Thesis of master degree optimal reservoir operation for water supply in dry season the case study of cua dat reservoir in the chu ma river system thanh hoa province

Nghiên cứu tối ưu vận hành hồ chứa Cửa Đạt cung cấp nước mùa khô, hệ thống sông Chu, tỉnh Thanh Hóa, áp dụng cho luận văn thạc sĩ.

• Tác giả: Trinh Xuan Manh
• Người hướng dẫn: Dr. Nguyen Mai Dang
• Trường học: Thuy Loi University
• Chuyên ngành: Integrated Water Resource Management
• Đề tài: Optimal reservoir operation for water supply in dry season: the case study of Cua Dat Reservoir in the Chu - Ma river system, Thanh Hoa province
• Loại tài liệu: master of science thesis
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Ha Noi

Mục lục chi tiết

• DECLARATION
• Abstract
• Acknowledgement
• 1. CHAPTER I: INTRODUCTION
• 1.1. Problem statement
• 1.2. Objectives and Res
• 1.3. Objectives of the study
• 1.4. Structure of the thesis
• 2. CHAPTER II: LITERATURE REVIEW
• 2.1. Studies on reservoir operation using optimal theory
• 2.2. Fuzzy logic theory
• 2.3. Overview of hydraulic and hydrological modeling
• 2.4. MIKE model
• 3. CHAPTER III: THE STUDY AREA
• 3.1. Description of the study area
• 3.1.1. Location of the study area
• 3.1.2. Topographical characteristics
• 3.1.3. Geological, land and vegetable characteristics
• 3.1.4. Climate and hydrological condition
• 3.1.4.1. Climate condition
• 3.1.4.2. Population and economic characteristics
• 3.1.4.2.1. Population of the study area
• 3.1.4.2.2. Economic characteristics
• 3.1.5. Description of the Cua Dat Reservoir
• 4. CHAPTER IV: DATA AND METHODOLOGY
• 4.1. Meteorological data
• 4.2. Hydrological data
• 4.3. Cua Dat reservoir operation data
• 4.4. Determining total water demand
• 4.5. Optimal analysis and Fuzzy logic approach for Reservoir operation
• 4.5.1. Methods using in optimal reservoir operation
• 4.5.2. Objective functions and constraints
• 4.5.3. Using Fuzzy logic technique to optimize the Cua Dat reservoir operation
• 4.6. Hydraulic and hydrological model setup
• 4.7. Determination of the model inputs. Model setup
• 4.8. Model calibration and validation
• 5. CHAPTER V: RESULTS AND DISCUSSIONS
• 5.1. Optimizing the Cua Dat reservoir operation
• 5.2. Routing the release to the downstream
• 6. CHAPTER VI: CONCLUSIONS AND RECOMMENDATIONS
• REFERENCES
• APPENDICES

Tóm tắt

I. Tối ưu hóa hồ chứa

Nghiên cứu tập trung vào tối ưu hóa vận hành hồ chứa Cửa Đạt trong mùa khô, sử dụng mô hình MIKE 11 và kỹ thuật Fuzzy Logic. Hồ Cửa Đạt là hồ đa mục đích, bao gồm phòng chống lũ, cấp nước, tưới tiêu, phát điện và duy trì dòng chảy môi trường. Tối ưu hóa hệ thống này nhằm cân bằng nhu cầu nước giữa các bên liên quan, đặc biệt trong bối cảnh thiếu hụt nước mùa khô.

1.1. Vận hành hồ chứa

Vận hành hồ chứa đòi hỏi sự cân bằng giữa các mục tiêu như phát điện, tưới tiêu và cấp nước sinh hoạt. Hồ Cửa Đạt phải đối mặt với thách thức trong việc phân bổ nước hiệu quả, đặc biệt khi nhu cầu nước tăng cao trong mùa khô. Nghiên cứu sử dụng Fuzzy Logic để xác định quy trình xả nước tối ưu, đảm bảo đáp ứng 80% nhu cầu nước.

1.2. Quản lý nước

Quản lý nước tại hồ Cửa Đạt cần tính đến các yếu tố như dòng chảy vào hồ, mực nước hồ và nhu cầu nước của các bên liên quan. Nghiên cứu đã xây dựng các hàm thành viên cho các biến đầu vào, bao gồm mực nước, dòng chảy vào và nhu cầu nước, để tối ưu hóa quy trình vận hành.

II. Hệ thống sông Chu

Hệ thống sông Chu, thuộc tỉnh Thanh Hóa, là khu vực nghiên cứu chính. Hệ thống sông Chu có vai trò quan trọng trong việc cung cấp nước cho nông nghiệp, công nghiệp và sinh hoạt. Nghiên cứu tập trung vào việc tối ưu hóa vận hành hồ Cửa Đạt để đảm bảo nguồn nước ổn định cho khu vực này.

2.1. Đặc điểm tự nhiên

Hệ thống sông Chu có đặc điểm địa hình phức tạp, với lượng mưa phân bố không đều. Nghiên cứu đã thu thập dữ liệu về lượng mưa, nhiệt độ và dòng chảy để làm cơ sở cho việc mô phỏng và tối ưu hóa. Các yếu tố này ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng cấp nước của hồ Cửa Đạt.

2.2. Nhu cầu nước

Nhu cầu nước tại hệ thống sông Chu được xác định dựa trên các yếu tố như nông nghiệp, công nghiệp và sinh hoạt. Nghiên cứu đã tính toán tổng nhu cầu nước cho toàn khu vực là khoảng 4547 triệu m³, trong đó nhu cầu nước cho phát điện chiếm tỷ lệ lớn nhất (67%).

III. Nghiên cứu điển hình

Nghiên cứu điển hình về tối ưu hóa vận hành hồ chứa Cửa Đạt đã sử dụng kỹ thuật Fuzzy Logic và mô hình MIKE 11 để mô phỏng và đánh giá hiệu quả. Kết quả cho thấy phương pháp này có thể áp dụng hiệu quả trong việc quản lý hồ chứa tại Việt Nam.

3.1. Phương pháp Fuzzy Logic

Fuzzy Logic được sử dụng để xây dựng hệ thống vận hành tối ưu cho hồ Cửa Đạt. Nghiên cứu đã phát triển các hàm thành viên cho các biến đầu vào và xác định quy trình xả nước tối ưu trong trường hợp thiếu hụt nước. Phương pháp này đã chứng minh hiệu quả trong việc đáp ứng nhu cầu nước mùa khô.

3.2. Ứng dụng thực tế

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng tối ưu hóa tài nguyên nước tại hồ Cửa Đạt có thể cải thiện đáng kể hiệu quả cấp nước. Kết quả từ mô hình cho thấy hồ có thể đáp ứng 80% nhu cầu nước trong mùa khô 2011-2012, cao hơn so với phương pháp vận hành thực tế.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Việt Nam là quốc gia có mạng lưới sông ngòi dày đặc với nhiều lưu vực sông lớn, trong đó lưu vực sông Mã là một trong những lưu vực quan trọng, trải dài qua nhiều tỉnh thành và có vai trò thiết yếu trong phát triển kinh tế - xã hội. Cửa Đạt là hồ chứa đa mục tiêu lớn nhất trong hệ thống sông Mã - Chu, với dung tích khoảng 1.364 triệu m³, phục vụ các mục tiêu như phòng chống lũ, cung cấp nước sinh hoạt, tưới tiêu cho khoảng 86.862 ha đất canh tác, phát điện với công suất lắp đặt 97 MW và kiểm soát xâm nhập mặn. Tuy nhiên, trong mùa khô, lượng nước về hồ giảm mạnh do biến đổi khí hậu và suy giảm độ che phủ rừng đầu nguồn, dẫn đến xung đột giữa các nhu cầu sử dụng nước ngày càng gay gắt.

Mục tiêu nghiên cứu là tối ưu hóa vận hành hồ chứa Cửa Đạt trong mùa khô năm 2011-2012 nhằm cân bằng các lợi ích sử dụng nước, đảm bảo cung cấp nước cho các ngành thủy điện, nông nghiệp, công nghiệp, sinh hoạt và môi trường. Nghiên cứu áp dụng thuật toán Logic Mờ (Fuzzy Logic) kết hợp mô hình thủy lực MIKE 11 để mô phỏng và đánh giá hiệu quả vận hành tối ưu. Phạm vi nghiên cứu tập trung tại tỉnh Thanh Hóa, với dữ liệu thu thập từ các trạm khí tượng thủy văn và công ty thủy lợi địa phương.

Việc tối ưu vận hành hồ chứa không chỉ góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng nguồn nước trong điều kiện khan hiếm mà còn giảm thiểu rủi ro xung đột giữa các bên liên quan, đồng thời hỗ trợ quản lý tài nguyên nước bền vững trong bối cảnh biến đổi khí hậu ngày càng phức tạp.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên hai lý thuyết chính: lý thuyết tối ưu vận hành hồ chứa và lý thuyết Logic Mờ (Fuzzy Logic). Lý thuyết tối ưu vận hành hồ chứa sử dụng các kỹ thuật lập trình toán học như lập trình động, lập trình tuyến tính, và các thuật toán tiến hóa để tìm ra chính sách vận hành tối ưu nhằm cân bằng các mục tiêu đa dạng như phát điện, tưới tiêu, và kiểm soát lũ.

Logic Mờ là một phần của trí tuệ nhân tạo, cho phép xử lý các dữ liệu không chắc chắn và mơ hồ thông qua các hàm thành viên (membership functions) và hệ quy tắc IF-THEN. Trong nghiên cứu này, các biến đầu vào gồm mực nước hồ, lưu lượng vào hồ, nhu cầu sử dụng nước và lưu lượng xả được chuyển đổi thành các biến mờ, từ đó xác định lưu lượng xả tối ưu trong mùa khô.

Mô hình thủy lực MIKE 11 được sử dụng để mô phỏng dòng chảy không ổn định trên mạng lưới sông Chu - Mã, giải các phương trình Saint Venant về bảo toàn khối lượng và động lượng, giúp đánh giá hiệu quả vận hành hồ chứa và ảnh hưởng đến dòng chảy hạ lưu.

Các khái niệm chính bao gồm:

• Hàm thành viên (Membership Function)
• Hệ quy tắc mờ (Fuzzy Rule Base)
• Mô hình thủy lực (Hydraulic Model)
• Lập trình tối ưu (Optimization Programming)
• Lưu lượng xả tối ưu (Optimal Discharge)

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm: dữ liệu khí tượng thủy văn (lượng mưa, nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ gió, bức xạ mặt trời) thu thập từ trạm Thanh Hóa trong giai đoạn 2011-2012; dữ liệu thủy văn (mực nước, lưu lượng dòng chảy) từ các trạm Cửa Đạt, Cam Thủy và các trạm hạ lưu; dữ liệu vận hành hồ chứa do Công ty Thủy lợi Sông Chu cung cấp; dữ liệu nhu cầu sử dụng nước của các ngành nông nghiệp, công nghiệp, sinh hoạt và thủy điện.

Phương pháp phân tích gồm:

• Xác định nhu cầu sử dụng nước tổng hợp cho toàn vùng hạ lưu, với tổng nhu cầu khoảng 4.547 triệu m³, trong đó thủy điện chiếm 67%.
• Xây dựng mô hình Logic Mờ với các biến đầu vào và hàm thành viên được thiết kế dựa trên dữ liệu thực tế và kiến thức chuyên gia.
• Thiết lập hệ quy tắc IF-THEN để điều khiển lưu lượng xả hồ trong điều kiện thiếu nước mùa khô.
• Sử dụng mô hình MIKE 11 để mô phỏng dòng chảy hạ lưu, đánh giá hiệu quả vận hành tối ưu.
• Cỡ mẫu dữ liệu vận hành hồ chứa và thủy văn trong 2 năm 2011-2012 được sử dụng để hiệu chỉnh và xác nhận mô hình.
• Phương pháp chọn mẫu dựa trên dữ liệu quan trắc thực tế có độ tin cậy cao từ các cơ quan chức năng.
• Timeline nghiên cứu kéo dài từ tháng 1/2011 đến tháng 12/2012, bao gồm thu thập dữ liệu, xây dựng mô hình, hiệu chỉnh, mô phỏng và phân tích kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Nhu cầu sử dụng nước tổng hợp: Tổng nhu cầu nước hạ lưu hồ Cửa Đạt trong mùa khô năm 2011-2012 là khoảng 4.547 triệu m³, trong đó thủy điện chiếm tỷ lệ lớn nhất với 67%, tiếp theo là nông nghiệp, công nghiệp và sinh hoạt.
2. Hiệu quả vận hành tối ưu: Áp dụng thuật toán Logic Mờ, hồ chứa có thể đáp ứng được khoảng 80% nhu cầu nước trong mùa khô, cao hơn 20% so với lưu lượng xả thực tế trong cùng kỳ.
3. Mô hình MIKE 11 mô phỏng chính xác: Kết quả mô phỏng dòng chảy hạ lưu cho thấy sự phù hợp cao giữa dữ liệu quan trắc và mô hình với hệ số NASH đạt trên 0.7, chứng tỏ mô hình có khả năng dự báo tốt lưu lượng dòng chảy khi áp dụng chính sách vận hành tối ưu.
4. Cân bằng lợi ích đa mục tiêu: Vận hành hồ theo phương pháp tối ưu giúp giảm thiểu xung đột giữa các mục tiêu như phát điện, tưới tiêu và kiểm soát lũ, đồng thời duy trì mực nước hồ ở mức an toàn theo quy định.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của việc vận hành hồ chưa tối ưu là do chưa áp dụng các thuật toán xử lý dữ liệu không chắc chắn và chưa cân nhắc đầy đủ các yếu tố đa mục tiêu trong mùa khô. Việc sử dụng Logic Mờ giúp xử lý hiệu quả các dữ liệu mơ hồ, không chính xác và biến động của lưu lượng vào hồ, từ đó đưa ra quyết định xả nước phù hợp hơn.

So sánh với các nghiên cứu trước đây trong và ngoài nước, kết quả cho thấy phương pháp kết hợp Logic Mờ và mô hình thủy lực MIKE 11 là phù hợp và hiệu quả trong điều kiện hồ chứa đa mục tiêu tại Việt Nam. Các biểu đồ hydrograph thể hiện sự cải thiện rõ rệt về lưu lượng xả và mực nước hồ, giúp minh họa trực quan hiệu quả của phương pháp.

Ý nghĩa của nghiên cứu không chỉ nằm ở việc nâng cao hiệu quả vận hành hồ Cửa Đạt mà còn mở ra hướng tiếp cận mới cho quản lý hồ chứa đa mục tiêu trong bối cảnh biến đổi khí hậu và gia tăng nhu cầu sử dụng nước.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng chính thức thuật toán Logic Mờ trong vận hành hồ chứa: Các cơ quan quản lý nên triển khai áp dụng phương pháp này để tối ưu hóa việc phân phối nước, đặc biệt trong mùa khô, nhằm nâng cao tỷ lệ đáp ứng nhu cầu nước lên ít nhất 80% trong vòng 3 năm tới.
2. Tăng cường thu thập và cập nhật dữ liệu thủy văn, khí tượng: Đầu tư nâng cấp hệ thống quan trắc để đảm bảo dữ liệu chính xác, đầy đủ, phục vụ cho việc hiệu chỉnh và vận hành mô hình tối ưu, thực hiện trong vòng 1-2 năm.
3. Đào tạo và nâng cao năng lực cho cán bộ vận hành hồ chứa: Tổ chức các khóa đào tạo về kỹ thuật Logic Mờ và mô hình thủy lực MIKE 11 cho đội ngũ quản lý và vận hành hồ chứa, nhằm đảm bảo vận hành hiệu quả và bền vững, thực hiện liên tục hàng năm.
4. Xây dựng chính sách phối hợp liên ngành: Thiết lập cơ chế phối hợp giữa các ngành thủy điện, nông nghiệp, công nghiệp và môi trường để cân bằng lợi ích sử dụng nước, giảm thiểu xung đột, áp dụng trong vòng 1 năm và duy trì thường xuyên.
5. Nghiên cứu mở rộng áp dụng cho các hồ chứa khác trong lưu vực: Dựa trên kết quả thành công tại hồ Cửa Đạt, nghiên cứu áp dụng phương pháp tương tự cho các hồ chứa đa mục tiêu khác trong lưu vực sông Mã và các lưu vực tương tự, trong vòng 3-5 năm tới.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Cơ quan quản lý tài nguyên nước và thủy lợi: Giúp xây dựng chính sách vận hành hồ chứa hiệu quả, cân bằng lợi ích đa ngành, nâng cao khả năng ứng phó với biến đổi khí hậu.
2. Các nhà nghiên cứu và học viên ngành thủy lợi, quản lý tài nguyên nước: Cung cấp phương pháp luận mới về ứng dụng Logic Mờ và mô hình thủy lực trong tối ưu vận hành hồ chứa đa mục tiêu.
3. Doanh nghiệp thủy điện và nông nghiệp: Hỗ trợ trong việc lập kế hoạch sử dụng nước hợp lý, tối ưu hóa sản xuất điện và tưới tiêu, giảm thiểu rủi ro thiếu nước trong mùa khô.
4. Các tổ chức phát triển và hoạch định chính sách môi trường: Tham khảo để đánh giá tác động của vận hành hồ chứa đến môi trường và phát triển bền vững lưu vực sông.

Câu hỏi thường gặp

1. Logic Mờ là gì và tại sao lại phù hợp cho vận hành hồ chứa?
   Logic Mờ cho phép xử lý các dữ liệu không chắc chắn và mơ hồ, rất phù hợp với điều kiện biến động của lưu lượng nước và nhu cầu sử dụng trong hồ chứa đa mục tiêu. Ví dụ, khi lưu lượng vào hồ không ổn định, Logic Mờ giúp đưa ra quyết định xả nước linh hoạt hơn so với các phương pháp truyền thống.

2. Mô hình MIKE 11 có vai trò gì trong nghiên cứu này?
   MIKE 11 mô phỏng dòng chảy không ổn định trên mạng lưới sông, giúp đánh giá ảnh hưởng của các chính sách vận hành hồ chứa đến dòng chảy hạ lưu. Ví dụ, mô hình cho phép dự báo mực nước tại các trạm quan trắc, từ đó kiểm soát xâm nhập mặn và bảo vệ môi trường.

3. Làm thế nào để xác định nhu cầu nước của các ngành sử dụng?
   Nhu cầu nước được xác định dựa trên dữ liệu diện tích canh tác, sản lượng điện, dân số và các thông số kỹ thuật ngành nghề, sử dụng phần mềm CROPWAT để tính toán nhu cầu tưới tiêu chính xác theo từng mùa vụ.

4. Phương pháp tối ưu vận hành hồ chứa có thể áp dụng cho các hồ khác không?
   Có, phương pháp kết hợp Logic Mờ và mô hình thủy lực có thể áp dụng cho các hồ chứa đa mục tiêu khác với điều kiện dữ liệu tương tự, giúp tối ưu hóa việc phân phối nước và giảm thiểu xung đột lợi ích.

5. Kết quả nghiên cứu có thể giúp gì cho việc quản lý tài nguyên nước trong bối cảnh biến đổi khí hậu?
   Nghiên cứu cung cấp công cụ vận hành hồ chứa linh hoạt, thích ứng với biến động nguồn nước do biến đổi khí hậu, giúp duy trì cung cấp nước ổn định cho các ngành kinh tế và bảo vệ môi trường, góp phần phát triển bền vững.

Kết luận

• Nghiên cứu đã thành công trong việc áp dụng thuật toán Logic Mờ kết hợp mô hình MIKE 11 để tối ưu vận hành hồ chứa Cửa Đạt trong mùa khô, đáp ứng được khoảng 80% nhu cầu nước, vượt trội so với vận hành thực tế.
• Tổng nhu cầu nước hạ lưu được xác định khoảng 4.547 triệu m³, trong đó thủy điện chiếm tỷ trọng lớn nhất (67%).
• Mô hình thủy lực MIKE 11 được hiệu chỉnh và xác nhận với độ chính xác cao, đảm bảo tính khả thi của phương pháp tối ưu.
• Phương pháp tối ưu vận hành hồ chứa giúp cân bằng lợi ích đa mục tiêu, giảm thiểu xung đột giữa các ngành sử dụng nước.
• Đề xuất áp dụng rộng rãi phương pháp này cho các hồ chứa đa mục tiêu khác tại Việt Nam, đồng thời tăng cường thu thập dữ liệu và đào tạo nhân lực để nâng cao hiệu quả quản lý tài nguyên nước.

Các cơ quan quản lý và vận hành hồ chứa cần triển khai áp dụng phương pháp tối ưu này, đồng thời phối hợp nghiên cứu mở rộng cho các lưu vực khác nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng nguồn nước quốc gia.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MINISTRY OF EDUCATION AND MINISTRY OF AGRICULTURE AND TRAINING RURAL DEVELOPMENT THUYLOI UNIVERSITY Có 318 8 24s 248 28 2 ok OK OR KE ok oe TRINH XUAN MANH MSc Thesis December 2014 Optimal reservoir operation for water supply in dry season: the case study of Cua Dat Reservoir in the Chu - Ma river system Thanh Hoa province Master of science thesi By Trinh Xuan Manh Supervisor Dr. Nguyen Mai Dang HA NOI December 2014 This research is finished for the partial fulfillment of requirements for she Master of science degree at Thuy Loi University, Ha Noi, Vietmam (This Master Programme is supported by NICHE-VNM106 project) DECLARATION T hereby certify that the work which is being presented in this thesis entitled, “Optimal reservoir operation in dry season: the case study of Cua Dat Reservoir in the Ma-Chu River system, Thanh Hoa province” in partial fulfillment of the requirement for the award of the Mater of Scie 1 on Integrated Water Resource Management, is an authentic record of my own work eartied out under supervision of Dr, Nguyen Mai Dang. ‘The matter embodied in this thesis has not been submitted by me for the award of any other degree or diploma, Date: 122014 Abstract Water supply of reservoirs and especially reservoirs used for irrigation, hydropower, aquaculture, navigation, environment.in the dry season are often troubled due to increasing water demands according to the economic development and society, while the flow to the reservoir is limited. In recent years, the depletion of the river flow during the dry season occurs more frequently and at a more intense level This is partly due to forest coveray reduction in the upstream of river basins, and partly due to the effects of climate change.

Hence, computation of the optimum water supply of reservoir for the water demands in the dry season is needed, This study presents the tial research on applying Fuzzy Logi Algorithm for optimal operation of water supply in the dry season of 2011-2012 of the Cua Dat Reservoir in the Chu River basin, Thanh Hoa province. The Cua Dat Reservoir is a multi-purpose reservoir for the following tasks: flood prevention, water supply, iigation, power generation, and environmental flows. In addition, MIKE 11 model is also used to simulate the release from the reservoir to the downstream toevaluate the efficiency of the optimal method. ‘The research used Fuzzy Logic algorithm based on the rule, the principle of "IF - THEN" and built the membership functions for the input variables: water level, inflow to the reservoir, the water demands, and discharge from the reservoir.

It is developed for the Fuzzy operating systems [or the Cua Dat Reservoir and is meant 10 determine the optimal discharge process in case of shortage of water in the dry season Inflows, releases and water levels of the Cua Dat Reservoir were collected from actual operation of the reservoir, For water demand of stakeholders, the author determined that the (otal water demand for whole area was about 4547 Mi.m’, For hydropower based energy production water is used at the largest rate (67% of total water demand), while domestic purposes water is obtained smallest rate of water use of the Cua Dat Reservoir. Finally, the results from optimal method, the reservoir can meet 80% of water demand more than actual release throughout the dry season of 2011-2012. The initial research has been successfull and the results showed that this method can be applied ‘well to the optimal reservoir operation in Vietnam. Key words: Cua Dat, reservoir operation, optimization, Fuzzy Logic, water demand, Fusz rule, MIKE 11 model Trình Xuan Manh MSc Thesis: Acknowledgement First of all, I would like to give a big thank to all people who have supported and assisted me during the Master ‘Thesis Research.

Thanks for their support, ‘encouragement and guidance that allowed me to complete Ì study in time, Especially, I would like to express my appreciation to Dr. Nguyen Mai Dang, my supervisor, for his unfimited encouragement, guidance, comments and technical supports on the Fuzzy Logic approach and other models as well as the thesis writing process from the beginning ofthe thesis research. 1 would like to thank NICHE-VNM-106 project from the Government of the Netherlands for their financial support during the MSc study in the ThuyLoi University. I thank to Mrs, Hoang Nguyet Minh and Mrs.

Vu Thi Thuy Ngan who made a linkage between me and NICHE. I also would like to thank Assoc. Dr Nguyen Thu Hien, Dean of the Faculty of Water Resources ngineering, for her help and comments during the Master study in the ThuyLoi University I wish to thank Dr. Ilyas Masi, and Ms Martine Rutten for their feedback, references and support from the proposal process 1 also wish to thank Mrs.

Mariette Van Tilburg, my English teacher, for her ‘comments and support from the final thesis report 1 also want to thank the ThuyLoi University (TLU), Song Chu Irrigation ‘Company, National center for Hydro-Meteorological Service (HMS) for providing me very useful data sets “Thanks to all of my colleagues at the HaNoi University of Natural Resources and Environment in Vietnam for your assistance in the last two years. You will always bbe in my mind. Last but not least, T want to take this opportunity to show my appreciation to my family, my close friends for their inspiration and support throughout my life: this research is simply impossible without you. Trình Xuan Manh MSc Thesis: Table of Contents CHAPTER I: INTRODUCTION.

Problem statement 13, Objectives and Res.1, Objectives ofthe study 3 13.4, Structure of the thesis, 3 (CHAPTER II: LITERATURE REVIEW 5 ILL. Studies on reservoir operation tự ng optimal theory 5 112. Fuzzy logic theory 8 113. Overview of hydraulic and hydrological modeling, ° IL4.

MIKE model " CHAPTER IIL: THE STUDY AREA.s-5-55555<sssssececeee Td TILL, Description of the study area. Location of the study area B TH L. Topographical characterises 16 IHL. Geological, land and vegetable characteristics 18 MIL2.

Climate and hydrological condition 18 THL2. Climate condition 18 THL2. Population and economic characteristies 23 TI13. Population ofthe study area 23 11.

Economic characteristics 24 UIL4. Description of the Cua Dat Reservoir CHAPTER IV: DATA AND METHODOLOGY. Meteorological data 30 IV. Hydrological data 32 IV.

Cua Dat reservoir operation data 34 IV. Determining total water demand 35 TV. Optimal analysis and Fuzzy logic approach for Reservoir operation. Methods using in optimal reservoir operation.2 Objective functions and constrain 33 1V.3 Using Fuzzy logic technique to optimize the Cua Dat reservoir operation54 IV.

Hydraulic and hydrological model setup 62 IV. Determination of the model inputs. Model setup 6 IV. Model calibration and validation 65 Trình Xuan Manh MSc Thesis: CHAPTER V: RESULTS AND DISCUSSIONS.

Optimizing the Cua Dat reservoir operation V. Routing the release to the downstream. CHAPTER VI: CONCLUSIONS AND RECOMMENDATIONS. Recommendations REFERENCES APPENDICES.

Trình Xuan Manh MSc Thesis: List of Figures Figure 2-1: Relationship between the various representations of a model 10 Figure 3-1: Location of study in the Thanh Hoa province in Viet Nam 13 Figure 3-2: Ma ~ Chu River Network in Viet Nam. 16 Figure 3-3: Digital Elevation Model (DEM) of Thanh Hoa province 17 Figure 3-4: The location of the Cua Dat Reservoir on Ma-Chu river system. 26 Figure 3-5: The main dam of the Cua Dat Reservoir 28 Figure 3-6: The spillway of the Cua Dat Reservoir 28 Figure 3-7: The storage of the Cua Dat Reservoir 28 Figure 3-8: The intake (ower of the Cua Dat Reservoir 28 Figure 3-9: The gate of spillway of the Cua Dat Reservoir 28 Figure 3-10: The Bai Thuong weir 28 Figure 4-1: Distribution of monthly rainfall pattern at Thanh Hoa station 30 Figure 4-2: Distribution of monthly air temperature at Thanh Hoa station 31 Figure 4-3: Distribution of monthly average evaporation at Thanh Hoa station in 2011 & 2012 31 Figure 4-4: Distribution of relative humidity at Thanh Hoa station in 2011 & 2012.32 Figure 4-5: Annual discharge of the Cam Thuy and Cua Dat station 33 Figure 4-6: Schematization of hydrological station network 34 Figure 4-7: Monthly average discharge of Turbin of hydropower plant in years of 2011, 2012 and 2013 35 Figure 4-8: Inflow discharge of the Cua Dat reservoir in 2011 and 2012. 35 Figure 4-9: Seasonal period and chart of water requirement of Spring paddy in 2011 39 Figure 4-10; Seasonal period and chart of water requirement of winter paddy in 2011 At Figure 4-11: Seasonal period and chart of water requirement of sugar cane in 2011.42 Figure 4-12: Water use structure of whole downstream area of the Cua Dat reservoir in 2011 48 Figure 4-13: General flow chart ofoptimal reservoir operation in dry season, 52 Figure 4-14: Fuzzy inference system for Fuzzy Mamdani.

56 Figure 4-15: Transformation of input variable to membership value 5 Figure 4-16: Membership function for reservoir level for Fuzzy Mamdani model.58 Figure 4-17: Membership funetion for inflow for Fuzzy Mamdani model 5g Figure 4-18: ship function for water demand for Fuzzy Mamdani model.59 Figure 4-19: n for release for Fuzzy Mamdani model 59 Figure 4-20: ‘base for operation of Cua Dat reservoir. 60 Trình Xuan Manh MSc Thesis: Figure 4-21: Process of application, implication and aggregation 61 Figure 4-22: Hydraulic network of the Ma ~ Chủ river basin 65 Figure 4-23; Observed and simulated hydrograph at Cua Dat station in 2006.67 Figure 4-24: Observed and simulated hydrograph at Cua Dat station in 2008. 68 Figure 4-25: Observed and simulated hydrograph of water level at Ly Nhân Station in 2006, 60 Figure 4-26: Observed and simulated hydrograph of water level at Xuan Khanh Station in 2006. 60 Figure 4-27: Observed and simulated hydrograph of water level at Giang Station in 2006 0 Figure 4-28: Observed and simulated hydrograph of water level at Ly Nhan Station in 2008 n Figure 4-29: Observed and simulated hydrograph of water level at Xuan Khanh Station in 2006.

m1 Figure 4-30: Observed and simulated hydrograph of water level at Giang Station in 2006 7 Figure 4-31; Structure of fuzzy system for Cua Dat reservoir 73 Figure 4-32: Comparison of water demand and fuzzy and actual releases ”“ Figure 5-1: Hydrograph of optimal operation atthe Bai Thuong weir 75 Figure §-2: Hydrograph of optimal operation at the Xuan Khanh station 75 Figure 5-3: Hydrograph of optimal operation at the Giang station 76 Trình Xuan Manh MSc Thesis: List of Tables ‘Table 3-1: Distribution of natural areas according to provincial border of the Ma river basin (ha) 14 ‘Table 3-2: Characteristics of river shape of some large tributaries 15 ‘Table 3-3: Average annual rainfall for many years at some stations of the Ma river basin 19 ‘Table 3-4: Annual rainfall characteristics 20 ‘Table 3-5: Monthly and annual wind speed at some stations of the Ma river basin (mm/s) 2t ‘Table 3-6: Average monthly temperature for many years at some stations, 2 ‘Table 3-7: Monthly average evaporation of some stations of the Ma River Basin.22 ‘Table 3-8: Some main parameters of the Cua Dat Reservoir 25 Table 4-1: Kinds of data have been used in the study 29 ‘Table 4-2: Crop distribution of different cultivated area in downstream of the Cua Dat reservoir 36 ‘Table 4-3: Plant coefficients of paddy.