Nghiên cứu chế độ vận hành tích nước mùa lũ cho hệ thống hồ chứa Hòa Bình và Sơn La

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 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.TS PHẠM THỊ HƢƠNG LAN 2.TS HÀ VĂN KHỐI HÀ NỘI, NĂM 2017 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 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 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 .2 Phƣơng pháp quản lý và nguyên tắc vận hành hệ thống hồ chứa đa mục tiêu .1 Các phƣơng pháp quản lý vận hành hệ thống hồ chứa.2 Nguyên tắc vận hành hệ thống hồ chứa .3 Tổng quan các phƣơng pháp xây dựng quy trình vận hành hệ thống hồ chứa đa mục tiêu.1 Phƣơng pháp sử dụng kỹ thuật tối ƣu hóa .2 Phƣơng pháp mô phỏng.3 Phƣơng pháp kết hợp .4 Tổng quan về lƣu vực sông Hồng .1 Lƣu vực sông và mạng lƣới sông ngòi .2 Giới thiệu các công trình hồ chứa trên dòng chính sông Hồng .3 Nhiệm vụ chống lũ hạ du và nguyên tắc chung của chế độ vận hành chống lũ hạ du .4 Tổng quan các nghiên cứu phục vụ vận hành hệ thống hồ chứa lƣu vực sông Hồng trong mùa lũ .5 Quá trình phát triển văn bản pháp lý .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 .1 Nhận xét về các quy trình đã ban hành và đề xuất hƣớng nghiên cứu chế độ vận hành tích nƣớc.1 Nhiệm vụ chống lũ hạ du và nguyên tắc chung của chế độ vận hành cắt lũ 40 2.2 Một số hạn chế của các quy trình vận hành hồ chứa đã ban hành .3 Phân tích thực trạng và những bất cập khi vận hành theo các quy trình đã ban hành .4 Đánh giá khả năng tích nƣớc đầy hồ của hê thống hồ chứa trên sông Đà 50 v 2.5 Sự cần thiết và định hƣớng nghiên cứu bổ sung chế độ vận hành tích nƣớc hồ chứa Hòa Bình và Sơn La.2 Cơ sở khoa học nghiên cứu xây dựng chế độ vận hành tích nƣớc .1 Quan điểm nghiên cứu.2 Phân chia thời kỳ tích nƣớc .3 Phƣơng pháp thiết lập chế độ vận hành trong thời kỳ tích nƣớc hạn chế .4 Xây dựng chế độ vận hành ứng phó trong trƣờng hợp xảy ra lũ bất thƣờng trong thời kỳ tích nƣớc .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 .1 Thực trạng thay đổi chế độ mực nƣớc hạ du thời kỳ mùa lũ .2 Phân tích đặc điểm mƣa lũ và sự hình thành lũ lớn trên lƣu vực .3 Khả năng dự báo và nhận dạng lũ lớn trên hệ thống sông Hồng .4 Công cụ tính toán .1 Ứng dụng MS Excel tính toán điều tiết dòng chảy qua hồ chứa .2 Mô hình MIKE 11 .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 .1 Thiết lập kịch bản mực nƣớc Hà Nội .2 Chọn phƣơng án lũ để tính toán xác định mực nƣớc giới hạn Hgh .3 Kết quả tính toán bảng nguyên tắc vận hành tích nƣớc .4 Kiểm tra đánh giá tính khả thi của việc vận hành theo bảng nguyên tắc vận hành tích nƣớc.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 .1 Các giải pháp vận hành ứng phó trong trƣờng hợp khẩn cấp trên lƣu vực sông Hồng .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 .3 Xây dựng kịch bản tính toán .4 Kết quả tính toán .3 Đề xuất cơ chế vận hành tích nƣớc hệ thống hồ chứa bậc thang Hòa Bình và Sơn La .1 Thời kỳ tích nƣớc hạn chế (từ 15/06 đến 21/08 hàng năm) .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, .4 Kết luận chƣơng 3 .116 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .117 vii 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 Bảng 3-12: Quy định mực nƣớc thấp nhất các hồ chứa đƣợc phép hạ xuống để đón lũ theo QT 1622 .116 ix 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 .