Xây dựng mô hình mô phỏng thủy văn, cân bằng nước và điều tiết hồ chứa trên lưu vực sông Ba

Bài viết giới thiệu một mô hình mô phỏng cân bằng nước và điều tiết dòng chảy được phát triển phục vụ cho tính toán cân bằng nước, quản lý nước và vận hành hệ thống hồ chứa cấp nước và phát điện trên lưu vực sông Ba (Ba-Model). Nghiên cứu này dựa trên cơ sở lý thuyết của mô hình NAM và ý tưởng của mô hình HEC-RESSIM để xây dựng chương trình mô phỏng của riêng mình nhằm dễ dàng can thiệp vào tính toán cân bằng nước cho lưu vực sông Ba cho phù hợp với tình hình thực tế.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Xây dựng mô hình mô phỏng thủy văn, cân bằng nước và điều tiết hồ chứa trên lưu vực sông Ba BÀI BÁO KHOA HỌC XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG THỦY VĂN, CÂN BẰNG NƯỚC VÀ ĐIỀU TIẾT HỒ CHỨA TRÊN LƯU VỰC SÔNG BA Cao Đình Huy1, Lê Hùng2, Hà Văn Khối3 Tóm tắt: Bài báo giới thiệu một mô hình mô phỏng cân bằng nước và điều tiết dòng chảy được phát triển phục vụ cho tính toán cân bằng nước, quản lý nước và vận hành hệ thống hồ chứa cấp nước và phát điện trên lưu vực sông Ba (Ba-Model). Nghiên cứu này dựa trên cơ sở lý thuyết của mô hình NAM và ý tưởng của mô hình HEC-RESSIM để xây dựng chương trình mô phỏng của riêng mình nhằm dễ dàng can thiệp vào tính toán cân bằng nước cho lưu vực sông Ba cho phù hợp với tình hình thực tế. Mô hình được thiết lập đã được hiệu chỉnh và kiểm định đủ độ tin cậy và có thể áp dụng cho bài toán dự báo và vận hành các hồ chứa cấp nước và phát điện trên lưu vực sông Ba. Mô hình được hoàn thiện có thể được ứng dụng cho các lưu cực khác có điều kiện tương tự. Từ khoá: Mô hình mô phỏng, cân bằng nước, hồ chứa, lưu vực sông Ba, dòng chảy kiệt. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ* (Cheng Chun-tian, 2010) và (Kim Sheung Việc nghiên cứu thiết lập mô hình dự báo Kown, 2011). dòng chảy đến hồ chứa và vận hành điều tiết Phát triển mô hình mới phù hợp với bài toán trong mùa lũ đã được ứng dụng nhiều trên các vận hành hệ thống hồ chứa theo thời gian thực lưu vực sông như của (Tô Thúy Nga, 2014) và là xu hướng đang được nghiên cứu phát triển ở (Ngô Lê An, 2015) áp dụng cho dòng chảy lũ một số nước trong đó có Việt Nam. Để chủ lưu vực sông Vu Gia Thu Bồn. Đối với dòng động trong vận hành khai thác các công trình chảy kiệt cũng đã có khá nhiều các nghiên cứu trên lưu vực sông Ba, nghiên cứu này đã phát ví dụ như dự báo dòng chảy đến hồ chứa Cửa triển mô hình Ba-Model trên cơ sở tích hợp mô Đạt (Vũ Ngọc Dương et al 2016) và (Phùng hình thủy văn, cân bằng nước và điều tiết dòng Hồng Long, 2017) dự báo dòng chảy đến hồ chảy cho lưu vực sông Ba. Mô hình này vừa chứa sông Tranh 2 và Đak Mi 4. Để giải quyết đơn giản lại linh hoạt dễ áp dụng mà trong phạm bài toán về cân bằng nước (CBN) cho các lưu vi tính toán vẫn đảm bảo đủ tin cậy như các mô vực sông, hiện nay, thường ứng dụng các mô hình có sẵn. hình mô phỏng có sẵn như mô hình WEAP, 2. GIỚI THIỆU MÔ HÌNH MIKE BASIN, HEC-RESSIM, MIKE HYDRO 2.1. Giới thiệu chung v..v. Các mô hình này cũng đã được ứng dụng Mục đích xây dựng mô hình nhằm sử dụng cho một số lưu vực sông ở Miền Trung khá hiệu trong quy hoạch các hồ chứa cấp nước và phát quả (Hoàng Ngọc Tuấn, et al 2015) và (Nguyễn điện, quản lý nước và vận hành các hồ chứa và Ngọc Hà, 2012). Tuy nhiên mỗi mô hình đều có công trình cấp nước trên lưu vực sông Ba thời những ưu điểm và tồn tại khi áp dụng trong thực kỳ mùa cạn theo thời gian thực. tế. Bởi vậy, hiện nay, ngoài việc sử dụng các mô Tính năng và khả năng ứng dụng: hình có sẵn, một số nghiên cứu đã phát triển các - Ứng dụng cho bài toán CBN và vận hành mô hình riêng phù hợp với bài toán vận hành hệ hồ chứa với nhiệm vụ cấp nước và phát điện. thống hồ chứa đối với lưu vực nghiên cứu - Thời đoạn tính toán nhỏ nhất bằng 1 ngày và có tính cho các thời đoạn dài hơn (10 ngày, tháng). 1 Ban Quản lý các dự án Đầu tư xây dựng tỉnh Phú Yên. - Mô hình áp dụng cho lưu vực mà các nút 2 Trường Đại học Bách Khoa – Đại học Đà Nẵng. 3 cấp nước không bị ảnh hưởng của thủy triều. Trường Đại học Thủy lợi. KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 63 (12/2018) 67  - Có khả năng dự báo được nước đến các hồ 3. Nút hồ chứa: bao gồm các hồ chứa cấp chứa và các nút nhập lưu từ tài liệu mưa. nước và phát điện. - Tính toán điều tiết và vận hành hồ chứa 4. Nút cân bằng nước: tại các nút hợp lưu của theo các kịch bản sử dụng nước khác nhau. Đối các dòng nhập lưu trên mạng sông cần tính cân với hồ chứa thủy điện, xác định được quá trình bằng nước, theo đó tổng dòng chảy đến nút phải lưu lượng điều tiết từ hồ chứa theo các kịch bản bằng dòng chảy ra khỏi nút. huy động công suất cho nhà máy thủy điện gắn 5. Nút kiểm soát: tại đây lưu lượng nước với nút hồ. hoặc mực nước phải lớn hơn một giá trị giới hạn - Đánh giá được sự thiếu hụt nước tại các nút kiểm soát dòng chảy tối thiểu hoặc dòng chảy cấp nước (đập dâng, hồ chứa, trạm bơm) theo môi trường vùng hạ du. các kịch bản vận hành hệ thống và yêu cầu cấp 6. Liên kết các nút sông: bằng các đoạn mô nước hạ du. tả đường đi của dòng chảy trong mạng sông Cấu trúc mô hình Ba-Model bao gồm: (1) trong mối quan hệ cân bằng nước. Trên sơ đồ hệ Thiết lập mạng sông; (2) Mô phỏng hệ thống, thống nút, hướng dòng chảy được thể hiện bằng bao gồm mô phỏng nhập lưu tại các nút sông, mũi tên xuất phát từ nút đi đến nút đang xét. hoạt động các nút trên hệ thống và quan hệ cân 2.3. Mô phỏng hệ thống bằng nước giữa các nút sông; (3)Truy xuất kết Mô phỏng CBN hệ thống gồm mô phỏng hoạt quả tính toán. động của mỗi nút trong hệ thống và quan hệ cân 2.2. Thiết lập mạng sông bằng nước với các nút khác trong hệ thống. Mô hình cân bằng nước và điều tiết hệ thống Mô phỏng nút nhập lưu hồ chứa thuộc kiểu mô hình mạng lưới, trong đó (1) Nếu nhập lưu là quá trình dòng chảy đến sông và các nhán ...