Luận án tiến sĩ kỹ thuật: Mô hình vận hành hợp lý hồ Dầu Tiếng phục vụ cấp nước và phòng lũ hạ du sông Sài Gòn - Nguyễn Văn Lạnh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN VIỆN KHOA HỌC THUỶ LỢI VIỆT NAM VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI MIỀN NAM NGUYỄN VĂN LANH XÂY DỰNG MÔ HÌNH VẬN HÀNH HỢP LÝ CÔNG TRÌNH THỦY LỢI DẦU TIẾNG ĐỂ PHỤC VỤ CẤP NƯỚC VÀ PHÒNG LŨ HẠ DU SÔNG SÀI GÒN LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Thành phố Hồ Chí Minh - Năm 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN VIỆN KHOA HỌC THUỶ LỢI VIỆT NAM VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI MIỀN NAM NGUYỄN VĂN LANH XÂY DỰNG MÔ HÌNH VẬN HÀNH HỢP LÝ CÔNG TRÌNH THỦY LỢI DẦU TIẾNG ĐỂ PHỤC VỤ CẤP NƯỚC VÀ PHÒNG LŨ HẠ DU SÔNG SÀI GÒN CHUYÊN NGHÀNH: KỸ THUẬT TÀI NGUYÊN NƯỚC MÃ SỐ : 9.12 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TS LÊ VĂN DỰC Thành phố Hồ Chí Minh - Năm 2021 i LỜI CAM ĐOAN Tôi là Nguyễn Văn Lanh. Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các nội dung và kết quả nghiên cứu trong luận án là trung thực và chưa được công bố trong bất kỳ công trình khoa học nào.

Tác giả luận án Nguyễn Văn Lanh ii LỜI CẢM ƠN Đầu tiên Tác giả bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đến Thầy hướng dẫn PGS. Lê Văn Dực, đã tận tình hướng dẫn Tác giả trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thiện luận án. Tác giả xin cảm ơn Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam, lãnh đạo Công ty TNHH MTV khai thác Thủy lợi Dầu Tiếng-Phước Hòa đã tạo điều kiện thuận lợi cho Tác giả trong thời gian nghiên cứu và hoàn thành luận án. 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, với tình yêu từ đáy lòng, Tác giả cảm ơn cha, mẹ và các anh, chị, em hai bên nội, ngoại; vợ và hai con của Tác giả; những người thân yêu trong gia đình đã luôn ở bên cạnh, động viên về vật chất và tinh thần để Tác giả vững tâm hoàn thành luận án của mình. Tác giả luận án Nguyễn Văn Lanh iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .ii MỤC LỤC. iii DANH MỤC BẢNG BIỂU .vii DANH MỤC HÌNH ẢNH .ix MỞ ĐẦU. Tính cấp thiết.

Mục tiêu nghiên cứu. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu. Phương pháp nghiên cứu. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án.

Những đóng góp mới của luận án. Cấu trúc của luận án. 8 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU VỀ VẬN HÀNH HỒ CHỨA.

Nghiên cứu xây dựng quy trình, công cụ hỗ trợ vận hành. Dự báo các yếu tố đầu vào để tính toán hỗ trợ vận hành hồ chứa. Nghiên cứu về vận hành hồ chứa nước Dầu Tiếng. TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH THỦY LỢI HỒ DẦU TIẾNG.

Đặc điểm, quy mô, nhiệm vụ công trình hồ Dầu Tiếng. Quy trình phục vụ vận hành hồ chứa nước Dầu Tiếng. Thực tiễn yêu cầu vận hành hồ Dầu Tiếng hiện nay. ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU.

Hướng tiếp cận nghiên cứu. Nhiệm vụ nghiên cứu .60 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ PHƯƠNG PHÁP LUẬN VỀ VẬN HÀNH HỢP LÝ HỒ CHỨA NƯỚC DẦU TIẾNG. MỘT SỐ KHÁI NIỆM. Khái niệm mô hình vận hành hợp lý hồ chứa nước.

Khái niệm vận hành hợp lý hồ chứa nước theo thời gian thực. Các nội dung nghiên cứu vận hành hợp lý hồ Dầu Tiếng. TIÊU CHUẨN ĐÁNH GIÁ MÔ HÌNH. CƠ SỞ DỮ LIỆU PHỤC VỤ NGHIÊN CỨU.

Cơ sở dữ liệu cho mô hình nghiên cứu xả nước đẩy mặn. Cơ sở dữ liệu khí tượng, thủy văn, độ mặn. CƠ SỞ PHƯƠNG PHÁP DỰ BÁO DÒNG CHẢY VỀ HỒ MÙA CẠN. Cơ sở tiếp cận nghiên cứu.

Giới thiệu mô hình mạng nơ-ron nhân tạo. Cấu trúc mạng ANN ứng dụng dự báo dòng chảy. Công cụ nghiên cứu và phương pháp chuẩn hóa số liệu. CƠ SỞ PHƯƠNG PHÁP XẢ NƯỚC ĐẨY MẶN.

Cơ sở tiếp cận nghiên cứu. Một số mô hình toán ứng dụng nghiên cứu xâm nhập mặn. Cơ sở lý thuyết mô hình Mike 11. CƠ SỞ PHƯƠNG PHÁP DỰ BÁO DÒNG CHẢY VỀ HỒ MÙA LŨ.

Cơ sở tiếp cận nghiên cứu. Cơ sở phương pháp trích xuất dữ liệu thời tiết dự báo. Giới thiệu mô hình nghiên cứu mô phỏng dòng chảy. CƠ SỞ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT LŨ HỒ DẦU TIẾNG.

Cơ sở phương pháp tính toán điều tiết lũ. Cơ sở thiết lập bài toán điều tiết lũ hồ Dầu Tiếng. Sơ đồ quy trình điều tiết lũ hồ Dầu Tiếng. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2.

96 CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP VÀ ỨNG DỤNG HỖ TRỢ VẬN HÀNH HỒ CHỨA NƯỚC DẦU TIẾNG. NGHIÊN CỨU DỰ BÁO DÒNG CHẢY VỀ HỒ MÙA CẠN. Tài liệu sử dụng. Lập các phương án dự báo dòng chảy về hồ trong mùa cạn.

Phân tích kết quả huấn luyện, kiểm tra các kịch bản dự báo. Phân tích kết quả kiểm định mô hình. Kiến nghị sử dụng kết quả dự báo dòng chảy về hồ trong mùa cạn. NGHIÊN CỨU XẢ NƯỚC ĐẨY MẶN TẠI TRẠM BƠM HÒA PHÚ TRÊN SÔNG SÀI GÒN.

Thiết lập mô hình nghiên cứu xả nước đẩy mặn. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình nghiên cứu xả nước đẩy mặn. Nghiên cứu xác định mối liên hệ giữa mực nước triều và độ mặn. Nghiên cứu xác định mối liên hệ giữa thời gian xả và độ mặn.

Nghiên cứu xác định thời điểm xả nước hợp lý tại hồ Dầu Tiếng. Nghiên cứu xác định mối liên hệ giữa thời gian và lưu lượng xả. Nghiên cứu xác định lưu lượng, thời gian xả hợp lý. Phân tích, đánh giá hiệu quả áp dụng kết quả nghiên cứu.

Ứng dụng kết quả nghiên cứu xả nước đẩy mặn đợt thứ 8 và 9 năm 2016. NGHIÊN CỨU DỰ BÁO DÒNG CHẢY VỀ HỒ DẦU TIẾNG TRONG MÙA LŨ. Nghiên cứu trích xuất dữ liệu từ các mô hình dự báo thời tiết. Thiết lập công cụ mô phỏng dòng chảy lũ về hồ Dầu Tiếng.

Kiến nghị sử dụng kết quả dự báo dòng chảy về hồ trong mùa lũ. Ứng dụng kết quả nghiên cứu mô phỏng lũ về hồ Dầu Tiếng. NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT LŨ HỒ DẦU TIẾNG. Tài liệu sử dụng.

Các sơ đồ chương trình tính toán điều tiết lũ hồ Dầu Tiếng. Chương trình tính toán điều tiết lũ hồ Dầu Tiếng. Ứng dụng kết quả nghiên cứu tính toán điều tiết lũ hồ Dầu Tiếng. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3.

144 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. 149 DANH MỤC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ. 151 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO. 161 vi DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ANN : Artificial Neural Network (Mạng nơ-ron nhân tạo) BP : Backpropagation (Lan truyền ngược) BVMT : Bảo vệ môi trường CSDL : Cơ sở dữ liệu H (m) : Mực nước (m) KHTL : Khoa học Thủy lợi KTTV : Khí tượng Thủy văn MT : Môi trường MAX, MIN : Lớn nhất, Nhỏ nhất MLP : Multiple Layers Perceptron (Mạng nơ-ron nhiều lớp) NAM : Nedbor-Afstromnings-Model (Mô hình mưa - dòng chảy) NCKT : Nghiên cứu khả thi NCS : Nghiên cứu sinh NN & PTNT : Nông nghiệp và phát triển nông thôn P (%) : Tần suất (%) Q (m3/s) : Lưu lượng (m3/s) QTVH : Quy trình vận hành RMSE : Root Mean Square Error (Sai số căn bậc hai bình quân) MAE : Mean Absolute Error (Sai số trung bình tuyệt đối) r : Correlation coefficient (Hệ số tương quan) NSE (R2) : Model coefficient of efficiency (Hệ số hiệu quả mô hình) W (106m3) : Tổng lượng (triệu mét khối) Z (m) : Cao trình mực nước hồ (m) TN & MT : Tài nguyên và Môi trường TB : Trung bình TP.

HCM : Thành phố Hồ Chí Minh GIS : Geographic Information System (Hệ thống thông tin địa lý) HTTP : Hyper Text Transfer Protocol (Giao thức truyền tải siêu văn bản) PMF : Probable Maximum Flood (Lũ lớn nhất khả năng - Lũ cực hạn) TNHH MTV : Trách nhiệm hữu hạn một thành viên vii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Các thông số thống kê và lượng mưa thiết kế cho các trạm trong và ngoài lưu vực nghiên cứu .2: Một số đặc trưng dòng chảy mùa lũ trên sông Sài Gòn .3: Lưu lượng đỉnh lũ và lưu lượng xả max hàng năm hồ Dầu Tiếng .4: Các thông số kỹ thuật chính hồ chứa thủy lợi Dầu Tiếng .5: Nhiệm vụ cấp nước của hồ Dầu Tiếng sau khi bổ sung nước từ hồ Phước Hòa .1: Vị trí các trạm đo lưu lượng và thời gian quan trắc .2: Độ mặn trung bình cực đại tháng (g/l) tại biên hạ lưu .3: Tổng lượng nước dùng để xả đẩy, pha loãng mặn trên sông Sài Gòn .4: Tọa độ địa lý các trạm đo mưa tự động và diện tích trạm tính theo phương pháp đa giác Thiessen trên lưu vực hồ Dầu Tiếng [50].5: Mực nước cao nhất trước lũ của hồ chứa Dầu Tiếng [42] .6: Mực nước tích hợp lý để đảm bảo nhiệm vụ tích nước [21] .1: Kết quả thống kê thông số hiệu quả mô hình cho các kịch bản dự báo dòng chảy trung bình đến hồ Dầu Tiếng hàng ngày .2: Kết quả thống kê thông số hiệu quả mô hình cho các kịch bản dự báo dòng chảy trung bình đến hồ Dầu Tiếng 10 ngày sau .3: Kết quả thống kê thông số hiệu quả mô hình cho các kịch bản dự báo dòng chảy trung bình đến hồ Dầu Tiếng 30 ngày sau .4: Thống kê hệ số hiệu quả mô hình dự báo nước đến hồ hàng ngày .5: Thống kê hệ số hiệu quả mô hình dự báo lượng nước đến hồ trung bình 10 ngày.6: Thống kê hệ số hiệu quả mô hình dự báo lượng nước đến hồ trung bình 30 ngày.7: Kết quả đánh giá sai số mô hình theo chỉ tiêu NASH .8: Độ mặn tính toán và thực đo tại một số vị trí .9: Diễn biến mặn tại Hòa Phú sau khi có xả tràn tại hồ Dầu Tiếng.10: Diễn biến mặn tại Hòa Phú sau khi có xả tràn tại hồ Dầu Tiếng .11: Kết quả tỷ lệ % độ mặn giảm tại các đỉnh khi thay đổi thời điểm xả, ứng với trường hợp xả liên tục 60 m3/s .12: Các phương án xả trước 48 giờ .13: Tỷ lệ % độ mặn giảm trung bình tại các đỉnh theo các phương án .14: Phương án xả gián đoạn theo từng đợt (mỗi đợt 04 giờ) .15: Phương án xả 32 giờ liên tục theo các cấp lưu lượng xả từ 20 đến 240 m3/s .