Tải bản đầy đủ

NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT PHƯƠNG PHÁP VẬN HÀNH TỐI ƯU HỆ THỐNG HỒ CHỨA THƯỢNG LƯU LƯU VỰC SÔNG HỒNG TRONG MÙA CẠN

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
Hình 3-5. Hàm xả 𝑟𝑚𝑎𝑥, 𝑟𝑚𝑖𝑛 cho bước thời gian ngày theo dung tích và dòng
chảy đến cho hồ chứa Lai Châu.......................................................................97
Hình 3-6. Hàm xả 𝑟𝑚𝑎𝑥, 𝑟𝑚𝑖𝑛 cho bước thời gian ngày theo dung tích và dòng
chảy đến cho hồ chứa Sơn La ..........................................................................97
Hình 3-7. Hàm xả 𝑟𝑚𝑎𝑥, 𝑟𝑚𝑖𝑛 cho bước thời gian ngày theo dung tích và dòng
chảy đến cho hồ chứa Hòa Bình ......................................................................98
Hình 3-8. Hàm xả 𝑟𝑚𝑎𝑥, 𝑟𝑚𝑖𝑛 cho bước thời gian ngày theo dung tích và dòng
chảy đến cho hồ chứa Thác Bà ........................................................................98
Hình 3-9. Hàm xả 𝑟𝑚𝑎𝑥, 𝑟𝑚𝑖𝑛 cho bước thời gian ngày theo dung tích và dòng
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

Hình 3-12. Chi tiết mô phỏng cân bằng nước bao gồm dòng chảy đến đã trừ tổn
thất, dung tích và tổng xả cho hồ chứa Bản Chát kết nối lũ-kiệt-lũ. ..............101
Hình 3-13. Mô phỏng cân bằng nước bao gồm dòng chảy đến đã trừ tổn thất, dung
tích và tổng xả cho hồ chứa Bản Chát trong 50 năm, bước tính ngày ...........101
Hình 3-14. Chi tiết mô phỏng cân bằng nước bao gồm dòng chảy đến đã trừ tổn
thất, dung tích và tổng xả cho hồ chứa Thác Bà kết nối lũ-kiệt-lũ. ...............102
Hình 3-15. Mô phỏng cân bằng nước bao gồm dòng chảy đến đã trừ tổn thất, dung
tích và tổng xả cho hồ chứa Thác Bà trong 50 năm, bước tính ngày .............102
Hình 3-16. Chi tiết mô phỏng cân bằng nước bao gồm dòng chảy đến đã trừ tổn
thất, dung tích và tổng xả cho hồ chứa Tuyên Quang kết nối lũ-kiệt-lũ. .......103
Hình 3-17. Mô phỏng cân bằng nước bao gồm dòng chảy đến đã trừ tổn thất, dung
tích và tổng xả cho hồ chứa Tuyên Quang trong 50 năm, bước tính ngày ....103
Hình 3-18. Chi tiết mô phỏng cân bằng nước bao gồm dòng chảy đến đã trừ tổn
thất, dung tích và tổng xả cho hồ chứa Sơn La kết nối lũ-kiệt-lũ. .................104
Hình 3-19. Mô phỏng cân bằng nước bao gồm dòng chảy đến đã trừ tổn thất, dung
tích và tổng xả cho hồ chứa Sơn La trong 50 năm, bước tính ngày ...............104
Hình 3-20. Chi tiết mô phỏng cân bằng nước bao gồm dòng chảy đến đã trừ tổn
thất, dung tích và tổng xả cho hồ chứa Hòa Bình kết nối lũ-kiệt-lũ. .............105
Hình 3-21. Mô phỏng cân bằng nước bao gồm dòng chảy đến đã trừ tổn thất, dung
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
ĐBSH
DP
EP
ESO
F
HB
HN
ISO
LC
LP
LVSH
MNC
MNDBT
MOEA
Nlm
NLP
NSGA
PSO
Q~H
Qo
SDP
SL
TB
TBNN
TQ
TTDT
Wc
Whi
Wtb

Bản Chát
Đồng bằng sông Hồng
Quy hoạch động (Dynamic Programming)
Quy hoạch tiến hóa (Evolution Programming)
Tối ưu hóa ngẫu nhiên hiện (Explicit Stochastic Optimization)
Diện tích lưu vực
Hòa bình
Hà Nội
Tối ưu hóa ngẫu nhiên ẩn (Implicit Stochastic Optimization)
Lai Châu
Quy hoạch tuyến tính (Linear Programming)
Lưu vực sông Hồng
Mực nước chết
Mực nước dâng bình thường
Thuật toán tiến hóa đa mục tiêu (Multi-Objective Evolution
Algorithm
Công suất lắp máy
Quy hoạch phi tuyến (Nonlinear Programming)
Thuật toán di truyền phân loại không trội (Non-dominated Sorting
Genetic Algorithm)
Tham số hóa- Mô phỏng – Tối ưu (Parameterization - SimulationOptimization
Quan hệ giữa lưu lượng và mực nước
Lưu lượng trung bình nhiều năm
Quy hoạch động ngẫu nhiên (Stochastic Dynamic Programming)
Sơn La
Thác Bà
Trung bình nhiều năm
Tuyên Quang
Thuật toán di truyền
Dung tích chết
Dung tích hữu ích
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


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×