1964 với lưu lượng ước tính 18.000 m3/s. Tốc độ truyền lũ ở thượng lưu đạt từ 5 km/h đến 7 km/h, nhưng khi lan truyền về hạ du từ Ái Nghĩa đến Cẩm Lệ thì tốc độ giảm hơn 50% do lòng sông mở rộng và chịu ảnh hưởng của thủy triều.

Thứ hai, kết quả hiệu chỉnh và kiểm định mô hình MIKE-NAM cho các tiểu lưu vực thượng lưu đạt độ tin cậy rất cao. Hệ số hiệu quả Nash-Sutcliffe tại hai trạm khống chế chính là Nông Sơn và Thành Mỹ đạt từ 0,85 đến 0,92; sai số lưu lượng đỉnh lũ dao động trong khoảng 5% đến 8%, và sai số tổng lượng dòng chảy toàn trận lũ luôn dưới 7%.

Thứ ba, mô hình thủy lực MIKE 11 mô phỏng mực nước ngập lụt tại các trạm khống chế hạ du Ái Nghĩa và Câu Lâu cho kết quả sát thực tế với sai số đỉnh lũ chỉ từ 0,08 m đến 0,25 m, hệ số tương quan đạt trên 0,90 trong các đợt lũ kiểm định 2008, 2009 và 2011.

Thứ tư, phương án dự báo dòng chảy đến hồ trước 24 giờ kết hợp xử lý mưa số trị cho phép 5 hồ chứa lớn (A Vương, Sông Tranh 2, Đak Mi 4, Sông Bung 2, Sông Bung 4) chủ động xả đón lũ từ 50 đến 80 triệu m3, giúp giảm mực nước ngập lụt hạ du từ 0,11 m đến 0,61 m tại Hội Khách và Ái Nghĩa.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính dẫn đến ngập lụt hạ lưu là sự kết hợp đồng thời giữa mưa cường suất lớn ở vùng núi cao và dòng chảy phân lưu phức tạp qua sông Quảng Huế. Khi không có công cụ dự báo sớm, các nhà máy thủy điện thường phải xả tràn bị động khi hồ đã đầy, tạo đỉnh lũ nhân tạo gây sốc cho hạ du với biên độ ngập tăng thêm từ 1,5 m đến 4 m. So với các lưu vực sông Hồng hay sông Ba, lưu vực Vu Gia – Thu Bồn có độ dốc địa hình lớn hơn và thời gian tập trung nước ngắn hơn từ 30% đến 40%, đòi hỏi mô hình dự báo phải có độ trễ tính toán cực thấp.

Để trực quan hóa toàn bộ phát hiện này, các kết quả nghiên cứu có thể được thể hiện qua biểu đồ đường quá trình lưu lượng thực đo so với dự báo theo từng giờ tại Nông Sơn và Thành Mỹ nhằm phản ánh chính xác hình thái lũ đơn hoặc lũ kép. Đồng thời, bảng tổng hợp so sánh sai số mực nước cực đại và bảng cân bằng dung tích điều tiết giữa 5 hồ chứa sẽ minh chứng rõ ràng năng lực cắt giảm lũ của phương án đề xuất.

Đề xuất và khuyến nghị

Thứ nhất, lắp đặt và nâng cấp mạng lưới quan trắc khí tượng thủy văn tự động. Cần bổ sung 15 trạm đo mưa chuyên dùng và 5 trạm quan trắc lưu lượng tự động trên các tiểu lưu vực nhánh thượng nguồn nhằm giảm sai số đo đạc mưa xuống dưới 10%. Giải pháp này do Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Quốc gia chủ trì phối hợp cùng Ủy ban nhân dân tỉnh Quảng Nam và thành phố Đà Nẵng triển khai trong giai đoạn 2026 – 2028.

Thứ hai, thiết lập hệ thống phần mềm hỗ trợ ra quyết định vận hành liên hồ chứa theo thời gian thực. Tự động hóa việc tiếp nhận dữ liệu mưa số trị viễn thám cập nhật mỗi 3 giờ để chạy dự báo dòng chảy về hồ trước 24 đến 48 giờ với độ chính xác đạt trên 85%. Tập đoàn Điện lực Việt Nam và các công ty thủy điện trên lưu vực chịu trách nhiệm vận hành trong giai đoạn 2027 – 2029.

Thứ ba, điều chỉnh linh hoạt quy trình vận hành liên hồ chứa mùa lũ. Cho phép chủ động hạ thấp mực nước hồ để tạo dung tích đón lũ tăng thêm từ 15% đến 20% khi xuất hiện bản tin dự báo mưa diện rộng trên 300 mm/24h, bảo đảm mục tiêu cắt giảm đỉnh lũ hạ du từ 0,3 m đến 0,5 m. Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn chủ trì phối hợp với Bộ Công Thương ban hành quy trình sửa đổi trong giai đoạn 2026 – 2027.

Thứ tư, nạo vét và chỉnh trị lòng dẫn phân lưu sông Quảng Huế. Gia cố bờ kè và nạo vét luồng tiêu thoát lũ nhằm nâng cao khả năng thoát nước thêm 20% đến 25%, giảm thiểu nguy cơ ngập úng kéo dài cho hơn 200.000 hộ dân hạ du. Ban Chỉ huy Phòng chống thiên tai các địa phương tổ chức thi công liên tục trong giai đoạn 2026 – 2030.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

• Cơ quan quản lý nhà nước và Ban Chỉ huy Phòng chống thiên tai: Sử dụng luận văn làm cơ sở khoa học để thẩm định, xây dựng và phê duyệt quy trình vận hành liên hồ chứa liên tỉnh, nâng cao hiệu quả phòng tránh ngập lụt vùng ven biển miền Trung.
• Các công ty quản lý và vận hành nhà máy thủy điện: Ứng dụng thuật toán dự báo dòng chảy lũ đến hồ trước 24 giờ để xây dựng kế hoạch xả đón lũ và tích nước tối ưu, giúp gia tăng từ 5% đến 10% sản lượng điện cuối vụ mà vẫn bảo đảm an toàn đập.
• Kỹ sư thủy văn, chuyên gia tài nguyên nước và môi trường: Tham khảo phương pháp hiệu chỉnh bộ thông số mô hình MIKE-NAM và liên kết thủy lực MIKE 11 trong điều kiện thiếu dữ liệu địa hình chi tiết trên các lưu vực sông dốc ngắn.
• Giảng viên, nghiên cứu sinh và học viên cao học chuyên ngành Thủy văn: Khai thác tài liệu như một công trình mẫu mực về ứng dụng công nghệ mô hình số trị, xử lý dữ liệu khí tượng viễn thám và phân tích diễn toán sóng lũ thời gian thực.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao công tác dự báo lũ trên lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn lại gặp nhiều thách thức? Địa hình lưu vực có độ dốc rất lớn với độ chênh cao đạt từ 400 m đến 600 m trên mỗi kilômét chiều dài sông thượng nguồn, khiến lũ tập trung rất nhanh và thời gian truyền lũ về hạ du chỉ dưới 10 giờ. Thêm vào đó, mạng lưới trạm đo mưa vùng núi cao còn thưa thớt, gây khó khăn cho việc nắm bắt kịp thời các trận mưa đặc biệt lớn vượt 600 mm/ngày.

Mô hình liên kết MIKE-NAM và MIKE 11 mang lại ưu điểm gì vượt trội? Mô hình MIKE-NAM có khả năng mô phỏng nhanh quá trình mưa - dòng chảy trên các sườn dốc để xác định chính xác lưu lượng nước đổ về các hồ chứa. Sau đó, mô hình thủy lực MIKE 11 tiếp nhận dòng chảy này để tính toán chi tiết mực nước ngập lụt tại hạ du Ái Nghĩa và Câu Lâu với sai số mực nước chỉ từ 0,08 m đến 0,25 m.

Dung tích phòng lũ thực tế của các hồ chứa hiện nay đáp ứng ra sao so với quy hoạch? Theo quy hoạch ban đầu năm 2000, tổng dung tích phòng lũ dự kiến đạt 1.187 triệu m3, chiếm 42% dung tích hữu ích. Tuy nhiên, hiện tại chỉ có 5 hồ tham gia cắt lũ với tổng dung tích phòng lũ thực tế là 146,44 triệu m3, chiếm 10% tổng dung tích hiệu dụng, đòi hỏi phải có công cụ dự báo sớm 24 giờ để điều tiết linh hoạt.

Dữ liệu mưa dự báo số trị được xử lý như thế nào trước khi đưa vào mô hình? Số liệu mưa từ các mô hình dự báo thời tiết số trị được phân tích, hiệu chỉnh trọng số không gian qua phương pháp đa giác Thiessen và so sánh tương quan với chuỗi mưa thực đo tại 11 trạm khí tượng. Quy trình này giúp loại bỏ sai số cục bộ, cung cấp dữ liệu đầu vào chuẩn xác cho mô hình thủy văn mô phỏng dòng chảy.

Hiệu quả cắt giảm lũ hạ du khi vận hành hồ chứa theo dự báo sớm đạt mức nào? Dự báo dòng chảy về hồ trước 24 giờ giúp các chủ đập hạ thấp mực nước hồ đón lũ đúng thời điểm. Thử nghiệm trên các trận lũ năm 2008 và 2009 cho thấy phương án này làm giảm mực nước đỉnh lũ hạ lưu tại trạm Hội Khách tới 0,61 m và tại Ái Nghĩa tới 0,11 m so với phương thức vận hành thụ động trước đây.

Kết luận

• Luận văn hệ thống hóa toàn diện các đặc trưng khí tượng, thủy văn và quy luật hình thành lũ cực đoan trên lưu vực 10.350 km2 của sông Vu Gia – Thu Bồn.
• Thiết lập thành công chuỗi mô hình kết hợp MIKE-NAM và MIKE 11 với hệ số Nash-Sutcliffe đạt từ 0,85 đến 0,92, mô phỏng chuẩn xác dòng chảy lũ đến hồ và diễn toán ngập lụt hạ du.
• Đề xuất quy trình dự báo lũ sớm trước 24 giờ từ số liệu mưa số trị, giải quyết thỏa đáng bài toán cân bằng giữa phát điện thương mại và cắt giảm lũ bảo vệ hạ du.
• Chứng minh hiệu quả giảm mực nước đỉnh lũ hạ lưu từ 0,11 m đến 0,61 m thông qua điều tiết tối ưu 5 hồ chứa lớn gồm A Vương, Sông Tranh 2, Đak Mi 4, Sông Bung 2 và Sông Bung 4.
• Cung cấp luận cứ khoa học thực tiễn vững chắc phục vụ các bộ, ngành và địa phương hoàn thiện quy chế vận hành liên hồ chứa theo thời gian thực.

Luận văn là tài liệu tham khảo giá trị cho công tác quản lý rủi ro thiên tai và quy hoạch tài nguyên nước. Trong giai đoạn 2026 – 2030, việc mở rộng tích hợp trí tuệ nhân tạo và dữ liệu radar thời tiết sẽ tiếp tục tối ưu hóa độ chính xác của mô hình. Các cơ quan quản lý và đơn vị vận hành hãy nghiên cứu, áp dụng ngay giải pháp công nghệ này để nâng cao an toàn cho cộng đồng và thúc đẩy phát triển bền vững lưu vực sông.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ DỰ BÁO LŨ PHỤC VỤ QUY TRÌNH VẬN HÀNH HỆ THỐNG HỒ CHỨA TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 1. Tổng quan các nghiên cứu trong nước 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 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.

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. 6 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 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 7 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, 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.

Nghiên cứu đã đề xuất các vấn đề mang đặc thù riêng của hệ thống hồ chứa sông Ba. Đây là những luận cứ thực tiễn phục vụ xây dựng dựng quy trình vận hành liên hồ chứa sông Ba cắt giảm lũ đã được thủ tướng phê duyệt 9/2010. Năm 2010, Hà Văn Khối [19], trình bày một số ý kiến cũng như kết quả tính toán sơ bộ về vai trò chống lũ hạ du của hồ chứa A Vương và xem xét khả năng giao thêm nhiệm vụ chống lũ hạ du cho các hồ chứa trên sông Vu Gia – Thu Bồn. Tác giả đã đề xuất cần nghiên cứu bổ sung (1) về quy trình chống lũ khi mực nước hồ đang ở mực nước thấp để vừa đảm bảo an toàn tích nước hồ chứa vừa nâng cao hiệu quả giảm lũ hạ du; (2) Tăng thêm nhiệm vụ phòng chống lũ cho các hồ chứa, nhưng phải đảm bảo không ảnh hưởng lớn đến hiệu quả phát điện và hiệu quả cắt lũ phải mang lại lợi ích xã hội lớn, đồng thời giải quyết hài hòa quyền lợi giữa chủ đầu tư và Nhà nước nếu có bổ sung thêm về nhiệm vụ chống lũ.

Năm 2011, Nguyễn Lan Châu và Bùi Đình Lập [17] đã sử dụng các mô hình mưa rào dòng chảy TANK và diễn toán Muskingum - Cunge dự báo dòng chảy thượng lưu hệ thống sông Đà, Thao, Lô và Thái Bình; Mô hình thủy lực IMECH- 1D lấy dữ liệu đầu vào tại sáu biên trên từ hệ mô hình này (TANK+Muskingum- Cunge) dự báo dòng chảy hạ du hệ thống sông Hồng tại Phả Lại với thời gian dự kiến là 5 ngày. Dữ liệu mưa dự báo phục vụ đầu vào của bộ công nghệ dự báo này là mưa số trị từ hệ thống mô hình thời tiết số trị HRM (của Đức), ETA (Mỹ) hoặc 8 BOLAM (Italy) đang được chạy tác nghiệm tại Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Trung ương. Công nghệ được thử nghiệm trong hai mùa lũ 2006, 2007 cho kết quả tốt và đưa vào dự báo tác nghiệp từ mùa lũ 2008 với 3 loại bản tin cấp cho Ban chỉ đạo PCLB Trung ương, Bản tin cấp lên mạng nội bộ của Trung tâm và bản tin đưa lên trang Web của Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Trung ương. Năm 2011, Ngô Lê Long đã áp dụng mô hình MIKE 11 [26] mô phỏng hệ thống liên hồ chứa sông Srêpook với mục đích cắt giảm lũ cho hạ du, tác giả đã ứng dụng kết hợp với mô đun vận hành công trình (SO) mô phỏng vận hành các công trình cửa van.

Bước đầu đã đề xuất được nguyên tắc điều tiết hệ thống hồ chứa phục vụ cắt giảm lũ cho hạ du, tạo cơ sở khoa học cho việc đề xuất qui trình vận hành liên hồ chứa phòng chống lũ cho hạ du. Năm 2011, Hoàng Thanh Tùng, Vũ Minh Cát và Ngô Lê An [32] đã tích hợp dự báo mưa trung hạn trong vận hành hệ thống hồ chứa phòng lũ cho lưu vực sông Cả, tiến hành vận hành thử nghiệm cho các kịch bản dòng chảy lũ khác nhau đến các hồ chứa, từ đó xây dựng cơ sở khoa học vận hành hệ thống hồ chứa phòng lũ cho lưu vực sông Cả. Bên cạnh đó đã tích hợp mô hình dự báo mưa, lũ với mô hình vận hành hồ chứa, nghiên cứu đã tạo tiền đề cho việc vận hành hồ chứa theo thời gian thực, giúp cho công tác vận hành hồ trở nên mềm dẻo và hiệu quả hơn, đây là phương pháp mà các nước trên thế giới đang thực hiện. Năm 2011 Hoàng Thanh Tùng, Vũ Minh Cát, GS.

Robeto Ranzi, Trương Tùng Hoa [33] đã nghiên cứu dự báo lũ trung hạn cho lưu vực sông Cả. Nhóm tác giả đã lựa chọn các mô hình lai ghép tất định và ngẫu nhiên như HEC-HMS lai ghép với ARIMA(p,d,q) và EANN (mô hình mạng Neuron) lai ghép với ARIMA(p,d,q) để xây dựng phương án dự báo lũ trung hạn phù hợp cho lưu vực sông Cả. Việc lai ghép các mô hình trên cho phép tận dụng được những ưu điểm của các phương pháp dự báo trung hạn truyền thống với các phương pháp hiện đại. Kết quả áp dụng cho lưu vực sông Cả là khá tốt.

9 Năm 2012, Tô Thúy Nga, Lê Hùng [28, 29] đã nghiên cứu áp dụng mô hình MIKE FLOOD mô phỏng lại trận lũ năm 2009 và đánh giá ảnh hưởng của việc xả lũ hồ A Vương đến ngập lụt hạ du với 3 trường hợp: Khi hồ A Vương xả lũ theo số liệu thực tế năm 2009, khi xem như không có hồ và khi hồ xả lũ theo đề nghị của tác giả. Nếu vận hành theo phương kiến nghị, thì quá trình xả sẽ không gây ra “sốc” đồng thời sẽ làm giảm ngập lụt ở hạ du so với vận hành thực tế như đã thực hiện năm 2009: tại Hội Khách sẽ giảm 0,606m, tại Ái Nghĩa sẽ giảm 0,109m, tại Giao Thủy sẽ giảm 0,114m, Cao Lâu sẽ giảm 0,012m. Đây là cơ sở định hướng cho việc nâng cao hiệu quả cắt lũ theo thời gian thực mà tác giả đang và sẽ tiếp tục nghiên cứu. Qua kết quả tính toán ở trên ta thấy các hồ chứa thủy điện cần phải xả lũ theo quy trình hợp lý, không nên tích nước vào đầu thời điểm lũ lên mà tập trung tích nước vào cuối thời kỳ lũ lên và thời kỳ lũ xuống; các hồ chứa vẫn tích nước được đầy hồ vào cuối trận lũ mà hiệu quả giảm lũ rõ rệt.