Phương pháp tối ưu vận hành hồ chứa thượng lưu sông Hồng mùa cạn

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

MỞ ĐẦU

0.1. Tính cấp thiết của đề tài luận án

0.2. Mục đích nghiên cứu

0.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

0.4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

0.4.1. Cách tiếp cận

0.4.2. Phương pháp nghiên cứu

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TỐI ƯU VẬN HÀNH HỒ CHỨA

1.1. Giới thiệu chung

1.2. Các nghiên cứu ở nước ngoài

1.3. Phương pháp mô phỏng

1.4. Phương pháp tối ưu

1.5. Bài toán tối ưu hóa hệ thống hồ chứa

1.5.1. Hàm mục tiêu

1.5.2. Tối ưu đa mục tiêu

1.6. Các phương pháp giải tối ưu

1.6.1. Tối ưu ngẫu nhiên ẩn

1.6.2. Tối ưu ngẫu nhiên hiện

1.6.3. Quy hoạch kinh nghiệm (Heuristic) và thuật toán di truyền GA

1.7. Các nghiên cứu ở trong nước

1.7.1. Nghiên cứu về quy hoạch trên vùng Đồng bằng sông Hồng – Thái Bình

1.7.2. Nghiên cứu về vận hành liên hồ chứa

1.8. Kết luận chương 1

2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP VẬN HÀNH TỐI ƯU HỆ THỐNG HỒ CHỨA TRONG MÙA CẠN TRÊN LƯU VỰC SÔNG HỒNG

2.1. Đặc điểm lưu vực và hệ thống hồ chứa sông Hồng

2.1.1. Điều kiện tự nhiên, khí hậu và thủy văn lưu vực

2.1.2. Hệ thống hồ chứa lưu vực sông Hồng

2.1.3. Những yếu tố tác động đến vận hành hệ thống hồ chứa thủy điện lưu vực sông Hồng

2.1.3.1. Dòng chảy từ Trung Quốc

2.1.3.2. Vai trò phát điện của hệ thống

2.1.3.3. Đảm bảo nước cho hạ du

2.1.3.4. Ảnh hưởng của triều và mặn

2.1.3.5. Mâu thuẫn giữa cấp nước và phát điện

2.1.3.6. Tác động của BĐKH

2.1.3.7. Quy trình vận hành liên hồ chứa

2.2. Những định hướng để thiết lập bài toán tối ưu vận hành hệ thống hồ chứa lưu vực sông Hồng

2.3. Phương pháp xây dựng giải pháp tối ưu vận hành hệ thống hồ chứa lưu vực sông Hồng

2.3.1. Thiết lập bài toán tối ưu

2.3.1.1. Hàm mục tiêu

2.3.2. Khung tính toán tối ưu xây dựng hàm vận hành thời gian thực cho hệ thống hồ chứa sông Hồng trong mùa cạn

2.3.3. Mô phỏng hệ thống hồ chứa

2.3.3.1. Các quan hệ đặc tính hồ chứa

2.3.3.2. Quan hệ mực nước và mức xả tối đa, tối thiểu

2.3.3.3. Hiệu chỉnh mức xả 𝑟_{max} và 𝑟_{min} theo dòng chảy đến, dung tích đầu bước và bước thời gian mô phỏng

2.3.3.4. Mô phỏng cân bằng nước hệ thống hồ và quá trình ra quyết định vận hành

2.3.4. Mô hình hạ lưu

2.3.5. Hàm chính sách vận hành hệ thống hồ chứa thời gian thực

2.3.6. Thuật toán BORG-MOEA

2.3.6.1. Tập trội dạng hộp epsilon (𝜖)

2.3.6.2. Tiến bộ epsilon 𝜖

2.3.6.3. Khởi động lại

2.3.6.4. Kết hợp đa toán tử tự động thích ứng

2.3.7. Số liệu đầu vào

2.4. Kết luận chương 2

3. CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ XÂY DỰNG GIẢI PHÁP VẬN HÀNH TỐI ƯU HỆ THỐNG HỒ CHỨA TRONG MÙA CẠN TRÊN LƯU VỰC SÔNG HỒNG

3.1. Mô hình hệ thống hồ chứa

3.2. Mô hình hạ lưu

3.3. Xây dựng mô hình Mike 11 cho vùng Đồng bằng sông Hồng. Mô hình thay thế

3.4. Kích thước bài toán, máy tính, và ngôn ngữ lập trình

3.5. Giao diện cho vận hành thời gian thực

3.6. Phân tích và đánh giá kết quả tính toán các hàm vận hành tối ưu

3.7. Kết luận chương 3

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC 2

I. Tính cấp thiết của đề tài luận án

Hệ thống sông Hồng là một trong những hệ thống sông lớn nhất Việt Nam, đóng vai trò quan trọng trong phát triển kinh tế và xã hội. Tuy nhiên, tình trạng cạn kiệt dòng chảy đang diễn ra ngày càng nghiêm trọng, ảnh hưởng đến việc vận hành hồ chứa và cung cấp nước cho hạ du. Các nguyên nhân như khai thác dòng chảy từ thượng nguồn, tác động của biến đổi khí hậu và các hoạt động khai thác cát trái phép đã làm gia tăng áp lực lên hệ thống. Quy trình quản lý nước hiện tại chưa đáp ứng được yêu cầu thực tiễn, cần thiết phải có các nghiên cứu về giải pháp tối ưu hóa vận hành hệ thống hồ chứa trong mùa cạn nhằm đảm bảo phát điện và cấp nước hiệu quả.

II. Mục đích nghiên cứu

Mục đích chính của nghiên cứu là xây dựng cơ sở khoa học để đề xuất giải pháp vận hành hồ chứa thượng lưu sông Hồng trong mùa cạn. Nghiên cứu sẽ tập trung vào việc tối ưu hóa phát điện và cấp nước hạ du theo hướng tối ưu hóa đa mục tiêu. Việc ứng dụng thuật toán BORG-MOEA sẽ giúp phân tích và tối ưu hóa các mục tiêu vận hành, từ đó đưa ra các hàm vận hành thời gian thực phù hợp với thực tiễn của hệ thống hồ chứa. Điều này không chỉ giúp nâng cao hiệu quả sử dụng tài nguyên nước mà còn đảm bảo an toàn cho các hoạt động kinh tế - xã hội trong khu vực.

III. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của luận án là hệ thống các hồ chứa thủy điện lớn trên lưu vực sông Hồng, bao gồm các hồ như Bản Chát, Lai Châu, Sơn La, Hòa Bình, Thác Bà và Tuyên Quang. Phạm vi nghiên cứu sẽ tập trung vào việc phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến vận hành hồ chứa trong mùa cạn, từ đó đề xuất các giải pháp tối ưu hóa phù hợp. Nghiên cứu sẽ xem xét các điều kiện tự nhiên, khí hậu, thủy văn và các yếu tố kinh tế - xã hội có liên quan đến việc quản lý và sử dụng nước trong khu vực.

IV. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sẽ áp dụng cách tiếp cận hệ thống và tổng hợp, xem xét lưu vực sông Hồng như một hệ thống thống nhất. Các phương pháp nghiên cứu bao gồm điều tra thực địa, thu thập số liệu khí tượng, thủy văn, và phân tích các yếu tố tác động đến vận hành hồ chứa. Bên cạnh đó, nghiên cứu cũng sẽ sử dụng các phương pháp mô phỏng và tối ưu hóa để xây dựng các hàm mục tiêu và ràng buộc cho bài toán vận hành. Việc áp dụng các công nghệ mới và phương pháp tính toán hiện đại sẽ giúp nâng cao độ chính xác và hiệu quả của các giải pháp đề xuất.

V. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án

Luận án không chỉ có ý nghĩa khoa học mà còn mang lại giá trị thực tiễn cao trong việc quản lý nước và vận hành hồ chứa. Các giải pháp tối ưu hóa được đề xuất sẽ giúp nâng cao hiệu quả sử dụng tài nguyên nước, đảm bảo cung cấp nước cho hạ du và phát điện trong mùa cạn. Đồng thời, nghiên cứu cũng sẽ góp phần vào việc xây dựng các chính sách quản lý nước bền vững, đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế - xã hội trong khu vực đồng bằng sông Hồng. Điều này sẽ tạo ra một nền tảng vững chắc cho các nghiên cứu tiếp theo trong lĩnh vực quản lý tài nguyên nước.

Nghiên cứu phương pháp tối ưu vận hành hệ thống hồ chứa thượng lưu lưu vực sông Hồng trong mùa cạn