Luận án tiến sĩ nghiên cứu cơ sở khoa học điều hành liên hồ chứa chống lũ lưu vự

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Nguyễn Việt NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC ĐIỀU HÀNH LIÊN HỒ CHỨA CHỐNG LŨ LƯU VỰC SÔNG BA LUẬN ÁN TIẾN SĨ THỦY VĂN HỌC HÀ NỘI, 2018 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Nguyễn Việt NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC ĐIỀU HÀNH LIÊN HỒ CHỨA CHỐNG LŨ LƯU VỰC SÔNG BA Chuyên ngành: Thủy văn học Mã số: 62440224 LUẬN ÁN TIẾN SĨ THỦY VĂN HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1: PGS. Nguyễn Hữu Khải 2: PGS. Nguyễn Tiền Giang HÀ NỘI, 2018 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân. Các kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận án là trung thực, khách quan và chưa từng bảo vệ ở bất kỳ học vị nào.

Việc tham khảo các nguồn tài liệu, các thông tin trích dẫn trong luận án này đều được chỉ rõ nguồn gốc theo quy định. Tác giả luận án Nguyễn Việt TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com LỜI CÁM ƠN Luận án được thực hiện tại Khoa Khí tượng Thủy văn và Hải dương học thuộc trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội. Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS. Nguyễn Hữu Khải và PGS.TS Nguyễn Tiền Giang là các Thầy đã trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo tận tình trong suốt thời gian nghiên cứu và hoàn thành luận án.

Tác giả xin chân thành cảm ơn các nhà khoa học, các tác giả các công trình nghiên cứu đã công bố mà tác giả đã trích dẫn trong luận án, cùng các bạn bè, đồng nghiệp đã giúp đỡ, tạo điều kiện trong quá trình tác giả thu thập và sử lý tài liệu phục vụ nghiên cứu. Tác giả trân trọng cám ơn PGS. Nguyễn Thanh Sơn, PGS. Trần Ngọc Anh, các Thầy, Cô giáo Khoa Khí tượng Thủy văn và Hải dương học, Phòng Đào tạo Đại học và sau đại học đã giúp đỡ, tạo mọi điều kiện thuận lợi trong quá trình thực hiện luận án.

Tác giả xin chân thành cám ơn cơ quan, gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã hết lòng giúp đỡ, động viên giúp nghiên cứu sinh hoàn thành luận án. TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com MỤC LỤC MỤC LỤC .i DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU. iii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ .iv DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT .vi MỞ ĐẦU. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRÌNH VẬN HÀNH HỆ THỐNG LIÊN HỒ CHỨA .1 Tình hình nghiên cứu vận hành hệ thống hồ chứa trên thế giới .1 Nguyên tắc phối hợp vận hành chống lũ giữa các hồ .2 Phương pháp tối ưu hoá .3 Phương pháp mô phỏng .4 Kết hợp phương pháp mô phỏng với tối ưu .5 Ứng dụng Logic mờ trong vận hành hồ chứa .2 Tình hình nghiên cứu vận hành hồ chứa ở Việt Nam .1 Các nghiên cứu trên toàn quốc .2 Các nghiên cứu trên lưu vực sông Ba .3 Công nghệ dự báo hỗ trợ vận hành .4 Quá trình phát triển Quy trình vận hành hệ thống hồ chứa sông Ba .3 Hướng tiếp cận nghiên cứu .4 Kết luận chương 1.

CƠ SỞ THIẾT LẬP BÀI TOÁN VẬN HÀNH HỆ THỐNG LIÊN HỒ CHỨA CHỐNG LŨ HẠ DU THEO LOGIC MỜ .3 Bộ điều khiển mờ .4 Logic mờ trong Matlab .2 Phương pháp diễn toán Muskingum-Cunge .1 Phương pháp diễn toán Muskingum. 38 i TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.2 Phương pháp diễn toán Muskingum-Cunge.3 Thiết lập bài toán vận hành hệ thống liên hồ chứa chống lũ hạ du.4 Thiết lập Mô hình mô phỏng điều tiết và truyền lũ trên hệ thống sông.1 Vận hành điều tiết lũ qua hồ chứa .2 Diễn toán dòng chảy lũ trên các đoạn sông.3 Các hàm hỗ trợ tính toán .5 Kết luận Chương 2. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VẬN HÀNH HỆ THỐNG LIÊN HỒ CHỨA CHỐNG LŨ LƯU VỰC SÔNG BA .1 Hiện trạng lưu vực sông Ba và hệ thống hồ chứa lớn trên lưu vực .1 Đặc điểm tự nhiên .2 Đặc điểm mùa mưa lưu vực sông Ba .3 Đặc điểm lũ lưu vực sông Ba .4 Các hồ chứa lớn và khả năng tham gia chống lũ .2 Ứng dụng Logic mờ xây dựng mô hình vận hành hệ thống liên hồ chứa chống lũ lưu vực sông Ba .1 Sơ đồ hóa và mô phỏng hệ thống .2 Tài liệu thủy văn, địa hình.3 Thiết lập các hàm liên thuộc, hệ luật mờ .4 Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình .3 Kết quả tính toán phối hợp vận hành hệ thống liên hồ .1 Vận hành hạ mực nước hồ để đón lũ.2 Vận hành giảm lũ cho hạ du .3 Vận hành đưa mực nước hồ về mực nước cao nhất trước lũ .4 Kết luận Chương 3. 103 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.

106 DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN. 109 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 117 ii TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Cao trình mực nước đón lũ của các hồ theo quy trình 1757 .2: Cao trình mực nước cao nhất trước lũ, mực nước đón lũ của các hồ theo quy trình 1077 .1: Lượng mưa lớn nhất ngày tại khu vực Tây Trường Sơn và trung gian .2: Lượng mưa lớn nhất ngày tại các trạm Khu vực Đông Trường Sơn .3 :Thời gian xuất hiện đỉnh lũ lớn nhất tại các trạm thủy văn .4 : Đỉnh lũ lớn nhất đã quan trắc được tại các trạm thuỷ văn.5: Thông số kỹ thuật chủ yếu của các hồ chứa .6: Dung tích ứng với các thông số mực nước.7 : Tần suất và lưu lượng đỉnh lũ tại các tuyến .8: Các hàm liên thuộc cho biến Lượng lũ đến hồ Kanak .9: Các hàm liên thuộc biến Mực nước hồ Kanak, TV An Khê .10 : Các luật mờ điều hành lưu lượng qua hồ chứa.11: Đánh giá kết quả hiệu chỉnh mô hình .12: Đánh giá kết quả kiểm định mô hình .13: Các trường hợp tính toán điều hành xả hồ Kanak .14: Kết quả tính vận hành giai đoạn hạ mực nước hồ Kanak để đón lũ.15: Kết quả tính so sánh hiệu quả giữa trường hợp vận hành (3) và (1) .16: Kết quả tính so sánh hiệu quả giữa trường hợp vận hành (3) và (2) .17: Tổng hợp kết quả tính vận hành giảm lũ cho hạ du .18: Dung tích lũ đến, xả lũ của các hồ. 101 iii TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1: Hệ thống hồ chứa bậc thang .2: Hệ thống hồ chứa song song .3: Sơ đồ hướng tiếp cận nghiên cứu .1 : Một số dạng hàm liên thuộc A(x).2 : Sơ họa các tập mờ cho giá trị ngôn ngữ nhiệt độ nước T.3: Cấu trúc cơ bản của Bộ điều khiển mờ .4: Dung tích hình lăng trụ và dung tích hình nêm .5: Vùng giới hạn cho các tham số theo muskingum .6: Minh họa dòng chảy cơ sở .7: Sơ đồ tổng quát mô hình điều tiết và truyền lũ trên hệ thống sông .8: Các biến mờ hóa trong bộ điều khiển mờ .9: Hàm liên thuộc cho biến đầu vào .10: Hệ thống các luật vận hành hồ chứa .1: Bản đồ lưu vực sông Ba .2: Sơ đồ hệ thống hồ chứa, khu giữa lưu vực sông Ba .3 : Sơ đồ khối tính toán vận hành hệ thống hồ chứa chống lũ .4: Quan hệ Lưu lượng-Mực nước lũ tại An Khê .5: Quan hệ Lưu lượng-Mực nước lũ tại Ayun Pa .6: Quan hệ Lưu lượng lũ tại Củng Sơn và Mực nước tại Phú Lâm .7: Các hàm liên thuộc cho biến Lượng lũ đến (Qden) .8: Các hàm liên thuộc cho biến Mực nước hồ (Hho).9: Các hàm liên thuộc cho biến Mực nước khống chế hạ du (Hankhe) .10: Các hàm liên thuộc cho biến Lượng xả qua hồ (Qxả) .11: Hệ thống các luật vận hành hồ chứa .12: Đường quá trình lưu lượng tại An Khê - trận lũ tháng X/1993 .13: Đường quá trình lưu lượng tại Củng Sơn - trận lũ tháng X/1993 .14: Đường quá trình mực nước tại Ayun Pa - trận lũ tháng X/1993 .15: Đường quá trình mực nước tại Phú Lâm - trận lũ tháng X/1993.

80 iv TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.16: Đường quá trình lưu lượng tại An Khê - trận lũ tháng XI/1988 .17: Đường quá trình lưu lượng tại Củng Sơn - trận lũ tháng XI/1988 .18: Đường quá trình mực nước tại Ayun Pa - trận lũ tháng XI/1988 .19: Đường quá trình mực nước tại Phú Lâm - trận lũ tháng XI/1988 .20 : Kết quả điều tiết hồ Kanak với trận lũ XI/1981 - Lũ thực đo .21: Điều tiết hồ Kanak với trận lũ X/1993 - Không hạ MN hồ đón lũ.22: Diễn biến mực nước tại trạm TV An Khê với trận lũ XI/2013 .23: Diễn biến mực nước tại trạm TV Phú Lâm với trận lũ XI/2013. 98 v TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Ý nghĩa BĐ I Báo động I BĐ II Báo động II BĐ III Báo động III DP Quy hoạch động - Dynamics Programming ĐBSCL Đồng bằng sông Cửu Long FIS Hệ thống suy luận mờ - Fuzzy Inference System FLC Bộ điều khiển mờ - Fuzzy Logic Controller GA Thuật toán di truyền - Genetic Algorithms LP Quy hoạch tuyến tính - Linear Programming LVS Lưu vực sông MF Hàm liên thuộc, hàm thành viên - Membership Function MNC Mực nước chết MNCNTL Mực nước cao nhất trước lũ MNDBT Mực nước dâng bình thường MNĐL Mực nước đón lũ Thuật toán tiến hóa đa mục tiêu- Multiobjective Evolutionary MOEA Algorithm NLP Quy hoạch phi tuyến - Nonlinear Programming QCVN Quy chuẩn Việt Nam QTVH Quy trình vận hành SDP Quy hoạch động ngẫu nhiên- Stochastics Dynamics Programming TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam vi TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của luận án Những năm gần đây, việc lập quy trình vận hành hệ thống liên hồ chứa chống lũ cho hạ du được đặc biệt quan tâm, Thủ tướng Chính phủ đã có Quyết định số 1879/QĐ-TTg ngày 13/10/2010 phê duyệt danh mục các hồ thủy lợi, thủy điện trên lưu vực sông phải xây dựng quy trình vận hành liên hồ chứa, trong đó có lưu vực sông Ba. Bộ Tài nguyên và Môi trường được giao chủ trì xây dựng các Quy trình vận hành liên hồ chứa, trình duyệt theo quy định.

Đối với lưu vực sông Ba, Thủ tướng Chính phủ đã có các Quyết định số 1757/QĐ-TTg ngày 23/9/2010 ban hành “Quy trình vận hành liên hồ chứa các hồ Sông Ba Hạ, Sông Hinh, Krông H’Năng, Ayun Hạ và An Khê-Ka Nak trong mùa lũ hàng năm” (Quy trình 1757), Quyết định số 1077/QĐ-TTg ngày 07/7/2014 ban hành “Quy trình vận hành liên hồ chứa trên lưu vực sông Ba” (Quy trình 1077), Quyết định số 282/QĐ-TTg ngày 01/3/2017 về sửa đổi, bổ sung một số điều của Quy trình vận hành liên hồ chứa trên lưu vực sông Ba.