Tài liệu Xây dựng phương án dự báo lũ phục vụ vận hành hệ thống hồ chứa trên lưu vực sông vu gia – thu bồn

LỜI CẢM ƠN Đầu tiên tác giả bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, đến các thầy cô giáo hướng dẫn GS.TS Hà Văn Khối và PGS.TS Huỳnh Lan Hương đã tận tình hướng dẫn tác giả trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thiện Luận văn. Tác giả xin cảm ơn Trường Đại học Thủy Lợi, Ban Đào tạo sau Đại học trường Đại học Thủy Lợi đã tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả trong thời gian nghiên cứu và hoàn thành Luận văn. Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến quý thầy cô và các bạn đồng nghiệp, đã đóng góp nhiều ý kiến thiết thực để tác giả hoàn thiện luận án. Cuối cùng, tác giả xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè đã động viên tác giả về vật chất và tinh thần và tạo những điều kiện thuận lợi nhất để tác giả hoàn thành luận văn của mình. Hà Nội, ngày 20 tháng 4 năm 2015 Tác giả Đoàn Thị Vân LỜI CAM ĐOAN Tôi là Đoàn Thị Vân. Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các nội dung và kết quả nghiên cứu trong Luận văn là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình khoa học nào. Tác giả Đoàn Thị Vân MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................. LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................ MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1 1.Tính cấp thiết của đề tài.......................................................................................1 2. Mục tiêu của đề tài ..............................................................................................2 3. Hướng tiếp cận và phương pháp nghiên cứu....................................................2 4. Kết quả dự kiến đạt được ..................................................................................4 5. Nội dung của luận văn.........................................................................................4 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ DỰ BÁO LŨ PHỤC VỤ QUY TRÌNH VẬN HÀNH HỆ THỐNG HỒ CHỨA TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC .....................................................................................................................................5 1.1. Tổng quan các nghiên cứu trong nước ...........................................................5 1.2. Tổng quan các nghiên cứu ngoài nước .........................................................11 1.3. Đề xuất hướng nghiên cứu .............................................................................13 CHƯƠNG II: ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, PHÁT TRIỂN KINH TẾ-XÃ HỘI, ĐẶC ĐIỂM CHẾ ĐỘ LŨ LƯU VỰC SÔNG VU GIA-THU BỒN ....................15 2.1. Đặc điểm địa lý tự nhiên lưu vực sông Vu Gia-Thu Bồn............................15 2.1.1. Vị trí địa lý ................................................................................................15 2.1.2. Địa hình ....................................................................................................16 2.1.3. Địa chất ....................................................................................................16 2.1.4. Thổ nhưỡng ..............................................................................................16 2.1.5. Thực vật ....................................................................................................17 2.2. Đặc điểm khí hậu và dòng chảy sông ngòi. ..................................................17 2.2.1. Khí hậu .....................................................................................................17 2.2.2. Đặc điểm dòng chảy sông ngòi ................................................................18 2.3. Chế độ dòng chảy lũ và đặc điểm sự hình thành lũ trên lưu vực sông Vu Gia-Thu Bồn...........................................................................................................19 2.3.1. Hình thế thời tiết gây mưa lũ lớn .............................................................19 2.3.2. Đặc điểm lũ ..............................................................................................23 2.4. Yêu cầu phòng chống lũ vùng hạ du. ............................................................30 2.5. Quá trình phát triển hệ thống hồ chứa trên dòng chính Vu Gia-Thu Bồn. .................................................................................................................................33 2.6. Phân tích đặc điểm mưa gây lũ trên lưu vực sông. .....................................37 2.7. Hiện trạng và phương hướng phát triển kinh tế-xã hội .............................39 2.8. Đặc điểm hình thành dòng chảy lũ (chế độ lũ, sự thay đổi theo không gian và thời gian, tốc độ tập trung dòng chảy…). ......................................................40 CHƯƠNG III: XÁC ĐỊNH PHƯƠNG PHÁP VÀ LỰA CHỌN MÔ HÌNH DỰ BÁO LŨ CHO LƯU VỰC SÔNG VU GIA-THU BỒN ......................................46 3.1. Nhiệm vụ dự báo lũ theo sự phát triển hệ thống hồ chứa trên lưu vực sông Vu Gia-Thu Bồn. ...................................................................................................46 3.2. Tổng quan về công tác dự báo lũ lưu vực sông Vu Gia-Thu Bồn ..............46 3.2.1. Các phương pháp dự báo lũ cho lưu vực sông Vu Gia-Thu Bồn .............46 3.2.2. Các nội dung dự báo lũ lưu vực sông Vu Gia- Thu Bồn ..........................47 3.2.3. Nhận xét ....................................................................................................50 3.3. Phương hướng xây dựng phát triển phương pháp dự báo lũ đối với lưu vực sông Vu Gia-Thu Bồn. ...................................................................................51 3.4. Lựa chọn mô hình mô phỏng cho dự báo lũ. ...............................................53 3.5. Thiết lập sơ đồ hệ thống dự báo lũ phục vụ vận hành phòng, chống lũ cho hệ thống hồ chứa trên sông Vu Gia-Thu Bồn. ....................................................55 3.5.1. Sơ đồ mạng lưới sông tính toán khu vực thượng lưu ...............................55 3.5.2. Sơ đồ mạng lưới sông tính toán vùng hạ du .............................................56 ............................................................................................................................58 3.6. Tài liệu khí tượng, thủy văn sử dụng trong mô hình ..................................67 3.6.1. Đặc điểm lưới trạm ..................................................................................67 3.6.2. Lựa chọn trạm đo mưa và lưu lượng cho mô hình dự báo......................70 CHƯƠNG IV: ỨNG DỤNG MÔ HÌNH ĐÃ THIẾT LẬP CHO DỰ BÁO LŨ TRÊN LƯU VỰC SÔNG VU GIA – THU BỒN. .................................................72 4.1. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình .................................................................72 4.1.1. Hiệu chỉnh bộ thông số mô hình MIKE – NAM .......................................72 4.1.2. Hiệu chỉnh bộ thông số mô hình Mike 11.................................................79 4.2. Nhận xét kết quả và phân tích khả năng ứng dụng mô hình. ....................85 4.2.1. Nhận xét kết quả .......................................................................................85 4.2.2. Phân tích khả năng ứng dụng của mô hình ..............................................86 4.3. Dự báo thử nghiệm và phân tích kết quả dự báo ........................................87 4.3.1. Xử lý số liệu mưa phục vụ cho dự báo lũ .................................................87 4.4. Dự báo thử nghiệm .........................................................................................95 4.4.1. Lựa chọn trận lũ dự báo ...........................................................................95 4.4.2. Các bước tiến hành ..................................................................................96 4.4.3. Nhận xét kết quả dự báo và kiến nghị ......................................................96 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..............................................................................100 1. Kết luận ............................................................................................................100 2. Kiến nghị ..........................................................................................................100 TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................102 PHỤ LỤC ...............................................................................................................104 i DANH MỤC HÌNH Hình 2.1. Bản đồ lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn .........................................15 Hình 2.2. Hệ thống các hồ chứa lớn phần thượng lưu lưc vực sông Vu Gia Thu Bồn ...........................................................................................................36 Hình 3.1. Sơ đồ tổng quát bài toán dự báo lũ sông Vu Gia-Thu Bồn ............52 Hình 3.2. Sơ đồ hệ thống Vu Gia-Thu Bồn .....................................................53 Hình 3.3. Sơ đồ hệ thống khu vực thượng lưu sông Vu Gia-Thu Bồn ............58 Hình 3.4. Sơ đồ tính toán hạ lưu lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn .................59 Hình 3.5. Sơ đồ thủy lực hệ thống sông Vu Gia – Thu Bồn ............................63 Hình 3.6. Các lưu vực bộ phận trên hệ thống sông Vu gia – Thu Bồn ..........66 Hình 3.7. Sơ đồ phân bố các trạm mưa trên các tiểu lưu vực ........................67 Hình 3.8. Bản đồ lưới trạm khí tượng thủy văn lưu vực Vu Gia- Thu Bồn ....70 Hình 4.1. Sơ đồ quá trình hiệu chỉnh bộ thông số ..........................................73 Hình 4.2. Đường quá trình lũ và tổng lượng lũ thực đo và dự báo tại Nông Sơn trận lũ 10-23/10/2008 ..............................................................................75 Hình 4.3. Đường quá trình lũ và tổng lượng lũ thực đo và dự báo tại Nông Sơn trận lũ 25/09-05/10/2009 .........................................................................76 Hình 4.4. Đường quá trình lũ và tổng lượng lũ thực đo và dự báo tại Thành Mỹ trận lũ 10-23/10/2008 ...............................................................................77 Hình 4.5 . Đường quá trình lũ và tổng lượng lũ thực đo và dự báo tại Thành Mỹ trận lũ 25/09-05/10/2009 ..........................................................................78 Hình 4.6 . Đường quá trình lũ và tổng lượng lũ thực đo và dự báo tại hồ A Vương trận lũ 25/09-05/10/2009 ....................................................................78 Hình 4.7. Kết quả mực nước mô phỏng và thực đo tại Ái Nghĩa trận lũ 1023/10/2008 ......................................................................................................82 Hình 4.8. Kết quả mực nước mô phỏng và thực đo tại Câu Lâu trận lũ 1023/10/2008 ......................................................................................................83 Hình 4.9 . Kết quả mực nước mô phỏng và thực đo tại Ái Nghĩa trận lũ 25/0905/10/2009: .....................................................................................................83 Hình 4.10. Kết quả mực nước mô phỏng và thực đo tại Câu Lâu trận lũ 25/09-05/10/2009:...........................................................................................84 Hình 4.11. Kết quả mực nước mô phỏng và thực đo tại Ái Nghĩa trận lũ 421/11/2011 ......................................................................................................84 Hình 4.12. Kết quả mực nước mô phỏng và thực đo tại Câu Lâu trận lũ 421/11/2011. .....................................................................................................85 Hình 4.13. Cấu trúc file dữ liệu mưa dự báo số trị ........................................91 Hình 4.14 : Biểu đồ so sánh tổng lượng mưa trận dự báo 5 ngày và thực đo một số trạm mưa trên lưu vực .........................................................................92 Hình 4.15. Cấu trúc bản tin dự báo mưa synop..............................................93 Hình 4.16. Kết quả điều chỉnh mưa dự báo trận mưa tháng 10 năm 2009 của một số trạm trên lưu vực .................................................................................95 Hình 4.17. Kết quả dự báo 24h trận lũ tháng 9 năm 2009 tại A Vương ........98 Hình 4.18: Kết quả dự báo 24h trận lũ tháng 9 năm 2009 tại Thành Mỹ ......99 Hình 4.19. Kết quả dự báo 24h trận lũ tháng 9 năm 2009 tại Nông Sơn .......99 DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1. Lưu lượng trung bình tháng, năm trung bình thời kỳ quan trắc 1997-2006 tại một số trạm thủy văn trong hệ thống sông Thu Bồn ...............18 Bảng 2.2. Một số cơn bão và áp thấp nhiệt đới đổ bộ liên tiếp vào ven biển miền Trung trong thời kỳ 1964-1999 ..............................................................21 Bảng 2.3. Đỉnh lũ và cường suất lũ Trận lũ XI/1999 .....................................25 Bảng 2.4. Đỉnh lũ và cường suất lũ Trận lũ XII/1999 ....................................26 Bảng 2.5. Lượng mưa, đỉnh lũ và cường suất lũ một số trận lũ lớn ...............28 Bảng 2.6. Tình hình ngập lụt của trận lũ năm 1999 tại một số vị trí vùng hạ lưu sông Vu Gia - Thu Bồn .............................................................................31 Bảng 2.7. Các dự án hồ chứa theo quy hoạch năm 2000 ...............................34 Bảng 2.8. Tổng hợp các dự án trên dòng chính sông Vu Gia - Thu Bồn .......35 Bảng 2.9. Lượng mưa một ngày lớn nhất đã quan trắc được ở các trạm ......37 Bảng 2.10. Thời gian và tốc độ truyền lũ trên các đoạn sông ........................41 Bảng 2.11. Thống kê sự xuất hiện lũ lớn trên sông Thu Bồn - Vu Gia ...........42 Bảng 2.12. Vận tốc dòng chảy lũ (m/s) ...........................................................43 Bảng 2.13. Biên độ lũ trên sông Thu Bồn - Vu Gia ........................................43 Bảng 2.14. Cường suất mực nước lũ sông Vu Gia - Thu Bồn ........................44 Bảng 2.15. Các tham số thống kê lưu lượng lũ lớn nhất ................................44 Bảng 2.16. Lưu lượng lũ thiết kế ứng với các tần suất quy định như sau: .....44 Bảng 2.17. Tổng lượng lũ các thời đoạn 1, 3 và toàn trận .............................45 Bảng 3.1. Các đặc trưng lưu vực của các nhập lưu và lưu vực hồ chứa .......55 Bảng 3.2. Mạng sông hạ du lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn ........................59 Bảng 3.3. Diện tích phân theo cao độ tại các khu ruộng tiêu phía hạ lưu sông Vu Gia - Thu Bồn ............................................................................................64 Bảng 3.4: Mạng lưới trạm đo khí tượng thủy văn trên lưu vực Vu Gia - Thu Bồn ..................................................................................................................68 Bảng 3.5: Trọng số mưa tính toán mưa bình quân cho các lưu vực ..............71 Bảng 4.1. Bộ thông số mô hình Nam đã hiệu chỉnh: ......................................74 Bảng 4.2. Kết quả đánh giá mô hình tại trạm Nông Sơn ................................75 Bảng 4.3. Kết quả đánh giá mô hình tại trạm Thành Mỹ ...............................77 Bảng 4.4. Bộ thông số nhám tại các vị trí trên hệ thống sông: ......................79 Bảng 4.5. Kết quả hiệu chỉnh mô hình MIKE 11 ............................................81 Bảng 4.6 . Kết quả kiểm định mô hình MIKE 11 ............................................82 1 MỞ ĐẦU 1.Tính cấp thiết của đề tài Một số rất lớn các hồ chứa được xây dựng trên toàn thế giới cũng như ở Việt Nam trong nhiều thập kỷ gần đây. Hệ thống hồ chứa đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân tuy vậy theo một số đánh giá thì rất nhiều hệ thống hồ chứa lớn đã không đem lại hiệu ích kinh tế, môi trường như đã được đánh giá trong quá trình lập dự án. Lý do phát huy hiệu quả kém có thể do trong giai đoạn thiết kế không chú ý đầy đủ đến chế độ quản lý vận hành sau khi dự án hoàn tất, không lường trước được các yêu cầu, mục tiêu nảy sinh trong quá trình vận hành hệ thống sau khi hoàn thành ví dụ như các yêu cầu về cấp nước sinh hoạt, công nghiệp, yêu cầu duy trì dòng chảy môi trường sông, duy trì sinh thái vùng hạ lưu. Mâu thuẫn nảy sinh giữa các mục tiêu sử dụng nước có thể coi là nguyên nhân chính dẫn đến kém hiệu quả trong vận hành khai thác hệ thống hồ chứa. Vận hành hồ chứa là một một trong những vấn đề được chú ý nghiên cứu tập trung nhiều nhất trong lịch sử hàng trăm năm của công tác quy hoạch quản lý hệ thống nguồn nước. Nghiên cứu vận hành quản lý hệ thống hồ chứa luôn phát triển cùng thời gian nhằm phục vụ các yêu cầu liên tục phát triển của xã hội. Mặc dù đã đạt được những tiến bộ vượt bậc trong nghiên cứu quản lý vận hành hồ chứa nhưng cho đến thời điểm hiện tại không có một lời giải chung cho mọi hệ thống mà tùy đặc thù của từng hệ thống sẽ có các lời giải phù hợp. Theo số liệu quan trắc, lưu lượng nước từ sông Vu Gia qua sông Quảng Huế (huyện Đại Lộc) đổ vào sông Thu Bồn là rất lớn nhưng thực tế nước về vùng hạ du lại rất ít. Vì vậy, tỉnh Quảng Nam kiến nghị Bộ NN&PTNT nghiên cứu tổng thể dự án sông Quảng Huế để có giải pháp điều hòa, phân phối nước giữa sông Vu Gia và Thu Bồn trong mùa khô. Bộ NN&PTNT có ý kiến với các bộ, ngành liên quan nhằm nhanh chóng ban hành quy trình vận hành liên hồ chứa thủy điện. Tỉnh cũng đề nghị Bộ Công Thương, Tập đoàn Điện lực Việt Nam chỉ đạo các nhà máy thủy 2 điện trên hệ thống sông Vu Gia - Thu Bồn thực hiện điều tiết xả nước phát điện phải hài hòa với yêu cầu sản xuất nông nghiệp và sinh hoạt của nhân dân vùng hạ du. Theo tỉnh Quảng Nam, việc nạo vét, khơi thông dòng chảy trên sông Vu Gia Thu Bồn chỉ là giải pháp tình thế. Nếu thủy điện không xả nước, khoảng 10.000 ha lúa hạ nguồn Vu Gia - Thu Bồn sẽ bị thiệt hại nặng nề, hàng trăm ngàn dân thiếu nước sinh hoạt. Vận hành hệ thống liên hồ chứa ở Việt Nam nói chung và cho lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn nói riêng chưa được chú ý, quan tâm đúng mức, quy trình vận hành liên hồ chứa còn nhiều bất cập. Quy hoạch thiết kế các hồ chứa của ta vẫn bị chi phối lợi ích ngành và quy trình vận hành mới chỉ thực hiện cho bài toán mùa lũ. Sau này, nếu làm tiếp bài toán mùa cạn sẽ có chỗ bị trống ở thời đoạn giao thời giữa mùa lũ và mùa cạn. Từ những bất cập trên, chúng ta thấy việc thành lập lại quy trình vận hành liên hồ chứa là rất quan trọng và cần thiết. Vì vậy, với đề tài: "Xây dựng phương án dự báo lũ phục vụ vận hành hệ thống hồ chứa trên lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn", tác giả hy vọng luận văn sẽ góp phần khắc phục sự bất cập đã nêu trên để các hồ chứa hoạt động hiệu quả hơn. 2. Mục tiêu của đề tài Nắm rõ đặc điểm lưu vực, quy luật dòng chảy, sự hình thành và diễn biến lũ, hiện trạng vận hành hệ thống hồ chứa trên lưu vực, dự báo lũ phục vụ vận hành hệ thống hồ chứa trên lưu vực, phân tích ảnh hưởng của dự báo mưa đến chất lượng dự báo và phương pháp giảm thiểu của các tác động này trong công dự báo, lựa chọn, mô phỏng và kiểm định mô hình dự báo... từ đó xây dựng phương án dự báo lũ phục vụ vận hành hệ thống hồ chứa trên lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn 3. Hướng tiếp cận và phương pháp nghiên cứu a) Cách tiếp cận và phạm vi nghiên cứu ứng dụng Cách tiếp cận Luận văn có các cách tiếp cận sau để thực hiện các nội dung nghiên cứu 3 1) Thu thập tài liệu, phân tích quá trình mưa lũ chế độ dòng chảy trên lưu vực 2) Tiếp cận quan điểm hệ thống để nghiên cứu, đánh giá ảnh hưởng của công trình thông qua sử dụng mô hình toán thủy văn. Phạm vi nghiên cứu - Phạm vi nghiên cứu của luận văn là lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn b) Phương pháp nghiên cứu, công cụ sử dụng Luận văn sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau: 1) Phương pháp thống kê, xử lý số liệu: thu thập và phân tích các số liệu khí tượng thủy văn của lưu vực nghiên cứu để thực hiện các nội dung của luận văn. 2) Phương pháp kế thừa: kế thừa những kết quả nghiên cứu đã có về tình hình lũ, ảnh hưởng của công trình trên lưu vực sông, hiện trạng vận hành liên hồ chứa trên lưu vực 3) 4) Phương pháp tính toán thủy văn: xử lý tính toán số liệu đầu vào cho mô hình. Phương pháp mô hình toán thuỷ văn: nghiên cứu mô phòng dòng chảy lũ, sử dụng mô hình toán thủy văn, thiết lập sơ đồ hệ thống dự báo lũ phục vụ vận hành hệ thống hồ chứa trên sông Vu Gia-Thu Bồn , thiết lập bài toán và lựa chọn các phương án dự báo lũ, ứng dụng mô hình để dự báo lũ. Và các công cụ sau đây. 1) Dự kiến áp dụng các mô hình MIKE-NAM, HEC-HMS, HEC-RESSim..) 2) Các phần mềm phân tích thống kê để̉ phân tích tính toán các thông số, các quan hệ, tương quan thố ́ ng kế trong luận văn. 3) Phần mềm Mapinfor để xây dựng, phân chia lưu vực trên bản đồ trước khi đưa vào mô hình tính toán. 4 4. Kết quả dự kiến đạt được Nắm rõ đặc điểm lưu vực, quy luật dòng chảy, sự hình thành và diễn biến lũ, hiện trạng vận hành hệ thống hồ chứa trên lưu vực, dự báo lũ phục vụ vận hành hệ thống hồ chứa trên lưu vực, phân tích ảnh hưởng của dự báo mưa đến chất lượng dự báo và phương pháp giảm thiểu của các tác động này trong công tác dự báo, lựa chọn, mô phỏng và kiểm định mô hình dự báo... từ đó xây dựng phương án dự báo lũ phục vụ vận hành hệ thống hồ chứa trên lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn 5. Nội dung của luận văn Ngoài hai phần mở đầu và kết luận , kiến nghị đề tài gồm 4 chương: - Chương I: Tổng quan các nghiên cứu về dự báo lũ phục vụ quy trình vận hành hệ thống hồ chứa trong và ngoài nước. - Chương II: Điều kiện tự nhiên, phát triển kinh tế - xã hội, đặc điểm chế độ lũ lưu vực sông Vu gia – Thu Bồn. - Chương III: Xác định phương pháp và lựa chọn mô hình dự báo lũ cho lưu vực sông Vu gia – Thu Bồn. - Chương IV: Ứng dụng mô hình đã thiết lập cho dự báo lũ trên lưu vực sông Vu gia – Thu Bồn. 5 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ DỰ BÁO LŨ PHỤC VỤ QUY TRÌNH VẬN HÀNH HỆ THỐNG HỒ CHỨA TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 1.1. Tổng quan các nghiên cứu trong nước Hiện nay, tuy đã có quy trình vận hành của một số các lưu vực sông trên cả nước nói chung và lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn nói riêng do Chính phủ ban hành, cũng như một số tác giả đã xây dựng quy trình cho các lưu vực sông ở miền Trung và Tây Nguyên. Tuy nhiên quy trình vận hành hồ chứa dựa trên dự báo lũ có nhiều rủi ro vì khả năng dự báo mưa lớn ở thượng nguồn, mực nước triều ở vùng cửa sông khi có bão trên các lưu vực sông còn rất hạn chế. Địa hình miền Trung dốc, sông ngắn nên lũ lên rất nhanh, cộng với việc các trạm đo mưa rất thưa nên việc dự báo thủy văn khó chính xác. Các hồ chứa thủy điện ở Miền Trung hiện nay thì việc tích nước được đầy hồ chứa hay không phụ thuộc vào có lũ về hồ nhiều hay ít. Nếu không có lũ thì thường các hồ chứa rất khó khăn trong việc đầy hồ như A Vương (2010, và 2012 mực nước hồ cuối mùa lũ lần lượt là 363,4m và 363m so với mực nước dâng bình thương là 380m) và tương tự hồ chứa Krông Hnăng mực nước hồ cuối mùa lũ 3 năm trở lại đây đều rất thấp và cách rất xa mực nước dâng bình thường. Hồ chứa thủy điện A Vương sau trận lũ lịch sử 2009 ngập lụt lớn cho hạ du, tuy nhiên sau 3 tháng còn lại của mùa mưa không có lũ, thì cuối mùa mưa mực nước hồ chứa đạt khoảng cao trình 377m. Do đó việc dựa vào dự báo dòng chảy về hồ chứa 6, 12, 24 giờ để tạo dung tích phòng chống lũ, vận hành là không an toàn và không phù hợp với đặc thù của các lưu vực sông Miền Trung. Các công trình và đề tài nghiên cứu của các tác giả trong nước Năm 2005, Nguyễn Lan Châu và Nguyễn Quốc Anh [15] đã trình bày kết quả ứng dụng hệ thống thủy văn thủy lực trong bài toán điều hành hồ Hoà Bình mùa lũ năm 2005, sử dụng các mô hình MARINE+TL (cho thượng lưu sông Đà), mô hình FIRR (cho thượng nguồn sông Lô, Thao và Đà), mô hình điều tiết dự báo hồ Hòa Bình, mô hình thủy lực 2 chiều cho các vị trí hạ lưu Hà Nội trên sông Hồng, Phả Lại trên sông Thái Bình. 6 Năm 2005, Nguyễn Văn Hạnh, Nguyễn Đức Diện, nnk [21], xây dựng mô hình dự báo lũ và đề xuất các kịch bản tính toán. Các tác giả đã xây dựng và đưa vào áp dụng thử nghiệm mô hình dự báo lũ trung hạn (5 ngày) nhằm phục vụ điều hành hồ chứa trong mùa mưa lũ. Năm 2006, Ngô Huy Cẩn, Nguyễn Thành Đôn và Nguyễn Tuấn Anh [14] đã nghiên cứu tính toán cho hệ thống sông Hồng - Thái Bình với các mục tiêu: - Gia cố hệ thống đê - Điều tiết lũ bằng các hồ chứa Hòa Bình, Thác Bà - Phân lũ vào sông Đáy - Chậm lũ và các khu chậm lũ - Cho tràn qua một số đoạn đê đã chuẩn bị sẵn gọi là các đường tràn cứu hộ. Các tác giả dùng mô hình dòng chảy một chiều và mô hình hai chiều, đánh giá khả năng cắt lũ của các hồ chứa. Năm 2006, Đoàn Xuân Thủy, Hà Ngọc Hiến, Nguyễn Văn Điệp, Ngô Huy Cẩn và cộng sự [30], tính toán điều tiết lũ phục vụ quy trình vận hành liên hồ cho hệ thống sông Hồng – Thái Bình với dung tích khoảng 500-700 triệu m3. Các tác giả đã trình xây dựng các kịch bản lũ cho trận lũ 125 năm, phục vụ cho việc xây dựng quy trình tính toán liên hồ chứa. Sử dụng bộ chương trình IMECH_1D được phát triển bởi Viện Cơ học với các modun tính toán điều tiết hồ tự động và dự báo mực nước hạ du. Kết quả tính toán cho thấy khi có thêm hồ Tuyên Quang thì có thể nâng cao được mực nước trước lũ của thủy điện Hòa Bình lên 2-3m, làm tăng 6,8% sản lượng điện trong mùa lũ. Năm 2007, Nguyễn Hữu Khải và Lê Thị Huệ [18] Áp dụng mô hình HECRESSIM điều tiết lũ hệ thống hồ chứa lưu vực sông Hương, mô hình cho phép xác 7 định các thông số và thời gian thích hợp trong vận hành hệ thống để đảm bảo an toàn hạ lưu và an toàn bản thân các hồ chứa. Năm 2010, Nguyễn Lan Châu [16] đề xuất dự thảo quy trình vận hành hệ thống hồ chứa Đak Mi 4, A Vương, Sông Tranh, tư tưởng của đề xuất này tạo dung tích hồ trống để đón lũ và dựa trên cơ sở là sẽ dự báo được dòng chảy lũ về trong khoảng 6-24 giờ. Năm 2010, Hoàng Minh Tuyển [34] xây dựng quy trình vận hành liên hồ chứa sông Ba cắt giảm lũ cho hạ du. Nghiên cứu đã đề xuất các vấn đề mang đặc thù riêng của hệ thống hồ chứa sông Ba. Đây là những luận cứ thực tiễn phục vụ xây dựng dựng quy trình vận hành liên hồ chứa sông Ba cắt giảm lũ đã được thủ tướng phê duyệt 9/2010. Năm 2010, Hà Văn Khối [19], trình bày một số ý kiến cũng như kết quả tính toán sơ bộ về vai trò chống lũ hạ du của hồ chứa A Vương và xem xét khả năng giao thêm nhiệm vụ chống lũ hạ du cho các hồ chứa trên sông Vu Gia – Thu Bồn. Tác giả đã đề xuất cần nghiên cứu bổ sung (1) về quy trình chống lũ khi mực nước hồ đang ở mực nước thấp để vừa đảm bảo an toàn tích nước hồ chứa vừa nâng cao hiệu quả giảm lũ hạ du; (2) Tăng thêm nhiệm vụ phòng chống lũ cho các hồ chứa, nhưng phải đảm bảo không ảnh hưởng lớn đến hiệu quả phát điện và hiệu quả cắt lũ phải mang lại lợi ích xã hội lớn, đồng thời giải quyết hài hòa quyền lợi giữa chủ đầu tư và Nhà nước nếu có bổ sung thêm về nhiệm vụ chống lũ. Năm 2011, Nguyễn Lan Châu và Bùi Đình Lập [17] đã sử dụng các mô hình mưa rào dòng chảy TANK và diễn toán Muskingum - Cunge dự báo dòng chảy thượng lưu hệ thống sông Đà, Thao, Lô và Thái Bình; Mô hình thủy lực IMECH1D lấy dữ liệu đầu vào tại sáu biên trên từ hệ mô hình này (TANK+MuskingumCunge) dự báo dòng chảy hạ du hệ thống sông Hồng tại Phả Lại với thời gian dự kiến là 5 ngày. Dữ liệu mưa dự báo phục vụ đầu vào của bộ công nghệ dự báo này là mưa số trị từ hệ thống mô hình thời tiết số trị HRM (của Đức), ETA (Mỹ) hoặc 8 BOLAM (Italy) đang được chạy tác nghiệm tại Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Trung ương. Công nghệ được thử nghiệm trong hai mùa lũ 2006, 2007 cho kết quả tốt và đưa vào dự báo tác nghiệp từ mùa lũ 2008 với 3 loại bản tin cấp cho Ban chỉ đạo PCLB Trung ương, Bản tin cấp lên mạng nội bộ của Trung tâm và bản tin đưa lên trang Web của Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Trung ương. Năm 2011, Ngô Lê Long đã áp dụng mô hình MIKE 11 [26] mô phỏng hệ thống liên hồ chứa sông Srêpook với mục đích cắt giảm lũ cho hạ du, tác giả đã ứng dụng kết hợp với mô đun vận hành công trình (SO) mô phỏng vận hành các công trình cửa van. Bước đầu đã đề xuất được nguyên tắc điều tiết hệ thống hồ chứa phục vụ cắt giảm lũ cho hạ du, tạo cơ sở khoa học cho việc đề xuất qui trình vận hành liên hồ chứa phòng chống lũ cho hạ du. Năm 2011, Hoàng Thanh Tùng, Vũ Minh Cát và Ngô Lê An [32] đã tích hợp dự báo mưa trung hạn trong vận hành hệ thống hồ chứa phòng lũ cho lưu vực sông Cả, tiến hành vận hành thử nghiệm cho các kịch bản dòng chảy lũ khác nhau đến các hồ chứa, từ đó xây dựng cơ sở khoa học vận hành hệ thống hồ chứa phòng lũ cho lưu vực sông Cả. Bên cạnh đó đã tích hợp mô hình dự báo mưa, lũ với mô hình vận hành hồ chứa, nghiên cứu đã tạo tiền đề cho việc vận hành hồ chứa theo thời gian thực, giúp cho công tác vận hành hồ trở nên mềm dẻo và hiệu quả hơn, đây là phương pháp mà các nước trên thế giới đang thực hiện. Năm 2011 Hoàng Thanh Tùng, Vũ Minh Cát, GS. Robeto Ranzi, Trương Tùng Hoa [33] đã nghiên cứu dự báo lũ trung hạn cho lưu vực sông Cả. Nhóm tác giả đã lựa chọn các mô hình lai ghép tất định và ngẫu nhiên như HEC-HMS lai ghép với ARIMA(p,d,q) và EANN (mô hình mạng Neuron) lai ghép với ARIMA(p,d,q) để xây dựng phương án dự báo lũ trung hạn phù hợp cho lưu vực sông Cả. Việc lai ghép các mô hình trên cho phép tận dụng được những ưu điểm của các phương pháp dự báo trung hạn truyền thống với các phương pháp hiện đại. Kết quả áp dụng cho lưu vực sông Cả là khá tốt. 9 Năm 2012, Tô Thúy Nga, Lê Hùng [28, 29] đã nghiên cứu áp dụng mô hình MIKE FLOOD mô phỏng lại trận lũ năm 2009 và đánh giá ảnh hưởng của việc xả lũ hồ A Vương đến ngập lụt hạ du với 3 trường hợp: Khi hồ A Vương xả lũ theo số liệu thực tế năm 2009, khi xem như không có hồ và khi hồ xả lũ theo đề nghị của tác giả. Nếu vận hành theo phương kiến nghị, thì quá trình xả sẽ không gây ra “sốc” đồng thời sẽ làm giảm ngập lụt ở hạ du so với vận hành thực tế như đã thực hiện năm 2009: tại Hội Khách sẽ giảm 0,606m, tại Ái Nghĩa sẽ giảm 0,109m, tại Giao Thủy sẽ giảm 0,114m, Cao Lâu sẽ giảm 0,012m. Đây là cơ sở định hướng cho việc nâng cao hiệu quả cắt lũ theo thời gian thực mà tác giả đang và sẽ tiếp tục nghiên cứu. Qua kết quả tính toán ở trên ta thấy các hồ chứa thủy điện cần phải xả lũ theo quy trình hợp lý, không nên tích nước vào đầu thời điểm lũ lên mà tập trung tích nước vào cuối thời kỳ lũ lên và thời kỳ lũ xuống; các hồ chứa vẫn tích nước được đầy hồ vào cuối trận lũ mà hiệu quả giảm lũ rõ rệt. Tiếp tục phát triển rộng hơn năm 2012, Tô Thúy Nga và Lê Hùng, tính toán so sánh sự ngập lụt hạ lưu Vu Gia – Thu Bồn theo 3 kịch bản sau: Khi có hồ chứa A Vương (năm 2009); Khi có 3 hồ chứa Sông Tranh 2, Đăkmi 4a và A Vương đang vận hành (theo quy định của chính phủ); Khi có 5 hồ chứa Sông Tranh 2, Đăkmi 4a, A Vương, sông Bung 2 và sông Bung 4; Một số công trình và dự án nghiên cứu áp dụng vận hành hệ thống liên hồ chứa trên cả nước và cho hệ thống Vu Gia – Thu Bồn như sau: Năm 2013 Lê Hùng, Tô Thúy Nga đã áp dụng mô hình HEC-RESSIM [23] mô phỏng hệ thống hồ chứa trên lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn, kết quả nghiên cứu đã đề xuất được quy tắc vận hành các hồ chứa trên lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn, ứng với trường hợp mực nước trước khi lũ về nhỏ hơn mực nước đón lũ, nhằm xả lũ an toàn cho hạ du đồng thời không ảnh hưởng lớn đến mục tiêu phát điện của các hồ 10 chứa, đồng thời đã chứng minh được sự hiệu quả cắt lũ cho hạ dư của quy tắc điều tiết mà nhóm tác giả đề xuất. Năm 2013, Đặng Thanh Mai, Vũ Đức Long, Vũ Văn Hiếu, [27] đã trình bày các kết quả xây dựng công nghệ giám sát, cảnh báo, dự báo lũ, ngập lụt và điều tiết hồ chứa cho hệ thống sông Ba dựa trên việc tích hợp các mô hình thủy văn, thủy lực và điều tiết hồ. Trong đó, mô hình NAM được dùng mô phỏng dòng chảy từ mưa làm đầu vào cho mô hình thủy lực và mô hình điều tiết hồ chứa trên toàn lưu vực. Mô hình MIKE 11-GIS dùng các kết quả của các mô hình NAM và điều tiết hồ để mô phỏng dòng chảy và ngập lụt vùng hạ lưu hệ thống sông. Các mô hình được thiết lập, kiểm định và thử nghiệm với kết quả đạt được khá tốt cho phép sử dụng bộ mô hình để tính toán dự báo và điều tiết hồ chứa cho lưu vực sông Ba trong điều kiện tác nghiệp. Viện Quy hoạch thủy lợi (2011), Nghiên cứu cơ sở khoa học và thực tiễn đề xuất quy trình điều hành liên hồ chứa trên sông Vu Gia – Thu Bồn đảm bảo ngăn lũ, chậm lũ và an toàn vận hành hồ chứa [12] các tác giả đã tính toán thủy văn bằng mô hình Nam cho các tiểu lưu vực với chuỗi dòng chảy từ năm 1998-2008 (bộ thông số cho mùa lũ và mùa cạn), sau đó sử dụng mô hình Hec-Ressim để vận hành hồ chứa A Vương, ĐăkMi 4 và sông Tranh 2, đề xuất các phương án vận hành hồ chứa ứng với các năm từ 1998-2008. Viện Địa Lý (2011), xây dựng mô hình thủy lực trên lưu vực sông Vu GiaThu Bồn [11], nhằm sử dụng nó làm công cụ cho dự báo sớm diện và mức độ ngập lụt, hướng và vận tốc dòng chảy nhằm giảm thiệt hại tối đa cho người dân và của cải của các cư dân sống trên vùng ngập lũ. Với mục tiêu là xây dựng và triển khai các mô hình thủy lực và thủy văn để hỗ trợ cho các thể chế cấp tỉnh trong việc lập kế hoạch và quản lý lũ tại những vùng ngập thấp của tỉnh Quảng Nam; mô hình lũ sẽ cung cấp: một cơ chế quản lý lũ (như bản đồ khu vực lũ nguy hiểm và phân tích rủi ro thiên tai để củng cố quy hoạch sử dụng đất); một công cụ dự báo lũ và cảnh báo lũ (do đó nâng cao năng lực các cơ quan cấp tỉnh nhằm xác định, đánh giá, quản 11 lý rủi ro thiên tai). Mô hình sẽ kết nối với các mô phỏng thủy văn về quá trình mưadòng chảy trên lưu vực với các mô phỏng thủy lực về luồng nước lũ dọc dòng chảy và qua vùng ngập. Nhìn chung các công trình nghiên cứu ở Việt Nam sử dụng mô hình mô phỏng là công cụ chủ yếu để vận hành quản lý hồ chứa, cũng như dự báo lũ lụt. Các công cụ nghiên cứu trong bài toàn vận hành thời gian thực chưa nhiều, chủ yếu ở lưu vực sông Hồng [15], [17], [21], [22], [30]. Còn các lưu vực khác mới chỉ là một số nghiên cứu ban đầu trong việc quản lý lũ lụt [27], [33] cũng như mới đưa vào một phần khá hạn chế với mức độ xem xét đến kết quả dự báo để tiến hành vận hành như các quy trình vận hành liên hồ mới ban hành [13], [34]. Một số mô hình vận hành hồ chứa theo hướng tối ưu chống lũ theo thời gian thực cho hệ thống hồ chứa trên sông Đà và sông Lô với các mục tiêu là tối đa tổng dung tích chống lũ của các hồ chứa [22]. 1.2. Tổng quan các nghiên cứu ngoài nước Năm 2006, Xiang-Yang Li, K.W. Chau, Chun-Tian Cheng, Y.S. Li [56] sử dụng hệ thống cảnh báo trên Web cho vùng Shuangpai ở Trung Quốc (WFFS). Dự báo lũ truyền thống và vận hành các hồ chứa ở Trung Quốc trên cơ sở tính toán thủy văn thông qua chương trình tính trên máy tính. Hệ thống dự báo lũ trên cơ sở Web, bao gồm 5 mođun chính; dữ liệu mưa theo thời gian thực, mô hình dự báo thủy văn, mô hình hiệu chỉnh, mô hình dự báo mưa, và phân tích lũ, được trình bày ở đây. WFFS mang lại ý nghĩa thuận tiện hơn cho người dự báo lũ và điều khiển, cho phép phân bố thời gian thực trong phạm vi rộng, cảnh báo lũ tại các vị trí khác nhau theo không gian và thời gian. WFFS đã phát triển ngôn ngũ Java và ứng dụng trong khu vực Shuangpai với kết quả tốt. Năm 2011, Giha Lee, Sunmin Kim, Kwansue Jung và Yasuto Tachikawa [46] đã phát triển lưu vực hệ thống với mô hình mưa-dòng chảy là điều cần thiết cho quản lý tổng hợp tài nguyên nước trong đánh giá các lựa chọn quản lý thay thế và quản lý tài nguyên theo thời gian thực. Nghiên cứu này đã phát triển một mô hình