›

Luận án Nghiên cứu chế độ vận hành tích nước trong thời kỳ mùa lũ cho hệ thống hồ chứa bậc thang Hòa Bình và Sơn La

pdf 161 trang thiennha21 13/04/2022 5890
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Luận án Nghiên cứu chế độ vận hành tích nước trong thời kỳ mùa lũ cho hệ thống hồ chứa bậc thang Hòa Bình và Sơn La", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfluan_an_nghien_cuu_che_do_van_hanh_tich_nuoc_trong_thoi_ky_m.pdf

Nội dung text: Luận án Nghiên cứu chế độ vận hành tích nước trong thời kỳ mùa lũ cho hệ thống hồ chứa bậc thang Hòa Bình và Sơn La

  1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƢỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI VŨ THỊ MINH HUỆ NGHIÊN CỨU CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH TÍCH NƢỚC TRONG THỜI KỲ MÙA LŨ CHO HỆ THỐNG HỒ CHỨA BẬC THANG HOÀ BÌNH VÀ SƠN LA LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI, NĂM 2017
  2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƢỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI VŨ THỊ MINH HUỆ NGHIÊN CỨU CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH TÍCH NƢỚC TRONG THỜI KỲ MÙA LŨ CHO HỆ THỐNG HỒ CHỨA BẬC THANG HOÀ BÌNH VÀ SƠN LA NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC 1.PGS.TS PHẠM THỊ HƢƠNG LAN 2.GS.TS HÀ VĂN KHỐI HÀ NỘI, NĂM 2017
  3. LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả. Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận án là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào và dƣới bất kỳ hình thức nào. Việc tham khảo các nguồn tài liệu (nếu có) đã đƣợc thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định. Tác giả luận án Vũ Thị Minh Huệ iii
  4. LỜI CẢM ƠN Trƣớc tiên tác giả xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đến các thầy cô hƣớng dẫn khoa học GS.TS Hà Văn Khối và PGS.TS Phạm Thị Hƣơng Lan đã tận tình định hƣớng, chỉ bảo theo sát tác giả trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thiện Luận án. Tác giả xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Trƣờng Đại học Thuỷ Lợi, Phòng Đào tạo Đại học và Sau Đại học đã tạo điều kiện thuận lợi, hỗ trợ tác giả trong quá trình làm Luận án. Tác giả xin cảm ơn các thầy cô, đồng nghiệp trong Khoa Thuỷ Văn và TNN đã dành nhiều thời gian công sức hỗ trợ tác giả hoàn thành Luận án. Đồng thời tác giả cũng nhận đƣợc sự động viên và ủng hộ rất lớn về vật chất và tinh thần từ trƣờng ĐH Thủy lợi, từ gia đình và bạn bè trong đó có chồng và các con. Từ đáy lòng mình, tác giả xin gửi đến họ những lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất. Tác giả xin trân trọng cám ơn . iv
  5. MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VẬN HÀNH HỒ CHỨA ĐA MỤC TIÊU 6 1.1 Hồ chứa và vấn đề vận hành hồ chứa 6 1.2 Phƣơng pháp quản lý và nguyên tắc vận hành hệ thống hồ chứa đa mục tiêu 8 1.2.1 Các phƣơng pháp quản lý vận hành hệ thống hồ chứa 8 1.2.2 Nguyên tắc vận hành hệ thống hồ chứa 10 1.3 Tổng quan các phƣơng pháp xây dựng quy trình vận hành hệ thống hồ chứa đa mục tiêu 13 1.3.1 Phƣơng pháp sử dụng kỹ thuật tối ƣu hóa 14 1.3.2 Phƣơng pháp mô phỏng 19 1.3.3 Phƣơng pháp kết hợp 20 1.4 Tổng quan về lƣu vực sông Hồng 23 1.4.1 Lƣu vực sông và mạng lƣới sông ngòi 23 1.4.2 Giới thiệu các công trình hồ chứa trên dòng chính sông Hồng 25 1.4.3 Nhiệm vụ chống lũ hạ du và nguyên tắc chung của chế độ vận hành chống lũ hạ du 29 1.4.4 Tổng quan các nghiên cứu phục vụ vận hành hệ thống hồ chứa lƣu vực sông Hồng trong mùa lũ 30 1.4.5 Quá trình phát triển văn bản pháp lý 35 1.5 Kết luận chƣơng 1: 38 CHƢƠNG 2 CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH TÍCH NƢỚC TRONG THỜI KỲ MÙA LŨ ĐỐI VỚI HỆ THỐNG HỒ CHỨA HÒA BÌNH VÀ SƠN LA 40 2.1 Nhận xét về các quy trình đã ban hành và đề xuất hƣớng nghiên cứu chế độ vận hành tích nƣớc 40 2.1.1 Nhiệm vụ chống lũ hạ du và nguyên tắc chung của chế độ vận hành cắt lũ 40 2.1.2 Một số hạn chế của các quy trình vận hành hồ chứa đã ban hành 42 2.1.3 Phân tích thực trạng và những bất cập khi vận hành theo các quy trình đã ban hành 47 2.1.4 Đánh giá khả năng tích nƣớc đầy hồ của hê thống hồ chứa trên sông Đà 50 v
  6. 2.1.5 Sự cần thiết và định hƣớng nghiên cứu bổ sung chế độ vận hành tích nƣớc hồ chứa Hòa Bình và Sơn La 55 2.2 Cơ sở khoa học nghiên cứu xây dựng chế độ vận hành tích nƣớc 57 2.2.1 Quan điểm nghiên cứu 57 2.2.2 Phân chia thời kỳ tích nƣớc 59 2.2.3 Phƣơng pháp thiết lập chế độ vận hành trong thời kỳ tích nƣớc hạn chế . 60 2.2.4 Xây dựng chế độ vận hành ứng phó trong trƣờng hợp xảy ra lũ bất thƣờng trong thời kỳ tích nƣớc 63 2.3 Phân tích cơ sở thực tiễn và tính khả thi xác định mực nƣớc giới hạn Hgh cho hồ chứa Sơn La và Hòa Bình 68 2.3.1 Thực trạng thay đổi chế độ mực nƣớc hạ du thời kỳ mùa lũ 68 2.3.2 Phân tích đặc điểm mƣa lũ và sự hình thành lũ lớn trên lƣu vực 73 2.3.3 Khả năng dự báo và nhận dạng lũ lớn trên hệ thống sông Hồng 76 2.4 Công cụ tính toán 81 2.4.1 Ứng dụng MS Excel tính toán điều tiết dòng chảy qua hồ chứa 81 2.4.2 Mô hình MIKE 11 83 2.5 Kết luận chƣơng 2 85 CHƢƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH TRONG THỜI KỲ TÍCH NƢỚC HỆ THỐNG HỒ CHỨA BẬC THANG HÒA BÌNH VÀ SƠN LA 86 3.1 Thiết lập bài toán 87 3.1.1 Thiết lập kịch bản mực nƣớc Hà Nội 89 3.1.2 Chọn phƣơng án lũ để tính toán xác định mực nƣớc giới hạn Hgh 89 3.1.3 Kết quả tính toán bảng nguyên tắc vận hành tích nƣớc 90 3.1.4 Kiểm tra đánh giá tính khả thi của việc vận hành theo bảng nguyên tắc vận hành tích nƣớc 94 3.2 Kết quả nghiên cứu phƣơng án vận hành ứng phó trong trƣờng hợp xảy ra lũ bất thƣờng trong thời kỳ tích nƣớc đầy hồ 100 3.2.1 Các giải pháp vận hành ứng phó trong trƣờng hợp khẩn cấp trên lƣu vực sông Hồng 101 3.2.2 Đề xuất phƣơng án vận hành hệ thống hồ chứa ứng phó trƣờng hợp xảy ra lũ bất thƣờng trong thời kỳ tích nƣớc 103 3.2.3 Xây dựng kịch bản tính toán 104 vi
  7. 3.2.4 Kết quả tính toán 108 3.3 Đề xuất cơ chế vận hành tích nƣớc hệ thống hồ chứa bậc thang Hòa Bình và Sơn La 114 3.3.1 Thời kỳ tích nƣớc hạn chế (từ 15/06 đến 21/08 hàng năm) 114 3.3.2 Phƣơng án vận hành hồ chứa Sơn La và Hoà Bình ứng phó trƣờng hợp xảy ra lũ bất thƣờng trong thời kỳ tích nƣớc, 115 3.4 Kết luận chƣơng 3 116 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 117 vii
  8. DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1-1: Nguyên tắc vận hành hệ thống hồ chứa bậc thang [10] 10 Bảng 1-2: Nguyên tắc vận hành hệ thống hồ chứa song song [11] 12 Bảng 1-3: Các nhà máy thủy điện trên sông Lý Tiên-thƣợng nguồn sông Đà [46] 25 Bảng 2-1: Quy định về phân bổ dung tích phòng lũ dành cho cắt lũ hạ du theo mực nƣớc khống chế tại Hà Nội của các hồ Sơn La và Hòa Bình trong QT1622. 41 Bảng 2-2 Tóm tắt nội dung QT80, QT198 và QT1622 44 Bảng 2-3: Thống kê mực nƣớc Hà Nội lớn nhất và nhỏ nhất trong mùa lũ 45 Bảng 2-4: Thống kê các phƣơng án vận hành 52 Bảng 2-5: Thống kê số năm tích đến mực nƣớc dâng bình thƣờng hồ chứa 54 Bảng 2-6: Thống kê thời điểm tích đầy hồ chứa Sơn La theo phƣơng án 1 và 3 54 Bảng 2-7: Các hình thế thời tiết gây mƣa lớn ở lƣu vực sông Hồng – Thái Bình [54] . 74 Bảng 2-8: Đặc trƣng đỉnh lũ đặc biệt lớn trên các sông thuộc sông Hồng [50] 75 Bảng 2-9: Một số hình thế thời tiết kết hợp gây mƣa lũ lớn và các mực nƣớc đỉnh lũ trong một số trận lũ lớn điển hình trên hệ thống sông Hồng 75 Bảng 2-10: Đánh giá dự báo hạn ngắn và hạn vừa cho trạm Hà Nội 2008 -2013 [56] . 78 Bảng 2-11: Các phƣơng pháp dự báo thủy văn hạn vừa trên lƣu vực sông Hồng [55] . 78 Bảng 2-12: Đánh giá dự báo dòng chảy 3 ngày tại Hòa Bình và Hà Nội [56] 80 Bảng 2-13: Kết quả dự báo tác nghiệp quá trình dòng chảy hồ Sơn La năm 2016 [55] 80 Bảng 2-14: Kết quả dự báo tác nghiệp dòng chảy hồ Hòa Bình năm 2016 [55] 80 Bảng 2-15: Bảng thống kê các biên trên và biên dƣới 85 Bảng 3-1: Kết quả tính toán Hgh của hồ chứa Sơn La 90 Bảng 3-2: Quan hệ mực nƣớc và dung tích hồ chứa Hòa Bình và Sơn La 94 Bảng 3-3: Tổng hợp các phƣơng án điều chỉnh Hgh 94 Bảng 3-4: Các trận lũ lớn xảy ra tại Sơn Tây 96 Bảng 3-5: Bảng nguyên tắc vận hành tích nƣớc 98 Bảng 3-6: Bảng tổng hợp mực nƣớc hồ chứa Sơn La, Hòa Bình và Hà Nội vận hành theo phƣơng án 1 và 3 99 Bảng 3-7: Quy định mực nƣớc thấp nhất các hồ chứa đƣợc phép hạ xuống để đón lũ theo QT 1622 103 Bảng 3-8: Đặc trƣng của lũ có chu kỳ lặp lại 500 năm tại Sơn Tây với các dạng lũ năm 1969, 1971 và 1996 104 Bảng 3-9: Mực nƣớc các hồ chứa thƣợng nguồn 107 Bảng 3-10: Tổng hợp các phƣơng án tính toán kiểm tra tính khả thi của phƣơng án vận hành ứng phó trƣờng hợp xảy ra lũ bất thƣờng đề xuất 108 Bảng 3-11: Bảng nguyên tắc vận hành tích nƣớc 114 viii
  9. Bảng 3-12: Quy định mực nƣớc thấp nhất các hồ chứa đƣợc phép hạ xuống để đón lũ theo QT 1622 116 ix
  10. DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1-1 Sự cần thiết của điều tiết dòng chảy đáp ứng yêu cầu của xã hội [2] 7 Hình 1-2: Hệ thống hồ chứa bậc thang 11 Hình 1-3: Hệ thống hồ chứa song song 12 Hình 1-4: Bản đồ lƣu vực sông Hồng 24 Hình 1-5 Sơ đồ các hồ chứa trên thƣợng nguồn sông Đà phía Trung Quốc 26 Hình 1-6: Bản đồ lƣu vực sông Đà 28 Hình 1-7: Sơ đồ khối nghiên cứu chế độ vận hành tích nƣớc cho hệ thống hồ chứa Hòa Bình và Sơn La 38 Hình 2-1: Biểu đồ quá trình mực nƣớc hồ Sơn La thời kỳ mùa lũ từ năm 2012-2015 . 48 Hình 2-2: Biểu đồ quá trình mực nƣớc hồ Hòa Bình thời kỳ mùa lũ từ năm 2012- 2015 49 Hình 2-3: Biểu đồ quá trình mực nƣớc Hà Nội thời kỳ mùa lũ năm 2012-2015 49 Hình 2-4 Sơ đồ tính toán thử dần xác định giới hạn của mực nƣớc hồ 61 Hình 2-5: Quá trình lũ tháng 09 năm 1985 tại Hà Nội 64 Hình 2-6: Quá trình lƣu lƣợng mùa lũ (thời đoạn 6h) trạm Trung Ái Kiều và Thổ Khả Hà trên sông Đà năm 2008 65 Hình 2-7: Sơ đồ tiếp cận nghiên cứu đề xuất giải pháp vận hành ứng phó trong trƣờng hợp lũ bất thƣờng 67 Hình 2-8: Đƣờng bao mực nƣớc thấp nhất và mực nƣớc bình quân thời gian tại Hà Nội trƣớc khi có hồ chứa Hòa Bình thời kỳ từ 1/6 đến 15/10 hàng năm. 69 Hình 2-9: Đƣờng bao mực nƣớc thấp nhất và mực nƣớc bình quân thời gian tại Hà Nội sau khi có hồ chứa Hòa Bình thời kỳ từ 1/6 đến 15/10 hàng năm 70 Hình 2-10: Biểu đồ Trị số mực nƣớc trung bình và nhỏ nhất tại Hà Nội theo thời gian mùa lũ giai đoạn 1960-1990 và 1991-2012 71 Hình 2-11: Biểu đồ mực nƣớc Hà Nội lớn nhất và nhỏ nhất trong thời kỳ lũ chính vụ và trong mùa lũ từ năm 1960-2013 72 Hình 2-12: Đƣờng Q H tại trạm thuỷ văn Hà Nội qua các năm 72 Hình 2-13: Sơ đồ mạng thủy lực hệ thống sông lƣu vực sông Hồng. 84 Hình 3-1: Sơ đồ tính toán thiết lập bảng nguyên tắc vận hành 88 Hình 3-2: Quá trình lƣu lƣợng vào và xả qua hồ chứa Sơn La và Hòa Bình điều tiết lũ 500 năm mô hình 1996 với cấp mực nƣớc Hà Nội từ 6,0 m đến 8,0 m. 91 Hình 3-3: Quá trình mực nƣớc hồ chứa Sơn La và Hòa Bình và Hà Nội với cấp mực nƣớc Hà Nội từ 6,0 m đến 8,0 m. 91 Hình 3-4: Quá trình lƣu lƣợng vào và xả qua hồ chứa Sơn La và Hòa Bình điều tiết lũ 500 năm mô hình 1996 với cấp mực nƣớc Hà Nội từ 4,0 m đến 6,0 m. 92 Hình 3-5: Quá trình mực nƣớc hồ chứa Sơn La và Hòa Bình và Hà Nội với cấp mực nƣớc Hà Nội từ 4,0 m đến 6,0 m. 92 x
  11. Hình 3-6: Quá trình lƣu lƣợng vào và xả qua hồ chứa Sơn La và Hòa Bình điều tiết lũ 500 năm mô hình 1996 với cấp mực nƣớc Hà Nội < 4,0 m. 93 Hình 3-7: Quá trình mực nƣớc hồ chứa Sơn La và Hòa Bình và Hà Nội với cấp mực nƣớc Hà Nội < 4,0 m. 93 Hình 3-8: Sơ đồ mô tả quá trình hiệu chỉnh vận hành xả lũ theo cập nhật số liệu dự báo lũ hàng ngày 95 Hình 3-9: Sơ đồ nghiên cứu phƣơng án vận hành ứng phó trƣờng hợp lũ bất thƣờng trong thời kỳ tích nƣớc. 101 Hình 3-10: Quá trình lũ tại các biên trên với tần suất 0,2% tại Sơn Tây dạng lũ 1969 105 Hình 3-11: Quá trình lũ tại các biên trên với tần suất 0,2% tại Sơn Tây dạng lũ 1971 105 Hình 3-12 Quá trình lũ tại các biên trên với tần suất 0,2% tại Sơn Tây dạng lũ 1996106 Hình 3-13: Quá trình lƣu lƣợng nhập lƣu tần suất 0,2% tại Sơn Tây dạng lũ 1971 106 Hình 3-14: Biểu đồ quá trình mực nƣớc hồ chứa Sơn La, Hoà Bình và Hà Nội theo phƣơng án PA1.96_500 109 Hình 3-15: Biểu đồ quá trình mực nƣớc hồ chứa Sơn La, Hoà Bình và Hà Nội theo phƣơng án PA1.69_500 109 Hình 3-16: Biểu đồ quá trình lƣu lƣợng đến Hồ Sơn La và xả qua hồ Hòa Bình và Sơn La theo phƣơng án PA1.69_500 110 Hình 3-17: Biểu đồ quá trình mực nƣớc hồ chứa Sơn La, Hoà Bình và Hà Nội theo phƣơng án PA2.71_300 111 Hình 3-18: Quá trình mực nƣớc hồ chứa Sơn La, Hoà Bình và Hà Nội theo phƣơng án PA1.71_300 111 Hình 3-19: Biểu đồ quá trình lƣu lƣợng đến và xả qua các hồ chứa Sơn La và Hoà Bình theo phƣơng án PA2.69_TN 112 Hình 3-20: Biểu đồ quá trình mực nƣớc hồ chứa Sơn La, Hoà Bình và Hà Nội theo phƣơng án PA2.69_TN 113 xi
  12. DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT QT198 Quy trình vận hành liên hồ chứa Sơn La - Hòa Bình - Thác Bà - Tuyên Quang trong mùa lũ hàng năm, ban hành theo Quyết định số 198/QĐ-TTg ngày 10 tháng 2 năm 2011 của Thủ tƣớng Chính Phủ. QT1622 Quy trình vận hành liên hồ chứa trên lƣu vực sông Hồng, ban hành theo Quyết định số 1622/QĐ-TTg ngày 17 tháng 09 năm 2015 của Thủ tƣớng Chính Phủ. TKKT Thiết kế kỹ thuật KTTV Khí tƣợng Thuỷ văn MNDBT Mực nƣớc dâng bình thƣờng MNTL Mực nƣớc trƣớc lũ: Trạng thái mực nƣớc hồ chứa trƣớc trƣớc khi cắt lũ hạ du. MNLKT Mực nƣớc lũ kiểm tra: Mực nƣớc hồ cao nhất khi cắt lũ kiểm tra. PMF Possible Maximum Flood: Lũ cực hạn (lớn nhất có khả năng xảy ra) DHTNĐ Dải hội tụ nhiệt đới ATNĐ Áp thấp nhiệt đới CATBD Cao áp Thái Bình Dƣơng RTN Rãnh thấp nóng XT Xoáy thuận HTNĐ Hội tụ nhiệt đới KKL Không khí lạnh DAT Dải áp thấp TBNN Trung bình nhiều năm xii
  13. MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài: Đồng bằng sông Hồng trải rộng từ vĩ độ 21°34´ Bắc (huyện Lập Thạch) tới vùng bãi bồi khoảng 19°5´Bắc (huyện Kim Sơn), từ 105°17´Đông (huyện Ba Vì) đến 107°7´Đông (trên đảo Cát Bà). Toàn vùng có diện tích: 15.000 km², chiếm 4,5% diện tích của cả nƣớc. Đồng bằng sông Hồng tập trung nhiều trung tâm kinh tế, văn hóa và chính trị quan trọng, với mật độ dân cƣ cao, tổng số dân trên 20,4 triệu ngƣời (năm 2015) chiếm 22,78% dân số cả nƣớc, GDP là 43,3 tỷ USD trong đó nông nghiệp đóng góp 19,4%. Đây là vùng đồng bằng rộng lớn nằm bao quanh hạ lƣu sông Hồng, bao gồm 11 tỉnh và thành phố: Hà Nội, Hải Phòng, Hải Dƣơng, Hƣng Yên, Bắc Ninh, Vĩnh Phúc, Quảng Ninh, Thái Bình, Hà Nam, Nam Định và Ninh Bình với tổng diện tích tự nhiên khoảng 2,1 triệu ha. Dân số thành thị tăng nhanh hơn, trong khi dân số nông thôn giảm do quá trình đô thị hóa, công nghiệp hóa. Dự kiến dân số đô thị chiếm 28% tổng dân số và sẽ tăng lên hơn 40% vào năm 2020, 50% vào năm 2030 và 60% vào năm 2050. Theo quyết định số 1554/QĐ-TTg ban hàng ngày 17 tháng 10 năm 2012 phê duyệt quy hoạch thuỷ lợi vùng đồng bằng sông Hồng 2012-2020 và định hƣớng đến năm 2050 trong điều kiện biến đổi khí hậu và nƣớc biển dâng, lƣợng nƣớc dùng cho phát triển kinh tế xã hội ở hạ du năm 2010 là 24 tỷ m3, dự báo đến năm 2020 là 31 tỷ m3 và đến năm 2050 là 36 tỷ m3. Lƣợng nƣớc cần này chủ yếu trong các tháng mùa kiệt (từ tháng 12 đến tháng 5) chiếm đến 80%. Về mùa lũ, lũ lớn trên thƣợng lƣu luôn là mối hiểm họa hàng năm đối với thủ đô Hà Nội và đồng bằng sông Hồng, ảnh hƣởng không nhỏ đến sự phát triển kinh tế xã hội và dân cƣ trong vùng. Bởi vậy phòng chống lũ lụt là một trong những nhiệm vụ quan trọng trong mọi giai đoạn quy hoạch khai thác quản lý các công trình trên hệ thống sông Hồng. Vì vậy, các hồ chứa Sơn La, Hòa Bình, Tuyên Quang và Thác Bà đƣợc quy hoạch và thiết kế đã đƣợc xây dựng đóng vai trò quan trọng về an ninh nguồn nƣớc, cung cấp điện năng cho kinh tế xã hội và phòng chống lũ cho hạ du. Tổng dung tích phòng chống lũ cho hạ du của các hồ chứa Hòa Bình, Sơn La, Tuyên Quang và Thác Bà khá lớn và đều đặt dƣới mực nƣớc dâng bình thƣờng. Các hồ chứa 1
  14. này theo thiết kế chỉ đƣợc tích nƣớc ở cuối mùa lũ (cuối tháng 8 hàng năm). Do đó, mẫu thuẫn giữa nhiệm vụ chống lũ và phát điện, cấp nƣớc rất gay gắt. Khi lập quy trình vận hành liên hồ chứa trên sông Hồng, các cơ quan lập quy trình với sự tham gia của nhiều chuyên gia đầu ngành và các nhà khoa học của nhiều lĩnh vực đã cố gắng đƣa ra những phƣơng án giảm thiểu các mâu thuẫn trên, điều này đã đƣợc thể hiện trong các quy trình đƣợc ban hành theo quyết định số 198/QĐ –TTg ngày 10/02/2011 và quyết định số 1622/QĐ-TTg ngày 17 tháng 09 năm 2015. Tuy nhiên hai quy trình này chỉ tạo khung cứng, vận hành cụ thể còn phải căn cứ vào dự báo quá trình nƣớc đến hồ. Trong thực tế vận hành, vẫn còn có hai câu hỏi đặt ra cho các nhà nghiên cứu, đó là: - Có cho phép các hồ chứa trên đƣợc tích nƣớc từ đầu mùa lũ không, và nếu cho phép thì quy định tích nƣớc phải nhƣ thế nào mới đảm bảo an toàn chống lũ hạ du? - Theo quy định, thời kỳ lũ muộn các hồ chứa phải tích nƣớc dần đến mực nƣớc dâng bình thƣờng, nhƣng nếu xảy ra lũ lớn bất thƣờng thì các hồ chứa sẽ ứng phó nhƣ thế nào để giảm lũ cho hạ du mà vẫn đảm bảo an toàn cho công trình? Hiện nay, chƣa có nghiên cứu nào giải quyết trọn vẹn đƣợc các câu hỏi trên. Thực tiễn vận hành nhiều năm qua các hồ chứa Hòa Bình và Sơn La trong mùa lũ thƣờng duy trì mực nƣớc cao hơn quy định (tích sớm) để đảm bảo an toàn cấp nƣớc. Điều này cho thấy các cơ quan quản lý nhận thức đƣợc rằng tích nƣớc vào hồ ngay trong thời kỳ mùa lũ là cần thiết và có thể thực hiện đƣợc nhƣng vì chƣa có cơ sở khoa học nên việc tích nƣớc sớm vẫn coi là ảnh hƣởng đến an toàn công trình và chống lũ hạ du. Do vậy, nghiên cứu sinh đã lựa chọn đề tài “Nghiên cứu chế độ vận hành tích nước trong thời kỳ mùa lũ cho hệ thống hồ chứa bậc thang Hòa Bình và Sơn La” với mong muốn nghiên cứu cơ sở khoa học về chế độ vận hành tích nƣớc các hồ chứa Hòa Bình và Sơn La nhằm nâng cao hiệu quả tích nƣớc cho phát điện và cấp nƣớc, đảm bảo an toàn công trình và chống lũ hạ du. 2
  15. 2. Mục tiêu nghiên cứu: - Nghiên cứu đƣa ra đƣợc cơ sở khoa học và thực tiễn để xác định chế độ vận hành tích nƣớc trong kỳ mùa lũ, đảm bảo an toàn tích nƣớc đầy hồ, nâng cao hiệu quả cấp nƣớc và phát điện mà vẫn đảm bảo an toàn chống lũ hạ du và chống lũ cho công trình cho hai hồ chứa Hòa Bình và Sơn La. - Nghiên cứu đề xuất đƣợc chế độ vận hành điều tiết cắt lũ cho hạ du trong thời kỳ lũ muộn, khi mà các hồ chứa Sơn La và Hòa Bình đƣợc phép tích nƣớc đầy hồ, đảm bảo giảm thiểu tác động tiêu cực cho hạ du khi xảy ra lũ lớn bất thƣờng. 3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu: t n n n cứu: Vận hành điều tiết và chống lũ cho hệ thống hồ chứa bậc thang Hoà Bình và Sơn La trong thời kỳ mùa lũ. p ạm v n n cứu: Chế độ điều tiết chống lũ hạ du đƣợc xem xét trong hệ thống liên hồ chứa bao gồm 4 hồ Hòa Bình, Sơn La, Tuyên Quang và Thác Bà, nhƣng nghiên cứu chế độ vận hành tích nƣớc theo mục tiêu của luận án đƣợc giới hạn nghiên cứu với hệ thống hồ chứa Sơn La và Hoà Bình trên sông Đà. 4. Phƣơng pháp nghiên cứu: a. P ơn p áp p ân tíc tổn p Phân tích đặc điểm hình thành mƣa lũ trên lƣu vực sông Hồng, hiện trạng vận hành hệ thống trong giai đoạn quản lý vận hành thực tế, khả năng làm việc của hệ thống công trình hồ chứa phòng lũ trên sông Hồng và khả năng đáp ứng dự báo khí tƣợng thủy văn, làm cơ sở xác định các kịch bản vận hành tích nƣớc thời kỳ mùa lũ. b. P ơn p áp kế t ừa Kế thừa những kết quả nghiên cứu có liên quan đến nội dung của luận án, các dữ liệu sử dụng trong tính toán, công cụ tính toán và những kết quả nghiên cứu đã thực hiện có thể là cơ sở cho phát triển trong nghiên cứu trong luận án. 3
  16. c. P ơn p áp mô hình toán Sử dụng mô hình MIKE 11, HEC-RESSIM, trong tính toán xác định chế độ vận hành tích nƣớc trong thời kỳ mùa lũ cho các hệ thống hồ chứa trên lƣu vực sông Hồng. Các mô hình này đã đƣợc sử dụng rộng rãi cho các nghiên cứu quy hoạch và vận hành hệ thống hồ chứa trên sông Hồng. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn: Ý nghĩa khoa học: Luận án đề xuất quan điểm nghiên cứu mới về vận hành hệ thống hồ chứa trên lƣu vực sông Hồng trong thời kỳ mùa lũ theo hƣớng kết hợp với kết quả dự báo để vận hành theo thời gian thực, xem xét khi mực nƣớc Hà Nội ở ngƣỡng thấp để nâng cao mực nƣớc các hồ chứa thƣợng nguồn. Ý nghĩa thực tiễn: Xây dựng chế độ vận hành tích nƣớc hợp lý cho các hồ chứa trên sông Đà đảm bảo đƣợc mục tiêu tối đa hoá lợi ích mà vẫn an toàn cho hạ du là một vấn đề thực tế đang đặt ra. Kết quả nghiên cứu của luận án sẽ là cơ sở cho điều chỉnh, bổ sung các quy định trong quy trình vận hành liên hồ chứa trên sông Hồng thời kỳ mùa lũ; là cơ sở hỗ trợ ra quyết định trong quá trình quản lý, vận hành thực tế chống lũ hàng năm cho các hồ chứa Hòa Bình và Sơn La. 6. Những đóng góp mới của luận án: - Đề xuất đƣợc chế độ tích nƣớc sớm có điều kiện cho 2 hồ chứa Sơn La và Hòa Bình. Trên cơ sở đó, đề xuất cơ sở khoa học xác định mực nƣớc giới hạn trên của quá trình tích nƣớc hồ chứa Sơn La trong thời kỳ tích nƣớc hạn chế, đảm bảo tích nƣớc hiệu quả mà vẫn an toàn chống lũ hạ du và công trình. - Đề xuất đƣợc chế độ vận hành điều tiết chống lũ cho hạ du và phƣơng thức ứng phó khi xảy ra lũ bất thƣờng trong thời kỳ tích nƣớc đầy hồ ở cuối thời kỳ mùa lũ. 7. Cấu trúc luận án: Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, luận án đƣợc trình bày trong ba chƣơng, bao gồm: 4
  17. Chƣơng 1: Tổng quan nghiên cứu vận hành hồ chứa đa mục tiêu. Chƣơng này trình bày về tổng quan các phƣơng pháp quản lý vận hành hồ chứa; Phƣơng pháp lập quy trình vận hành hồ chứa; Giới thiệu đặc điểm của lƣu vực nghiên cứu; Các nghiên cứu về vận hành hồ chứa trên sông Hồng từ đó xác định định hƣớng nghiên cứu; Chƣơng 2: Cơ sở khoa học và thực tiễn xác định chế độ vận hành tích nƣớc trong thời kỳ mùa lũ đối với hệ thống hồ chứa Hoà Bình và Sơn La. Nội dung chính của chƣơng gồm có: Đánh giá những tồn tại trong quy trình vận hành hồ chứa Sơn La và Hoà Bình trong thời kỳ mùa lũ; Khả năng cảnh báo, dự báo hạn ngắn và hạn vừa lũ trên hệ thống. Qua những phân tích đánh giá đó, đƣa ra quan điểm về vận hành tích nƣớc của hai hồ chứa, giải pháp vận hành ứng phó trong trƣờng hợp bất thƣờng; phƣơng án tính toán và lựa chọn công cụ tính toán. Chƣơng 3: Kết quả nghiên cứu chế độ vận hành trong thời kỳ tích nƣớc hạn chế và phƣơng án vận hành ứng phó trong trƣờng hợp lũ bất thƣờng. Chƣơng này trình bày kết quả tính toán giới hạn tích nƣớc; đề xuất phƣơng án vận hành ứng phó trong trƣờng hợp lũ bất thƣờng và vận hành thử nghiệm đánh giá tính hợp lý. Đề xuất cơ chế vận hành tích nƣớc cho hệ thống hồ chứa bậc thang Hòa Bình và Sơn La trong thời kỳ mùa lũ. 5
  18. CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VẬN HÀNH HỒ CHỨA ĐA MỤC TIÊU 1.1 Hồ chứa và vấn đề vận hành hồ chứa Sự tăng trƣởng kinh tế, dân số, quá trình đô thị hóa và công nghiệp hóa đã làm gia tăng nhu cầu về nƣớc cho các mục đích khác nhau nhƣ cấp nƣớc cho sinh hoạt, công nghiệp, nông nghiệp, phát điện Để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về nguồn nƣớc cũng nhƣ ứng phó với sự biến đổi khí hậu mạnh mẽ theo không gian và thời gian, nhiều hồ chứa đã đƣợc xây dựng, nhƣ một biện pháp hiệu quả trong công tác quản lý quy hoạch nguồn nƣớc và trở thành cơ sở quan trọng nhất để điều tiết phân bổ nguồn nƣớc hợp lý giữa các mục đích khác nhau [1]. Hồ chứa là công trình trữ nƣớc nhân tạo, đƣợc xây dựng trên các khe suối, trên sông bằng các đập chắn ngang sông. Hồ chứa là biện pháp thiết yếu trong hệ thống các công trình điều tiết, nó có khả năng làm thay đổi sâu sắc chế độ dòng chảy sông ngòi theo thời gian và không gian. Chức năng chính của hồ chứa là điều tiết dòng chảy tự nhiên nhằm thỏa mãn các nhu cầu khác nhau về nguồn nƣớc của các đối tƣợng sử dụng nƣớc. Ngoài ra nó còn có vai trò quan trọng đặc biệt trong công tác phòng chống lũ đảm bảo an toàn cho hạ du. Vận hành hồ chứa là một khâu trọng yếu trong quy hoạch và quản lý tài nguyên nƣớc. Sau khi xây dựng hồ chứa, các hƣớng dẫn vận hành chi tiết đƣợc thiết lập nhằm hỗ trợ cho ngƣời quản lý đƣa ra các quyết định hợp lý. Quy trình vận hành quy định lƣợng xả từ lƣợng trữ tại một thời điểm nào đấy phụ thuộc vào trạng thái của hồ chứa, mức yêu cầu cấp nƣớc và các thông tin về lƣợng dòng chảy có thể đến hồ chứa. Bài toán vận hành cho hồ chứa đơn mục tiêu là quyết định quy trình tích, xả từ hồ chứa sao cho lợi ích cho mục tiêu đó là tối đa. Hầu hết các hồ chứa lớn hiện nay đều là hồ chứa lợi dụng tổng hợp. Tuy nhiên, các mục tiêu cơ bản của hồ chứa thƣờng lại mâu thuẫn với nhau, có thể kể đến các mâu thuẫn sau: (i)Mâu thuẫn giữa mục tiêu phòng lũ và phát điện: mâu thuẫn này xuất hiện khi hồ kết hợp phục vụ phát điện và chống lũ, việc thoả mãn các mục tiêu phát điện 6
  19. đòi hỏi hồ phải đƣợc tích nƣớc càng nhiều càng tốt để tạo ra đầu nƣớc cao, trong khi mục đích phòng lũ lại đòi hỏi có đủ dung tích trống trong hồ; (ii) Mâu thuẫn giữa các mục tiêu cấp nƣớc cho các đối tƣợng sử dụng: cấp nƣớc cho nông nghiệp đƣợc phân phối dựa trên thời vụ, mùa hay tình hình mƣa, nắng trong khi yêu cầu phát điện đòi hỏi hồ vận hành dựa trên nhu cầu thay đổi theo ngày, tuần, hay mùa; (iii) Mâu thuẫn trong cùng một mục tiêu: nhu cầu nƣớc và lƣợng nƣớc đến thƣờng không phải lúc nào cũng thoả mãn theo thời gian, đòi hỏi việc tiết kiệm nƣớc cần đƣợc đặt ra trong khi vận hành các hồ chứa. Hình 1-1 Sự cần thiết của điều tiết dòng chảy đáp ứng yêu cầu của xã hội [2] Đối với hệ thống hồ chứa, các quyết định vận hành cần đƣợc cân nhắc xem xét một cách kỹ lƣỡng trên cơ sở cân đối lƣợng nƣớc trữ trong từng hồ chứa. Quy trình vận hành đơn hồ phù hợp với hồ chứa đó nhƣng không đáp ứng đƣợc với mục tiêu liên hồ chứa vì vậy cần có quy trình vận hành liên hồ chứa giải quyết các mâu thuẫn. Thiết lập quy trình vận hành liên hồ chứa tìm ra giải pháp "thoả hiệp" giữa các mục tiêu là một bài toán khó và cũng là chủ đề chính đƣợc nhiều nhà nghiên cứu trong, ngoài nƣớc quan tâm giải quyết trong nhiều năm qua nhằm khai thác tối đa năng lực của hệ thống hồ chứa. Theo nhận định của Ủy Ban Đập Thế Giới (World Commision on Dams) [3], một trong những nguyên nhân làm cho nhiều hệ thống hồ chứa lớn trên thế giới hoạt động kém hiệu quả, không đáp ứng đƣợc yêu cầu đặt ra từ giai đoạn lập dự án là do những 7
  20. công tác điều hành hệ thống. Vì vậy, cần phải quan tâm nghiên cứu xây dựng quy định vận hành hồ chứa, hƣớng dẫn ngƣời điều hành hồ chứa giải quyết các mâu thuẫn, tìm ra giải pháp thỏa hiệp giữa các mục tiêu nhằm nâng cao hiệu quả hệ thống, tối đa lợi ích kinh tế và lợi ích xã hội, môi trƣờng mà hồ chứa có thể đem lại trong thực tế hoạt động. Để khai thác sử dụng các hồ chứa lợi dụng tổng hợp với lợi ích cao nhất, các nhà khoa học trên thế giới tập trung tìm ra quy tắc vận hành hợp lý, giải quyết các mẫu thuẫn giữa các mục tiêu khác nhau nâng cao hiệu quả vận hành hồ chứa, từ các nghiên cứu đơn giản lƣợng trữ cấp nƣớc của Rippl (1883) [4] đến các nghiên cứu phức tạp gần đây vận hành tối ƣu hệ thống hồ chứa theo thời gian thực phục vụ đa mục tiêu của Mehdipour và nnk (2012) [5]. Mặc dù đã đƣợc đầu tƣ nghiên cứu rất bài bản và chi tiết từ các cơ quan quản lý khai thác sử dụng, nhiều nhà khoa học cũng đã sử dụng các phƣơng pháp khác nhau để thiết lập quy tắc vận hành cho hệ thống hồ chứa nhƣng các ứng dụng thành công chủ yếu gắn liền với đặc thù từng hệ thống, không có phƣơng pháp luận, công cụ có thể dùng chung cho mọi hệ thống. 1.2 Phƣơng pháp quản lý và nguyên tắc vận hành hệ thống hồ chứa đa mục tiêu 1.2.1 Các phương pháp quản lý vận hành hệ thống hồ chứa Trên thế giới, đã có nhiều nghiên cứu về điều hành lũ, điều phối cấp nƣớc, phát điện và các lợi ích kinh tế khác của hồ chứa. Một trong những nghiên cứu chuyên sâu là điều tiết hồ chứa, nhằm phân phối tài nguyên nƣớc cho các mục đích khác nhau [6]. Mỗi hệ thống hồ chứa khi hoạt động đều tuân thủ theo một quy trình đã đƣợc thiết lập sẵn, trong đó có các quy tắc vận hành cho từng thời kỳ mà ngƣời quản lý phải tuân thủ theo. Quy trình vận hành hồ chứa đƣợc thiết lập trong giai đoạn thiết kế kỹ thuật thông qua mô hình mô phỏng hoặc tối ƣu. Các quy tắc vận hành, đƣợc biểu diễn dƣới dạng đồ thị hay bảng hƣớng dẫn theo mực nƣớc (dung tích) ứng với từng thời gian trong năm [7] [8] đƣợc thể hiện trong biểu đồ điều phối, là căn cứ chính cho việc ra quyết định khi vận hành hồ chứa. Vận hành theo các đƣờng cong quy tắc là một trong những cách quản lý đơn giản và phổ biến nhất, nhằm hỗ trợ việc ra quyết định điều hành hồ chứa của ngƣời quản lý [9]. 8
  21. Hiện nay, hầu hết tất cả các hồ chứa độc lập đều đƣợc quản lý vận hành theo biểu đồ điều phối lập sẵn, đối với hệ thống hồ chứa đa mục tiêu có hai hƣớng quản lý chính là quản lý vận hành theo biểu đồ điều phối cấp nƣớc và quản lý vận hành theo thời gian thực. Quản lý vận hành hồ chứa theo biểu đồ điều phối: vận hành theo biểu đồ điều phối thì ngƣời quản lý ra quyết định dựa theo trạng thái mực nƣớc hồ tại thời điểm hiện tại (so với các đƣờng quy tắc vận hành trong biểu đồ điều phối). Biểu đồ điều phối là căn cứ chính cho việc ra quyết định hàng ngày khi vận hành hồ chứa (đối với hồ chứa độc lập và các hồ chứa nằm trong hệ thống bậc thang). Quản lý vận hành theo cách này thƣờng đƣợc sử dụng đối với hồ chứa độc lập đơn thuần chỉ có nhiệm vụ cấp nƣớc phát điện và chống lũ cho bản thân công trình. Đối với hệ thống hồ chứa bậc thang phát điện đã đƣợc nhiều nhà khoa học nghiên cứu phát triển các phƣơng pháp tối ƣu hóa để xác định chế độ làm việc tối ƣu cho hồ chứa. Quản lý vận hành hồ chứa theo thời gian thực: vận hành hồ chứa theo thời gian thực là một phƣơng pháp mà quyết định vận hành tại một thời điểm nào đó tùy thuộc vào trạng thái hệ thống tại thời điểm đó và thông tin dự báo ở những thời đoạn tiếp theo. Đây là phƣơng pháp quản lý hiện đại. Khác với cách quản lý theo biểu đồ điều phối, quản lý vận hành theo thời gian thực, các quyết định vận hành không chỉ căn cứ vào biểu đồ điều phối, trạng thái mực nƣớc hồ và lƣu tại thời điểm ra quyết định mà còn phải dựa vào lƣu lƣợng nƣớc đến hồ hiện tại và lƣu lƣợng dự báo trong tƣơng lại ở các thời điểm tiếp theo, đối với bài toán phòng lũ hạ du cần thêm dự báo mực nƣớc hạ du ở thời đoạn tiếp theo. Vì biểu đồ điều phối đƣợc xây dựng là điều kiện tham chiếu để đảm bảo vận hành an toàn hồ chứa theo nhiệm vụ thiết kế nên nó vẫn phải là căn cứ để điều chỉnh các quyết định vận hành. Do dự báo dòng chảy đến hồ và diễn biến mực nƣớc hạ du có sai số nên Quyết định vận hành tại thời điểm ra quyết định vẫn bị sai lệch và có thể mực nƣớc hồ vƣợt ra khỏi các vùng của Biểu đồ điều phối (điều kiện tham chiếu), bởi vậy quyết định vận hành vẫn phải điều chỉnh liên tục theo sự cập nhật của kết quả dự báo và chính vì thế mới có tên gọi là vận hành theo thời gian thực. Hệ thống các hồ chứa và công trình phân phối nƣớc đƣợc thiết lập nhƣ một hệ thống tổng hợp. Các nghiên cứu theo hƣớng này, tập trung xây dựng các mô hình mô phỏng 9
  22. kết hợp với dự báo để trợ giúp điều hành cho công tác quản lý vận hành. Một loạt các mô hình mô phỏng phục vụ công tác điều hành và quản lý hệ thống đã đƣợc phát triển: các mô hình mô phỏng tính toán dòng chảy trong hệ thống sông nhƣ mô hình thủy lực 1 chiều, 2 chiều, 3 chiều, họ mô hình HEC (HEC-3,HEC-5, HEC-RAS; HEC RESSIM) ; mô hình tính toán và điều phối nguồn nƣớc lƣu vực (MIKE 11, MIKE 21, MIKE BASIN, ). Quản lý hồ chứa theo mô hình vận hành theo thời gian thực, giúp ngƣời điều hành chọn đƣợc ra quyết định vận hành hợp lý nhất đem lại hiệu quả tốt nhất nếu dự báo lũ đảm bảo yêu cầu. 1.2.2 Nguyên tắc vận hành hệ thống hồ chứa 1.2.2.1 Đ i với hệ th ng hồ chứa bậc thang Nguyên tắc vận hành cho hệ thống hồ chứa đa mục tiêu bao gồm cấp nƣớc, phát điện và kiểm soát lũ đƣợc tóm tắt trong Bảng 1-1. Các quy tắc cho hệ thống hồ chứa bậc thang đơn mục tiêu cung cấp nƣớc chỉ đơn giản là trữ vào các hồ chứa trên cùng trƣớc, và thấp nhất cuối cùng với mục tiêu là tối đa hóa số lƣợng nƣớc trữ trong hồ và giảm thiểu lƣợng xả. Bảng 1-1: Nguyên tắc vận hành hệ thống hồ chứa bậc thang [10] Mục tiêu Nguyên tắc trữ Nguyên tắc xả Cấp nƣớc Tích đầy hồ trên cùng trƣớc Xả hồ dƣới cùng trƣớc Phòng lũ Tích đầy hồ trên cùng trƣớc Xả hồ dƣới cùng trƣớc Dự trữ năng lƣợng Tích đầy hồ trên cùng trƣớc Xả hồ dƣới cùng trƣớc Phát điện Tối đa hóa lƣợng trữ trong hồ cho sản xuất năng lƣợng cao nhất Giải trí Cân bằng lƣợng trữ phục vụ giải trí với lƣợng xả Đối với hệ thống hồ chứa đơn mục tiêu phòng lũ hạ du có gia nhập khu giữa (Hình 1-2) thì nguyên tắc tối ƣu là tích đầy hồ trên cùng trƣớc và khi có điều kiện tháo nƣớc của hồ cuối cùng trƣớc tiên, nhằm kiểm soát đƣợc các trận lũ lớn hoặc lũ vƣợt thiết kế. Một ngoại lệ, khi khả năng xả lũ của hồ hạ lƣu hạn chế thì cách tốt nhất là tích đầy hồ thấp trƣớc, với mục tiêu nâng cao đƣợc mực nƣớc hồ hạ lƣu từ đó tăng khả năng xả của toàn hệ thống, để tăng dung tích phòng lũ cho trận lũ sắp đến cho phép xả xuống hạ du lƣu lƣợng lớn hơn lƣu lƣợng đến hồ. 10
  23. Hình 1-2: Hệ thống hồ chứa bậc thang Quy tắc điều hành chống lũ trong hệ thống hồ bậc thang là: khi cần cắt lũ, tích đầy hồ thƣợng lƣu trƣớc, khi cần dung tích trống chuẩn bị điều tiết trận lũ sau thì xả trống hồ hạ lƣu trƣớc. Quy tắc này giống quy tắc điều hành phát điện trình bày trong Bảng 1-1 là tích nƣớc tối đa vào hồ có công suất phát điện lớn nhất. Vùng đƣợc bảo vệ chung thƣờng nằm ở hạ lƣu của toàn hệ thống, tuy nhiên nếu có vùng bảo vệ riêng nằm ở hạ du một hồ khi đó ngƣời điều hành chống lũ phải cân nhắc phân chia dung tích chống lũ của từng hồ để bảo vệ từng vùng. 1.2.2.2 Đ i với hệ th ng hồ chứa song song Vận hành hệ thống hồ chứa song song (Hình 1-3) khác với hệ thống bậc thang ở chỗ hồ chứa không đƣợc tích nƣớc từ dòng chảy đến nhỏ hay lợi ích từ việc chuyển nƣớc từ hồ chứa khác nếu dòng chảy lớn do không có hồ chứa cùng nhánh sông ở phía thƣợng lƣu. Nguyên tắc vận hành đƣợc trình bày tóm tắt trong Bảng 1-2. Những nguyên tắc này có xu hƣớng giúp các hồ hoạt động tốt trong các điều kiện khác nhau có lẽ do dòng chảy mặt đến đáp ứng hiệu quả của từng hồ cho quyết định phân bổ lƣu trữ nhƣ vậy [11]. Nguyên tắc điều hành kiểm soát lũ trong hệ thống hồ song song là cân bằng giữa dung tích trống dành cho trữ lũ với lƣợng dòng chảy dự báo trên từng lƣu vực. Khi cần cắt lũ sẽ giảm lƣợng xả xuống hạ du của hồ có dung tích còn trống nhiều hơn và mƣa lũ đến hồ nhỏ hơn. Khi cho phép tăng lƣu lƣợng xả xuống hạ du thì tăng ở hồ tích đầy hơn và có dụ báo lƣợng mƣa lớn hơn trƣớc, đƣợc điều hòa bằng giảm lƣợng xả từ hồ 11
  24. dự báo có mƣa nhỏ, để tổng lƣợng xả bé hơn hoặc bằng lƣu lƣợng cho phép (lƣu lƣợng an toàn chống lũ). Hình 1-3: Hệ thống hồ chứa song song Bảng 1-2: Nguyên tắc vận hành hệ thống hồ chứa song song [11] Mục tiêu Nguyên tắc trữ Nguyên tắc xả Cấp nƣớc Cân bằng khả năng xả từng thời Cân bằng khả năng tháo nƣớc kỳ giữa các hồ giữa các hồ. Phòng lũ Giữ dung tích trống phòng lũ ở hồ chứa có lũ đến. Dự trữ năng lƣợng Cân bằng ƣớc tính lƣợng xả cho Vào cuối mùa, cân bằng ƣớc thời kỳ phát năng lƣợng giữa các tính lƣợng xả nƣớc từ các hồ. hồ. Phát điện Tối đa hóa lƣợng trữ trong hồ để sản xuất năng lƣợng tốt nhất. Để vận hành theo nguyên tắc này là hoàn toàn không dễ, do mục tiêu của phòng lũ là giảm lƣu lƣợng đỉnh lũ tại hạ du, giữ lại một phần nƣớc lũ ở hồ chứa. Tuy nhiên lũ đến hồ thƣờng nhanh và khó dự báo đƣợc chính xác, vì vậy khó có thể cắt đúng đỉnh lũ. Mặt khác, khi xảy ra lũ lớn đồng bộ trên tất cả các nhánh sông gây lũ đặc biệt lớn ở hạ du thì cần thiết phải làm lệch đỉnh lũ bằng cách cho đỉnh lũ ở hạ du hồ A xuất hiện nhanh hơn, đỉnh lũ ở hồ B chậm lại hoặc ngƣợc lại, để làm lệch thời gian xuất hiện đỉnh lũ của các nhánh. Khi đỉnh lũ đi qua, xả nƣớc từ các hồ cũng cần đề phòng hiện tƣợng nƣớc 12
  25. xả từ các hồ gối lên nhau, đạt lƣu lƣợng cực đại ở vùng cần bảo vệ tránh trƣờng hợp xảy ra lũ chồng lên lũ. Với hệ thống hồ song song, quy tắc chung nhất trong kiểm soát lũ là cân bằng dung tích dành cho cắt lũ với lƣợng dòng chảy dự báo xảy ra trên từng lƣu vực, quy tắc chung nhất trong phát điện là tích nƣớc tối đa vào hồ có sản lƣợng điện lớn nhất. Điều hành tối ƣu là phối hợp hợp lý giữa các quy tắc kiểm soát lũ và phát điện. Trong điều hành tác nghiệp hàng năm, ở thời đoạn xác định, khi có đủ số liệu thủy văn thực đo và dự báo trung hạn, dùng các thuật toán tối ƣu, có thể tính đƣợc lƣợng nƣớc cần xả, hoặc cần tích lại cho từng hồ. Theo Vũ Tất Uyên [12] trong bƣớc xây dựng quy trình vận hành hệ thống hồ chứa, dựa vào số liệu thủy văn lịch sử, chỉ có thể phán đoán đƣợc quy mô các trận lũ có thể xảy ra ở từng thời kỳ trong mùa lũ. Do đó, điều có thể làm đƣợc là phân nhỏ kỳ lũ tại các vùng cần bảo vệ ở hạ du các hồ, xác định quy mô lũ, dung tích cần thiết cho điều tiết lũ trong từng kỳ lũ, trên cơ sở đó cho phép tích nƣớc tối đa vào hồ có sản lƣợng điện lớn nhất theo từng kỳ lũ. Thực tiễn điều hành hệ thống hồ chứa theo mô hình vận hành hệ thống dựa vào kết quả tính theo mô hình mô phỏng là cách làm hợp lý nhất, vì trong mô phỏng số các quy tắc điều hành đƣợc kiểm nghiệm lại kỹ càng và đƣợc làm cho tinh tế hơn. Trong đa số trƣờng hợp kết quả tính mô phỏng rất gần với kết quả điều hành thực. Với hệ thống hồ lớn, nguyên tắc điều hành cần đƣợc bổ sung thêm từ thực tiễn điều hành. 1.3 Tổng quan các phƣơng pháp xây dựng quy trình vận hành hệ thống hồ chứa đa mục tiêu Oliveira và Loucks (1997) [13] cho rằng vấn đề vận hành hệ thống hồ chứa đa mục tiêu rất phức tạp vì liên quan đến nhiều biến số quyết định, bị chi phối bởi nhiều yếu tố ngẫu nhiên, là khâu quan trọng trong quy hoạch và quản lý tài nguyên nƣớc. Các phƣơng pháp xây dựng quy trình vận hành hồ chứa có thể tóm tắt thành ba nhóm chính nhƣ sau: 13
  26. 1.3.1 Phương pháp sử dụng kỹ thuật tối ưu hóa Phƣơng pháp sử dụng kỹ thuật tối ƣu hóa đƣợc nghiên cứu khá phổ biến đối với hệ thống hồ chứa đa mục tiêu, đặc biệt là các hồ chứa cấp nƣớc, phát điện. Mục tiêu của ứng dụng kỹ thuật tối ƣu là xác định các giới hạn vận hành của hồ chứa để vận hành là tối ƣu. Kết quả nghiên cứu của các mô hình tối ƣu đƣợc sử dụng để lập biểu đồ điều phối, đồng thời làm cơ sở cho việc quy định những giới hạn vận hành trong quy trình vận hành nhằm đạt đƣợc mục tiêu tối ƣu hoạt động của hồ chứa và hỗ trợ ngƣời quản lý ra quyết định trong vùng thỏa hiệp giữa các mục tiêu tranh chấp. Áp dụng kỹ thuật tối ƣu cho bài toán vận hành hồ chứa không phải là một ý tƣởng mới, nhiều kỹ thuật tối ƣu đa dạng đã đƣợc áp dụng nhằm nâng cao hiệu quả của các hồ chứa nhƣ các nghiên cứu của Yeh (1985) [7], Simonovic (1992) [14] và Wurbs (1993) [15]. Mô hình tối ƣu đem lại hiệu quả cao trong việc phân tích các phƣơng án khác nhau đạt mục tiêu tốt nhất dƣới một tập các ràng buộc. Các kỹ thuật tối ƣu thƣờng sử dụng bao gồm: quy hoạch tuyến tính (Linear Programming – LP); quy hoạch phi tuyến (Nonlinear Programming – NLP); quy hoạch động (Dynamic Programming -DP); quy hoạch động ngẫu nhiên (Stochastic Dynamic Programming – SDP) và phƣơng pháp Heuristic (Heuristic Programming) nhƣ là thuật toán tiến hóa, logic mờ, thuật toán di truyền và hệ thống nơron thần kinh Quy hoạch tuyến tính (LP) trong vận hành hồ chứa đƣợc nhiều nhà nghiên cứu ứng dụng vì sự linh hoạt dễ sử dụng mà không cần các xử lý số liệu ban đầu. Một vài ví dụ sử dụng LP trong tính toán vận hành hồ chứa đƣợc nhiều tác giả giới thiệu nhƣ Yeh (1985) [7], Mujumdar và Teegavarapu (1998) [16] phát triển mô hình LP tất định cho thời đoạn ngắn vận hành hồ chứa điều tiết tƣới; Uner và Mays (1990) [17] ứng dụng mô hình LP vận hành hồ chứa kiểm soát lũ theo thời gian thực đã chứng minh rằng có thể kết hợp mô hình tối ƣu phi tuyến với mô hình thủy văn ngẫu nhiên để giải quyết vấn đề vận hành kiểm soát lũ cho hồ chứa. Quy hoạch động (DP) là phƣơng pháp cũng đƣợc ứng dụng trong vận hành hồ chứa. Năm 1967, Young [18] lần đầu tiên đề xuất sử dụng phƣơng pháp hồi quy tuyến tính để xây dựng quy tắc vận hành chung từ kết quả tối ƣu hoá. Phƣơng pháp mà ông đã 14
  27. dùng đƣợc gọi là “quy hoạch động (Dynamic Programming - DP) Monte-Carlo”. Về cơ bản phƣơng pháp của ông dùng kỹ thuật Monte-Carlo tạo ra một số chuỗi dòng chảy nhân tạo. Quy trình tối ƣu thu đƣợc của mỗi chuỗi dòng chảy nhân tạo sau đó đƣợc sử dụng trong phân tích hồi quy để cố gắng xác định nhân tố ảnh hƣởng đến chiến thuật tối ƣu. Các kết quả là một xấp xỉ tốt của quy trình tối ƣu thực. Korsak và Larson (1970) [19] kiến nghị sử dụng quy hoạch động xấp xỉ liên tục (Dynamic Programming Successive Approximation- DPSA); Heidari và nnk (1971) [20] lại ứng dụng phƣơng pháp quy hoạch động sai phân rời rạc (Discrete Differential Dynamic Programming - DDDP) giải quyết bài toán tối ƣu hóa vận hành hệ thống hồ chứa với tính toán thử nghiệm trên hệ thống gồm 4 hồ chứa giả tƣởng. Nguyễn Thế Hùng và Lê Hùng (2011) [21] nghiên cứu lập trình chƣơng trình tính toán để giải bài toán tối ƣu vận hành hồ chứa đa mục tiêu (phòng lũ, cấp nƣớc và phát điện ) dựa trên các mô hình có sẵn và ứng dụng kỹ thuật tối ƣu DP. Nghiên cứu ứng dụng cụ thể cho hai hồ chứa đa mục tiêu là hồ chứa Bình Định và A Vƣơng, với ba trƣờng hợp ƣu tiên khác nhau. Trƣờng hợp 1: mục tiêu phát điện và cấp nƣớc tƣới là nhƣ nhau, thì không đƣa ra đƣợc lời giải duy nhất bởi chỉ có thể đảm bảo một trong hai mục tiêu. Do vậy, tùy vào từng giai đoạn thực tế mà phải gán trọng số cho tƣới và phát điện để có đƣợc giá trị tối ƣu tƣơng ứng. Trƣờng hợp 2: Phát điện đƣợc ƣu tiên trƣớc cấp nƣớc tƣới, tác giả đƣa ra các ràng buộc để bài toán trở thành bài toán tối ƣu một mục tiêu. Kết quả thử nghiệm vận hành đối với hồ A Vƣơng cho thấy có thể nâng cao sản lƣợng điện từ 4,8-6,8% so với thực tế năm 2009. Trƣờng hợp 3: ƣu tiên tƣới, mục tiêu phát điện là phụ, thì kết quả cho thấy tối đa hóa đƣợc lƣợng điện và lƣợng nƣớc thiếu là rất nhỏ dƣờng nhƣ không đáng kể. Nghiên cứu, đã chứng minh hiệu quả loại bỏ các phƣơng án không khả thi nhờ ứng dụng DP xác định mực nƣớc vận hành. Để có thể áp dụng vào thực tế, thì ứng với mỗi cao trình mực nƣớc hồ đầu thời đoạn, xây dựng các đƣờng bao tối ƣu, và căn cứ vào mực nƣớc hồ và lƣu lƣợng dòng chảy thực tế mà vận hành theo các đƣờng bao đã thiết lập. Một phƣơng pháp khác đƣợc mở rộng từ DP xác định quy trình điều hành một hệ thống nhiều hồ chứa khác là quy hoạch động ngẫu nhiên (SDP). Phƣơng pháp này yêu cầu mô tả rõ xác suất của dòng chảy đến và tổn thất. Phƣơng pháp này đƣợc 15
  28. Louks và nnk (1981) [22] và nhiều ngƣời khác sử dụng. Mô hình tối ƣu hoá thƣờng đƣợc sử dụng trong nghiên cứu điều hành hồ chứa sử dụng dòng chảy dự báo nhƣ đầu vào. Mujumdar và Vedula (1992) [23] đề xuất một quy trình điều hành tối ƣu hồ chứa thủy lợi sử dụng SDP. Trong nghiên cứu này, Mujumdar coi hồ chứa, dòng chảy vào và độ ẩm của vùng tƣới nhƣ là biến trạng thái. Áp dụng mô hình tối ƣu hoá cho điều hành hồ chứa đa mục tiêu là khá khó khăn. Sự khó khăn trong áp dụng bao gồm phát triển mô hình, đào tạo nhân lực, giải bài toán, điều kiện thủy văn tƣơng lai bất định, sự bất lực để xác định và lƣợng hóa tất cả các mục tiêu và mối tƣơng tác giữa nhà phân tích với ngƣời sử dụng. Trong những thập kỷ gần đây, phƣơng pháp Heuristic đƣợc phát triển giải quyết vấn đề tối ƣu hóa vận hành hồ chứa. Tất cả các mô hình tối ƣu hóa nói trên là những thủ tục thuật toán, nghĩa là có cấu trúc, quy trình giải pháp hội tụ đƣợc áp dụng cho các thông tin định lƣợng. Ngƣợc lại, phƣơng pháp heuristic lập trình dựa trên những quy ƣớc chung, kinh nghiệm, hoặc nội suy khác nhau áp dụng cho cả định tính và định lƣợng. Ƣu điểm của các phƣơng pháp này là đơn giản và có thể cho kết quả tốt trong các bài toán tối ƣu mà không gian tìm kiếm đơn giản. Tuy nhiên, các phƣơng pháp này dễ rơi vào điểm cực trị địa phƣơng và chỉ đảm bảo hội tụ tại điểm cực trị toàn phần khi hàm tối ƣu là hàm lồi, đơn trị. Thực tế lại cho thấy rất nhiều hàm không lồi và có vô số các điểm cực trị mà các phƣơng pháp cổ điển không thể giải quyết đƣợc. Nó đòi hỏi phải có những công cụ tối ƣu mạnh hơn để có thể tìm ra những giải pháp tối ƣu toàn phần cho những bài toán phức tạp. Bắt đầu từ thập kỷ 90 các thuật toán tiến hoá (bao gồm cả thuật toán di truyền và chiến thuật tiến hoá) đã đƣợc áp dụng và chứng minh cho tối ƣu hệ thống các bài toán hệ thống tài nguyên nƣớc. Một số nghiên cứu tiêu biểu có thể kể đến nhƣ sau: Thuật toán tiến hóa (Evolutionary algorithms) đƣợc ứng dụng rộng rãi trong bài toán tối ƣu vận hành hồ chứa đa mục tiêu. Nhiều thuật toán đã đƣợc kiểm tra bằng các mô hình khác nhau để giải phi tuyến, tuyến tính lồi và vấn đề hồ chứa đa chiều. Chang (2008), [24] đã sử dụng thuật toán tiến hóa đa mục tiêu, (NSGA –II) vào vận hành hệ thống hồ chứa đa mục tiêu ở Đài Loan (gồm hai hồ Shihmen và Feitsui), thiết lập một mô hình mô phỏng và vận hành hồ chứa theo thời đoạn ngày và tính toán chỉ số thiếu 16
  29. hụt nƣớc (Shortages Indices –SI) trong suốt thời gian mô phỏng. Mục tiêu của việc ứng dụng thuật toán là để làm giảm chỉ số SI thông qua sách lƣợc vận hành tối ƣu hệ thống hồ. Phƣơng pháp kết hợp thuật toán Gen (Genetic Algorithm - GA) với quy hoạch tuyến tính (LP) đƣợc Reis, [25] giới thiệu để tìm sách lƣợc vận hành tối ƣu cho hệ thống hồ chứa phát điện trong giai đoạn lập dự án với nhiều điều kiện dòng chảy ngẫu nhiên. Phƣơng pháp này cho phép lƣợc giảm các tham số nhờ GA và bằng LP giảm số lƣợng biến. Thuật toán này đƣợc coi nhƣ là quy hoạch động xấp xỉ ngẫu nhiên cho vận hành hệ thống hồ thủy điện, với nhiều lợi thế nhƣ là ứng dụng đơn giản, lựa chọn đƣợc những thông số hữu ích cho việc vận hành trong tƣơng lai. Các thuật toán đƣợc đề xuất là một xấp xỉ ngẫu nhiên để hệ thống thủy văn hoạt động, với những lợi thế nhƣ thực hiện đơn giản và khả năng trích xuất các thông số hữu ích cho các quyết định hoạt động trong tƣơng lai. Kết quả ứng dụng phƣơng pháp này cho một hệ thống thủy điện giả giống nhƣ phƣơng pháp quy hoạch động ngẫu nhiên kép (Stochastic Dual Dynamic Programming - SDDP) mà Pereira và Pinto, [26] đã gợi ý trƣớc đây cho thấy phƣơng pháp kết hợp GA –LP tốt hơn nhiều so với SDDP. Kerachian và Karamouz [27] nghiên cứu phát triển một mô hình từ sự liên kết giữa mô hình tối ƣu hóa GA và mô hình chất lƣợng nƣớc hồ chứa, dựa trên hàm mục tiêu của mô hình tối ƣu theo lý thuyết Nash để tối đa hóa độ tin cậy của nguồn nhu cầu cấp nƣớc cho hạ du và yêu cầu chất lƣợng nƣớc. Kết quả mô hình tối ƣu GA đƣợc ứng dụng xây dựng quy trình vận hành cho các hồ chứa Satarkhan ở Iran có xem xét đến chất lƣợng nƣớc và lƣợng nƣớc yêu cầu. Heidari và nnk [20] giới thiệu mạng Bayesian (BN) để tìm ra các quy tắc vận hành cho một hệ thống hồ chứa đa mục tiêu (tƣới tiêu và phòng lũ), với tài liệu thủy văn đầu vào theo thời đoạn tháng, mực nƣớc hồ chứa và yêu cầu nƣớc hạ du. Các mô hình tối ƣu chế độ vận hành hồ chứa dài hạn (theo tháng) đƣợc xây dựng nhằm mục đích giảm thiểu thiệt hại do lũ lụt và thiếu hụt nƣớc cho nông nghiệp và mô hình tối ƣu thời đoạn ngắn (theo giờ) kết hợp với mô hình ƣớc tính thiệt hại lũ lụt. Elferchichi và nnk [28] trình bày một phƣơng pháp phân tích đầy đủ về sự khác biệt giữa cung cấp nƣớc và nhu cầu sử dụng. Các hoạt động của hồ chứa trong một hệ 17
  30. thống thủy lợi theo yêu cầu sử dụng một phƣơng pháp ngẫu nhiên dựa trên thuật toán GA. Mô hình xác định đầy đủ đƣờng quá trình dòng chảy để đảm bảo các quy định tối ƣu các hồ chứa trong thời gian cao điểm. Mô hình này đã đƣợc áp dụng và thử nghiệm trên các hệ thống tƣới Sinista Ofanto (Foggia, Italy). Wei và Hsu (2008), trƣờng đại học Toko Đài loan, [29] nghiên cứu giới thiệu phƣơng pháp vận hành tối ƣu hồ chứa theo thời gian thực cho mỗi bƣớc thời gian dòng chảy lũ ứng dụng thuật toán tối ƣu với các quy tắc nhánh cây (treebased rules) cho hệ thống hồ chứa đa mục tiêu. Phƣơng pháp này là sự tích hợp hai mô hình thủy văn vận hành hồ chứa và mô hình dự báo thủy văn. Nghiên cứu so sánh việc ứng dụng thuật toán quyết định nhánh cây (C5.0), thuật toán quyết định nhánh cây thần kinh (NDT) và thuật toán quyết định nhánh cây logic mờ (FIDs) vào quá trình vận hành cấp nƣớc cho hồ chứa. Việc ứng dụng thuật toán trên cho hệ thống hồ chứa trên sông Shihmen, Đài Loan, chứng minh rằng mô hình FIDs, các tập mờ hình thang linh hoạt đƣợc sử dụng để định nghĩa các hàm thành viên, đƣợc đánh giá hiệu quả hơn so với các mô hình khác hiện nay. Áp dụng kỹ thuật tối ƣu nhánh cây này để xác định vận hành tối ƣu cho hệ thống hồ chứa trên sông Shihmen trong hoàn cảnh có cảnh báo bão xa từ Phòng dự báo thời tiết Trung ƣơng (CWB), các phƣơng pháp đề xuất đã cung cấp giải pháp hiệu quả giữa kiểm soát lũ và cấp nƣớc. Sau đó, năm 2009, Wei [30] cùng đồng nghiệp của mình thiết lập bộ quy tắc vận hành tối ƣu dựa trên quy tắc nhánh cây để kiểm soát lũ theo thời gian thực thử nghiệm đối với hệ thống hồ chứa Tanshui, Đài Loan, với các quá trình dự báo thời đoạn 6 giờ và 3 trận bão lịch sử, bao gồm cả Aere, Haima và Nock-ten năm 2004. Kết quả cho thấy giải pháp sử dụng kỹ thuật tối ƣu này đem lại hiệu quả cắt lũ cao và cho phép duy trì đƣợc mực nƣớc cao ở thời kỳ cuối mùa lũ, đảm bảo dung tích hồ cho cấp nƣớc mùa kiệt. Chaves và Chang (2008) [31] đã đề xuất sử dụng mạng trí tuệ nhân tạo (Artificial Neural Networks – ANN) xây dựng quy tắc vận hành hồ chứa Shihmen (với 5 biến ra quyết định) ở Đài Loan để xem xét tính ứng dụng và khả thi của nó. Với ƣu điểm dễ dàng xử lý các biến điều kiển và ít thông số, ANN đem lại hiệu quả vận hành của hồ chứa cao hơn khi so sánh với các quy tắc hoạt động hiện tại. Kết quả nghiên cứu cũng 18
  31. chứng minh rằng mạng ANN hoàn toàn có khả năng giải quyết bài toán vận hành hồ chứa đa mục tiêu. 1.3.2 Phương pháp mô phỏng Trong thực tế, để xây dựng một mô hình vật lý thí nghiệm các hoạt động của hồ chứa là rất khó khăn và tốn kém mà không thể thí nghiệm trực tiếp trên hệ thống hồ chứa thực đƣợc, chính vì vậy nghiên cứu phát triển mô hình toán đƣợc nhiều nhà khoa học quan tâm sử dụng nhằm mô phỏng các phƣơng án vận hành để tìm hiểu sâu hơn về hoạt động của hồ chứa. Mô hình mô phỏng trong điều hành hệ thống hồ chứa bao gồm tính toán cân bằng nƣớc của đầu vào, đầu ra hồ chứa và biến đổi lƣợng trữ. Kỹ thuật mô phỏng đã cung cấp cầu nối từ các công cụ giải tích trƣớc đây cho phân tích hệ thống hồ chứa đến các tập hợp mục đích chung phức tạp. Các mô hình mô phỏng có thể cung cấp các biểu diễn chi tiết và hiện thực hơn về hệ thống hồ chứa và quy tắc điều hành chúng. Thời gian yêu cầu để chuẩn bị đầu vào, chạy mô hình và các yêu cầu tính toán khác của mô phỏng là đơn giản hơn so với mô hình tối ƣu hoá. Các kết quả mô phỏng là cơ sở để thỏa hiệp trong bài toán đa mục tiêu. Hầu hết các phần mềm mô phỏng có thể chạy trong máy vi tính cá nhân đang sử dụng rộng rãi. Hiện nay, phƣơng pháp mô phỏng đƣợc ứng dụng rộng rãi trong các bài toán vận hành hồ chứa, đặc biệt là với các hệ thống hồ chứa đa mục tiêu. Các mô hình mô phỏng vận hành hồ chứa dựa vào phƣơng trình cân bằng nƣớc theo quy tắc vận hành không có điều khiển. Ví dụ nhƣ: mô hình HEC-RESSIM là mô hình vận hành có điều khiển phát triển lên từ HEC-5 do Trung tâm Kỹ Thuật Thủy Văn – Quân đội Mỹ (The US Army Corps of Engineers, Hydrologic Engineering Center) xây dựng và phát triển đƣợc Feldman giới thiệu trong cuốn Advances in Hydroscience và Wurbs trình bày trong quyển Modeling and Analysis of resevoir system operation [10] [32]. Mô hình này thích hợp vận hành hồ chứa theo quy trình vận hành đƣợc thiết lập sẵn (biểu đồ điều phối) tìm ra đƣờng vận hành tối ƣu. Một trong những mô hình mô phỏng nổi tiếng khác là mô hình MIKE 11 của Viện Thủy lực Đan Mạch (DHI) nghiên cứu và phát triển, mô hình tổng hợp dòng chảy và điều tiết hồ chứa (SSARR), mô hình mô phỏng hệ thống sóng tƣơng tác (IRIS) [33]. Gói phần mềm phân tích quyền lợi các hộ sử dụng nƣớc (WRAP). 19
  32. Do mỗi một hồ chứa hay hệ thống hồ chứa có một đặc điểm riêng về đặc tính thủy văn cũng nhƣ mục tiêu khác nhau, cho nên không có một mô hình tổng quát đƣợc thiết lập sẵn có thể phù hợp với mọi hệ thống mà phải tùy thuộc vào từng hệ thống hồ mà có những điều khiển riêng. Chính vì vậy, nhiều nhà khoa học trên thế giới đã thiết lập những mô hình mô phỏng để sử dụng vận hành cho từng hệ thống hồ chứa, ƣu điểm của các mô hình này đƣợc viết phù hợp với đặc điểm của hệ thống hồ và dễ dàng can thiệp để thay đổi chế độ vận hành và chỉnh sửa hệ thống. 1.3.3 Phương pháp kết hợp Trong thời gian gần đây, với sự phát triển mạnh mẽ về khoa học công nghệ, nhận thấy sự kết hợp mô hình mô phỏng với mô hình tối ƣu mở ra hƣớng tiếp cận giải quyết bài toán vận hành hồ chứa theo thời gian thực. Trong bài báo tổng quan về các mô hình mô phỏng và tối ƣu sử dụng thiết lập quy trình vận hành hệ thống hồ chứa, Wurb (1993) [15] đã tổng kết “Mặc dù, t u óa và mô p ỏn là a ớn t ếp cận mô ìn óa k ác n au v ặc tín , n n sự p ân b ệt rõ ràn ữa a ớn này là k ó vì ầu ết các mô ìn , xét v mức ộ nào ó u c ứa các t àn p ần của a ớn t ếp cận tr n”. Wurb cũng đề cập đến nhóm Quy hoạch mạng lƣới dòng (Network Flow Programming) nhƣ là một kết hợp hoàn thiện của hai hƣớng tiếp cận tối ƣu và mô phỏng. Labadie (2004) đã nhận định cần thiết phải có mô hình mô phỏng để kiểm tra các quy trình tối ƣu đƣợc thiết lập [34]. Một số nghiên cứu tiêu biểu giải quyết tốt mâu thuẫn kinh điển giữa kiểm soát lũ và các mục đích khác trong vận hành hồ chứa đa mục tiêu, có thể kể đến nhƣ sau: Ngô Lê Long và nnk (2007) [8] sử dụng kết hợp mô hình mô phỏng MIKE 11 và mô hình tối ƣu SCE (Shuffled Complex Evolution), các tác giả đã đƣa ra đề xuất phƣơng án giải quyết mâu thuẫn trong thời kỳ này tìm ra quỹ đạo tối ƣu (Pareto) điều khiển vận hành hồ Hòa Bình. Đã đƣa ra các quy tắc vận hành tối ƣu hồ chứa Hòa Bình với mục tiêu tối đa hóa phát điện và phòng lũ cho vùng đồng bằng hạ du, giải quyết xung đột giữa mục đích phát điện và phòng lũ xảy ra trong quá trình tìm kiếm quy tắc vận hành đặc biệt vào thời kỳ chuyển tiếp cuối mùa lũ đầu mùa kiệt. Kết quả chứng minh rằng việc sử dụng mô hình MIKE 11 có thể giúp duy trì mực nƣớc cao vào cuối mùa lũ đảm bảo an toàn cho phát điện mà vẫn giải quyết đƣợc vấn đề phòng lũ cho hạ du 20
  33. và công trình. Nghiên cứu cũng cho thấy hiệu quả cao của việc ứng dụng thuật toán tối ƣu SCE để tìm lời giải vận hành cho các hệ thống phức tạp. Bahram và nnk (2009) [35], kết hợp mô hình tối ƣu thuật toán Gen GA, công nghệ GIS xác định vùng sử dụng nƣớc; vùng thiệt hại do ngập lụt và mô hình HEC-RAS, HEC-GEORAS mô phỏng đƣờng quá trình mực nƣớc trong hệ thống sông; nghiên cứu vận hành hệ thống bậc thang hai hồ chứa Bakhtiari và Dez ở Tây Nam, Iran theo thời gian thực thành công, đem lại hiệu quả cao cho việc quản lý lũ lụt ở đây. Điều này chứng tỏ rằng việc kết hợp các mô hình mô phỏng và mô hình tối ƣu đem lại nhiều lợi ích trong thực tiễn vận hành hồ chứa. Hoàng Thanh Tùng (2011) [36] đã nghiên cứu xây dựng phƣơng án tích hợp mô hình dự báo mƣa lũ và mô hình vận hành hành hệ thống hồ chứa để giải quyết bài toán vận hành phối hợp các hồ chứa phòng lũ theo thời gian thực, nghiên cứu ứng dụng cho lƣu vực điển hình là lƣu vực sông Cả. Đƣa ra phƣơng pháp áp dụng hiệu quả mạng ANN với thuật toán quét ngƣợc (BPNN) bằng việc sử dụng thuật toán giải đoán gen GA trong quá trình tìm cấu trúc mạng tối ƣu. Với nghiên cứu vận hành hệ thống hồ chứa, tác giả đã lựa chọn hƣớng tiếp cận kết hợp giữa mô hình mô phỏng (HEC-HMS, HEC- ReSSim) với mô hình điều khiển hệ thống trong đó sử dụng cả hai phƣơng pháp "Ẩn" và "Hiện" để xác định các ƣu tiên vận hành cho từng hồ trong hệ thống (phân nhỏ các vùng dung tích để vận hành theo các ƣu tiên của biểu đồ điều phối của từng hồ sao cho có hiệu quả) và các ƣu tiên vận hành kết hợp giữa các hồ với các ƣu tiên về ràng buộc về mực nƣớc và lƣu lƣợng của các vùng bị ảnh hƣởng dƣới hạ lƣu để đảm bảo mục tiêu phòng lũ cho các công trình và cho các vùng ảnh hƣớng dƣới hạ du các công trình. Với những hồ chƣa có quy trình vận hành, nghiên cứu đã lập chƣơng trình tính theo phƣơng pháp quy hoạch động với dòng chảy đến hồ là ngẫu nhiên đƣợc mô phỏng bằng phƣơng pháp Monte Carlo. Viện Quy Hoạch Thủy Lợi liên kết cùng Trƣờng Đại Học Thủy Lợi (2014) [37] đã nghiên cứu ứng dụng mô hình MIKE11, mô hình HEC-RESSIM và xây dựng mô hình MOPHONG, công cụ tối ƣu GAMS và Crystal Ball làm công cụ chính để phân tích các phƣơng án vận hành hệ thống hồ chứa điều tiết cấp nƣớc và phát điện phục vụ lập quy trình hệ thống hồ chứa Sơn La, Hòa Bình, Thác Bà vàTuyên Quang thời kỳ 21
  34. mùa kiệt. Đề xuất phƣơng án vận hành hệ thống hồ chứa Sơn La, Hòa Bình, Thác Bà và Tuyên Quang thời kỳ lũ chính vụ và chế độ tích nƣớc của các hồ chứa này trong thời kỳ chuyển tiếp lũ-kiệt, đảm bảo an toàn tích nƣớc đầy hồ và vẫn đảm bảo an toàn chống lũ cho hạ du và công trình. Đây là cơ sở để lập quy trình vận hành cả năm cho hệ thống liên hồ chứa Sơn La, Hòa Bình, Thác Bà và Tuyên Quang. Kết quả nghiên cứu mặc dù còn có tồn tại cần đầu tƣ thêm nhƣng đã mở ra một hƣớng nghiên cứu mới trong lĩnh vực vận hành hệ thống hồ chứa chƣa đƣợc nghiên cứu nhiều ở Việt Nam. Tô Thúy Nga [38,39] đã nghiên cứu thiết lập chƣơng trình tính toán mô phỏng lũ từ việc tích hợp ba mô hình: mô hình mƣa dòng chảy, mô hình vận hành hồ chứa và diễn toán lũ trong sông cho vùng thƣợng du sông Vu Gia – Thu Bồn phục vụ cho dự báo lũ với thời gian dự kiến từ 3 đến 5 ngày làm cơ sở cho việc xác định chế độ vận hành hồ chứa theo thời gian thực. Với công cụ mô hình MOPHONG-LU đã thiết lập, xây dựng một quy trình vận hành theo thời gian thực nhằm nâng cao hiệu quả cắt giảm lũ, xả lũ an toàn và đảm bảo an toàn tích nƣớc cho nhiệm vụ phát điện và cấp nƣớc hạ du. Kết quả nghiên cứu chứng minh rằng mô hình MOPHONG-LU mà tác giả xây dựng có thể áp dụng cho công tác dự báo lũ (cho phép kéo dài thời gian dự kiến dự báo lũ so với quy định trong quy trình liên hồ chứa 1880/QĐTTg1880/QĐ-TTg) và vận hành an toàn các hồ chứa phòng lũ trên lƣu vực sông Vu Gia-Thu Bồn. Do vậy, có thể chủ động hạ thấp mực nƣớc hồ để đón lũ xuống dƣới mực nƣớc đón lũ đã quy định và do đó sẽ nâng cao đƣợc hiệu quả cắt giảm lũ cho hạ du mà vẫn đảm bảo an toàn tích nƣớc cho các hồ chứa thủy điện. Nghiên cứu mới chỉ tính toán thử với hai kịch bản, cần đƣợc tiếp tục với những kịch bản khác để phân tích tính hiệu quả của sử dụng trong thực tế. Công ty tƣ vấn điện 1 (PECC1), "Điều chỉnh Quy trình vận hành liên hồ chứa Sơn La, Hòa Bình, Thác Bà và Tuyên Quang trong mùa lũ hàng năm," [40] đã nghiên cứu đề xuất một số hiệu chỉnh quy trình vận hành hệ thống hồ chứa trên sông Hồng theo Quyết định 198/2001/QĐ-TTg. Đề án đã ứng dụng mô hình MIKE 11 để mô phỏng lũ cho hệ thống sông Hồng, sử dụng mô hình lũ PMF và lũ chu kỳ lặp lại 500 năm tại Sơn Tây tính toán điều chỉnh nâng cao mực nƣớc trƣớc lũ cho hồ chứa Sơn La. Thực tế đã đƣợc Quyết định 1622/2015/QĐ-TTg quy định quy trình vận hành liên hồ chứa 22
  35. trên lƣu vực sông Hồng đã nâng mực nƣớc trƣớc lũ của hồ chứa Sơn La trong thời kỳ lũ chính vụ từ 194 m lên 197,3 m. Kết quả nghiên cứu trong thời kỳ lũ chính vụ, khi không có lũ lớn, mực nƣớc hồ Sơn La và hồ Hòa Bình duy trì ở ngƣỡng cao hơn mực nƣớc trƣớc lũ (vận hành theo khung tham chiếu phụ thuộc vào mực nƣớc Hà Nội), khi dự báo có lũ lớn xảy ra sẽ tiến hành hạ mực nƣớc hồ Sơn La và Hòa Bình về mực nƣớc trƣớc lũ để sẵn sàng điều tiết, chống lũ thiết kế 500 năm tại Sơn Tây cho hạ du. Tuy nhiên, đề án chỉ dừng lại điều chỉnh khoản 6 của quy trình 198, chƣa đề cập đến vấn đề vận hành hồ chứa trong thời kỳ lũ muộn khi xảy ra lũ bất thƣờng. Kết luận: Bài toán vận hành hệ thống hồ chứa là bài toán đa dạng và phức tạp, cho đến nay các nghiên cứu về lĩnh vực này trên thế giới, đặc biệt ở Việt Nam đã đƣợc nhiều cơ quan chức năng và nhà khoa học quan tâm. Hƣớng nghiên cứu xây dựng quy trình vận hành hệ thống hồ chứa thƣờng tập trung sử dụng công cụ mô hình toán, áp dụng lý thuyết tối ƣu hoặc mô phỏng. Kỹ thuật tối ƣu thƣờng đƣợc sử dụng để thiết lập ra quy tắc vận hành khung, xây dựng biểu đồ điều phối cho từng hồ chứa trong hệ thống. Phƣơng pháp mô phỏng giúp chi tiết hoá vận hành hệ thống hồ chứa với các kịch bản khác nhau để lựa chọn phƣơng án vận hành hợp lý giải quyết các mâu thuẫn nhằm tối đa hoá các mục tiêu của hệ thống hồ chứa. Chính vì vậy, khi nghiên cứu bài toán vận hành hệ thống hồ chứa đa mục tiêu, mặc dù phƣơng pháp sử dụng mô hình tối ƣu ngày càng phát triển mạnh mẽ nhƣng tìm ra quy tắc vận hành tối ƣu vẫn gặp nhiều khó khăn [41], nên phƣơng pháp mô phỏng vẫn đƣợc ứng dụng rộng rãi nhằm xác định các quy tắc vận hành hợp lý và linh hoạt. 1.4 Tổng quan về lƣu vực sông Hồng 1.4.1 Lưu vực sông và mạng lưới sông ngòi Lƣu vực sông Hồng nằm ở vĩ độ 20º – 25º 30’ Bắc, kinh độ 100º - 107º 10’ Đông thuộc vùng nhiệt đới gió mùa, nằm trên cả lãnh thổ Việt Nam và lãnh thổ Trung Quốc. Diện tích toàn lƣu vực là 169.020 km², diện tích lƣu vực thuộc lãnh thổ Việt Nam là 87.840 km², chiếm 51% diện tích toàn lƣu vực. Phần châu thổ nằm hoàn toàn ở Việt Nam với diện tích gần 17.000 km2, với chiều dài 328 km. 23
  36. Lƣu vực sông Hồng – Thái Bình là lƣu vực sông lớn nhất miền Bắc Việt Nam. Đây là lƣu vực sông quốc tế đƣợc tạo thành bởi hai hệ thống sông lớn là hệ thống sông Hồng và hệ thống sông Thái Bình. Hệ thống sông Hồng bắt nguồn từ tỉnh Vân Nam, Trung Quốc với 05 phụ lƣu lớn khi chảy vào địa phận Việt Nam hợp thành 03 nhánh sông chính là Đà, Thao, Lô. Sông Thao là dòng chính của sông Hồng bắt nguồn từ hồ Đại Lý ở độ cao gần 2000 m trên đỉnh Nguỵ Sơn, Trung Quốc chảy theo hƣớng Tây Bắc - Đông Nam chảy vào nƣớc ta tại tỉnh Lào Cai đến Việt Trì nhập với sông Lô và sông Đà và mang tên gọi là sông Hồng. Ngoài sông Đà và sông Lô còn có các sông nhánh lớn nhƣ: Đáy, Luộc, Trà Lý, Đào và Ninh Cơ. Sông Hồng đổ ra vịnh Bắc Bộ qua cửa chính là Ba Lạt và các cửa Trà Lý, Lạch Giang và sông Thái Bình. Sông Hồng có chiều dài 1126 km, trong lãnh thổ nƣớc ta có 556 km. Hình 1-4: Bản đồ lƣu vực sông Hồng Địa hình lƣu vực sông Hồng rất đa dạng, núi và đồng bằng thấp dần theo hƣớng Tây Bắc - Đông Nam. Địa hình đồi núi chiếm phần lớn diện tích với độ cao trung bình là 1090 m. Các đỉnh núi cao tiêu biểu là Pu Sam Sao (1897m) trên biên giới Việt - Lào, Pia Oóc (1930m) trên cánh cung sông Gâm và cánh cung Ngân Sơn. Trên dãy Hoàng 24
  37. Liên Sơn có đỉnh Phanxipan (3143m), Lang Cung (2913m) và Phu Luông (2985m). Vùng đồi núi thấp có độ cao dƣới 100m - 200m là trung lƣu các sông Cầu, Thƣơng và Lục Nam. Vùng đồng bằng châu thổ sông Hồng là do phù sa của hệ thống sông Hồng - Thái Bình bồi đắp có địa hình bằng phẳng nghiêng ra biển. Dọc theo các sông có đê bao bọc. Lƣu vực sông Hồng nằm giữa ranh giới của vùng nhiệt đới nội chí tuyến (phần lãnh thổ Việt Nam, một phần lãnh thổ Trung Quốc) và vùng cận chí tuyến (phần còn lại phía địa phận Trung Quốc). Khí hậu vùng này là khí hậu nhiệt đới gió mùa với mùa đông lạnh, khô, ít mƣa và mùa hè nóng ẩm mƣa nhiều, chịu tác động của cơ chế gió mùa Đông Nam Á với hai mùa gió: gió mùa mùa Đông và gió mùa mùa Hạ, nhƣng do chịu tác động của địa hình nên các yếu tố khí hậu biến đổi mạnh mẽ theo không gian và thời gian [42] [43]. 1.4.2 Giới thiệu các công trình hồ chứa trên dòng chính sông Hồng 1.4.2.1 Tr n ịa phận Trung Qu c Trung Quốc đã đang và sẽ khai thác ngày càng mạnh mẽ hơn nữa nguồn tài nguyên nƣớc ở thƣợng nguồn, hàng loạt các hồ chứa mới đƣợc xây dựng đƣa vào vận hành từ năm 2007 đến nay với mục tiêu thủy điện. Phía Trung Quốc cũng đã hoàn thành bản kế hoạch xây dựng khoảng 52 nhà máy thủy điện trên thƣợng nguồn các sông Đà, sông Lô và sông Thao. Bảng 1-3: Các nhà máy thủy điện trên sông Lý Tiên-thƣợng nguồn sông Đà [44] Dung Chiều Công suất TT Tên công trình tích cao đập Vị trí Ghi chú (MW) (106m3) (m) 1 Tọa Dƣơng Sơn 120 247 88 Nhánh Bả Biên Vận hành 2 Thạch Môn Khảm 130 195 108 Nhánh Bả Biên Vận hành 3 Tân Bình Trại 300 Nhánh Bả Biên 4 Long Mã 240 590 135 Nhánh Bả Biên Vận hành 5 Chung Ái Kiều Nhánh A Mặc 6 Phổ Tú Kiều Nhánh A Mặc 25
  38. Dung Chiều Công suất TT Tên công trình tích cao đập Vị trí Ghi chú (MW) (106m3) (m) 7 Tam Giang Khẩu 99 84,5 77 Nhánh A Mặc Vận hành 8 Tứ Nam Giang 210 246 115 Nhánh Tứ Nam Vận hành 9 Cƣ Phổ Độ 285 174 95 Nhánh Lý Tiên Vận hành 10 Qua Lan Than 450 409 113 Nhánh Lý Tiên Vận hành 11 Thổ Khả Hà 165 78 59,2 Nhánh Lý Tiên Vận hành Tổng 1.945 1.724 Theo số liệu của Công ty Tƣ vấn Điện 1 năm 2009 [44], trên thƣợng nguồn sông Đà (sông Lý Tiên) thuộc lãnh thổ Trung Quốc, hiện có 11 hồ chứa đƣợc quy hoạch, trong đó có 9 hồ đã đi vào vận hành, còn trên thƣợng nguồn sông Lô (sông Bàn Long) thuộc lãnh thổ Trung Quốc hiện có 8 hồ chứa thủy điện đã đƣợc quy hoạch, trong đó nhiều hồ chứa đã đi vào hoạt động, trên thƣợng nguồn sông Thao (sông Nguyên) hiện có 1 nhà máy đang hoạt động. Phía thƣợng nguồn sông Đà trên địa phận Trung Quốc [45] đã xây dựng 7 nhà máy thủy điện trên dòng chính, 4 nhà máy trên sông nhánh và 18 đập ngăn nƣớc. Hình 1-5 Sơ đồ các hồ chứa trên thƣợng nguồn sông Đà phía Trung Quốc Trung Quốc chỉ cung cấp cho Việt Nam thông tin sơ lƣợc về hồ chứa, số liệu quan trắc mực nƣớc và lƣu lƣợng của 05 trạm thủy văn: Trung Ái Kiều, Thổ Khả Hà, Kim Thuỷ 26
  39. Hà (trên nhánh sông Đà) và Nguyên Giang, Mạn Hảo (trên nhánh sông Thao) mà không có thông tin về quy mô và chế độ vận hành của các hồ chứa. Từ năm 2013 đến nay trạm Trung Ái Kiều nằm trong vùng lòng hồ nên đã ngừng đo đạc nên phía Trung Quốc cấp trạm Tứ Nam nằm trên sông Tứ Nam là nhánh cấp 3 của sông Đà. Tuy nhiên, qua phân tích chế độ dòng chảy tại các trạm thuỷ văn phía Trung Quốc và thƣợng nguồn nƣớc ta nhận thấy những dấu hiệu thiếu hụt nguồn nƣớc trên thƣợng nguồn do việc khai thác vận hành của các hồ chứa phía Trung Quốc nhƣ sau: - Các nhà máy Thủy điện phía Trung Quốc làm việc theo chế độ điều tiết ngày đêm nên dao động mực nƣớc giữa giờ cao điểm và thấp điểm trong ngày lớn nhất. Ví dụ, tại trạm thủy văn Mƣờng Tè trên sông Đà (cách biên giới khoảng 60 km) mực nƣớc chênh lệch trong ngày khoảng 1,5-2,0 m. Tại trạm thủy văn Hà Giang trên sông Lô (cách biên giới 18 km) chênh lệch mực nƣớc trong ngày khoảng 1,0-1,3 m. - Trong thời kỳ tháng V-VI năm 2008, các hồ thƣợng nguồn phía Trung Quốc làm giảm bớt 30- 50% lƣợng nƣớc về Việt Nam. - Thời kỳ cấp nƣớc khẩn trƣơng tháng I-III, các hồ chứa trên sông Đà phía Trung Quốc giảm phát điện tới mức thấp nhất. Theo thống kê từ 22/3 đến 6/6 (2005- 2008), dòng chảy ở thƣợng nguồn sông Đà chỉ vào khoảng 10-30 m3/s. Về mùa lũ VI-X các hồ chứa phía Trung Quốc đã giữ lại một lƣợng nƣớc khoảng 14-20% tổng lƣợng nƣớc chảy vào Việt Nam. 1.4.2.2 Tr n ịa phận Việt Nam Do vị trí địa hình thuận lợi nên hiện nay trên lƣu vực sông Hồng ở phần lãnh thổ nƣớc ta đã xây dựng đƣợc rất nhiều hệ thống các hồ chứa, công trình thuỷ lợi để phát điện, cấp nƣớc và phòng lũ bao gồm: hồ chứa, đập dâng, cống và trạm bơm cấp nƣớc cho Đồng bằng sông Hồng. Theo thống kê chƣa đầy đủ, trên lƣu vực hiện đã có 53 hồ chứa trong trạng thái đã vận hành, đang xây dựng và quy hoạch. Các hồ chứa này có quy mô khác nhau với nhiệm vụ chủ yếu là chỉ phát điện hoặc cấp nƣớc. Hiện nay, trên dòng chính hệ thống sông Hồng - Thái Bình đã có 05 hồ chứa đa mục tiêu đã đƣợc xây dựng và vận hành, đó là: 27
  40. Hồ chứa Thác Bà (trên sông Chảy): Cao trình mực nƣớc dâng bình thƣờng 58,0 m; mực nƣớc dâng gia cƣờng 61,0 m; dung tích chống lũ cho hạ du 0,45 tỷ m3. Hình 1-6: Bản đồ lƣu vực sông Đà Hồ chứa Hòa Bình (trên sông Đà): Cao trình mực nƣớc dâng bình thƣờng 117,0 m; mực nƣớc dâng gia cƣờng 122,0 m; dung tích chống lũ cho hạ du 2,9 tỷ m3. Hồ chứa Tuyên Quang (trên sông Gâm): Cao trình mực nƣớc dâng bình thƣờng 120,0 m; mực nƣớc dâng gia cƣờng 122,55 m; dung tích chống lũ cho hạ du 1,0 tỷ m3. Hồ chứa Sơn La (trên sông Đà): Cao trình mực nƣớc dâng bình thƣờng 215,0 m; mực nƣớc dâng gia cƣờng 217,83 m; dung tích chống lũ cho hạ du (kết hợp với hồ Hòa Bình) 7,0 tỷ m3. Hồ chứa Lai Châu (trên sông Đà): Cao trình mực nƣớc dâng bình thƣờng 295,0 m; mực nƣớc lớn nhất thiết kế 297,0 m; không có nhiệm vụ phòng lũ hạ du. Hệ thống hồ chứa trên dòng chính sông Hồng, chỉ có hồ chứa Lai Châu mới vận hành 02 tổ máy thuỷ điện cuối năm 2016 là không có nhiệm vụ phòng chống lũ cho hạ du, 04 hồ chứa Hoà Bình, Sơn La, Tuyên Quang và Thác Bà đều là các hồ chứa lợi dụng tổng hợp với nhiệm vụ phòng chống lũ cho hạ du trong thời kỳ mùa lũ. Tổng dung tích 28
  41. chống lũ cho hạ du của bậc thang sông Đà là 7 tỷ m3 và hệ thống sông Lô, Gâm là 1,45 tỷ m3. Với đặc tính giảm lũ trên, nếu xuất hiện lũ có chu kỳ lặp lại 500 năm tại Sơn Tây thì có thể bảo đảm mực nƣớc tại Hà Nội không vƣợt quá 13,40 m. Tổng dung tích chống lũ hạ du và công trình của hồ chứa Hòa Bình Sơn La là 10,26 tỷ m3, nếu tính thêm Bản Chát và hồ Lai Châu thì dung tích này là 10,7 tỷ m3. Tổng dung tích hiệu dụng tính đến mực nƣớc dâng bình thƣờng của các hồ chứa Hòa Bình, Sơn La, Lai Châu, Bản Chát và Huổi Quảng là 14,672 tỷ m3. 1.4.3 Nhiệm vụ chống lũ hạ du và nguyên tắc chung của chế độ vận hành chống lũ hạ du Quyết định 257/2016 QĐ-TTg của Thủ tƣớng chính phủ ban hành ngày 18 tháng 02 năm 2016 về việc phê duyệt quy hoạch phòng chống lũ và quy hoạch đê điều hệ thống sông Hồng, sông Thái Bình quy định nhƣ sau: - Tiêu chuẩn phòng, chống lũ giai đoạn đến năm 2030: Khu vực đô thị trung tâm thành phố Hà Nội đảm bảo an toàn với lũ thiết kế có chu kỳ lặp lại 500 năm (tần suất 0,2%). Các khu vực còn lại của đồng bằng sông Hồng đảm bảo an toàn với lũ thiết kế có chu kỳ lặp lại 300 năm (tần suất 0,33%). - Thành phố Hà Nội đảm bảo an toàn với mực nƣớc lũ thiết kế trên sông Hồng là 13,4 m, ứng với lƣu lƣợng thiết kế là 20.000 m3/s, các khu vực còn lại mức nƣớc an toàn tại Hà Nội là 13,1 m khi xảy ra lũ 300 năm. - Giải pháp điều tiết lũ tại các hồ chứa: dung tích chống lũ cho hạ du của các hồ chứa Hồ Sơn La và hồ Hoà Bình trên sông Đà là 7,0 tỷ m3; hồ chứa Tuyên Quang là 1,0 tỷ m3; hồ chứa Thác Bà là 450 triệu m3. Vận hành điều tiết liên hồ, đảm bảo lƣu lƣợng lũ trên sông Hồng tại trạm thuỷ văn Sơn Tây nhỏ hơn hoặc bằng 28.000 m3/s; tại trạm thuỷ văn Hà Nội nhỏ hơn hay bằng 20.000 m3/s và mực nƣớc Hà Nội không vƣợt quá 13,4 m. Trƣờng hợp xảy ra sự cố nghiêm trọng đối với hệ thống đê điều hoặc dự báo xảy ra trận lũ 500 năm xuất hiện một lần, nhƣng nhỏ hơn lũ thiết kế công trình hồ Sơn La (lũ 10.000 năm xuất hiện một lần) đƣợc sử dụng một phần dung tích chống lũ cho công trình để cắt lũ cho hạ du nhƣng phải đảm bảo an toàn cho công trình. 29
  42. Theo quyết định số 1622/QĐ-TTg của Thủ tƣớng chính phủ ngày 19 tháng 07 năm 2015 về việc ban hành quy trình vận hành liên hồ chứa trên lƣu vực sông Hồng (QT1622) thì hồ chứa Hòa Bình và hồ chứa Sơn La, với sự hỗ trợ của các hồ chứa Tuyên Quang và hồ chứa Thác Bà có khả năng chống lũ chu kỳ 300 năm cho đồng bằng Bắc Bộ, đảm bảo mực nƣớc tại Hà Nội không vƣợt quá 13,1 m và chống lũ chu kỳ 500 năm cho Hà Nội, đảm bảo mực nƣớc tại Hà Nội không vƣợt quá 13,4 m. Vào mùa lũ, hồ chứa Tuyên Quang phải dành dung tích 0,5 tỉ m3 chống lũ cho thị xã Tuyên Quang và 1 tỉ m3 để chống lũ cho đồng bằng Bắc Bộ. Hồ chứa Tuyên Quang đƣợc xây dựng trên sông Gâm (nhỏ hơn sông Đà với dung tích phòng lũ ít hơn hồ Hòa Bình khoảng 5 lần). Khác với hồ chứa Thác Bà là hồ điều tiết nhiều năm, gần nhƣ không phải xả lũ, hồ chứa Tuyên Quang thƣờng xuyên phải cắt xả lũ hàng năm và nhƣ vậy tham gia vào quá trình chống lũ thƣờng xuyên giống nhƣ hồ chứa Hòa Bình và hồ chứa Sơn La. Hệ thống hồ chứa thƣợng nguồn hiện tại gồm Sơn La, Hòa Bình trên sông Đà, Tuyên Quang trên sông Gâm và Thác Bà trên sông Chảy có vai trò quan trọng trong công tác phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng và Thủ đô Hà Nội. Hệ thống hồ bậc thang Sơn La và Hoà Bình nằm trên sông Đà đóng vai trò chính trong việc phòng chống lũ hạ du, sau đến hồ Tuyên Quang, rồi đến hồ Thác Bà. 1.4.4 Tổng quan các nghiên cứu phục vụ vận hành hệ thống hồ chứa lưu vực sông Hồng trong mùa lũ 1.4.4.1 Các nghiên cứu về chế độ vận hành và lập quy trình vận hành Trong giai đoạn thiết kế kỹ thuật các hồ chứa Hòa Bình, Sơn La, Tuyên Quang và Thác Bà, cơ quan lập thiết kế xác định các tham số thiết kế hồ chứa theo nhiệm vụ chống lũ hạ du và chống lũ cho công trình, việc lập quy trình vận hành cắt lũ hạ du lại do Cục phòng chống thiên tai đảm nhiệm. Bởi vậy, ngay sau khi công trình hồ chứa Hòa Bình đƣợc khởi công thì quy trình vận hành chống lũ hạ du cũng đƣợc nghiên cứu. Nhiệm vụ lập quy trình vận hành hồ chứa trƣớc đây do Bộ Nông Nghiệp và PTNT đảm nhiệm, đã thực hiện đối với các hồ chứa Hòa Bình, Tuyên Quang và Thác Bà. Khi xây dựng thêm hồ Sơn La thì nhiệm vụ này do Bộ Tài nguyên và Môi trƣờng đảm nhiệm. Các nghiên cứu về lập quy trình vận hành liên hồ chứa trên sông Hồng 30
  43. chủ yếu thực hiện theo các dự án có sự tham gia của các cơ quan có kinh nghiệm bao gồm: Viện Quy hoạch Thủy lợi; Trƣờng Đại học Thủy lợi; Viện Khoa học thủy lợi; Viện Khoa học KTTV và BĐKH; Viện Cơ học Việt Nam. Các dự án đã thực hiện sau khi có hồ chứa Hòa Bình gồm: - Xây dựng quy trình vận hành hệ thống hồ chứa trên lƣu vực sông Hồng và sông Thái Bình gồm 2 hồ chứa (Hòa Bình và Thác Bà) năm 1997. - Xây dựng quy trình vận hành hệ thống hồ chứa trên lƣu vực sông Hồng và sông Thái Bình gồm 3 hồ chứa (Hòa Bình, Tuyên Quang và Thác Bà) năm 2005. - Xây dựng quy trình vận hành hệ thống hồ chứa trên lƣu vực sông Hồng và sông Thái Bình gồm 3 hồ chứa (Hòa Bình, Tuyên Quang và Thác Bà) năm 2007. - Xây dựng quy trình vận hành hệ thống hồ chứa trên lƣu vực sông Hồng và sông Thái Bình gồm 4 hồ chứa (Hòa Bình, Tuyên Quang, Thác Bà, và Sơn La) năm 2011. - Xây dựng quy trình vận hành hệ thống hồ chứa trên lƣu vực sông Hồng gồm: Hồ chứa Hoà Bình, Sơn La, Tuyên Quang, Thác Bà, Lai Châu và Huội Quảng năm 2015. Các nghiên cứu khác do các cơ quan của Bộ Nông nghiệp và PTNT, Bộ Tài nguyên và Môi trƣờng, Bộ Công thƣơng tiến hành chủ yếu tập trung xác định các giới hạn mực nƣớc hồ trong quá trình cắt lũ, các mực nƣớc khống chế tại Hà Nội, thời điểm cắt lũ hạ du, thời điểm bắt đầu tích nƣớc và chế độ phối hợp giữa các hồ chứa trong quá trình cắt lũ hạ du theo đúng nhiệm vụ thiết kế đối với các hồ chứa trên. 1.4.4.2 Các nghiên cứu dự báo thủy văn phục vụ công tác vận hành Dự báo dòng chảy đến hồ là một trong những nhiệm vụ quan trọng cần thiết trong công tác quản lý vận hành hệ thống hồ chứa, chất lƣợng dự báo trong các bản tin tƣ vấn ảnh hƣởng không nhỏ đến hiệu quả vận hành liên hồ chứa, đặc biệt dự báo dòng chảy trong thời kỳ tích nƣớc. Hiện nay, việc nghiên cứu dự báo thủy văn phục vụ vận hành hồ chứa chống lũ đƣợc chú trọng về công nghệ và nâng cao về chất lƣợng. Một số nghiên cứu điển hình đến nhƣ sau: 31
  44. Đề tài cấp Nhà nƣớc: “Nghiên cứu công nghệ nhận dạng lũ trong điều hành hồ Hòa Bình chống lũ hạ du”, Trịnh Quang Hòa và nnk, Đại học Thủy Lợi (1994) [46], đã cung cấp công nghệ cho phép nhận dạng lũ để cảnh báo sớm, chứ không phải là công cụ dự báo lũ hạn ngắn. Công nghệ này đã đƣợc cài đặt và ứng dụng trong tổ nghiệp vụ Dự báo thủy văn hạn vừa và hạn dài thuộc Đề tài “Ứng dụng một số mô hình thích hợp để dự báo lũ thƣợng lƣu hệ thống sông Thái Bình”, Nguyễn Lan Châu, Trung tâm KTTV Quốc gia, (1995-1997) [47]. Trên cơ sở phân tích các hình thế thời tiết gây mƣa và các chế độ nƣớc lũ ở thƣợng lƣu sông Thái Bình, sông Cầu, sông Thƣơng, sông Lục Nam, đã nghiên cứu ứng dụng các mô hình Tank, Nam và phƣơng pháp hồi qui bội để tính toán dự báo quá trình dòng chảy lũ tại Thái Nguyên trên sông Cầu, Phủ Lạng Thƣơng trên sông Thƣơng và Lục Nam trên sông Lục Nam. Nghiên cứu có kết quả tính toán và dự báo dòng chảy lũ theo 3 mô hình nêu trên đều cho chất lƣợng tốt. Mô hình đã đƣợc Trung tâm bổ sung và đƣa vào dự báo tác nghiệp từ năm 1997 đến nay. Đề tài cấp Nhà nƣớc KC-08-13 “Nghiên cứu cơ sở khoa học cho các giải pháp tổng thể dự báo phòng tránh lũ lụt ở đồng bằng sông Hồng” và KC-08-17/06-10 “Hoàn thiện công nghệ dự báo lũ cho hệ thống sông Hồng, sông Thái Bình (Phát triển kết quả đề tài KC-08-13)” do Nguyễn Văn Điệp, Viện Cơ học, Trung tâm KHTN &CNQG, [48] [49]. Đề tài đã xây dựng công nghệ mô phỏng và dự báo lũ cho toàn hệ thống sông Hồng với hệ thống các mô hình thủy văn, thủy lực, điều tiết hồ. Công nghệ phù hợp với Quy trình vận hành hồ Hòa Bình đã ban hành, đã gắn kết với GIS, với mô hình dự báo các biên triều và đƣợc áp dụng trong mùa lũ 2004, 2005 và 2006. Kết quả dự báo của nghiên cứu đã đƣợc Ban chỉ huy phòng chống lụt bão Trung ƣơng đánh giá rất cao, tuy nhiên công nghệ này chƣa gắn kết đƣợc với mô hình dự báo mƣa và chƣa có biện pháp hiệu chỉnh sai số dự báo thích hợp. Đề tài NCKH cấp nhà nƣớc “Hợp tác nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ trung hạn kết nối với công nghệ điều hành hệ thống công trình phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng – sông Thái Bình”, Vũ Minh Cát, Đại học Thủy lợi, (2008) [50] đã nghiên cứu ứng dụng mô hình DIMOSOP mô phỏng để dự báo lũ trung hạn cho hệ thống sông Hồng và sông Thái Bình. Điểm nổi bật của mô hình DIMOSOP 32
  45. so với các mô hình thủy văn thông số tập trung là khả năng sử dụng thông tin toàn cầu nhƣ bản đồ đất, hiện trạng sử dụng đất, ảnh vệ tinh để mô phỏng lƣu vực, đặc biệt hữu ích cho các lƣu vực liên quốc gia nhƣ lƣu vực hệ thống sông Hồng và Thái Bình, khi mà thông tin phần lƣu vực thuộc Trung Quốc hầu nhƣ không có. Mô hình DIMOSOP đƣợc mô phỏng cho lƣu vực sông Hồng và sông Thái Bình với kích thƣớc ô lƣới là 1km x 1km. Mô hình này đƣợc kết nối với mô hình khí tƣợng BOLAM để đƣa ngay kết quả dự báo mƣa vào dự báo dòng chảy với thời gian dự kiến là 5 ngày. Ngoài ra còn các dự án có liên quan hoặc phục vụ cho lập quy trình vận hành và quy hoạch lũ trên sông Hồng. Dự án “Xây dựng quy trình vận hành liên hồ chứa Sơn La - Hòa Bình - Thác Bà - Tuyên Quang trong mùa lũ hàng năm”, Viện Cơ Học, (2010) [51], đã hoàn thiện công nghệ dự báo dòng chảy đến hồ Sơn La với mức đảm bảo từ 75-80% (với thời gian dự kiến 48h), và mức đảm bảo từ 55-75% (với thời gian dự kiến 5 ngày) bằng việc sử dụng ba mô hình HRM, ETA, BOLAM để dự báo mƣa, Mô hình MARINE dự báo dòng chảy đến hồ Sơn La hạn ngắn (thời gian dự kiến 48h), Mô hình TANK-MUSKINGUM dự báo dự báo dòng chảy đến hồ Sơn La hạn ngắn (thời gian dự kiến 5 ngày). Đề tài NCKH cấp nhà nƣớc “Nghiên cứu cơ sở khoa học cho việc xóa các khu chậm lũ sông Hồng, sông Đáy, sông Hoàng Long”, Hà Văn Khối, Đại học Thủy lợi, 2010 [52], nghiên cứu chế độ vận hành hệ thống hồ chứa thƣợng nguồn sau khi có hồ chứa Sơn La theo hƣớng xóa các khu chậm lũ. Đây cũng là một trong những cơ sở khoa học cho việc lập quy trình vận hành liên hồ chứa sau khi có hồ Sơn La. Đề xuất các giải pháp cụ thể cho việc xóa các khu chậm lũ và tạo dòng chảy thƣờng xuyên cho sông Đáy trong mùa lũ, đƣợc Bộ Nông nghiệp và PTNT sử dụng trình Chính phủ về việc xóa các khu chậm sông Hồng và sông Đáy. Kết quả cho thấy có thể sử dụng một phần dung tích chống lũ công trình cho nhiệm vụ chống lũ hạ du. Kết quả đã đƣợc đƣa vào nội dung của Nghị định 04/2011/NĐ-CP của Chính phủ ban hành ngày 14 tháng 01 năm 2011 về việc thực hiện bãi bỏ khu phân lũ, làm chậm lũ thuộc hệ thống sông Hồng. Đây cũng là cơ sở để nghiên cứu chế độ vận hành và phƣơng án ứng xử khi xẩy ra lũ bất thƣờng ở thời kỳ cuối mùa lũ. 33
  46. Nhằm nâng cao năng lực dự báo dòng chảy đến hồ phục vụ điều hành liên hồ chứa trên lƣu vực sông Hồng, Trung tâm Khí tƣợng Thuỷ văn quốc gia thực hiện đề tài NCKH cấp bộ " Nghiên cứu xây dựng công nghệ dự báo lũ đến các hồ chứa lớn trên hệ thống sông Hồng" trong 03 năm 2014-2016, do Bùi Đình Lập là chủ nhiệm [53]. Nghiên cứu đã ứng dụng thành công mô hình thuỷ văn thông số phân bố MARINE để diễn toán mƣa dòng chảy cho 06 lƣu vực hồ chứa lớn: Lai Châu, Sơn La, Hoà Bình, Thác Bà và Tuyên Quang; Dự báo dòng chảy đến các hồ chứa theo 04 phƣơng pháp: (i) Nhận dạng lũ; (ii) Điều hoà; (iii) Thống kê khách quan; (iv) Hồi quy bội trên cơ sở số liệu 09 năm mƣa, lũ (2001 đến 2009) kết hợp với một số năm lũ đặc biệt lớn. Tác giả cũng tiến hành dự báo thử nghiệm cho mùa lũ năm 2015 và 2016. Kết quả dự báo cho thấy công nghệ dự báo đƣợc thiết lập đảm bảo chất lƣợng với sai số đều nằm trong giới hạn cho phép với thời gian dự kiến 48h -72h. Dự báo dòng chảy đến 02 hồ chứa Sơn La và hồ chứa Hoà Bình có mức đảm bảo đạt trên 70% với thời gian dự kiến 03 ngày, ngày thứ 4 và 5 mức đảm bảo giảm dần nhƣng vẫn đạt trên 60%. Kết quả dự báo thử nghiệm cho thời kỳ tích nƣớc hai năm (2015 và 2016) cho thấy phƣơng án nhận dạng lũ có xu thế dự báo tốt nhất; về trị số dự báo phƣơng án hồi quy bội có chất lƣợng dự báo cao đạt trên 71%. Kết quả dự báo dòng chảy từ ngày thứ 4 trở đi phụ thuộc phần lớn vào kết quả dự báo mƣa số trị mà chất lƣợng dự báo mƣa còn chƣa thật tốt. Dự báo lũ trên hệ thống sông Hồng là bài toán phức tạp, còn một số khó khăn khi ngày càng nhiều hồ chứa thƣợng nguồn đƣợc xây dựng và tình trạng thiếu thông tin từ các trạm đo trên địa phận Trung Quốc, vấn đề về chất lƣợng dự báo mƣa số trị. Dự báo và cảnh báo lũ trên hệ thống đã đƣợc nhiều nhà khoa học [46] [54] [53] quan tâm ứng dụng những công nghệ hiện đại, tiên tiến trên thế giới nâng cao lƣợng dự báo phục vụ hiệu quả vận hành hệ thống hồ chứa trên lƣu vực sông Hồng, đảm bảo yêu cầu vận hành theo thời gian thực. Dự báo dòng chảy lũ với thời gian dự kiến 3 ngày đạt mức dự báo “Tốt” là một trong những điều kiện cho việc giải quyết mâu thuẫn giữa tích nƣớc và phòng lũ hệ thống hồ chứa trên hệ thống sông Hồng. 34
  47. 1.4.5 Quá trình phát triển văn bản pháp lý Trên thƣợng lƣu sông Đà và sông Lô, nhiều hồ chứa lớn đã và đang đƣợc xây dựng, những hồ chứa này góp phần quan trọng đối với sự phát triển kinh tế, xã hội của toàn đồng bằng Bắc Bộ. Một số hồ chứa lớn nhƣ là: Thác Bà đƣợc xây dựng trên sông Chảy cách đây trên 50 năm chủ yếu nhằm phát điện; sau đó hồ chứa Hòa Bình trên sông Đà ra đời là một hồ chứa đa mục tiêu phòng lũ, phát điện và cấp nƣớc vào những năm cuối thế kỷ 20; gần đây là hàng loạt các hồ chứa nhƣ Tuyên Quang, Sơn La và Lai Châu Nhận thấy tầm quan trọng của các hồ chứa này, ngay khi hồ chứa Hòa Bình đi vào hoạt động Nhà nƣớc đã ban hành Quy trình điều hành 2 hồ chứa Thác Bà và Hòa Bình trong mùa lũ để giảm lũ cho hạ du. Qua thời gian cùng với sự ra đời hàng loạt các công trình hồ chứa trên hệ thống; các công trình phòng chống lũ; Chính phủ đã ban hành nhiều quy trình vận hành liên hồ chứa trên sông Hồng làm nhiệm vụ phòng, chống lũ cho hạ du. - Ngày 29/06/1991 Trƣởng ban chỉ đạo PCLBTƢ Nguyễn Cảnh Dinh ký phê duyệt bản “Quy trình vận hành hồ chứa Thủy điện Hòa Bình và các công trình cắt giảm lũ sông Hồng trong mùa lũ hàng năm” [55]. Đây đƣợc coi là bản quy trình vận hành đầu tiên của hồ chứa Hòa Bình. - Quyết định số 57/PCLBTƢ/QĐ của trƣởng ban chỉ đạo PCLBTƢ ngày 12 tháng 6 năm 1997 về Quy trình vận hành hồ chứa thủy điện Hòa Bình và các công trình cắt giảm lũ sông Hồng trong mùa lũ hàng năm (QT57) [56], quy trình đƣợc lập khi mới chỉ có hồ Hòa Bình và Thác Bà đƣợc xây dựng. - Quyết định số 103/PCLBTƢ/QĐ của trƣởng ban chỉ đạo PCLBTƢ ngày 16 tháng 6 năm 2005 phê duyệt Quy trình vận hành hồ chứa thuỷ điện Hoà Bình và các công trình cắt giảm lũ sông Hồng trong mùa lũ hàng năm (QT103) [57] thay thế cho Quyết định số 57 PCLBTƢ/QĐ ngày 12/6/1997. Đây là quy trình đƣợc lập cho dự án nâng cấp đập Hòa Bình. - Quyết định số 80/2007/QĐ-TTg của Thủ tƣớng Chính phủ ngày 01 tháng 06 năm 2007 về Vận hành liên hồ chứa các công trình thủy điện Hòa Bình, Tuyên Quang, 35
  48. Thác Bà trong mùa lũ hàng năm [58], đƣợc ban hành khi có thêm hồ chứa Tuyên Quang (QT80). - Quyết định số 848/QĐ-TTg của Thủ tƣớng Chính phủ về việc Sửa đổi, bổ sung một số Điều của Quyết định số 80/2007/QĐ-TTg ngày 11 tháng 6 năm 2010 của Thủ tƣớng Chính phủ về việc ban hành Quy trình vận hành liên hồ chứa thủy điện Hòa Bình, Tuyên Quang, Thác Bà trong mùa lũ hàng năm (QT848) [59]. - Quyết định số 198/2011/QĐ-TTg ngày 10 tháng 02 năm 2011 về việc Ban hành quy trình vận hành liên hồ chứa Sơn La, Hòa Bình, Tuyên Quang, Thác Bà trong mùa lũ hàng năm, đƣợc ban hành sau khi có thêm hồ chứa Sơn La (QT198) [60]. - Quyết định số 859/2011/QĐ-TTg của Thủ tƣớng Chính phủ ngày 06 tháng 6 năm 2011 về việc Ban hành Quy trình vận hành liên hồ chứa Sơn La, Hòa Bình, Tuyên Quang, Thác Bà trong mùa lũ năm 2011 (QT859) [61]. Quy trình này đƣợc biên soạn do thủy điện Sơn La chƣa hoàn thành nên chƣa thể áp dụng QT198. - Quyết định số 1622/2015/QĐ-TTg của Thủ tƣớng Chính phủ ngày 17 tháng 9 năm 2015 về việc Ban hành quy trình vận hành liên hồ chứa trên lƣu vực sông Hồng (QT1622) [62]. Quy trình này sửa đổi một số điều của QT198 và bổ sung thêm nội dung vận hành hồ chứa thời kỳ mùa cạn. Các quy trình đã ban hành, đều quy định vận hành hệ thống hồ chứa trong thời kỳ mùa lũ theo 03 thời kỳ với các mực nƣớc trƣớc lũ khác nhau và có nhắc đến việc vận hành tích sớm (duy trì mực nƣớc hồ cao hơn mực nƣớc trƣớc lũ quy định). Cụ thể nhƣ sau: - Ngay từ quy trình vận hành hồ chứa Hòa Bình đầu tiên [55] do trƣởng ban PCLBTƢ có quy định mực nƣớc hồ chứa Hòa Bình trong thời kỳ lũ chính vụ dao động 91,0 1,0 m. - QT80 có quy định mực nƣớc hồ chứa Hòa Bình trong thời kỳ lũ chính vụ tại điều 6 [58] nhƣ sau: “Quy ịn v mực n ớc: cao trìn mực n ớc tr ớc lũ các ồ tron t ờ kỳ lũ c ín vụ k ôn c v t quá quy ịn tron Bản 6.1. Bản 6.1 36
  49. T n ồ Hòa Bình Tuyên Quang Thác Bà Cao trìn mực n ớc (m) 90 ÷ 94 105,2 56 Hồ Hòa Bìn : Căn cứ n ận ịn tìn ìn t ờ t ết của Trun tâm K í t n T ủy văn Qu c a - Bộ Tà n uy n và Mô Tr ờn , nếu t ấy k ả năn xuất ện lũ có c u kỳ lặp lạ tr n 100 năm tạ Sơn Tây, k c a t am a cắt lũ, p ả n an c ón a mực n ớc ồ v cao trìn 90 m” (trích Quyết ịn s 80/2007/QĐ-TTg của T ủ t ớn C ín p ủ). - QT848 cũng quy định mực nƣớc trƣớc lũ của hồ chứa Hòa Bình [59] dao động từ 97,7 m đến 101,3 m, khi có dự báo xuất hiện lũ chu kỳ lặp lại 100 năm tại Sơn Tây phải đƣa mực nƣớc hồ về cao trình 97,7 m. - QT198 quy định cho phép nâng mực nƣớc hồ chứa cao hơn mực nƣớc trƣớc lũ tại chƣơng 2, điều 6, khoản 6 [60]“Tron tr ờn p k ôn có lũ, tùy t eo d ễn b ến của t ờ t ết, Ban C ỉ ạo p òn , c n lụt, bão Trun ơn có t ể xem xét, quyết ịn c o p ép dân mực n ớc các ồ c ứa cao ơn mức quy ịn tron Bản 2 ể nân cao ệu quả p át ện. K dự báo có lũ xảy ra, xả n ớc ể a mực n ớc các ồ v mức quy ịn tron Bản 2.” (tríc Quyết ịn 198/2011/QĐ-TTg). - QT1622 cũng cho phép duy trì mực nƣớc hồ cao hơn mực nƣớc trƣớc lũ quy định nhƣng không chỉ dựa vào dự báo mà có quy định thêm tùy theo mực nƣớc Hà Nội tại chƣơng 2, điều 9, khoản 6 của quy trình [62]. Hệ thống văn bản quy định chế độ vận hành hệ thống hồ chứa trên sông Hồng đƣợc xây dựng và chỉnh sửa theo sự phát triển của hệ thống này trải qua nhiều lần sửa đổi và bổ sung để phù hợp với điều kiện thực tế nhằm tối đa hóa lợi ích kinh tế và xã hội. Đặc biệt, những quy định về vận hành hệ thống hồ chứa trong thời kỳ tích nƣớc khá linh hoạt với việc đƣợc duy trì mực nƣớc hồ lên trên mực nƣớc trƣớc lũ. Tuy nhiên chƣa có quy định rõ ràng về thời điểm đƣợc tích và khi hồ chứa đã đƣợc tích lên mực nƣớc cao mà gặp lũ lớn thì xử lý nhƣ thế nào? Vấn đề vận hành hệ thống hồ chứa trong thời kỳ tích nƣớc còn một số hạn chế gây khó khăn cho ngƣời ra quyết định (vấn đề này sẽ 37
  50. đƣợc phân tích kỹ trong chƣơng 2). Vì vậy cần thiết nghiên cứu chế độ vận hành tích nƣớc nhằm nâng cao hiệu quả hoạt động của hệ thống hồ chứa trên sông Hồng. 1.5 Định hƣớng nghiên cứu Đối với hệ thống sông Hồng, đặc biệt là hệ hồ chứa thống bậc thang Sơn La, Hoà Bình đã có nhiều nghiên cứu làm cơ sở khoa học cho việc xây dựng quy trình vận hành cùng rất nhiều báo cáo phân tích thực tiễn vận hành với nhiều công nghệ hiện đại [8,37,51,52]tuy nhiên ngƣời ra quyết định vận hành còn gặp rất nhiều khó khăn ở những thời điểm mà quy trình không có quy định cụ thể [60,62]. Mặt khác, vận hành liên hồ chứa này vào mùa lũ chủ yếu nhằm thực hiện hai mục tiêu: an toàn chống lũ và an toàn phát điện. Dung tích của các hồ chứa có hạn, trong mùa lũ có phần dung tích phải dùng chung cho cả chống lũ và phát điện, nên xảy ra mâu thuẫn giữa lợi ích chống lũ và phát điện. Vì vậy, luận án nghiên cứu cơ sở khoa học cho việc vận hành hệ thống hồ chứa trên lƣu vực sông Hồng trong thời kỳ tích nƣớc, hỗ trợ ngƣời quản lý vận hành trong quá trình ra quyết định, nhằm nâng cao hiệu quả tích nƣớc và phát điện nhƣng vẫn an toàn chống lũ hạ du [46]. Sơ đồ nghiên cứu đƣợc thể hiện trong Hình 1-7 dƣới đây. Hình 1-7: Sơ đồ khối nghiên cứu chế độ vận hành tích nƣớc cho hệ thống hồ chứa Hòa Bình và Sơn La 38
  51. Sự phát triển khoa học kỹ thuật, công nghệ dự báo dòng chảy lũ trên hệ thống sông Hồng đƣợc cải thiện nhiều về chất lƣợng, kết quả các nghiên cứu của Trung tâm dự báo KTTV Trung Ƣơng, Viện Cơ Học, Đại học Thủy Lợi, [53,47,51,50] cho thấy dự báo với thời gian dự kiến dƣới 72h có mức đảm bảo khá tốt, có thể sử dụng hiệu quả trong việc ra quyết định vận hành hồ chứa. Quy trình vận hành hệ thống hồ chứa trên lƣu vực sông Hồng hiện nay (QT1622) [62], đã đề ra một khung vận hành cứng cho việc quản lý vận hành hồ chứa. Sau khi phân tích về ƣu nhƣợc điểm của phƣơng pháp mô phỏng (giúp chi tiết hoá đƣợc vận hành hệ thống hồ chứa với những các kịch bản khác nhau để lựa chọn phƣơng án vận hành hợp lý) giải quyết đƣợc các mâu thuẫn nhằm tối đa hóa các mục tiêu của hệ thống hồ chứa, luận án sử dụng phƣơng pháp này để nghiên cứu chế độ vận hành tích nƣớc cho hệ thống hồ chứa bậc thang Hòa Bình và Sơn La. Cơ sở khoa học và thực tiễn thiết lập chế độ vận hành tích nƣớc cho hệ thống hồ chứa từ những phân tích về quy trình vận hành, thực tiễn vận hành, đặc điểm hình thành mƣa lũ trên lƣu vực từ đó đƣa ra quan điểm nghiên cứu và lựa chọn công cụ tính toán sẽ đƣợc trình bày chi tiết trong Chƣơng 2. 39
  52. CHƢƠNG 2 CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH TÍCH NƢỚC TRONG THỜI KỲ MÙA LŨ ĐỐI VỚI HỆ THỐNG HỒ CHỨA HÒA BÌNH VÀ SƠN LA 2.1 Nhận xét về các quy trình đã ban hành và đề xuất hƣớng nghiên cứu chế độ vận hành tích nƣớc 2.1.1 Nhiệm vụ chống lũ hạ du và nguyên tắc chung của chế độ vận hành cắt lũ 2.1.1.1 Quy ịnh v mức n ớc cần kh ng chế tại hạ du Hệ thống đê sông là giải pháp chính trong các giải pháp công trình phòng chống lũ hạ du sông Hồng - Thái Bình. Giải pháp hồ chứa phòng lũ, và các giải pháp khác chỉ để hỗ trợ cho hệ thống đê. Bởi vậy, tất cả các quy định về mực nƣớc khống chế tại hạ du tại Hà Nội có liên quan đến sự cố của hệ thống đê. Trong giai đoạn thiết kế kỹ thuật, quy định các hồ chứa chỉ bắt đầu cắt lũ khi mực nƣớc Hà Nội có khả năng cao hơn mực nƣớc lớn nhất cho phép bằng 13,1 m tƣơng ứng với lũ 300 năm và 13,4 m tƣơng ứng với lũ 500 năm theo tiêu chuẩn thiết kế phòng lũ. Tuy nhiên, khi xây dựng quy trình vận hành hệ thống hồ chứa trên sông Hồng chống lũ hạ du, mực nƣớc cần khống chế tại Hà Nội đƣợc thay đổi theo 3 mức: - Mức 1: Khống chế mực nƣớc Hà Nội không quá cao trình 11,5 m. Mức này đƣợc quy định xuất phát từ các lý do sau: (1) Đảm bảo an toàn cho hệ thống đê vì ở mức nƣớc cao hơn 11,5 m thƣờng hay xảy ra sự cố; (2) để bảo vệ các khu dân cƣ và các hoạt động dân sinh kinh tế vùng bãi sông ngoài đê; (3) không nên quy định thấp hơn mức này vì mức nƣớc sông Hồng thời kỳ mùa lũ đạt cao trình từ 9,5 m đến 10,5 m rất có lợi vì lũ sẽ bồi đắp phù sa cho các vùng bãi sông có tác dụng cải tạo đất cho các hoạt động nông nghiệp. Mức 11,5 m là mức quan trọng nhất, có ý nghĩa kinh tế lớn vì vừa đảm bảo an toàn đê, vừa đảm yêu cầu sinh thái vùng bãi sông và đảm bảo an toàn cho các khu dân cƣ vùng ngoài sông khi lũ không quá lớn. Với mức cắt lũ nhƣ vậy, đa số những trận lũ lớn đã xảy ra trong lịch sử đều có thể khống chế đƣợc mực nƣớc không quá 12,0 m, là mức nƣớc đảm bảo an toàn cho hệ thống đê. 40
  53. - Mức 2: Khống chế mực nƣớc Hà Nội không vƣợt quá 13,1 m đây là mức chống lũ 300 năm cho đồng bằng sông Hồng. - Mức 3: Khống chế mực nƣớc Hà Nội không vƣợt quá 13,4 m đây là mức chống lũ 500 năm đảm bảo an toàn cho thủ đô Hà Nội. Ba mức mực nƣớc khống chế tại Hà Nội này đƣợc duy trì trong suốt quá trình nghiên cứu xây dựng quy trình vận hành liên hồ chứa trên sông Hồng từ khi hồ Hòa Bình đi vào hoạt động đến nay. 2.1.1.2 Chế ộ vận hành cắt lũ của hệ th ng hồ chứa có nhiệm vụ ch n lũ ạ du. Với các cấp mực nƣớc cần khống chế ở hạ du tại Hà Nội, các hồ chứa thƣợng nguồn cần phải phân chia các thành phần dung tích đủ lớn để khống chế các giới hạn trên sao cho đảm bảo khi xảy ra lũ thiết kế có thể khống chế đƣợc mực nƣớc lớn nhất tại Hà Nội theo mức 13,1 m với lũ 300 năm và 13,4 m với lũ 500 năm tại Sơn Tây. Bảng 2-1 trích QT1622 quy định phân bố dung tích phòng lũ của hồ Sơn La và Hòa Bình đảm nhiệm cắt lũ theo các mực nƣớc khống chế tại Hà Nội. Bảng 2-1: Quy định về phân bổ dung tích phòng lũ dành cho cắt lũ hạ du theo mực nƣớc khống chế tại Hà Nội của các hồ Sơn La và Hòa Bình trong QT1622. Mức nƣớc Dung tích dành cắt lũ theo mực nƣớc khống chế tại Hà Nội cần khống (tỷ m3) chế tại Hà Nội Hồ Sơn La Hồ Hòa Bình Tổng cộng 1,00 1,13 ZHN 11,5 m (mực nƣớc hồ từ (mực nƣớc hồ từ 2,13 197,3÷203 m) 101÷107m) 3,00 1,87 ZHN > 13,1 m (mực nƣớc hồ từ 203 (mực nƣớc hồ từ 4,87 Đến 13,4 m ÷217,2 m) 107 ÷117 m) Các quy định về sự phối hợp điều tiết cắt lũ của các hồ chứa trên theo mức nƣớc khống chế tại Hà Nội cần đƣợc xây dựng sao cho có hiệu quả cao và đảm bảo an toàn cho hạ du. Quá trình vận hành trong thực tế chống lũ hạ du phụ thuộc vào tổ hợp lũ trên hệ thống sông. Các nghiên cứu cho thấy rằng dung tích phòng lũ của các hồ chứa Tuyên Quang và Thác Bà không lớn, tỷ lệ tổng lƣợng lũ các sông Lô và sông Chảy 41
  54. cũng nhỏ hơn nhiều so với hồ chứa trên sông Đà. Bởi vậy, các hồ chứa Tuyên Quang và Thác Bà đƣợc quy định trong QT1622 là chỉ tham gia cắt lũ sau khi mực nƣớc Hà Nội đã vƣợt cao trình 12,5 m khi dung tích chống lũ hạ du của hồ Sơn La và Hòa Bình đã đƣợc huy động đến một giới hạn nhất định (mực nƣớc hồ chứa Hòa Bình vƣợt cao trình 108,0 m). Riêng hồ chứa Tuyên Quang sử dụng 0,5 tỷ m3 cắt lũ cho thị xã Tuyên Quang. Những nguyên tắc trên đã đƣợc coi là những căn cứ để lập quy trình vận hành liên hồ chứa theo nhiệm vụ chống lũ hạ du của các hồ chứa trên. Nguyên tắc này và những quy định trong quy trình QT1622 cũng đƣợc luận án tuân thủ khi tiến hành các nội dung nghiên cứu chế độ vận hành của hệ thống hồ chứa Hòa Bình và Sơn La. 2.1.2 Một số hạn chế của các quy trình vận hành hồ chứa đã ban hành Vấn đề xây dựng quy trình vận hành hệ thống hồ chứa trên sông Hồng luôn đƣợc các nhà quản lý và khoa học quan tâm, hàng loạt quy trình đƣợc ban hành và sửa đổi bổ sung theo sự phát triển của hệ thống. Việc vận hành hiệu quả chống lũ hạ du đƣợc khẳng định qua mùa lũ 1996 và 2002. Tuy nhiên, do sự phát triển nhanh chóng của các công trình trên lƣu vực sông Hồng, nên việc chống lũ trong thực tế của vận hành các hồ chứa này vẫn có những hạn chế cần phải tiếp tục nghiên cứu. Các quy trình vận hành đã ban hành có những tồn tại chung nhƣ sau: 1) Trong thời kỳ lũ sớm và lũ chính vụ quy trình vận hành chủ yếu quan tâm đến các quy định cắt lũ khi mực nước Hà Nội có khả năng vượt cao trình 11,5 m, chưa có quy định vận hành cụ thể khi mực nước Hà Nội ở dưới mức này. Trong các hồ sơ kỹ thuật phục vụ lập quy trình vận hành hệ thống hồ chứa trên sông Hồng nhƣ là QT80; QT198 và QT1622 đều sử dụng 3 mô hình lũ bất lợi 1969, 1971 và 1996 với tần suất 300 năm và 500 năm để tính toán điều tiết lũ thiết kế khi mực nƣớc chân lũ tại Hà Nội đã ở cao trình 10,5 m đến 11,5 m theo đó các hồ chứa đã mở từ 3 đến 5 cửa xả. Hầu hết các nghiên cứu lập quy trình vận hành hồ chứa trên sông Hồng thời kỳ mùa lũ không tính toán chế độ vận hành khi mực nƣớc tại Hà Nội ở dƣới mức này. Các quy định chế độ vận hành với trƣờng hợp này chƣa rõ ràng và chỉ mang 42
  55. tính “thỏa hiệp” giữa yêu cầu phát điện và phòng lũ. Do vậy không có căn cứ để quy định cụ thể chế độ vận hành trong trƣờng hợp không xảy ra lũ lớn. Quy trình QT198 và QT1622 chỉ quy định chung chung [60] [62] là “Tron tr ờn p k ôn có lũ, tùy t eo d ễn b ến của t ờ t ết và mực n ớc tạ Hà Nộ , Tr ởn Ban C ỉ ạo trun ơn v p òn , c n t n ta có t ể xem xét, quyết ịn c o p ép dân mực n ớc các ồ c ứa cao ơn mức quy ịn tron Bản 2 ể nân cao k ả năn cấp n ớc c o ạ du và nân cao ệu quả p át ện. K dự báo có lũ xảy ra, xả n ớc ể a mực n ớc các ồ v mức quy ịn tron Bản 2”. Nhƣ vậy, cần có định nghĩa cụ thể thế nào là không có lũ, mực nƣớc cao hơn có giới hạn là bao nhiêu và dự báo thế nào thì cho phép dâng mực nƣớc cao hơn. Rõ ràng là, những ngƣời biên soạn quy trình cũng hiểu rõ sức ép của việc cần phải tích nƣớc cao hơn mực nƣớc trƣớc lũ trong thời kỳ mùa lũ để đảm bảo an toàn tích nƣớc đầy hồ. Tuy nhiên, do chƣa có nghiên cứu về chế độ vận hành khi không xảy ra lũ lớn nên quy định nhƣ vậy gây khó khăn cho ngƣời ra quyết định. Mặt khác, theo tài liệu thống kê 56 năm quan trắc mực nƣớc tại Hà Nội (từ năm 1959- 2015) chỉ có 9 năm (chiếm khoảng 16% số năm quan trắc) các hồ chứa thƣợng nguồn phải tham gia cắt lũ cho hạ du (khi mực nƣớc Hà Nội trong điều kiện tự nhiên có khả năng vƣợt cao trình 11,5 m. Điều đó cho thấy rất ít năm các hồ chứa thƣợng nguồn phải vận hành cắt lũ cho hạ du. Do vậy, việc quy định cụ thể chế độ vận hành hồ chứa trong mùa lũ khi không có lũ (mực nƣớc Hà Nội ở ngƣỡng <11,5 m) là rất cần thiết, đặc biệt là khi cần đảm bảo tích nƣớc đầy hồ an toàn khi gặp những năm lũ nhỏ. 43
  56. Bảng 2-2 Tóm tắt nội dung QT80, QT198 và QT1622 Quy Trình Quyết định số 80/2007/QĐ-TTg Quyết định số 198/2011/QĐ-TTg Quyết định số 1622/2015 QĐ-TTg Hệ thống hồ chứa Thác Bà, Hoà Bình và Tuyên Thác Bà, Hoà Bình, Tuyên Quang và Thác Bà, Hoà Bình, Tuyên Quang, Quang. Sơn La. Sơn La, Huội Quảng và Bản Chát. Thời kỳ vận hành Mùa lũ Mùa lũ Cả năm Thời kỳ lũ sớm 15/06 – 15/07 15/06 – 19/07 Thời kỳ lũ chính vụ 16/07 – 25/08 20/07 – 21/08 Thời kỳ lũ muộn 26/08 – 15/09 22/08 – 15/09 MNTL thời kỳ lũ chính vụ HB: 90 ÷ 94 m HB: 101m; SL: 194m HB: 101 m; SL: 197,3 m Thời gian bắt đầu tích 26/08 22/08 Nếu lũ chính vụ có khả năng Tích từ 16/8 (HB: MNDBT) Tích từ 10/8 (HB<110m; SL<209m) kết thúc sớm Nhiệm vụ chống lũ hạ du - Trận lũ có chu kỳ lặp lại 150 năm - Trận lũ tại Sơn Tây có chu kỳ lặp lại nhỏ hơn hoặc bằng 300 năm, giữ mực một lần tại Sơn Tây, giữ mực nƣớc nƣớc sông Hồng tại Hà Nội không vƣợt quá cao trình 13,1m; sông Hồng tại Hà Nội không vƣợt - Đảm bảo an toàn cho thủ đô Hà Nội với các trận lũ tại Sơn Tây có chu kỳ quá 13,1 m; lặp lại nhỏ hơn hoặc bằng 500 năm, giữ mực nƣớc sông Hồng tại Hà Nội - Đảm bảo an toàn cho thủ đô Hà không vƣợt quá cao trình 13,4 m. Nội với mọi trận lũ có chu kỳ lặp lại 250 năm một lần tại Sơn Tây, giữ mực nƣớc sông Hồng tại Hà Nội không vƣợt quá 13,4 m. 44
  57. Bảng 2-3: Thống kê mực nƣớc Hà Nội lớn nhất và nhỏ nhất trong mùa lũ H max H min H max H min H max H min H max H min H max H min H max H min TT Năm 15/7- 15/7- TT Năm 15/7- 15/7- mùa mùa TT Năm 15/7- 15/7- mùa lũ mùa lũ mùa lũ mùa lũ 22/8 22/8 22/8 22/8 lũ lũ 22/8 22/8 1 1960 1023 794 1023 513 19 1978 1112 730 1142 584 37 1996 1243 751 1243 453 2 1961 1095 698 1095 566 20 1979 1037 601 1168 601 38 1997 1030 616 1109 603 3 1962 950 672 972 492 21 1980 1047 798 1180 545 39 1998 951 677 1096 330 4 1963 967 688 967 484 22 1981 1106 816 1106 572 40 1999 989 620 1095 450 5 1964 1009 752 1009 558 23 1982 1122 695 1122 597 41 2000 994 651 1129 397 6 1965 920 600 942 454 24 1983 1207 673 1207 399 42 2001 1120 654 1120 410 7 1966 1149 703 1177 552 25 1984 880 600 1048 600 43 2002 1201 802 1201 360 8 1967 1080 602 1080 493 26 1985 930 614 1196 515 44 2003 802 569 917 392 9 1968 1219 626 1219 615 27 1986 1192 790 1235 562 45 2004 785 484 1102 366 10 1969 1320 682 1320 475 28 1987 872 636 1018 585 46 2005 952 550 952 361 11 1970 1089 770 1205 531 29 1988 828 628 1015 402 47 2006 800 261 946 392 12 1971 1405 1006 1405 582 30 1989 759 472 949 420 48 2007 734 412 987 396 13 1972 905 703 997 606 31 1990 1180 612 1194 424 49 2008 1042 582 1042 334 14 1973 1008 790 1116 588 32 1991 1149 776 1149 419 50 2009 692 397 878 206 15 1974 992 630 992 610 33 1992 962 481 1146 366 51 2010 480 400 646 206 16 1975 836 606 1010 510 34 1993 916 745 962 408 52 2011 431 263 436 150 17 1976 1089 804 1089 481 35 1994 1020 725 1073 605 53 2012 848 568 846 248 18 1977 1123 653 1123 477 36 1995 1173 712 1173 510 54 2013 722 396 722 324 45
  58. 2) Chưa có quy định cụ thể về chế độ vận hành cắt lũ hạ du trong thời kỳ tích nước (lũ muộn) khi xảy ra lũ bất thường. Theo các quy trình đã ban hành, các hồ chứa phải tích nƣớc dần đến cao trình mực nƣớc dâng bình thƣờng trong thời kỳ lũ muộn (sau ngày 21/8 hàng năm) hoặc sớm hơn (từ 10/08) khi có dự báo mùa lũ kết thúc sớm. Tuy nhiên, trong các hồ sơ tính toán khi lập quy trình thƣờng chƣa xem xét đầy đủ tình huống ứng phó cắt lũ cho hạ du khi gặp lũ lớn bất thƣờng. Chẳng hạn, nếu dự báo mùa lũ kết thúc sớm các hồ chứa đƣợc phép tích nƣớc từ ngày 10/8 thì mực nƣớc các hồ chứa thƣờng ở ngƣỡng cao (trên 110 m đối với hồ Hoà Bình và 209 m đối với hồ Sơn La), dung tích dành cho chống lũ hạ du chỉ còn khoảng 2,65 tỷ m3, với dung tích này sẽ không đủ khả năng chống lũ hạ du với mức lũ 300 năm tại Sơn Tây. Trong trƣờng hợp hồ chứa đã tích nƣớc cao hơn mức quy định trên thì tình hình có thể nghiêm trọng hơn khi xảy ra trận lũ tƣơng đƣơng lũ 300 năm. Mặt khác, trong các hồ sơ kỹ thuật phục vụ lập quy trình vận hành chƣa thấy có nội dung tính toán kiểm tra khả năng cắt lũ và phƣơng án ứng xử trong vận hành điều tiết các hồ chứa trong trƣờng hợp xảy ra lũ bất thƣờng vào thời kỳ tích nƣớc này. 3) Quy định chế độ vận hành cắt lũ hạ du khi xảy ra lũ lớn hợp lý nhưng chưa đầy đủ. Các hồ chứa đƣợc quy định vận hành cắt lũ hạ du khi mực nƣớc tại Hà Nội có khả năng vƣợt 11,5 m, tuy nhiên không có sự phân bổ dung tích của hồ chứa giữa hai mức khống chế 13,1 m và 13,4 m. Điều này gây khó khăn cho ngƣời vận hành hệ thống hồ chứa chống lũ hạ du trong thực tế. 4) Chia mùa lũ thành 3 thời kỳ với mốc thời gian cố định để xây dựng chế độ điều tiết vận hành cho từng thời kỳ đó. Trong các quy trình đã đƣợc ban hành, đều quy định chế độ vận hành hệ thống hồ chứa mùa lũ theo 3 thời kỳ: lũ sớm, lũ chính vụ và lũ muộn. Thời điểm bắt đầu tích nƣớc vào hồ chứa đƣợc quy định vào đầu thời kỳ lũ muộn (sau ngày 21 tháng 08 hàng năm) và chỉ cho phép tích nƣớc sớm từ ngày 10 tháng 8 hàng năm với điều kiện dự báo mùa lũ kết thúc sớm. 46