VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI VIỆT NAM NGUYỄN XUÂN LÂM … tao/2018/LuanAn_NguyenXuanLam.pdfbỘ giÁo dỤc vÀ ĐÀo tẠo bỘ nÔng nghiỆp vÀ ptnt viỆn khoa hỌc thỦy

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI VIỆT NAM

NGUYỄN XUÂN LÂM

NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT PHƯƠNG PHÁP VẬN HÀNH TỐI ƯU HỆ

THỐNG HỒ CHỨA THƯỢNG LƯU LƯU VỰC SÔNG HỒNG TRONG

MÙA CẠN

LUẬN ÁN TIẾN SĨ

HÀ NỘI, NĂM 2018

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI VIỆT NAM

NGUYỄN XUÂN LÂM

NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT PHƯƠNG PHÁP VẬN HÀNH TỐI ƯU HỆ

THỐNG HỒ CHỨA THƯỢNG LƯU LƯU VỰC SÔNG HỒNG TRONG

MÙA CẠN

Chuyên nghành: Kỹ thuật tài nguyên nước

Mã Số: 9 580 212

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1. PGS.TS. Nguyễn Quang Trung

2. PGS.TS. Hoàng Minh Tuyển

HÀ NỘI, NĂM 2018

i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của riêng tôi. Các

số liệu sử dụng phân tích trong luận án có nguồn gốc rõ ràng, đã công bố theo đúng

quy định. Các kết quả nghiên cứu trong luận án do tôi tự tìm hiểu, phân tích một

cách trung thực, khách quan và phù hợp với thực tiễn của Việt Nam. Các kết quả

này chưa từng được công bố trong bất kỳ nghiên cứu nào khác.

Nghiên cứu sinh

Nguyễn Xuân Lâm

ii

LỜI CẢM ƠN

Trân trọng cảm ơn các thầy giáo hướng dẫn, các lãnh đạo, cán bộ, nhà khoa học tại

Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam, Viện Nước, Tưới tiêu và Môi trường, Viện

Khoa học Khí tượng, Thủy văn và BĐKH đã tạo những điều kiện tốt nhất để tác giả

thực hiện luận án. Đặc biệt, xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành nhất đến gia

đình, bạn bè đã hết sức giúp đỡ và tạo ra môi trường thuận lợi nhất để tác giả có thể

hoàn thành nghiên cứu này.

iii

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1

1. Tính cấp thiết của đề tài luận án ......................................................................... 1

2. Mục đích nghiên cứu .......................................................................................... 2

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ...................................................................... 2

4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu ......................................................... 2

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án ......................................................... 4

5.1. Ý nghĩa khoa học ............................................................................................................ 4

5.2. Ý nghĩa thực tiễn ............................................................................................................ 5

6. Những đóng góp mới của luận án. ...................................................................... 6

7. Cấu trúc Luận án ................................................................................................. 6

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TỐI ƯU VẬN HÀNH HỒ CHỨA .............................. 7

Giới thiệu chung .............................................................................................. 7

Các nghiên cứu ở nước ngoài .......................................................................... 8

1.2.1. Phương pháp mô phỏng ............................................................................................. 8

1.2.2. Phương pháp tối ưu ..................................................................................................... 9

1.2.3. Bài toán tối ưu hóa hệ thống hồ chứa ...................................................................... 10

1.2.3.1 Hàm mục tiêu .................................................................................... 10

1.2.3.2 Ràng buộc .......................................................................................... 12

1.2.3.3 Tối ưu đa mục tiêu ............................................................................ 13

1.2.4. Các phương pháp giải tối ưu .................................................................................... 14

1.2.4.1 Tối ưu ngẫu nhiên ẩn......................................................................... 15

1.2.4.2 Tối ưu ngẫu nhiên hiện ..................................................................... 19

1.2.4.3 Quy hoạch kinh nghiệm (Heuristic) và thuật toán di truyền GA. ..... 23

Các nghiên cứu ở trong nước ......................................................................... 26

1.3.1. Nghiên cứu về quy hoạch trên vùng Đồng bằng sông Hồng – Thái Bình .......... 26

1.3.2. Nghiên cứu về vận hành liên hồ chứa ..................................................................... 27

Kết luận chương 1 .......................................................................................... 32

iv

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP VẬN

HÀNH TỐI ƯU HỆ THỐNG HỒ CHỨA TRONG MÙA CẠN TRÊN LƯU VỰC

SÔNG HỒNG ........................................................................................................... 34

Đặc điểm lưu vực và hệ thống hồ chứa sông Hồng ....................................... 34

2.1.1. Điều kiện tự nhiên, khí hậu và thủy văn lưu vực ................................................... 34

2.1.2. Hệ thống hồ chứa lưu vực sông Hồng .................................................................... 38

2.1.3. Những yếu tố tác động đến vận hành hệ thống hồ chứa thủy điện lưu vực sông

Hồng ...................................................................................................................................... 47

2.1.3.1 Dòng chảy từ Trung Quốc................................................................. 48

2.1.3.2 Vai trò phát điện của hệ thống .......................................................... 50

2.1.3.3 Đảm bảo nước cho hạ du................................................................... 51

2.1.3.4 Ảnh hưởng của triều và mặn ............................................................. 54

2.1.3.5 Mâu thuẫn giữa cấp nước và phát điện ............................................. 59

2.1.3.6 Tác động của BĐKH ......................................................................... 61

2.1.3.7 Quy trình vận hành liên hồ chứa ....................................................... 62

2.1.4. Những định hướng để thiết lập bài toán tối ưu vận hành hệ thống hồ chứa lưu

vực sông Hồng ..................................................................................................................... 64

Phương pháp xây dựng giải pháp tối ưu vận hành hệ thống hồ chứa lưu vực

sông Hồng ............................................................................................................. 67

2.2.1. Thiết lập bài toán tối ưu ............................................................................................ 67

2.2.1.1 Hàm mục tiêu .................................................................................... 67

2.2.1.2 Ràng buộc .......................................................................................... 70

2.2.2. Khung tính toán tối ưu xây dựng hàm vận hành thời gian thực cho hệ thống hồ

chứa sông Hồng trong mùa cạn. ......................................................................................... 72

2.2.3. Mô phỏng hệ thống hồ chứa .................................................................................... 75

2.2.3.1 Các quan hệ đặc tính hồ chứa ........................................................... 75

2.2.3.2 Quan hệ mực nước và mức xả tối đa, tối thiểu ................................. 77

2.2.3.3 Hiệu chỉnh mức xả 𝑟𝑚𝑎𝑥 và 𝑟𝑚𝑖𝑛 theo dòng chảy đến, dung tích

đầu bước và bước thời gian mô phỏng .......................................................... 78

v

2.2.3.4 Mô phỏng cân bằng nước hệ thống hồ và quá trình ra quyết định vận

hành ............................................................................................................... 80

2.2.4. Mô hình hạ lưu .......................................................................................................... 81

2.2.5. Hàm chinh sách vận hành hệ thống hồ chứa thời gian thực ................................. 84

2.2.6. Thuật toán BORG-MOEA ....................................................................................... 85

2.2.6.1 Tập trội dạng hộp epsilon (𝜖) ............................................................ 85

2.2.6.2 Tiến bộ epsilon 𝜖 ............................................................................... 86

2.2.6.3 Khởi động lại ..................................................................................... 86

2.2.6.4 Kết hợp đa toán tử tự động thích ứng ............................................... 87

Số liệu đầu vào ............................................................................................... 89

Kết luận chương 2 .......................................................................................... 93

CHƯƠNG 3. PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ XÂY DỰNG GIẢI PHÁP

VẬN HÀNH TỐI ƯU HỆ THỐNG HỒ CHỨA TRONG MÙA CẠN TRÊN LƯU

VỰC SÔNG HỒNG .................................................................................................. 95

Mô hình hệ thống hồ chứa ............................................................................. 95

Mô hình hạ lưu ............................................................................................. 105

3.2.1. Xây dựng mô hình Mike 11 cho vùng Đồng bằng sông Hồng .......................... 105

3.2.2. Mô hình thay thế...................................................................................................... 114

Kích thước bài toán, máy tính, và ngôn ngữ lập trình ................................. 116

Giao diện cho vận hành thời gian thực ........................................................ 117

Phân tích và đánh giá kết quả tính toán các hàm vận hành tối ưu. .............. 118

Kết luận chương 3 ........................................................................................ 136

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................................................................................. 138

1. Kết luận ........................................................................................................... 138

2. Kiến nghị ......................................................................................................... 140

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ............................................... 142

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................ 142

PHỤ LỤC ................................................................................................................ 154

Phụ lục 1. Mã nguồn chính của hệ thống trên C/C++ ........................................ 155

vi

Phụ lục 2. Đặc trưng mưa và dòng chảy của các trạm chính trên hệ thống sông

Hồng .................................................................................................................... 160

Phụ lục 3. Tổng hợp tủy chọn mô phỏng các hệ thống lấy nước trên sông Hồng

............................................................................................................................. 164

Phụ lục 4. Quan hệ giữa mực nước thượng lưu hồ và tổng khả năng xả max và

min rmin, rmax của các hồ chứa ............................................................................. 169

Phụ lục 5. Tổng hợp 350 nghiệm Pareto - tham số hàm vận hành ..................... 174

vii

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2-1. Tổng lượng dòng chảy năm của hệ thống sông Hồng .............................. 36

Bảng 2-2. Lưu lượng đỉnh lũ lớn nhất và lưu lượng nhỏ nhất tại một số trạm thuỷ

văn trong lưu vực sông Hồng giai đoạn trước khi có hồ Hòa Bình ................. 37

Bảng 2-3. Tổng hợp các thông số cơ bản các hồ chứa trong nghiên cứu ................. 39

Bảng 2-4 Nhu cầu nước dùng vùng châu thổ sông Hồng phân chia theo các ngành

kinh tế (triệu m3) ............................................................................................... 51

Bảng 2-5. Thời vụ sản xuất vụ Đông Xuân trong những năm gần đây .................... 52

Bảng 2-6. Tổng hợp mức xả và diện tích canh tác Đông Xuân ................................ 54

Bảng 2-7. Tổng hợp các điều khoản quy định vận hành theo quy trình vận hành

1622/QĐ-Ttg ngày 17 tháng 9 năm 2015 ......................................................... 63

Bảng 3-1. Thống kê các biên trên và biên nhập lưu khu giữa ................................ 108

Bảng 3-2. Địa hình lòng dẫn sông Hồng - Thái Bình ............................................. 109

Bảng 3-3. Kết quả hiệu chỉnh thông số mô hình ..................................................... 111

Bảng 3-4. Kết quả kiểm định thông số mô hình thủy lực ....................................... 112

Bảng 3-5. Tổng hợp một số nghiệm điển hình của mặt Pareto tối ưu .................... 121

Bảng 3-6. Tổng hợp hiệu quả của các giải pháp vận hành và thực tiễn vận hành thời

kỳ 16/10/2015 đến 14/6/2016 ......................................................................... 128

viii

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1-1. Sự cần thiết của điều tiết để đáp ứng yêu cầu của xã hội. .......................... 7

Hình 1-2. Ví dụ về một hệ thống hồ chứa ................................................................... 8

Hình 1-3: Cách tiếp cận giải tối ưu ngẫu nhiên ẩn (ISO) ......................................... 15

Hình 1-4. Thể hiện tối ưu hệ thống hồ chứa như một chuỗi quyết định ................... 18

Hình 1-5. Cách tiếp cận tối ưu ngẫu nhiên hiện (ESO) ............................................ 20

Hình 1-6. Khung tổng quát của một thuật toán di truyền GA ................................... 25

Hình 2-1. Lưu vực sông Hồng và các hồ chứa lớn ................................................... 38

Hình 2-2. Lưu lượng vào và xả, mực nước hồ Hòa Bình trung bình từ năm 1991 đến

2011 .................................................................................................................. 41

Hình 2-3 Quá trình mực nước hồ Thác Bà từ 1973 đến 2012 .................................. 42

Hình 2-4 Quá trình xả nước hồ Thác Bà năm 1/1-15/6 năm 2011 ........................... 42

Hình 2-5. Mực nước hồ Tuyên Quang từ 1/8 đến 14/6 thời kỳ 2007-2014 .............. 44

Hình 2-6. Lưu lượng vào và xả hồ Tuyên Quang trung bình từ năm 2007 đến 2014 .......... 44

Hình 2-7 Mực nước hồ Sơn La từ từ 1/8 năm trước đến 14/6 năm sau thời kỳ 2010

đến 2014 ........................................................................................................... 45

Hình 2-8. Lưu lượng xả từ hồ Sơn La và Hòa Bình từ 1/1-14/6/2014 ..................... 46

Hình 2-9. Thông số kỹ thuật cơ bản của 6 hồ chứa lớn trên lưu vực sông Hồng ..... 47

Hình 2-10 Quá trình lưu lượng ngày I-IV/2007-2012 tại trạm Lai Châu ................. 49

Hình 2-11 Quá trình lưu lượng ngày từ I-IV/2007-2012 tại trạm Lào Cai ............... 49

Hình 2-12 Quá trình lưu lượng ngày từ tháng I-IV/2007-2012 trạm Đạo Đức ........ 50

Hình 2-13. Biểu đồ dùng nước các tháng mùa cạn năm 2010 và đến năm 2020 ...... 52

Hình 2-14. Mực nước nhỏ nhất tại trạm Hà Nội từ năm 1991-2013 ........................ 53

Hình 2-15. Quá trình mực nước giờ tại trạm Hòn Dấu từ 1/1-28/2/2013 ................. 55

Hình 2-16 Quá trình lưu lượng, mực nước tại một số vị trí từ 1/1-28/2/2006 .......... 56

Hình 2-17 Xâm nhập mặn 1 %o năm 2010 ............................................................... 58

Hình 2-18 Tác động của vận hành hồ đền độ mặn ở một số cống hạ lưu vùng ĐBSH

xả nước Đông Xuân 2015 ................................................................................. 58

ix

Hình 2-19. Biểu đồ phụ tải ngày làm việc điển hình theo tỉ lệ tương đối ................. 59

Hình 2-20. Biểu đồ tỷ lệ tiêu thụ điện theo các tháng trong năm ............................. 60

Hình 2-21. Quá trình lưu lượng xả từ các hồ và mực nước tại Sơn Tây và Hà Nội từ

tháng 1 đến tháng 3 năm 2010 .......................................................................... 61

Hình 2-22. Quan hệ mực nước trạm Hà Nội với mực nước tại một số cống lấy nước,

mùa cạn năm 2011 ............................................................................................ 66

Hình 2-23. Sơ đồ thủy điện và các trạm thủy văn trên lưu vực sông Hồng .............. 67

Hình 2-24. Hệ số lợi ích phát điện trong mùa cạn tính từ 16-9 đến 14-6 hàng năm. ....... 69

Hình 2-25. Khung tính toán tối ưu xây dựng hàm vận hành thời gian thực cho hệ

thống hồ chứa sông Hồng trong mùa cạn ......................................................... 75

Hình 2-26. Quan hệ dung tích và mực nước hồ chứa ............................................... 76

Hình 2-27. Quan hệ dung tích và diện tích mặt hồ ................................................... 76

Hình 2-28. Quan hệ lưu lượng và mực nước hạ lưu ................................................. 77

Hình 2-29. Quy trình xây dựng hàm mức xả tối đa/tối thiểu các hồ chứa theo dung

tích và dòng chảy đến ....................................................................................... 79

Hình 2-30. Sơ đồ mô phỏng cân bằng nước và ra quyết định vận hành cho từng hồ

chứa................................................................................................................... 81

Hình 2-31. Quy trình tính toán cân bằng nước và ra quyết định cho toàn hệ thống

trong quá trình xây dựng chính sách vận hành. ................................................ 81

Hình 2-32. Biểu đồ hàm kích hoạt tangent hyperbolic ............................................. 82

Hình 2-33. Mạng trí tuệ nhân tạo sử dụng cho mô hình thay thế ............................. 83

Hình 2-34. Sơ đồ xây dựng mô hình hạ lưu thay thế (emulator) với số liệu từ mô

hình Mike 11 của vùng đồng bằng sông Hồng ................................................. 83

Hình 2-35. Mình họa trội 𝝐 trong không gian hàm mục tiêu 2 chiều ....................... 86

Hình 2-36. Quy trình khởi động của BORG ............................................................. 87

Hình 2-37. Dạng kết hợp đa toán tử của BORG ....................................................... 88

Hình 2-38. Biên dòng chảy đến hệ thống mô phỏng ................................................ 89

Hình 2-39. Chuỗi dòng dòng chảy ngày đến các khu lưu vực sông Hồng tính đến

Sơn Tây, giai đoạn 1961-2011 ......................................................................... 90

x

Hình 2-40. Số liệu bốc hơi bước thời gian ngày tại các trạm khí tượng khu vực miền

núi phía Bắc giai đoạn từ 1957 -2011 .............................................................. 91

Hình 2-41. Số liệu bốc hơi ngày nội suy tại các hồ chứa nghiên cứu giai đoạn

16/9/1961 đến 15/9/2011 .................................................................................. 91

Hình 2-42. Chuỗi nhu cầu nước ngày năm điển hình từ 16/9 đến 15/9 năm sau ...... 92

Hình 2-43. Số liệu triều ngày max cho năm điển hình tại cửa Ba Lạt ...................... 92

Hình 3-1. Quan hệ mực nước và mức xả max, min tức thời của các hồ chứa Bản

Chát và Lai Châu .............................................................................................. 95

Hình 3-2. Quan hệ mực nước và mức xả max, min tức thời của các hồ chứa Sơn La

và Hòa Bình ...................................................................................................... 96

Hình 3-3. Quan hệ mực nước và mức xả max, min tức thời của các hồ chứa Thác Bà

và Tuyên Quang................................................................................................ 96

Hình 3-4. Hàm xả 𝑟𝑚𝑎𝑥, 𝑟𝑚𝑖𝑛 cho bước thời gian ngày theo dung tích và dòng

chảy đến cho hồ chứa Bản Chát ...................................................................... 96


chảy đến cho hồ chứa Lai Châu....................................................................... 97


chảy đến cho hồ chứa Sơn La .......................................................................... 97


chảy đến cho hồ chứa Hòa Bình ...................................................................... 98


chảy đến cho hồ chứa Thác Bà ........................................................................ 98


chảy đến cho hồ chứa Tuyên Quang ............................................................... 99

Hình 3-10. Chi tiết mô phỏng cân bằng nước bao gồm dòng chảy đến đã trừ tổn

thất, dung tích và tổng xả cho hồ chứa Lai Châu kết nối lũ-kiệt-lũ. .............. 100

Hình 3-11. Mô phỏng cân bằng nước bao gồm dòng chảy đến đã trừ tổn thất, dung

tích và tổng xả cho hồ chứa Lai Châu trong 50 năm, bước tính ngày ............ 100

xi


thất, dung tích và tổng xả cho hồ chứa Bản Chát kết nối lũ-kiệt-lũ. .............. 101


tích và tổng xả cho hồ chứa Bản Chát trong 50 năm, bước tính ngày ........... 101


thất, dung tích và tổng xả cho hồ chứa Thác Bà kết nối lũ-kiệt-lũ. ............... 102


tích và tổng xả cho hồ chứa Thác Bà trong 50 năm, bước tính ngày ............. 102


thất, dung tích và tổng xả cho hồ chứa Tuyên Quang kết nối lũ-kiệt-lũ. ....... 103


tích và tổng xả cho hồ chứa Tuyên Quang trong 50 năm, bước tính ngày .... 103


thất, dung tích và tổng xả cho hồ chứa Sơn La kết nối lũ-kiệt-lũ. ................. 104


tích và tổng xả cho hồ chứa Sơn La trong 50 năm, bước tính ngày ............... 104


thất, dung tích và tổng xả cho hồ chứa Hòa Bình kết nối lũ-kiệt-lũ. ............. 105


tích và tổng xả cho hồ chứa Hòa Bình trong 50 năm, bước tính ngày ........... 105

Hình 3-22. Sơ đồ đơn giản hóa mô phỏng hệ thống tưới ........................................ 107

Hình 3-23. Sơ đồ mô phỏng thiết lập trên giao diện Mike 11 (rút gọn) ................. 107

Hình 3-24. Giao diện thiết lập mô phỏng dạng điều khiển trên Mike 11 ............... 109

Hình 3-25. Kết quả tính toán đầu ra cho một cống lấy nước chịu ảnh hưởng triều,

mặn ................................................................................................................. 110

Hình 3-26. Một số hình kết quả hiệu chỉnh mô hình thủy lực (HD) tại một số trạm

chính cho năm 2010, đường mô phỏng (đỏ), đường quan trắc (xanh). .......... 111

Hình 3-27. Một số hình kết quả kiểm định mô hình thủy lực (HD) tại một số trạm

chính cho năm 2011, đường mô phỏng (đỏ), đường quan trắc (xanh). .......... 112

xii

Hình 3-28. Một số hình kết quả hiệu chỉnh mô hình lan truyền mặn (AD) tại một số

trạm chính cho năm 2010, đường mô phỏng (xanh), quan trắc (chấm đỏ). ... 113

Hình 3-29. Một số hình kết quả kiểm định mô lan truyền mặn (AD) tại một số trạm

chính cho năm 2011, đường mô phỏng (xanh), quan trắc (chấm đỏ). ........... 114

Hình 3-30. Đánh giá các tiêu chí kiểm định mạng ANN theo số neuron sử dụng . 115

Hình 3-31. Kết quả mô phỏng so sánh giữa ANN và số liệu mạng từ Mike 11 ..... 116

Hình 3-32. Giao diện hỗ trợ vận hành thời gian thực cho hệ thống hồ chứa sông

Hồng ............................................................................................................... 117

Hình 3-33. Quá trình thực hiện tính toán và kết quả trên giao diện hỗ trợ vận hành

hệ thống .......................................................................................................... 118

Hình 3-34. Sự hình thành nghiệm khả thi và tiến triển của mặt Pareto cho thí

nghiệm tìm trực tiếp tham số xả ..................................................................... 120

Hình 3-35. Dòng chảy đến hồ Bản Chát giai đoạn 16/10/2015 đến 14/6/2016. ..... 122

Hình 3-36. Dòng chảy đến hồ Lai Châu giai đoạn 16/10/2015 đến 14/6/2016. ..... 122

Hình 3-37. Dòng chảy đến hồ Thác Bà giai đoạn 16/10/2015 đến 14/6/2016........ 123

Hình 3-38. Dòng chảy đến Hồ Tuyên Quang giai đoạn 16/10/2015 đến 14/6/2016.

........................................................................................................................ 123

Hình 3-39. Dòng chảy đến hồ Sơn La giai đoạn 16/10/2015 đến 14/6/2016. ........ 124

Hình 3-40. Dòng chảy đến hồ Hòa Bình giai đoạn 16/10/2015 đến 14/6/2016...... 124

Hình 3-41. Dòng chảy xả hồ Hồ Bản Chát giai đoạn 16/10/2015 đến 14/6/2016. . 125

Hình 3-42. Dòng chảy xả hồ Lai Châu giai đoạn 16/10/2015 đến 14/6/2016. ....... 125

Hình 3-43. Dòng chảy xả hồ Thác Bà giai đoạn 16/10/2015 đến 14/6/2016.......... 126

Hình 3-44. Dòng chảy xả hồ Tuyên Quang giai đoạn 16/10/2015 đến 14/6/2016 . 126

Hình 3-45. Dòng chảy xả hồ Tuyên Quang giai đoạn 16/10/2015 đến 14/6/2016 . 127

Hình 3-46. Dòng chảy xả hồ Hòa Bình giai đoạn 16/10/2015 đến 14/6/2016........ 127

Hình 3-47. So sánh các giải pháp vận hành và thực tế vận hành ............................ 130

Hình 3-48. Diễn biến dung tích các hồ chứa giai đoạn 16/10/2015 đến 14/6/2016

theo quan trắc vận hành thực tế ...................................................................... 131

xiii

Hình 3-49. Diễn biến dung tích các hồ chứa ứng với giải pháp P350H1 giai đoạn từ

16/10/2015 đến 14/6/2016 .............................................................................. 131

Hình 3-50. Diễn biến vận hành tại hồ Bản Chát ứng với giải pháp P350H1 giai đoạn

từ 16/10/2015 đến 14/6/2016 .......................................................................... 132

Hình 3-51. Diễn biến vận hành tại hồ Lai Châu ứng với giải pháp P350H1 giai đoạn

từ 16/10/2015 đến 14/6/2016 .......................................................................... 132

Hình 3-52 . Diễn biến vận hành tại hồ Sơn La ứng với giải pháp P350H1 giai đoạn

từ 16/10/2015 đến 14/6/2016 .......................................................................... 133

Hình 3-53. Diễn biến vận hành tại hồ Hòa Bình ứng với giải pháp P350H1 giai đoạn

từ 16/10/2015 đến 14/6/2016 .......................................................................... 133

Hình 3-54. Diễn biến vận hành tại hồ Thác Bà ứng với giải pháp P350H1 giai đoạn

từ 16/10/2015 đến 14/6/2016 .......................................................................... 134

Hình 3-55. Diễn biến vận hành tại hồ Tuyên Quang ứng với giải pháp P350H1 giai

đoạn từ 16/10/2015 đến 14/6/2016 ................................................................. 134

Hình 3-56. Mực nước tại trạm Hà Nội giai đoạn từ 16/10/2015 đến 14/6/2016 theo

số liệu quan trắc .............................................................................................. 135

Hình 3-57. Lưu lượng và mực nước tại trạm Hà Nội ứng với giải pháp P350H1 giai

đoạn từ 16/10/2015 đến 14/6/2016 ................................................................. 135

xiv

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

BC Bản Chát

ĐBSH Đồng bằng sông Hồng

DP Quy hoạch động (Dynamic Programming)

EP Quy hoạch tiến hóa (Evolution Programming)

ESO Tối ưu hóa ngẫu nhiên hiện (Explicit Stochastic Optimization)

F Diện tích lưu vực

HB Hòa bình

HN Hà Nội

ISO Tối ưu hóa ngẫu nhiên ẩn (Implicit Stochastic Optimization)

LC Lai Châu

LP Quy hoạch tuyến tính (Linear Programming)

LVSH Lưu vực sông Hồng

MNC Mực nước chết

MNDBT Mực nước dâng bình thường

MOEA Thuật toán tiến hóa đa mục tiêu (Multi-Objective Evolution

Algorithm

Nlm Công suất lắp máy

NLP Quy hoạch phi tuyến (Nonlinear Programming)

NSGA Thuật toán di truyền phân loại không trội (Non-dominated Sorting

Genetic Algorithm)

PSO Tham số hóa- Mô phỏng – Tối ưu (Parameterization - Simulation-

Optimization

Q~H Quan hệ giữa lưu lượng và mực nước

Qo Lưu lượng trung bình nhiều năm

SDP Quy hoạch động ngẫu nhiên (Stochastic Dynamic Programming)

SL Sơn La

TB Thác Bà

TBNN Trung bình nhiều năm

TQ Tuyên Quang

TTDT Thuật toán di truyền

Wc Dung tích chết

Whi Dung tích hữu ích

Wtb Dung tích toàn bộ

1

MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài luận án

Hệ thống sông Hồng là hệ thống sông lớn thứ hai ở Việt Nam sau hệ thống

sông Mê Công. Hệ thống có vị trí chiến lược quan trọng, có vùng đồng bằng sông

Hồng (ĐBSH) nằm ở hạ lưu với 11 tỉnh và thành phố (795/QĐ-TTg). Trong đó, thủ

đô Hà Nội là trái tim và là trung tâm kinh tế - chính trị quan trọng của cả nước và

Hải Phòng là thành phố cảng lớn nhất miền Bắc. Toàn vùng ĐBSH có diện tích đất

canh tác nông nghiệp lớn với khoảng 0,8 triệu ha, trong đó, 84 % diện tích là cây

hàng năm (chủ yếu là lúa), đã tạo điều kiện cho vùng luôn xếp thứ hai cả nước về

tổng sản lượng lúa gạo.

Một nguồn lợi quan trọng khác của hệ thống sông Hồng là thủy điện. Ngoài hồ

Hòa Bình, Thác Bà, Tuyên Quang, và hồ Sơn La đã đi vào vận hành, đến năm 2016,

các hồ Bản Chát, Huội Quảng và Lai Châu cũng đã chính thức phát điện. Có thể

nói, hệ thống hồ chứa thủy điện sông Hồng đã gần như hoàn thiện và đang đóng vai

trò chủ chốt trong điều tiết dòng chảy trên hệ thống.

Tuy nhiên, trong những năm vừa qua, tình trạng cạn kiệt dòng chảy trên hệ

thống đang diễn biến ngày một trầm trọng. Trong khi các nguyên nhân đã bước đầu

được chỉ ra như: Khai thác dòng chảy phía thượng nguồn Trung Quốc; tác động của

Biến đổi Khí hậu (BĐKH); phân lưu sông Đuống và hạ thấp lòng dẫn do khai thác

cát trái phép và tích trữ bùn cát ở lòng hồ. Thực hành xả nước Đông Xuân với mức

tăng gấp đôi từ 2,78 đến 5,77 tỷ m3 từ 2007 đến 2015, đang yêu cầu phải có những

hành động ngay lúc này.

Trong khi đó, ở góc độ vận hành hệ thống, quy trình vận hành liên hồ chứa

thủy điện hệ thống sông Hồng được Chính phủ ban hành vào tháng 9 năm 2015 đã

thực sự là một bước tiến lớn [1]. Lần đầu tiên, có một quy trình đã được xây dựng

với đầy đủ các hồ chứa thủy điện chính trên hệ thống và trong cả mùa lũ và mùa

cạn. Thêm vào đó, quy trình đã có các điều khoản chi tiết cho vận hành đảm bảo

nhu cầu hạ du và dung tích hồ trong mùa cạn.

2

Mặc dù vậy, quy trình mới đơn thuần chỉ là các ràng buộc tĩnh cho vận hành

và chưa được xây dựng với cách tiếp cận tối ưu vận hành hệ thống đa mục tiêu. Như

vậy, sự phối hợp vận hành của các hồ chứa chưa chỉ ra được trong các tình huống

thực tế. Các ràng buộc cho hệ thống mặc dù đã được nghiên cứu chi tiết và tham

vấn đầy đủ nhưng thực tế vẫn còn mang tính chủ quan. Nguyên nhân ở đây là do

các mục tiêu vận hành về bản chất luôn mâu thuẫn nhau như điện lượng, cấp nước

hạ du chưa được tối đa hóa và sự trao đổi lợi ích giữa chúng chưa được phân tích rõ

ràng. Do vậy, cần thiết phải có các nghiên cứu về giải pháp vận hành tối ưu hệ

thống hồ chứa thủy điện sông Hồng trong mùa cạn theo hướng tối đa hóa cùng lúc

nhiều mục tiêu. Từ đây, có thể phân tích được sự trao đổi giữa các mục tiêu nhằm

phục vụ cho đàm phán giữa các bên và đưa ra được các hàm vận hành thời gian

thực dựa trên chính sách vận hành đã được lựa chọn.

2. Mục đích nghiên cứu

Xây dựng cơ sở khoa học đề xuất giải pháp vận hành hệ thống hồ chứa thủy

điện trong mùa cạn nhằm tối ưu hóa phát điện và cấp nước hạ du theo hướng tối ưu

hóa đa mục tiêu và ứng dụng thuật toán BORG-MOEA cho lưu vực sông Hồng.

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài luận án là hệ thống các hồ chứa

thủy điện lớn trên lưu vực sông Hồng thuộc địa phận Việt Nam, mà cụ thể ở đây là

6 hồ chứa: Bản Chát, Lai Châu, Sơn La, Hòa Bình, Thác Bà và Tuyên Quang.

4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

a, Cách tiếp cận

- Cách tiếp cận hệ thống và tổng hợp

Cách tiếp cận này xem lưu vực sông Hồng là một hệ thống lưu vực thống nhất,

trong đó các phần tử cấu thành hệ thống : Điều kiện tự nhiên như địa hình, địa chất,

khí hậu, nước, đất…; điều kiện kinh tế - xã hội như con người, phương thức khai

thác, các đối tượng sử dụng nước như thủy điện, nông nghiệp, môi trường…là các

thành phần của hệ thống có quan hệ chặt chẽ với nhau. Để đạt được mục tiêu của

3

luận án đòi hỏi phải xem xét tổng hợp và hệ thống để đưa vào các hàm mục tiêu

cũng như các ràng buộc vừa mang tính khoa học và vừa phải có ý nghĩa thực tiễn

cho bài toán vận hành. Từ đó, hệ thống sẽ được mô phỏng vận hành tối ưu bằng

toán học nhằm tìm kiếm các giải pháp vận hành và cơ hội giải quyết các mâu thuẫn

vốn có của một lưu vực sông.

- Cách tiếp cận theo phân tích “Nhân – quả”

Hướng tiếp cận này xem xét, giải quyết vấn đề có tính hệ thống theo trình tự

để giải quyết một cách logic trên nguyên tắc: 1) Làm rõ hiện trạng vấn đề (thực

trạng cạn kiệt trên hệ thống sông Hồng; 2) Phân tích các nguyên nhân chủ yếu của

tình trạng này (tập trung chủ yếu vào những vấn đề vận hành); 3) Những tồn tại

trong giải quyết (Phân tích các cách giải quyết hiện có và vì sao chưa thỏa mãn); 4)

Đề xuất giải pháp; 5) Kết quả (Phân tích lựa chọn giải pháp).

- Cách tiếp cận kế thừa trên quan điểm lịch sử

Các công trình nghiên cứu (hiện đã và đang được thực hiện ở nhiều Nghành,

Viện nghiên cứu, cơ quan ở Trung ương và địa phương) bao gồm phương pháp

luận, phương pháp tính toán, công nghệ, nguồn số liệu và kết quả. Luận án dành

một dung lượng lớn tập trung vào phân tích chọn lọc và cải tiến, hoàn thiện những

vấn đề để tạo nền và chọn điểm xuất phát nhằm thực hiện những phương pháp và

công nghệ mới.

b, Phương pháp nghiên cứu

1) Điều tra và khảo sát thực địa: Nhằm thu thập, cập nhật, bổ sung các số liệu

khí tượng, thủy văn, địa hình, điều kiện tự nhiên, các hoạt động quản lý, khai thác

sử dụng, phát triển nguồn nước, bảo vệ và phòng chống tác hại của dòng chảy cạn

kiệt trên lưu vực sông nghiên cứu.

2) Phương pháp kế thừa: Kế thừa có chọn lọc các kết quả nghiên cứu, điều tra

cơ bản trước đây có liên quan đến nội dung nghiên cứu trên nguyên tắc “kế thừa

nhưng không trùng lặp”. Học hỏi kiến thức và kinh nghiệm cũng như tham vấn ý

kiến của các chuyên gia trong xây dựng giải pháp vận hành hồ chứa trên lưu vực

sông Hồng.

4

3) Phương pháp tối ưu hóa đa mục tiêu: Nhận diện quản lý hệ thống tài

nguyên nước lưu vực sông phải đi theo Cách tiếp cận Quản lý tổng hợp tài nguyên

nước (IWRM), trong đó, các đối tượng sử dụng nước phải được xem xét một cách

đầy đủ. Tuy nhiên, những mâu thuẫn vốn có giữa các đối tượng này và sự không

trùng thứ nguyên trong đánh giá luôn là những cản trở trong xây dựng giải pháp vận

hành. Vì thế, đây sẽ là phương pháp hiệu quả để cùng lúc tối đa hóa các mục tiêu

nhằm tìm ra mặt Pareto của các giải pháp tối ưu vận hành không trội.

4) Phương pháp mô phỏng toán học: Vận hành hệ thống hồ chứa và tác động

của các phương án vận hành sẽ khó có thể thực hiện bằng các mô hình vật lý. Mô

phỏng toán học luôn là sự lựa chọn phù hợp. Trong luận án này, mô hình toán học

của hệ thống đã được xây dựng một cách phù hợp để đáp ứng nhu cầu tính toán cao

của một hệ thống phi tuyến có số lượng bậc tự cao (6 hồ chứa).

5) Phương pháp tham số hóa – mô phỏng – tối ưu: Phương pháp này khắc

phục được hạn chế của các phương pháp truyền thống khi tiến hành lựa chọn dạng

hàm vận hành trước khi thực hiện quá trình tính toán mô phỏng và tối ưu. Ở đây,

quá trình tính toán chỉ nhằm tìm ra các giải pháp là các bộ tham số của hàm vận

hành.

6) Phương pháp phân tích hệ thống: Các kết quả đề xuất về hàm vận hành theo

thời gian thực được đưa lại vào hệ thống tính toán để mô phỏng cho một giai đoạn

thực tiễn nằm ngoài giai đoạn lựa chọn tính toán tối ưu. Các kết quả ứng với các

giải pháp vận hành khác nhau được so sánh và đánh giá về mặt khả thi, về mặt lợi

và hại nếu áp dụng trong vận hành thực tiễn.

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án

5.1. Ý nghĩa khoa học

Luận án đã đề xuất được một tập hàm vận hành tối ưu thời gian thực theo các

chính sách vận hành Pareto. Các đề xuất được rút ra từ việc giải bài toán tối ưu đa

mục tiêu có ràng buộc với 2 hàm mục tiêu là tổng lợi ích phát điện tương đối và tối

5

đa hóa trung bình mực nước thấp, và 2 ràng buộc là yêu cầu cấp nước Đông Xuân

và dung tích hệ thống cuối mùa cạn.

Luận án đã thiết lập được khung tính toán tối ưu (khung kết nối các mô hình

phục vụ tính toán tối ưu) nhằm kết nối các mô hình hồ chứa vận hành trong mùa lũ,

mùa cạn, mô hình hạ lưu, các hàm mục tiêu, và các ràng buộc. Khung tối ưu lấy

thuật toán Borg-MOEA làm phần tính toán tối ưu [2]. Ngoài ra, hàm vận hành theo

thời gian thực với các ràng buộc được ẩn trước trong mô hình, do đó các tính toán

vận hành luôn khả thi về mặt vật lý. Sau khi chọn dạng hàm vận hành, quy trình

tính toán được sử dụng ở đây là tham số hóa hàm, mô phỏng và tối ưu (PSO) đảm

bảo được tính tin cậy trong hội tụ nghiệm.

Đề tài đã xây dựng được một hệ thống mô phỏng hồ chứa và hạ lưu cho vùng

nghiên cứu trên ngôn ngữ C/C++ và Matlab chạy trên nền Window, rất thuận tiện

cho kế thừa và phát triển trong các nghiên cứu xa hơn, cũng như ứng dụng trong các

lĩnh vực khác với khung tính toán tối ưu đã được đề xuất ở trên.

5.2. Ý nghĩa thực tiễn

Tập hàm vận hành (350 phương án) đã được đề xuất trên cở sở tính toán tối ưu

sử dụng thuật toán BORG trên một chuỗi mô phỏng bước ngày đủ dài (50 năm) và

tính hiệu quả của chúng đã được chỉ ra cụ thể với cải thiện về lợi ích điện từ 25 ÷ 28

%; cải thiện về trung bình mực nước (<1,2 m) từ 4 ÷ 11 %, số ngày vi phạm mực

nước 1,2 m cải thiện từ 43 ÷ 86 %; và cải thiện về trung bình mực nước Hà Nội 40

÷ 43 % . Điều này sẽ tạo thuận lợi trong phân tích lựa chọn phương án/chính sách

vận hành, góp phần giải quyết được các mâu thuẫn trong sử dụng tài nguyên nước,

trong bối cảnh áp lực sử dụng nước cho phát triển kinh tế xã hội ngày càng cao.

Ngoài ra, ứng dụng hàm vận hành trong hỗ trợ ra quyết định vận hành gần thời

gian thực hệ thống hồ đơn giản, chỉ sử dụng dung tích đầu ngày của 6 hồ và 1 biến

thời gian sẽ phù hợp trong điều kiện hiện nay khi mà các dự báo đang bị hạn chế

bởi tính cực đoan của thời tiết và sự thiếu thông tin vận hành ở thượng lưu Trung

Quốc. Và đầu ra của hàm là gợi ý lượng xả trung bình ngày của 6 hồ, không đi sâu

vào chi tiết vận hành công trình cụ thể và dành sự linh hoạt trong ngày cho người

6

vận hành. Trong trường hợp, nhà vận hành không muốn đi theo gợi ý này, thì ở

bước sau, hàm vẫn có thể áp dụng được.

Thêm nữa, những cải thiện trong kiểm nghiệm hàm ở trên vẫn là nhờ vào sự

tối ưu trong phối hợp vận hành giữa các hồ chứa. Hàm vận hành sẽ còn hứa hẹn

mang đến sự cải thiện nhiều hơn nếu có cấu trúc tinh vi hơn và đưa được vào các

thông tin dự báo có độ tin cậy.

Cuối cùng, nghiên cứu khẳng định tính khả thi khi mở rộng bài toán với yêu

cầu vận hành phủ đỉnh của hệ thống thủy điện. Tuy nhiên, tại thời điểm này nó cũng

có thể được ứng dụng trong lập kế hoạch vận hành đảm bảo an toàn cấp nước hạ du

và huy động các hệ thống điện khác.

6. Những đóng góp mới của luận án.

(1) Đã đề xuất và kiểm nghiệm được hàm vận hành hệ thống hồ thủy điện

chính trên lưu vực sông Hồng hỗ trợ ra quyết định trong vận hành hệ thống hồ.

(2) Đã đề xuất và thiết lập được khung tính toán tối ưu vận hành, kết nối các

mô hình và thuật toán Borg MOEA. Quy trình tính toán của khung theo phương

pháp Tham số hóa – mô phỏng – tối ưu (PSO) đảm bảo khả năng cao trong hội tụ

tìm nghiệm cho các bài toán hệ thống hồ lớn. Ngoài ra, hệ thống mô hình hồ chứa

và hạ lưu cũng như các công cụ tính toán và phân tích đã được xây dựng với mã

nguồn riêng, tạo thuận lợi cho các nghiên cứu và ứng dụng sau này.

7. Cấu trúc Luận án

Ngoài hai phần Mở đầu và Kết luận & kiến nghị, luận án gồm 3 chương:

- Chương 1. Tổng quan tối ưu vận hành hồ chứa.

- Chương 2. Cơ sở khoa học và thực tiễn đề xuất giải pháp vận hành tối ưu hệ

thống hồ chứa trong mùa cạn trên lưu vực sông Hồng

- Chương 3. Phân tích, đánh giá kết quả xây dựng giải pháp vận hành tối ưu hệ

thống hồ chứa trong mùa cạn trên lưu vực sông Hồng.

7

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TỐI ƯU VẬN HÀNH HỒ CHỨA

Giới thiệu chung

Khai thác và sử dụng hiệu quả tài nguyên nước yêu cầu không chỉ thiết kế

đúng đắn mà cả vận hành đúng cách sau khi xây dựng. Một mô tả khái niệm về sự

cần thiết điều tiết để đáp ứng yêu cầu của xã hội có thể được đưa ra trong Hình 1-1.

Tuy nhiên, cho đến nay, hầu hết các vị trí tốt cho xây dựng đập đã được được đưa

vào khai thác ở nhiều nước. Vì các nguyên nhân khác nhau việc xây dựng các dự án

mới đang chậm lại và giá thành xây dựng của nó đang tăng theo thời gian. Năm

1991, tác giả Biswas ước lượng rằng giá một đơn vị nước từ các dự án cung cấp

nước đô thị trong tương lai sẽ thường cao hơn 2÷3 lần hiện tại, do đó, bắt buộc tất

cả các dự án phải được quản lý và vận hành một cách tốt nhất [3].

Nguồn: Điều chỉnh từ Biswas (1991) [3]

Hình 1-1. Sự cần thiết của điều tiết để đáp ứng yêu cầu của xã hội.

Vận hành hồ chứa là một phần quan trọng của quy họach và quản lý tài

nguyên nước. Sau khi được xây dựng, các hướng dẫn chi tiết được đưa đến cho

người vận hành để đưa ra các quyết định. Chính sách (quy trình) vận hành hồ chứa

xác định lượng xả từ lượng trữ tại một thời điểm nào đấy phụ thuộc vào trạng thái

8

của hồ chứa, mức yêu cầu cấp nước và các thông tin về lượng dòng chảy có thể đến

hồ chứa.

Bài toán vận hành cho hồ chứa đơn mục tiêu là quyết định quy trình tháo từ hồ

chứa sao cho lợi ích mục tiêu đó là tối đa. Trong khi đó, với hồ chứa đa mục tiêu,

còn có các yêu cầu phân phối tối ưu lưu lượng tháo giữa các mục tiêu. Sự phức tạp

của bài toán vận hành hồ chứa phụ thuộc vào quy mô và các mục tiêu. Nếu các mục

tiêu là tương thích nhau, thì ít cần nỗ lực phối hợp, nếu các mục tiêu là mâu thuẫn

thì sự phức tạp bắt đầu xuất hiện. Tương tự như thế, mức độ phức tạp sẽ tăng gấp

nhiều lần khi vận hành cho một hệ thống nhiều hồ chứa (Hình 1-2).

Nghiên cứu vận hành hệ thống hồ chứa đa mục tiêu đã được các nhà khoa học,

các cơ quan quản lý khai thác lưu vực sông trên thế giới đầu tư nghiên cứu từ những

năm 50 và 60 của thế kỷ 20. Mặc dù đã đầu tư nghiên cứu khá lâu nhưng có thể

nhận xét rằng hiện vẫn chưa xác định được phương pháp, công cụ chung để sử

dụng. Trong thực tế, nghiên cứu vẫn phụ thuộc rất nhiều vào đặc thù riêng của từng

hệ thống hồ chứa cụ thể, tuy vậy, nguyên tắc chung là tìm quy trình xả nước và sự

phối kết hợp giữa các công trình để đạt được lợi ích kinh tế - xã hội toàn hệ thống

cao nhất.

Hình 1-2. Ví dụ về một hệ thống hồ chứa

Các nghiên cứu ở nước ngoài

1.2.1. Phương pháp mô phỏng

9

Vì ít khả năng để thí nghiệm bằng mô hình vật lý với hồ chứa thực, mô hình

mô phỏng toán học thường được phát triển và sử dụng trong các nghiên cứu để cung

cấp một sự hiểu biết sâu về bài toán vận hành. Mô hình mô phỏng vận hành hồ chứa

thường bao gồm tính toán cân bằng nước của đầu vào, đầu ra và biến đổi lượng trữ.

Nghiên cứu của Simonovic (1992) đã cung cấp cầu nối từ các công cụ giải tích

trước đây cho phân tích hệ thống hồ chứa đến các mục đích phức tạp hơn [4].

Các mô hình mô phỏng có thể cung cấp biểu diễn chi tiết và hiện thực hơn về

hệ thống hồ chứa và việc vận hành chúng. Thời gian để chuẩn bị đầu vào, chạy mô

hình và các yêu cầu tính toán khác của mô phỏng là ít hơn nhiều so với mô hình tối

ưu hoá. Các kết quả mô phỏng sẽ dễ dàng thỏa hiệp trong trường hợp đa mục tiêu.

Số mô hình mô phỏng đa mục tiêu phổ biến hơn và có thể sử dụng để phân tích mối

quan hệ quy họach, thiết kế và vận hành hồ chứa dễ dàng. Hầu hết các mô hình có

thể chạy trong máy vi tính đang sử dụng rộng rãi hiện nay. Hơn nữa, ngay sau khi

số liệu yêu cầu được chuẩn bị, nó có thể dễ dàng thay đổi, và do đó các kết quả thiết

kế, quyết định vận hành, và lựa chọn thiết kế khác nhau có thể được đánh giá

nhanh. Một số mô hình mô phỏng phổ biến rộng rãi như: Mô phỏng hệ thống hồ

chứa tổng quát HEC - 5 (1982) [5], mô hình Acres (1976) [6], tổng hợp dòng chảy

và điều tiết hồ chứa SSARR [7], mô phỏng hệ thống sóng tương tác IRIS [8], gói

phân tích quyền lợi nước WRAP [9]; và các mô họ Mike như Mike Basin, Mike

11(DHI).

Mô hình mô phỏng hệ hồ chứa đã được dùng để đánh giá tác động của các

chính sách vận hành khi đầu ra của các lần chạy được so sánh và đánh giá. Phân

tích, tính toán giá trị trung bình, phương sai và phân bố theo thời gian của các chỉ số

đánh giá họat động như dung tích hồ chứa, lượng xả, các lợi ích và tổn thất liên

quan có thể sử dụng để đánh giá và so sánh các chính sách vận hành, một số tác giả

điển hình đã ứng dụng như Lund và Ferriera (1996) [10], Jain và Goel (1999) [11].

1.2.2. Phương pháp tối ưu

Về cơ bản các mô hình mô phỏng chỉ trả lời câu hỏi “Sẽ là gì nếu...” hay

“what if…”. Nghĩa là các mô hình mô phỏng cho vận hành hồ chứa sẽ là công cụ trợ

10

giúp trong đánh giá tác động có thể của các quy trình vận hành thay đổi. Chúng có

thể mô phỏng một cách chính xác sự vận hành của hệ thống và rất hữu ích trong

phân tích Monte Carlo khi kiểm tra độ tin cậy của quy trình vận hành đề xuất. Tuy

nhiên, chúng không phù hợp để tìm ra những quy trình tốt hay tối ưu nhất trong

phối hợp vận hành hệ thống hồ có một mức độ linh hoạt lớn. Trong khi đó, các mô

hình tối ưu thông thường sẽ có khả năng lớn hơn để một cách hệ thống tìm ra các

giải pháp, hay một bộ các giải pháp tối ưu dựa trên các mục tiêu và các ràng buộc

đã chọn. Tuy nhiên, đang tồn tại một khoảng cách ngày càng lớn giữa phát triển lý

thuyết và ứng dụng thực tế các mô hình tối ưu.

Hai tác giả Yeh (1985) và Wurbs (1993) đã chỉ ra các nguyên nhân là: (i)

Nhiều nhà vận hành hệ thống hồ chứa nghi ngờ về các mô hình mà sẽ thay thế phán

quyết và các quy trình vận hành của họ; (ii) hạn chế của phần cứng và phần mềm

máy tính, vì thế phải đơn giản hóa và xấp xỉ hóa nhiều (tuyến tính hóa); (iii) Các mô

hình tối ưu thì phức tạp về mặt toán học hơn mô hình mô phỏng; (iv) nhiều mô hình

tối ưu là không phù hợp khi tích hợp tính rủi ro và tính bất định; (v) sự đa dạng của

các mô hình tối ưu cũng tạo cũng gây cản trở khi lựa chọn; (vi) và một số các

phương pháp tối ưu như là quy hoạch động thường cần phát triển chương trình rất

phức tạp. Tuy nhiên, nhiều trong số những nhược điểm này trong vận hành hệ thống

hồ chứa sẽ có thể được giải quyết nhờ vào tiềm năng của khái niệm hệ thống hỗ trợ

ra quyết định (DSS) và những tiến bộ mạnh về năng lực và giá thành của máy tính,

nhờ nhấn mạnh vào khả năng hỗ trợ thông tin ra quyết định vận hành hơn là đặt

gánh nặng lớn lên vai các lập trình viên nhằm thay thế các nhà vận hành [12, 13].

Một số ví dụ đưa mô hình tối ưu vào DSS như là MODSIM và CALSIM ở Mỹ [14,

15]; gói tối ưu Agronne; quy hoạch động tổng quan CSUDP [16].

1.2.3. Bài toán tối ưu hóa hệ thống hồ chứa

1.2.3.1 Hàm mục tiêu

Theo Hiệp hội kỹ sư dân dụng Mỹ (ASCE), các hàm mục tiêu được sử dụng

trong các mô hình tối ưu hóa vận hành hệ thống hồ chứa phải dựa trên thước đo

11

hiệu quả (nghĩa là tối đa hóa phúc lợi xã hội hiện tại và tương lai đã được triết

khấu), có tính đảm bảo (nghĩa là đảm bảo phúc lợi xã hội tương lai vượt trên mức

tối thiểu), và tính bền vững (nghĩa là tối đa hóa sự cải thiện tích lũy theo thời gian)

[17]. Một hàm mục tiêu tổng quát như vậy có thể có có dạng như sau:

max(𝑜𝑟min)∑𝛼𝑡 . 𝑓𝑡(𝑠𝑡 , 𝑟𝑡) +𝛼𝑇+1. 𝜑𝑇+1(𝑠𝑇+1)

𝑇

𝑡=1

(1-1)

Trong đó:

- rt : là vector lượng xả từ n hồ chứa liên kết (ví dụ Hình 1-2) trong giai đoạn t.

- T : độ dài của thời gian vận hành;

- st :là vector dung tích trữ của n hồ chứa tại lúc bắt đầu bước thời gian t;

- ft(st, rt) : là hàm lợi ích;

- φT+1(sT+1): là thành phần cuối thể hiện lợi ích (giá trị) tương lai tính tại cuối

trục thời gian T;

- αt: Là hệ số triết khấu tính xác định giá trị hiện tại của lợi ích tương lai.

Bản chất động của công thức còn cần phải thể hiện tính không chắc chắn của

quản lý nước bền vững trong tương lai, nghĩa là “một tương lai chúng ta không biết,

nhưng chắc chắn là chúng ta có thể tác động lên nó” [18]. Bước thời gian t thể hiện

trong công thức này có thể là giờ, ngày, tuần, tháng, mùa nó phụ thuộc vào bản chất

và phạm vi của bài toán tối ưu hóa. Các phương pháp phân đoạn có thể được sử

dụng mà nhờ đó các kết quả nghiên cứu theo tháng, mùa hay dài hạn có thể cung

cấp đầu vào cho các vận hành ngắn hạn chi tiết theo các giai đoạn bước thời gian

ngày, giờ [19, 20]. Cụ thể hơn, một hàm mục tiêu phi tuyến cao như là tối đa hóa

phát điện có dạng như sau:

𝑓𝑡(𝑠𝑡 , 𝑟𝑡) =∑𝐾. 𝑒𝑖,𝑡(𝑠𝑖,𝑡 , 𝑠𝑖,𝑡+1, 𝑟𝑖,𝑡). ℎ̅𝑖,𝑡(𝑠𝑖,𝑡 , 𝑠𝑖,𝑡+1). 𝑟𝑖,𝑡

𝑛

𝑖=1

. ∆𝑡𝑖,𝑡 (1-2)

Trong đó:

- ei,t: Là hiệu suất nhà máy tổng cộng tại hồ chứa thứ i là một hàm của dung

tích (mực nước) và lưu lượng trong giai đoạn t;

12

- ℎ̅𝑖,𝑡 : là mực nước bình quân, là hàm của dung tích đầu và cuối bước t (được

tính từ phương trình cân bằng), ngoài ra, cũng cần xét đến cả hiệu ứng hạ lưu;

- K: hệ số quy đổi đơn vị;

- ∆𝑡𝑖,𝑡: Thời gian được phát của nhà máy thứ i trong bước thời gian t.

Đây được đánh giá là một hàm không lồi cao có đặc điểm rất nhiều các cực trị

cục bộ, và có thể còn không liên tục và không khả vi trong vận hành thực tế [21].

Ngoài ra, các hàm mục tiêu khác gắn với các tiêu chí dễ bị tổn thương sẽ có thể

được đề xuất dưới dạng các hàm phạt để cố gắng tối thiểu độ chệch khỏi các mục

tiêu như trữ lý tưởng, cấp nước, lưu lượng, hay công suất năng lượng.

1.2.3.2 Ràng buộc

Đầu tiên, phải nói đến các phương trình cân bằng động của hệ thống:

𝑠𝑡+1 = 𝑠𝑡 + 𝐶. 𝑟𝑡 + 𝑞𝑡 − 𝐼𝑡(𝑠𝑡 , 𝑠𝑡+1, … ) − 𝑑𝑡 (1-3)

Trong đó:

- qt: là vector dòng chảy đến trong bước thời gian t;

- C : là ma trận kết nối hệ thống (diễn toán sự kết nối) dòng chảy bên trong hệ

thống;

- It : là vector tổn thất bao gồm hợp tràn, bốc hơi, và các tổn thất khác, là hàm

của dung tích đầu cuối và các yếu tố khác;

- dt: là nhu cầu cần thiết, chuyển nước hay tiêu hao khỏi hệ thống.

Tính toán chính xác về xả tràn, bốc hơi và các tổn thất nước khác trong thành

phần It (st,st+1) tạo ra một bộ các phương trình phi tuyến, trong đó st+1 có thể rất khó

tính và cấu thành một bộ hàm khả thi không lồi.

Một ví dụ về ma trận kết nối C theo ví dụ ở Hình 1-2 sẽ là:

(1-4)

13

Sự trễ của dòng chảy có thể được xem xét bằng thay thành phần C.r trong

phương trình (1-3) bằng ∑ 𝐶𝜏𝑟𝑡−𝜏𝑘𝜏=0 nơi các phần tử của ma trận chảy truyền 𝐶𝜏 là

những phân số thể hiện cho sự trễ và triết giảm dòng chảy. Ngoài ra, các biên trên

và biên dưới của dung tích phải được xem xét cho du lịch, kiểm soát lũ… và đảm

bảo các mức tối thiểu của dung tích chết và vận hành phát điện:

𝑠𝑡+1,𝑚𝑖𝑛 ≤ 𝑠𝑡+1 ≤ 𝑠𝑡+1,𝑚𝑎𝑥 (1-5)

và giới hạn các mức xả được chỉ ra là:

𝑟𝑡,𝑚𝑖𝑛 ≤ 𝑟𝑡 ≤ 𝑟𝑡,𝑚𝑎𝑥 (1-6)

Giới hạn này duy trì dòng chảy hạ lưu tối thiểu cần thiết cho kiểm soát cả chất

lượng nước và các sinh vật tự nhiên cũng như phòng lũ cho hạ du. Trong một số

trường hợp, có thể cần thiết phải thay thế giới hạn này bằng hàm của mực nước.

Các ràng buộc bổ sung có thể được đặt trên sự thay đổi xả từ giai đoạn này sang giai

đoạn khác để tránh xói lòng dẫn hạ lưu.

Khi đánh giá chuỗi thủy văn nhân tạo và lịch sử dài hạn, hay các chuỗi ngắn

hạn, những khó khăn có thể xuất hiện trong việc tìm nghiệm khả thi thỏa mãn các

ràng buộc này. Để giải quyết, cần thiết phải thả lỏng các ràng buộc và một cách gián

tiếp xem xét chúng thông qua việc sử dụng các thành phần phạt có trọng số trong

hàm mục tiêu. Tương tự thế, các ràng buộc khác có thể thể hiện bằng các hàm mục

tiêu thay thế duy trì mức mục tiêu mong muốn ε:

𝑓̅(𝑠, 𝑟) ≥ 𝜀 (1-7)

Ví dụ về các hàm mục tiêu này có thể bao gồm các yêu cầu cấp nước hàng

năm hay duy trì công suất phát điện.

1.2.3.3 Tối ưu đa mục tiêu

Hàm mục tiêu chính của phương trình (1-1) có thể được thể hiện chính xác là

f(s,r) ở dưới đây, trong đó các vector s,r thể hiện dung tích và lượng xả cho mỗi hồ

trên tất cả các bước thời gian. Bài toán của các phương trình từ (1-1) đến (1-7) trở

thành một bài toán tối ưu đa mục tiêu:

14

𝑚𝑎𝑥𝑖𝑚𝑖𝑧𝑒𝑠, 𝑟

𝑓(𝑠, 𝑟) (1-8)

Thực tế cũng đã cho thấy một lưu vực sông luôn có nhiều đối tượng liên quan

với các mục tiêu/lợi ích luôn mâu thuẫn nhau và bài toán tối ưu đa mục tiêu là

không thể tránh khỏi. Để giải quyết, có thể sử dụng phương pháp trọng số hóa để

đưa về đơn mục tiêu, hay chuyển lại các hàm mục tiêu thành các ràng buộc 𝜀𝑗.

𝑓�̅�(𝑠, 𝑟) ≥ 𝜀𝑗 với j = 1,…,m (1-9)

Tuy nhiên, các xử lý này mang tính chủ quan rất lớn và rất khó để luận giải Ví

dụ cụ thể về trọng số trong các công thức kết hợp như hàm mục tiêu lợi ích năng

lượng và an ninh lương thực hay hàm mục tiêu về thiệt hại lũ với chỉ tiêu về thương

vong của người dân.

Để giải quyết vấn đề này, có thể viện đến khái niệm các lời giải không trội xác

định bởi một mặt tối ưu Pareto của sự trao đổi giữa các hàm mục tiêu. Ở đây, khái

niệm về tối ưu Pareto đã được Vilfredo Pareto – kỹ sư, nhà kinh tế học người Ý

(1848–1923) định nghĩa là: “Tối ưu Pareto hay Hiệu quả Pareto là trạng thái phân

bổ tài nguyên mà tại đó không thể tái phân bổ lại để làm cho bất kỳ một cá thể hay

tiêu chí ưu tiên nào tốt hơn mà không làm cho ít nhất một cá thể hay ưu tiên kia xâu

đi” [22]. Một số tác giả đầu tiên giải quyết vấn đề này có thể kể đến như Yeh và

Becker (1982) ở Mỹ [23], Ko và nnk (1992) ở Hàn Quốc [24]. Trong đó, các hàm

mục tiêu ở đây là: (1) tối đa hóa tổng sản xuất điện; (2) Tối đa hóa công suất đảm

bảo; (3) Tối đa hóa lưu lượng về hạ lưu cho cấp nước và duy trì chất lượng nước; và

(4) là tối đa hóa độ tin cậy thỏa mãn yêu cầu cấp nước hạ du.

1.2.4. Các phương pháp giải tối ưu

Mô hình tối ưu từ các phương trình (1-1) đến (1-7) thường rất khó giải bởi tính

động, phi tuyến, không lồi và quy mô lớn. Thêm vào đó, dòng chảy đến, bốc hơi,

các tham số thủy văn, nhu cầu nước hệ thống, và các tham số kinh tế là các biến

ngẫu nhiên. Tổng hợp tất cả những vấn đề này tạo ra một bài toán tối ưu đa mục

tiêu ngẫu nhiên, phi tuyến, quy mô lớn và phức tạp. Qua nhiều năm nỗ lực nghiên

15

cứu, như đã chỉ ra ở trên có khá nhiều các phương pháp và kỹ thuật giải khác nhau.

Ở đây, chỉ xin phép được tổng quan lại một số phương pháp mang tính kinh điển và

cập nhật một số điểm mới nhằm xác định các hướng triển vọng cho nghiên cứu giải

pháp vận hành tối ưu hệ thống hồ chứa sông Hồng.

1.2.4.1 Tối ưu ngẫu nhiên ẩn

Với mục tiêu là tìm kiếm hàm vận hành tối ưu, quy trình giải tối ưu ngẫu

nhiên ẩn (ISO) là việc thực hiện tính toán tối ưu trên một chuỗi dài và liên tục của

dòng chảy đến lịch sử hay tự tạo. Theo đó, hầu hết các khía cạnh ngẫu nhiên của bài

toán bao gồm các tương quan về thời gian và không gian của dòng chảy tự nhiên đã

được ngầm đưa vào mô hình tối ưu tất định.

*Chú thích: KTĐKD: Kiểm tra điều kiện dừng

Hình 1-3: Cách tiếp cận giải tối ưu ngẫu nhiên ẩn (ISO)

Phân tích đa

hồi quy,

ANN, hay

các Phương

pháp suy

diễn

Mô hình

tạo dòng

chảy nhân

tạo ngẫu

nhiên hay

Chuỗi lịch

sử dài

Mô hình mô

phỏng

Mô hình tối

ưu tất định

Chuỗi biến

quyết định

(Xả/Dung

tích) tối ưu

Hàm vận

hành tối ưu

Bắt đầu

Không

KTĐKD

tra

Kết thúc Có

16

Đầu tiên, sau khi lựa chọn phương pháp và kỹ thuật giải, tiến hành xử lý bài

toán một cách phù hợp và tiến hành tính toán thu được chuỗi biến quyết định vận

hành tối ưu. Tiếp đó, áp dụng phân tích đa hồi quy cho kết quả tối ưu để xây dựng

các hàm/chính sách vận hành có điều kiện theo số liệu quan trắc ví dụ là mực nước

hồ hiện tại, dòng chảy của giai đoạn trước đó hay dòng chảy đến dự báo... Tuy

nhiên, các phân tích hồi quy này có thể dẫn đến các tương quan thấp khi kiểm

nghiệm và dẫn đến một quá trình thử sai các biến tương quan rất lớn, làm giảm tính

ứng dụng tổng quát của cách tiếp cận này (Hình 1-3). Đi theo quy trình này, tổng

quan ứng dụng các phương pháp và kỹ thuật giải tối ưu như sau:

Phương pháp quy hoạch tuyến tính (LP): Do các mô hình ISO có thể có

quy mô cực lớn và trải trên một trục thời gian dài, thì vấn đề là các phương pháp

giải tối ưu hiệu quả cao cần được áp dụng. Một trong các kỹ thuật tối ưu được sử

dụng phổ biến nhất cho mô hình hệ thống hồ chứa là phương pháp simplex của quy

hoạch tuyến tính và sau đó là những biến thể của nó [25]. Các mô hình này cần tất

cả các quan hệ từ phương trình (1-1) đến (1-7) là tuyến tính hay có thể tuyến tính

hóa. Lợi thế của LP là: (i) khả năng giải hiệu quả bài toán lớn; (ii) hội tụ đến

nghiệm tối ưu toàn cục; (iii) các lời giải ban đầu không cần thiết; (iv) lý thuyết đối

ngẫu được phát triển tốt cho phân tích độ nhạy; và (v) dễ dàng trong thiết lập bài

toán, và thuật giải tương đối sẵn với chi phí thấp. Một số giải pháp thay thế khác là

các phương pháp chiếu bên trong và thu phóng định tuyến là đặc biệt thuận lợi cho

giải các bài toán quy mô cực lớn [26]. Tóm lại, quy hoạch tuyến tính vẫn là phương

pháp khá phổ biến và vẫn còn được ứng dụng nhiều trong bài toán tối ưu vận hành

hồ chứa. Một số các tác ứng dụng điển hình đầu tiên như Hiew (1987) và Needham

(2000) [27, 28], Crawley và Dandy (1993) [29].

Phương pháp quy hoạch phi tuyến (NLP): Nhiều bài toán tối ưu hệ thống

hồ chứa không thể sử dụng tuyến tính từng đoạn mà phải được xử lý trực tiếp như là

một bài toán quy hoạch phi tuyến, đặc biệt là khi đưa phát điện vào hàm mục tiêu và

ràng buộc. Một số thuật toán quy hoạch phi tuyến được biết đến là khá hiệu quả

như: (i) quy hoạch tuyến tính liên tiếp (SLP); (ii) quy hoạch toàn phương liên tiếp

17

(SQP); (iii) phương pháp Lagrangian tăng/ phương pháp phép nhân (MOM); và (iv)

phương pháp gradient giảm dần tổng quát (GRG). Tuy vậy, những phương pháp

này đều cần các phương trình từ (1-1) đến (1-7) là đạo hàm được và điều này là khó

khăn đặc biệt với hệ thống thủy điện. Một số các tác giả điển hình như Tejada &

Guibert (1990) [30], Arnold và nnk (1994) [31], Peng và Buras (2000) [32] đã ứng

dụng SQP, MOM, GRG kết luận rằng các phương pháp này đều gặp phải các vấn đề

về độ chính xác, thời gian tính toán và không phù hợp với cách tiếp cận ISO. Hiew

(1987), Barros và nnk (2003) và Stedinger và nnk (1984) đã ứng dụng SLP và

khẳng định hiệu quả của thuật toán bao gồm độ chính xác, đơn giản và phổ thông

bởi sự sẵn có của các thuật giải quy hoạch tuyến tính, tuy vậy, nó vẫn không đảm

bảo hội tụ [28, 33, 34].

Phương pháp quy hoạch động rời rạc: Sau quy hoạch tuyến tính, quy hoạch

động (DP) vẫn là kỹ thuật phổ thông nhất được áp dụng cho quản lý và quy hoạch

tài nguyên nước nói chung và vận hành hồ chứa nói riêng [35]. Quy hoạch động

khai thác hiệu quả cấu trúc quyết định dạng chuỗi của các bài toán tối ưu hệ thống

hồ chứa (Hình 1-4). Ban đầu được phát triển ở dạng tổng quát bởi Bellman (1957)

[36], DP chia bài toán lớn ra làm các bài toán nhỏ và được giải theo chuỗi qua các

giai đoạn (thời đoạn). Điều này mang lại lợi thế cho ISO nhờ công tính toán chỉ

tăng tuyến tính với số giai đoạn, trong khi hầu hết các phương pháp khác thể hiện

sự tăng số mũ. Trong dạng rời rạc, DP vượt qua các khó khăn do tính chất phi

tuyến, không lồi và thậm chí không liên tục của hàm mục tiêu và ràng buộc. Ngoài

ra, nó đã được mở rộng sang các bài toán tối ưu ngẫu nhiên hiện (ESO), và sự tồn

tại của các ràng buộc như phương trình (1-5) và (1-6) thực sự đã cải thiện hiệu quả

lời giải.

18

Hình 1-4. Thể hiện tối ưu hệ thống hồ chứa như một chuỗi quyết định

Nguyên tắc tối ưu của Bellman phát biểu rằng: bất chấp giai đoạn đầu và

trạng thái đầu của chuỗi quyết định Markivian như thế nào, có tồn tại một chính

sách tối ưu từ trạng thái và giai đoạn đó đến khi kết thúc. Với tất cả các kết hợp rời

rạc của st, hàm Ft(st) được tối ưu đệ quy trên mỗi thời đoạn trong một chuỗi ngược

(thông thường) với t = T, T- 1,...,1:

𝐹𝑡(𝑠𝑡) = max(𝑜𝑟𝑚𝑖𝑛)[𝛼𝑡 . 𝑓𝑡(𝑠𝑡 , 𝑟𝑡) + 𝐹𝑡+1(𝑠𝑡+1)] (1-10)

phụ thuộc vào phương trình (1-1) đến (1-6), trong đó tính toán đệ quy được

khởi đầu với:

𝐹𝑇+1(𝑠𝑇+1) = 𝛼𝑇+1. 𝜑𝑇+1(𝑠𝑇+1) (1-11)

Với tất cả các bộ kết hợp rời rạc của st được xét, tính tối ưu toàn cục sẽ được

đảm bảo. Ví dụ với trung bình m số rời rạc hóa của st cho n hồ chứa, T là số bước

thời gian của trục thời gian mô phỏng, số phương án cần phải xem xét là T x mn.

Công tính toán như vậy vẫn là cực lớn nếu mô phỏng bài toán về gần với thực tế.

Đây cũng là nhược điểm cơ bản hay gọi là cản trở của không gian nghiệm lớn

“curse of dimesionality” - một thuật ngữ của Bellman (1961) [37].

Để giải quyết vấn đề này, rất nhiều cải tiến đã được thực hiện trên công thức

DP ban đầu, có thể kể đến như: (i) các kỹ thuật nội suy/tạo lưới thô; (ii) quy hoạch

động xấp xỉ hóa liên tiếp (DPSA); và (iii) quy hoạch động bước (IDP) hay quy

hoạch động vi phân rời rạc (DDDP). Một số tác giả đã đi đầu trong ứng dụng các

phương pháp này cho bài toán vận hành hồ chứa như: với DPSA là Collins (1977)

[38], Yeh (1989) [39], Shim (2002) [40]; với IDP là Hall (1969); với DDDP là

19

Heidari (1971) [41], và Karamouz và nnk (1992) [42]. Kết luận chung là các cải tiến

này đều có nhược điểm là thiết lập thuật giải khá phức tạp, khó hiểu, khó mô phỏng

chi tiết cho các bài toán thực tế và chỉ đảm bảo hội tụ ở các nghiệm cục bộ. Gần

đây, Li và nnk (2014) đã dựa vào một hệ thống máy tính hiệu suất cao (HPC) với

350 lõi tính, đã quay trở lại với phương pháp DP ban đầu của Bellman và ứng dụng

cho một hệ thống thực 5 hồ chứa ở Trung Quốc, kết quả nghiên cứu đã cho thấy

tính hiệu quả của thuật toán song song đề xuất và triển vọng giải quyết bài toán tối

ưu trong thực tế [43].

1.2.4.2 Tối ưu ngẫu nhiên hiện

Không sử dụng chuỗi dòng chảy tất định như ISO, quy trình giải tối ưu ngẫu

nhiên hiện (ESO) đã được đề xuất để trực tiếp tính toán dựa trên các mô tả xác xuất

của các quá trình dòng chảy ngẫu nhiên cũng như các biến ngẫu nhiên. Điều này có

nghĩa là tối ưu được thực hiện mà không phải thừa nhận sự biết trước hoàn hảo về

dòng chảy tương lai. Thêm nữa, các hàm vận hành tối ưu được xác định mà không

cần phải tính toán hồi quy từ các kết quả của tối ưu như ISO (Hình 1-5). Tuy nhiên,

theo Roefs và Bodin (1970) các kỹ thuật gắn liền với ESO được áp dụng cho bài

toán liên hồ chứa thì khối lượng tính toán lớn hơn nhiều so với ISO [44].

Với ESO, phương trình (1-1) có thể lập thành:

max(𝑜𝑟𝑚𝑖𝑛) 𝑬∑𝛼𝑡 . 𝑓𝑡(𝑠𝑡 , 𝑟𝑡 , 𝑞𝑡) +𝛼𝑇+1. 𝜑𝑇+1(𝑠𝑇+1)

𝑇

𝑡=1

(1-12)

Trong đó E: toán tử kỳ vọng thống kê. Các công thức khác dựa trên lý thuyết

chuỗi Markov xem xét trục thời gian vô hạn nơi các thành phần cuối định nghĩa lợi

ích hay giá trị tương lai là không cần thiết [45]. Mục tiêu ở đây là xác định các

chính sách vận hành tối ưu tĩnh dài hạn (theo mùa).

20

*Chú thích: KTĐKD: Kiểm tra điều kiện dừng

Hình 1-5. Cách tiếp cận tối ưu ngẫu nhiên hiện (ESO)

Do dòng chảy đến qt bây giở được xem là các biến ngẫu nhiên, các mức dung

tích được tính nhờ phương trình (1-3) cũng là ngẫu nhiên, nghĩa là các phương trình

(1-5) và (1-6) phải được thể hiện theo xác suất:

Pr[𝑠𝑖,𝑡+1 ≥ 𝑠𝑖,𝑡+1,𝑚𝑖𝑛] ≥ (1 − 𝛼) (1-13)

Pr[𝑠𝑖,𝑡+1 ≤ 𝑠𝑖,𝑡+1,𝑚𝑎𝑥] ≥ (1 − 𝛽) (1-14)

Trong đó α và β là các giá trị mong muốn của rủi ro vi phạm những ràng buộc

này mà nó có thể thay đổi theo mùa. Trong trường hợp này, các dòng chảy đến

không điều tiết được giả thiết là các nguồn chính của sự không chắc chắn và có thể

được thể hiện bằng các phân phối xác suất phù hợp. Chúng có thể là tham số hoặc

phi tham số dựa trên phân tích tần suất. Các biến ngẫu nhiên khác có thể được định

nghĩa bao gồm các tham số kinh tế trong hàm mục tiêu, nhu cầu, và các biến khí

Mô hình

tạo dòng

chảy ngẫu

nhiên hay

chuỗi lịch

sử dài

Mô hình mô

phỏng

Phân tích tần

suất thổng kê

Các phân

bổ xác

suất

Luật vận

hành tối

ưu

Mô hình tối

ưu ngẫu

nhiên

Bắt đầu

Kết thúc KTĐKD

Không

Đạt

21

hậu tác động đến bốc hơi và các tổn thất khác. Các dòng chảy đến không điều tiết

có thể rất tương quan về không gian và/hay thời gian. Với các bài toán vận hành

ngắn hạn, dòng chảy đến có thể được tạo ra từ mô hình dự báo, trong trường hợp

này nguồn cơ bản của sự không chắc chắn là lỗi dự báo. Một số các phương pháp và

kỹ thuật giải đi theo cách tiêp cận ESO là:

Phương pháp quy hoạch tuyến tính ngẫu nhiên (SLP): Theo Kall và

Wallace (1995), thiết lập LP tất định cho bài toán tối ưu hóa hệ thống hồ chứa từ

các phương trình (1-1) đến (1-7) giả thiết rằng tất cả các dòng chảy đến tương lai và

các hiện tượng ngẫu nhiên khác được biết với một mức độ nhất định. Một giả thiết

thực tế hơn là các quyết định giai đoạn đầu có thể được thực hiện với một sự chắc

chắn, nhưng các quyết định tiếp theo và hệ quả của chúng là ngẫu nhiên. Như vậy,

một bài toán gọi là hai giai đoạn được lập để giảm thiểu chi phí tổng cộng (hay tối

đa hóa lợi ích ròng) từ các quyết định giai đoạn đầu, cộng với chi phí dự kiến (hay

lợi ích ròng) của các quyết định tương lai, mà phụ thuộc vào các quyết định giai

đoạn đầu và các thể hiện dòng chảy đến ngẫu nhiên trong tương lai [46]. Khi các

chuỗi kịch bản dòng chảy tương lai được tạo ra, với mỗi chuỗi có một xác suất xuất

hiện giả thiết, thì một bài toán tương đương với tất định có thể được thiết lập tương

ứng với dòng chảy đến đó (kịch bản). Các quyết định xả hồ tương lai được chỉ ra và

thực hiện là kết quả của sự xuất hiện của mỗi kịch bản. Chỉ những quyết định giai

đoạn đầu được thực tế thực hiện, bởi vì những quyết định sau là không chắc chắn

biết được. Sau khi thực hiện được các quyết định giai đoạn đầu, bài toán được tái

thiết lập bắt đầu với các quyết định giai đoạn tiếp theo và được giải trên phần còn

lại của trục thời gian.

Kết quả ứng dụng của SLP cho bài toán tối ưu vận hành hồ chứa nói chung là

ngoài phải chịu hạn chế của tuyến tính hóa các quan hệ thì thường dẫn đến một bài

toán có quy mô cực lớn và thông thường chỉ giải được với 1 hoặc 2 hồ chứa. Một số

các nghiên cứu có thể kể đến như của Jacob (1995) cho hệ thống thủy điện ở Bắc

California [47], Seifi và Hipel (2001) cho các hệ thống hồ chứa lớn [48], Ahmed và

Lansey (2001) cho vận hành các hệ thống thủy điện [49]. Cũng như vậy, theo

22

Howard (1960) thì các ứng dụng của Quy hoạch phi tuyến vào bài toán bài toán

ngẫu nhiên là hiếm bởi yêu cầu công tính toán quá nhiều [50].

Phương pháp quy hoạch động ngẫu nhiên: Các mô hình quy hoạch động

ngẫu nhiên (SDP) giải quyết phương trình đệ quy DP được điều chỉnh cho các bài

toán ngẫu nhiên:

𝐹𝑡(𝑠𝑡) = max(𝑜𝑟𝑚𝑖𝑛)𝐸[𝛼𝑡 . 𝑓𝑡(𝑠𝑡 , 𝑟𝑡 , 𝑞𝑡) + 𝐹𝑡+1(𝑠𝑡+1)] (1-15)

Thông thường tham khảo tới một quá trình quyết định Markov, thiết lập này

thừa nhận dòng chảy không điều tiết tạm thời không tương quan, mặc dù tương

quan không gian có thể được đưa vào. Các mở rộng tới các mô hình lag-1 cần phải

chỉ ra các dòng chảy giai đoạn trước đó là các biến trạng thái phụ:

𝐹𝑡(𝑠𝑡 , 𝑞𝑡−1) =max(ormin)

𝑟𝑡

𝐸𝑞𝑡|𝑞𝑡−1

[𝛼𝑡 . 𝑓𝑡(𝑠𝑡 , 𝑟𝑡 , 𝑞𝑡)

+ 𝐹𝑡+1(𝑠𝑡+1, 𝑞𝑡)]

(1-16)

Các luật quyết định được đơn giản hóa không cần phải giả thiết, và chỉ các

phân phối xác suất được sử dụng để thu được các đường vận hành mà không phải

thừa nhận biết trước các kiến thức về các sự kiện dòng chảy tương lai. Đường quá

trình xả tối ưu r*t(st, qt-1) được tạo ra mà cho phép các nhà vận hành hệ thống hồ

chứa kết hợp sự không chắc chắn thủy văn vào trong các quyết định xả hồ chứa.

Các đường này được tính toán bằng các phương pháp lặp giá trị và lặp đường [51].

Ngoài ra, dạng chuyển đổi SDP có thể cung cấp các đường dung tích tối ưu s*t+1

(st,qt-1).

Kết quả ứng dụng cho bài toán tối ưu vận hành hồ chứa nói chung chỉ dừng lại

cho các bài toán đơn hồ, có thể kể đến như nghiên cứu của Labadie (1993) [52],

Stedinger và nnk (1984) [34]; Huang và nnk (1991) [53]; Vasiliadis và Karamouz

(1994) [54]. Nguyên nhân cơ bản vẫn là khối lượng tính toán quá lớn và để giải

quyết một số các kỹ thuật như Quy hoạch động lấy mẫu của Kelman (1990) [55] đã

được sử dụng. Ngoải ra, các phương pháp IDP, DPSA và DDP vẫn là các kỹ thuật

hữu dụng để mở rộng các cho bài toán ngẫu nhiên, tuy nhiên, vẫn chưa thành công

về tổng thể. Ví dụ nghiên cứu của Sherkat và nnk (1980) [56], nghiên cứu của

23

Ponnambalam và Adams (1996) [57], Archibald và nnk (1997) [58], Braga (1991)

[59], Trezos và Yeh (1989) [39], Ourada (1991) [60], El-Awar và nnk (1998) [61]...

Năm 1970, Hall đã đề xuất một phương pháp để vượt qua vấn đề không gian

nghiệm của DP bằng việc gộp tất cả cả các hồ chứa thành một hồ chứa tương đương

[62]. Mở rộng phương pháp này đã được thực hiện bởi Turgeon (1980) [63], Valdes

và nnk (1992) [64], Saad và nnk (1996) [65]. Tuy nhiên, khó khăn của các phương

pháp tổng và tách trạng thái là sự mất đi của thông tin trong quá trình tổng hợp.

1.2.4.3 Quy hoạch kinh nghiệm (Heuristic) và thuật toán di truyền GA.

Ngược với tất cả các phương pháp giải tối ưu ở trên đều sử dụng các thuật

toán mà có quá trình giải hội tụ hay một cấu trúc tốt được áp dụng để tạo ra các

thông tin định lượng, các phương pháp quy hoạch kinh nghiệm dựa trên các quy tắc

kinh nghiệm “rules of thumb” hay một số các dạng bắt chước để tạo ra thông tin

định tính và định lượng, ví dụ bắt chước chọn lọc tự nhiên, bầy kiến, dơi, chim,

luyện kim... Tuy nhiên, không như hầu hết các thuật toán tối ưu, các phương pháp

kinh nghiệm không thể đảm bảo dừng, thậm chí ở các nghiệm tối ưu cục bộ, nhưng

thường có khả năng đạt gần đến các lời giải tối ưu toàn cục cho các bài toán mà các

phương pháp truyền thống thường sẽ không thể hội tụ hay tắc ở nghiệm tối ưu cục

bộ nào đó.

Trong nhóm này, nổi bật là thuật toán di truyền (GA) với quá trình tìm tối ưu

thông qua sự bắt chước theo cơ chế “chọn lọc và di truyền tự nhiên” (Goldberg,

1989). Ở đây, ba quá trình kinh nghiệm là chọn lọc, sinh sản (trao đổi chéo và đột

biến) được áp dụng ngẫu nhiên cho các biến quyết định rời rạc trong chuỗi “di

truyền”.

Theo một đánh giá của Nicklow và nnk (2010), GA đã được sử dụng rất phổ

biến trong quản lý và quy hoạch tài nguyên nước. Mặc dù chưa có một định nghĩa

tổng quát, GA nói chung bao gồm các đặc điểm sau: (1) Khởi tạo một quần thể ban

đầu là các cá thể/giải pháp tiềm năng nhận diện là các nhiễm sắc thể; (2) tính toán

các giá trị hàm mục tiêu/thước đo tính thích ứng và thực hiện xếp hạng cá thể dựa

trên thước đo này; (3) dựa trên thông tin xếp hạng này lựa chọn cá thể tham gia vào

24

quá trình “kết cặp” mà thông tin nhiễm sắc thể cha mẹ được kết hợp để tạo ra cá thể

con; (4) đột biến mỗi cá thể để duy trì tính đa dạng và ngăn ngừa sự hội tụ sớm về

tối ưu cục bộ. Các bước này được lặp đi lặp lại cho đến khi tìm ra các cá thể/giải

pháp phù hợp (Hình 1-6), trong đó, thuật toán GA duy trì tìm ra các giá trị hàm mục

tiêu tốt nhất mà không cần thông tin đạo hàm [66].

Một số các ứng dụng của GA trong bài toán hồ chứa như: nghiên cứu của

Wardlaw and Sharif (1999) cho bài toán 4 hồ chứa sử dụng tối ưu GA [67], nghiên

cứu của Dessalgene và nnk (2004) trên sông Illinois [68], Wen-Cheng và nnk

(2002) ở Đài Loan [69], nghiên cứu của Kerachian và M. Karamouz (2007) ở Iran

về tối ưu hóa vận hành xem xét chất lượng nước [70], Kuoa và Wanga (2006 )

nghiên cứu hồ chứa Feitsui Reservoir ở Đài Loan [71], nghiên cứu của Devisree

(2014) tại Ấn Độ [72], và nhiều các nghiên cứu khác.

Từ kết quả của các nghiên cứu này đã cho thấy lợi ích quan trọng của GA hay

nói chung là các phương pháp thuộc nhóm “kinh nghiệm” có thể trực tiếp gắn với

các mô hình mô phỏng thủy văn, chất lượng nước… mà không cần đơn giản hóa

các giả thiết trong các mô hình hay tính toán đạo hàm. GA điều chỉnh quần thể cấu

trúc của luật xả dựa trên đánh giá tác động của các luật này ở đầu ra của các mô

hình. Các phân tích tần suất và các thước đo rủi ro có thể trực tiếp đưa vào hàm mục

tiêu. Như vậy, với bài toán đa mục tiêu không phải là tiến về một lời giải duy nhất,

GA tạo ra một nhóm hay một quần thể các giải pháp trong một lần chạy tối ưu.

Cùng với các phương pháp biến thể khác, GA đã tạo lên một lớp tính toán tiến hóa

(EA), mặc dù thường chỉ đảm bảo hội tụ gần đến các nghiệm tối ưu toàn cục nhưng

bù lại sử dụng các kỹ thuật này giúp làm giảm khó khăn của không gian nghiệm lớn

“curse of dimension” cũng như đảm bảo được tính chính xác của các mô hình mô

phỏng [73].

25

Nguồn: Nicklow và nnk (2010) [66]

Hình 1-6. Khung tổng quát của một thuật toán di truyền GA

Trong những thập niên gần đây, các thuật toán GA và những biến thể của nó

đã tạo lên một lớp thuật toán tiến hóa đa mục tiêu (MOEA) được cho là rất hấp dẫn

vì khả năng tìm nhiều nghiệm Pareto trong cùng một lần chạy. MOEA đã thừa

hưởng những ưu thế như của GA ở trên và phương pháp này còn tạo điều kiện cho

tính toán song song để tận dụng khả năng của máy tính. Một số các thuật toán khá

nổi bật của lớp này như NSGAII của Deb (2000) [74], tiếp đó NSGA-III (2014)

[75], tiến hóa sai phân tổng quát GDE3 [76]… và năm 2013, nổi lên là thuật toán

BORG-MOEA do 2 tác giả Hadka và Reed của đại học Pennsylvania, Hoa Kỳ phát

26

triển [2]. Với sáng tạo chính là khả năng tự điều chỉnh lựa chọn các thuật toán tìm

kiếm, BORG được đánh giá là rất hứa hẹn cho bài toán tối ưu đa mục tiêu vận hành

hệ thống hồ chứa [77, 78, 79] .

Các nghiên cứu ở trong nước

Nhiều năm qua, tối ưu hóa vận hành hồ chứa trên lưu vực sông Hồng, cũng

như các nghiên cứu có liên quan đã liên tục được thực hiện bởi đây là vấn đề then

chốt để tiến tới các mục tiêu phát triển kinh tế - xã hội như tăng cường chính sách,

giảm nghèo và quản lý bền vững. Có thể phân loại các nghiên cứu này theo các

nhóm sau đây:

1.3.1. Nghiên cứu về quy hoạch trên vùng Đồng bằng sông Hồng – Thái

Bình

Từ năm 2005 đến nay, Viện Quy hoạch Thủy lợi - Bộ Nông nghiệp và PTNT

đã thực hiện một số các nhiệm vụ quy hoạch tài nguyên nước cho lưu vực sông

Hồng [80, 81]. Mục tiêu của các nghiên cứu này là cung cấp các phân tích đầy đủ

về tình hình sử dụng nước trên lưu vực trong các trường hợp hạn hán, ô nhiễm

nguồn nước, xâm nhập mặn và lũ. Thêm nữa, việc lập quy hoạch còn bao gồm phân

tích và đánh giá nhu cầu nước cho tưới tiêu, cấp nước (sinh hoạt, công nghiệp, và

thủy sản…). Các mô hình toán thường được thiết lập để mô phỏng dòng chảy lũ,

kiệt. Sau đó, nghiên cứu thiết kế phân tích các kịch bản nguồn nước, phát triển kinh

tế, phát triển của hệ thống công trình trên đồng bằng (hay toàn bộ vùng đồng bằng

của Việt Nam). Một số các kết quả chính của các nghiên cứu này là:

- Đã thiết lập được mô hình thủy lực Mike 11 cho sông Hồng để mô phỏng lũ

và kiệt; mô hình Mike Basin để tính toán cân bằng nước cho toàn bộ vùng ĐBSH-

Thái Bình;

- Đã phân tích hệ thống theo các kịch bản cực đoan; đã đưa vào được các yếu

tố BĐKH và NBD. Từ đây, đã đề xuất được các giải pháp quy hoạch, sửa chữa,

nâng cấp công trình và các biện pháp quản lý để cải thiện tính hiệu quả của sử dụng

nước; Đề xuất xây dựng một số các hồ chứa trên lưu vực với tổng dung tích hiệu

27

dụng là 11,406 tỷ m3 và dung tích chống lũ là 7,135 tỷ m3, tăng diện tích che phủ

rừng từ 3.270.161 ha tới 3.631.969 ha năm 2010 và 4.532.425 ha năm 2020…

1.3.2. Nghiên cứu về vận hành liên hồ chứa

Một số các nghiên cứu tiêu biểu ở Việt Nam nói chung và ở lưu vực sông

Hồng nói riêng có thể kể đến như:

- Hà Văn Khối và Lê Bảo Trung (2003) đã đạt được những bước tiến ban đầu

trong nghiên cứu về áp dụng phương pháp lập kê hoạch chủ động 2 chiều cho vận

hành 3 hồ chứa Hòa Bình, Sơn La và Lai Châu trên sông Đà. Tuy nhiên, sự thành

công mới chỉ ở giai đoạn đầu với những phát hiện ban đầu và cần tiếp tục đầu tư để

phát triển thêm [82].

- Lê Kim Truyền và nnk (2007) đã rất thành công trong đánh giá các đặc điểm

cấp nước trên đồng bằng sông Hồng. Từ đây, đã ứng dụng các mô hình toán họ

Mike trong mô phỏng các kịch bản cấp nước và đề xuất các giải pháp. Tuy nhiên,

nghiên cứu cũng mới chỉ dừng lại ở rà soát lại những yêu cầu về vận hành cấp nước

trong mùa khô và không được tiếp tục để tiến tới thiết lập một quy trình vận hành

đầy đủ cho các hồ chứa lớn [83].

- Viện QH Thủy lợi (2005) đã thực hiện nghiên cứu đầu tiên về tối ưu cấp

nước trong mùa khô trên vùng Đồng bằng sông Hồng sử dụng một hệ thống hỗ trợ

ra quyết định tiên tiến trên cơ sở ứng dụng thuật toán GAMS. Tuy nhiên, nghiên

cứu này chỉ tập trung vào giải quyết bài toán phân bổ tối ưu nguồn nước ở vùng hạ

du mà vẫn chưa tập trung sâu hơn đi vào nghiên cứu quy trình vận hành của các hồ

chứa thượng lưu [84].

- Ngô Lê Long (2006) đã từ rất sớm ứng dụng thuật toán Suffle Complex

Evolution (SCE) thuộc nhóm kinh nghiệm nhằm tối ưu vận hành cho hồ chứa Hòa

Bình trong mùa lũ giải quyết sự trao đổi giữa các mục tiêu phát điện ngắn hạn và rủi

ro lũ cũng tính toán phạt tầm nhìn dài hạn khi lệch khỏi quy trình vận hành đã được

tối ưu hóa. Nghiên cứu đã ứng dụng mô hình mô phỏng mạng sông Mike 11 để mô

phỏng hiệu quả vận hành với các chiến lược khác nhau, thuật toán SCE cũng tích

28

hợp sẵn trong modun Autocal đi kèm thuận tiện cho sử dụng, tuy vậy, nghiên cứu

cũng mới chỉ dừng lại hồ chứa Hòa Bình [85].

- Viện QH Thủy lợi (2007) đã nghiên cứu xây dựng quy trình vận hành hệ

thống liên hồ chứa sông Đà và sông Lô nhằm điều tiết nước cho vùng hạ du. Một

bản thảo về quy trình vận hành cấp nước trong mùa khô đã được xây dựng và được

đề xuất đến cơ quan có thẩm quyền nhưng chưa được phê duyệt do chưa có những

cơ sở chắc chắn về liệu hồ chứa thượng lưu Hòa Bình, Thác Bà và Tuyên Quang có

thể giải quyết được những mâu thuẫn giữa phát điện và cấp nước. Tuy vậy, nghiên

cứu này đã đạt được một số những phát triển là:

+ Nghiên cứu đã ứng dụng mô hình thủy động lực cho vùng hạ du để phân tích

các yêu cầu điều tiết nước bổ sung và thỏa mãn nhu cầu nước cho vùng hạ du ở các

cấp khác nhau (các tần suất). Dựa trên các kết quả mô hình, yêu cầu dòng chảy sẽ

được chỉ ra như là các đầu ra (hay các ràng buộc) từ đó mô hình liên hồ chứa

thượng du phải thỏa mãn.

+ Phương pháp vận hành tối ưu các hồ chứa thượng du sẽ bao gồm hàm mục

tiêu của các ràng buộc khác nhau. Hàm mục tiêu của hệ thống được xem là tổng

điện lượng từ 3 hồ chứa.

+ Các tham số thiết kế của các hồ chứa được xem xét về mặt thủy văn, các đặc

tính phát điện và các đặc điểm điều tiết là các ràng buộc điều tiết.

+ Bài toán tối ưu sẽ thực hiện việc tìm nghiệm là các giá trị biên tối ưu như là

dung tích cuối của các hồ chứa, tương ứng với đầu ra xả nước của mỗi hồ chứa tại

mỗi bước tính toán. Thời gian tính toán cho mô hình vận hành tối ưu phân bổ là 10

ngày và mô hình tối ưu GAMS đã được sử dụng trong nghiên cứu [86].

Tiếp đó, Viện QH thủy lợi đã có một nghiên cứu độc lập nữa về quy trình vận

hành hồ chứa Sơn La. Hòa Bình, Thác Bà và Tuyên Quang trong mùa khô năm

2011 và 2013 [81].

- Hà Ngọc Hiến (2009) đã tiến hành một nghiên cứu vận hành tối ưu thời gian

thực cho hệ thống liên hồ chứa sông Hồng để đảm bảo an toàn chống lũ và phát

điện. Nghiên cứu này tập trung chủ yếu giải quyết bài toán tối ưu sử dụng mô hình

29

thủy động lực trong các mùa lũ. Mặc dù có rất nhiều các ràng buộc về cấp nước và

quản lý mà vẫn chưa được xem xét như cấp nước đa nghành trong mùa khô, dòng

chảy môi trường…tuy nhiên, nghiên cứu đã xây dựng được các phần mềm riêng

phục vụ cho tính toán vận hành và làm các tài liệu tham khảo tốt cho kế thừa và

phát triển [87]

- Nguyễn Lan Châu (2010) đã thực hiện rà soát các tác động của hệ thống hồ

chứa trên sông Đà và sông Lô trong mùa khô và đề xuất các giải pháp. Tác giả đã

đưa ra những giải trình chi tiết và đầy đủ về sự thiếu hụt dòng chảy trên hệ thống

sông Hồng trong mùa cạn trong những năm gần đây. Những tác động bất lợi từ việc

sử dụng nước trên dòng chính sông Hồng phía Trung Quốc cũng được nghiên cứu

trong Dự án. Phương pháp dự báo trong các mùa khô đã được nghiên cứu để vận

hành các hồ này và khả năng áp dụng một tối ưu GAMS còn được chỉ ra. Tuy

nhiên, các kết quả còn hạn chế và chỉ mang mục đích thí nghiệm. Công nghệ dự báo

trong mùa khô cho tới 5 ngày cũng được nghiên cứu và chủ yếu dựa trên sự kết hợp

của 3 mô hình:

+ Mô hình Tank và Muskingum: Dự báo một loạt các biến: Dòng chảy đến 3

hồ chứa Hòa Bình, Thác Bà và Tuyên Quang ở Yên Bái, Thái Nguyên, Cầu Sơn và

Chu.

+ Mô dun điều tiết hồ chứa

+ Mô hình thủy lực: Mô hình IMECH-1D (Viện Cơ học) và mô hình Mike 11

[88].

- Bên cạnh các cơ quan nghiên cứu, tập đoàn điện lực Việt Nam (EVN) cũng

đã tiến hành nghiên cứu về xây dựng QTVH cho 4 hồ chứa lớn nhất trên sông Hồng

(là Sơn La, Hòa Bình, Thác Bà và Tuyên Quang). Các đề xuất quy trình đã được

xây dựng cho các hồ chứa vận hành trong mùa lũ và mùa khô quan tâm đến nhu cầu

điện và các yêu cầu cấp nước. Tuy nhiên, có thể thấy rằng việc xây dựng quy trình

các hồ chứa một cách riêng rẽ không thể là câu trả lời toàn diện bởi mỗi hồ chứa sẽ

có tác động đến các hồ chứa khác.

30

- Quách Thị Xuân (2011) đã đưa ra các kết quả từ thử nghiệm một số các

phương pháp trong tối ưu hóa đa mục tiêu vận hành hồ chứa Hòa Bình như với ISO

và ESO với các kỹ thuật DP, SDP, NSGAII. Nghiên cứu đã đạt được các mục tiêu

là: (i) cung cấp phân tích về những trao đổi giữa các nghành cấp nước; (ii) quá trình

tối ưu hóa đã được mở rộng cho cả năm và cho phép sự chuyển dịch nước liên mùa;

(iii) kiểm nghiệm hiệu quả vận hành trên một thời đoạn ngoài thời kỳ tối ưu; và (iv)

khai thác các thông tin ngẫu nhiên (khí tượng) để xây dựng chính sách vận hành

[89].

- Lê Hùng (2012) đã thiết lập được bài toán về vận hành điều tiết tối ưu đơn

hồ chứa phục vụ đa mục đích áp dụng cho các hồ chứa A Vương, Định Bình và

Krông H’năng. Trong đó, tác giả đã ứng dụng thành công phương pháp quy hoạch

động và thuật toán di truyền và bước đầu ứng dụng thành công với nhiệm vụ phát

điện và cấp nước. Kết quả nghiên cứu còn xây dựng được các chương trình tính trên

ngôn ngữ Delphi [90].

- Hoàng Thanh Tùng, Hà Văn Khối và Nguyễn Thanh Hải (2013) đã lần đầu

tiên ứng dụng phần mềm Crystal Ball – một phần mềm chuyên dụng về tối ưu và

phân tích rủi ro trong kinh tế vào bài toán vận hành hồ đa mục tiêu và hệ thống hồ

chứa. Mô hình vận hành kết hợp giữa mô phỏng (mô phỏng dòng chảy ngẫu nhiên

đến hồ theo Monte Carlo, mô phỏng vận hành hồ và bậc thang hồ chứa) và mô hình

tối ưu (tối ưu phi tuyến) để áp dụng cho hồ Tuyên Quang, Thác Bà, và bậc thang hồ

chứa Sơn La, Hòa Bình. Nghiên cứu đã bước đầu đề xuất chế độ vận hành tối ưu

phát điện có xét đến nhu cầu dùng nước hạ du cho các hồ chứa nói trên. Kết quả đạt

được là tương đối tốt so với các mô hình tối ưu sử dụng hiện nay vì mô hình này

cho phép phân tích độ tin cậy và đưa ra chế độ vận hành tối ưu với các mức đảm

bảo khác nhau nhằm hỗ trợ ra quyết định vận hành hồ chứa. Với những thành công

ban đầu này, nhóm nghiên cứu tin rằng có thể mở rộng sử dụng phần mềm này cho

các hồ và hệ thống hồ chứa khác ở Việt Nam [91].

- Gần đây, đại học Bách khoa Milan, Ý (2016) đã phối hợp với Viện Quy

hoạch thủy lợi và các cơ quan ban nghành của Việt Nam thực hiện dự án “Quản lý

31

nước tổng hợp và bền vững hệ thống sông Hồng và Thái Bình trong điều kiện khí

hậu thay đổi”. Trong đó, thông qua quá trình khảo sát thu thập số liệu, đã xây dựng

mô hình tối ưu vận hành liên hồ chứa lưu vực sông Hồng phần Việt Nam với nền

tảng là tối ưu đa mục tiêu nhằm giải quyết các mâu thuẫn giữa chống lũ, phát điện

và cấp nước hạ du. Nhóm tác giả đã sử dụng thuật toán di truyền GA kết hợp thuật

toán Quy hoạch động ngẫu (SDP) nhằm giải bài toán tối ưu. Sản phẩm của dự án là

công cụ Red Two Le trong đó là một bộ các lời giải tối ưu với hàm chính sách hỗ

trợ vận hành thời gian thực. Tuy nhiên, dự án mới chỉ dừng lại xây dựng được cho 4

hồ Hòa Bình, Sơn La, Thác Bà và Tuyên Quang. Ngoài ra, cũng để giảm thiểu khối

lượng tính toán cho bài toán tối ưu, nghiên cứu đã tách hồ Thác Bà ra khỏi hệ thống

và tối ưu độc lập với SDP [92].

Quyết định 1622/QĐ-TTg vận hành liên hồ chứa tháng 9 năm 2015

Dưới sự chủ trì của Bộ TNMT, Hoàng Minh Tuyển và nnk (2015) đã nghiên

cứu và đề xuất được quy trình vận hành hệ thống hồ chứa sông Hồng bao gồm các

hồ Sơn La, Hòa Bình, Thác Bà, Tuyên Quang, Lai Châu, Bản Chát và Huội Quảng.

Và đến ngày 17 tháng 9 năm 2015, Chính phủ đã chính thức thông qua Quy trình

này bằng quyết định 1622/QĐ-TTg, trong đó đã bãi bỏ các các quy trình cũ là

198/QĐ-TTg và 1287/QĐ-TTg [1].

Nghiên cứu đã được tiến hành trên cơ sở sử dụng các mô hình thủy văn, thủy

lực tiên tiến như Mike Basin, Mike 11. Kết quả tính toán đã được tham khảo đầy đủ

các bên như Bộ Công thương, EVN, Bộ Nông nghiệp và PTNT, Bộ GTVT, các địa

phương vùng hạ lưu.

Quy trình đã được thiết lập cho cả mùa lũ và mùa cạn. Với mùa cạn, quy trình

đã chỉ rõ các yêu cầu về dòng chảy mực nước, lưu lượng mà các hồ chứa phải đảm

bảo trong các thời kỳ khác nhau trên cơ sở nghiên cứu một loạt các năm điển hình

kiệt. Các kết quả còn chỉ ra mực nước các hồ chứa mà ảnh hưởng trực tiếp đến hạ

lưu như Hòa Bình, Thác Bà và Tuyên Quang, phải đảm bảo trong các giai đoạn

khác nhau của mùa cạn. Các kết quả có đầy đủ cơ sở vững chắc về khoa học và thực

tiễn. Tuy nhiên, việc xây dựng quy trình mới dừng ở mức xem xét các điều kiện tối

32

thiểu chưa đề cập đến vấn đề phải tối ưu các mục tiêu như phát điện, cấp nước, xâm

nhập mặn…

Kết luận chương 1

Hầu hết các hệ thống hồ chứa ngày nay đều có nhiệm vụ là phải phục vụ cùng

lúc cho nhiều đối tượng như chống lũ, phát điện, cấp nước hạ du cho nông nghiệp,

công nghiệp, thủy sản, dân sinh, môi trường… Với đặc điểm đa mục tiêu như vậy,

nó đã làm nảy sinh các mâu thuẫn giữa các nghành và bị đẩy cao trong bối cảnh của

BĐKH, các hiện tượng cực đoan khí hậu bất thường và các nhu cầu phát triển

nhanh của kinh tế-xã hội.

Với một hệ thống phức tạp như vậy, nghiên cứu mô phỏng hệ thống tài

nguyên nước hệ thống không nên chỉ dừng lại ở các mô hình mô phỏng mà cần phải

phát triển lên thành các mô hình tối ưu hay kết hợp mô phỏng-tối ưu để trả lời câu

hỏi phài làm gì “if then”. Trong bối cảnh này, sự ra đời của khái niệm DSS cũng

như sự phát triển mạnh mẽ của năng lực máy tính đã làm cho bài toán tối ưu vận

hành hệ thống hồ chứa khả thi hơn bao giờ hết.

Quá trình tổng quan đã cho thấy, các nghiên cứu về tối ưu vận hành hồ chứa

thông thường đi theo hai phương pháp là tối ưu ngẫu nhiên ẩn (ISO) và tối ưu ngẫu

nhiên hiện (ESO). Các nghiên cứu đã có được những bước tiến lớn khi dựa trên các

kỹ thuật tối ưu mạnh mẽ như Quy hoạch tuyến tính (LP), Quy hoạch phi tuyến

(LNP), Quy hoạch động (DP), cũng như các phiên bản cải tiến của các kỹ thuật này.

Tuy nhiên, để giải được, các mô hình mô phỏng hệ thống phải được điều chỉnh khá

“thô bạo” như tuyến tính hóa các quan hệ, rời rạc hóa các biến trạng thái hệ thống,

hay phải loại bỏ hoặc đơn giản hóa các hàm không liên tục, không lồi… Điều này

làm các mô hình mô phỏng mất tính tổng quát cũng như không thể phản ánh được

hệ thống thực tế.

Gần đây, các kỹ thuật thuộc lớp Quy hoạch kinh nghiệm bao gồm các nhóm

lấy cảm hứng từ sự tiến hóa của con người (EA), di truyền (GA) hay lấy cảm hứng

từ các loài vật như tổ kiến, bầy ong, bầy dơi…, đang nổi lên với đặc điểm là dễ áp

dụng, cho phép giữ nguyên các mô hình mô phỏng. Và mặc dù thưởng chỉ đảm bảo

33

hội tụ gần đến các nghiệm tối ưu toàn cục nhưng bù lại sử dụng các kỹ thuật này

giúp làm giảm nhiều khó khăn của không gian nghiệm lớn “curse of dimension”.

Nhìn về trong nước, các nghiên cứu cũng đều gặp phải các khó khăn ở trên,

tuy nhiên, các nghiên cứu đã thiết lập được các cơ sở khoa học và thực tiễn quan

trọng, cũng như các công cụ quý giá cho kế thừa và phát triển. Bài toán sông Hồng

đã được nhiều học giả trong và ngoài nước nghiên cứu và các kỹ thuật tiên tiến nhất

cũng đã được áp dụng, tuy nhiên, vẫn chưa thể đưa ra được một giải pháp tổng quát

với đầy đủ các hồ chứa quan trọng (6 hồ chứa) cho mùa cạn.

Trên cơ sở này, nghiên cứu đề xuất xây dựng một giải pháp vận hành cho hệ

thống các hồ chứa lớn sông Hồng thông qua giải bài bài toán tối ưu đa mục tiêu sử

dụng một kỹ thuật tối ưu thuộc nhóm tiến hóa đa mục tiêu (MOEA). Thuật toán

được lựa chọn ở đây là BORG-MOEA được phát triển năm 2013 với những ưu thế

về khả năng tự điều chỉnh so với các các thuật toán trước đây.

Khi nghiên cứu với bài toán hệ thống 6 hồ hoạt động theo bước thời gian

ngày, khối lượng tính toán dự kiến sẽ là rất lớn. Để khả thi, nghiên cứu ngoài việc

đề xuất một khung tính toán tối ưu hay quy trình tính toán tối ưu phù hợp, kết nối

các mô hình hồ chứa, hạ lưu, các hàm mục tiêu, ràng buộc… Toàn bộ mã nguồn của

hệ thống mô hình bao gồm hệ thống hồ và hạ lưu sẽ được nghiên cứu xây dựng

riêng cho hệ thống sông Hồng trên các các ngôn ngữ cấp thấp như C/C++ để đảm

bảo sự tối ưu của thuật toán và hiệu suất tính toán cao.

Ngoài ra, cũng để giảm tính phức tạp cũng như khối lượng tính toán, bài toán

tối ưu cần được thiết lập một cách đơn giản tránh việc lựa chọn quá nhiều hàm mục

tiêu và ràng buộc mang tính máy móc và chồng chéo. Trong nghiên cứu này, phần

đặc điểm hệ thống sẽ được phân tích phân tích kỹ càng để có cơ sở khoa học và

thực tiễn trước khi đi vào thiết lập bài toán và xây dựng các mô hình.

Các nội dung này sẽ được trình bày chi tiết ở Chương 2 của nghiên cứu.

34

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN ĐỀ XUẤT GIẢI

PHÁP VẬN HÀNH TỐI ƯU HỆ THỐNG HỒ CHỨA TRONG MÙA

CẠN TRÊN LƯU VỰC SÔNG HỒNG

Đặc điểm lưu vực và hệ thống hồ chứa sông Hồng

2.1.1. Điều kiện tự nhiên, khí hậu và thủy văn lưu vực

Hệ thống sông Hồng có toạ độ địa lý: (100o06'-106o35') kinh độ đông, (20o

00’-25o 27’) vĩ độ bắc; phía bắc giáp lưu vực sông Kim Sa; phía đông giáp lưu vực

sông Nam Bàn và lưu vực sông Thái Bình, phía tây giáp hai lưu vực sông Mê Công

và sông Mã, phía nam giáp vịnh Bắc Bộ (Hình 2-1). Phần thuộc lãnh thổ Việt Nam

nằm trong phạm vi tọa độ địa lý: (102o10'-106o35') kinh độ đông, (20o00'-23o07') vĩ

độ bắc. Diện tích lưu vực hệ thống sông Hồng khoảng 149.760 km2, trong đó có

75.948 km2 nằm ở nước ngoài (74.828 km2 ở Trung Quốc và 1.120 km2 ở Lào,

chiếm 50,7%) và 73,812 km2 (chiếm 49,3%) nằm trong lãnh thổ Việt Nam [93, 94].

Địa hình trong lưu vực hệ thống sông Hồng rất đa dạng, bao gồm: núi, đồi và

đồng bằng. Địa hình đồi núi chiếm phần lớn diện tích lưu vực, có xu thế thấp dần

theo hướng tây bắc-đông nam, độ cao trung bình 1.090 m. Thực vật trong lưu vực

rất phong phú với nhiều loại thực vật và phân bố theo độ cao khác nhau. Trong

những thập niên 60-80 của thế kỷ 20, rừng bị tàn phá, khai thác bừa bãi, nên tỷ lệ

rừng giảm nghiêm trọng.

Khí hậu trong phần lưu vực hệ thống sông Hồng thuộc lãnh thổ Việt Nam

thuộc khí hậu nhiệt đới gió mùa: (i) Bức xạ tổng cộng trung bình năm từ khoảng 80

kcal/cm2 đến 120 kcal/cm2; (ii) Số giờ nắng trung bình năm từ 1.400 giờ đến hơn

2.000 giờ; (iii) Nhiệt độ không khí trung bình năm biến đổi trong phạm vi từ dưới

14 oC ở vùng núi cao đến (20-24)oC ở vùng trung du và đồng bằng; (iv) Độ ẩm

tương đối của không khí trung bình năm khoảng (80-87)%; (v) Lượng mây tổng

quan trung bình năm biến đổi trong phạm vi (6-8,5)/10 bầu trời; (vi) Tốc độ gió

trung bình năm từ dưới 0,8 m/s ở các thung lũng, sườn núi khuất gió đến (3-4) m/s ở

35

đồng bằng ven biển; (vii) Lượng bốc hơi trung bình năm từ dưới 500 mm ở vùng

núi Hoàng Liên Sơn và 900÷1.100 mm ở trung du và đồng bằng [95, 96].

a. Tài nguyên nước mưa:

Tổng lượng nước mưa trung bình thời kỳ 1960-2012 của toàn lưu vực sông

Hồng khoảng 238,7 km3, bao gồm 100,7 km3 (chiếm 42,2%) trên phần lưu vực ở

nước ngoài (98,9 km3 ở Trung Quốc, 1,79 km3 ở Lào), 138 km3 trên lãnh thổ Việt

Nam (chiếm 57,8%). Tổng lượng mưa năm trên các lưu vực sông như sau: Thao:

63,34 km3 (26,54 %), Đà: 94,81 km3 (39,72%) và Lô: 59,38 km3 (24,88%). Lượng

mưa phân phối không đều trong năm. Mùa mưa hàng năm thường bắt đầu từ tháng

V kéo dài đến tháng IX, X. Lượng mưa trong mùa mưa chiếm khoảng (70-90)%

lượng mưa năm, trung bình khoảng 81%. Tháng VII hay tháng VIII có lượng mưa

lớn nhất với lượng mưa trong tháng này chiếm khoảng (15-25)% lượng mưa năm.

Mùa khô kéo dài từ tháng X,XI đến tháng IV năm sau, nhưng lượng mưa trong mùa

khô chỉ chiếm (10-30)% lượng mưa năm, trung bình khoảng 19%; trong mùa khô

thì ba tháng XII, I-II có lượng mưa trung bình tháng nhỏ nhất với lượng mưa của ba

tháng này chỉ chiếm (1,8-7,5)% lượng mưa năm (Bảng 1- Phụ lục).

b. Mạng lưới sông suối và trạm thủy văn:

Sông Hồng do ba sông nhánh lớn là các sông Thao, Đà và Lô hợp thành. Cả 3

sông này đều bắt nguồn từ tỉnh Vân Nam, Trung Quốc. Phần thượng lưu của ba

sông Thao, Đà và Lô trên lãnh thổ Trung Quốc có tên gọi tương ứng là các sông:

Nguyên, Lý Tiên và Bàn Long; Từ nguồn đến Sơn Tây, sông Hồng dài 1.233 km,

trong đó có 677 km trên lãnh thổ Trung Quốc và 556 km trên lãnh thổ Việt Nam.

Diện tích lưu vực của các sông nhánh như sau: Sông Thao đến Việt Trì 50.074 km2

(chiếm 33,44%), sông Đà 50.530 km2 (33,74%), Sông Lô (36.744 km2 (24,54%),

phần hạ lưu từ Việt Trì đến cửa sông 12.412 km2 (8,28%) (bao gồm sông Đáy (sông

Tích và sông Bôi (2880 km2) và đồng bằng châu thổ (9.532 km2).

Về lưới trạm thủy văn, tính đến nay có khoảng 110 trạm thuỷ văn trên các

sông suối đã và đang hoạt động, trong đó có 51 trạm cấp II (chỉ đo mực nước), bao

gồm các trạm ở vùng không chịu ảnh hưởng của triều và vùng chịu ảnh hưởng của

36

triều, 59 trạm đo lưu lượng nước trong đó có 35 trạm cấp I và 24 trạm cấp II, 13

trạm lấy mẫu nước để phân tích thành phần hoá học nước và 14 trạm đo mặn.

Theo số liệu quan trắc dòng chảy tại các trạm Yên Bái trên sông Thao, Hòa

Bình trên sông Đà và Vụ Quang trên sông Lô, tổng lượng dòng chảy năm trung

bình thời kỳ 1960-2012 (Wo,n) của hệ thống sông Hồng tính đến Trung Hà-Việt Trì

khoảng 115 km3, trong đó sông Thao 26,6 km3; sông Đà 55,0 km3; sông Lô 33,4

km3; và khu vực hạ lưu khoảng 6,80 km3, tuy nhiên, tổng lượng dòng chảy năm

trung bình chỉ khoảng 110 km3 tính đến Sơn Tây và 112 km3 tính theo tổng của

dòng chảy sông Hồng tại Hà Nội và sông Đuống tại Thượng Cát. Nếu tính đến cửa

sông thì tổng lượng dòng chảy năm trung bình của sông Hồng khoảng 121,8 km3,

trong đó từ nước ngoài chảy vào khoảng 48,3 km3 (chiếm 39,7 %).

Có thể nhận thấy, diện tích lưu vực sông Thao và sông Đà xấp xỉ nhau nhưng

lượng dòng chảy năm của sông Đà chiếm tới 45,2%, sông Thao chỉ chiếm 21,8%,

sông Lô và phần hạ lưu tương ứng chiếm 27,4% và 5,6% tổng lượng dòng chảy

năm của hệ thống sông Hồng (Bảng 2-1).

Bảng 2-1. Tổng lượng dòng chảy năm của hệ thống sông Hồng

Lãnh thổ Sông Diện tích lưu

vực (km2)

Tổng lượng

dòng chảy năm

(km3)

Tỷ lệ so với toàn lưu

vực (%)

Diện tích lưu

vực

Dòng

chảy năm

Trung Quốc

Nguyên 38070 15,0 25,6 12,3

Lý Tiên 22610 22,8 15,2 18,7

Bàn Long 14145 9,4 9,5 7,7

Tổng 74.828 47,2 50,3 38,8

Lào Nậm Mức 1120 1,1 0,75 0.9

Ngoài nước Tổng 75.948 48,3 51,1 39,7

Việt Nam

Thao 12000 11,6 8,1 9,5

Đà 26800 31,1 18,0 25,5

Lô 22600 24,0 15,2 19,7

Hạ lưu 11300 6,8 7,6 5,6

Tổng 72.700 73,5 48,9 60,3

Lưu vực

Nguyên-Thao 50070 26,6 33,7 21,8

Lý Tiên-Đà 50530 55,0 34,0 45,2

Bàn Long-Lô 36745 33,4 24,7 27,4

Toàn bộ 148.645 121,8 100 100

Nguồn: Trần Thanh Xuân (2007) [94]

37

Cũng như mưa, hàng năm dòng chảy sông suối cũng biến đổi theo mùa. Trên

lãnh thổ Việt Nam, mùa lũ hàng năm trên các sông thường xuất hiện vào các tháng

V, VI-IX, X. Lượng dòng chảy mùa lũ chiếm khoảng (70-87)% lượng dòng chảy

năm. Mùa cạn kéo dài 6, 7 tháng, từ tháng X, XI đến tháng IV, V năm sau; lượng

dòng chảy mùa cạn chỉ chiếm (10-30)%, trung bình 20% dòng chảy năm, trong đó 3

tháng liên tục có lượng dòng chảy nhỏ nhất chỉ chiếm 4-21%, trung bình 8% dòng

chảy năm và xuất hiện vào các tháng I-III hay II-IV. Tháng có lượng dòng chảy

trung bình tháng nhỏ nhất chỉ chiếm 1-4% lượng dòng chảy năm và thường xuất

hiện vào tháng III hay tháng II (Bảng 2 - Phụ lục). Chế độ nước sông ở vùng đồng

bằng châu thổ sông Hồng còn chịu ảnh hưởng của thuỷ triều ở vịnh Bắc Bộ với chế

độ nhật triều đều [97, 98], càng gần cửa sông thì ảnh hưởng của thuỷ triều càng

mạnh và là nhân tố chủ yếu chi phối chế độ nước sông ngòi, kênh rạch. Giá trị lưu

lượng nhỏ nhất (Qmin) trong thời kỳ quan trắc (trước khi chịu ảnh hưởng của hồ

chứa Hoà Bình trên sông Đà) của sông Hồng tại Sơn Tây và Hà Nội tương ứng là

368 m3/s và 350m3/s (Bảng 2-2).

Bảng 2-2. Lưu lượng đỉnh lũ lớn nhất và lưu lượng nhỏ nhất tại một số

trạm thuỷ văn trong lưu vực sông Hồng giai đoạn trước khi có hồ Hòa Bình

TT Trạm Sông F

(km2)

Chuỗi số

liệu

Lưu lượng đỉnh lũ lớn nhất Lưu lượng nhỏ nhất

Q

m3/s

M

m3/s.

km2

Thời gian

xuất hiện

Q

m3/s

M

l/s.km2

Thời gian

xuất hiện

1 Lào Cai Hồng 41000 1956-1978 8430 0,206 19/VIII/1971 75,0 1,83 28/IV/1956

2 Yên Bái Thao 48000 1956-2004 10100 0,210 15/VIII/1968 114 2,38 1/VI/1958

3 Lai Châu Đà 33882 1961-2004 13000 0,385 29/VI/1990 101 2,99 4/V/1980

4 Tạ Bú Đà 45900 1961-2004 22700 0,495 18/VIII/1996 140 3,05 21/IV/1992

5 Hoà Bình Đà 51800 1956-1987 17200 0,332 9/VII/1964 174 3,36 4/V/1980

6 Hàm Yên Lô 11900 1958-2004 5700 0,479 25/VII/1986 53,0 4,45 8/V/1960

7 Vụ Quang Lô 37000 1957-2004 14000 0,378 20/VIII/1971 128 3,46 8/V/1960

8 Chiêm Hoá Gâm 16500 1959-2004 6220 0,377 18/VIII/1971 47,0 2,85 14/V/1966

9 Sơn Tây Hồng 143600 1956-1987 37800 0,263 21/VIII/1971 368 2,56 7/V/1960

10 Hà Nội Hồng - 1956-1987 25500 - 20/VIII/1971 350 - 9/V/1960

11 Tà Thàng Ngòi Bo 521 1961-1975 2440 4,68 19/VII/1971 3,51 6,74 29/III/1969

12 Nậm Mức Nậm Mức 2680 1961-2004 4480 1,67 17/VII/1994 7,70 2,87 4/V/1980

13 Bảo Yên Chảy 4960 1982-2004 3250 0,655 25/VII/1986 19,0 3,83 4/V/1994

14 Thác Hốc Ngòi

Quảng 664 1961-1976 1010 1,52 18/VIII/1971 4,40 6,63 29/III/1969

15 Lâm Sơn Bùi 33.1 1970-2004 501 15,1 9/VII/2001 0,053 1,60 9/V/1970

16 Ninh Kiệm Ngòi Bo 46.8 1967-1977 172 3,68 29/IX/1969 0,140 2,99 24/VII/19774

38

Hình 2-1. Lưu vực sông Hồng và các hồ chứa lớn

2.1.2. Hệ thống hồ chứa lưu vực sông Hồng

Để khai thác tài nguyên nước và tiềm năng thủy điện, phòng chống lũ, trong

lưu vực đã xây dựng nhiều hồ chứa. Nếu chỉ tính những hồ chứa có dung tích toàn

bộ (Wdt) từ 0,5 triệu m3 trở lên thì trên phần thuộc lãnh thổ Việt Nam có 546 hồ

chứa đã và sắp được đưa vào hoạt động với tổng dung tích 30,71 tỷ m3, bao gồm 71

hồ chứa đang được xây dựng với Wdt=12,3 tỷ m3 và 195 hồ chứa dự kiến sẽ được

xây dựng với Wdt=1,98 tỷ m3. Trong lưu vực có một số hồ tự nhiên tương đối lớn,

như hồ Ba Bể trong lưu vực sông Năng, hồ Tây, hồ Hoàn Kiếm ở TP Hà Nội…

Hiện nay, trong hệ thống sông Hồng đã xây dựng các hồ Sơn La, Hòa Bình

Lai Châu, Bản Chát, Nậm Na và Huội Quảng trên sông Đà; Thác Bà trên sông

Chảy; hồ Tuyên Quang trên sông Gâm, ngoải ra, các hồ Chiêm Hóa; Yên Sơn trên

sông Gâm cũng sắp sửa đi vào vận hành hoàn toàn.

Trong số này, 6 hồ chứa lớn có ý nghĩa là Bản Chát, Lai Châu, Sơn La, Hòa

Bình, Thác Bà và Tuyên Quang (Hình 2-1) có tổng dung tích hiệu dụng khoảng

39

18,92 tỷ (Bảng 2-3) là mang ý nghĩa chiến lược cần thiết phải đưa vào nghiên cứu

phối hợp vận hành.

Bảng 2-3. Tổng hợp các thông số cơ bản các hồ chứa trong nghiên cứu

Thông số Hòa

Bình Sơn La

Tuyên

Quang

Thác

Bà

Bản

Chát

Lai

Châu

ZBT (m) 117 215 120 58 475 295

Z xả hàng năm (m)

104 50,3

W hiệu dụng nhiều năm (tỉ m3)

0,62 0,587

W hiệu dụng hàng năm (tỉ m3) 6,058 6,504 1,079 1,576 1,702 0,7997

N bảo đảm (MW) 548 (671) 522 83,3 41,2 74.7 155,7

N lắp máy (MW) 1920 2400 342 120 220 1200

Q lắp máy (m3/s) 2400 3460 750 420 273,3 1618

Hình thức điều tiết Năm Năm Nhiều

năm

Nhiều

năm Năm Năm

Trên cơ sở kế thừa tài liệu từ Dự án xây dựng quy trình vận hành hệ thống

hồ chứa sông Hồng (QĐ 1622-Ttg) do Hoàng Minh Tuyển và nnk - Viện Khoa

học khí tượng, thủy văn và BĐKH (2014) thực hiện, nghiên cứu xem xét về đặc

điểm kỹ thuật và tình hình vận hành của 6 hồ chứa thủy điện chính trên như sau:

a. Hồ Hòa Bình

Hồ chứa thủy điện Hòa Bình nằm ở thành phố Hòa Bình, trên dòng sông Đà.

Là công trình đầu mối đa chức năng, là nguồn điện chiến lược nằm ở bậc dưới cùng

trong hệ thống bậc thang các công trình Thủy điện trên sông Đà. Công trình được

khởi công xây dựng ngày 06 tháng 11 năm 1979 và khánh thành vào ngày 20 tháng

12 năm 1994.

Công trình thực hiện 4 nhiệm vụ lớn: (i) Điều tiết chống lũ đảm bảo an toàn

cho thủ đô Hà Nội và các tỉnh đồng bằng sông Hồng khi xuất hiện lũ lớn với lưu

lượng 49.000 m3/s; (ii) Sản xuất và cung cấp điện cho đất nước với sản lượng điện

bình quân từ 9,5 đến 10,5 tỷ kwh/năm; (iii) Đảm bảo cung cấp nước về mùa cạn cho

vùng đồng bằng châu thổ sông Hồng phục vụ sản xuất nông nghiệp, công nghiệp và

dân sinh; (iv) Cải thiện điều kiện giao thông thủy để tàu 1.000 tấn có thể đi lại bình

thường trên tuyến sông Đà, sông Hồng. Xem các thông số kỹ thuật và đặc điểm bố

trí cơ bản của hồ trong Hình 2-9.

* Đặc điểm vận hành:

40

Hồ Hòa Bình là hồ chứa điều tiết năm. Tổng hợp số liệu vận hành từ

1991÷2012 cho thấy, kể từ sau khi đi vào vận hành đầy đủ (1995) hồ thưởng tích

nước đến cao trình 117 m so với thiết kế ban đầu là 115 m. Từ năm 1991 đến 2004,

hồ vẫn duy trì phát 1 tổ máy và dòng chảy tối thiểu sau hạ du khoảng 240 m3/s trong

mùa cạn. Từ năm 2005, hồ được giao nhiệm vụ như một nhà máy dự phòng “cầu

chì” cho hệ thống điện nên về mùa cạn hồ phát điện không liên tục, Q xả dao động

lớn trong ngày và có nhiều thời gian ngừng phát điện. Do vậy, ảnh hưởng lớn đến

dòng chảy hạ du và gây mực nước thấp nhất tại Hà Nội có xu thế giảm thấp liên tục.

Theo quá trình mực nước hồ và lưu lượng vào và xả qua hồ, trung bình trong

20 năm hoạt động (Hình 2-2) cho thấy có các giai đoạn như sau:

i) Hồ tích nước: Khoảng từ 10/8-31/10, lúc này quá trình lưu lượng xả qua hồ

nhỏ hơn dòng chảy đến hồ, mực nước hồ tăng dần.

ii) Duy trì mực nước hồ: Khoảng từ 1/11-31/12, lúc này quá trình lưu lượng xả

qua hồ xấp xỉ dòng chảy đến hồ, mực nước hồ gần như nằm ngang.

iii) Hồ gia tăng xả nước: Khoảng từ 1/1-28/2, lúc này quá trình lưu lượng xả

tăng đột ngột để cung cấp nước đổ ải vụ Đông Xuân, Q xả trung bình khoảng 700-

800 m3/s, mực nước hồ giảm nhanh. Thời kỳ này hồ ưu tiên xả nước phục vụ cấp

nước cho nông nghiệp và bảo đảm Q tối thiểu cho các mục đích khác.

iv) Hồ xả nước theo yêu cầu phụ tải điện: Khoảng từ 1/3-15/6, lúc này quá

trình lưu lượng xả lớn hơn lưu lượng về hồ, nhưng có hai thời kỳ khác nhau. Từ

tháng 3 đến tháng 4, Q xả không lớn hơn Q xả tháng 1 và 2, nhằm để dành nước cho

các tháng sau. Từ tháng 5, 6, lưu lượng xả tăng nhanh do các tháng mùa hè nhu cầu

điện tăng cao và nhiều năm có lũ tiểu mãn khá lớn bổ sung nước cho hồ. Thời kỳ

này hồ ưu tiên xả nước phục vụ phát điện là chủ yếu và và bảo đảm Q tối thiểu cho

các mục đích khác.

41

Nguồn: Hoàng Minh Tuyển và Lương Hữu Dũng (2014) [99]

Hình 2-2. Lưu lượng vào và xả, mực nước hồ Hòa Bình trung bình từ năm 1991 đến

2011

b. Hồ Thác Bà

Hồ thuỷ điện Thác Bà là nhà máy đầu tiên của ngành thuỷ điện Việt Nam,

được xây dựng từ năm 1964 trên sông Chảy đến năm 1972 thì phát điện cả 3 tổ

máy. Đập và nhà máy tại thị trấn Thác Bà, huyện Yên Bình, tỉnh Yên Bái. Xem các

thông số kỹ thuật và đặc điểm bố trí cơ bản của hồ trong Hình 2-9.


Hồ Thác Bà là hồ điều tiết nhiều năm được đưa vào hoạt động từ năm 1971.

Kể từ khi đi vào vận hành, hồ chứa Thác Bà rất ít khi tích đạt đầy hồ và hơn một

nửa số năm hoạt động đều đạt mực nước chết hoặc dưới mực nước chết 1-2 m.

Thống kê 35 năm từ năm 1973 đến 2012 cho thấy chỉ có 11 năm hồ đạt mực nước

dâng bình thường trở lên (58,0 m); có 16 năm mực nước hồ xuống dưới mực nước

chết (46,0m) và không có năm nào ở cuối mùa cạn mực nước hồ đạt cao trình xả

hàng năm (50,3m). Như vậy, hầu như năm nào hồ cũng sử dụng hết phần dung tích

điều tiết hàng năm còn sử dụng sang cả dung tích điều tiết nhiều năm. Như vậy vai

trò điều tiết nhiều năm của hồ không còn nữa.

42


Hình 2-3 Quá trình mực nước hồ Thác Bà từ 1973 đến 2012


Hình 2-4 Quá trình xả nước hồ Thác Bà năm 1/1-15/6 năm 2011

Cũng như hồ Hòa Bình, hồ Thác Bà còn có nhiệm vụ bổ sung nước cho hạ du

trong các thời kỳ sử dụng nước khẩn trương ở hạ du. Trong các tháng 1 và 2, có

những đợt gia tăng xả nước, sau đó hạn chế xả nước trong tháng 3, 4, tiếp theo xả

nước theo yêu cầu của phụ tải điện vào tháng 5, 6. Trong thời kỳ gia tăng xả nước,

lưu lượng xả của hồ từ cao nhất có thể lên trên 300 m3/s (Hình 2-4).

c. Hồ Tuyên Quang

Nhà máy thủy điện Tuyên Quang, trước đây còn gọi là Nhà máy thủy điện Na

Hang, nằm trên lưu vực sông Gâm thuộc địa phận xã Vĩnh Yên và thị trấn Nà Hang,

43

tỉnh Tuyên Quang. Thủy điện Tuyên Quang có công suất 342 MW với 3 tổ máy,

khởi công ngày 22/12/2002 và hoàn thành năm 2007.


Hồ Tuyên Quang cũng là hồ điều tiết nhiều năm, mực nước điều tiết hàng năm

là 104 m. Theo nguyên tắc hoạt động của hồ điều tiết nhiều năm, vào những năm

không phải là năm có lượng nước ít hơn năm kiệt thiết kế, thì cuối mùa cạn, mực

nước hồ chỉ đưa về Z điều tiết hàng năm. Dung tích điều tiết hàng năm của hồ

Tuyên Quang nằm từ mực nước 104 đến 120 m là 1,080 tỉ m3. Dung tích điều tiết

nhiều năm từ mực nước 104 m đến mực nước chết 90 m là 0,619 tỉ m3. Trong 8 năm

hoạt động, mặc dầu có nhiều năm hồ tích đầy nước, nhưng hồ luôn sử dụng cả dung

tích điều tiết nhiều năm. Vì nguồn nước thiếu, nhu cầu điện cao từ cuối tháng IV trở

đi, bắt buộc hồ Tuyên Quang hoạt động giống như hồ điều tiết năm. Điều này tương

tự như hồ Thác Bà. Nhìn chung, cuối vào tháng IX, hồ tích được đến mực nước cao

nhất và duy trì mực nước cao cho đến cuối tháng I mới tăng lượng xả, đưa dần mực

nước hồ về mực nước chết (hoặc mực nước điều tiết hằng năm).

Ngoài thời kỳ lũ, nhà máy phát điện theo lệnh điều độ của Trung tâm điều độ

Hệ thống điện quốc gia. Qua số liệu thống kê từ 2007-2014, hồ Tuyên Quang chủ

yếu xả gia tăng bổ sung nước vào hai tháng đầu năm từ tháng I- II khoảng 250-450

m3/s. Các tháng cuối mùa từ tháng III-IV, lượng nước xả xuống hạ du chủ yếu theo

biểu đồ phát điện. Vào các tháng cuối mùa cạn, dòng chảy hạ lưu hồ Tuyên Quang

đặc biệt tại hạ lưu sông Lô tại Vụ Quang rất thấp thậm chí có những khoảng thời

gian trong ngày dòng chảy chỉ ở mức dưới 100 m3/s (do các hồ thủy điện phát theo

biểu đồ ngày và đêm) và có hiện tượng bị đứt dòng ảnh hưởng lớn tới nhu cầu sinh

thái của hạ du (Hình 2-6).

44


Hình 2-5. Mực nước hồ Tuyên Quang từ 1/8 đến 14/6 thời kỳ 2007-2014

Hình 2-6. Lưu lượng vào và xả hồ Tuyên Quang trung bình từ năm 2007 đến 2014

d. Hồ Sơn La

Nhà máy thủy điện Sơn La là nhà máy thủy điện nằm tại xã Ít Ong,

huyện Mường La, tỉnh Sơn La, Việt Nam. Nhà máy được khởi công xây dựng

ngày 2 tháng 12 năm 2005. Sau 7 năm xây dựng, Thủy điện Sơn La được khánh

thành vào ngày 23 tháng 12 năm 2012, sớm hơn kế hoạch 3 năm, trở thành nhà máy

thủy điện lớn nhất Việt Nam và cả khu vực Đông Nam Á. Xem các thông số kỹ

thuật và đặc điểm bố trí cơ bản của hồ trong Hình 2-9.

https://vi.wikipedia.org/wiki/Nh%C3%A0_m%C3%A1y_th%E1%BB%A7y_%C4%91i%E1%BB%87n

https://vi.wikipedia.org/wiki/%C3%8Dt_Ong

https://vi.wikipedia.org/wiki/M%C6%B0%E1%BB%9Dng_La

https://vi.wikipedia.org/wiki/S%C6%A1n_La

https://vi.wikipedia.org/wiki/2_th%C3%A1ng_12

https://vi.wikipedia.org/wiki/2005

45


Hồ Sơn La là hồ lớn nhất trong 5 hồ nhưng mới được tích nước từ 15/V/2010

và đến ngày 26/9/2012 cả 6 tổ máy hoạt động. Trừ mùa cạn năm 2010-2011, hồ

không tích đầy nước, còn lại từ 2012 đến nay hồ đều tích đầy nước, thậm chí năm

2013-2014 hồ tích vượt mực nước dâng bình thường 215m trên 1m (Hình 2-7).

Hình 2-7 Mực nước hồ Sơn La từ từ 1/8 năm trước đến 14/6 năm sau thời kỳ 2010

đến 2014

Qua phân tích số liệu xả nước phát điện từ tháng 1 đến 14/6 của hồ Sơn La

trong 3 năm từ 2012-2014 cho thấy chế độ phát điện khác với hồ Hòa Bình. Hồ Sơn

La cho phép phát điện theo chế độ phủ định rõ ràng hơn và có nhiều thời gian

ngừng xả nước phát điện. Thậm chí trong thời kỳ gia tăng xả nước cho hạ du, hồ

Sơn La vẫn xả nước rất hạn chế so với hồ Hòa Bình (Hình 2-8). Tuy nhiên, đặc

điểm chung vận hành cho thấy trong cuối mùa lũ hồ tập trung tích nước. Trong các

tháng từ X ÷ II hồ xả nước rất hạn chế nhằm duy trì dung tích cao, sang tháng III ÷

IV đã bắt đầu tăng, và tăng vượt hẳn trong các tháng V÷ VI để đảm bảo nhu cầu

điện.

46

Hình 2-8. Lưu lượng xả từ hồ Sơn La và Hòa Bình từ 1/1-14/6/2014

e. Hồ Bản Chát và hồ Lai Châu

Hồ chứa thủy điện Bản Chát được xây dựng tại xã Mường Kim, huyện Than

Uyên, tỉnh Lai Châu. Hồ chứa được xây dựng từ năm 2006 đến năm 2013 thì hòa

lưới điện quốc gia của cả 2 tổ máy. Hồ là công trình điều tiết mùa, trong thời kỳ

mùa cạn hồ được phép tích nước đến cao trình 475 m.

Hồ chứa Lai Châu là công trình trọng điểm quốc gia Việt Nam được khởi công

xây dựng vào ngày 5/1/2011 tại xã Nậm Hàng huyện Mường Tè, tỉnh Lai Châu.

Công trình này được xây dựng ở bậc thang trên cùng của dòng chính sông Đà tại

Việt Nam. Đến năm 2016, chính thức 3 tổ máy đã đi vào phát điện hoàn toàn. Hồ là

công trình điều tiết mùa, trong thời kỳ mùa cạn hồ được phép tích nước đến cao

trình 295 m.

Do 2 hồ mới đi vào hoạt động nên chưa thu thập được số liệu đầy đủ để phục

vụ cho phân tích vận hành. Tham khảo các thông số kỹ thuật và đặc điểm bố trí cơ

bản của hồ trong Hình 2-9.

47

Hình 2-9. Thông số kỹ thuật cơ bản của 6 hồ chứa lớn trên lưu vực sông Hồng

2.1.3. Những yếu tố tác động đến vận hành hệ thống hồ chứa thủy điện lưu

vực sông Hồng

Hệ thống hồ chứa Sơn La, Hòa Bình, Thác Bà, Tuyên Quang, Bản Chát, và

Lai Châu là hệ thống liên hồ chứa đa mục tiêu. Trong thời kỳ mùa cạn, nhiệm vụ

cấp nước hạ du (đảm bảo cấp nước cho các ngành dùng nước và giao thông, bảo vệ

môi trường sinh thái) và nhiệm vụ phát điện là hai nhiệm vụ chính. Trong những

năm gần đây, mặc dù tổng dung tích hữu ích toàn hệ thống đã tăng rất lớn, tuy

nhiên, những vấn đề về khai thác dòng chảy ở thượng du Trung Quốc, thay đổi

trong các nhu cầu nước của các nghành, những tác động của biến đổi yếu tố khí

Hồ Hòa Bình Hồ Thác Bà

Hồ Tuyên Quang Hồ Sơn La

Hồ Bản Chát Hồ Lai Châu

48

tượng thủy văn, biến đổi khí hậu và nước biển dâng, suy giảm đáy sông, phân lưu…

đi sau đó là những mâu thuẫn nảy sinh ngày càng lớn hơn giữa các mục tiêu này đã

và đang đặt ra những thách thức không nhỏ trong vận hành hệ thống phục vụ phát

triển bền vững kinh tế xã hội cả nước.

2.1.3.1 Dòng chảy từ Trung Quốc

Trên thượng nguồn các sông xuyên biên giới thuộc hệ thống sông Hồng, phía

Trung Quốc đang khai thác mạnh mẽ nguồn nước để phát triển thuỷ điện. Theo số

liệu thu thập được từ một số cơ quan (chủ yếu là từ EVN), trên dòng chính các sông

Đà, sông Lô và sông Thao, phía Trung Quốc đã hoàn thành hoặc đang xây dựng 20

nhà máy thuỷ điện. Trong đó, 11 nhà máy trên thượng nguồn sông Đà, 8 nhà máy

trên thượng nguồn sông Lô - Gâm và 1 nhà máy ở thượng nguồn sông Thao. Tuy

nhiên, theo số liệu phân tích sơ bộ từ ảnh viễn thám (chụp trong các năm 2008 và đầu

năm 2009), trên thượng nguồn của hệ thống sông Hồng có khoảng 52 công trình thủy

điện đã hoàn thành hoặc đang xây dựng, trong đó: trên sông Đà có 24 công trình (bao

gồm cả các công trình trên các nhánh khác của sông Đà ở phía Trung Quốc), trên

sông Thao có 23 công trình và trên sông Lô - Gâm có 5 công trình.

Theo trung tâm dự báo Khí tượng Thủy văn Trung ương, tổng lượng dòng

chảy lũ đều giảm tại tất cả các vị trí thượng nguồn sông Hồng trong thời kỳ có hồ

chứa Trung Quốc hoạt động: (i) Sông Đà: các hồ chứa phía Trung Quốc đã giữ lại

một lượng nước khoảng 14%÷20%; (ii) Sông Thao: khoảng 9%÷11%; (iii) Sông Lô:

khoảng 10.5%÷15%.

Về mùa cạn, các hồ chứa Trung Quốc thượng nguồn sông Thao và sông Đà đã

tích nước vào mùa lũ và gia tăng phát điện trong mùa cạn, dòng chảy tại Lào Cai,

Mường Tè và Nậm Giàng trong các tháng mùa cạn đã tăng lên rõ rệt. Tuy nhiên, do

hoạt động theo chế độ phủ đỉnh, dao động dòng chảy ngày càng lớn:

- Trên sông Đà tại trạm Lai Châu: So sánh lưu lượng lớn nhất và nhỏ nhất xảy

ra trong các tháng mùa cạn từ tháng I tới tháng III tại trạm Lai Châu cho thấy:

Trong các năm 2005÷2007 mức độ chênh lệch này chỉ đạt từ 120÷340m3/s thì trong

49

các năm 2008÷2009 mức chênh lệch này dao động từ 400÷770m3/s, năm 2012 có

độ dao động lớn nhất từ 700÷1200 m3/s (Hình 2-10).

- Trên sông Thao tại trạm Lào Cai: Tác động của việc tích và xả nước của các

hồ chứa đã làm cho biên độ về mực nước và lưu lượng dao động trong ngày rất lớn

về các tháng mùa cạn từ tháng I đến III hàng năm, nhất là giai đoạn 2007 ÷ 2012

dao động từ 120÷470 m3/s (Hình 2-11).

- Trên sông Lô - Gâm tại trạm Đạo Đức: Quá trình lưu lượng ngày từ tháng I

tới tháng IV tại trạm Đạo Đức trên sông Lô cho thấy khi các hồ xả nước lưu lượng

tăng đột biến nhưng khi các hồ tích thì lưu lượng hạ thấp rất nhanh. Lưu lượng cao

lớn nhất và nhỏ nhất trong tháng III chênh lệch tới 10 lần (Hình 2-12).

Hình 2-10 Quá trình lưu lượng ngày I-IV/2007-2012 tại trạm Lai Châu

Hình 2-11 Quá trình lưu lượng ngày từ I-IV/2007-2012 tại trạm Lào Cai

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1/1 1/11 1/21 1/31 2/10 2/20 3/1 3/11 3/21 3/31 4/10 4/20 4/30

m3/s

ngày2007 2008 2009 2010 2011 2012

0

100

200

300

400

500

1/1 1/11 1/21 1/31 2/10 2/20 3/1 3/11 3/21 3/31 4/10 4/20 4/30

m3/s

ngày2007 2008 2009 2010 2011 2012

50

Hình 2-12 Quá trình lưu lượng ngày từ tháng I-IV/2007-2012 trạm Đạo Đức

2.1.3.2 Vai trò phát điện của hệ thống

Thủy điện đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp điện cho hệ thống điện

quốc gia, với 48,26% công suất và 43,9% điện lượng, góp phần không nhỏ đảm bảo

cho các hoạt động sản xuất và phục vụ đời sống xã hội. Tính đến hết năm 2012, trên

cả nước có tổng số 1.110 công trình và dự án thủy điện được quy hoạch, trong đó có

239 công trình đã vận hành (chiếm 21,5% tổng số dự án, 51,6% tổng công suất các

dự án được quy hoạch); 217 công trình đang thi công xây dựng (chiếm 19,5% tổng

số dự án, 27,4% tổng công suất); 294 dự án đang nghiên cứu đầu tư và 360 dự án

chưa có chủ trương đầu tư hoặc chưa có nhà đầu tư (chiếm 59% tổng số dự án, 21%

tổng công suất).

Với hệ thống sông ngòi dày đặc, nước ta có tiềm năng thủy điện khá lớn , xác

định khoảng 300 tỷ kWh/năm (tiềm năng lý thuyết tính cho những con sông dài

hơn 10 km) tương đương với công suất lắp máy 31.000 MW , trong đó miền Bắc

chiếm khoảng 60%, miền Trung chiếm khoảng 27% và miền Nam chiếm khoảng

13%. Tuy nhiên, tính toán về mức độ khả thi, thì thực tế chỉ có thể khai thác được

khoảng 26.000 MW (khoảng 100 tỷ kWh/năm), phân bố theo các hệ thống sông

gồm: sông Đà 33%, sông Đồng Nai 13,8%, sông Sê San 10%, sông Vu Gia - Thu

Bồn 5,2%, sông Srêpôk 4%, sông Lô - Gâm - Chảy 3,8% và các sông khác 30,2%.

0

50

100

150

200

250

1/1 1/11 1/21 1/31 2/10 2/20 3/1 3/11 3/21 3/31 4/10 4/20 4/30

m3/s

ngày2007 2008 2009 2010 2011 2012

51

Tính đến năm 2015, tổng công suất phát của toàn bộ các hệ thống điện trên

lãnh thổ Việt Nam là 33.969 MW, trong đó, hệ thống thủy điện sông Hồng đã cung

cấp đến 8008 MW chiếm khoảng 24% toàn hệ thống và bằng gần 50 % của toàn bộ

nguồn thủy điện. Trong những năm hạn hán xảy ra, hệ thống hồ chứa thủy điện

miền Bắc là một trong những nguồn bổ sung chính truyền tải vào miền Trung và

miền Nam. Ngoài ra, theo những cam kết của Chính phủ về cắt giảm lượng phát

thải (Hội nghị COP 21 – Paris 2015), có thể nói vai trò của hệ thống này sẽ là vô

cùng quan trọng đến an ninh năng lượng của quốc gia.

2.1.3.3 Đảm bảo nước cho hạ du

a. Nhu cầu nước

Tổng nhu cầu nước dùng cho vùng châu thổ sông Hồng theo các tháng mùa

cạn trong năm 2010 và dự báo quy hoạch năm 2020 thống kê trong Bảng 2-4. Dùng

nước thời kỳ mùa cạn có đặc điểm là, nhu cầu nước ở các tháng nửa cuối mùa cạn

(từ tháng 2, 3 và 4) lớn hơn thời kỳ đầu mùa, trong đó tháng 2 là tháng có nhu cầu

nước lớn nhất: gấp 2 lần so với tháng 3 và tháng tư và, gấp 5 lần so với tháng 12 và

tháng 1.

Bảng 2-4 Nhu cầu nước dùng vùng châu thổ sông Hồng phân chia theo các ngành

kinh tế (triệu m3)

TT Nhu cầu

2010

T1 T2 T3 T4 T12 5 tháng

mùa cạn Năm

Toàn vùng 357,636 2.475,179 1.291,853 1.400,303 529,386 6.054,358 12.374,912

1 Trồng trọt 165,052 1.996,231 873,824 977,579 180,563 4.193,249 8.271,694

2 Thuỷ sản 0,000 109,351 140,516 140,516 140,625 531,007 1.093,507

3 Đô thị, CN 109,085 98,528 109,085 105,566 109,085 531,349 1.284,387

4 Sinh hoạt nông thôn 45,222 40,845 45,222 43,763 45,222 220,273 532,448

5 Chăn nuôi 5,766 5,208 5,766 5,580 5,766 28,084 67,885

6 Môi trường 32,512 225,016 117,441 127,300 48,126 550,396 1.124,992

Năm 2020

Toàn vùng 494,037 2.365,383 1.354,359 1.449,365 752,500 6.415,644 13.361,149

1 Trồng trọt 162,125 1.759,188 774,700 870,327 227,424 3.793,766 7.447,971

2 Thuỷ sản 0,000 131,935 169,536 169,536 169,668 640,675 1.319,347

3 Đô thị, CN 216,747 195,771 216,747 209,755 216,747 1.055,766 2.552,017

4 Sinh hoạt nông thôn 56,818 51,320 56,818 54,986 56,818 276,761 668,991

5 Chăn nuôi 13,434 12,134 13,434 13,001 13,434 65,436 158,173

6 Môi trường 44,912 215,035 123,124 131,760 68,409 583,240 1.214,650

52

Nguồn: Viện Quy hoạch Thủy lợi (2012) [81]

Hình 2-13. Biểu đồ dùng nước các tháng mùa cạn năm 2010 và đến năm 2020

Về lịch tưới, theo thống kê nhiều năm của Tổng cục Thủy lợi và của Viện Quy

hoạch Thủy lợi thông qua báo cáo của các Công ty TNHH một thành viên khai thác

công trình thủy lợi Bắc Hưng Hải, Bắc Đuống, sông Nhuệ, Bắc Nam Hà và theo

báo cáo của các Tỉnh, thời vụ sản xuất vụ Đông Xuân thể hiện trong Bảng 2-5.

Trong vụ Đông-Xuân, thời gian dùng nước khẩn trương cũng chỉ diễn ra từ giữa

tháng 1 đến gần cuối tháng 2 (Bảng 2-5). Thời kỳ này phải lấy nước để đổ ải và

cũng là thời kỳ vừa ra khỏi vụ Đông nên nhu cầu nước nhiều. Đây cũng là thời kỳ

quyết định phải cấp đủ nước.

Bảng 2-5. Thời vụ sản xuất vụ Đông Xuân trong những năm gần đây

Năm Lịch gieo cấy Thời gian thu hoạch

2004 15/2-28/2 01/6-12/6

2007 10/2-20-2 10/6-20/6

2008 15/2-25/2 15/6-25/6

2009 18/2-25/2 18/6-28/6

2010 18/2-25/2 18/6-28/6

2011 18/2-25/2 18/6-28/6

2012 18/2-27/2 20/6-30/6

2013 05/2-20/2 10/6-26/6

Mặc dù đến năm 2020 tổng nhu cầu nước hạ du trừ tháng 2 có mức tăng

không đáng kể, tuy nhiên có thể nhận thấy rõ mức tăng lớn ở các nhu cầu khác cho

53

thủy sản, đô thị công nghiệp, sinh hoạt nông thôn, môi trường… Và dự kiến mức

tăng này sẽ còn lớn trong tương lai xa hơn. Điều này sẽ tác động không nhỏ đến chế

độ vận hành hệ thống hồ chứa, vừa phải đảm bảo gia tăng về lượng và đặc biệt là về

thời gian cấp và duy trì dòng chảy tối thiểu.

b. Lưu lượng/mực nước đảm bảo yêu cầu sử dụng nước hạ du

i) Trong thời kỳ sử dụng nước gia tăng

Trước năm 2003, lòng sông Hồng, Đuống không bị xói sâu, tỉ lệ phân lưu

dòng chảy sông Hồng sang sông Đuống khoảng 33% và hồ Hòa Bình điều tiết xả

nước theo biểu đồ điều tiết phát điện, Q min không bao giờ nhỏ hơn 250 m3/s thì

hầu như mực nước tại Hà Nội hầu như không thấp hơn 2,2 m. Tức là không cần

thiết phải xem xét vận hành gia tăng cấp nước cho hạ du khi các hồ chứa thủy điện

điều tiết theo công suất đảm bảo như thiết kế ban đầu.

Hình 2-14. Mực nước nhỏ nhất tại trạm Hà Nội từ năm 1991-2013

Sau khi lòng sông bị xói sâu nghiêm trọng, với địa hình lòng dẫn năm 2010,

nếu các hồ chứa chỉ điều tiết theo biểu đồ điều tiết phát điện thì mực nước tháng 1

và 2 tại Hà Nội khá thấp, chỉ dao động trong khoảng từ 1,7 ÷ 2,10 m, luôn thấp hơn

mực nước yêu cầu tưới >2,2 m. Như vậy, với điều kiện lòng dẫn như hiện nay, hàng

năm các hồ chứa thượng nguồn phải điều tiết lưu lượng lớn hơn lưu lượng điều tiết

phát điện mới có thể đạt được mực nước cần thiết đảm bảo tưới cho hạ du. Nếu

không có các biện pháp công trình khác thì việc xả gia tăng lưu lượng trong thời kỳ

đổ ải vụ Đông Xuân là bắt buộc với mức độ dự kiến ngày càng tăng. Số liệu xả thực

54

tế cũng đã xác nhận rõ thêm vấn đề này trong khi diện tích không thay đổi đáng kể

nhưng từ năm 2010 đến 2014 tổng xả đã tăng từ 2,78 đến 5,77 tỷ m3 như Bảng 2-6:

ii) Trong thời kỳ sử dụng nước bình thường

Hiện nay, để có thể đảm bảo yêu cầu giao thông thủy yêu cầu mực nước Hà

Nội 1,18 m sẽ tương đương lưu lượng tại Hà Nội khoảng 650-670 m3/s thì lưu

lượng tại Sơn Tây khoảng 1100-1200 m3/s. Thực ra, với điều kiện lòng dẫn như

hiện nay, trong điều kiện dòng chảy tự nhiên (chưa có điều tiết của hồ chứa) thì

mực nước nhỏ nhất mùa cạn tại Hà Nội tương ứng với tần suất 85% chỉ đạt cao

trình 0,5 m, rất thấp so với yêu cầu giao thông thủy là 1,18 m và yêu cầu 1,2 m

(QTVH 1622/QĐ-Ttg). Theo quan hệ Q-H năm năm 2003 (thời điểm trước khi sự

thay đổi địa hình đáy sông đáng kể) thì để đạt mực nước 1,18 m tại Hà Nội chỉ cần

lưu lượng Sơn Tây khoảng 850-950 m3/s. Bởi vậy hiện nay, nếu xét về mực nước

tối thiểu thì lưu lượng cần phải bổ sung cho hạ du tăng thêm đáng kể so với điều

kiện tự nhiên.

Bảng 2-6. Tổng hợp mức xả và diện tích canh tác Đông Xuân

Năm Tổng mức xả

(109 m3)

Diện tích canh tác vụ

Đông Xuân (ha) Ghi chú

2010 2.782 627,401 3 hồ chứa

2011 2.947 630,757 3 hồ chứa

2012 3.967 635,117

Thêm Sơn La 2013 4.556 634,275

2014 5.77 636,275

(Nguồn: TCTL-BNN&PTNT, https://httl.com.vn, truy cập ngày 12/11/2014)

2.1.3.4 Ảnh hưởng của triều và mặn

a. Triều

Chế độ triều ở hạ du sông Hồng thuộc chế độ nhật triều. Vùng cửa sông Hồng biên

độ triều H max đạt tới 3,54,0 m. Thời gian triều lên khoảng 11 giờ và triều xuống

khoảng 13 giờ. Trong một tháng âm lịch có 2 kỳ triều, mỗi kỳ triều là 15 ngày. Cứ

55

khoảng 15 ngày có một kỳ nước cường kéo dài từ 5-7 ngày và một kỳ nước ròng (Hình

2-15). Sóng đỉnh triều mùa cạn vào sâu trong nội địa 150 km, và trong mùa lũ ảnh hưởng

vào 50100 km. Về mùa cạn thủy triều ảnh hưởng tới trạm thủy văn Hà Nội với biên độ

triều dao động từ 0,150,20 m và tại cống Xuân Quan từ 0,300,40 m. Vì vậy, khi xả

nước bổ sung cho hạ du, thường chọn vào thời kỳ triều cao để giảm lượng nước lấy từ

các hồ mà vẫn bảo đảm được mực nước yêu cầu của các cống lấy nước tự chảy.

Hình 2-15. Quá trình mực nước giờ tại trạm Hòn Dấu từ 1/1-28/2/2013

Thủy triều từ cửa biển dồn vào sông như một đập dâng bằng nước tự nhiên có

khả năng điều tiết dòng chảy trong sông. Với tổng lưu lượng điều tiết của hồ chứa

thượng nguồn trong thời kỳ mùa cạn, ảnh hưởng làm thay đổi mực nước sông chỉ rõ

ràng đối với khu vực thượng nguồn sông của vùng hạ du sông Hồng. Vùng ảnh

hưởng triều mạnh, dòng triều vẫn chiếm ưu thế, mực nước ở vùng này bị khống chế

chủ yếu là do thủy triều.

56

Hình 2-16 Quá trình lưu lượng, mực nước tại một số vị trí từ 1/1-28/2/2006

Trên Hình 2-16 là quá trình mực nước thực đo trên sông Hồng tại một số trạm

thuỷ, hải văn và cửa lấy nước cống Xuân Quan của các tháng I và II năm 2006 cùng

với quá trình lưu lượng xả từ hồ Hoà Bình. Từ hình vẽ cho thấy mực nước tại Hưng

Yên, Phả Lại dao động theo chế độ thủy triều rõ rệt, ít phụ thuộc vào quá trình xả

lưu lượng xả của hồ Hoà Bình. Tại cống Xuân Quan lại có phản ứng rất mạnh khi

thay đổi chế độ xả nước từ hồ Hoà Bình. Điều này cũng có nghĩa là chế độ xả nước

của các hồ chứa thượng nguồn chỉ ảnh hưởng đến chế độ mực nước khu vực thượng

lưu trạm thủy văn Hưng Yên trên sông Hồng và thượng lưu Phả Lại trên sông

Đuống. Như vậy, việc xả nước từ các hồ chứa thượng nguồn sẽ ảnh hưởng lớn đến

khả năng lấy nước tại các khu tưới thượng lưu sông Hồng như Xuân Quan, Liên

Mạc, Long Tửu, trạm bơm Đan Hoài, trạm bơm Phù Sa, trạm bơm Bạch Hạc…

b. Mặn

Đối với các tỉnh vùng ven biển ĐBSH, cấp nước phục vụ nông nghiệp không

chỉ bị ảnh hưởng của nguồn nước phía thượng du mà còn bị ảnh hưởng của xâm

nhập mặn. Độ sâu xâm nhập mặn dao động theo triều và dòng chảy thượng du,

57

thông thường trong khoảng từ 20 – 40 km trên các sông chính như Đá Bạch, Cấm,

Văn Úc, Lạch Tray, Thái Bình, Trà Lý, Hồng, Ninh Cơ và Đáy.

Đặc điểm lấy nước của các hệ thống này thường là tự chảy, nhưng chịu sự ảnh

hưởng rất lớn của mặn. Điển hình mặn năm 2010 (Hình 2-17), khi dòng chảy hạ du

thấp kỷ lục. Mặn đã xâm nhập sâu trên sông Hồng đã vượt qua mom rô, sông Ninh

Cơ bao vây kín các hệ thống lấy nước của Xuân Thủy, Hải Hậu, Nghĩa Hưng, ảnh

hưởng mạnh đến các hệ thống Thái Bình, Hải Phòng, Ninh Bình. Ngoài ra, các công

trình lấy nước dân sinh trên địa bàn các tỉnh này cũng phải lấy nguồn khá lớn từ hệ

thống thủy lợi như các hệ thống Đa Độ, An Kim Hải… cung cấp cho thành phố lớn

như Hải Phòng và ở vùng nông thôn các công trình lấy nước tập trung nhỏ lẻ cũng

chịu những tác động ngắt quãng nguồn cấp, gây những tác động lớn đến kinh tế-xã

hội và đời sống nhân dân [100].

Hàng năm, quá trình xả nước các hồ chứa lớn theo 3 đợt đảm bảo >2,2 m,

không những có tác dụng nâng cao mực nước trên toàn hệ thống, mà còn có tác

động đẩy mặn đáng kể ở vùng ven biển. Các hệ thống thường phải tận dụng triệt để

thời gian này lấy nước trữ tối đa vào bên trong, không những để sử dụng cho thời

kỳ đổ ải và các nhu câu khác mà còn trữ cho các giai đoạn tưới dưỡng tháng III, IV

khi các hồ ngừng xả, mặn cao trở lại. Có thể nói vai trò đẩy mặn của xả Đông Xuân

là tiên quyêt trong đảm bảo các nhu cầu nước của các tỉnh ven biển. Xem Hình 2-18

để thấy rõ tác động và độ trễ đẩy mặn của xả Đông Xuân.

58

Chú thích: mặn 1 %o luôn tồn tại (vàng), mặn 1 %o thường xuất hiện (đỏ), mặn 1%o xâm nhập

tối đa có thể (tím). Nguồn: Vũ Thế Hải và nnk (2014) [100]

Hình 2-17 Xâm nhập mặn 1 %o năm 2010

Mực

nước tại

Hà Nội

Độ mặn tại cống

Tài hệ thống

Xuân Thủy


Ngô Đồng hệ thống

Xuân Thủy


Chúa hệ thống Xuân

Thủy

Hình 2-18 Tác động của vận hành hồ đền độ mặn ở một số cống hạ lưu vùng ĐBSH

xả nước Đông Xuân 2015

59

2.1.3.5 Mâu thuẫn giữa cấp nước và phát điện

Trong điều kiện mà thủy điện vẫn đang là nguồn cấp điện quan trọng cho hệ

thống điện như hiện nay thì phụ tải điện ngày đêm và tỷ lệ tiêu thụ điện hàng năm

sẽ quyết định kế hoạch huy động công suất của các trạm thủy điện. Vận hành theo

chế độ như vậy sẽ đi đến một số các hệ quả sau:

(1) Trong 1 ngày đêm, huy động công suất tại các trạm thủy điện phụ thuộc

vào phụ tải ngày đêm, trong khi các nhà máy thủy điện này có tỷ trọng lớn trong hệ

thống điện quốc gia thì việc các trạm thủy điện phụ trách đỉnh của phụ tải là tất

nhiên. Vấn đề là các nhà máy đều chạy chế độ phủ đỉnh, từ 0 giờ đến 5 giờ hàng

ngày thường hạn chế hoặc không xả nước. Các nhà máy ngừng xả vào ban đêm,

thậm chí, có thời gian nhiều ngày không phát điện, gặp tổ hợp triều thấp gây ra mực

nước hạ du hạ thấp đột ngột. Biểu đồ phụ tải ngày đêm không thứ nguyên của các

năm từ 2006-2009 cho thấy có 2 đỉnh vào 10-11h và 18-19h. Thời gian từ 0h đến 5h

hàng ngày có mức tiêu thụ điện nhỏ nhất.

Nguồn: Viện năng lượng (2016)[101]

Hình 2-19. Biểu đồ phụ tải ngày làm việc điển hình theo tỉ lệ tương đối

(2) Biểu đồ tiêu thụ điện hàng năm cho thấy tháng có mức tiêu thụ điện thấp

nhất là khoảng tháng 1 đến tháng 2. Từ tháng 5 đến tháng 7 lại là thời kỳ tiêu thụ

điện nhiều nhất. Với đặc điểm như vậy, các thủy điện lớn trên hệ thống sông Hồng-

Thái Bình là Hòa Bình và Sơn La phải giảm mức huy động công suất trong tháng 1

60

và 2 để có thể huy động công suất cao hơn vào các tháng cuối mùa cạn (tháng 4 và

5) (Hình 2-20).

(3) Tháng 1-2 và là tháng có nhu cầu sử dụng điện thấp nhất trong năm, nhưng

chính thời kỳ này hạ du sông Hồng cần cấp nước ở mức cao nhất. Do vậy, mâu

thuẫn giữa cấp nước và yêu cầu xả nước phát điện thời kỳ này là rất rõ ràng. Sau

tháng 2, nhu cầu điện tăng dần, vì vậy yêu cầu huy động công suất của các hồ thủy

điện tăng lên, dẫn đến lưu lượng xả xuống hạ du nhiều hơn, yêu cầu cấp nước hạ du

lại giảm nên mâu thuẫn giữa yêu cầu phát điện và cấp nước tự thân được giải quyết.

Biểu đồ tiêu thụ điện (%) trong năm tính theo các tháng trong năm từ năm 2006 đến

năm 2009, đây cũng đặc trưng thể hiện đặc trưng phụ tải điện của năm.

Nguồn: Viện năng lượng (2016) [101]

Hình 2-20. Biểu đồ tỷ lệ tiêu thụ điện theo các tháng trong năm

Điển hỉnh của sự mâu thuẫn này là khi hạn hán lớn xảy vào năm 2010, sau

khi xả Đông Xuân 2 đợt các hồ đã phải ngắt toàn bộ dòng chảy, gây ra mực nước

Hà Nội xuống thấp đến mức kỷ lục trong vòng 100 năm (Hình 2-21).

61

Hình 2-21. Quá trình lưu lượng xả từ các hồ và mực nước tại Sơn Tây và Hà Nội từ

tháng 1 đến tháng 3 năm 2010

2.1.3.6 Tác động của BĐKH

Theo kịch bản biến đổi khí hậu, nước biển dâng cho Việt Nam do Bộ Tài

Nguyên và Môi trường giới thiệu năm 2012 đối với khu vực đồng bằng Bắc Bộ.

Vào cuối thế kỷ 21, nhiệt độ trung bình năm có thể tăng lên 2,40C (kịch bản B2).

Lượng mưa năm có thể tăng khoảng 7-8%, tuy nhiên, lượng mưa thời kỳ từ tháng 3

đến tháng 5 sẽ giảm khoảng 4-7% so với thời kỳ 1980-1999. Lượng mưa các tháng

cao điểm mùa mưa sẽ tăng từ 10-15%. Trong khi đó, cũng theo kịch bản B2 mực

nước biển dâng cũng có khả năng tăng đến 75 cm.

BĐKH hiển nhiên sẽ làm cho mực nước biển dâng kéo theo hệ quả có lợi là

làm đẩy cao mực nước sông thượng du nhưng bất lợi rõ ràng là sẽ làm cho xâm

nhập mặn gia tăng. Một số tính toán đã chỉ ra với mức gia tăng lớn như vậy nhiều

khả năng xâm nhập mặn 4%o sẽ xâm nhập sâu từ 25-40 km, bao vây hoàn toàn các

hệ thống lấy nước vùng ven biển như Hải Phòng, Nam Định, Thái Bình và Ninh

Bình [100, 101]. Ngoài ra, một yếu tố rất quan trọng là biểu hiện về thời tiết cực

đoan như hạn hán, lũ lụt đang có xu thể gia tăng khi nhiệt độ trung bình tăng lên,

tuy nhiên, các nghiên cứu đến nay là rất hạn chế về vấn đề này.

62

2.1.3.7 Quy trình vận hành liên hồ chứa

Tháng 9 năm 2015, Chính phủ đã ban hành quy trình vận hành liên hồ chứa

sông Hồng theo Quyết định 1622/QĐ-Ttg ngày 17 tháng 9 năm 2015, quy định vận

hành cho 7 hồ là Sơn La, Hòa Bình, Thác Bà, Tuyên Quang, Bản Chát, Lai Châu và

Huội Quảng. Đây có thể coi là một dấu mốc quan trọng khi lần đầu tiên đã có một

quy trình cho cả mùa lũ và mùa cạn vào bao gồm tất cả các hồ chứa lớn tính cho

đến thời điểm hiện tại.

Quy trình vận hành liên hồ chứa lưu vực sông Hồng ban hành kèm theo quyết

định 1622/QĐ-Ttg ngày 17 tháng 9 năm 2015 ban hành những quy định vận hành

cho mùa cạn với những quy định như sau:

- Từ ngày 16 tháng 9 đến ngày 14 tháng 6 năm sau, các hồ Sơn La, Hòa Bình,

Thác Bà, Tuyên Quang, Bản Chát, Lai Châu và Huội Quảng trên lưu vực sông

Hồng phải vận hành theo nguyên tắc thứ tự ưu tiên như sau:

1. Đảm bảo an toàn công trình;

2. Đảm bảo nhu cầu sử dụng nước tối thiểu ở hạ du;

3. Đảm bảo tối ưu hiệu quả phát điện.

- Việc vận hành các công trình xả của các hồ chứa phải thực hiện theo đúng

quy trình vận hành công trình xả đã được ban hành, nhằm đảm bảo ổn định cho hệ

thống công trình đầu mối.

- Nguyên tắc vận hành trong mùa cạn

1. Các hồ Hòa Bình, Thác Bà, Tuyên Quang phối hợp vận hành nhằm đảm bảo

duy trì mực nước tại trạm thủy văn Hà Nội trên sông Hồng không thấp hơn 2,2 m

trong các đợt xả nước gia tăng.

2. Các hồ Sơn La, Lai Châu, Bản Chát và Huội Quảng phối hợp vận hành xả

nước bổ sung cho hồ hồ Hòa Bình.

3. Trong thời gian vận hành các hồ chứa, căn cứ vào mực nước hồ hiện tại và

dự báo dòng chảy đến hồ trung bình 10 ngày tới để điều chỉnh vận hành sao cho

mực nước hồ không nhỏ hơn giá trị tại các thời điểm quy định trong Phụ lục IV của

Quy trình này.

63

Các thời kỳ vận hành hồ chứa trong mùa cạn được quy định khá cụ thể cho

từng thời kỳ và từng hồ chứa như tổng hợp trong Bảng 2-7.

Bảng 2-7. Tổng hợp các điều khoản quy định vận hành theo quy trình vận hành

1622/QĐ-Ttg ngày 17 tháng 9 năm 2015

Mùa

cạn Thời kỳ Hồ Hòa Bình Hồ Thác Bà

Hồ Tuyên

Quang Hồ Sơn La

3 hồ Bản

Chắt, Lai

Châu

và Huội

Quảng

16

/09

1

4/0

6

Thời gian xả nước gia tăng

Tối đa 3 đợt,

tổng số ngày

xả không

quá 21 ngày.

Kế hoạch cụ

thể Bộ NN

quyết định

Vận hành đảm bảo

mực nước Hà Nội ≥

2,2 m trong ngày lấy

nước

Q xả trung bình

ngày ≥ 280

m3/s

Q xả trung

bình ngày ≥

500 m3/s

Vận hành

bổ sung

nước cho

Hòa Bình

trường hợp

MN Hòa

Bình nhỏ

hơn Phụ lục

III. Còn lại

chủ động

vận hành

Phối hợp

vận hành bổ

sung nước

cho Sơn la;

Huội Quảng

xả liên tục

Q≥ 5 m3/s

Vận hành đảm bảo MN hồ không nhỏ hơn Phụ lục III.

Trường hợp không thể đảm bảo, 3 bộ Tài nguyên, Công

thương và Nông nghiệp họp để quyết định giảm

Thời kỳ sử dụng nước bình thường

16/09- 30/9 Xả liên tục ≥ 214 m3/s Chủ động vận

hành

Chủ động

vận hành

Vận hành

bổ sung

nước cho

Hòa Bình

trường hợp

MN Hòa

Bình nhỏ

hơn Phụ lục

III. Còn lại

chủ động

vận hành

Phối hợp

vận hành bổ

sung nước

cho Sơn la;

Huội Quảng

xả liên tục

Q≥ 5 m3/s

01/06 –

14/06 Xả liên tục ≥ 214 m3/s

Chủ động vận

hành

Chủ động

vận hành

01/10 – 31/5

trừ xả gia

tăng

- Xả liên tục ≥ 214

m3/s

- Nếu HHà Nội tb ngày trước

<=1,2 m, thì vận hành

tb ngày tối thiểu:

+ 300 m3/s cho tháng

10


11


12 và 01


02 và 04


3 và 5.

- Nếu HHà Nội tb ngày trước

> 1,4 m, thì chủ động

vận hành giảm lưu

lượng xả.

Vận hành từ 7

giờ sáng, ≥ 61

m3/s; thời gian

trong ngày ≥ 12

giờ

Trường hợp

MN tại thủy

văn Tuyên

Quang ≤

15,85 m ngày

hôm trước,

vận hành từ 7

giờ sáng, ≥

94 m3/s; thời

gian trong

ngày ≥ 12 giờ

Vận hành đảm bảo MN hồ không nhỏ hơn Phụ lục III.

Trường hợp không thể đảm bảo, 3 bộ Tài nguyên, Công

thương và Nông nghiệp họp để quyết định giảm

64

2.1.4. Những định hướng để thiết lập bài toán tối ưu vận hành hệ thống hồ

chứa lưu vực sông Hồng

Với những phân tích ở các nội dung trên, có thể tóm lại các đặc điểm cơ bản

của vận hành hệ thống hồ chứa lưu vực sông Hồng trong mùa cạn để làm định

hướng cho thiết lập bài toán tối ưu như sau:

i. Quy trình vận hành với bản chất là các ràng buộc tĩnh sẽ là không đủ để tối

đa hóa hiệu quả vận hành. Các hồ chứa thượng lưu Trung Quốc hoạt động

rất mạnh theo cả chế độ ngày và yêu cầu cấp nước Đông Xuân đang là rất

lớn cho từng ngày. Như vậy, các giải pháp vận hành thời gian thực với

bước hỗ trợ vận hành tối thiểu ở bước ngày trong mùa cạn là cần thiết và

quá trình nghiên cứu cần được thực hiện trên một chuỗi số liệu mô phỏng

đủ dài (50 năm).

ii. Trong hệ thống sông Hồng, đang tồn tại mâu thuẫn lớn giữa phát điện, nông

nghiệp, giao thông thủy và môi trường, tuy nhiên, không dễ dàng để quy

đổi giá trị của điện lượng với an ninh lương thực, bảo vệ môi trường và nhu

cầu giao thông thủy. Như vậy, cách tiếp cận giải bài toán tối ưu đa mục

tiêu trong đó cùng lúc tối đa hóa tất cả các mục tiêu mà không quy về đơn

mục tiêu là phù hợp cho LVSH. Như vậy, giải pháp vận hành của hệ thống

không phải là một mà là nhiều giải pháp Pareto và dành quyền quyết định

cho các cấp thẩm quyền/hội đồng hệ thống lựa chọn. Ví dụ khi hạn hán lớn

xảy ra thì ưu tiên an ninh năng lượng toàn quốc có thể đặt lên trên toàn bộ

các ưu tiên cấp nước khác của riêng lưu vực sông Hồng.

iii. Với các diễn biến bất lợi vể địa hình gần đây thì rõ ràng bài toán cấp nước

trên sông Hồng là bài toán về mực nước. Các yêu cầu cho nông nghiệp,

sinh hoạt, giao thông thủy, môi trường, đẩy mặn, du lịch trên dòng chính có

thể quy chung về mực nước nhưng theo mức độ và thời gian khác nhau.

Cấp nước Đông Xuân để đảm bảo an ninh lương thực vẫn là ưu tiên số một,

65

vấn đề còn lại sẽ là sự trao đổi giữa nhóm năng lượng và mực nước cho các

nghành.

iv. Quy trình vận hành 1622/QĐ-Ttg đã đưa ra các cơ sở quan trọng về dòng

chảy tối thiểu và các quy định vận hành cho mùa lũ, nhưng không hoàn

toàn bắt buộc đi theo các điều khoản về diễn biến dung tích các hồ trong

mùa cạn, vì sẽ làm giảm cơ hội tối ưu hiệu quả vận hành. Tuy nhiên, các

điều khoản cho vận hành mùa lũ sẽ cần thiết để xây dựng hàm vận hành

trong mùa lũ và tạo điều kiện ban đầu cho mùa cạn tiếp theo trong mô

phỏng.

v. Về điểm kiểm soát: Qua thực tế nhiều năm vận hành cấp nước mùa cạn,

điểm kiểm soát bảo đảm cấp nước trong mùa cạn của trên hệ thống sông

Hồng được các cơ quan như Bộ Nông nghiệp, EVN, Bộ Giao thông vận

tải… thống nhất căn cứ vào mực nước trạm Hà Nội. Ngoài ra, quan hệ mực

nước giữa trạm Hà Nội với mực nước thượng lưu cống lớn lấy nước tự chảy

như Phù Sa, Liên Mạc, Xuân Quan, Long Tửu… khá chặt chẽ (Hình 2-22)

cho nên chỉ cần kiểm soát mực nước tại trạm Hà Nội là có thể bảo đảm mực

nước yêu cầu của các hệ thống thủy lợi lớn.

vi. Với một hệ thống hồ chứa thủy điện lớn và một hạ du phức tạp chịu nhiều

tác động và ràng buộc, sẽ là một thách thức không nhỏ trong mô phỏng và

tối ưu hóa vận hành. Như đã phân tích ở trên, để làm đơn giản hóa bài toán,

chọn 6 hồ chứa lớn đưa vào nghiên cứu là Bản Chát, Lai Châu, Sơn La,

Hòa Bình, Thác Bà và Tuyên Quang. Ngoài ra, thuật toán BORG-MOEA

thuộc lớp GA sẽ được sử dụng để tách rời mô phỏng và tối ưu nhằm tạo

điều kiện cho mô phỏng hệ thống gần với thực tiễn nhất.

Như vậy, ta có thể sơ đồ hóa hệ thống từ thượng lưu ra đến biển như Hình 2-23. Từ

sơ đồ này có thể chia hệ thống mô hình ra làm 2 phần: (i) Mô hình hệ thống hồ chứa

sẽ giải quyết phần mô phỏng phạm vi từ thượng lưu đến hạ lưu hồ; (ii) Mô hình hạ

lưu sẽ giải quyết từ sau hồ và các biên tự nhiên ra đến biển. Ngoài ra, do hạn chế về

66

số liệu và thời gian cũng như trong khuôn khổ một đề tài luận án, để đơn giản hóa

bài toán, một số giả thiết nghiên cứu ở mức độ “vừa phải” sẽ được sử dụng là:

i. Bỏ qua vấn đề chảy trễ trong mô hình mô phỏng phần thượng du và hệ

thống hồ chứa. Khu vực miền múi phía Bắc có địa hình khá dốc nên tốc

độ dòng chảy lớn, ảnh hưởng của chảy trễ dự kiến sẽ là nhỏ.

ii. Bỏ qua ảnh hưởng của mực nước Hòa Bình đến nước chân sau hồ Sơn

La. Khi mực nước Hòa Bình vượt MNDBT (117 m) sẽ dự kiến ảnh

hưởng đến mực nước hạ du Sơn La, qua đó, ảnh hưởng đến cột nước

phát điện. Tuy nhiên, trong giai đoạn vận hành mùa cạn thì hiếm khi

mực nước Hòa Bình vượt MNDBT, vì vậy, ảnh hưởng này là nhỏ. Mặc

dù vậy trong trường hợp có đầy đủ số liệu địa hình từ Sơn La về Hòa

Bình thì ảnh hưởng này hoàn toàn có thể đưa được vào trong mô hình.

iii. Ngoài ra, một số giả thiết khác như các biên tự nhiên gia nhập sẽ được

gom lại (Hình 2-23), hiệu suất phát điện tổng hợp được coi như là hằng

số (Mục 2.2.1.1) để làm cho tính toán được giản đơn hơn. Tuy nhiên,

nếu có đầy đủ số liệu thì cũng sẽ dễ dàng được cập nhật vào mô hình.

Chú thích: Xem vị trí các cống lấy nước ở Hình 2-23

Hình 2-22. Quan hệ mực nước trạm Hà Nội với mực nước tại một số cống lấy nước,

mùa cạn năm 2011

67

Hình 2-23. Sơ đồ thủy điện và các trạm thủy văn trên lưu vực sông Hồng

Phương pháp xây dựng giải pháp tối ưu vận hành hệ thống hồ chứa

lưu vực sông Hồng

2.2.1. Thiết lập bài toán tối ưu

Với những định hướng như ở trên, hàm mục tiêu, ràng buộc và những điều

kiện cơ bản cho bài toán có thể được thiết lập như sau:

2.2.1.1 Hàm mục tiêu

a. Tối đa hóa lợi ích phát điện tương đối của hệ thống hồ chứa trong mùa

cạn.

Cần phải thừa nhận rằng lợi ích phát điện mới là yếu tố tạo ra sự mâu thuẫn

chính trong vận hành trên hệ thống chứ không phải là điện lượng. Giai đoạn hệ

thống cần huy động nhiều là các tháng cuối mùa cạn đầu mùa lũ V, VI, VII trong

khi giai đoạn nhu cầu điện ít sẽ là các tháng XII, I, II và III (Hình 2-20). Như vậy,

phải phát điện ở các tháng có nhu cầu điện ít do còn phải đảm bảo nhu cầu nước

68

nông nghiệp (toàn bộ nước được qua turbin để tận dụng cho điện) sẽ đem đến lợi

ích điện nhỏ, trong khi dành nước để phát cho các giai đoạn nắng nóng sẽ mang lại

giá trị lớn (cả hiệu suất phát và giá thành). Hàm lợi ích phát điện tương đối của hệ

thống hồ chứa trong mùa cạn có thể thiết lập như sau:

FBđiện = max ∑ 𝛼𝑡𝑇𝑡=1 . ∑ [K. e𝑡

𝑖 . ρ. rt𝑡𝑖 . gn

i=1 . (�̅�𝑡𝑖 − ℎ𝑡

𝑖)] (kWh) (2-1)

Trong đó:

- n: là số lượng hồ chứa, và n = 6 hồ như đã chỉ ra trong Mục 2.1.4.

- T là trục thời gian tính toán 50 năm, với bước thời gian là ngày. Hàm mục

tiêu này sẽ được tính cho mùa cạn, ở đây chọn thời gian mùa cạn là 16/9 ÷ 14/6 năm

sau là 272 ngày (để cho đơn giản không tính ngày 29/2 của các năm nhuận). Mặc dù

mô hình chỉ tính hàm mục tiêu trong mùa cạn, nhưng do điều kiện ban đầu cần có,

mô hình được tính qua mùa lũ theo quy trình 1622/QĐ-Ttg. Như vậy, tổng số bước

tính cho toàn trục mô phỏng sẽ là 365 x 50 là 18250 bước.

- αt: là hệ số lợi ích phát điện tại bước thời gian t. Nó là tỷ số mức độ tiêu thụ

điện so với giai đoạn tiêu thụ thấp nhất trong mùa cạn, điều này nghĩa là αt ≥ 1

(Hình 2-24). Ở đây, do không có điều kiện thu thập về số liệu giá bán điện của các

nhà máy lên hệ thống, để có được giá điện ở các thời kỳ khác nhau, thì tạm lấy giá

bán điện bằng hệ số này nhân với giá bán trên một KWh vào thời kỳ thấp điểm nhất

là 1000 đồng/KWh.

- ei: là hiệu suất tổng hợp của cả turbine và máy phát tại hồ chứa thứ i và hệ số

này thực tế là một hàm của mực nước và lưu lượng. Có thể tính toán hệ số này về

mặt lý thuyết bằng biểu đồ quan hệ đặc định của turbin và máy phát hay có thể tính

toán chính xác hơn dựa trên số liệu vận hành thực tế của nhà máy. Tuy nhiên, do

không có điều kiện thu thập số liệu và cũng sẽ không làm ảnh hưởng nhiều đến kết

quả tính toán, để cho đơn giản ta lấy các hệ số này là hằng số 0,87 (turbine) và 0,93

(máy phát) phổ thông như trong giai đoạn nghiên cứu khả thi.

- ρ: là khối lượng riêng của nước, 1000 kg/m3;

- rt𝑡𝑖 : là lượng xả ngày qua turbine của hồ chứa thứ i trong bước thời gian t;

- g: là gia tốc trọng trường, 9,81 m/s2;

69

- 𝐻𝑡𝑖: là mực nước bình quân thượng lưu trong bước tính toán, là hàm của mức

dung tích đầu và cuối;

- ℎ𝑡𝑖 : là mực nước bình quân hạ lưu trong bước tính toán, là hàm của lưu lượng

xả qua đập dung tích đầu và cuối;

- K: hệ số quy đổi đơn vị, ở đây chuyển đổi ra đơn vị là Kwh cho bước tính

toán ngày là 24 giờ, như vậy K = 0.024.

(Chú thích: trục hoành là thứ tự ngày trong mùa cạn; trục tung là tỷ lệ tiêu thụ điện so với thời kỳ thấp nhất là

1, đã tính đến cả chênh lệch trong ngày)

Hình 2-24. Hệ số lợi ích phát điện trong mùa cạn tính từ 16-9 đến 14-6 hàng năm.

b. Tối đa hóa trung bình các mực nước nhỏ hơn 1,2 m tại Hà Nội trong thời

kỳ thông thường của mùa cạn

Với định hướng ở trên, đảm bảo an ninh lương thực vẫn sẽ là ưu tiên hàng đầu

của hệ thống. Duy trì mực nước vụ Đông Xuân 2,2 m cho các ngày cấp nước gia

tăng đã được kiểm tra trên toàn bộ chuỗi số liệu 50 năm và kết quả là hệ thống có

thể đảm bảo mục tiêu này, như vậy có thể chuyển mục tiêu này thành ràng buộc và

chỉ giữ yêu cầu mực nước ở các thời kỳ cấp nước thông thường là hàm mục tiêu.

Với lựa chọn như vậy, nếu phải đảm bảo lưu lượng hạ du không được nhỏ hơn

lưu lượng tự nhiên ứng với tần suất 90% là Q nền của nước ngầm, thì mực nước Hà

Nội hiện nay chỉ là 0,6 ÷ 0,7 m. Tuy nhiên, để đảm bảo các yêu cầu khác là giao

thông thủy và tưới dưỡng trong nông nghiệp, và do đáy địa hình ngày càng bị hạ

thấp thì mực nước đã được nâng lên là 1,2 m (Quy trình 1622/QĐ-Ttg). Tuy nhiên,

70

thực tế là việc duy trì liên tục mực nước này là rất khó khăn (thông thường các nhà

máy này huy động tốt với Hà Nội ở mức dòng chảy nền là 0,6 ÷ 0,7m) [99]. Kiểm

tra tối ưu vận hành với mô hình cho toàn chuỗi số liệu 50 năm cũng cho thấy, với

ràng buộc mực nước trên 1,2 m là bài toán không có nghiệm. Điều này có nghĩa là

sẽ vẫn có những ngày trong 50 năm tồn tại mực nước Hà Nội dưới 1,2 m, vì vậy,

không thể đặt điều kiện này thành ràng buộc mà có thể chuyển nó thành hàm mục

tiêu. Và để toàn diện hơn, chuyển yêu cầu này thành tối đa hóa trung bình các mực

nước Hà Nội nhỏ hơn 1,2 m, sẽ đảm bảo được cả số lần vi phạm và mức độ vi

phạm, công thức cho hàm này đề xuất như dưới đây:

Ftb(hHN<1,2m) = max(1

𝑇∑ (ℎ𝐻𝑁𝑡 ∗ 100))𝑖𝑓ℎ𝐻𝑁𝑡 < 120(𝑐𝑚)𝑇𝑖=1 (2-2)

Trong đó:

- ℎ𝑡𝐻𝑁: Là mực nước tại Hà Nội cuối bước t, với ℎ𝑡

𝐻𝑁= f (𝑟𝑡𝑖 , 𝑞𝑡

𝑘, τ𝑡 , ℎ𝑡−1𝐻𝑁 , … ) và

đơn vị là (m).

+ 𝑟𝑡𝑖 : Là lượng xả từ 3 hồ chứa Hòa Bình, Thác Bà và Tuyên Quang tại bước

thời gian t.

+ 𝑞𝑡𝑘: là lưu lượng tự nhiên, khu giữa gia nhập đoạn sau hồ đến điểm kiểm

soát;

+ T: Thời gian mùa cạn

+ τt : Là mực nước triều trung bình tại bước thời gian t tại Ba Lạt.

2.2.1.2 Ràng buộc

Ràng buộc là một thành phần bắt buộc trong bài toán tối ưu. Việc đưa vào các

ràng buộc đảm bảo hệ thống hoạt động đúng theo các đặc điểm vật lý và chính sách

của hệ thống trong thực tiễn. Có thể nói, ràng buộc quyết định gần như phương

pháp giải bài toán tối ưu, do đó việc xử lý các ràng buộc là hết sức hệ trọng. Ở đây,

nghiên cứu này áp dụng sử dụng cách lồng ghép hầu hết các ràng buộc vào bên

trong mô hình theo phương pháp max và min, chỉ để lại một số các ràng buộc mang

tính chính sách bên ngoài. Do đó, việc xử lý các ràng buộc sẽ được trình bày trong

71

nội dung xây dựng mô hình hồ chứa Mục 2.2.3. Ở đây, xin đưa ra các ràng buộc

mang tính tổng quát cho hệ thống như sau:

a. Phương trình cân bằng hệ thống hồ.

𝑠𝑡+1𝑖 =𝑠𝑡

𝑖 + C. 𝑟𝑡𝑖 + 𝐼𝑡

𝑖 +𝐸𝑡𝑖 , với t = 1,…,T; i = 1,…,6. (2-3)

Trong đó:

- 𝑠𝑡𝑖 , 𝑠𝑡+1

𝑖 : Là các dung tích hồ chứa chứa thứ i tại đầu bước thời gian t và t +1;

- 𝐼𝑡𝑖: là dòng chảy đế hồ chứa thứ i trong bước thời gian t;

- C : là ma trận kết nối hệ thống hồ, theo thứ tự i = 1÷ 6 là các hồ Bản Chát,

Lai Châu, Sơn La, Hòa Bình, Thác Bà và Tuyên Quang.

100000

010000

001100

000111

000010

000001

C

(2-4)

- 𝑟𝑡𝑖: là lượng xả của hồ chứa trong bước thời gian;

- 𝐸𝑡𝑖 : là tổn thất bốc hơi của hồ chứa trong bước thời gian, nó có thể lả.

b. Ràng buộc về dung tích trữ, lượng xả qua công trình tràn, cống, turbine.

Các biên trên và biên dưới của dung tích đảm bảo các giới hạn của dung tích

chết và dung tích tối đa. Ngoài phải, cần được xem xét cho du lịch, kiểm soát lũ,

thủy sản…

s𝑡,𝑚𝑖𝑛𝑖 ≤ s𝑡

𝑖 ≤ s𝑡,𝑚𝑎𝑥𝑖 với t =1,…T (2-5)

Các mức xả tối thiểu và tối đa của hồ chứa và đảm bảo nằm trong năng lực vật

lý của công trình xả. Ngoài ra, cần được xem xét cho dòng chảy tối thiểu, môi

trường sau hồ… Các yêu cầu này được thiết lập bám sát Quy trình 1622/QĐ-Ttg:

𝑟𝑡,𝑖𝑚𝑖𝑛 ≤𝑟𝑖,𝑡 ≤ 𝑟𝑡,𝑖

𝑚𝑎𝑥 (2-6)

Các giá trị min và max này sẽ được chuyển thành các hàm toán học được tính

toán trước tạo ma trận số liệu lồng vào trong hệ thống mô hình nhằm phục vụ quá

trình nội suy lấy kết quả để giảm thiểu tối đa công tính toán trong quá trình tối ưu.

72

c. Đảm bảo mực nước 2,2 m cho nhu cầu nước nông nghiệp vụ Đông Xuân

Như đã chỉ ra ở Mục 2.1.3.3, để đảm bảo yêu cầu cấp nước Đông Xuân

ℎ𝑡𝐻𝑁 ≥ 2.2 (m) trong các ngày cấp nước gia tăng, các ràng buộc có thể được định

nghĩa như dưới đây:

𝐶𝑜𝑛1ℎ𝐻𝑁2.2𝑚 = ∑ {𝐾𝑐3(2.2 − ℎ𝑡𝐻𝑁)

tTĐX

𝑖𝑓ℎ𝑡𝐻𝑁 < 2.2} (2-7)

với Kc3 = 100 chuyển đơn vị m sang cm.

d. Giới hạn của dung tích hồ chứa cuối mùa cạn đảm bảo chống lũ theo quy

trình 1622/QĐ-Ttg

Theo quy trình, tại cuối mùa cạn các hồ bắt buộc phải hạ dung tích xuống

dung tích đón lũ sTcki ≤ STck

i . Có thể định nghĩa ràng buộc này như sau:

𝐶𝑜𝑛2𝑠𝑇𝑘=∑ {(sTck

i𝑛𝑖=1 − STck

i ) if sTcki > STck

i } (2-8)

với Tck , sTcki , STck

i , lần lượt là bước thời gian, dung tích hồ chứa thứ i, dung

tích yêu cầu theo quy trình vào cuối mùa cạn và n = 6 là số lượng hồ chứa.

Như vậy, ta có các nhóm rằng buộc từ 1 đến 2 được lồng ghép trước vào mô

hình, quá trình ra quyết định luôn thỏa mãn các ràng buộc này. Với bài toán tối ưu

đa mục tiêu có ràng buộc, các ràng buộc 3 và 4 được tính toán khi kết thúc chuỗi

vận hành, quá trình tìm nghiệm tối ưu sẽ bắt đầu đi tìm các nghiệm khả thi (thỏa

mãn các ràng buộc này) trước.

2.2.2. Khung tính toán tối ưu xây dựng hàm vận hành thời gian thực cho hệ

thống hồ chứa sông Hồng trong mùa cạn.

Quay lại với mục tiêu của nghiên cứu, quá trình tính toán tối ưu sẽ nhằm mục

đích tìm ra hàm vận hành cho hệ thống trên cở sở thiết lập bài toán tối ưu và mô

hình mô phỏng như ở trên. Như phần tổng quan đã chỉ ra, để giải một hệ thống các

phương trình phi tuyến phức tạp của hệ thống hồ chứa, tối ưu ngẫu nhiên hiện

(ESO) đã được phát triển. Đây là một cách tiếp cận mà tích hợp trực tiếp các hàm

dòng chảy đến ngẫu nhiên vào bài toán tối ưu. Khác với ESO, tối ưu ngẫu nhiên ẩn

(ISO) sử dụng những kịch bản dòng chảy đến tất định dài bao gồm cả quá khứ hay

73

nhân tạo. Trong cách tiếp cận này, bản chất ngẫu nhiên được hiểu là đã ẩn vào trong

chuỗi kịch bản này. Mặc dù những phương pháp/kỹ thuật đi cùng với các cách tiếp

cận này rất hay và mang tính ứng dụng cao, chúng vẫn gặp rất nhiều những khó

khăn về mặt tính toán khi giải quyết những bài toán hệ thống hồ lớn và mang tính

phi tuyến cao.

Theo một hướng tối ưu hóa khác, tối ưu mô phỏng tham số hóa (PSO) thì định

nghĩa trước một dạng hàm chính sách vận hành/luật vận hành (sau đây xin gọi là

chính sách vận hành), sau đó sử dụng các quy trình tối ưu phi tuyến để tìm ra bộ

tham số với hiệu quả thể hiện tốt nhất theo một chuỗi kịch bản. Với cách tiếp cận

này, hầu hết các sự kiện ngẫu nhiên của bài toán như dòng chảy đến, các tham số

phân bổ theo không gian và thời gian đã được ngầm đưa vào mô hình. Vì thế, nó

làm giảm bớt trở ngại về không gian nghiệm lớn so với ISO và ESO (Chang và nnk,

2005; Chen, 2003; Momtahen & Dariane, 2007). PSO cơ bản khác với ESO ở chỗ,

vì nó đã định nghĩa trước hàm chính sách vận hành vì vậy nó không phải trải qua

quá trình tính toán hồi quy để tìm hàm chích sách, do đó, nó còn được gọi là cách

tiếp cận tìm trực tiếp chính sách vận hành.

Trên cơ sở ứng dụng cách tiếp cận PSO, nghiên cứu đề xuất một khung/quy

trình tính toán tối ưu để tìm hàm chính sách vận hành. Ở đây, hàm chính sách vận

hành sẽ được định nghĩa về dạng trước và quá trình tìm kiếm hàm bản chất là quá

trình đi tìm bộ tham số của hàm. Khung tính toán bao gồm các yếu tố cấu thành như

sau:

i. Thuật toán BORG-MOEA: là trung tâm của quá trình, đảm trách về chiến

lược tìm kiếm. Khi bắt đầu hay ở thế hệ đầu tiên, thuật toán sẽ chịu trách

nhiệm ngẫu nhiên khởi tạo một tập hợp/quần thể các bộ tham số khởi đầu của

hàm vận hành. Và ở các thế hệ tiếp theo, việc tạo các bộ tham số con sẽ căn cứ

trên hiệu quả vận hành của các bộ tham số thế hệ cha mẹ và các toán tử quy

định các quá trình chọn lọc và tái tạo (trao đổi + đột biến). Khi đạt đến các tiêu

chí dừng về hiệu quả vận hành, sự đa dạng của mặt Pareto hay giới hạn số lần

74

đánh giá, thuật toán sẽ quyết định dừng quá trình trình tính toán (trình bày sâu

về thuật toán trong Mục 2.2.6).

ii. Hàm vận hành: Như đã chỉ ra với PSO, hàm vận hành sẽ được định nghĩa

trước về dạng trước khi thực hiện quá trình tính toán tối ưu. Nhận được bộ

tham số từ BORG, hàm vận hành sẽ tham gia tính toán hỗ trợ ra quyết định

vận hành trong từng bước mô phỏng của mô hình. Vì đây là quá trình tính toán

tối ưu tìm hàm, đương nghiên là các kết quả gợi ý của hàm sẽ được thực thi

vào trong mô hình.

iii. Mô hình hệ thống: Mô hình hệ thống bao gồm 2 mô hình là mô hình hệ thống

hồ và mô hình hạ lưu như đã trình bày ở trên. Trong đó mô hình hệ thống hồ

trong mùa cạn tạo điều kiện cho sự tham gia của hàm vận hành; mô hình mùa

lũ đi theo các điều khoản trong mùa lũ của quy trình 1622/QĐ-Ttg, chạy kế

tiếp liên hoàn sau mùa cạn để tạo điều kiện ban đầu cho mùa cạn tiếp theo.

Song song với nó, mô hình hạ lưu nhận đầu ra của mô hình hồ để chạy ra mực

nước ở điểm kiểm soát.

iv. Đánh giá hiệu quả của hàm vận hành: Như vậy, với mỗi hàm vận hành

được cấp mô hình hệ thống sẽ được chạy trên một chuỗi số liệu từ năm 1961

đến năm 2010. Các kết quả từ mô hình sẽ được sử dụng để tính toán giá trị

hàm mục tiêu và các ràng buộc, các kết quả này sau đó sẽ được trả về cho

BORG. Quá trình cấp phát hàm, chạy mô hình và đánh giá hiệu quả hàm vận

hành có thể lên đến hàng triệu lần đánh giá và có thể tiến hành song song, vì

vậy, có thể sử dụng các máy tính đa lõi với kích thước bộ nhớ RAM lớn để

tăng tốc độ và nâng cao hiệu suất tính toán của quá trình.

Các nội dung chi tiết của các thành thành phần được trình bày ở các mục dưới

và khung tính toán được sơ họa như Hình 2-25.

75

Hình 2-25. Khung tính toán tối ưu xây dựng hàm vận hành thời gian thực cho hệ

thống hồ chứa sông Hồng trong mùa cạn

2.2.3. Mô phỏng hệ thống hồ chứa

Mô phỏng hệ thống hồ chứa, được tiến hành cho từng hồ chứa, sau đó kết hợp

mô phỏng cân bằng nước cho toàn hệ thống hồ. Ở đây, với mục tiêu xây dựng một

hàm ra chinh sách vận hành hồ chứa thời gian thực, quy trình tính toán sẽ được xem

xét kỹ để đưa vào qua trình tính toán hàm ra quyết định. Các thành phần cơ bản của

mô hình hệ thống hồ chứa như sau:

2.2.3.1 Các quan hệ đặc tính hồ chứa

Thu thập các số liệu đặc tính của các hồ chứa, xây dựng các hàm nội suy cho

các quan hệ này thu được kết quả như dưới đây:

a. Quan hệ dung tích và mực nước

76

Hình 2-26. Quan hệ dung tích và mực nước hồ chứa

b. Quan hệ dung tích và lưu lượng

Hình 2-27. Quan hệ dung tích và diện tích mặt hồ

77

b. Quan hệ mực nước và lưu lượng hạ lưu hồ

Hình 2-28. Quan hệ lưu lượng và mực nước hạ lưu

2.2.3.2 Quan hệ mực nước và mức xả tối đa, tối thiểu

Như đã trình bày ở Mục 2.2.1.2, các ràng buộc của hệ thống sẽ được đưa ẩn

trong mô hình. Các ràng buộc sẽ được xử lý trực tiếp để đưa vào trong các hàm xả

tối đa và tối thiểu, và các hàm xả này được tính toán tại từng bước tính. Từ đó, quá

trình ra quyết định xả sẽ nằm trong phạm vi này đảm bảo tính khả thi của mức xả đề

xuất. Hàm xả tức thời theo thời gian như sau:

a. Hàm xả tức thời tối đa

Các hồ chứa vận hành trong thời kỳ mùa cạn, thì một cách trực quan có thể

thấy rằng khi vận hành tối ưu thì lượng xả trong mùa cạn cần phải qua turbine tối

đa. Tuy nhiên, trong trường hợp lưu lượng đến cao như từ giai đoạn cuối tháng 9 và

đầu tháng 10, hoặc tháng 5 và 6, và khi mực nước đã vượt MNDBT, để an toàn cần

phải xả tối đa bằng turbine và tối đa qua xả tràn. Vậy ta có:

78

�̃�𝑡𝑚𝑎𝑥 = {

�̃�𝑡𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛_𝑚𝑎𝑥 + �̃�𝑡𝑟𝑎𝑛_𝑚𝑎𝑥 + �̃�đá𝑦_𝑚𝑎𝑥 𝑖𝑓 𝑧𝑡𝑙 > 𝑧𝑛𝑔ưỡ𝑛𝑔𝑡𝑟à𝑛

�̃�𝑡𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛max+ �̃�đá𝑦_𝑚𝑎𝑥 𝑖𝑓 𝑧𝑡𝑙 ≤ 𝑧𝑛𝑔𝑢𝑜𝑛𝑔𝑡𝑟𝑎𝑛 𝑎𝑛𝑑 𝑧𝑡𝑙 > 𝑧𝑐

0 𝑖𝑓 𝑧𝑡𝑙 ≤ 𝑧𝑐

(2-9)

b. Hảm xả tức thời tối thiểu

Ngoài mức xả tối thiểu do các đặc tính công trình quyết định, mức xả tối thiểu

còn phải dựa trên các quy định về đảm bảo an toàn lũ và dòng chảy môi trường.

Như vậy, trong mùa cạn, với mực nước lớn hơn MNDBT thì lưu lượng xả tối thiểu

phải tối đa. Và từ mực nước chết đến mực nước dâng bình thường thì lưu lượng xả

tối thiểu sẽ bằng với lưu lượng tối thiểu quy định trong Bảng 2-7 (QTVH 1622/QĐ-

Ttg). Do đó:

�̃�𝑡𝑚𝑖𝑛 = {

�̃�𝑡𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛_𝑚𝑎𝑥 + �̃�𝑡𝑟𝑎𝑛_𝑚𝑎𝑥 + �̃�đá𝑦_𝑚𝑎𝑥 𝑖𝑓 𝑧𝑡𝑙 ≥ 𝑧𝑀𝑁𝐷𝐵𝑇

𝑞𝑑𝑐𝑚𝑡 𝑖𝑓 𝑧𝑡𝑙 < 𝑧𝑀𝑁𝐷𝐵𝑇 𝑎𝑛𝑑 𝑧𝑡𝑙 > 𝑧𝑐

0 𝑖𝑓 𝑧𝑡𝑙 ≤ 𝑧𝑐

(2-10)

2.2.3.3 Hiệu chỉnh mức xả 𝑟𝑚𝑎𝑥 và 𝑟𝑚𝑖𝑛 theo dòng chảy đến, dung tích đầu

bước và bước thời gian mô phỏng

Hàm xả tối đa và tối thiểu ở trên mới là các hàm tức thời phụ thuộc vào mực

nước/dung tích hồ chứa. Khi tính toán trên hệ thống mô hình với bước mô phỏng là

ngày và có dòng chảy đến, thì cần phải hiệu chỉnh các mức xả max và min này theo

phương pháp xấp xỉ Newton như sau:

𝑉𝑡min|max

= ∫ �̃�𝑡𝑚𝑖𝑛|𝑚𝑎𝑥

𝑑𝑡

𝑡+𝑏

𝑡

(2-11)

Trong đó, như đã được xây dựng ở trên, các hàm xả tối đa/tối thiểu tức thời có

dạng �̃�𝑡𝑚𝑖𝑛|𝑚𝑎𝑥

= 𝑓(𝑠𝑡) phụ thuộc vào dung tích/mực nước hồ chứa. Như vậy, để

triển khai công thức (2-11) với ma trận dung tích và dòng chảy đến net, ta tiến hành

quy trình sau:

- Rời rạc hóa dung tích hồ chứa lớn nhất s thành m giá trị.

- Rời rạc hóa dòng chảy lớn nhất có thể a thành n giá trị

79

- Chia bước thời gian ngày thành k bước thời gian ∆𝑡∗ đủ nhỏ và tại đó giả

thiết �̃�𝑡𝑚𝑖𝑛|𝑚𝑎𝑥

= 𝑟𝑡𝑚𝑖𝑛|𝑚𝑎𝑥

.

Áp dụng với 𝑟𝑚𝑎𝑥 ký hiệu s, a thành smax, amax và tương tự với 𝑟𝑚𝑖𝑛. Ta có quy

trình tính như sau:

Hình 2-29. Quy trình xây dựng hàm mức xả tối đa/tối thiểu các hồ chứa theo dung

tích và dòng chảy đến

Kết thúc, với mỗi cặp (s(n), a(m)) ta có được 𝑉𝑡min|max

, có thể tính lại được

mức xả tối đa và tối thiểu cho bước thời gian mô phỏng ngày là:

𝑟𝑡𝑚𝑖𝑛|𝑚𝑎𝑥

=𝑉𝑡min|max

k

80

2.2.3.4 Mô phỏng cân bằng nước hệ thống hồ và quá trình ra quyết định

vận hành

Mô phỏng quá trình cân bằng nước động và ra quyết định vận hành cho hệ

thống hồ, thì cần bao gồm những bước tính toán như sau:

- Bước 1: Tính dung tích hiện trạng tại đầu thời đoạn t của hồ chứa thứ k là 𝑠𝑡𝑘

- Bước 2: Tính toán giá trị xả thông qua hàm chính sách vận hành thời gian

thực 𝑢𝑡𝑘 = f(𝑠𝑡

𝑘, 𝜃𝑚𝑥𝑛, 𝑆𝑌𝑆 …), trong đó 𝜃𝑚𝑥𝑛: Ma trận bộ tham số ra quyết định của

hàm chính sách; và SYS là thông số của hệ thống. Chú ý là việc tính toán này đa

phần dựa vào những giá trị đã biết đến đầu thời điểm t của trạng thái hệ thống. Nếu

có những thông tin dự báo cũng có thể đưa vào nhưng phải hết sức thận trọng, trên

cơ sở độ tinh cậy và không làm tăng kích thước của bài toán tối ưu.

- Bước 3: Tính toán diện tích mặt hồ tại đầu thời đoạn t, hồ thứ k là 𝑆𝑡𝑘 bằng

quan hệ s~S.

- Bước 4: Tiếp đó tính toán tổn thất bốc hơi 𝐸𝑡𝑘 =𝑒𝑡

𝑘 ∗ 𝑆𝑡𝑘, trong đó 𝑒𝑡

𝑘 là bốc

hơi mặt nước (mm/m2).

- Bước 5: Với dòng chảy đến 𝐼𝑡𝑘, tính toán được dòng chảy đến net là 𝑛𝑡

𝑘 = 𝐼𝑡𝑘-

𝐸𝑡𝑘, với một số hồ chứa bậc dưới dòng chảy đến còn tính đến các lượng xả từ các hồ

chứa bậc trên là: 𝑛𝑡𝑘 = 𝐼𝑡

𝑘- 𝐸𝑡𝑘 + 𝑟𝑡

𝑗. Trong bài toán này, 4 hồ chứa Bản Chát, Lai

Châu, Thác Bà và Tuyên Quang có thể tính được ngay, nhưng Sơn La phải chờ kết

quả từ Bản Chát và Lai Châu, và Hòa Bình chờ kết quả từ Sơn La.

- Bước 6: Tính toán lượng xả khả thi theo:

𝑟𝑡𝑘 ={

𝑢𝑡𝑘𝑖𝑓𝑟𝑡

𝑚𝑖𝑛 ≤𝑢𝑡𝑘 ≤𝑟𝑡

𝑚𝑎𝑥

𝑟𝑡𝑚𝑖𝑛 𝑖𝑓𝑢𝑡

𝑘 ≤ 𝑟𝑡𝑚𝑖𝑛 ≤𝑟𝑡

𝑚𝑎𝑥 (2-12)

Ở đây, giá trị xả gợi ý của biến quyết định 𝑢𝑡𝑘 đã được tính ở Bước 2 mới

thông qua các thông tin đã biết ở đầu bước t, cụ thể là qua hàm vận hành và biên

�̃�𝑡𝑚𝑖𝑛|𝑚𝑎𝑥

. Để xem xét tính khả thi về vật lý và chính sách của nó trong toàn thời

gian của bước t, bảng tra 𝑟𝑡min|𝑚𝑎𝑥

theo dòng chảy đến và dung tích (kết quả của quy

trình Hình 2-29) được sử dụng để điều chỉnh lại giá trị của nó như công thức (2-12).

81

- Bước 7: Tính dung tích hồ đầu thời đoạn t+1

Như đã trình bày ở trên với hồ Hòa Bình, sẽ phải chờ 4 hồ Bản Chát, Lai

Châu, Thác Bà và Tuyên Quang thực hiện xong Bước 5 và Bước 6, sau đó nó mới

được tính và Sơn La cũng vậy. Khi xong Sơn La, ta có thể tính một lúc dung tích

các hồ cho thời điểm đầu ở bước tiếp như công thức sau:

𝑠𝑡+1𝑘 =𝑠𝑡

𝑘 +𝑟𝑡𝑘 +𝑛𝑡

𝑘 (2-13)

Có thể sơ họa quy trình tính cho từng hồ và cho cả 6 hồ theo các Hình 2-30 và

Hình 2-31 dưới đây.

Hình 2-30. Sơ đồ mô phỏng cân bằng nước và ra quyết định vận hành cho từng hồ

chứa

Hình 2-31. Quy trình tính toán cân bằng nước và ra quyết định cho toàn hệ thống

trong quá trình xây dựng chính sách vận hành.

2.2.4. Mô hình hạ lưu

Như đã trình bày ở trên, mô phỏng mực nước Hà Nội trên đồng bằng sông

Hồng là một vấn đề phức tạp vì chịu nhiều tác động của địa hình, dòng chảy thượng

lưu, triều, quá trình lấy nước… Để đảm bảo mô phỏng được chính xác, thực hành

thường là sử dụng mô hình thủy động lực cho vùng ĐBSH.

82

Trong nghiên cứu này, nghiên cứu sinh đề xuất sử dụng mô hình Mike 11 HD

1 chiều, mô phỏng theo sơ đồ hệ thống Hình 2-23, ngoài ra để tính đến ảnh hưởng

triều, khu vực đồng bằng và ven biển đã được phát triển đầy đủ theo hệ thống sông

chính. Tuy nhiên, việc sử dụng dụng một mô hình phân bổ lớn đến hàng nghìn điểm

tính toán sẽ khiến thời gian chạy cho 20 năm có thể lên đến hơn 24 giờ. Điều này sẽ

là không khả thi khi kết nối vào trong hệ thống tính toán tối ưu này.

Vì thế, nghiên cứu sinh đề xuất sử dụng một mô hình thay thế dạng trí tuệ

nhân tạo (ANN) mà nó sử dụng chuỗi đầu vào và đầu ra của Mike 11 làm dữ liệu để

luyện mạng. Mạng ANN này sẽ mô phỏng mực nước Hà Nội phụ thuộc các yếu tố

sau:

ℎ𝑡+1𝐻𝑁 = 𝑓(ℎ𝑡

𝐻𝑁 , 𝑞𝑡−1𝑑𝑒𝑙𝑡 , ℎ𝑡−1

𝐵𝐿 ,𝑊𝐷𝑡) (2-14)

Trong đó,

- ℎ𝑡𝐻𝑁: mực nước Hà Nội tại đầu bước thời gian t

- 𝑞𝑡−1𝑑𝑒𝑙𝑡: là tổng dòng chảy xuống đồng bằng, nó sẽ bao gồm tổng xả của các hồ

chứa và các biên tự nhiên cũng như gia nhập. Chú ý là thời gian chảy trễ đại diện đã

được lựa chọn là 1 ngày.

- ℎ𝑡−1𝐵𝐿 : là đỉnh triều tại Ba Lạt trong bước thời gian (ngày) thứ t -1.

- 𝑊𝐷𝑡: nhu cầu nước tổng cộng trên đồng bằng trong bước thời gian t.

Một mạng truyền thẳng “feed forward network” với một lớp ẩn bao gồm một

số lượng hữu hạn các neuron đã được chứng mình là có thể xấp xỉ bất kỳ một hàm

liên tục nào (Cybenko,1989). Trong nghiên cứu, đã sử dụng một mạng trí tuệ bao

gồm 1 lớp ẩn với các hàm kích hoạt tanghyperbolic và lớp đầu ra tuyến tính như

Hình 2-32 và Hình 2-33.

Hình 2-32. Biểu đồ hàm kích hoạt tangent hyperbolic

83

Hình 2-33. Mạng trí tuệ nhân tạo sử dụng cho mô hình thay thế

Để xác định số neuron phù hợp cho bài toán và tránh trường hợp “overfitting”,

nghiên cứu đã sử dụng Netlab tool (Bishop, 1995) luyện mạng với số lượng neuron

khác nhau. Kết quả về xây dựng mô hình thay thế được trình bày trong Chương 4.

Về mặt lý thuyết, có thể sử dụng trực tiếp mạng ANN để mô phỏng mực nước

Hà Nội theo hàm (2-14), tuy nhiên thực tế đã cho thấy trong những năm gần đây do

điều kiện địa hình thay đổi, sử dụng bộ số liệu thực đo để luyện mạng ANN là

không phù hợp và kết quả xây dựng rất khó chính xác. Mặc dù có thể điều chỉnh

cho sự thay đổi này nhưng số liệu về khảo sát địa hình thay đổi tổng thể là không

có. Ngoài ra, số liệu về lấy nước thực của hệ thống thủy lợi trong quá khứ cũng khó

có thể thu thập hay tái tạo được. Do vậy, trong nghiên cứu này, giả thiết một địa

hình mới nhất có của mô hình Mike 11 đã được hiệu chỉnh và kiểm nghiệm ở trên

và coi như không thay đổi trong tương lai để mô phỏng tạo dữ liệu luyện mạng

khoảng 10 năm cho mô hình đề xuất ở trên:

Hình 2-34. Sơ đồ xây dựng mô hình hạ lưu thay thế (emulator) với số liệu từ mô

hình Mike 11 của vùng đồng bằng sông Hồng

Trong khi đó, nhiều quốc gia trên thế giới cũng đã và đang trải qua những vấn

đề này. Đã có một số các cách tiếp cận được xây dựng trong tối ưu bài toán vận

84

hành hệ thống hồ chứa. Trong đó, như phần tổng quan đã chỉ ra, để giải một hệ

thống các phương trình phi tuyến phức tạp của hệ thống hồ chứa, tối ưu ngẫu nhiên

hiện (ESO) đã được phát triển. Đây là cách tiếp cận mà tích hợp trực tiếp các hàm

dòng chảy đến ngẫu nhiên vào bài toán tối ưu. Khác với ESO, tối ưu ngẫu nhiên ẩn

(ISO) sử dụng những kịch bản dòng chảy đến tất định dài bao gồm cả quá khứ hay

nhân tạo. Trong cách tiếp cận này, bản chất ngẫu nhiên được hiểu là đã ẩn vào trong

chuỗi kịch bản.

2.2.5. Hàm chinh sách vận hành hệ thống hồ chứa thời gian thực

Để có thể phục vụ cho ra quyết định vận hành hệ thống hồ chứa theo thời gian

thực, hàm vận hành cần đảm bảo được các yêu cầu sau:

- Sử dụng các thông tin về hiện trạng hệ thống, từ thời điểm tính toán ra quyết

định trở về trước;

- Các thông tin sử dụng có thể bao gồm cả thông tin dự báo tương lai;

- Ở đầu mỗi bước thời gian hàm luôn được gọi để tính toán và đầu ra của hàm

là gợi ý phương án vận hành xả của bước đó;

- Với mục tiêu hỗ trợ ra quyết định, mặc dù người vận hành có thể không theo

gợi ý mà đi theo một phương án khác, thì tại bước tiếp theo hàm vẫn tính dựa trên

các giá trị thực của trạng thái hệ thống ở đầu bước, do đó, các phương án gợi ý vẫn

có giá trị.

Trong nghiên cứu này, nghiên cứu sinh đề xuất một hàm vận hành có đầu ra là

các giá trị phương án xả của 6 hồ chứa; đầu vào của hàm thông thường ít nhất là cần

thông tin về dung tích các hồ tại đầu bước tính toán cộng với thông tin về thời gian

trong năm thủy văn. Theo đó, bài toán tối ưu ở đây sẽ lên đến cực lớn khi hàm vận

hành nhận ít nhất 7 đầu vào và trả 6 đầu ra, việc xác định dạng hàm chính sách cần

phải thực hiện một số thử nghiệm toán học. Do hạn chế về năng lực tính toán, ở

đây, nghiên cứu sinh đã đề xuất một hàm chính sách khá trực quan và đơn giản.

Trong đó, dựa vào quy trình vận hành 1622/QĐ-Ttg, chia thời kỳ mùa cạn ra làm

13 thời kỳ, bao gồm 3 thời kỳ xả Đông Xuân, còn lại 3 thời kỳ chính theo quy trình

và chia nhỏ 3 thời kỳ này ra làm 10 thời kỳ nhỏ hơn, tổng cộng là 13 thời kỳ, với

85

mỗi thời kỳ sẽ có 6 tham số đại diện cho 6 hồ chứa, các tham số này dao động từ

0 đến 1. Như vậy, hàm vận hành có dạng dưới đây:

𝑢𝑡𝑖 = �̃�𝑚𝑖𝑛

𝑖,𝑡 + 𝜃𝑘𝑖 ∗ (�̌�𝑚𝑎𝑥

𝑖,𝑡− �̌�𝑚𝑖𝑛

𝑖,𝑡 ) (2-15)

Với dạng hàm vận hành này, thuật toán BORG-MOEA đi tìm trực tiếp tham

số xả 𝜃𝑘𝑖 của hàm vận hành, với k = 1, 2…, 13 là đại diện cho các thời kỳ vận hành

khác nhau. Các �̃�𝑚𝑎𝑥𝑖,𝑡

và �̃�𝑚𝑖𝑛𝑖,𝑡

đã được thiết lập theo các công thức (2-9) và (2-10),

vì thế nó phụ thuộc vào trạng thái của hệ thống hay dung tích hồ chứa hiện tại.

2.2.6. Thuật toán BORG-MOEA

Như đã giới thiệu ở trên, các thuật toán tiến hóa đa mục tiêu (MOEA) trên cơ

sở GA gần đây được chú ý như là một phương pháp tiềm năng để giải quyết các bài

toán tối ưu đa mục tiêu lớn nhờ vào sự phù hợp với cách tiếp cận tham số hóa - mô

phỏng - tối ưu (PSO)… Nằm trong lớp thuật toán này, năm 2013, 2 tác giả David

Hadka và Patrick Reed của trường đại học Pennsylvania, Hoa Kỳ đã phát triển thuật

toán BORG-MOEA. Nó là một thuật toán miễn phí cho nghiên cứu, nó được viết

trên các ngôn ngữ hiệu suất cao như C, Unix, Linux… Borg MOEA mang các đặc

điểm cơ bản sau:

2.2.6.1 Tập trội dạng hộp epsilon (𝜖)

Như đã đề cập về GA, các thuật toán MOEA dựa vào các đặc điểm tiến hóa

sinh học như chọn lọc, trao đổi chéo, và đột biến. Vì thế nó cũng sẽ gặp phải vấn đề

về thoái hóa, và mức độ thoái hóa này sẽ càng tăng trong bài toán đa mục tiêu. Một

số tác giả như Laumanns (2002), Deb (2003) và Kollat và Reed (2007) đã đề xuất

giải pháp tập trội epsilon (ϵ) nhằm duy trì sự hội tụ và tính đa dạng trong quá trình

tìm kiếm.

Trong BORG-MOEA, tác giả cũng đã sử dụng một tập trội dạng hộp ϵ. Nó

chia không gian hàm mục tiêu thành các siêu hộp ϵ. Nếu một vector giá trị hàm mục

tiêu u trội hơn vector v khi tất cả các vô hướng trong vecto u lớn hơn một số nguyên

lần các vô hướng trong vector v. Nếu trội hơn hoặc ngang hàng thì vector u sẽ được

86

đưa vào trong tập với v, nếu v bị trội hơn nó sẽ bị loại ra khỏi tập trội dạng hộp ϵ

này. Ở đây, không giới hạn kích thước của tập.

2.2.6.2 Tiến bộ epsilon 𝜖

Hình 2-35. Mình họa trội 𝜖 trong không gian hàm mục tiêu 2 chiều

Trong khi tập trội dạng hộp 𝜖 đảm bảo tính hội tụ và sự đa dạng, thì các thuật

toán MOEA thưởng không hiệu quả ở các bài toán nhiều cực trị do sự hội tụ sớm

đến một tối ưu cục bộ làm cho quá trình tìm kiếm bị trì trệ. BORG đã đưa vào chỉ

tiêu tiến bộ 𝜖, nhằm khởi động lại quá trình tìm kiếm. Có nghĩa là, BORG sẽ đo

đếm quá trình tiến bộ 𝜖 trong thời gian chạy, nếu không xuất hiện nhiều sự tiến bộ

và vượt qua một ngưỡng nào đó, quá trình tìm kiếm sẽ được khởi động lại. Hình 2-

35 thể hiện một không gian 2D của hàm mục tiêu, và có 3 trường hợp: (1) và (2) thể

hiện có sự tiến bộ 𝜖, trong đó (1) là có trội hộp 𝜖, (3) mặc dù hàm mục tiêu trội hơn

nhưng không phải là trội 𝜖, như vậy không có sự tiến bộ 𝜖 (nốt đen là nghiệm trước

đó và nốt gạch chéo là nghiệm hiện tại).

2.2.6.3 Khởi động lại

Khởi động lại là cơ chế để điều chỉnh lại sau khi có trì trệ xảy ra khi vi phạm

ngưỡng tiến bộ 𝜖. Trong BORG, một khởi động bao gồm ba hoạt động sau:

- Kích thước dân số được điều chỉnh lại nhằm duy trì lại tỉ lệ với kích thước

tập.

87

- Kích thước lựa chọn giải đấu được điều chỉnh lại nhằm duy trì chọn lọc tự

nhiên.

- Quần thể dân số bị xóa hết và được tái tạo lại với các cá thể từ tập và các chỗ

trống còn lại được bổ sung thông qua các cá thể trong tập được đột biến.

Chú thích:Vòng lặp chính là sơ đồ của GA (Hình 1-6). Nguồn: Hadka (2013) [2]

Hình 2-36. Quy trình khởi động của BORG

Sơ đồ Hình 2-36 thể hiện quá trình khởi động lại: Sau một số lần đánh giá,

BORG thoát ra khỏi vòng lặp và kiểm tra chỉ tiêu về tiến bộ 𝜖 và tỉ lệ dân số với tập

có chỉ ra cần phải khởi động không. Nếu có, kích thước dân số sẽ được điều chỉnh

được điền đầy với các thành viên của tập. Bất kỳ chỗ trống nào được đưa vào từ

chọn ngẫu nhiên và tạo đột biến theo xác suất đều 1/L (với L là số lượng biến quyết

định) từ trong tập. Và sau đó, vòng lặp chính lại tiếp tục hoạt động.

2.2.6.4 Kết hợp đa toán tử tự động thích ứng

Đây chính là đặc điểm nổi trội của BORG, không như các thuật toán trước đây

thuộc lớp MOEA khi đã cố định các toán tử phục vụ cho các quá trình trao đổi chéo

và đột biến. BORG có một thuật toán lựa chọn các toán tử nào mà sản sinh ra được

nhiều giải pháp nổi trội. Như vậy, BORG không đơn thuần là một thuật giải mà là

một lớp các thuật giải. Theo Hadaka (2013) [2], BORG đã sử dụng kết hợp các

thuật giải sau đây:

88

- Trao đổi chéo nhị phân mô phỏng (SBX) (Deb và Agrawal, 1994).

- Tiến hóa sai phân (DE) (Storn và Price, 1997).

- Trao đổi chéo cha mẹ trung tâm (PCX) đề xuất bởi (Deb và Joshi, 2002).

- Trao đổi chéo phân bổ bình quân đa cực (UNDX) (Kita, 1999).

- Trao đổi chéo Simplex (SPX) (Tsutsui, 1999).

- Đột biến đều (UM) ứng dụng với xác suất 1/L.

Thêm nữa, cá thể con sau khi được tạo ra bởi SBX, DE, PCX, UNDX và SPX

thì được đột biến nhờ vào đột biến đa thức PM (Deb và Agrawal, 1994).

Minh họa cụ thể trong hình dưới đây là một trong các kết hợp toán tử được lựa

chọn sử dụng quy trình thích ứng đa toán tử đã được đề cập ở trên. Với một toán tử

kết hợp, nó cần k cha mẹ, một trong các cha mẹ được lựa chọn ngẫu nhiên đều từ

tập, k – 1 cha mẹ được lựa chọn từ dân số thông qua lựa chọn đấu. Cá thể con tạo ra

từ toán tử này sau đó được đánh giá và xem xét để đưa vào dân số và tập

Nguồn: Hadka (2013) [2]

Hình 2-37. Dạng kết hợp đa toán tử của BORG

89

Số liệu đầu vào

Dựa trên sơ đồ hệ thống nghiên cứu đã được đề xuất, kế thừa số các số liệu khí

tượng-thủy văn từ nghiên cứu của Hoảng Minh Tuyển và nnk (2014), nghiên cứu

đã chọn lọc một một số các trạm thủy văn chính với liệt quan trắc dài và liên quan

đến hệ thống hồ chứa nghiên cứu là: trạm Lai Châu trên sông Đà, trạm Bản Củng

trên sông Nâm Mu, trạm Tạ Bú, trạm Hòa Bình trên sông Đà, trạm Yên Bái trên

sông Thao, trạm Hàm Yên trên sông Lô, trạm Na Hang, trạm Chiêm Hóa trên sông

Gâm, trạm Tuyên Quang, Vụ Quang trên sông Lô, trạm Sơn Tây trên Hồng… Tiến

hành các tính chuyển và khôi phục bổ sung để tạo dòng chảy về hồ chứa và các khu

giữa sau hồ đến điểm kiểm soát, ta thu được một hệ thống số liệu dòng chảy đến

bước ngày dài đến 51 năm từ 1961 đến 2011. Sau đó để đảm bảo với quy định vận

hành từ đầu mùa cạn, ta rút gọn chuỗi lại thành 50 năm từ 16/9/1961 đến 15/9/2011,

trong đó đảm bảo đã chứa đựng đầy đù các năm hạn điển hình như 1962-1963,

1967-1968, 1977-1978, 1980-1981, 1987-1988, 1988-1989, 1992-1993, 1993-1994,

2003-2004, 2004-2005, 2005-2006, 2006-2007, 2009-2010. Xem chi tiết về phân

khu và kết quả như Hình 2-38 & Hình 2-39.

Hình 2-38. Biên dòng chảy đến hệ thống mô phỏng

90

Thời gian

Thời gian

Thời gian

Thời gian

Thời gian

Thời gian

Thời gian

Thời gian

Thời gian

Thời gian

Q (m3/s) Q (m3/s)

Q (m3/s)

Q (m3/s)

Q (m3/s)

Q (m3/s)

Q (m3/s)

Q (m3/s)

Q (m3/s)

Q (m3/s)

Hình 2-39. Chuỗi dòng dòng chảy ngày đến các khu lưu vực sông Hồng tính đến Sơn

Tây, giai đoạn 1961-2011

91

Sử dụng số liệu bốc hơi ngày tại các trạm vùng núi phía Bắc,tiến hành tính

toán nội suy cho các hồ nghiên cứu, thu được kết quả như Hình 2-40 và Hình 2-41.

Hình 2-40. Số liệu bốc hơi bước thời gian ngày tại các trạm khí tượng khu vực miền

núi phía Bắc giai đoạn từ 1957 -2011

(Chú thích: BC: Hồ Bản Chát; LC: hồ Lai Châu; TB: hồ Thác Bà; TQ: hồ Tuyên Quang; SL: hồ Sơn La; HB:

hồ Hòa Bình)

Hình 2-41. Số liệu bốc hơi ngày nội suy tại các hồ chứa nghiên cứu giai đoạn

16/9/1961 đến 15/9/2011

Theo Quy hoạch thủy lợi trên vùng ĐBSH, đến năm 2020 nhu cầu nước trên

vùng ĐBSH chỉ tăng khoảng 8 %, trong đó, nông nghiệp dự kiến sẽ giảm, tăng chủ

92

yếu vào cho môi trường, như vậy trong tương lai gần khi môi trường đã được đáp

ứng, thì nhu cầu sẽ có thể giữ ổn định [102]. Với đặc điểm như vậy, để đơn giản bài

toán ta giả thiết rằng nhu cầu nước trong tương lai sẽ không đổi, tạo một chuỗi 50

năm nhu cầu nước ngày, trong đó chú ý tới xả Đông Xuân với năm hạn điển hình

2010, thu được:

Hình 2-42. Chuỗi nhu cầu nước ngày năm điển hình từ 16/9 đến 15/9 năm sau

Hình 2-43. Số liệu triều ngày max cho năm điển hình tại cửa Ba Lạt

93

Để tạo một chuỗi mực nước triều 50 năm tại Ba Lạt, có thể ứng dụng mô hình

triều toàn cầu nằm trong công cụ Mike 21 Toolbox tính toán triều tại Ba Lạt theo

bước thời gian giờ. Tuy nhiên, với mỗi năm khác nhau con nước sẽ khác nhau về

mặt thời gian, điều này sẽ quyết định đến lịch xả Đông Xuân vốn tận dụng con nước

để làm giảm lượng xả. Có thể giải quyết vấn đề này bằng tính toán lại thời gian áp

dụng xả, tuy nhiên, ở đây để làm đơn giản thuật toán và tập trung cho các nội dung

khác, tiến hành tính cho một năm điển hình hiện tại và tạo chuỗi thành 50 năm.

Ngoài ra, với bước ngày tính toán, thì số liệu triều theo giờ có thể lấy max triều

trong ngày làm đại diện cho ngày trong tính toán của mô hình hạ lưu thay thế. Ta có

chuỗi số liệu triều max ngày của năm điển hình từ 16/9 đến 15/9 năm sau như Hình

2-43.


Từ phân tích hệ thống, đánh giá đặc điểm vận hành của các hồ thủy điện trên

hệ thống sông Hồng, qua đó, rút ra các yếu tố cơ bản sẽ có tác động mạnh mẽ đến

vận hành hệ thống thủy điện trên lưu vực sông Hồng. Nghiên cứu đã đề xuất được

bài toán tối ưu bao gồm 2 hàm mục tiêu mang tính tổng hợp đại diện cho các hộ

dùng nước trên lưu vực, đi kèm với đó là hệ thống ràng buộc mang tính kế thừa từ

QTVH 1622/QĐ-Ttg. Từ đó, tạo ra một bài toán tối ưu vận hành đa mục tiêu có

ràng buộc cho 6 hồ chứa Bản Chát, Lai Châu, Sơn La, Hòa Bình, Thác Bà và Tuyên

Quang mang tính phi tuyến và có bậc tự do cao.

Bài toán dường như là bất khả thi nếu áp dụng các kỹ thuật giải tối ưu có khả

năng chắc chắn tìm ra nghiệm tối ưu toàn cục như Quy hoạch động DP. Do đó,

nghiên cứu đã đề xuất một khung tính toán tối ưu kết nối các mô hình, lấy thuật

toán Borg-MOEA thuộc lớp Tối ưu đa mục tiêu tiến hóa (MOEA) làm trung tâm.

Quy trình tính toán của khung đề xuất sử dụng phương pháp tham số hóa - mô

phỏng - tối ưu (PSO), trong đó, thực hiện việc tham số hóa hàm vận hành trước sau

đó mới tiến hành tính toán tối ưu. Các ràng buộc vật lý của turbin, tràn, cống…

trong tính toán ra quyết định lượng xả sẽ được tích hợp ẩn vào trong mô hình để

94

luôn tạo ra các kết quả khả thi và làm giảm sự phức tạp của quá trình ra tính toán hỗ

trợ ra quyết định.

Ở đây, bài toán tối ưu vận hành đã chuyển từ đi tìm quỹ đạo vận hành của hệ

thống thành tìm bộ tham số hàm vận hành. Mặc dù số lượng biến đã giảm xuống

thành tham số của hàm vận hành, bài toán vẫn còn quá lớn và vẫn chưa khả thi để

giải. Nguyên nhân là sử dụng mô hình Mike 11 để mô phỏng hạ du đảm bảo chính

xác cao nhưng thời gian và khối lượng tính toán là quá lớn. Để xử lý vấn đề này,

một mô hình thay thế dạng trí tuệ nhân tạo (ANN) được đề xuất sử dụng. Kết quả

thiết lập chương trình và kết quả tính sẽ được trình bày chi tiết ở Chương 3.

95

CHƯƠNG 3. PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ XÂY DỰNG GIẢI

PHÁP VẬN HÀNH TỐI ƯU HỆ THỐNG HỒ CHỨA TRONG MÙA

CẠN TRÊN LƯU VỰC SÔNG HỒNG

Mô hình hệ thống hồ chứa

Trên cơ sở các các đường đặc tính, các công thức (2-9) và (2-10), và thu thập

tài liệu tính toán thủy văn, thủy lực, đặc tính của turbine và các công trình xả cống

đáy, xả tràn. Một hệ thống hàm để tính toán nội suy các quan hệ đặc tính và quan hệ

giữa mực nước thượng lưu/dung tích và lưu lượng min, max đã được viết trên ngôn

ngữ C++ làm nền tảng cho mô phỏng cân bằng nước của mô hình hệ thống hồ chứa

đã được đề xuất. Kết quả về các hàm này như Hình 3-1 đến Hình 3-3 và Phụ lục 4.

Hình 3-1. Quan hệ mực nước và mức xả max, min tức thời của các hồ chứa

Bản Chát và Lai Châu

Từ các hàm này, áp dụng quy trình xấp xỉ Newton đã được đề xuất cho cả 6 hồ

chứa, với ∆𝑡∗= 1 phút, k = 1440, m = 18 (theo số điểm thông tin trên hàm xả tối đa

và tối thiểu tức thời), n = 151 với và dòng chảy đến (a) tối đa lên đến 30,000 m3/s,

thu được các quan hệ về lưu lượng xả tối đa, tối thiểu với dòng chảy đến và dung

tích đầu bước tính (ngày), kết quả như các Hình 3-4 đến Hình 3-9.

96

Hình 3-2. Quan hệ mực nước và mức xả max, min tức thời của các hồ chứa Sơn La

và Hòa Bình

Hình 3-3. Quan hệ mực nước và mức xả max, min tức thời của các hồ chứa Thác Bà

và Tuyên Quang

rmax

rmin

Hình 3-4. Hàm xả 𝑟𝑚𝑎𝑥, 𝑟𝑚𝑖𝑛 cho bước thời gian ngày theo dung tích và dòng chảy

đến cho hồ chứa Bản Chát

97

rmax

rmin


đến cho hồ chứa Lai Châu

rmax

rmin


đến cho hồ chứa Sơn La

98

rmax

rmin


đến cho hồ chứa Hòa Bình

rmax

rmin


đến cho hồ chứa Thác Bà

99

rmax

rmin


đến cho hồ chứa Tuyên Quang

Dựa trên các hàm xả đã được thiết lập trên và quy trình tính cân bằng nước

và ra quyết định đã được đề xuất tại Mục 2.2.3.4, mô hình mô phỏng hệ thống hồ và

ra quyết định đã được xây dựng. Mô hình đã đảm bảo mô phỏng chính xác cân bằng

nước và thực hiện tính toán trên chuỗi số liệu ngày của 50 năm với thời gian tính

toán là 0,1 s. Ngoài ra, để đảm bảo tạo điều kiện ban đầu cho từng mùa cạn, như đã

trình bày ở trên trong thời kỳ mùa lũ, mô hình đã được mô phỏng theo các đảm bảo

mực nước cho từng giai đoạn, tuy nhiên, ở đây chỉ đặt vấn đề là đảm bảo an toàn

công trình. Dưới đây là một số hình ảnh kết quả mô phỏng cho từng hồ như sau:

- Cân bằng nước hồ Lai Châu

100


thất, dung tích và tổng xả cho hồ chứa Lai Châu kết nối lũ-kiệt-lũ.


tích và tổng xả cho hồ chứa Lai Châu trong 50 năm, bước tính ngày

- Cân bằng nước hồ Bản Chát

101


thất, dung tích và tổng xả cho hồ chứa Bản Chát kết nối lũ-kiệt-lũ.


tích và tổng xả cho hồ chứa Bản Chát trong 50 năm, bước tính ngày

102


thất, dung tích và tổng xả cho hồ chứa Thác Bà kết nối lũ-kiệt-lũ.


tích và tổng xả cho hồ chứa Thác Bà trong 50 năm, bước tính ngày

103


thất, dung tích và tổng xả cho hồ chứa Tuyên Quang kết nối lũ-kiệt-lũ.


tích và tổng xả cho hồ chứa Tuyên Quang trong 50 năm, bước tính ngày

104


thất, dung tích và tổng xả cho hồ chứa Sơn La kết nối lũ-kiệt-lũ.


tích và tổng xả cho hồ chứa Sơn La trong 50 năm, bước tính ngày

105


thất, dung tích và tổng xả cho hồ chứa Hòa Bình kết nối lũ-kiệt-lũ.


tích và tổng xả cho hồ chứa Hòa Bình trong 50 năm, bước tính ngày

Mô hình hạ lưu

3.2.1. Xây dựng mô hình Mike 11 cho vùng Đồng bằng sông Hồng

106

Như đã chỉ ra ở trên, mô hình hạ lưu trong nghiên cứu này là phần kết nối giữa

dòng chảy sau hồ chứa, các biên tự nhiên, đến mực nước tại điểm kiểm soát Hà Nội.

Để tạo bộ dữ liệu phục vụ cho luyện mạng, nghiên cứu này sử dụng mô hình Mike

11 HD + AD nhằm mô phỏng từ đầu vào hồ chứa, biên tự nhiên, triều và quá trình

lấy nước trên đồng bằng sông Hồng. Mô hình có một số các cập nhật riêng như sau:

- Bổ sung thêm các sông kênh, cập nhật lại địa hình theo số liệu cập nhật của

để tài cấp nhà nước “Nghiên cứu đề xuất các giải pháp thủy lợi kết hợp nông nghiệp

để ứng phó với hạn hán và xâm nhập mặn tại các tỉnh ven biển đồng bằng sông

Hồng” do Vũ Thế Hải và nnk (2014) thực hiện.

- Cập nhật lại các biên nhập lưu, biên lấy nước, bước mô phỏng… cho phù

hợp với mô phỏng dài hạn cho mùa cạn.

- Ngoài các biên dạng “point source” cho các công trình lấy nước nhỏ, phân

tán, đưa vào biên lấy nước dạng “control structure” cho khoảng 200 công trình

chính lấy nước trên dòng chính chịu ảnh hưởng lớn của mực nước và độ mặn.

- Do điều kiện hạn chế về số liệu và quá trình vận hành thực tế bên trong hệ

thống tưới là phức tạp, để mô phỏng quá trình lấy nước bằng công trình ta chấp

nhận một số các đơn giản hóa sau:

+ Tối giản hóa các hệ thống tưới thành các đầu mối và bể chứa của hệ thống

(đại diện là sức chứa của toàn bộ hệ thống kênh mương, Hình 3-22). Các đầu mối ở

đây là các công trình chính hiện tại đang vận hành của hệ thống bao gồm có cống và

trạm bơm được mô phỏng theo dạng cấu trúc điều khiển.

+ Với cống sẽ mô phỏng theo dạng cửa đóng hoặc mở theo chênh lệch mực

nước thượng và hạ lưu, tổng dung tích của bể chứa và độ mặn ngoài sông (<1 %o),

các kênh sau cống được mô phỏng với kích thước thật với độ dài 1 km để đảm bảo

có mực nước hạ lưu, các cống chỉ mở khi chênh lệch mực nước nhỏ hơn 20 cm đảm

bảo điều kiện về áp lực nước.

+ Với các máy bơm thì đơn giản hơn mô phỏng với điều kiện mặn và mực

nước ngoài sông làm mực nước bể hút cho phép.

107

+ Quá trình lấy nước ra khỏi hệ thống theo diện tích phục vụ và các nhu cầu

nước khác có dạng như nhu cầu nước năm điển hình như Hình 2-42.

Hình 3-22. Sơ đồ đơn giản hóa mô phỏng hệ thống tưới

Hình 3-23. Sơ đồ mô phỏng thiết lập trên giao diện Mike 11 (rút gọn)

Một số chi tiết về mô hình Mike 11 đã được xây dựng và kiểm định như sau:

- Sơ đồ rút gọn mạng lưới sông mô phỏng như Hình 3-23.

- Với mạng sông tính toán đã được xác định ở trên, biên trên của mô hình

được lấy từ quá trình xả thực tế giờ của các hồ Hòa Bình, Tuyên Quang, Thác Bà;

các biên đến còn lại và biên nhập lưu khu giữa được lấy từ trạm và tính từ mô hình

Mike Nam. Ứng dụng Mike 21 Toolbox tính toán triều tại các cửa Đáy, Cửa Ninh

Đá Bạch

108

Cơ; cửa Ba Lạt, cửa Trà Lý, cửa Thái Bình, cửa Văn Úc, cửa Lạch Tray, cửa Cấm,

cửa Đá Bạch (Bảng 3-1).

- Như đã đề cập ở trên, các công trình lấy nước mô phỏng trên hệ thống sử

dụng dạng điều khiển ”Control structure”, để đơn giản hóa cho tính toán, các công

trình chỉ để ở 2 chế độ ”Fully open” và ”Close”, trong đó, với những công trình ven

biển chịu ảnh hưởng mặn, mở sẽ được điều khiển bởi 2 điều kiện là độ mặn ”saline

concentration” < 1 %o và ”Htl> Hhl”. Khi một trong 2 điều kiện này không thỏa

mãn, công trình sẽ chuyển sang chế độ đóng ”Close” (Hình 3-24 và Hình 3-25).

Bảng 3-1. Thống kê các biên trên và biên nhập lưu khu giữa

TT Tên Tên sông Loại biên Flv(km2)

1 Yên Bái Thao Q trên 48000

2 KG Yên Bái- Ngòi Lao Thao Q giữa 1850

3 Nhập lưu sông Bua - Thanh Son Thao Q giữa 1900

4 KG Trung Hà - Phú Thọ Thao Q giữa 350

5 Hồ Hòa Bình Đà Q trên 51800

6 KG Hòa Bình – Trung Hà Đà Q giữa 1100

7 Hồ Thác Bà Chảy Q trên 6170

8 Thác Bà- Đoan Hùng Chảy Q giữa 330

9 Hồ Tuyên Quang Gâm Q trên 14972

10 Khu giữa: Tuyên Quang - Chiêm Hóa Gâm Q giữa 1528

11 Chiêm Hòa - Ghềnh Gà Gâm Q giữa 700

12 Hàm Yên Lô Q trên 11900

13 KG Hàm Yên-Ghềnh Gà Lô Q giữa 500

14 KG Ghềnh Gà- Đoan Hùng Lô Q giữa 900

15 KG Đoan Hùng – Vụ Quang Lô Q giữa 107

16 KG Vụ Quang – Việt Trì Lô Q giữa 2040

17 Đập Liễn Sơn Phó Đáy Q trên 1390

18 KG Liễn Sơn – Việt Trì Phó Đáy Q giữa 220

19 Chũ Lục Nam Q trên 2090

20 KG Chũ – Cửa sông Lục Nam Lục Nam Q giữa 980

21 Cầu Sơn Thương Q trên 2330

22 KG Cầu Sơn - cửa sông Lục Nam Thương Q giữa 1250

23 Thác Huống Cầu Q trên 2961

24 KG Đập Thác Huống- Trước S Công Cầu Q giữa 520

25 Hồ Núi Cốc + KG Hồ Núi Cốc- Cửa S Công Cầu Q giữa 951

26 KG Sau S Công -Trước Cà Lồ Cầu Q giữa 223

27 Cà Lồ Cà Lồ Q trên 881

28 KG Sau Cà Lồ- Cửa sông Cầu Cà Lồ Q giữa 494

29 Hưng Thi Hoàng Long Q trên 664

30 KG Tả Hoàng Long Hoàng Long Q giữa 585

31 Hồ Sông Đập Hoàng Long Q giữa 97.3

32 Hồ Sông Lãng Hoàng Long Q giữa 204

33 Ba Thá Bùi Q trên 1365

Chú thích: KG: Khu giữa.

109

Bảng 3-2. Địa hình lòng dẫn sông Hồng - Thái Bình

TT Tên sông Năm đo Chiều dài(m) Số mặt cắt

1 Đà 2000 55000 47

2 Lô 2000, 2008 137755 65

3 Gâm 2000 39300 10

4 Chảy 2000 1500 2

5 Thao 2000 71923 35

6 Thao - Hồng 2000 26000 27

7 Phó Đáy 2000 28350 8

8 Hồng 2000, 2006, 228953 94

9 Đuống 2000 56740 32

10 Đáy 2000, 2009, 2011 191781 96

11 Hoàng Long 2000,2009 22150 7

12 Đào 2000, 2011 25240 9

13 Ninh Cơ 2000, 2011 43450 25

14 Luộc 2000 62800 34

15 Hóa 2000 36650 19

16 Trà Lý 2000 59300 34

17 Cầu 2000 137420 47

18 Thương 2000 87650 32

19 Lục Nam 2000 53150 15

20 Thái Bình 2000, 2009 90970 51

21 Kinh Thầy 2000, 2009 45750 25

22 Kinh Môn 2000, 2009 35450 17

23 Văn Úc 2000, 2009 34961 20

24 Gùa 2000, 2009 1367 3

25 Mía 2000, 2009 1350 2

26 Mới 2000, 2009 2300 3

27 Lai Vu 2000, 2009 24750 13

28 Lạch Tray 2000 40727 24

29 Cấm 2000 24240.27 13

30 Đá Bạch 2000 20550 12

Hình 3-24. Giao diện thiết lập mô phỏng dạng điều khiển trên Mike 11

110

Độ mặn tại thượng lưu cống Hạ Miêu, mô

phỏng(xanh), đỏ (quan trắc)

Mực nước thượng lưu cống Hạ Miêu, , mô

phỏng(đỏ), xanh (quan trắc)

Tính toán tổng lượng vào cống Hạ Miêu

Mực nước hạ lưu cống Hạ Miêu, , mô

phỏng(xanh), đỏ (quan trắc)

Mực nước thượng lưu (đen), hạ lưu(xanh lá), độ

mặn(xanh nước biển) và lưu lượng (đỏ) vào

cống Hạ Miêu

Hình 3-25. Kết quả tính toán đầu ra cho một cống lấy nước chịu ảnh hưởng triều,

mặn

Các kết quả hiệu chỉnh và kiểm nghiệm cho hệ thống: Việc hiệu chỉnh thông

số mô hình chủ yếu được tiến hành bằng cách thay đổi độ nhám. Kiểm tra tính hợp

lý tại các điều kiện biên. Phương pháp hiệu chỉnh thông số ở đây dùng phương pháp

thử dần. So sánh kết quả tính toán và thực đo trên biểu đồ và chỉ tiêu Nash để đánh

giá và kết thúc bước hiệu chỉnh.

𝑁𝑎𝑠ℎ = 1 −∑(𝑋𝑜,𝑖 −𝑋𝑠,𝑖)

2

∑(𝑋𝑜,𝑖 −�̅�𝑜)2

(3-1)

Trong đó:

- 𝑋𝑜,𝑖: Là giá trị quan trắc tại bước thời gian i;

- 𝑋𝑠,𝑖: Là giá trị mô phỏng tại bước thời gian i;

- �̅�𝑜: trung bình các giá trị quan trắc.

Quá trình kiểm định sử dụng bộ thông số thu được cho một thời đoạn khác,

cũng sử dụng hệ số Nash để đánh giá. Mô đun thủy động lực học được hiệu chỉnh

kiểm định trước, sau đó là mô đun lan truyền AD. Trong nghiên cứu này, thời đoạn

20/01/2010 1:00AM tới 28/02/2010 11:00 PM được chọn để hiệu chỉnh, và thời

đoạn 20/01/2011 1:00AM tới 28/02/2011 11:00 PM được chọn để kiểm định. Bước

thời gian tính toán là 5 phút, điều kiện ban đầu sử dụng “hotstart”, bắt đầu trước từ

111

15/01 1:00AM. Tổng cộng sử dụng 21 vị trí trạm cho hiệu chỉnh và kiểm định thủy

lực. Một số hình ảnh kết quả hiệu chỉnh và kiểm định mô hình như dưới đây:

Mực nước tại Hà Nội

Mực nước tại Phả Lại

Mực nước tại Sơn Tây

Lưu lượng tại Hà Nội

Mực nước tại Thượng Cát

Lưu lượng tại Sơn Tây

Hình 3-26. Một số hình kết quả hiệu chỉnh mô hình thủy lực (HD) tại một số trạm

chính cho năm 2010, đường mô phỏng (đỏ), đường quan trắc (xanh).

Bảng 3-3. Kết quả hiệu chỉnh thông số mô hình

STT Tên Trạm Tên Sông

Giá trị max của H (m) hoặc

Q (m3/s)

∆H(m)

hoặc ∆Q

(m3/s)

Nash

(%) Tính Toán Thực đo

1 Trung Hà (H) Đà 9.75 9.672 0.078 87.5

2 Việt Trì (H) Lô 7.24 7.39 -0.15 94.7

3 Sơn Tây (H) Hồng 5.57 5.59 -0.02 92.6

4 Sơn Tây (Q) Hồng 2680 2787 -107 93.5

5 Thượng Cát (H) Đuống 2.445 2.34 0.105 94.1

6 Thượng Cát (Q) Đuống 1050 1025 25 93.7

7 Hà Nội (H) Hồng 2.19 2.54 -0.35 92.1

8 Hà Nội (Q) Hồng 1649 1670 -21 82

9 Hưng Yên (H) Hồng 1.752 1.62 0.132 87.6

10 Quyết Chiến (H) Trà Lý 1.614 1.55 0.064 85.3

11 Phả Lại (H) Thái Bình 1.561 1.57 -0.009 83

12 Nam Đinh (H) Đào 1.616 1.51 0.106 90

13 Trực Phương (H) Ninh Cơ 1.72 1.55 0.17 92

14 Bến Bình (H) Kinh Thầy 1.526 1.66 -0.134 81

15 Cát Khê (H) Ninh Cơ 1.549 1.68 -0.131 90

16 Trung Trang (H) Văn Úc 1.515 1.57 -0.055 91

Trung bình 89.38

112

Mực nước tại Sơn Tây

Mực nước tại Phả Lại

Mực nước tại Thượng Cát Lưu lượng tại Hà Nội

Mực nước tại Hà Nội

Lưu lượng tại Sơn Tây

Hình 3-27. Một số hình kết quả kiểm định mô hình thủy lực (HD) tại một số trạm

chính cho năm 2011, đường mô phỏng (đỏ), đường quan trắc (xanh).

Bảng 3-4. Kết quả kiểm định thông số mô hình thủy lực

TT Tên Trạm Tên Sông

Giá trị max của H (m) hoặc

Q (m3/s)

∆H(m)

hoặc ∆Q

(m3/s)

Nash

(%) Tính toán Thực đo

1 Sơn Tây (H) Hồng 5.41 5.42 -0.01 93

2 Sơn Tây (Q) Hồng 2803.27 2717.49 85.78 95

3 Thượng Cát (H) Đuống 2.36 2.35 0.01 94

4 Thượng Cát (Q) Đuống 982.92 996.83 -13.91 93

5 Hà Nội (H) Hồng 2.467 2.66 -0.193 94

6 Hà Nội (Q) Hồng 1696.37 1652.58 43.79 94

7 Hưng Yên (H) Hồng 1.759 1.632 0.127 89

8 Quyết Chiến (H) Trà Lý 1.596 1.58 0.016 91

9 Phả Lại (H) Thái Bình 1.369 1.51 -0.141 81

10 Nam Đinh (H) Đào 1.52 1.586 -0.066 85

11 Trực Phương (H) Ninh Cơ 1.602 1.586 0.016 83.7

12 Bến Bình (H) Kinh Thầy 1.31 1.58 -0.27 80

13 Cát Khê (H) Thái Bình 1.363 1.6 -0.237 81

14 Đông Xuyên (H) Thái Bình 1.531 1.73 -0.199 84

15 Trung Trang (H) Văn Úc 1.33 1.54 -0.21 79

16 Ba Lạt (H) Hồng 1.664 1.85 -0.186 94

17 Cao Kênh (H) Kinh Môn 1.804 1.53 0.274 93

18 Kiến An (H) Lạch Tray 1.624 1.61 0.014 82

19 Ba Nha (H) Gùa 1.309 1.44 -0.131 85

20 Như Tân (H) Đáy 1.534 1.54 -0.006 98

21 Đồn Sơn (H) Đá Bạch 1.854 1.86 -0.006 94

Trung bình 88.7

113

Kết quả hiệu chỉnh mô đun thủy lực (HD) trung bình đạt 89,38 % và kiểm

định trung bình là 88,7 %. Kết quả trên có thể coi là chấp nhận được để tiến hành

hiệu chỉnh và kiểm định cho mô đun tính toán lan truyền mặn (AD).

Hiệu chỉnh và kiểm nghiệm định mặn được tiến hành cho 9 cửa sông của

đồng bằng. Hình 3-28 và Hình 3-29 là một số các kết quả hiệu chỉnh và kiểm định:

Đánh giá kết quả hiệu chỉnh và kiểm định mô hình lan truyền mặn. Do điều

kiện số liệu quan trắc rất hạn chế cả về số lượng và chất lượng, ngoài ra, kỹ thuật

mô hình vẫn ở dạng tính toán mặn đồng nhất trên một mặt cắt (mặn mô phỏng ở đây

được so sánh với mặn tại 0,5h, h- độ sâu mực nước), do đó, hệ số Nash tính trung

bình chỉ đạt 72 % cho hiệu chỉnh và 68 % cho kiểm định. Tuy nhiên, đường mô

phỏng đã bắt được xu thế, đỉnh mặn mô phỏng còn sai khác với quan trắc tối đa 3

%o. Tham khảo một số các nghiên cứu khác, thì kết quả này có thể coi là chấp nhận

được.

Độ mặn tại trạm Như Tân – sông Đáy

Độ mặn tại trạm Trung Trang - sông Văn Úc

Độ mặn tại trạm Ba Lạt- sông Hồng

Độ mặn tại trạm Đông Xuyên – sông Thái

Bình

Hình 3-28. Một số hình kết quả hiệu chỉnh mô hình lan truyền mặn (AD) tại một số

trạm chính cho năm 2010, đường mô phỏng (xanh), quan trắc (chấm đỏ).

114

Độ mặn tại trạm Như Tân – sông Đáy

Độ mặn tại trạm Cao Kênh – sông Kinh Thầy

Độ mặn tại trạm Ba Lạt- sông Hồng

Độ mặn tại trạm Đồ Sơn – sông Đá Bạch

Hình 3-29. Một số hình kết quả kiểm định mô lan truyền mặn (AD) tại một số trạm

chính cho năm 2011, đường mô phỏng (xanh), quan trắc (chấm đỏ).

3.2.2. Mô hình thay thế

Như đã trình bày ở Mục 2.2.4, mô hình Mike 11 sẽ xây dựng số liệu đầu vào

cho khoảng 10 năm với bước thời gian giờ, cho các đầu vào của phương trình

(2-14): ℎ𝑡+1𝐻𝑁 = 𝑓(ℎ𝑡

𝐻𝑁 , 𝑞𝑡−1𝑑𝑒𝑙𝑡 , ℎ𝑡−1

𝐵𝐿 ,𝑊𝐷𝑡), với 𝑞𝑡−1𝑑𝑒𝑙𝑡 là tổng dòng chảy trung bình

xuống đồng bằng, đơn vị là m3/s; ℎ𝑡−1𝐵𝐿 chiều max trong ngày, đơn vị là (m) (thời

gian chảy trễ là khoảng 1 ngày được ước lượng từ mô hình Mike 11), 𝑊𝐷𝑡 là nhu

cầu nước trong ngày, đơn vị là m3/s. Để xác định số neuron phù hợp, nghiên cứu

sinh đã ứng dụng công cụ Netlab do Nabney (2002) phát triển, để tiến hành luyện

mạng và đánh giá theo 9 tiêu chí sau:

(1) Nash: Hệ số Nash-Sutcliff như công thức (3-1);

(2) mu_err: Phần trăm lỗi bình quân 𝜇|𝑒𝑟𝑟|

𝜇(𝑥)∗ 100(%);

(3) std_err: Phần trăm độ lệch chuẩn của lỗi 𝜎|𝑒𝑟𝑟|

𝜎(𝑥)∗ 100(%);

(4) max(err): Lỗi tối đa;

(5) min(err): Lỗi tối thiểu;

(6) err_mean_high: Lỗi bình quân tại các giá trị hàm cao (chọn quantile 99);

(7) err_max_high: Lỗi tối đa tại các giá trị hàm cao (chọn quantile 99);

115

(8) err_mean_low: Lỗi bình tại các giá trị hàm thấp (chọn quantile 46- tương

đương với mực nước 2,2 m là yêu cầu );

(9) err_min_low: Lỗi tối thiểu tại các giá trị hàm thấp.

Xác định số neuron là 10 là phù hợp với có hệ số Nash cao 0,99522, các lỗi

max và min là nhỏ, các lỗi max, mean tại các khoảng giá trị lớn và giá trị nhỏ

(<2,2m) là không lớn, ngoài ra, số neuron như vậy là trung bình không quá cao, dễ

làm thời gian tính toán quá lớn. Tổng thời gian tính toán với bước ngày cho 10 năm

chỉ còn là 0,0003 s trong khi với mô hình Mike 11 là gần 24 h. Xem chi tiết các kết

quả kiểm định như các hình dưới đây:

Hình 3-30. Đánh giá các tiêu chí kiểm định mạng ANN theo số neuron sử dụng

Nas

h

116

Hình 3-31. Kết quả mô phỏng so sánh giữa ANN và số liệu mạng từ Mike 11

Kích thước bài toán, máy tính, và ngôn ngữ lập trình

Một bài toán tối ưu với không gian nghiệm lớn luôn đòi hỏi một máy tính kỹ

thuật chuyên nghiệp với cấu hình tính toán cao và ở đó người thực hiện luôn phải

cân nhắc giữa mức độ chi tiết cần thiết và phần cứng yêu cầu.

Trong nghiên cứu này với đề xuất đưa 6 hồ vào nghiên cứu và dạng của hàm

vận hành như công thức (2-15) trong đó 13 là số giai đoạn mùa cạn được chia ra, thì

tổng số biến quyết định lên đến 78 biến (13x6). Như vậy, nếu bài toán được giải

quyết bằng quy hoạch động DP và giả thiết chia miền giá trị của mỗi biến làm 10

giá trị, thì tổng số phương án phải đánh giá sẽ là 7810. Và với thời gian mô phỏng

hệ thống trên 18250 bước tính (50 năm x 365 ngày) là 0,1 s (hệ thống được lập trình

trên C/C++ ), thì tổng thời gian tính cho toàn bộ các phương án sẽ lên đến trên 26 tỷ

năm, điều này là hoàn toàn không thể chấp nhận được.

117

Trường hợp sử dụng thuật toán BORG –MOEA, thì chỉ với khoảng 3 triệu

phương án tính, nghiệm của bài toán đã có thể hội tụ về mặt pareto. Ở đây, do điều

kiện có hạn nghiên cứu sử dựng một máy tính Intel ® Core(TM)i7-4810 CPU @

2.8 GHz 8MB Cache RAM 16 GB. Hệ thống ban đầu được lập trình dạng bản mẫu

bằng Matlab 2013a có thời gian tính cho một phương án là 60 (s), sau khi viết lại

bằng C/C++ thì thời gian tính rút xuống còn 0,1 (s). Ngoài ra, kết hợp sử dụng tính

toán song song 8 luồng của máy tính hỗ trợ bởi MPI (Message Programming

Interface) trên nền tảng Visual Studio Pro 2015 của Window trong đó 1 luồng là

Master Node, thì tổng thời gian tính cho 3 triệu phương án chỉ còn là 11,9 giờ. Điều

này là hoàn toàn có thể chấp nhận được. Tham khảo phần mã nguồn chính của hệ

thống trong Phụ lục 1.

Giao diện cho vận hành thời gian thực

Để minh chứng việc ứng dụng hàm vận hành trong thực tế vận hành thời gian

thực. Một giao diện đơn giản có thể được xây dựng như (Hình 3-32) dưới đây. Ở

đây, sau khi chính sách vận hành được lựa chọn, tại thời điểm hiện tại (thời gian đã

được tự cập nhật theo hệ thống), chỉ cần nhập dung tích hiện tại của 6 hồ chứa, và

nhấn vào nút tính toán hàm vận hành sẽ chỉ ra lưu lượng trung bình ngày các hồ

chứa nên xả (Hình 3-33). Người vận hành có thể thực tế đi theo các gợi ý này, hoặc

không, ngày tiếp theo, lại nhập vào dung tích hiện trạng của hệ thống, hàm vận

hành vẫn gợi ý chỉ các giá trị xả nên đi theo.

Hình 3-32. Giao diện hỗ trợ vận hành thời gian thực cho hệ thống hồ chứa sông

Hồng

118

Hình 3-33. Quá trình thực hiện tính toán và kết quả trên giao diện hỗ trợ vận hành

hệ thống

Phân tích và đánh giá kết quả tính toán các hàm vận hành tối ưu.

Hàm vận hành của hệ thống hay hàm chính sách vận hành của hệ thống phụ

thuộc vào chính những chính sách quản lý và vận hành hệ thống mà các bên có liên

quan áp đặt cho hệ thống. Và những chính sách này quyết định mục tiêu và ràng

buộc như đã được đưa ra trong Mục 2.2.1 ở trên. Ở đây, bài toán tối ưu đưa vào giải

chịu các điều kiện sau:

- Hàm mục tiêu 1: Tối đa hóa lợi ích điện lượng tương đối trên toàn thời kỳ

mô phỏng 50 năm (công thức (2-1)).

- Hàm mục tiêu 2: Kiểm tra điều kiện mực nước Hà Nội ≥ 1,2 m thấy rằng

không thể có giải pháp khả thi nào mà không vi phạm điều kiện này trong thời kỳ

mô phỏng đã chọn. Vì vậy lựa chọn điều kiện này thành một hàm mục tiêu trung

119

bình mực nước thấp (< 1,2 m), đảm bảo được cả số lần vi phạm và mức độ vi phạm

như đã đề xuất với công thức (2-2) là phù hợp.

- Ràng buộc 1: Kiểm tra điều kiện mực nước Hà Nội đảm bảo lớn hơn 2,2 m

trong các thời kỳ đổ ải Đông Xuân là có thể đảm bảo được cho toàn chuỗi nghiên

cứu. Vì vậy, ràng buộc này (công thức (2-7)) là phù hợp đưa vào bài toán.

- Ràng buộc 2: Kiểm tra điều kiện mực nước cuối hệ thống cuối mùa cạn đảm

bảo điều kiện chống lũ trong toàn thời mô phỏng là có thể đảm bảo được với các

công trình xả của hệ thống hồ, như vậy, ràng buộc này đưa vào là phù hợp với bài

toán.

Hàm vận hành có dạng (2-15), như đã trình bày ở trên có thời kỳ mùa cạn chia

làm 13 giai đoạn, thì tổng cộng có 78 tham số xả. Ở đây, tính thử nhiều lần, lựa

chọn hộp 𝜖1= 0,1 cho hàm mục tiêu số 1 và 𝜖2= 0,01 cho hàm mục tiêu số 2 là vừa

để đảm bảo tính hội tụ và đa dạng của mặt Pareto. Việc chọn 𝜖 quá lớn sẽ dẫn đến

quá trình tìm kiếm nhanh và mặt pareto đa dạng hơn nhưng dễ bị thất bại do mất

phương hướng tìm kiếm khi không có nghiệm mới thỏa mãn điều kiện trội 𝜖. Ngược

lại, chọn quá nhỏ mặc dù dễ dàng đảm bảo sự cải thiện nhưng dễ bị tắc ở một tối ưu

cục bộ và làm mặt pareto thiếu tính đa dạng và kích thước file kết quả thường lớn.

Tổng kết sau 11,9 h tính toán cho tổng cộng 3 triệu lần đánh giá hàm

(phương án vận hành), thuật toán BORG đã tìm ra được nghiệm khả thi tại số lần

đánh giá hàm (NFE) là 26.600. Sau đó, tại NFE = 1e5 đã hình thành mặt pareto, và

mặt Pareto phát triển khá nhanh đến NFE = 2e6. Từ đó đến 3e6 thì tốc độ phát triển

chậm hẳn lại và gần như không có tiến triển tiếp. Cuối cùng, tại NFE = 3e6 thì có

mặt Pareto với hàm mục tiêu về lợi ích điện lượng dao động từ khoảng 1494 103

đến 1558 103 tỷ đồng (đã giả thiết 1000 đồng cho 1 kwh tại thời kỳ thấp điểm nhất

và giá điện tăng tỉ lệ theo nhu cầu) và hàm mục tiêu thứ hai (trung bình các mực

nước nhỏ hơn 1,2 m) dao động từ khoảng 69 cm đến 115 cm (Hình 3-34).

120

Hình 3-34. Sự hình thành nghiệm khả thi và tiến triển của mặt Pareto cho thí

nghiệm tìm trực tiếp tham số xả

Tổng hợp 350 nghiệm của mặt Pareto tối ưu (tại NFE = 3e6), đánh giá trung

bình mật độ nghiệm theo 2 hàm mục tiêu bằng công thức sau:

𝑑𝑖 =|𝑂𝑏𝑗𝑖

𝑚𝑎𝑥 −𝑂𝑏𝑗𝑖𝑚𝑖𝑛|

𝑛𝐴𝑙 (3-2)

Trong đó, 𝑑𝑖: là mật độ trung bình nghiệm theo hàm mục tiêu thứ i; 𝑂𝑏𝑗𝑖𝑚𝑎𝑥,

𝑂𝑏𝑗𝑖𝑚𝑖𝑛 giá trị hàm mục tiêu max, min thứ i; 𝑛𝐴𝑙 số lượng nghiệm tối ưu trong mặt

Pareto. Ta thu được 𝑑1= 0.183 và 𝑑2 = 0.13, so với 𝜖1= 0,1 và 𝜖2= 0,01, mặt có

thể mở rộng tiếp, tuy nhiên xem xét nghiệm tối ưu nhất về hàm mục tiêu 1 tại NFE

= 2e6 là 1556 và mục tiêu 2 là 114.7 thì tốc độ phát triển trên 2 chiều này qua 1e6

lần đánh giá lần lượt là 2.22785E-06 và 3.80483E-07, như vậy tốc độ tiến triển là

quá nhỏ. Do đó, nếu đánh giá tiếp sẽ gần như chỉ tạo thêm nghiệm không trội mà sẽ

65

70

75

80

85

90

95

100

105

110

115

120

1410 1430 1450 1470 1490 1510 1530 1550

Tru

ng

bìn

h c

ác m

ực

nư

ớc

Hà

Nộ

i <1

,2 m

(cm

)

Tổng lợi ích điện lượng tương đối (103 tỷ đồng)1000 đ/kwh vào thời thấp điểm nhất

NFE=26600 NFE=100000 NFE=500000 NFE=1000000 NFE=2000000 NFE=3000000

tốt lên

tốt

lên

121

không tạo thêm nghiệm trội cho bài toán. Vì vậy, như đã trình bày ở trên, việc dừng

tính toán là chấp nhận được.

Tổng hợp một số nghiệm điển hình của mặt để phân tích thêm một số chỉ tiêu

như lợi ích điện mùa cạn lớn nhất, nhỏ nhất, số ngày vi phạm mực nước <1,2 m,

mực nước Hà Nội mùa cạn min, mực nước Hà Nội mùa cạn trung bình. Ta thấy

rằng, mặc dù 2 hàm mục tiêu có sự tăng giảm đồng bộ, các chỉ tiêu tính thêm về

mực nước mùa cạn tối thiểu và trung bình cũng có xu thế tương tự như hàm mục

tiêu về mực nước, tuy nhiên, nó không đồng đều, tương tự như vậy, với 2 chỉ tiêu

thêm về điện. Điều này là do chúng không phải là hàm mục tiêu của bài toán và các

chỉ tiêu cực trị này chịu ảnh hưởng rất lớn của yếu tố dòng chảy ngẫu nhiên (Bảng

3-5).

Bảng 3-5. Tổng hợp một số nghiệm điển hình của mặt Pareto tối ưu

Nghiệm

tối ưu

Tổng lợi

ích điện

50 mùa

cạn (103

tỷ VND)

Lợi ích

điện

mùa

cạn

max

(103 tỷ

VND)

Lợi ích

điện

mùa

cạn

min

(103 tỷ

VND)

hHà Nội

thấp (<

1,2 m)

trung

bình (cm)

Số ngày

vi phạm

mực

nước <

1,2 m

hHà

Nội_mùa

cạn_min

(cm)

hHà

Nội_mùa

cạn _trung

bình (cm)

P350H1 1494.48 36.52 20.49 115.08 886 68.66 209.19

P218H133 1534.42 37.41 20.89 110.07 1877 25.09 209.24

P143H208 1542.76 37.55 21.00 104.99 2547 25.69 209.14

P94H257 1548.32 37.64 21.22 100.08 3192 24.95 208.61

P65H286 1551.40 37.69 21.29 95.09 3321 25.41 208.57

P47H304 1553.43 37.67 21.32 90.44 3395 25.43 208.23

P32H319 1555.16 37.69 21.41 85.02 3332 24.86 207.81

P20H331 1556.32 38.13 20.89 80.16 4099 23.94 206.96

P10H341 1557.41 38.16 20.87 75.23 4088 0.41 206.48

P1H350 1558.36 38.14 20.92 69.32 4121 0.01 206.07

* Vận hành thử cho mùa cạn 2015-2016:

Số liệu vận hành quá khứ cho hệ thống 6 hồ chứa đã được tiến hành thu thập.

Tuy nhiên, do hồ Lai Châu mới đưa vào hoạt động và số liệu bắt đầu có từ

16/10/2015, do đó giai đoạn mô phỏng thử nghiệm sẽ là từ 16/10/2015 đến

14/6/2016. Tổng hợp các số liệu đã được thu thập như dưới đây:

122

Hình 3-35. Dòng chảy đến hồ Bản Chát giai đoạn 16/10/2015 đến 14/6/2016.

Hình 3-36. Dòng chảy đến hồ Lai Châu giai đoạn 16/10/2015 đến 14/6/2016.

123

Hình 3-37. Dòng chảy đến hồ Thác Bà giai đoạn 16/10/2015 đến 14/6/2016

Hình 3-38. Dòng chảy đến Hồ Tuyên Quang giai đoạn 16/10/2015 đến 14/6/2016.

124

Hình 3-39. Dòng chảy đến hồ Sơn La giai đoạn 16/10/2015 đến 14/6/2016.

Hình 3-40. Dòng chảy đến hồ Hòa Bình giai đoạn 16/10/2015 đến 14/6/2016.

125

Hình 3-41. Dòng chảy xả hồ Hồ Bản Chát giai đoạn 16/10/2015 đến 14/6/2016.

Hình 3-42. Dòng chảy xả hồ Lai Châu giai đoạn 16/10/2015 đến 14/6/2016.

126

Hình 3-43. Dòng chảy xả hồ Thác Bà giai đoạn 16/10/2015 đến 14/6/2016

Hình 3-44. Dòng chảy xả hồ Tuyên Quang giai đoạn 16/10/2015 đến 14/6/2016

127

Hình 3-45. Dòng chảy xả hồ Tuyên Quang giai đoạn 16/10/2015 đến 14/6/2016

Hình 3-46. Dòng chảy xả hồ Hòa Bình giai đoạn 16/10/2015 đến 14/6/2016

Lựa chọn 8 giải pháp vận hành điển hình theo thứ tự ưu tiên mực nước sau

đó đến điện lượng là P350H1, P300H51, P250H101, P200H151, P150H201

P100H251, P50H301 và P1H350, tiến hành tính toán thử nghiệm thời gian thực trên

mô hình để đánh giá tính hiệu quả và so sánh với vận hành thực tiễn. Với trường

128

hợp thực tế do không có điều kiện thu thập số liệu về điện lượng, ở đây chỉ căn cứ

trên số liệu vận hành mực nước, lưu lượng hệ thống hồ chứa, tiến hành tính toán lại

điện lượng bằng mô hình.

Kết quả chỉ ra toàn bộ các giải pháp đều vượt trội đáng kể so với thực tiễn về

mục tiêu lợi ích điện lượng từ 25 ÷ 28 %. Về mục tiêu trung bình mực nước thấp

(<1,2m), sự cải thiện từ 4 ÷ 11 % chỉ có ở các giải pháp từ P350H1, P300H51,

P250H101 và P200H151, tuy nhiên, tất cả các giải pháp đều cải thiện số lần vi

phạm mực nước 1,2 m, chỉ từ 7 ÷ 29 lần vi phạm so với 51 lần vi phạm trong thực

tế. Về mực nước nhỏ nhất, toàn bộ các giải pháp trừ P1H350 đều thể hiện sự cải

thiện từ 9 ÷ 64 %, ngoài ra, tất cả các giải pháp đều cải thiện mực nước trung bình

toàn mùa cạn từ 40 ÷ 43 % (Bảng 3-6). Như vậy, xét trên toàn diện có thể kiến nghị

sử dụng các giải pháp vận hành từ P350H1 đến P200H151 đặt trong hộp như Hình

3-47.

Bảng 3-6. Tổng hợp hiệu quả của các giải pháp vận hành và thực tiễn vận hành thời

kỳ 16/10/2015 đến 14/6/2016

TT Nghiệm

tối ưu

Lợi ích điện hHà Nội thấp (< 1,2

m) trung bình

Số ngày vi

phạm mực

nước < 1,2 m

hHà Nội_mùa

cạn_min

hHà Nội_mùa cạn

_trung bình

(103 tỷ

VND)

Cải

thiện

sv thực

tế (%)

(cm)

Cải

thiện sv

thực tế

(%)

(ng

ày)

Cải

thiện sv

thực tế

(%)

(cm)

Cải

thiện

sv

thực

tế

(%)

(cm)

Cải

thiện

sv

thực

tế

(%)

1 P350H1 31.01 25.87 108.78 11.44 7 86.27 103.58 64.41 276.96 43.35

2 P300H51 31.12 26.33 105.31 7.88 7 86.27 96.22 52.73 274.73 42.19

3 P250H101 31.22 26.72 103.35 5.88 7 86.27 91.43 45.13 275.04 42.35

4 P200H151 31.38 27.39 101.57 4.06 9 82.35 87.42 38.76 275.93 42.81

5 P150H201 31.35 27.24 96.97 -0.65 14 72.55 86.89 37.92 274.34 41.99

6 P100H251 31.39 27.43 96.27 -1.37 22 56.86 86.05 36.58 273.71 41.66

7 P50H301 31.48 27.79 93.92 -3.78 23 54.90 69.19 9.82 274.32 41.98

8 P1H350 31.57 28.14 81.70 -16.3 29 43.14 54.99 -12.7 272.22 40.89

9 Thực tế 24.64 0.00 97.61 0.00 51 0.00 63.00 0.00 193.21 0.00

* Phân tích sự phối hợp vận hành giữa các hồ chứa:

129

Lựa chọn giải pháp vận hành ưu tiên mực nước P350H1 và thực tế vận hành

của 6 hồ chứa giai đoạn từ 16/10/2015 ÷ 14/6/2016, để so sánh phân tích, đã cho

thấy (tham khảo từ Hình 3-48 đến Hình 3-57):

Từ 16/10/2015 ÷ 15/1/2016: Theo số liệu quan trắc, trên sông Đà, 4 hồ chứa

Bản Chát, Sơn La, Hòa Bình và Lai Châu vận hành xả bằng dòng chảy đến, dung

tích các hồ được duy trì cao dao động xung quanh NMDBT. Theo P350H1, dung

tích các hồ chứa cũng có xu hướng tương tự, tuy nhiên đến 1/12/2015 hồ Bản Chát

đã xả nhiều hơn và hạ thấp dung tích từ trên 2 tỷ m3 xuống còn khoảng 1,5 tỷ m3.

Hồ Tuyên Quang cũng đã xả nhiều hơn và dung tích thấp hơn so với thực tế, hồ

Thác Bà từ 1/1/2015 cũng đã hạ thấp dung tích. Nhờ vào điều này, dung tích 2 hồ

lớn Sơn La và Hòa Bình được duy trì cao và dòng chảy hạ lưu được cải thiện hơn.

Từ 15/1/2016 ÷ 1/3/2016: Theo số liệu quan trắc, 3 hồ chứa Hòa Bình, Thác

Bà và Tuyên Quang đã bắt suy giảm mạnh dung tích. Nguyên nhân là do bắt đầu

vào thời kỳ cấp nước Đông Xuân và dòng chảy đến trong giai đoạn này là nhỏ. Tuy

nhiên, điểm chính ở đây là, các hồ Bản Chát, Sơn La, Lai Châu vẫn duy trì dung

tích cao và không phối hợp bổ sung nước cho Hòa Bình. Trong khi theo P350H1,

các hồ Bản Chát, Sơn La, và Lai Châu đã phối hợp bổ sung nước cho Hòa Bình

trong đợt xả 1 và 2 của Đông Xuân.

Từ 1/3/2016 ÷ 1/5/2016: Theo số liệu quan trắc, tất cả các hồ chứa đều giảm

dung tích, hồ Sơn La giảm mạnh nhất. Tuy nhiên, theo P350H1, thì hồ Hòa Bình lại

tăng dung tích và giữ ổn định ở MNDBT đến hết 1/5. Ở đây, có thể giải thích là các

hồ Bản Chát và Sơn La đã dồn dung tích cho Hòa Bình trên sông Đà, điều này đã

làm dung tích Sơn La giảm rất nhanh đến 1/5 chỉ còn khoảng hơn 3 tỷ m3, hồ Bản

Chát khoảng 1,2 tỷ m3, trong khi số liệu quan trắc là 5,5 tỷ với Sơn La và 1 tỷ với

Bản Chát m3. Về phía các hồ Thác Bà và Tuyên Quang, sau khi gia tăng xả nước

mạnh mẽ hỗ trợ Hòa Bình giai đoạn trước, giai đoạn này các hồ duy trì dung tích.

Từ 1/5/2016 ÷ 14/6/2016: Các hồ đồng loạt giảm dung tích vừa gia tăng phát

điện vừa đảm bảo yêu cầu dung tích chống lũ vào cuối mùa cạn. Theo quan trắc, hồ

Hòa Bình đã giảm dung tích về khoảng 6 tỷ m3, hồ Sơn La là 3 tỷ, các hồ còn lại

130

khoảng 1 ÷ 1,3 tỷ m3. Theo P350H1, hồ Sơn La sau khi đã giảm mạnh dung tích ở

giai đoạn trước, giai đoạn này chỉ duy trì dung tích ở khoảng 3 tỷ m3, hồ Hòa Bình

đã giảm về khoảng 7,5 tỷ m3, và các hồ còn lại cũng giảm về dao động dung tích

xung quanh khoảng 1 tỷ m3.

Theo Bảng 3-6, giải pháp vận hành P350H1 cho thấy sự cải thiện về lợi ích

phát điện đến 25,87 % và trung bình mực nước thấp 11,44 %. Như đã phân tích ở

trên, điều này có thể giải thích được bằng sự phối hợp của các hồ chứa nhằm duy trì

tối đa dung tích của các hồ chứa lớn (dung tích và cột nước lớn) là Sơn La và Hòa

Bình, trong đó ưu tiên nhất là Hòa Bình trong các giai đoạn từ 1/3 đến cuối kiệt có

nhu cầu phát điện cao.

Hình 3-47. So sánh các giải pháp vận hành và thực tế vận hành

75.00

80.00

85.00

90.00

95.00

100.00

105.00

110.00

115.00

24.00 25.00 26.00 27.00 28.00 29.00 30.00 31.00 32.00

Hàm

mục tiê

u M

ực n

ướ

c (

cm

)

Hàm mục tiêu Lợi ích điện lượng (1000 tỷ đồng)

Thực tế

P350H1

P300H51

P250H101

P200H151

P150H201

P100H251

P50H301

P1H350tốt lên

tốt

lên

131

Hình 3-48. Diễn biến dung tích các hồ chứa giai đoạn 16/10/2015 đến 14/6/2016

theo quan trắc vận hành thực tế

Hình 3-49. Diễn biến dung tích các hồ chứa ứng với giải pháp P350H1 giai đoạn từ

16/10/2015 đến 14/6/2016

16/09 01/10 01/11 01/12 01/01 01/02 01/03 01/04 01/05 01/06 14/060

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

Dung t

ich (

10

6 m

3)

Dung tich cac ho

BC

LC

TB

TQ

SL

HB

Xả

Đông

Xuân

Xả Đông

Xuân

132

Hình 3-50. Diễn biến vận hành tại hồ Bản Chát ứng với giải pháp P350H1 giai đoạn

từ 16/10/2015 đến 14/6/2016

Hình 3-51. Diễn biến vận hành tại hồ Lai Châu ứng với giải pháp P350H1 giai đoạn

từ 16/10/2015 đến 14/6/2016

16/09 01/10 01/11 01/12 01/01 01/02 01/03 01/04 01/05 01/06 14/060

400

800

1200

1600

2000

2400

2800

3200

3600

4000

Luu luong (

m3/s

)

Dien bien dong chay den, tong xa, dung tich tai ho Ban Chat

0

400

800

1200

1600

2000

2400

2800

3200

3600

4000

Dung t

ich (

10

6 m

3)

tong xa

dong chay den

MNDBT

dung tich

16/09 01/10 01/11 01/12 01/01 01/02 01/03 01/04 01/05 01/06 14/060

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

Luu luong (

m3/s

)

Dien bien dong chay den, tong xa, dung tich tai ho Lai Chau

0

400

800

1200

1600

2000

2400

2800

3200

3600

4000

Dung t

ich (

10

6 m

3)

tong xa

dong chay den

MNDBT

dung tich

133

Hình 3-52 . Diễn biến vận hành tại hồ Sơn La ứng với giải pháp P350H1 giai đoạn

từ 16/10/2015 đến 14/6/2016

Hình 3-53. Diễn biến vận hành tại hồ Hòa Bình ứng với giải pháp P350H1 giai đoạn

từ 16/10/2015 đến 14/6/2016

16/09 01/10 01/11 01/12 01/01 01/02 01/03 01/04 01/05 01/06 14/060

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

1.6

1.7

1.8

1.9

2x 10

4Luu luong (

m3/s

)Dien bien dong chay den, tong xa, dung tich tai ho Son La

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

Dung t

ich (

10

6 m

3)

tong xa

dong chay den

MNDBT

MNCK-1622

dung tich

16/09 01/10 01/11 01/12 01/01 01/02 01/03 01/04 01/05 01/06 14/060

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

1.6

1.7

1.8

1.9

2x 10

4

Luu luong (

m3/s

)

Dien bien dong chay den, tong xa, dung tich tai ho Hoa Binh

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

5500

6000

6500

7000

7500

8000

8500

9000

9500

10000

Dung t

ich (

10

6 m

3)

tong xa

dong chay den

MNDBT

MNCK-1622

dung tich

Xả Đông

Xuân

Xả Đông

Xuân

134

Hình 3-54. Diễn biến vận hành tại hồ Thác Bà ứng với giải pháp P350H1 giai đoạn

từ 16/10/2015 đến 14/6/2016

Hình 3-55. Diễn biến vận hành tại hồ Tuyên Quang ứng với giải pháp P350H1 giai

đoạn từ 16/10/2015 đến 14/6/2016

16/09 01/10 01/11 01/12 01/01 01/02 01/03 01/04 01/05 01/06 14/060

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

Luu luong (

m3/s

)

Dien bien dong chay den, tong xa, dung tich tai ho Thac Ba

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

Dung t

ich (

10

6 m

3)

tong xa

dong chay den

MNDBT

MNCK-1622

dung tich

16/09 01/10 01/11 01/12 01/01 01/02 01/03 01/04 01/05 01/06 14/060

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

5500

6000

6500

7000

7500

8000

8500

9000

9500

10000

Luu luong (

m3/s

)

Dien bien dong chay den, tong xa, dung tich tai ho Tuyen Quang

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

Dung t

ich (

10

6 m

3)

tong xa

dong chay den

MNDBT

MNCK-1622

dung tich

135

Hình 3-56. Mực nước tại trạm Hà Nội giai đoạn từ 16/10/2015 đến 14/6/2016 theo

số liệu quan trắc

Hình 3-57. Lưu lượng và mực nước tại trạm Hà Nội ứng với giải pháp P350H1 giai

đoạn từ 16/10/2015 đến 14/6/2016

16/09 01/10 01/11 01/12 01/01 01/02 01/03 01/04 01/05 01/06 14/060

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

hH

N (

m)

Tong dong chay xuong dong bang và muc nuoc ngay Ha Noi mua kiet

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

Luu luong (

m3/s

)

Xả

Đông

Xuân

Xả Đông

Xuân

136


Từ những định hướng cơ bản của tổng quan ở Chương 2 và tiến hành tập hợp

số liệu theo hướng này, nghiên cứu sinh đã đề xuất một khung xây dựng giải pháp

tối ưu lấy thuật toán BORG-MOEA làm trung tâm. Phạm vi nghiên cứu đã được

định hình mà cụ thể là 6 hồ chứa có ý nghĩa lớn. Từ đây, các mô hình được xây

dựng lên bao gồm có mô hình hệ thống hồ vận hành trong mùa cạn, mùa lũ . Tiếp

đó, để đảm bảo đưa vào được tính ngẫu nhiên của dòng chảy đến, một chuỗi dòng

chảy ngày đủ lớn (50 năm) từ 1961 - 2011 đã được sử dụng cho bài toán. Như vậy,

những khó khăn về không gian nghiệm lớn đã bị đẩy lên rất cao với 6 hồ chứa và

một chuỗi mô phỏng lên đến 18250 bước.

Để đảm bảo mang ý nghĩa thực tiễn hơn, bài toán tối ưu đa mục tiêu được cân

nhắc chuyển hàm mục tiêu mực nước (Chương 2) thành giá trị trung bình mực nước

thấp (<1,2 m). Từ đây, với số lượng tham số hàm vận hành là 78, thuật toán tối ưu

đa mục tiêu BORG MOEA với khả năng tự động điều chỉnh lựa chọn các toán tử

vận hành các đặc trưng của quá trình tiến hóa như chọn lọc, trao đổi chéo, đột biến

đã tiến hành tìm kiếm nghiệm tối ưu trong “siêu” không gian tham số hàm vận hành

đã được thiết lập.

Về thiết lập các mô hình, sau khi thiết lập, hiệu chỉnh và kiểm nghiệm mô

hình Mike 11 mô phỏng hạ du cả về đô mặn và thủy lực. Một mô hình thay thế với

cấu trúc mạng ANN gồm 3 lớp, trong đó có 1 lớp ẩn với 10 neuron và hàm kích

hoạt là tang hypebolic. Quá trình luyện mô hình này theo đầu vào từ Mike đã cho

kết quả cao và mực nước Hà Nội tính toán cho 50 năm đã giảm từ khoảng 24 h

xuống còn 0,0013 s.

Về mô hình hồ chứa, hệ thống ban đầu được xây dựng thử nghiệm trên

Matlab. Sau khi chạy thử và đánh giá, đã được viết lại bằng C/C++ , trong đó, đã

thực hiện cải tiến BORG-MOEA, ứng dụng hỗ trợ tính toán song song MIP để tăng

tốc độ tính toán. Từ đây, một máy tính workstation cấu hình Intel Corei7 4800 MQ

2.8 Hz, Cache 8 MB, Ram 16 GB có thể thực hiện tính toán song song trên 8 lõi

được đưa vào để thực hiện tính toán tối ưu.

137

Thời gian tính toán cho mỗi giải pháp đã rút từ Matlab với 63 s xuống còn 0,1

s. Thuật toán đã hội tụ về mặt Pareto bao gồm 350 nghiệm tối ưu không trội, được

phân bổ khá rộng với mật độ tốt tại 3 triệu lần đánh giá hàm với tổng thời gian tính

toán là 18 h. Tiếp đó, nghiên cứu đã tiến hành phân tích đánh giá tính hiệu quả với 8

giải pháp vận hành điển hình rút ra từ 350 nghiệm của mặt Pareto. Kết quả đánh giá

được so sánh với vận hành thực tế của giai đoạn 16/10/2015 đến 14/6/2016, đã cho

thấy một sự cải thiện đáng kể từ 25 ÷ 28 % về lợi ích điện lượng trên cả 8 giải pháp.

Mục tiêu mực nước chỉ được cải thiện với các giải pháp từ P350H1 đến P200H151

với mức 4 ÷ 11 %, tuy nhiên, ở tất cả các giải pháp đều ghi nhận sự cải thiện đáng

kể về mực nước trung bình tại Hà Nội là khoảng 40 ÷ 43 %, số ngày vi phạm mực

nước 1,2 m cải thiện từ 43 ÷ 86 %. Ngoài ra, phân tích về sự phối hợp trọng vận

hành giữa các hồ chứa trên hệ thống cho thấy, nếu thực hiện vận hành trên nguyên

tắc hỗ trợ tối đa 2 hồ chứa lớn là Sơn La và Hòa Bình (trong đó ưu tiên số 1 là Hòa

Bình) duy trì dung tích cao thì hiệu quả vận hành trên hệ thống sẽ được cải thiện

đáng kể.

138

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

1. Kết luận

Biến đổi khí hậu, các hiện tượng thời tiết cực đoan và phát triển kinh tế xã hội

kéo theo những mâu thuẫn, xung đột lợi ích ngày cảng tăng đang là những thách

thức của tương lai quản lý nước. Với công suất thủy điện toàn hệ thống chiếm tới

hơn 60 %, cung cấp tới 20 ÷ 30 % nhu cầu điện cả nước và xếp thứ hai về sản xuất

lúa gạo, hệ thống sông Hồng sẽ là tâm điểm của mẫu thuẫn giữa năng lượng, lương

thực và các nghành dùng nước khác như môi trường, giao thông thủy...

Hệ thống thủy điện được đưa vào nghiên cứu bao gồm 6 hồ chứa lớn là Bản

Chát, Lai Châu, Sơn La, Hòa Bình, Thác Bà và Tuyên Quang sẽ là trọng tâm trong

giải quyết các thách thức trên. Trong khi đó, quy trình vận hành cho các hồ này đã

ra đời, tuy nhiên, vẫn còn hạn chế khi chưa được xây dựng trên một phương pháp

luận tối ưu. Các nghiên cứu gần đây của Trường ĐH Thủy lợi, Viện QH Thủy lợi,

Viện KHTL Việt Nam, Viện Khoa học Khí tượng thủy văn và BĐKH… đã xây

dựng được những luận cứ, cơ sở khoa học và thực tiễn quan trọng cho việc thiết lập

và giải bài toán tối ưu vận hành đa mục tiêu và đa hồ chứa này. Tuy nhiên, những

khó khăn về phương pháp luận, tính phi tuyến, và khối lượng tính toán vẫn là những

cản trở lớn.

Trong nghiên cứu này, sau quá trình tổng quan và phân tích toàn diện các đặc

điểm của hệ thống. Hướng nghiên cứu đã được nhận định là cần giải quyết mâu

thuẫn cơ bản của hệ thống trong phát điện và cấp nước mà cụ thể ở đây là sự khác

nhau về thời điểm trong mùa kiệt. Ngoải ra, kiểm tra tính toán tối ưu thử trước đã

cho thấy rằng không có nghiệm nào có thể làm cho mực nước luôn thỏa mãn điều

kiện 1,2 m trong 50 tính toán. Sau đó, bài toán đã đi đến lựa chọn 2 mục tiêu là tối

đa hóa lợi ích điện lượng toàn hệ thống và tối đa hóa trung bình các mực nước thấp

(1,2 m).

Một nhận định quan trọng khác là sẽ rất khó giải quyết bài toán tối ưu vận

hành cho 6 hồ chứa với trục mô phỏng 50 năm và bước tính toán là ngày bằng các

139

kỹ thuật tối ưu phi tuyến truyền thống như DP, NLP. Do đó, nghiên cứu đã lựa chọn

thuật toán BOR-MOEA thuộc lớp tính toán tiến hóa đa mục tiêu (MOEA) để có thể

đi đến gần nghiệm tối ưu toàn cục, đảm bảo khả năng mô phỏng gần với thực tiễn,

và công tính toán chấp nhận được.

Từ đây, nghiên cứu đã thực hiện rất nhiều các ứng dụng và cải tiến khác nhau,

và tối ưu đã hội tụ nghiệm sau một quá trình tính toán khá lớn kéo dài 11,9 h và 3

triệu phương án vận hành được đánh giá. Các điểm đạt được chính của nghiên cứu

có thể tóm tắt là:

(i) Nghiên cứu đã xây dựng được hàm vận hành hệ thống hồ thủy điện chính

lưu vực sông Hồng hỗ trợ ra quyết định trong vận hành hệ thống hồ trong mùa kiệt.

Hàm này mang các đặc điểm riêng là đã lồng ghép trước các ràng buộc cứng của hệ

thống trong mỗi quá trình ra quyết định và chỉ bao gồm 78 tham số.

(ii) Nghiên cứu đã thiết lập được khung tính toán tối ưu vận hành, kết nối các

mô hình và thuật toán Borg MOEA và quy trình tính toán của khung theo phương

pháp tham số hóa – mô phỏng – tối ưu (PSO). Quy trình này có điểm khác biệt là

thay vì tối ưu được thực hiện trực tiếp trên biến quyết định là lượng xả, nó đã được

thực hiện trên tham số của hàm vận hành. Có nghĩa là thuật toán tối ưu sẽ khởi tạo

các bộ tham số của hàm vận hành, tiến hành quá trình mô phỏng hoạt động của hàm

trên trục mô phỏng hệ thống, và đánh giá hiệu quả của hàm để lần tìm bộ thông số

tiếp theo. Phương pháp này tách biệt phần tối ưu và mô phỏng, do đó, nó dễ dàng

cho phép thực hiện nhiều cải tiến về hàm vận hành, mô hình mô phỏng và thuật

toán tối ưu mà không bắt buộc phải xây dựng lại từ đầu. Và đặc biệt nó vẫn đảm

bảo tốt khả năng hội tụ gần đến một tối ưu toàn cục với các thuật toán mạnh mẽ như

BORG-MOEA và một hệ thống mô hình hồ chứa và hạ lưu được phát triển dành

riêng cho hệ thống nghiên cứu trên các ngôn ngữ hiệu suất cao như C/C++ và năng

lực máy tính vừa phải.

Thư viện các hàm vận hành là rất mở cho phép các nhà ra quyết định/hội đồng

hệ thống có thể lựa chọn hướng vận hành theo những tiêu chí và lợi ích từ hoàn

cảnh cụ thể. Ứng dụng của hàm vận hành đơn giản khi chỉ sử dụng mực nước hồ

140

chứa đầu bước thời gian, hoàn toàn có thể tham gia vào quá trình hỗ trợ ra quyết

vận hành thời gian thực theo bước ngày khi cung cấp gợi ý lượng xả trung bình

ngày và dành sự linh hoạt cho nhà vận hành điều khiển turbin và các công trình xả.

Kiểm nghiệm hàm vận hành cho giai đoạn mùa khô 2015-2016 nằm ngoài giai

đoạn tối ưu đã cho thấy: Tất cả các hàm đại diện cho các chính sách vận hành khác

nhau đều làm cải thiện lợi ích điện lượng từ 25 ÷ 28 % và mực nước trung bình mùa

kiệt tại Hà Nội cải thiện 40 ÷ 43 %. Tuy nhiên, chỉ với các chính sách ưu tiên mực

nước từ P200H151 đến P350H1 mang đến cải thiện trung bình các mực nước thấp 4

÷ 11 %. Hơn nữa, hệ thống công cụ được xây dựng có thể phục vụ tốt cho quá trình

lập kế hoạch sơ bộ trong huy động hệ thống điện khi cung cấp công cụ diễn toán

nhanh và tương đối chính xác. Ngoài ra, về mặt học thuật, hệ thống mô hình đã

được xây dựng hoàn toàn mới với mã nguồn hiệu suất cao là C/C++ và các công cụ

phân tích tiện lợi trên Matlab là rất phù hợp cho các nghiên cứu và ứng dụng về tối

ưu vận hành hồ chứa sau này.

Tuy nhiên, nằm trong khuôn khổ một đề tài luận án và những điều kiện hạn

chế về thời gian và số liệu. Một số các giả thiết nghiên cứu đã được sử dụng như: hệ

thống ở trạng thái tĩnh cho tương lai (địa hình, khí tượng-thủy văn nguyên trạng,

nhu cầu nước không thay đổi nhiều), ảnh hưởng nước đuôi tại Sơn La do mực nước

Hòa Bình, chảy trễ của mô hình thượng lưu…, nhằm làm đơn giản vấn đề và tạo

điều kiện cho nghiên cứu tập chung vào chứng minh sự hiệu quả của phương pháp

luận, công cụ và các mô hình đề xuất.

2. Kiến nghị

Tuy vậy, các giả thiết ở trên được đánh giá là vừa phải và hoàn toàn có thể

khắc phục được khi mở rộng nghiên cứu sang các vấn đề sau:

- Đánh giá về diễn biến địa hình lòng dẫn, khí hậu, kịch bản phát triển kinh

tế-xã hội, biến đổi khí hậu và nhu cầu nước trong tương lai.

- Thực tế vận hành là hệ thống thủy điện thường đóng vai trò phủ định và

đặt trên nền của hệ thống nguồn điện ổn định khác trong Trung tâm

141

điều độ hệ thống điện quốc gia (Ao), vì vậy, nhu cầu phủ đỉnh sẽ là một

hàm mục tiêu bổ sung. Tiếp đó, hiệu suất tổng hợp của turbin và máy

phát nếu thu thập được đủ số liệu sẽ có thể xây dựng được các hàm để

điều chỉnh lại hàm phát điện.

- Ảnh hưởng của nước đuôi Sơn La do Hòa Bình tác động hoàn toàn có thể

đưa vào thành một hàm điều chỉnh lại cột nước phát điện khi bản chất

phương pháp mô phỏng đã tách rời mô hình tối ưu và mô hình mô phỏng.

- Bài toán tối ưu vận hành trong nghiên cứu này là cho mùa cạn nhưng thực

tế đã được tiến hành tính toán cho cả mùa lũ sử dụng các ràng buộc trong

quy trình nhằm tạo điều kiện ban đầu cho các mùa cạn tiếp theo. Như vậy,

nó hoàn toàn có thể mở rộng cho nghiên cứu vận hành cả năm.

Cuối cùng, nghiên cứu đã khẳng định cách tiếp cận PSO và khung tối ưu xoay

quanh thuật toán BORG-MOEA được đề xuất là rất phù hợp cho các bài toán tối ưu

bậc cao mà các kỹ thuật phân tích toán học truyền thống hay các cách tiếp cận quy

hoạch động và ngẫu nhiên động đang gặp khó khăn. Do đó, các nghiên cứu về tối

ưu nói chung sau này nên tiếp tục được đẩy mạnh theo hướng tiếp cận này, cũng

như đi sâu vào giải quyết các hạn chế như đã trình bày ở trên của bài toán vận hành

hệ thống hồ.

142

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ

1. Lam Xuan Nguyen, Trinh Duc Tran, Nguyen Tung Phong “Optimized

operation of Red-River reservoirs system in the context of drought and water

conflicts”

- Invited and presented at International Conference “Water security and

climate change: Challenges and opportunities in Asia” - Asian Institute of

Technology, Bangkok, Thailand, 29 November - 01 December 2016.

- Excellent paper, invited and presented at World Water Congress XVI from

29/5 to 3/6/2017 at Cancun, Mexico.

- Accepted and published in Chapter 8, Book “Water Security in Asia –

Opportunities and Challenges in the Context of Climate Change”, 2018,

Environmental Sciences Global Change – Climate Change, Springer Water.

- Accepted and under review on Journal of Water Resources and

Management for Special Issue, Springer for EWRA (ISI journal with

Impact Factor 2.437).

2. Nguyễn Xuân Lâm, Phạm Hồng Cường “Tổng quan các giải pháp tối ưu vận

hành hệ thống hồ chứa đa mục tiêu cho các lưu vực sông Việt Nam” được chấp

thuận đăng vào số tháng 10 - Tạp chí Tài nguyên nước – Hội thủy lợi, 2017.

3. Nguyễn Xuân Lâm, Đào Kim Lưu, Vũ Thế Hải “Nghiên cứu đánh giá mức độ

xâm nhập mặn hạ du vùng đồng bằng sông Hồng trong các điều kiện vận hành

hồ chứa, hạn hán và biến đổi khí hậu” - Tạp chí Tài nguyên nước – Hội thủy

lợi, số 2, 2014.

4. Vũ Thế Hải, Đào Kim Lưu, Nguyễn Xuân Lâm “Giải pháp ứng phó với hạn

hán và xâm nhập mặn tại các tỉnh ven biển ĐBSH”, Tạp chí Khoa học công

nghệ Việt Nam Số 12, năm 2014.

5. Lam Xuan Nguyen, Trinh Duc Tran “Freshwater – Salt Water Interaction in

the Estuaries of Red River Vietnam. A Monitoring and Modeling Approach in

Support of Irrigation Operation” Poster presented at International Conference

“Water security and climate change”, Cologne, Germany, Sept , 2017.

143

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Thủ tướng Chính phủ, "Quyết định 1622/QĐ-TTg Về việc ban hành Quy trình

vận hành liên hồ chứa trên lưu vực sông Hồng," 2015.

[2] D. Hadka và P. Reed, "Borg: An Auto-Adaptive Many-Objective

Evolutionary Computing Framework," Evolutionary Computation, vol. 21,

no. 2, pp. 231- 259, 2013.

[3] A. K. Biswas, "A holistic approach to environmental assessment of water

development projects," Otsu, Japan, International Lake Environment

Committe, 1991.

[4] S. P. Simonovic, "Reservoir System Analysis: Closing Gap between Theory

and Practice," vol. 118, 1992.

[5] US Army Corps of Engineers, HEC-5 Simulation of Control and

Conservation System. Program User Manual., Davis USA, 1982.

[6] O. T. Sigvaldason, "A simulation model for operating a multi-purpose multi-

reservoir system.," 1976.

[7] USACE, "SSARR Users manual: Streamflow Synthesis and Reservoir

Regulation," 1987.

[8] D. P. Loucks, K. A. Salewicz và M. R. Taylor, "General Introduction and

Description," in IRIS: An Interactive River System Simulation Model, Cornell

University,Ithaca, New York and International Institute for Applied System

Analysis, 1989.

[9] R. A. Wurbs, Modeling and Analysis of Reservoir System Operations, New

Jersey: Prentice Hall, 1996.

[10] J. R. Lund và I. Ferreira, "Operating rule optimization for Missouri River

reservoir system.," Water Resources Planning and Management, vol. 122, no.

4, p. 287–295, 1996.

144

[11] S. K. Jain và M. K. Goel, "Flood Control Regulation of a Multi-reservoir

System," National Institute of Hydrology, Rookee, 1999.

[12] R. A. Wurbs, "Reservoir-system simulation and optimization models,"

Journal of Water Resources Planning and Management, vol. 119, no. 4, pp.

455-472, 1993.

[13] W. W.-G. Yeh, "Reservoir Management and Operations Models: A State-of-

the-Art Review," Water Resources Research, vol. 21, no. 12, pp. 1797-1818,

1985.

[14] J. Labadie, M. Baldo và R. Larson, MODSIM: Decision support system for

river basin management. Documentation and user manual, Ft. Collins,

Colorado: Department. of Civil Engineering, Colorado State University, 2000.

[15] A. Munévar và F. I. Chung, "Modeling California’s water resource systems

with CALSIM," in 29th Annual Water Resources Planning and Management

Conference, Tempe, Ariz, 1999.

[16] J. W. Labadie, Generalized dynamic programming package:CSUDP.

Documentation and user manual, Ft. Collins, Colorado: Department of Civil

Engineering, Colorado State University, 1999.

[17] Task Committee on Sustainability Criteria, Water Resources Planning and

Management Division, ASCE and the Working Group of UNESCO/IHP IV

Project M-4.3, Sustainability Criteria for Water Resource Systems, Reston,

VA: American Society of Civil Engineers, 1998.

[18] D. P. Loucks, "Sustainable water resources management," Water

International, vol. 25, no. 1, p. 3–10, 2000.

[19] L. Becker và W. W.-G. Yeh, "Optimization of real-time operation of a

multiple reservoir system," Water Resources Research, vol. 10, no. 6, p.

1107–1112, 1974.

[20] R. Divi và D. Ruiu, "Optimal management of multi-purpose reservoirs in a

145

hydro-thermal power system.," Computerized decision support systems for

water managers, vol. 112, no. 3, p. 413– 424, 1989.

[21] G. W. Tauxe, R. R. Inman và D. M. Mades, "Multiple objectives in reservoir

operation," Water Resources and Planning, vol. 106, no. 1, pp. 225-235,

1980.

[22] A. Goicoechea, D. Hansen và L. Duckstein, Multiobjective decision analysis

with engineering and business applications, New York: Wiley and Sons,

1982.

[23] W. Yeh và B. Leonard, "Multi-objective analysis of multi-reservoir

operations.," Water Resources Research, vol. 18, no. 5, pp. 1326-1336, 1982.

[24] S.-K. Ko, D. G. Fontane và J. . W. Labadie, "Multiobjective optimization of

reservoir systems operations," Water Resources Bulletin, vol. 28, no. 1, pp.

111-127, 1992.

[25] S. G. Nash và S. Ariela , Linear and nonlinear programming,, New York:

McGraw-Hill, 1996.

[26] T. Terlaky, Interior point methods of mathematical programming, Dordrecht,

The Netherlands.: Kluwer Academic, 1996.

[27] J. Needham, D. Watkins, J. Lund và K. Nanda, "Linear programming for

flood control in the Iowa and Des Moines rivers," Water Resources Planning

and Management, vol. 126, no. 3, p. 118–127, 2000.

[28] K. Hiew, "Optimization algorithms for large scale multi-reservoir," PhD

dissertation, Dept. of Civil Engineering,, Ft. Collins, Colorado, 1987.

[29] P. Crawley và G. Dandy, "Optimal operation of multiple-reservoir system.,"

Water Resources Planning and Management, vol. 119, no. 1, p. 1–17, 1993.

[30] J. A. Tejada‐Guibert, R. S. Jery và K. Staschus, "Optimization of the value of

CVP’s hydropower production," Water Resources Planning and

Management, vol. 116, no. 1, p. 52–70, 1990.

146

[31] E. Arnold, P. Tatjewski và P. Wolochowicz, "Two methods for large-scale

nonlinear optimization and their comparison on a case study of hydropower

optimization," Journal of Optimization Theory and Applications, vol. 81, no.

2, p. 221–248, 1994.

[32] C.-s. Peng và N. Buras, "Practical estimation of inflows into multireservoir

system," Water Resources Planning and Management, vol. 126, no. 5, 2000.

[33] M. T. L. Barros, F. T.-C. Tsai, S.-l. Yang và J. E. G. Lopes, "Optimization of

large scale hydropower system operations," Water Resources Planning and

Management, vol. 129, no. 3, p. 178 –188, 2003.

[34] J. R. Stedinger, B. F. Sule và D. P. Loucks, "Stochastic Dynamic

Programming Models for Reservoir Operation Optimizatio," Water Resources

Research, vol. 20, no. 11, pp. 1499-1505, November 1984.

[35] S. Yakowitz, "Dynamic programming applications in water resources.,"

Water Resources Reasearch, vol. 18(3), p. 673– 696, 1982.

[36] R. E. Bellman, "Dynamic programming," Princeton University Press, 1957.

[37] R. E. Bellman, "Adaptive control processes: A guided tour," Princeton

University Press, Princeton, N.J., 1961.

[38] M. Collins, "Implementation of an optimization model for operation of a

metropolitan reservoir system," Water Resources Bulletin, vol. 119, no. 1, pp.

57-70, 1977.

[39] T. Trezos và W. W.-G. Yeh, "Stochastic dynamic programming and its

application to multi-reservoir systems," Water Resources Research, vol. 23,

no. 6, p. 559–571, 1987.

[40] S.-B. Shim, J. W. Labadie, H.-S. Lee và D.-K. Koh, "Development of optimal

joint operation policies for a multi-reservoir system in the Han River Basin,

Korea," in 1st International conference, Hydroinformatics '94, Delft; The

Netherlands, 1994.

147

[41] M. Heidari, T. V. Chow, P. V. Kokotovic và D. D. Meredith, "Discrete

Differential Dynamic Programing Approach to Water Resources Systems

Optimization," Water Resources Research, vol. 7, no. 2, pp. 273-282, 1971.

[42] M. Karamouz, M. Houck và J. Delleur, "Optimization and simulation of

multiple reservoir systems," Water Resources Planning and Management,

vol. 118, no. 1, p. 71– 81, 1992.

[43] X. Li, J. Wei, T. Li, G. Wang và W. W.-G. Yeh, "A parallel dynamic

programming algorithm for multi-reservoir system," Advances in Water

Resources, vol. 67, pp. 1-15, 2014.

[44] T. G. Roefs và L. D. Bodin, "Multireservoir Operation Studies," Water

Resources Research, vol. 6, no. 2, pp. 410-420, 4 1970.

[45] D. Bertsekas, Dynamic programming: Deterministic and stochastic models,

Englewood Cliffs, N.J.: Prentice-Hall, 1987.

[46] P. Kall và S. Wallace, Stochastic programming, New York: Wiley, 1995.

[47] J. Jacobs, G. Freeman, J. Grygier và D. Morton., "SOCRATES: A system for

scheduling hydroelectric generation under uncertainty," Annals of Operations

Research, vol. 59, pp. 99-133 , 1995.

[48] A. Seifi và K. W. Hipel, "Interior_point method for reservoir operation with

stochastic flows," Water Resources Planning and Management, vol. 127, pp.

48-57, Janurary 2001.

[49] I. Ahmed và K. E. Lansey, "Optimal Operation of Multi-reservoir Systems

Under Uncertainty," in World Water and Environmental Resources Congress,

Reston, Va, 2001.

[50] J. W. Labadie, "Optimal Operation of Multireservoir Systems: State-of-the-

Art Review," Water resources planning and management, 2004.

[51] R. Howard, Dynamic programming and Markov processes, Massachusetts

Institute of Technology Press, Cambridge, Mass, 1960.

148

[52] J. Labadie, "Combining simulation and optimization in river basin

management," in Stochastic hydrology and its uses in water re-sources

systems simulation and optimization, Kluwer Academic, Dordrecht, The

Netherland, 1993, p. 345–371.

[53] W. Huang, R. Harboe và J. Bogardi, "Testing stochastic dynamic

programming models conditioned on observed or forecasted inflows," Water

Resources Planning Management, vol. 117, no. 1, p. 28 – 36, 1991.

[54] H. Vasiliadis và M. Karamouz, "Demand-driven operation of reservoirs using

uncertainty-based optimal operating policies," Water resouces planning and

management, vol. 120, no. 1, pp. 101-114, 1994.

[55] J. Kelman, J. Stedinger, L. Cooper, E. Hsu và S.-Q. Yuan, "Sampling

stochastic dynamic programming applied to reservoir operation," Water

Resources Research, vol. 26, no. 3, pp. 447- 454, 1990.

[56] V. Sherkat, R. Campo, K. Moslehi và E. Lo, "Stochastic long-term hydro-

thermal optimization for multireservoir systems," IEEE Transactions on

Power Apparatus and Systems, vol. 104, no. 8, pp. 2040-2050, August 1985.

[57] K. Ponnambalam và B. Adams, "Stochastic optimization of multireservoir

systems using a heuristic algorithm: Case study from India," Water Resources

Research, vol. 32, no. 3, p. 733–741, 1996.

[58] T. Archibald, K. McKinnon và L. Thomas, "An aggregate stochastic dynamic

programming model of multireservoir systems," Water Resources Research,

vol. 33, no. 2, p. 333–340, 1997.

[59] B. Braga, W. Yeh và M. Barros, "Stochastic optimization of multiple-

reservoir system operation," Water Resources Planning and Management,

vol. 117, pp. 471-481, 1991.

[60] T. Ouarda, "Stochastic optimal operation of large scale hydropower systems,"

Ft. Collins, Colo, 1991.

149

[61] F. El-Awar, J. Labadie và T. Ouarda, "Stochastic differential dynamic

programming for multireservoir system control," Stochastic Hydrology and

Hydraulics, vol. 12, pp. 247-266, 1998.

[62] W. Hall và J. Dracup, Water resources systems engineering, New York:

McGraw-Hill, 1970.

[63] A. Turgeon, "Optimal operation of multi-reservoir power systems with

stochastic inflows.," Water Resources Research, vol. 16, no. 2, pp. 275-283,

1980.

[64] J. Valdes, J. Montbrun-Di Filippo, K. Strzepek và P. Restrepo, "Aggregation-

disaggregation approach to multireservoir operation," Water Resources

Planning and Management, vol. 118, no. 4, pp. 423-444, 1992.

[65] M. Saad, P. Bigras, A. Turgeon và R. Duquette, "Fuzzy learning

decomposition for the scheduling of hydroelectric power systems," Water

Resources Research, vol. 32, no. 1, p. 179–186, 1996.

[66] J. Nicklow, P. Reed, D. Savic, T. Dessalegne, L. Harrell, A. Chan-Hilton, M.

Karamouz, B. Minsker, A. Ostfeld, A. Singh, Zechman và Emily, "State of

the Art for Genetic Algorithms and Beyond in Water Resources Planning and

Management," Journal of Water Resources Planning and Management, vol.

136, no. 4, pp. 1-2, 2010.

[67] R. Wardlaw và M. Sharif, "Evaluation of genetic algorithms for optimal

reservoir system operation," Journal of Water Resources Planning and

Management, vol. 125, no. 1, pp. 25-33, 1999.

[68] T. Dessalgene, J. Nickflow và E. Minder, "Evolution computation to control

unnatural water level fluctuations in multi-reservoir river systems," River

Research and Application, vol. 20, pp. 619-634, 2004.

[69] H. Wen-Cheng, Y. Lun-Chin và L. Chi-Ming, "Linking genetic algorithms

with stochastic dynamic programming to the long-term operation of a

multireservoir system," Water Resources Reasearch, vol. 38, no. 12, pp. 401-

150

409, 2002.

[70] R. Kerachian và M. Karamouz, "Optimal reservoir operation considering the

water quality issues: A stochastic conflict resolution approach," Water

Resources Research, vol. 42, no. 2, pp. 112-225, 2006.

[71] J.-T. Kuoa và Y.-Y. Wanga, "A hybrid neural–genetic algorithm for reservoir

water quality management," Water Research, vol. 40, pp. 1367-1376, 2006.

[72] V. M. Devisree và T. P. Nowshaja, "Optimization of reservoir operations

using genetic algorithms," International Journal of Scientific & Engineering

Research, vol. 5, no. 7, pp. 340-344, 2014.

[73] H. Maier, "Evolutionary algorithms and other metaheuristics in water

resources:," Environmental Modelling & Software, vol. 21, no. Evolutionary

Algorithms in Water Resources, pp. 271-299, 2014.

[74] K. Deb, A. Pratap, S. Agarwal và T. Meyarivan, "A Fast and Elitist

Multiobjective Genetic Algorithm: NSGA-II," IEE transaction for

evolutionary computaion, vol. 6, no. 2, p. 182–197, 2002.

[75] K. Deb và H. Jain, "An Evolutionary Many-Objective Optimization

Algorithm Using Reference-point Based Non-dominated Sorting Approach,

Part I: Solving Problems with Box Constraints," IEEE Transactions on

Evolutionary Computation, vol. 18, no. 4, pp. 577- 601, 2014.

[76] S. Kukkonen và J. Lampinen, "GDE3: The third Evolution Step of

Generalized Differential Evolution," IEEE Transactions on Evolutionary

Computation, pp. 443-450, 2005.

[77] P. M. Reed và D. Hadka, "Evolving many-objective water management to

exploit exascale computing," Water Resource Research, pp. 8367-8373, 2014.

[78] D. Hadka và P. Reed, "Large-scale Parallelization of the Borg Multiobjective

Evolutionary Algorithm to Enhance the Management of Complex

Environmental Systems," Environmental Modelling & Software, pp. 1364 -

151

8152, 2014.

[79] M. Giuliani, "Doctoral Dissertation: Agent–based water resources

management in complex decision–making contexts," Politecnico di Milano,

Milan, 2013.

[80] Viện Quy hoạch Thủy lợi, "Quy hoạch thủy lợi vùng Đông bằng sông Hồng,"

2007.

[81] Viện Quy hoạch Thủy lợi, "Vận hành liên hồ chứa Hòa Bình, Thác Bà, Lai

Châu và Tuyên Quang," 2012.

[82] Hà Văn Khối và Lương Bảo Trung, "Dự báo lũ cho hệ thống sông Hồng –

Thái Bình," Hà Nội, 2003.

[83] Lê Kim Truyền và nnk, "Nghiên cứu cơ sở khoa học và thực tiễn vận hành

cấp nước trong mùa khô cho đồng bằng sông Hồng.," 2005.

[84] Viện Quy hoạch thủy lợi, “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ GAMS cho lập

kế hoạch, quản lý và xây dựng khai thác hệ thống thủy lợi lưu vực sông

Hồng,” 2005.

[85] Ngô Lê Long, "Doctor thesis: Optimising reservoir operation. A case study of

the Hoa Binh reservoir, Vietnam," Institute of Environment & Resources-

Technical University of Denmark , 2006.

[86] Viện Quy hoạch Thủy lợi, "Xây dựng Quy trình vận hành hệ thống liên hồ

chứa trên sông Đà và sông Lô để điều tiết nguồn nước cho hạ du Đông bằng

sông Hồng- Thái Bình," Hà Nội, 2007.

[87] Hà Ngọc Hiến, "Chương trình vận hành tối ưu thời gian thực cho hệ thống

liên hồ chứa để đảm bảo an toàn lũ và phát điện," Hà Nội, 2009.

[88] Nguyễn Lan Châu, "Rà soát tác động của hệ thống hồ chứa trên sông Đà và

sông Lô trong mùa khô và đề xuất giải pháp đảm bảo nguồn nước cho vùng

hạ du”," 2010.

[89] Quách Thị Xuân, "Doctor thesis: Assessing and optimizing the operation of

152

the Hoa Binh reservoir in Vietnam by multi-objective optimal control

techniques," Politecnico Di Milano, Milan, 2011.

[90] Lê Hùng, "Luận án Tiến sĩ: Tối ưu hóa điều tiết vận hành hồ chứa đa mục

đích," Đại học Đà Nẵng, Đà Nẵng, 2012.

[91] Hoàng Thanh Tùng, Hà Văn Khối, Nguyễn Thanh Hải, "Ứng dụng Crystal

Ball xác định chế độ vận hành tối ưu phát điện cho hồ chứa Thác Bà, Tuyên

Quang và bậc thang hồ chứa Sơn La, Hòa Bình có tính đến yêu cầu cấp nước

hạ du," Khoa học kỹ thuật thủy lợi và môi trường, vol. 49, no. 9/2013, pp. 4-

11, 2013.

[92] R. S. Sessa, "IMRR Project: Integrated and sustainable water Management of

Red-Thai Binh River System in a changing climate," Milan, 2016.

[93] Viện Khí tượng Thủy văn , Đặc trưng hình thái lưu vực sông Việt Nam, Hà

Nội, 1985.

[94] Trần Thanh Xuân, Đặc điểm thủy văn và tài nguyên nước sông Việt Nam., Hà

Nội: Nhà xuất bản Nông nghiệp, 2007.

[95] Chương trình tiến bộ khoa học cấp Nhà nước mã số 42A, "Tập số liệu khí

tượng thủy văn," Hà Nội, 1989.

[96] Nguyễn Đức Ngữ và Nguyễn Trọng Hiệu, Khí hậu và Tài nguyên khí hậu

Việt Nam., Hà Nội.: Nhà xuất bản Nông nghiệp., 2004.

[97] Nguyễn Kiên Dũng, "Nghiên cứu cơ sở khoa học và thực tiễn xác định nội

dung, phương pháp tính, tổng hợp, thống kê các chỉ tiêu tài nguyên nước,"

2011.

[98] Nguyễn Ngọc Thụy, Thủy triều với sản xuất ở đồng bằng nước ta, Hà Nội:

Nhà xuất bản Nông nghiệp, 1989.

[99] Hoàng Minh Tuyển và Lương Hữu Dũng, "Báo cáo xây dựng quy trình vận

hành liên hồ chứa Hòa Bình, Thác Bà, Tuyên Quang và Sơn La trong mùa

cạn," 2014.

153

[100] Vũ Thế Hải, "Nghiên cứu các giải pháp thủy lợi kết hợp nông nghiệp ứng phó

với hạn hán và xâm nhập mặn tại các tỉnh ven biển vùng đồng bằng sông

Hồng," 2014.

[101]

[102]

Viện Năng lượng, "Đề án: Điều chỉnh quy hoạch phát triển điện lực quốc gia

giai đoạn 2011-2020 có xét đến 2030" Hà Nội, 2016.

Viện Quy hoạch thủy lợi, "Báo cáo Quy hoạch thủy lợi vùng Đồng bằng sông

Hồng trong điều kiện Biến đổi khí hậu và nước biển dâng," Hà Nội, 2012.

154

PHỤ LỤC

155

Phụ lục 1. Mã nguồn chính của hệ thống trên C/C++

156

1. Hàm chính của chương trình

int main(int argc, char* argv[]) {

// Khai báo biến

int i, j; int rank; char runtime[256]; int NFE = 3e6;

// Tất cả các nốt chính cần được gọi, khởi động các giới hạn dừng

BORG_Algorithm_ms_startup(&argc, &argv);

//BORG_Algorithm_ms giơi hạn số lần đánh giá;

BORG_Algorithm_ms_max_evaluations(NFE);

// Định nghĩa bài toán.

BORG_Problem problem = BORG_Problem_create(nvars, nobjs, nconsts, RRMODEL1);

// Thiết lập các biên của tham số hàm.

for (j = 0; j<nvars; j++) {

BORG_Problem_set_bounds(problem, j, 0.0, 1.0);

}

// Hàm mục tiêu 1- Thiết lập điều kiện trội

BORG_Problem_set_epsilon(problem, 0, 1);

// Hàm mục tiêu 2- Thiết lập điều kiện trội

BORG_Problem_set_epsilon(problem, 1, 0.1);

// Tạo thứ bậc cho quá trình này. Thứ bậc dảm bảo mỗi quá trình song song song sử dụng một hạt giống

ngẫu nhiên riêng.

MPI_Comm_rank(MPI_COMM_WORLD, &rank);

// In kết quả tính toán

printf("task %d reporting for duty...\n", rank);

// Khi chạy thí nghiệm để đảm bảo giảm tác động của điều kiện ban đâu, tiến hành chạy thí nghiệm nhiều

lần và tiến hành trung bình hóa

for (i = 0; i<10; i++) {

// Lưu quá trình hoạt động ra file. Chỉ node chủ mới thực hiện file này cho mỗi lần chạy

sprintf(runtime, "runtime_i_%d_NFE_%d_198.txt", i,NFE);

BORG_Algorithm_output_runtime(runtime);

// Tạo hạt giống cho khởi tạo ngẫu nhiên

BORG_Random_seed(37 * i*(rank + 1));

// Chạy node của BORG-MOEA cho quá trình tối ưu.

BORG_Archive result = BORG_Algorithm_ms_run(problem);

// Chỉ quá trình chủ sẽ trả về một kết quả

// In các nghiệm pareto lên màn hình

if (result != NULL) {

BORG_Archive_print(result, stdout);

BORG_Archive_destroy(result);

}

}

// Đóng toàn bộ các quá trình song song và thoát

BORG_Algorithm_ms_shutdown();

BORG_Problem_destroy(problem);

return EXIT_SUCCESS;

};

2. Mô phỏng hệ thống và đánh giá hiệu quả hàm vận hành

157

2.1. Mô phỏng hệ thống

void RRMODEL1(double* vars, double* objs, double* consts)

{

// Dung tích ban đầu của hệ thống

s[0] = {1490 ,1215, 1995, 2480, 8498, 9741};

// Khai báo các biến

double […];

// Vòng lặp chính của mô hình theo bước thời gian

for (int i = 0; i < HEIGHT; i++)

{

// Hàm tính diện tích mặt thoáng hồ chứa cho 6 hồ : BC,LC,SL,HB,TB và TQ

Su[i] = { BC->function_s2Su(1, &s[i][0]), LC->function_s2Su(1, &s[i][1]),

TB->function_s2Su(1, &s[i][2]), TQ->function_s2Su(1, &s[i][3]),

SL->function_s2Su(1, &s[i][4]), HB->function_s2Su(1, &s[i][5]) };

// Hàm tính bốc hơi hồ chứa

E[i] = { BC->data_e[i] * Su[i][0] * 1e3, LC->data_e[i] * Su[i][1] * 1e3, TB->data_e[i] * Su[i][2] *

1e3,TQ->data_e[i] * Su[i][3] * 1e3, SL->data_e[i] * Su[i][4] * 1e3, HB->data_e[i] * Su[i][5] * 1e3 };

// Hàm vận hành hệ thống hồ

PolicyFunction(i, vars);

// Tính toán dòng chảy nét đến các hồ BC, LC, TB, TQ

n[i] = { BC->data_InF[i] - E[i][0] / tStep,LC->data_InF[i] - E[i][1] / tStep,

TB->data_InF[i] - E[i][2] / tStep,TQ->data_InF[i] - E[i][3] / tStep, 0, 0};

// Dòng chảy xả thực từ 4 hồ chứa BC, LC, TB, TQ

r[i] = { BC->function_release(&s[i][0],&n[i][0],&u[i][0]),

LC->function_release(&s[i][1],&n[i][1],&u[i][1]) ,

TB->function_release(&s[i][2],&n[i][2],&u[i][2]) ,

TQ->function_release(&s[i][3],&n[i][3],&u[i][3]),0,0 };

// Dòng chảy net đến hồ SL

n[i][4] = SL->data_InF[i] + r[i][0] + r[i][1] - E[i][4] / tStep;

// Dòng chảy xả từ hồ SL

r[i][4] = SL->function_release(&s[i][4], &n[i][4], &u[i][4]);

// Dòng chảy net đến hồ HB

n[i][5] = HB->data_InF[i] + r[i][4] - E[i][5] / tStep;

// Dòng chảy xả thực từ hồ HB

r[i][5] = HB->function_release(&s[i][5], &n[i][5], &u[i][5]);

// Dung tích hồ chứa tại đầu bước t+1

s[i + 1] = { s[i][0] + (n[i][0] - r[i][0])*tStep / 1e6,

s[i][1] + (n[i][1] - r[i][1])*tStep / 1e6,

s[i][2] + (n[i][2] - r[i][2])*tStep / 1e6,

s[i][3] + (n[i][3] - r[i][3])*tStep / 1e6,

s[i][4] + (n[i][4] - r[i][4])*tStep / 1e6,

s[i][5] + (n[i][5] - r[i][5])*tStep / 1e6 };

//Tổng dong chảy xả 3 hồ HB,TB và TQ và dòng chảy khu giữa xuống đồng bằng

delF[i] = r[i][2] + r[i][3] + r[i][5] + RRS->data_KG_InF[i];

158

3. Đánh giá hiệu quả hàm vận hành cho từng bước thời gian trong vòng for

//Hàm mục tiêu số 1: Tổng lợi ích điện lượng 50 mùa cạn theo từng bước

//Thời điểm trong năm thủy văn

int p = fmod(i, 365);

//Chênh lệch cột nước thượng và hạ lưu

if (p < 272) {stepBegin_WL_BC = BC->function_s2wl(1, &s[i][0]); stepEnd_WL_BC = BC-

>function_s2wl(1, &s[i + 1][0]);stepBegin_WL_LC = LC->function_s2wl(1, &s[i][1]); stepEnd_WL_LC = LC-

>function_s2wl(1, &s[i + 1][1]);stepBegin_WL_TB = TB->function_s2wl(1, &s[i][2]); stepEnd_WL_TB = TB-

>function_s2wl(1, &s[i + 1][2]);stepBegin_WL_TQ = TQ->function_s2wl(1, &s[i][3]); stepEnd_WL_TQ = TQ-

>function_s2wl(1, &s[i + 1][3]);stepBegin_WL_SL = SL->function_s2wl(1, &s[i][4]); stepEnd_WL_SL = SL-

>function_s2wl(1, &s[i + 1][4]);stepBegin_WL_HB = HB->function_s2wl(1, &s[i][5]); stepEnd_WL_HB = HB-

>function_s2wl(1, &s[i + 1][5]);

//Tính phần lưu lượng qua turbine

rtuBC = fmin(r[i][0], BC->Qmax); rtuLC = fmin(r[i][1], LC->Qmax);

rtuTB = fmin(r[i][2], TB->Qmax); rtuTQ = fmin(r[i][3], TQ->Qmax);

rtuSL = fmin(r[i][4], SL->Qmax); rtuHB = fmin(r[i][5], HB->Qmax);

// Tính toán giá trị tương đối của điện tích lũy theo bước thời gian

objs1Value = objs1Value + (rtuBC * ((stepBegin_WL_BC + stepEnd_WL_BC) / 2 - BC-

>function_rq2zhl(1, &r[i][0])) + rtuLC * ((stepBegin_WL_LC + stepEnd_WL_LC) / 2 - LC->function_rq2zhl(1,

&r[i][1])) + rtuTB * ((stepBegin_WL_TB + stepEnd_WL_TB) / 2 - TB->function_rq2zhl(1, &r[i][2])) + rtuTQ *

((stepBegin_WL_TQ + stepEnd_WL_TQ) / 2 - TQ->function_rq2zhl(1, &r[i][3])) + rtuSL * ((stepBegin_WL_SL

+ stepEnd_WL_SL) / 2 - SL->function_rq2zhl(1, &r[i][4])) + rtuHB * ((stepBegin_WL_HB + stepEnd_WL_HB) /

2 - HB->function_rq2zhl(1, &r[i][5]))) *190.4946*RRS->data_PowPrice[p];

//Hàm mục tiêu số 2: Tổng các mực nước Hà Nội < 1,2 m tích lũy theo từng bước

// Dòng chảy net xuống đồng bằng sau khi đã tiêu dùng cho nhu cầu

if (i >= 1){ NetDelF[i] = delF[i - 1] - RRS->data_wd[i];

if (NetDelF[i] < 0) {NetDelF[i] = 0;}

// Từ lưu lượng tính chuyển về mực nước bằng mô hình giản lược ANN

stepEnd_WL_HN_waterlevel = HanoiWaterLevelFunction(&NetDelF[i], &RRS->data_BL_Tide[i - 1]);

//Tổng tích lũy các mực nước Hà Nội < 1,2 m

if (stepEnd_WL_HN_waterlevel < 1.2) {dem2 = dem2 + 1; objs2Value = objs2Value +

stepEnd_WL_HN_waterlevel*100 ;}

//Ràng buộc 3: Vi phạm mực nước Hà Nội 2,2 m trong thời kỳ Đông Xuân tích lũy theo từng bước

if (((p >= 128 && p < 133)) || ((p >= 143) && (p < 148)) || ((p >= 155) && (p < 160))) {if

(stepEnd_WL_HN_waterlevel < 2.2) { const1Value = const1Value + (2.2 - stepEnd_WL_HN_waterlevel) *

100;}}

//Ràng buộc 4: Vi phạm dung tích các hồ chứa vào cuối mùa cạn tích lũy

if (p == 271) {

if (stepEnd_WL_SL > 200) const2Value = const2Value + (stepEnd_WL_SL - 200) * 100;

if (stepEnd_WL_HB > 105) const2Value = const2Value + (stepEnd_WL_HB - 105) * 100;

if (stepEnd_WL_TB > 56) const2Value = const2Value + (stepEnd_WL_TB - 56) * 100;

if (stepEnd_WL_TQ > 105.2) const2Value = const2Value + (stepEnd_WL_TQ - 105.2) * 100;}}}

} // Kết thúc vòng for chính

// Hàm mục tiêu số 1: Kết quả trả ra

159

objs[0] = -objs1Value / 1e9; // 1 kw = 1000 VND, so unit as thousands billion VND ;

// Hàm mục tiêu số 2: Kết quả trả ra

objs[1] = - objs2Value/dem2;

// Ràng buộc thứ 1: Kết quả trả ra

consts[0] = const1Value;

// Ràng buộc thứ 2: Kết quả trả ra

consts[1] = const2Value;

} // Kết thúc hàm

4. Hàm mực nước Hà Nội

double HanoiWaterLevelFunction(double* IndelF, double* InhBL) {

int i;

double p[2] = { *IndelF,*InhBL }, xin[2] = { 0 }, ANNx, kq;

// Chuyển dạng chuẩn hóa

for (i = 0; i < 2; i++) {

xin[i] = (p[i] - RRS->Net_ANN_downstream_Muin[i]) / RRS-

>Net_ANN_downstream_STDin[i];}

// Hàm khuếch tán tiến thẳng đa lớp với hàm kích hoạt tanh và hàm tuyến tính

double z[10] = { tanhf(xin[0] * RRS->Net_ANN_downstream_w1[0][0] + xin[1] * RRS-

>Net_ANN_downstream_w1[1][0] + RRS->Net_ANN_downstream_b1[0]),

tanhf(xin[0] * RRS->Net_ANN_downstream_w1[0][1] + xin[1] * RRS-

















>Net_ANN_downstream_w1[1][9] + RRS->Net_ANN_downstream_b1[9]) };

ANNx = z[0] * RRS->Net_ANN_downstream_w2[0] + z[1] * RRS-

>Net_ANN_downstream_w2[1] +

z[2] * RRS->Net_ANN_downstream_w2[2] + z[3] * RRS-







>Net_ANN_downstream_w2[9] + RRS->Net_ANN_downstream_b2;

// Xử lý hậu chuẩn hóa

kq = RRS->Net_ANN_downstream_Stdout * ANNx + RRS->Net_ANN_downstream_Muout;

return kq;}

160

Phụ lục 2. Đặc trưng mưa và dòng chảy của các trạm chính trên hệ thống

sông Hồng

161

Bảng 1. Lượng mưa trung bình tháng, năm trung bình tại một số trạm khí tượng trong hệ thống sông Hồng

TT Tên trạm Vị trí Thời kỳ

quan trắc

Lượng mưa trung bình tháng, năm (mm)

Kinh độ Vĩ độ I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm

1 Mường Tè 102°50' 22°22' 1961-2012 26,3 29,3 47,9 129,9 268,5 474,6 628,8 441,4 183,2 108,1 63,3 28,6 2246,3

2 Sìn Hồ 103°14' 22°22' 1961-2012 42,5 43,1 74,1 185,1 318,0 503,6 594,7 458,7 230,2 144,2 79,9 40,5 2714,6

3 Lai Châu 103°09' 22°04' 1956-2012 35,5 49,2 71,4 142,8 228,0 272,7 323,6 355,7 228,8 138,6 73,6 30,2 1950,2

4 Tam Đường 103°29' 22°25' 1971-2012 35,1 42,0 78,8 181,2 341,3 469,9 564,3 357,5 187,4 129,2 74,0 29,3 2435,4

5 Sơn La 103°54' 21°20' 1961-2012 17,9 26,2 48,6 121,5 181,0 243,1 260,7 262,4 132,0 62,9 34,6 13,8 1404,7

6 Mộc Châu 104°41' 20°50' 1961-2012 17,9 23,8 41,8 103,5 186,1 235,2 269,7 320,1 263,0 132,7 38,5 15,4 1634,6

7 Hoà Bình 105°20' 20°49' 1957-2007 18,1 15,7 37,3 92,1 243,2 277,9 310,6 324,1 292,6 175,5 53,9 15,5 1856,4

8 Sa Pa 103°49' 22°21' 195-2012 68,1 81,4 104,8 214,8 355,2 389,6 469,1 455,4 309,5 201,5 105,1 61,3 2815,8

9 Hoàng Liên Sơn 104°05' 23°15' 1970-1978 66,2 73,1 82,0 219,6 416,6 565,5 679,9 632,1 418,2 236,1 97,8 72,2 3559,2

10 Bắc Hà 104°17' 22°32' 1961-2012 39,0 43,4 64,5 103,8 302,9 445,3 548,2 422,4 230,5 155,5 83,2 36,5 2475,2

11 Lào Cai 103°58' 22°30' 1957-2012 35,5 49,2 71,4 142,8 228,0 272,7 323,6 355,7 228,8 138,6 73,6 30,2 1950,2

12 Yên Bái 104°52' 21°42' 1957-2012 34,4 43,8 73,3 127,7 213,1 268,3 313,4 356,3 274,9 164,6 59,2 25,8 1954,7

13 Hoàng Su Phì 104°41' 22°45' 1961-2007 17,5 23,2 45,2 86,3 189,9 294,7 341,2 317,6 158,6 103,3 51,1 19,8 1648,5

14 Hà Giang 104°58' 22°49' 1960-2012 23,2 28,5 52,5 113,5 219,1 267,4 286,5 305,0 181,8 124,6 45,8 16,7 1644,4

15 Phó Bảng 105°11' 23°15' 1961-1978 20,2 20,1 38,0 94,7 181,0 313,1 367,1 323,6 180,7 123,4 66,6 26,5 1754,9

16 Bắc Quang 104°52' 22°30' 1961-2007 72,0 75,1 90,8 245,7 764,8 993,0 929,6 635,6 408,4 388,8 167,7 78,2 4849,7

17 Chiêm Hoá 105°16' 22°°9' 1961-2005 26,1 33,1 56,0 126,6 235,6 287,2 280,5 294,4 155,9 110,1 48,5 22,7 1676,6

18 Tuyên Quang 105°13' 21°49' 1960-2012 22,4 29,2 52,0 112,0 220,9 260,7 286,8 295,9 175,1 120,2 44,1 16,8 1636,2

19 Phú Hộ 105°14' 21°27' 1960-2007 32,8 37,0 55,0 111,9 212,7 245,6 271,8 285,9 205,1 146,6 58,0 23,7 1685,9

20 Việt Trì 105°25' 21°18' 1961-2012 25,0 33,2 43,3 100,2 183,9 247,1 254,0 271,1 180,2 143,2 56,5 18,7 1556,3

21 Hà Nội 105°48' 21°01' 1961-2012 19,6 26,3 45,8 98,1 184,5 256,1 274,8 294,1 257,0 142,7 63,6 17,4 1680,1

22 Hưng Yên 106°03' 20°40' 1960-2005 25,5 26,8 47,6 87,2 172,6 223,6 219,9 278,9 261,2 178,9 73,3 23,8 1619,3

23 Nam Định 106°09' 20°26' 1957-2007 23,8 29,1 50,4 84,3 176,5 195,3 234,4 292,6 312,8 196,1 65,1 27,4 1687,8

162

Bảng 2. Lưu lượng trung bình tháng, năm tại một số trạm thuỷ văn trong lưu vực sông Hồng

Thứ

tự Trạm Sông F (km2) Kinh độ Vĩ độ

Thời kỳ

quan trắc

Lưu lượng trung bình tháng, năm (m3/s)

I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm

1 Đại Đồng

Dũng Lễ Xã 2513 1953-1993 4,00 2,50 1,69 0,99 1,49 13,2 21,3 44,5 39,6 36,7 15,9 7,15 15,8

2 Nguyên

Giang Nguyên 21554 1953-1993 64,7 45,5 30,3 21,3 38,8 152 272 439 324 294 180 98,0 164

3 Mạn Hảo Nguyên 32037 1953-1993 140 109 81,2 70,0 112 295 484 731 545 465 324 196 297

1 Lào Cai Hồng 41000 103o57'51" 22o30'14" 1956-

78,95-2012 258 217 186 195 311 625 1050 1360 949 720 537 337 569

2 Yên Bái Hồng 48000 104o51'45" 21o42'14" 1957-2012 311 266 237 272 433 865 1360 1700 1350 985 656 406 739

3 Sơn Tây Hồng 143600 105o30'21" 21o09'22" 1956-2012 1300 1150 1070 1240 2060 4670 8020 8260 5680 3810 2590 1580 3450

4 Hà Nội Hồng - 105o51'32" 21o01'53" 1956-2012 1010 908 861 996 1550 3320 5790 6060 4290 2900 2030 1270 2580

5 Thượng

Cát Đuống - 105o52'23" 21o04'20" 1957-2012 314 273 259 306 538 1240 2270 2350 1630 1060 715 418 949

6 Lai Châu Đà 33800 103o10'07" 22o04'46" 1957-2012 395 315 256 264 499 1480 2950 2890 1830 1240 857 532 1130

7 Tạ Bú Đà 45900 104o03'12" 21o26'54" 1961-2012 513 404 338 373 736 2110 4050 3940 2420 1550 1100 654 1520

8 Hoà Bình Đà 51800 105o19'53" 20o49'17" 1956-1985 546 431 347 379 717 2250 4070 4630 3020 1790 1220 757 1680

1956-2012 626 540 501 562 924 2310 4530 4270 2590 1730 1180 733 1710

9 Đạo Đức Lô 8260 104o59'46" 22o47'12" 1960-2012 60,8 54,0 51,3 55,6 90,3 208 377 400 264 162 119 76,5 160

10 Hàm Yên Lô 11900 105o05'17" 22o03'14" 1958-2012 122 109 106 130 268 560 888 845 585 382 249 154 367

11 Ghềnh

Gà Lô 29600 105o11'20" 21o51'40" 1966-2012 247 223 217 269 564 1210 1880 1820 1200 738 492 297 763

12 Vụ

Quang Lô 36790 105o15'30" 21o34'12" 1957-2012 388 369 361 434 756 1470 2290 2270 1560 995 682 438 1000

13 Chiêm

Hoá Gâm 16500 105o16'31" 22o05'34" 1959-2012 130 120 117 143 303 624 917 877 554 332 228 145 375

14 Tà Thàng Ngòi Bo 521 106°03' 21°20' 1961-1975 12,2 11,7 10,4 16,3 32,3 64,7 76,1 72,1 58,8 39,3 24,2 16,2 36,2

15 Ngòi

Thia

Ngòi

Thia 1520 104o39'25" 21o50'25" 1962-1981 21,1 18,0 15,4 20,5 33,5 78,8 102 146 165 96,0 46,5 27,1 64,2

16 Thanh Sơn

Bứa 1190 105o09'25" 21o11'17" 1963-1976, 1989-2012

13,5 11,9 12,1 15,3 24,6 39,3 53,4 69,0 77,1 50,8 29,3 17,4 34,5

17 Nậm

Giàng Nậm Na 6740 103o09'34" 22o15'17" 1965-2012 144 118 95,2 108 213 525 1030 888 547 376 280 196 376

18 Nậm Nậm 2680 103o17'52" 21o52'41" 1961-2012 29,0 24,7 22,8 26,1 41,7 109 211 241 145 74,2 51,7 36,4 84,4

163

Mức Mức

19 Bản

Củng Nậm Mu 2620 103o48'56" 21o47'20"

1961-1987,

2003-2012 34,8 28,7 24,8 44,8 112 303 464 344 194 101 69,9 40,9 146

20 Nậm

Chiến

Nậm

Chiến 313 104°09' 21°36' 1963-1980 5,15 4,22 3,60 4,70 9,08 24,7 40,1 43,2 30,8 16,1 9,13 6,48 16,4

21 Thác

Mộc Nậm Sập 405 104°33' 20°52' 1959-1981 2,48 2,19 1,98 2,13 3,17 7,72 12,9 22,4 25,2 9,87 4,91 2,97 8,17

22 Bảo Lạc Gâm 4060 105°40' 22°57' 1961-1976 16,3 13,3 13,8 15,3 40,1 120 161 188 104 58,4 39,7 22,5 66,1

23 Bảo Yên Chảy 4960 104°35' 22°10' 1982-2012 51,2 45,4 46,5 59,0 92,6 177 318 344 228 154 109 67,6 141

24 Vĩnh Yên Nghĩa Đô 138 104o28'11" 22o22'08" 1961-2012 3,57 3,43 3,49 4,18 5,48 8,85 13,3 16,9 13,1 9,30 6,23 4,21 7,72

25 Quảng

Cư Phó Đáy 1190 105o29'30" 21o31'10" 1960-1976 8,06 7,16 7,04 11,7 19,2 33,8 41,3 63,2 47,4 27,4 16,7 10,0 24,4

26 Hưng Thi Bôi 664 105o40'30" 20o31'00" 1963-1977 4,06 3,35 3,01 5,09 12,7 30,4 42,4 46,2 71,7 36,4 14,6 5,67 23,0

164

Phụ lục 3. Tổng hợp tủy chọn mô phỏng các hệ thống lấy nước trên sông Hồng

165

Bảng 3. Hệ thống công trình lấy nước từ dòng chính và phương án mô phỏng

TT

Khu

thủy lợi Tên/Phương án mô phỏng Ftt (ha) Sông Vị trí

Q

(m3/s)

01

Khu hạ

sông

Thao

Gộp tổng cộng 44 trạm bơm lớn nhỏ

thuộc các hệ thống chủ yếu của Phú

Thọ là :Tam Nông, Cẩm Khê, Việt Trì,

Lâm Thao, Phù Ninh, TX.Phú Tho,

Đoan Hùng, Thanh Ba, Hạ Hòa

14404 Sông Thao 8377-

94384 22.32

02

Lưu vực

sông

Gâm

Gộp các trạm bơm lớn nhỏ lấy nước trên

dòng chính thuộc các tỉnh Hà Giang

Tuyên Quang, Bắc Kạn tỉnh từ thủy điện

Tuyên Quang

14619 Sông Gâm 0-

72904 24.85

03 Khu

sông Lô

Gộp các trạm bơm lớn nhỏ lấy nước trên

dòng chính thuộc Tuyên Quang + Phú

Thọ + Vĩnh Phúc tính từ Hàm Yên đến

Việt Trì

29727 Sông Lô 0-

106690 49.64

04

Khu

sông

Chảy

Gộp 7 trạm bơm lớn nhỏ; từ Thác Bà về

đến cửa sông Chảy: Các xã huyện Đoan

Hùng;

15542 Sông Chảy 0-

24986 25.49

05

Lưu vực

sông Phó

Đáy

Gộp các trạm bơm lớn nhỏ các diện tích

thuộc tỉnh Vĩnh Phúc tính từ đập Liễn

Sơn từ Liễn Sơn đến Cửa Sông

9161 Sông Phó

Đáy

0-

25000 15.12

06 Hạ Núi

Cốc

Tính lưu lượng dựa trên diện tích phục vụ

thực tế; Thị xã Sông Công;- Huyện Phổ

Yên; - Huyện Phú Bình; - Thành phố

Thái Nguyên

12051 Sông Cầu 44026.

5 17.59

07 Hạ Thác

Huống

Tính lưu lượng dựa trên diện tích phục vụ

thực tế đất đai của tỉnh Bắc Giangvà 80%

diện tích của huyện Phú Bình tỉnh Thái

Nguyên

39302 Sông Cầu 0 -

136393

68.78

08

Khu Cà

Lồ

TB Bạch Hạc (Khu Liễn Sơn- Bạch Hạc)

43140

Sông Lô 106075 11

09 TB Đại Định (Cun cấp cho khu Liễn Sơn

Bạch Hạc + Khu bãi sông Hồng Sông Hồng 13702 11

10 Khu bãi sông Hồng :Gộp các công trình

TB Liễu Trì + TB Lũng Hạ Sông Hồng 12702 3.52

11 Tiểu khu tưới hữu Cà Lồ - TB Ấp Bắc Sông

Hồng: 60287 12.24

12 Gộp các công trình lấy nước từ sông Cà

Lồ chết

Sông Cà

Lồ

0 -

15790 2.72

13

Khu Bắc

Đuống

Cống Long Tửu- TB Trịnh Xá

Sông

Đuống

2934

Mô phỏng

dạng công

trình điều

khiển

14 Tiêu khu tưới trạm bơm Trịnh Xá: Gộp

các TB nhỏ còn lại

Sông

Đuống:

8901 -

53243

14.51

15 Tiểu khu độc lập 3 xã (TB Kiều Lương) Sông

Đuống 57426 2.62

16 Tiểu khu ven sông Cầu, bắc đường 18

(TB Kim Đôi) sông Cầu 133632 10

17

Cầu Sơn

- Cấm

Sơn

Hệ thống Cầu Sơn - Cấm Sơn 15 TB tưới

(XN quản lý) Công trình địa phương quản

lý

17156

sông

Thương

0-

91235 32.77

18 Lưu vực huyện Lục Nam (Về phía tả sông Lục 10531 Sông Lục 0 - 20.11

166

TT

Khu


Q

(m3/s)

sông Lục

Nam

Nam), Sơn Động, Lục Ngạn của tỉnh Bắc

Giang và huyện Đình Lập của Lạng Sơn

Nam 53080

19

Khu hạ

du sông

Đà

Hoà Bình 9339.35 Sông Đà

0 -

60703 16.81

20

Khu

sông

Nhuệ

Cống Liên Mạc

71037

Sông Hồng 60792

Mô phỏng

dạng công

trình điều

khiển

21 TB Hồng Vân Sông Hồng 89205 11.11

22 TB Đan Hoài Sông Hồng 55907 11.11

23 TB Vĩnh Tuy (kết hợp) Sông Hồng 76872 6.67

24 Các trạm bơm nhỏ lấy nước sông Đáy,

sông Châu tổng số 46 công trình Sông Đáy

7.00

25

Khu

Sông

Tích -

Thanh

Hà

TB Phù Sa + TB Cộng Hoà, Hạ Dục, An

Mỹ, Bạch Tuyết, Phù Lưu Tế…. và hàng

loạt các công trình có quy mô vừa và nhỏ.

43345

Sông Hồng

0 -

33027 43.98

26

Khu hữu

sông

Đáy

thuộc Hà

nam

TB Đanh Xu(gộp các tb nhỏ hữu Đáy) 1698 Sông Đáy 4.49

27

Khu 6

trạm

bơm

Nam Hà

Hệ thống các trạm bơm Như Trác, Hữu

Bị, Cổ Đam, Nhâm Trang, Võ Giang (gộp

Đông Hà và Thanh Tâm), TB Cốc Thành,

TB Quang Trung và 5 trạm bơm nhỏ (13

máy 1000 m3/h)

36901

Hồng:

Hồng:

Đáy:

Đáy:

Đào:

151038

;

164190

155484

141096

10377

Các TB

được mô

phỏng theo

dạng cấu

trúc điều

khiển

28 Khu Bắc

Ninh

Bình

TB Gia Tường + Cống Gia lạc (gộp các

cống nhỏ khác) 8819

Hữu Đáy 150050 12.68

29 Cống Gia lạc (gộp các cống nhỏ khác) Hoàng

Long: 13633 0.72

30

Khu

Nam

Ninh

Bình

Cống Mới + TB Chất Thành 26584 Hữu Đáy:

174065

–

274135

36.42

31

Khu

Trung

Nam

Định

Tổng cộng 46 cống, trạm bơm lớn nhỏ 27296

Sông

Hồng;

Sông Đào;

Sông Ninh

Cơ; Sông

Đáy

32

Khu

Nam

Nam

Định

Tổng cộng 40 cống, trạm bơm lớn nhỏ 26210

Sông Ninh

Cơ; Sông

Hồng;

40 cống,

trạm bơm

đã được

mô phỏng

theo dạng

cấu trúc

điều khiển

33 Khu

thượng

3 huyện Lạc Thủy, Yên Thủy và huyện

Kim Bôi (trừ 8 xã lưu vực sông Thanh 3954 Sông Bôi 5.61

167

TT

Khu


Q

(m3/s)

sông Bôi Hà) thuộc tỉnh Hoà Bình

34

Khu Bắc

Thái

Bình

24 công trình cống/trạm bơm lớn nhỏ lấy

nước trên dòng chính 54828

Sông

Luộc;

Sông Trà

Lý; Sông

Hóa

24 cống,

trạm bơm

đã được

mô phỏng

theo dạng

cấu trúc

điều khiển

35

Khu

Nam

Thái

Bình

16 công trình cống/trạm bơm lớn nhỏ lấy

nước trên dòng chính 36419

Sông

Hồng;

Sông Trà

Lý

16 cống,

trạm bơm

đã được

mô phỏng

theo dạng

cấu trúc

điều khiển

36

Khu Bắc

Hưng

Hải

Cống Xuân Quan

126854

Sông

Hồng: 82663

Mô phỏng

theo dạng

cấu trúc

điều khiển

37 Khu (TB Gia thượng TB Vàng , TB Môn

quảng , Cống Môn Quảng, Cống Phú Mỹ)

Sông

Đuống:

4721-

59222 7.86

38

T/v Cẩm Giàng, TX Hải Dương (TB

Tiên kiều ) T/v Tứ Lộc (TB An thanh TB

Quang trung )

Sông thái

Bình: 25320 1.87

39

TB Cống Gạch;TB Nguyên Giáp;T/v

đông nam S.Cửu An; TB Cống Sao; TB

Cống Rác; Cống Hà kỳ;Cống

Trung;Cống Nhạn; Cống My động

Sông

Luộc:

0 -

69830 3.14

40 Cống Cầu Xe Thái Bình: 58045

Mô phỏng

theo dạng

cấu trúc

điều khiển

41 Cống An Thổ Luộc 65501

Mô phỏng

theo dạng

cấu trúc

điều khiển

42 Khu Chí

Linh TB Văn Trung 3631

Tả Kinh

Thầy 8373 3.85

43 Khu

Nam

Sách -

Thanh

Hà

Cống Mạc Dầu

12986

Tả Thái

Bình

5739-

56821

3.24

44 TB Đò Hàn 18.06

45

Khu

Kinh

Môn Hải

Dương

Tiểu khu Nhị Chiểu và khu vực còn

lạigồm 4 tiểu khu nhỏ: Bắc An Phụ, nam

An Phụ, Tam Lưu và vùng núi An Phụ.

5520

Tả Kinh

Môn

20821

9.05

46

Khu

Thủy

Nguyên

- Hải

Cống An Sơn 7087

Sông Kinh

Thầy

41718

Mô phỏng

theo dạng

cấu trúc

điều khiển

168

TT

Khu


Q

(m3/s)

47

Phòng

Cống Ngọc Khê Sông Kinh

Thầy 45340

Mô phỏng

theo dạng

cấu trúc

điều khiển

48 Gộp các cống còn lại Sông Cấm 0-

18331 4.42

49

Khu An

Kim Hải

Cống Bằng Lai

11148

Lai Vu 16817

Mô phỏng

theo dạng

cấu trúc

điều khiển

50 Cống Quảng Đạt Lai Vu 17931

Mô phỏng

theo dạng

cấu trúc

điều khiển

51

Khu Đa

Độ

Cống TrungTrang

15253

Văn Úc 2119

Mô phỏng

theo dạng

cấu trúc

điều khiển

52 TB Quang Hưng Văn Úc 2441

Mô phỏng

theo dạng

cấu trúc

điều khiển

53

Khu

Vĩnh

Bảo

Cống Tranh Chử

8239

Hữu Luộc 37100

Mô phỏng

theo dạng

cấu trúc

điều khiển

54 Cống Ba Đồng Hữu Luộc 44718

Mô phỏng

theo dạng

cấu trúc

điều khiển

55 Cống Đồng Ngừ Hữu Luộc 44610

Mô phỏng

theo dạng

cấu trúc

điều khiển

56 Cống Hiệp Hòa Hóa 5500

Mô phỏng

theo dạng

cấu trúc

điều khiển

57

Khu

Tiên

Lãng

Tiểu khu Bắc sông Mới (Cống Giang

Khẩu)

9952

Thái Bình 60334

1.114

58 Rỗ Cũ Thái Bình 66469

Mô phỏng

theo dạng

cấu trúc

điều khiển

59 Rỗ Mới Thái Bình 67635

Mô phỏng

theo dạng

cấu trúc

điều khiển

60 Trọi Thái Bình 69392

Mô phỏng

theo dạng

cấu trúc

điều khiển

169

Phụ lục 4. Quan hệ giữa mực nước thượng lưu hồ và tổng khả năng xả max và

min rmin, rmax của các hồ chứa

170

Bảng 4. Bảng quan hệ giữa mực nước thượng lưu hồ và lưu lượng xả tối đa, tối

thiểu hồ Bản Chát trong mùa cạn

TT Ztl

(m)

Qturbin max

(m3/s)

Q tràn max

(m3/s)

rmax

(m3/s)

rmin

(m3/s)

1 400 0 0.0 0 0

2 405 0 0.0 0 0

3 410 0 0.0 0 0

4 415 0 0.0 0 0

5 420 0 0.0 0 0

6 430.9 0 0.0 0 0

7 431 273.3 0.0 273.3 5

8 435 273.3 0.0 273.3 5

9 440 273.3 0.0 273.3 5

10 445 273.3 0.0 273.3 5

11 450 273.3 0.0 273.3 5

12 455 273.3 0.0 273.3 5

13 460 273.3 0.0 273.3 5

14 465 273.3 0.0 273.3 5

15 470 273.3 0.0 273.3 5

16 475 273.3 0.0 273.3 5

17 480 273.3 23295.5 23568.8 23568.8

18 482 273.3 26875.8 27149.1 27149.1


thiểu hồ Lai Châu trong mùa cạn

TT Ztl

(m)

Qturbin max

(m3/s)

Q tràn max

(m3/s)

rmax

(m3/s)

rmin

(m3/s)

1 235 0 0 0 0

2 240 0 0 0 0

3 245 0 0 0 0

4 250 0 0 0 0

5 255 0 0 0 0

6 260 0 0 0 0

7 264.9 0 0 0 0

8 265 1665 0 1665 5

9 270 1665 0 1665 5

10 275 1665 0 1665 5

11 280 1665 0 1665 5

12 285 1665 0 1665 5

13 290 1665 0 1665 5

14 294.9 1665 0 1665 5

15 295 1665 0 1665 5

16 296 1665 15490 17155 17155

171

17 297 1665 16642 18307 18307

18 298 1665 17821 19486 19486

19 299 1665 19027 20692 20692

20 300 1665 20259 21924 21924

21 301 1665 21518 23183 23183

22 302 1665 22803 24468 24468

23 303 1665 24116 25781 25781


thiểu hồ Sơn La trong mùa cạn

TT Ztl (m) Qturbin max (m3/s) Q tràn max (m3/s) rmax

(m3/s)

rmin

(m3/s)

1 145 0 0 0 0

2 170 0 0 0 0

3 174.99 0 0 0 0

4 175 3438 0 3438

Không có quy

định cụ thể

5 194.1 3438 0 3438

6 197.8 3438 0 3438

7 200 3438 0 3438

8 202 3438 0 3438

9 204 3438 0 3438

10 206 3438 0 3438

11 208 3438 0 3438

12 210 3438 0 3438

13 212 3438 0 3438

14 214 3438 0 3438

15 215 3438 0 3438

16 217 3438 36572 40010 40010

17 220 3438 38031 41469 41469

18 221 3438 38527 41965 41965

19 224 3438 39982 43420 43420

20 227 3438 41430 44868 44868

21 228.1 3438 41985 45423 45423


thiểu hồ Hòa Bình trong mùa cạn


(m3/s)

rmin

(m3/s)

1 70 0 0 0 0

2 79.99 0 0 0 0

3 80 2400 0 2400 214

4 81 2400 0 2400 214

5 82 2400 0 2400 214

6 83 2400 0 2400 214

7 84 2400 0 2400 214

8 85 2400 0 2400 214

172

9 86 2400 0 2400 214

10 87 2400 0 2400 214

11 88 2400 0 2400 214

12 89 2400 0 2400 214

13 90 2400 0 2400 214

14 91 2400 0 2400 214

15 92 2400 0 2400 214

16 93 2400 0 2400 214

17 94 2400 0 2400 214

18 95 2400 0 2400 214

19 96 2400 0 2400 214

20 97 2400 0 2400 214

21 98 2400 0 2400 214

22 99 2400 0 2400 214

23 100 2400 0 2400 214

24 101 2400 0 2400 214

25 102 2400 0 2400 214

26 103 2400 0 2400 214

27 104 2400 0 2400 214

28 105 2400 0 2400 214

29 106 2400 0 2400 214

30 107 2400 0 2400 214

31 108 2400 0 2400 214

32 109 2400 0 2400 214

33 110 2400 0 2400 214

34 111 2400 0 2400 214

35 112 2400 0 2400 214

36 113 2400 0 2400 214

37 114 2400 0 2400 214

38 115 2400 0 2400 214

39 116 2400 0 2400 214

40 117 2400 0 2400 214

41 118 2400 33384 35784 35784

42 119 2400 34764 37164 37164

43 120 2400 36150 38550 38550

44 121 2400 37152 39552 39552

45 122 2400 38970 41370 41370

46 124 2400 41334 43734 43734

Bảng 8. Bảng quan hệ giữa mực nước thượng lưu hồ và lưu lượng xả tối đa hồ Thác

Bà trong mùa cạn


(m3/s)

rmin

(m3/s)

1 30 0 0 0 0

2 45.99 0 0 0 0

3 46 420 0 420

Không có quy

định cụ thể

4 48 420 0 420

5 50 420 0 420

6 52 420 0 420

173

7 54 420 0 420

8 56 420 0 420

9 57 420 0 420

10 58 420 0 420

11 59 420 2700 3120 3120

12 59.6 420 2911 3331 3331

13 61 420 3230 3650 3650

Bảng 9. Bảng quan hệ giữa mực nước thượng lưu hồ và lưu lượng xả tối đa hồ

Tuyên Quang trong mùa cạn

TT Ztl (m) Qturbin max

(m3/s) Q tràn max (m3/s)

rmax

(m3/s)

rmin

(m3/s)

1 79 0 0 0 0

2 83.8 0 0 0 0

3 85 0 0 0 0

4 87.5 0 0 0 0

5 89.99 0 0 0 0

6 90 750 0 750

Không có quy

định cụ thể

7 92.5 750 0 750

8 95 750 0 750

9 97.5 750 0 750

10 100 750 0 750

11 102.5 750 0 750

12 104.85 750 0 750

13 106 750 0 750

14 107 750 0 750

15 108 750 0 750

16 109 750 0 750

17 110 750 0 750

18 111 750 0 750

19 112 750 0 750

20 113 750 0 750

21 114 750 0 750

22 115 750 0 750

23 116 750 0 750

24 117 750 0 750

25 118 750 0 750

26 119 750 0 750

27 120 750 0 750

28 121 750 12801 13551 13551

29 122 750 13645 14395 14395

30 122.55 750 14124 14874 14874

174

Phụ lục 5. Tổng hợp 350 nghiệm Pareto - tham số hàm vận hành

175

TT

Tên

nghiệm/tham

số

theta1 theta2 theta3 theta4 theta5 theta6 … theta72 theta73 theta74 theta75 theta76 theta77 theta78 obj1 obj2

1 P350H1 0.003083 0.014746 0.25576 0.004876 0.55796 0.06467 … 0.97102 0.220739 0.037668 0.747954 0.107078 0.003589 0.961695 -1494.47 -115.081

2 P349H2 0.003083 0.014746 0.25576 0.004876 0.55796 0.06467 … 0.97102 0.73818 0.037668 0.747954 0.107078 0.003589 0.961695 -1494.99 -115.075

3 P348H3 0.003083 0.014746 0.25576 0.004876 0.55796 0.06467 … 0.97102 0.370101 0.037668 0.747954 0.107078 0.003589 0.961695 -1495.33 -115.052

4 P347H4 0.003083 0.014746 0.25576 0.004876 0.55796 0.06467 … 0.97102 0.435598 0.037668 0.747954 0.107078 0.003589 0.961695 -1495.68 -115.01

5 P346H5 0.003083 0.014746 0.25576 0.004876 0.55796 0.06467 … 0.97102 0.224299 0.037668 0.747954 0.107078 0.003589 0.961695 -1495.77 -115.001

6 P345H6 0.003083 0.014746 0.25576 0.004876 0.55796 0.06467 … 0.97102 0.101041 0.037668 0.747954 0.107078 0.003589 0.961695 -1500.87 -114.997

7 P344H7 0.003083 0.014746 0.25576 0.004876 0.55796 0.06467 … 0.97102 0.101041 0.037668 0.747954 0.107078 0.003589 0.961695 -1501.08 -114.963

8 P343H8 0.003799 0.014876 0.257383 0.004862 0.55814 0.06401 … 0.970942 0.097911 0.0375 0.748956 0.107008 0.003795 0.961586 -1501.7 -114.921

9 P342H9 0.003083 0.014746 0.25576 0.004876 0.55796 0.06467 … 0.97102 0.101041 0.037668 0.747954 0.107078 0.003589 0.961695 -1501.8 -114.906

10 P341H10 0.003083 0.014746 0.25576 0.004876 0.55796 0.06467 … 0.97102 0.101041 0.037668 0.747954 0.107078 0.003589 0.961695 -1502.03 -114.894

11 P340H11 0.003083 0.014746 0.25576 0.004876 0.55796 0.06467 … 0.97102 0.101041 0.037668 0.747954 0.107078 0.003589 0.961695 -1505.16 -114.89

12 P339H12 0.000909 0.014025 0.12093 0.004958 0.5583 0.06403 … 0.970505 0.088588 0.041028 0.748574 0.106861 0.003728 0.961453 -1505.4 -114.841

13 P338H13 0.003083 0.014746 0.25576 0.004876 0.55796 0.06467 … 0.97102 0.220739 0.037668 0.747954 0.107078 0.003589 0.961695 -1506.15 -114.837

14 P337H14 0.002694 0.014814 0.559126 0.004905 0.55808 0.06385 … 0.970963 0.089366 0.03835 0.749368 0.107043 0.003745 0.961552 -1508.44 -114.777

… … … … … … … … … … … … … … … … … …

342 P9H342 0.162916 0.001231 0.423416 0.000577 0.54389 0.06103 … 0.974278 0.067269 0.096511 0.754189 0.090998 0.00092 0.942365 -1557.57 -74.4648

343 P8H343 0.161857 0.00058 0.794938 0.000596 0.5442 0.05031 … 0.973871 0.229195 0.097322 0.752648 0.091079 0.000307 0.94275 -1557.66 -73.1999

344 P7H344 0.161857 0.00058 0.794938 0.000596 0.5442 0.05031 … 0.973871 0.065385 0.097322 0.752648 0.091079 0.000307 0.94275 -1557.73 -73.1887

345 P6H345 0.161857 0.00058 0.794938 0.000596 0.5442 0.06127 … 0.973871 0.065385 0.097322 0.752648 0.091079 0.000307 0.94275 -1557.89 -72.2949

346 P5H346 0.161857 0.00058 0.794938 0.000596 0.5442 0.06127 … 0.973871 0.065385 0.097322 0.752648 0.091079 0.000307 0.94275 -1557.91 -72.1512

347 P4H347 0.161857 0.00058 0.794938 0.000596 0.5442 0.06127 … 0.973871 0.065385 0.097322 0.752648 0.091079 0.000307 0.94275 -1558.06 -72.1097

348 P3H348 0.166899 0.000589 0.667616 0.000578 0.54456 0.01392 … 0.973685 0.063231 0.102239 0.75328 0.091182 0.001846 0.942456 -1558.12 -69.8092

349 P2H349 0.166899 0.000589 0.667616 0.000578 0.54456 0.01392 … 0.973685 0.063231 0.102239 0.75328 0.091182 0.001846 0.942456 -1558.24 -69.6234

350 P1H350 0.166899 0.000589 0.667616 0.000578 0.54456 0.01392 … 0.973685 0.063231 0.102239 0.75328 0.091182 0.001846 0.942456 -1558.36 -69.3203

Documents

VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI VIỆT NAM NGUYỄN XUÂN LÂM … tao/2018/LuanAn_NguyenXuanLam.pdfbỘ giÁo dỤc vÀ ĐÀo tẠo bỘ nÔng nghiỆp vÀ ptnt viỆn khoa hỌc thỦy