Luận án tiến sĩ - Nghiên cứu giải pháp nâng cao hiệu quả xử lý số liệu quan trắc độ lún tuyến đập công trình thủy điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT NGUYỄN THỊ KIM THANH NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ XỬ LÝ SỐ LIỆU QUAN TRẮC ĐỘ LÚN TUYẾN ĐẬP CÔNG TRÌNH THỦY ĐIỆN LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT NGUYỄN THỊ KIM THANH NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ XỬ LÝ SỐ LIỆU QUAN TRẮC ĐỘ LÚN TUYẾN ĐẬP CÔNG TRÌNH THỦY ĐIỆN LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGÀNH: KỸ THUẬT TRẮC ĐỊA – BẢN ĐỒ MÃ SỐ: 9520503 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS. TS TRẦN KHÁNH PGS. TS LÊ ĐỨC TÌNH HÀ NỘI - 2021 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất cứ một công trình nào khác.

Tác giả luận án Nguyễn Thị Kim Thanh ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .ii DANH MỤC HÌNH VẼ .vi DANH MỤC BẢNG BIỂU. viii MỞ ĐẦU .6 TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ SỐ LIỆU QUAN TRẮC LÚN TUYẾN ĐẬP THỦY ĐIỆN. Đặc điểm, nội dung và yêu cầu quan trắc độ lún tuyến đập thủy điện. Đặc điểm cấu trúc công trình thủy điện.

Yêu cầu quan trắc độ lún tuyến đập thủy điện. Các phương pháp đo độ cao trong quan trắc lún tuyến đập thủy điện. Tổng quan về xử lý số liệu quan trắc lún tuyến đập thủy điện. Tổng quan những nghiên cứu về xử lý số liệu quan trắc lún tuyến đập thủy điện trên thế giới.

Tổng quan những nghiên cứu về xử lý số liệu quan trắc lún tuyến đập thuỷ điện ở Việt Nam. Đánh giá chung về tình hình nghiên cứu và định hướng nghiên cứu trong luận án. Các thành tựu đã đạt được. Các vấn đề còn tồn tại.

Các hướng nghiên cứu chính trong luận án .20 GIẢI PHÁP XỬ LÝ SỐ LIỆU HỆ THỐNG LƯỚI ĐỘ CAO .20 QUAN TRẮC LÚN TUYẾN ĐẬP THỦY ĐIỆN. Đặc điểm thành lập hệ thống lưới độ cao quan trắc lún tuyến đập thủy điện. Đặc điểm phân bố mốc quan trắc tại tuyến đập thủy điện. Cấu trúc hệ thống lưới quan trắc.

Ước tính độ chính xác lưới. Tiêu chuẩn đánh giá độ ổn định mốc độ cao cơ sở. Một số yêu cầu kỹ thuật đối với lưới độ cao cơ sở. Tiêu chuẩn độ ổn định.

Phương pháp bình sai lưới độ cao tự do. Khái niệm về lưới độ cao tự do. Thuật toán bình sai lưới tự do. Tính chất nghiệm của bài toán bình sai lưới độ cao tự do.

Định vị lưới độ cao tự do. Nghiên cứu ứng dụng phương pháp bình sai lưới tự do trong xử lý số liệu lưới độ cao cơ sở quan trắc lún công trình. Quy trình xử lý số liệu lưới độ cao cơ sở quan trắc lún. Bình sai bậc lưới quan trắc và tính toán độ lún công trình.

Bình sai lưới quan trắc. Tính toán các thông số độ lún .39 PHÂN TÍCH ĐỘ LÚN TUYẾN ĐẬP THỦY ĐIỆN. Phân tích hình học độ lún tuyến đập thủy điện. Phương pháp đường thẳng xác suất.

Phương pháp đường cong. Mặt phẳng xác suất. Phân tích độ lún tuyến đập thủy điện theo thời gian. Một số mô hình lún công trình theo thời gian.

Đề xuất phương pháp xác định ảnh hưởng của độ cao mực nước hồ tới độ lún tuyến đập công trình thủy điện. Cơ sở lý luận của bài toán. Quy trình tính toán. Cách chọn bậc đa thức.

Ví dụ tính toán. Ứng dụng phép lọc Kalman trong dự báo độ lún tuyến đập công trình thuỷ điện. Tổng quan về lọc Kalman. Ứng dụng phép lọc Kalman trong dự báo độ lún tuyến đập thủy điện.

Ví dụ tính toán .66 THỰC NGHIỆM XỬ LÝ SỐ LIỆU QUAN TRẮC ĐỘ LÚN .66 TUYẾN ĐẬP THỦY ĐIỆN. Thiết kế lưới cơ sở quan trắc lún tại công trình thủy điện Sơn La. Thiết kế lưới độ cao cơ sở. Ước tính độ chính xác lưới.

Xử lý số liệu lưới độ cao cơ sở tại công trình thủy điện Sơn La .3 Thực nghiệm thành lập mô hình độ lún tuyến đập thuỷ điện Sơn La. Thực nghiệm xác định ảnh hưởng của độ cao mực nước hồ tới độ lún tuyến đập công trình thủy điện. Thực nghiệm ứng dụng phép lọc Kalman trong dự báo độ lún tuyến đập công trình thủy điện. 83 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .91 v DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN NỘI DUNG LUẬN ÁN.93 TÀI LIỆU THAM KHẢO.

102 KẾT QUẢ ƯỚC TÍNH LƯỚI ĐỘ CAO. 104 KẾT QUẢ XỬ LÝ SỐ LIỆU LƯỚI CƠ SỞ QUAN TRẮC LÚN ĐẬP THỦY ĐIỆN SƠN LA. 107 XÁC ĐỊNH ĐỘ LÚN THEO ĐỘ CAO MỰC NƯỚC (PVM8; 2000-2002). 110 XÁC ĐỊNH ĐỘ LÚN THEO ĐỘ CAO MỰC NƯỚC (PVM8; 2013-2014).

113 XÁC ĐỊNH ĐỘ LÚN THEO ĐỘ CAO MỰC NƯỚC (SM8; 2000-2002). 116 XÁC ĐỊNH ĐỘ LÚN THEO ĐỘ CAO MỰC NƯỚC (SM8; 2013-2014). 119 ỨNG DỤNG LỌC KALMAN DỰ BÁO LÚN ĐIỂM PVM8 (2000 – 2003) 119 Phụ lục 8. 121 ỨNG DỤNG LỌC KALMAN DỰ BÁO LÚN ĐIỂM PVM8 (2013 – 2015) 121 Phụ lục 9.

123 ỨNG DỤNG LỌC KALMAN DỰ BÁO LÚN ĐIỂM SM8 (2000 – 2003). 125 ỨNG DỤNG LỌC KALMAN DỰ BÁO LÚN ĐIỂM SM8 (2013 -2015). 125 vi DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Tuyến đập công trình .2: Tháp điều áp, đường ống áp lực và nhà máy thủy điện .3: Chuyển dịch công trình .4: Trạm đo cao hình học .5: Đo cao lượng giác .6: Lưới cơ sở quan trắc lún đập thủy điện Sơn La .2: Mốc quan trắc .3: Lưới độ cao cơ sở quan trắc lún .4: Sơ đồ lưới quan trắc lún .5: Kết cấu mốc cơ sở dạng mốc chôn nông .6: Định vị lưới độ cao cơ sở.8: Quy trình xử lý số liệu lưới cơ sở .9: Độ lún lệch và độ nghiêng công trình .10: Biểu đồ lún theo thời gian.1: Mô hình đường thẳng xác suất .2: Độ cong của tuyến đập được biểu diễn bằng đường parabol .3: Tham số lún của công trình dạng vùng .4: Mô hình lún của nhà máy thủy điện Sê San 3. 5: Biểu đồ thể hiện mối tương quan giữa độ lún và độ cao mực nước .6: Biểu đồ thể hiện ảnh hưởng của độ cao mực nước hồ tới độ lún điểm quan trắc .7: Sơ đồ quy trình tính toán của phép lọc Kalman .8: Biểu đồ thể hiện độ lún dự báo của điểm quan trắc .1: Tuyến đập thủy điện Sơn La .2: Lưới độ cao cơ sở quan trắc lún tuyến đập thủy điện Sơn La .3: Đồ thị biểu diễn độ lún tuyến đập thủy điện Sơn La .4: Vị trí PVM8 và SM8 trên tuyến đập thủy điện Hòa Bình .5: Biểu đồ lún điểm PVM8 theo độ cao mực nước hồ 2000-2003.6: Biểu đồ lún điểm SM8 theo độ cao mực nước hồ 2000-2003.7: Biểu đồ lún điểm PVM8 theo độ cao mực nước hồ (2013-2015) .8: Biểu đồ lún điểm SM8 theo độ cao mực nước hồ (2013-2015) .9: Biểu đồ độ lún dự báo điểm PVM8 (2000 – 2003) .10: Biểu đồ độ lún dự báo điểm SM8 (2000- 2003) .11: Biểu đồ độ lún dự báo điểm PVM8 (2013 -2015) .12: Biểu đồ độ lún dự báo điểm SM8.

89 viii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Yêu cầu độ chính xác quan trắc lún công trình thủy điện .1: Độ lún và vị trí điểm quan trắc của nhà mày thủy điện Sê San 3 .2: Độ lún và độ cao mực nước hồ của điểm quan trắc .3: Tiến trình tính lặp xác định hàm lún theo độ cao mực nước hồ .4: Độ lún theo độ cao mực nước và theo thời gian .5: Kết quả dự báo lún cho 2 chu kỳ cuối .1: Kết quả ước tính độ chính xác lưới cơ sở tại đập thủy điện Sơn La .2: Số liệu đo lưới độ cao cơ sở trong chu kỳ 2 .3: Độ cao bình sai các điểm mốc cơ sở ở chu kỳ 1 .4: Quy trình bình sai và đánh giá độ cao điểm sau bình sai .5: Độ cao sau bình sai của các điểm .6: Xác định mốc ổn định nhất .7: Độ cao các điểm sau bình sai.8: So sánh độ cao sau bình sai tính được từ hai phương án định vị .9: Xác định mốc ổn định nhất bằng phương pháp Costekhel .10: Vị trí và độ lún các điểm quan trắc tại đập thủy điện Sơn La .11: Vị trí và độ lún các điểm quan trắc sau dịch chuyển gốc tọa độ .12: Kết quả quan trắc lún điểm PVM8 và SM8 giai đoạn 2000-200376 Bảng 4.13: Kết quả quan trắc lún điểm PVM8 và SM8 giai đoạn 2013-201577 Bảng 4.14: Độ lún theo độ cao mực nước tại PVM8 (2000-2003).15: Độ lún theo độ cao mực nước tại SM8 (2000-2003).16: Độ lún theo độ cao mực nước tại PVM8 (2013-2015).17: Độ lún theo độ cao mực nước tại SM8 (2013-2015).18: Độ lún tính theo thời gian của điểm PVM8 .19: Tiến trình lọc Kalman .20: Độ lún dự báo của 4 chu kỳ trong năm 2003 .21: Độ lún dự báo 4 chu kỳ năm 2003 của điểm SM8 .23: Kết quả dự báo lún năm 2015. 89 x DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Ý nghĩa DWPAM Discrete Wiener Process Acceleration Model EDF Électricité de France EMD Empirical Mode Decomposition GEP Gene Expression Programming HST Hydrostatic-Seasonal-Time NG Neuro-Genetic SVR Support Vector Regression WNN Wavelet Neural Network 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Công trình thủy điện là dự án trọng điểm của Quốc gia trong đó tuyến đập là hạng mục có tính chất đặc thù, được xây dựng để tạo hồ chứa nước phục vụ sản xuất điện năng cung ứng cho cộng đồng và phát triển kinh tế xã hội. Vì vậy, tình trạng ổn định của tuyến đập luôn được đặt lên hàng đầu nhằm đảm bảo sự an toàn cho công trình cũng như cư dân vùng hạ lưu.

Với lý do đó, công tác quan trắc chuyển dịch biến dạng nói chung và quan trắc độ lún nói riêng luôn được chú trọng thực hiện định kỳ tại các tuyến đập thủy điện. Kết quả quan trắc chính là cơ sở để các nhà quản lý giám sát và đánh giá tình trạng tuyến đập, từ đó có giải pháp vận hành công trình một cách hợp lý. Nhận biết được vai trò quan trọng của công tác quan trắc độ lún trong nhiệm vụ giám sát tình trạng tuyến đập thủy điện, các nhà trắc địa đã xây dựng phương án quan trắc bài bản từ khâu thiết kế lưới, tổ chức đo đạc và xử lý số liệu.