Luận án Xây dựng mô hình toán vận hành hệ thống hồ chứa đa mục tiêu thời kỳ mùa kiệt cho lưu vực Sông Ba

ng số thời gian ng chảy ngầm. D ng chảy ngầm từ ể chứa ngầm đƣợc tạo ra sử ụng mô h nh ể chứa tuyến t nh với hằng số thời gian CKBF. TG [hours] Giá trị ngƣỡng của lƣợng nƣớc ổ sung cho ng chảy ngầm (0≤TG≤ 1). Lƣợng nƣớc ổ sung cho ể chứa ngầm chỉ đƣợc h nh thành khi chỉ số ẩm tƣơng đối của tầng rễ cây lớn hơn TG. Lƣu lƣợng tính tại thời điểm t bất kỳ đƣợc tính toán theo công thức (3.10e): T FY Q LV    1000 (m 3 /s) (3.10e) Trong đó Y = OF+IF+BF (mm); Flv là diện t ch lƣu vực (km 2 ). Các tham số chính của mô hình thống kê trong bảng 3.1. 81 3.3.3. Thuật toán tính lưu lượng tại các nút nhập lưu theo mô hình NAM Thuật toán tính dòng chảy trình bày trên hình 3.8. Hình 3.8: Sơ đồ t nh toán quá tr nh lƣu lƣợng Q~t bằng mô hình NAM cho một lƣu vực nhập lƣu có N thời đoạn t nh toán 82 3.3.4. Dữ liệu sử dụng cho tính toán Dữ liệu cần sử dụng trong tính toán CBN và vận hành hồ chứa gồm những nội ung sau đây. 1. Dòng chảy đến và các nhập lưu Dòng chảy tự nhiên đến các nút hồ chứa và nút CBN đƣợc xác định theo quá tr nh lƣu lƣợng có sẵn (đo đạc hoặc t nh toán trƣớc) hoặc kết quả tính toán từ mô h nh mƣa - dòng chảy (có sẵn trong chƣơng tr nh). Khi sử dụng mô h nh mƣa – dòng chảy để tính toán nhập lƣu cần tài liệu thực đo hoặc dự báo của mƣa trên lƣu vực sông. 2. Dữ liệu hồ chứa Tại nút hồ chứa cần có các dữ liệu sau: - Các quan hệ địa hình hồ chứa Z~V, Z~F; - Các đặc trƣng ung t ch và mực nƣớc hồ chứa: dung tích tổng cộng, dung tích hữu ích, dung tích chết, dung tích kết hợp, dung t ch gia cƣờng; các mực nƣớc âng nh thƣờng, mực nƣớc chết, mực nƣớc gia cƣờng, mực nƣớc trƣớc lũ. - Biểu đồ điều phối hồ chứa; Các tham số thiết kế của công trình: - Các thông số công trình: cống lấy nƣớc, quy mô công trình xả lũ, cao tr nh ngƣỡng cống và tràn. - Lƣu lƣợng lớn nhất qua cống lấy nƣớc, lƣu lƣợng lớn nhất qua công trình xả tràn và các công trình cống xả cát, cống đảm bảo dòng chảy môi trƣờng. Các tham số thiết kế của trạm thủy điện gắn với hồ chứa, gồm: - Công suất đảm bảo và công suất lắp máy; - Lƣu lƣợng lớn nhất và nhỏ nhất cho phép qua nhà máy; - Các quan hệ hoặc biểu đồ tính toán tổng cột nƣớc tổn thất năng lƣợng; - Đƣờng quan hệ H~Q tại tuyến nhà máy thủy điện; - Biểu đồ huy động công suất trong thời gian vận hành hồ chứa. 83 Lƣu lƣợng tối thiểu xuống hạ du tại nút kiểm soát hạ lƣu hồ (nếu có) để đảm bảo dòng chảy tối thiểu ở hạ du. Dữ liệu tính toán tổn thất bốc hơi mặt hồ. Đối với các hồ chứa nhỏ làm nhiệm vụ cấp nƣớc nếu không có đặc trƣng địa hình hồ chứa (quan hệ Z~V, Z~F) chƣơng tr nh sẽ chỉ tính CBN và bắt buộc phải có dữ liệu về dung tích hiệu dụng. 3. Dữ liệu về yêu cầu tưới và cấp nước Đối với các nút tƣới và cấp nƣớc cần có biểu đồ lƣu lƣợng hoặc tổng lƣợng yêu cầu tƣới và cấp nƣớc (công nghiệp, sinh hoạt) theo thời đoạn tính toán thích hợp. 4. Dữ liệu tại các nút kiểm soát kiệt Lƣu lƣợng tối thiểu tại các nút kiểm soát kiệt hoặc mực nƣớc tối thiểu tại nút kiểm soát. Đối với nút kiểm soát là đặc trƣng mực nƣớc (thƣờng là các nút trạm ơm tƣới) phải có đƣờng quan hệ H~Q tại nút đó và mực nƣớc thiết kế bể hút tƣơng ứng. 3.3.5. Lập chương trình tính toán Để mô phỏng CBN lƣu vực sông và vận hành hệ thống hồ chứa thời kỳ mùa kiệt, tác giả đã lập chƣơng tr nh t nh toán theo ngôn ngữ FORTRAN 77. Chƣơng tr nh đƣợc lập với sự tham gia hoạt động của hệ thống hồ chứa có nhiệm vụ cấp nƣớc và phát điện. Các nút của hệ thống đƣợc đánh số theo các nút đặc trƣng (nút hồ chứa, nút tƣới, nút cấp nƣớc, nút phát điện, nút kiểm soát và nút CBN). Chƣơng trình cho phép tính toán với cả loại hồ chứa có chuyển nƣớc sang lƣu vực khác và có mô phỏng vận hành của hồ chứa. Chƣơng tr nh t nh toán đƣợc trình bày trong Phụ lục 3.1. 3.4. Xác định bộ thông số mô hình NAM của Ba-Model lƣu vực sông Ba 3.4.1. Xác định các tiểu lưu vực phục vụ tính toán nước đến các nút hồ chứa Vận hành theo thời thực đối với các hồ chứa lớn Ka Nak, An Khê, Ayun Hạ, Ba Hạ, Sông Hinh, Krông H’Năng thời kỳ mùa kiệt là mục tiêu nghiên cứu chính 84 của luận án. Bởi vậy, mô hình NAM chỉ đƣợc mô phỏng đối với các lƣu vực gắn với các điểm tập trung nƣớc đến các hồ chứa đó. Hình 3.9: Sơ đồ phân chia các tiểu lƣu vực để mô phỏng theo mô hình NAM SƠ ĐỒ PHÂN CHIA CÁC TIỂU LƢU VỰC SÔNG BA An Khê 1 An Khê An Khê 3 An Khê 4 KaNak Ayun Hạ HL Ayun Krong Pa Krong H’Năng HL- Krong H’Năng Sông Hinh S. Ba Ha Củng Sơn HL Củng Sơn An Khê 2 85 Dựa vào đặc điểm mạng sông, vị trí các hồ chứa lớn trên lƣu vực và vị trí các trạm thủy văn, luận án đã chia lƣu vực sông Ba (t nh đến đập Đồng Cam) thành 14 tiểu lƣu vực là những lƣu vực đƣợc mô phỏng tính toán dòng chảy đến theo mô hình NAM. Bản đồ phân chia các tiểu lƣu vực đƣợc thể hiện trên hình 3.8. Mô tả giới hạn các tiểu lƣu vực và diện t ch tƣơng ứng thống kê trong bảng 3.2. Các lƣu vực thành phần đƣợc phân chia theo nguyên tắc nhƣ sau: - Theo đặc điểm mạng lƣới sông; - Có liên quan trực tiếp đến các hồ chứa Ka Nak, An Khê, Sông Hinh, Krông H’Năng và Ba Hạ. - Mỗi lƣu vực có lƣợng mƣa tƣơng đối đồng đều theo bản đồ đẳng trị mƣa trình bày ở chƣơng 2; - Có trạm đo mƣa trên lƣu vực và phù hợp với các trạm đo thủy văn. Bảng 3.2: Mô tả giới hạn các tiểu lƣu vực đƣợc phân chia TT Lƣu vực Mô tả 1 Ka Nak Thƣợng nguồn sông Ba t nh đến hồ Ka Nak 2 An Khê Khu giữa hồ Ka Nak và hồ An Khê 3 An Khê 1 Từ hồ An Khê đến trạm thủy văn An Khê 4 An Khê 2 Các sông suối nhỏ từ hồ AnKhê đến Yang Nam 5 An Khê 3 Từ Yang Nam đến hợp lƣu với sông Ayun 6 An Khê 4 Lƣu vực sông Ea Thun 7 Ayun Hạ Lƣu vực tập trung nƣớc đến hồ Ayun Hạ 8 Hạ Ayun Từ hồ Ayun hạ đến ngã 3 nhập lƣu sông Ayun với sông Ba 9 Krông Pa Từ ngã 3 Ayun hạ đến nhập lƣu Krông H'Năng với sông Ba 10 Sông Ba Hạ Từ nhập lƣu sông Krông H' Năng với sông Ba đến hồ Ba Hạ 11 Krông H'Năng Lƣu vực thủy điện Krông H'Năng 12 Hạ KrôngH'Năng Hồ Krông H’Năng đến nhập lƣu sông Ba 13 Sông Hinh Lƣu vực thủy điện Sông Hinh 14 Củng Sơn Khu giữa từ thủy điện Ba Hạ, Sông Hinh đến trạm Củng Sơn 86 3.4.2. Tích hợp các mô hình thành phần khi xác định các tham số mô hình NAM Hình 3.10: Các ƣớc tính toán trong mô hình Ba –Model Nhập số liệu mƣa Tính toán nhập lƣu cho các lƣu vực khu giữa theo mô hình NAM DIỄN TOÁN DÒNG CHẢY TRÊN HỆ THỐNG SÔNG 1. Tại mỗi đoạn sông thứ j diễn toán theo mô hình Muskingum: - Tham số mô hình là Kj và Xj của đoạn sông đó - Lƣu lƣợng vào của đoạn sông bằng tổng lƣu lƣợng của các quá tr nh: Lƣu lƣợng nhập lƣu khu giữa đƣợc tính theo Mô hình NAM; tổng lƣu lƣợng ra của các đoạn sông hoặc hồ chứa nối với đoạn sông này. - Lƣu lƣợng ra của đoạn sông là kết quả diễn toán của đoạn sông. 2. Tại nút hồ chứa: Diễn toán vận hành điều tiết dòng chảy qua hồ chứa - Lƣu lƣợng vào hồ là bằng tổng lƣu lƣợng của các quá tr nh lƣu lƣợng nhập lƣu khu giứa đƣợc tính theo Mô hình NAM; tổng lƣu lƣợng ra của các đoạn sông hoặc hồ chứa nối với đoạn sông này. - Lƣu lƣợng ra của hồ chứa là kết quả diễn toán qua hồ chứa. Nhập số liệu lƣu lƣợng thực đo, số liệu đặc trƣng các lƣu vực sông, số liệu hồ chứa XUẤT SỐ LIỆU TÍNH TOÁN 1. Quá tr nh lƣu lƣợng tại các nút nhập lƣu 2. Quá tr nh lƣu lƣợng vào và ra tại nút hồ chứa, quá trình dung tích và mực nƣớc hồ tƣơng ứng 3. Quá tr nh lƣu lƣợng đến và thực đo tại nút kiểm tra 4. Quá tr nh lƣu lƣợng tại các nút kiểm soát kiệt 87 Mô phỏng tích hợp các mô hình thành phần trong mô hình Ba-Model là sự mô phỏng mối liên kết trong tính toán giữa các đoạn sông, các nút nhập lƣu và các nút hồ chứa. Cụ thể nhƣ sau: - Với mỗi đoạn sông mô phỏng các lệnh liên kết với các nút nhập lƣu, nút hồ chứa và các đoạn sông khác: các nút nhập lƣu, các đoạn sông và các hồ chứa nào liên kết với nút trên và nút ƣới của đoạn sông đó. - Với mỗi nút hồ chứa: mô phỏng các lệnh liên kết với các đoạn sông, các nhập lƣu và hồ chứa khác tƣơng tự nhƣ mô phỏng đối với đoạn sông. 3.4.3. Xác định bộ thông số mô hình NAM Sơ đồ hệ thống bao gồm các đoạn sông, nút nhập lƣu, nút hồ chứa và các nút kiểm soát. Khu vực nghiên cứu đƣợc mô phỏng gồm 13 nút nhập lƣu, 15 đoạn sông và 5 nút hồ chứa. Có 2 nút kiểm soát đƣợc chọn tại các ví trí An Khê và Củng Sơn, đƣợc ùng để kiểm định thông số của mô hình hệ thống. Lƣu vực sông Ba đến Củng Sơn là lƣu vực lớn, để đảm bảo độ chính xác cũng nhƣ có cơ sở t nh đƣợc các lƣu lƣợng đến các hồ chứa thủy điện thì trong nghiên cứu này chia ra 14 tiểu lƣu vực, các tiểu lƣu vực này đều chia đến các hồ chứa thủy điện lớn trên sông Ba và hồ thủy lợi Ayun Hạ. 3.4.3.1. Lựa chọn số liệu hiệu chỉnh và kiểm định mô hình Số liệu kh tƣợng thủy văn: - Số liệu mƣa: Dùng số liệu của 5 trạm đo trên lƣu vực: Porome, AnKhe, AYunPa, Krong Pa, Củng Sơn. - Số liệu bốc hơi: An Khê, AYunPa, Sơn H a. - Lƣu lƣợng sông Hinh (số liệu thực đo từ năm 1985-1991, từ 1999-2011), để hiệu chỉnh và kiểm định mô hình. - Lƣu lƣợng An Khê, Củng Sơn lấy số liệu thực đo từ năm 1979 đến 2010 Dữ liệu sử dụng từ năm 1979 đến 1995 để hiệu chỉnh mô hình và số liệu từ năm 1995 đến năm 2010 để kiểm định mô hình, việc trích xuất số liệu đánh giá là bỏ năm đầu tiên để giảm sai số điều kiện an đầu. V lƣu vực lớn, trạm mƣa nằm trong lƣu vực thƣa, các tiểu lƣu vực đƣợc lấy ứng với số liệu mƣa gần nhất trên lƣu vực. 88 Các tiểu lƣu vực có số liệu thực đo nhƣ An Khê, sông Hinh sẽ đƣợc sử dụng để hiệu chỉnh và kiểm định tìm bộ thông số trên các tiểu lƣu vực này, các tiểu lƣu vực khác sẽ đƣợc hiệu chỉnh thêm từ lƣu vực tổng thể Củng Sơn cũng nhƣ các tiểu lƣu vực lân cận. Lƣu vực sông Hinh nằm trong vùng tâm mƣa của sông Ba, tuy nhiên số liệu đo mƣa liên tục khu vực này không đầy đủ, o đó chọn trạm mƣa Củng Sơn gần nhất. Qua so sánh tƣơng quan giữa số liệu đo của trạm Củng Sơn nằm trong vùng mƣa nhỏ hơn với số liệu thực có khu vực sông Hinh, kết hợp kết quả hiệu chỉnh tại sông Hinh tốt nhất th mƣa lƣu vực sông Hinh lấy bằng 1,8 lần mƣa Củng Sơn là phù hợp. Bảng 3.3: Trạm đo mƣa và ốc hơi sử dụng trong mô hình NAM TT Lƣu vực Diện t ch (km2) Mƣa Bốc hơi 1 Ka Nak 833 An Khê An Khê 2 An Khê 398 An Khê An Khê 3 An Khê 1 111 An Khê An Khê 4 An Khê 2 1542 An Khê An Khê 5 An Khê 3 1052 0,5An Khê + 0,5AnYun Pa 0,5xAn Khê + 0,5AnYun Pa 6 An Khê 4 326 AnYun Pa AnYun Pa 7 Ayun ha 1649 Porome AnYun Pa 8 Hạ Ayun 1548 AnYun Pa AnYun Pa 9 Krông Pa 1297 Krông Pa AnYun Pa 10 Sông Ba Hạ 635 Krông Pa AnYun Pa 11 Krông H'Năng 1130 Krông Pa AnYun Pa 12 Hạ Krông H'Năng 625 Krông Pa AnYun Pa 13 Sông Hinh 763 1.8xCủng Sơn AnYun Pa 14 Củng Sơn 433 Củng Sơn Sơn H a 3.4.3.2. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình Hiệu chỉnh mô hình có thể thực hiện theo phƣơng pháp tối ƣu hóa hoặc phƣơng pháp thử sai. Trong luận án này sẽ sử dụng phƣơng pháp thử sai để xác 89 định bộ tham số của mô hình. Quá trình hiệu chỉnh mô h nh đƣợc tr nh ày trên sơ đồ hình 3.10a, kiểm định mô h nh đƣợc thực hiện theo sơ đồ hình 3.10b. Hình 3.11a: Sơ đồ xác định thông số của mô hình NAM trong mô hình Ba-Model Hiệu chỉnh và kiểm định mô h nh NAM cho lƣu vực An Khê và Củng Sơn. Để đánh giá mức độ hiệu quả của mô hình chúng tôi sử dụng các chỉ số sau: Bắt đầu Nhập số liệu mƣa, ốc hơi, dòng chảy, diện t ch lƣu vực Đánh giá sai số cho phép Đúng Sai Giả thiết các giá trị của mô hình NAM cho tất cả các lƣu vực nhập lƣu. Mỗi lƣu vực 1 bộ thông số: Lmax, Umax, CQOF, CKIF, TOF, TIF, CK12, CKBF, TG T nh quá tr nh lƣu lƣợng tại các lƣu vực nhập lƣu Q(t) T nh đoạn sông: - Giả thiết giá trị K, X cho tất cả các đoạn sông - Qua mỗi hồ diễn toán kiệt trên toàn hệ thống sông Đánh giá sai số tại các nút kiểm tra theo chỉ tiêu Nash:           n i obsiobs n i isimiobs QQ QQ R 1 2 , 1 2 ,, 2 1 Kết thúc Xuất kết quả 90 2 , ,1 2 ,1 , ,1 2 2 , sim,i1 1 (Q ) 1 (3.13) (Q ) (Q ).(Q ) (3.14) (Q ) . (Q ) n obs i sim ii n obs i obsi n obs i sim iobs simi n n obs i obs simi i Q Nash Q Q Q R Q Q                    Trong đó: - Nash: Hệ số Nash; R: Hệ số tƣơng quan; - Qobs, Qsim: Lƣu lƣợng thực đo và mô phỏng; - , obs simQ Q : Lƣu lƣợng thực đo và mô phỏng trung bình. Theo tiêu chuẩn của tổ chức Kh tƣợng Thế giới (WMO) chỉ tiêu Nash đƣợc đánh giá theo ảng 3.4 và 3.5. Hình 3.11b: Sơ đồ kiểm định mô hình NAM trong mô hình Ba-Model Bắt đầu Nhập số liệu mƣa, ốc hơi, dòng chảy, diện t ch lƣu vực Giả thiết các giá trị của mô hình NAM cho tất cả các lƣu vực nhập lƣu. Mỗi lƣu vực 1 bộ thông số: Lmax , Umax, CQOF, CKIF, TOF, TIF, CK12, CKBF, TG T nh quá tr nh lƣu lƣợng tại các lƣu vực nhập lƣu Q(t) T nh đoạn sông: - Nhập các giá trị K, X cho tất cả các đoạn sông - Qua mỗi hồ diễn toán kiệt trên toàn hệ thống sông Đánh giá sai số tại các nút kiểm tra theo chỉ tiêu Nash:           n i obsiobs n i isimiobs QQ QQ R 1 2 , 1 2 ,, 2 1 Kết thúc 91 Kết quả hiệu chỉnh kiểm định mô hình cho trạm Củng Sơn đƣợc tổng hợp trong bảng 3.6 và 3.7. Kết quả tính toán chi tiết thể hiện trong Phụ lục 3.2. Từ kết quả hiệu chỉnh và kiểm định tại lƣu vực An Khê (tại trạm thủy văn An Khê), Củng Sơn và sông Hinh cho thấy hệ số NASH đều lớn hơn 0.65 theo tiêu chuẩn của WMO đạt đƣợc tốt, kết quả mô phỏng giữa lƣu lƣợng, tổng lƣợng dòng chảy tính toán và thực đo ám sát nhau, tƣơng quan giữa mƣa và ng chảy ở lƣu vực An Khê, Củng Sơn và sông Hinh tƣơng đối chặt chẽ, hệ số tƣơng quan đều lớn hơn 0.8. Chứng tỏ bộ thông số mô hình của các tiểu lƣu vực trên lƣu vực sông Ba đủ độ tin cậy, ùng để mô phỏng dòng chảy cho các tiểu lƣu vực trong khu vực nghiên cứu. Bộ thống số mô phỏng NAM trong mô hình Ba-Mo el đƣợc thống kê trong bảng 3.8. Bảng 3.4: Đánh giá mức độ mô phỏng của mô h nh tƣơng ứng với chỉ số Nash- Sutcliffe (Theo Moriasi, 2007) Nash-Sutcliffe (NSE) 0,75<NSE≤1 0,65<NSE≤0,75 0,5<NSE≤0,65 NSE ≤ 0,50 Mức độ mô phỏng Rất tốt Tốt Trung bình Dƣới trung bình Bảng 3.5: Tiêu chuẩn đánh giá hệ số tƣơng quan (Theo Moriasi, 2007) R R 0,85 Đánh Giá Không đạt Đạt Khá Tốt Bảng 3.6: Chỉ số đánh giá độ tin cậy của mô hình tại trạm An Khê và Củng Sơn Trạm Hiệu chỉnh (1980-1995) Kiểm định (1996-2010) Nash R Nash R An Khê 0,73 0,86 0,68 0,83 Củng Sơn 0,76 0,88 0,67 0,82 92 Bảng 3.7: Chỉ số đánh giá độ tin cậy của mô h nh NAM trên lƣu vực sông Hinh Trạm Hiệu chỉnh (1999-2011) Kiểm định (1985-1991) Nash R Nash R Sông Hinh 0,72 0,85 0,65 0,81 Bảng 3.8: Bộ thông số mô hình NAM sau khi hiệu chỉnh và kiểm định mô hình TT Tên lƣu vực Umax Lmax CQOF CKIF CK1,2 TOF TIF TG CKBF 1 KaNak 15 100 0,55 210 23,2 0,44 0,015 0,011 1622 2 An Khê 14,5 98 0,54 208 22,5 0,438 0,015 0,011 1550 3 An Khê 1 14 97,5 0,535 207 23 0,44 0,015 0,011 1525 4 An Khê 2 14 95 0,53 205 22 0,436 0,015 0,011 1500 5 An Khê 3 13,5 88 0,515 202,5 21 0,435 0,015 0,011 1450 6 An Khê 4 13 85 0,5 200 20 0,435 0,015 0,011 1400 7 Hồ Ayun Hạ 15 100 0,55 205 23,2 0,44 0,015 0,011 1600 8 Hạ Ayun Hạ 13,5 85 0,52 202,5 22 0,43 0,015 0,011 1450 9 TL Sông Ba 15 85 0,45 195 21 0,435 0,015 0,011 1400 10 Sông Ba Hạ 15 85 0,45 195 20 0,434 0,015 0,011 1400 11 KRông H’Năng 15 90 0,45 190 19,5 0,434 0,015 0,011 1450 12 Hạ KRông H’Năng 14,5 85 0,45 185 19 0,433 0,014 0,011 1400 13 Sông Hinh 20 100 0,392 200,1 23 0,31 0,013 0,031 1310 14 Củng Sơn 18 85 0,38 190 23 0,31 0,013 0,031 1250 3.5. Xây dựng đƣờng rút nƣớc tiềm năng ứng dụng trong nhận dạng dòng chảy mùa kiệt 3.5.1. Xây dựng biểu đồ rút nước tiềm năng a. Khái niệm về đường rút nước tiềm năng Nhƣ đã tr nh ày ở Chƣơng 2, trong thời kỳ mùa kiệt đƣờng quá tr nh lƣu lƣợng từ thời điểm đầu mùa kiệt đến thời điểm cuối mùa kiệt có xu hƣớng giảm liên 93 tục trừ một số thời đoạn ngắn có tăng đổi đột biến o có lƣợng mƣa ổ sung. Tuy nhiên, lƣu lƣợng dòng chảy sẽ giảm nhanh về xu hƣớng chung sau khi mƣa kết thúc o lƣợng mƣa thời kỳ mùa kiệt rất nhỏ. Vẽ đƣờng cong trơn khi ỏ qua một số điểm đột biến do ảnh hƣởng có mƣa trong mùa kiệt ta nhận đƣợc đƣờng cong trơn liên tục giảm theo quy luật rút nƣớc của lƣu vực. Ta gọi đƣờng cong đó là “đƣờng rút nƣớc tiềm năng”. Nhƣ vậy, đƣờng rút nƣớc tiềm năng là đƣờng cong rút nƣớc do lƣợng trữ ngầm trên lƣu vực giảm liên tục trong thời gian mùa kiệt. b. Cách vẽ biểu đồ rút nước tiềm năng Nếu vẽ quá tr nh lƣu lƣợng thời kỳ mùa kiệt theo số liệu nhiều năm ễ nhận thấy, năm nào mà lƣu lƣợng nƣớc trung nh đầu mùa kiệt lớn th đƣờng rút nƣớc có khả năng cao hơn những năm có lƣu lƣợng đầu mùa kiệt nhỏ. Tiến hành vẽ đƣờng ao trên, ao ƣới ta đƣợc các giới hạn trên, giới hạn ƣới của Biểu đồ rút nƣớc tiềm năng. Đối với lƣu vực sông Ba, việc vẽ biểu đồ rút nƣớc tiềm năng đƣợc thực hiện tại các nút hồ chứa đƣợc chia làm 2 trƣờng hợp.  Trường hợp có tài liệu thực đo: Nếu tại tuyến hồ chứa có số liệu đo đạc lƣu lƣợng một số năm, có thể sử dụng tài liệu thực đo để vẽ biểu đồ rút nƣớc tiềm năng. Đây là trƣờng hợp đối với các nút hồ chứa An Khê (có hiệu chỉnh số liệu thực đo tại trạm thủy văn về tuyến hồ chứa theo tỷ lệ diện tích), Ayun Hạ, Krông H’Năng, Sông Hinh ta đƣợc biểu đồ rút nƣớc tiềm năng của các lƣu vực thuộc hồ chứa đó. Biểu đồ rút nƣớc tiềm năng tại các tuyến hồ An Khê, Sông Hinh, Ayun Hạ và Krông H’Năng đƣợc thể hiện trên các hình 3.11a, 3.11b, 3.11c, 3.11d.  Trường hợp không có tài liệu thực đo: Nếu tại tuyến hồ chứa không có số liệu đo đạc lƣu lƣợng biểu đồ rút nƣớc tiềm năng đƣợc xây dựng trên cơ sở kết quả t nh toán quá tr nh lƣu lƣợng từ mƣa theo mô hình Ba-Model. Lƣu vực sông Ba đƣợc chia thành 14 tiểu vùng để tính quá tr nh lƣu lƣợng từ mƣa cho các tiểu vùng đã phân chia. 94 Hình 3.12a: Biểu đồ rút nƣớc tiềm năng tại lƣu vực hồ chứa Sông Hinh Hình 3.12b: Biểu đồ rút nƣớc tiềm năng tại lƣu vực hồ chứa Ayun Hạ Qmax Qtb Qmin Qmax Qtb Qmin 95 Hình 3.12c: Biểu đồ rút nƣớc tiềm năng tại lƣu vực trạm thủy văn An Khê Hình 3.12d: Biểu đồ rút nƣớc tiềm năng tại lƣu vực hồ chứa Krông H’Năng Qmax Qtb Qmin Qmax Qtb Qmin 96 Biểu đồ rút nƣớc tiềm năng của mỗi khu vực sẽ đƣợc sử dụng chung để nhận dạng quá trình dòng chảy mùa kiệt cho các hồ chứa thuộc khu vực đó. Trong luận án đã sử dụng tài liệu mƣa ngày từ năm 1984 đến năm 2000 để t nh quá tr nh lƣu lƣợng ngày cho các tiểu vùng đã phân chia. Sử dụng số liệu t nh toán đã vẽ đƣợc các biểu đồ rút nƣớc tiềm năng cho từng tiểu vùng, biểu đồ rút nƣớc của các tiểu vùng đƣợc trình bày ở Phụ lục 3.3. 3.5.2. Nhận dạng dòng chảy mùa kiệt theo biểu đồ rút nước tiềm năng * Đối với các nút hồ có vẽ biểu đồ rút nƣớc tiềm năng: Tại các nút hồ chứa ở một thời điểm bất kỳ trong mùa kiệt, từ kết quả t nh toán quá tr nh lƣu lƣợng đến hồ từ đầu mùa lũ đến thời điểm đang xét, xác định vị trí trên biểu đồ rút nƣớc tiềm năng đã xây ựng, có thể biết xu thế thay đổi lƣu lƣợng tại hồ chứa trong suốt thời gian còn lại của mùa kiệt, từ đó đƣa ra kế hoạch sử dụng nƣớc của các hồ chứa thời kỳ còn lại của mùa kiệt. * Đối với các nút hồ không vẽ biểu đồ rút nƣớc tiềm năng: Tại các nút hồ chứa không vẽ biểu đồ rút nƣớc tiềm năng, có thể nhận dạng dòng chảy mùa kiệt đến hồ theo biểu đồ rút nƣớc chung của tiểu vùng có chứa hồ chứa đang xét. Cách làm đƣợc thực hiện tƣơng tự nhƣ trƣờng hợp trên. 3.6. Kết luận 1. Trên cơ sở phân tích một số hạn chế của việc ứng dụng các mô hình có sẵn cho bài toán vận hành hệ thống hồ chứa trên lƣu vực sông Ba TKMK theo thời gian thực, luận án đã đề xuất thiết lập mô hình riêng thuận lợi và phù hợp với lƣu vực sông Ba. Mô h nh đƣợc xây dựng trên cơ sở tích hợp các mô h nh mƣa-dòng chảy, mô hình CBN và các mô hình vận hành hệ thống hồ chứa. Chƣơng tr nh t nh toán ƣớc đầu đƣợc lập theo ngôn ngữ FORTRAN 77 gồm chƣơng tr nh ch nh và 6 chƣơng tr nh con. Bộ tham số mô hình NAM trong mô hình Ba-Mo el có độ tin cậy chấp nhận đƣợc. Cùng với Chƣơng tr nh đã xây ựng có thể sử dụng trong bài toán vận hành theo TGT và ứng dụng cho lƣu vực sông Ba sẽ đƣợc trình bày trong chƣơng 4. 97 2. Mô hình Ba-Mo el đã thiết lập không chỉ đƣợc sử dụng phục vụ cho quản lý vận hành hệ thống hồ chứa trên sông Ba thời kỳ mùa kiệt mà còn có thể sử dụng tính toán cân bằng nƣớc trên hệ thống sông khi lập Quy hoạch tài nguyên nƣớc trên lƣu vực sông Ba. Ngoài ra, mô hình còn cho phép dự báo dòng chảy đến hồ từ tại liệu dự áo mƣa hoặc tính toán diễn biến dòng chảy trong cả mùa kiệt nhằm nâng cao hiệu quả quản lý nƣớc và vận hành hệ thống hồ chứa trên lƣu vực sông. 3. Biểu đồ rút nƣớc tiềm năng đƣợc xây dựng là cơ sở để nhận dạng dòng chảy thời kỳ mùa kiệt, phục vụ cho việc lập kế hoạch sử dụng nƣớc cho cả mùa kiệt không chỉ đối với các hồ chứa thủy điện trên sông chính mà cả đối với tất cả các hồ chứa thủy lợi lớn, nhỏ trên toàn lƣu vực sông Ba. 98 CHƢƠNG 4: ỨNG DỤNG MÔ HÌNH BA-MODEL VÀO VẬN HÀNH HỆ THỐNG HỒ CHỨA TRÊN LƢU VỰC SÔNG BA THỜI KỲ MÙA KIỆT 4.1. Nhiệm vụ và nội dung nghiên cứu Nhiệm vụ nghiên cứu - Xác định đƣợc phƣơng thức quản lý nƣớc của các hồ chứa thủy lợi, thủy điện trên lƣu vực, phƣơng thức vận hành các hồ chứa lớn gồm cụm hồ An Khê- Ka Nak, các hồ chứa Ba Hạ, Krông H’Năng, Sông Hinh và Ayun Hạ theo nhiệm vụ cấp nƣớc hạ u và phát điện trong thời kỳ mùa kiệt. Từ đó, kiến nghị bổ sung các điều khoản của quy trình liên hồ chứa lƣu vực sông Ba. - Đề xuất phƣơng án vận hành theo thời gian thực hệ thống hồ chứa lớn trên trong thời kỳ mùa kiệt. Nội dung nghiên cứu: Từ nhiệm vụ nghiên cứu trên đây, xác định nội dung nghiên cứu là: 1. Áp dụng mô hình Ba-Mo el đánh giá kịch bản về phƣơng thức vận hành các hồ chứa An Khê-Ka Nak, Ba Hạ, Krông H’Năng, Sông Hinh và Ayun Hạ, đề xuất phƣơng thức vận hành hợp lý trong thời kỳ mùa kiệt. 2. Xây dựng phƣơng pháp nhận dạng và dự báo dòng chảy mùa kiệt phục vụ vận hành theo thời gian thực các hồ chứa trong thời kỳ mùa kiệt. 3. Xây dựng phƣơng thức vận hành hệ thống hồ chứa theo thời gian thực trong thời kỳ mùa kiệt. 4.2. Tính toán kiểm tra khả năng đáp ứng yêu cầu điều tiết cấp nƣớc cho hạ du theo quy trình vận hành liên hồ của các hồ chứa lớn trên lƣu vực sông Ba 4.2.1. Mục đích tính toán Trong quá trình lập quy trình vận hành gặp nhiều khó khăn o sự phức tạp của ài toán đặt ra nên việc nghiên cứu thấu đáo c n ị hạn chế. Chính vì vậy, mặc dù quy trình vận hành liên hồ chứa lƣu vực sông Ba đã an hành, nhƣng vẫn còn 99 nhiều ý kiến trái chiều, đặc biệt là các chủ hồ. Bởi vậy, tính toán kiểm tra khả năng đáp ứng các yêu cầu điều tiết cấp nƣớc hạ du là rất cần thiết. Mục đ ch t nh toán v thế đƣợc xác định nhƣ sau: - Đánh giá sự hợp lý của các điều khoản quy định trong quy trình liên hồ chứa, phát hiện những hạn chế, tồn tại và thiết xót nếu có, từ đó đề xuất những chỉnh sửa, bổ sung cần thiết cho quy tr nh đã an hành. - Kết quả tính toán kiểm tra là cơ sở xây dựng phƣơng án vận hành mềm dẻo các hồ chứa, nhằm nâng cao hiệu quả vận hành các hồ chứa trên. - Là cơ sở thực hiện phƣơng án vận hành các hồ chứa theo thời gian thực. 4.2.2. Thiết lập mạng sông Nhƣ đã tr nh ày trong Chƣơng 2, hệ thống công trình cấp nƣớc và sử dụng nƣớc trên lƣu vực sông Ba gồm các hồ chứa thủy điện, các hồ chứa thủy lợi, các đập dâng và các trạm ơm làm nhiệm vụ cấp nƣớc. Theo đặc điểm địa lý và đặc điểm khai thác nguồn nƣớc, Viện Quy hoạch thủy lợi Việt Nam đã chia lƣu vực sông Ba thành 9 vùng thủy lợi, trong đó có 6 vùng nằm ph a trên đập Đồng Cam và 3 vùng còn lại gồm hạ Đồng Cam, Kỳ Lộ và vùng sông Cầu. Trong quy trình vận hành liên hồ chứa thời kỳ mùa kiệt, nút kiểm soát cuối cùng của hệ thống sông Ba là đập âng Đồng Cam. Bởi vậy, trong luận án chỉ giới hạn bài toán vận hành đối với khu vực từ đập Đồng Cam trở lên. Năm 2018 Viện Quy hoạch thủy lợi Việt Nam đã thực hiện dự án “Rà soát quy hoạch thủy lợi lưu vực sông Ba và vùng phụ cận”. Sau khi ghép một số công trình cấp nƣớc nhỏ lẻ thành các cụm công trình, Viện Quy hoạch thủy lợi đã thiết lập mạng sông hiện trạng với 52 nút công tr nh tƣơng ứng là các nút đƣợc cấp nƣớc, chủ yếu là tƣới. Sơ đồ mạng sông do Viện quy hoạch thủy lợi thiết lập đƣợc thể hiện trên hình 4.1. Kết quả tính toán nhu cầu cấp nƣớc tại 52 nút trên sơ đồ hình 4.1 do Viện Quy hoạch thủy lợi thực hiện trong dự án này có t nh đến biến đổi khí hậu đƣợc trích dẫn trong bảng 4.1. Nhiệm vụ chính của dự án trên là lập quy hoạch cấp nƣớc cho các công trình thủy lợi, nên trong quá trình lập dự án không luận chứng về vai trò cấp nƣớc của 100 các hồ chứa thủy điện. Do đó, quá tr nh điều tiết cấp nƣớc hạ du của hồ chứa thủy điện lấy theo quy định của Quy trình vận hành liên hồ chứa lƣu vực sông Ba mà không xét đến sự hợp lý của các điều khoản ghi trong quy trình này. Hiện nay, dự án “Rà soát quy h