Để xem full tài liệu Xin vui long liên hệ page để được hỗ trợ : https://www.facebook.com/thuvienluanvan01 HOẶC https://www.facebook.com/garmentspace/ https://www.facebook.com/thuvienluanvan01 https://www.facebook.com/thuvienluanvan01 tai lieu tong hop, thu vien luan van, luan van tong hop, do an chuyen nganh

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƢỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI
VŨ THỊ MINH HUỆ
NGHIÊN CỨU CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH TÍCH NƢỚC TRONG
THỜI KỲ MÙA LŨ CHO HỆ THỐNG HỒ CHỨA BẬC THANG
HOÀ BÌNH VÀ SƠN LA
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
HÀ NỘI, NĂM 2017

2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƢỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI
VŨ THỊ MINH HUỆ
NGHIÊN CỨU CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH TÍCH NƢỚC TRONG THỜI
KỲ MÙA LŨ CHO HỆ THỐNG HỒ CHỨA BẬC THANG
HOÀ BÌNH VÀ SƠN LA
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC 1.PGS.TS PHẠM THỊ HƢƠNG LAN
2.GS.TS HÀ VĂN KHỐI
HÀ NỘI, NĂM 2017

3. iii
LỜI CAM ĐOAN
Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả. Các kết quả
nghiên cứu và các kết luận trong luận án là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một
nguồn nào và dƣới bất kỳ hình thức nào. Việc tham khảo các nguồn tài liệu (nếu có) đã
đƣợc thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định.
Tác giả luận án
Vũ Thị Minh Huệ

4. iv
LỜI CẢM ƠN
Trƣớc tiên tác giả xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đến các thầy cô hƣớng
dẫn khoa học GS.TS Hà Văn Khối và PGS.TS Phạm Thị Hƣơng Lan đã tận tình định
hƣớng, chỉ bảo theo sát tác giả trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thiện Luận án.
Tác giả xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Trƣờng Đại học Thuỷ Lợi, Phòng Đào tạo Đại
học và Sau Đại học đã tạo điều kiện thuận lợi, hỗ trợ tác giả trong quá trình làm Luận
án. Tác giả xin cảm ơn các thầy cô, đồng nghiệp trong Khoa Thuỷ Văn và TNN đã
dành nhiều thời gian công sức hỗ trợ tác giả hoàn thành Luận án.
Đồng thời tác giả cũng nhận đƣợc sự động viên và ủng hộ rất lớn về vật chất và tinh
thần từ trƣờng ĐH Thủy lợi, từ gia đình và bạn bè trong đó có chồng và các con. Từ
đáy lòng mình, tác giả xin gửi đến họ những lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất.
Tác giả xin trân trọng cám ơn .

5. v
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ……………………………………………………………………………..1
TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VẬN HÀNH HỒ CHỨA ĐA
CHƢƠNG 1
MỤC TIÊU 6
Hồ chứa và vấn đề vận hành hồ chứa................................................................6
1.1
Phƣơng pháp quản lý và nguyên tắc vận hành hệ thống hồ chứa đa mục tiêu..8
1.2
1.2.1 Các phƣơng pháp quản lý vận hành hệ thống hồ chứa................................8
1.2.2 Nguyên tắc vận hành hệ thống hồ chứa ....................................................10
Tổng quan các phƣơng pháp xây dựng quy trình vận hành hệ thống hồ chứa
1.3
đa mục tiêu.................................................................................................................13
1.3.1 Phƣơng pháp sử dụng kỹ thuật tối ƣu hóa.................................................14
1.3.2 Phƣơng pháp mô phỏng.............................................................................19
1.3.3 Phƣơng pháp kết hợp.................................................................................20
Tổng quan về lƣu vực sông Hồng ...................................................................23
1.4
1.4.1 Lƣu vực sông và mạng lƣới sông ngòi......................................................23
1.4.2 Giới thiệu các công trình hồ chứa trên dòng chính sông Hồng.................25
1.4.3 Nhiệm vụ chống lũ hạ du và nguyên tắc chung của chế độ vận hành chống
lũ hạ du ..................................................................................................................29
1.4.4 Tổng quan các nghiên cứu phục vụ vận hành hệ thống hồ chứa lƣu vực
sông Hồng trong mùa lũ ........................................................................................30
1.4.5 Quá trình phát triển văn bản pháp lý .........................................................35
Kết luận chƣơng 1: ..........................................................................................38
1.5
CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ VẬN
CHƢƠNG 2
HÀNH TÍCH NƢỚC TRONG THỜI KỲ MÙA LŨ ĐỐI VỚI HỆ THỐNG HỒ
CHỨA HÒA BÌNH VÀ SƠN LA.................................................................................40
Nhận xét về các quy trình đã ban hành và đề xuất hƣớng nghiên cứu chế độ
2.1
vận hành tích nƣớc.....................................................................................................40
2.1.1 Nhiệm vụ chống lũ hạ du và nguyên tắc chung của chế độ vận hành cắt lũ
40
2.1.2 Một số hạn chế của các quy trình vận hành hồ chứa đã ban hành ............42
2.1.3 Phân tích thực trạng và những bất cập khi vận hành theo các quy trình đã
ban hành.................................................................................................................47
2.1.4 Đánh giá khả năng tích nƣớc đầy hồ của hê thống hồ chứa trên sông Đà 50

6. vi
2.1.5 Sự cần thiết và định hƣớng nghiên cứu bổ sung chế độ vận hành tích nƣớc
hồ chứa Hòa Bình và Sơn La.................................................................................55
Cơ sở khoa học nghiên cứu xây dựng chế độ vận hành tích nƣớc..................57
2.2
2.2.1 Quan điểm nghiên cứu...............................................................................57
2.2.2 Phân chia thời kỳ tích nƣớc.......................................................................59
2.2.3 Phƣơng pháp thiết lập chế độ vận hành trong thời kỳ tích nƣớc hạn chế .60
2.2.4 Xây dựng chế độ vận hành ứng phó trong trƣờng hợp xảy ra lũ bất thƣờng
trong thời kỳ tích nƣớc ..........................................................................................63
Phân tích cơ sở thực tiễn và tính khả thi xác định mực nƣớc giới hạn Hgh cho
2.3
hồ chứa Sơn La và Hòa Bình.....................................................................................68
2.3.1 Thực trạng thay đổi chế độ mực nƣớc hạ du thời kỳ mùa lũ ....................68
2.3.2 Phân tích đặc điểm mƣa lũ và sự hình thành lũ lớn trên lƣu vực..............73
2.3.3 Khả năng dự báo và nhận dạng lũ lớn trên hệ thống sông Hồng ..............76
Công cụ tính toán.............................................................................................81
2.4
2.4.1 Ứng dụng MS Excel tính toán điều tiết dòng chảy qua hồ chứa...............81
2.4.2 Mô hình MIKE 11 .....................................................................................83
Kết luận chƣơng 2 ...........................................................................................85
2.5
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH TRONG THỜI
CHƢƠNG 3
KỲ TÍCH NƢỚC HỆ THỐNG HỒ CHỨA BẬC THANG HÒA BÌNH VÀ SƠN LA
86
Thiết lập bài toán.............................................................................................87
3.1
3.1.1 Thiết lập kịch bản mực nƣớc Hà Nội ........................................................89
3.1.2 Chọn phƣơng án lũ để tính toán xác định mực nƣớc giới hạn Hgh ..........89
3.1.3 Kết quả tính toán bảng nguyên tắc vận hành tích nƣớc ............................90
3.1.4 Kiểm tra đánh giá tính khả thi của việc vận hành theo bảng nguyên tắc
vận hành tích nƣớc.................................................................................................94
Kết quả nghiên cứu phƣơng án vận hành ứng phó trong trƣờng hợp xảy ra lũ
3.2
bất thƣờng trong thời kỳ tích nƣớc đầy hồ ..............................................................100
3.2.1 Các giải pháp vận hành ứng phó trong trƣờng hợp khẩn cấp trên lƣu vực
sông Hồng............................................................................................................101
3.2.2 Đề xuất phƣơng án vận hành hệ thống hồ chứa ứng phó trƣờng hợp xảy ra
lũ bất thƣờng trong thời kỳ tích nƣớc..................................................................103
3.2.3 Xây dựng kịch bản tính toán ...................................................................104

7. vii
3.2.4 Kết quả tính toán ....................................................................................108
Đề xuất cơ chế vận hành tích nƣớc hệ thống hồ chứa bậc thang Hòa Bình và
3.3
Sơn La......................................................................................................................114
3.3.1 Thời kỳ tích nƣớc hạn chế (từ 15/06 đến 21/08 hàng năm) ....................114
3.3.2 Phƣơng án vận hành hồ chứa Sơn La và Hoà Bình ứng phó trƣờng hợp
xảy ra lũ bất thƣờng trong thời kỳ tích nƣớc,......................................................115
Kết luận chƣơng 3 .........................................................................................116
3.4
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.....................................................................................117

8. viii
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1-1: Nguyên tắc vận hành hệ thống hồ chứa bậc thang [10] ...............................10
Bảng 1-2: Nguyên tắc vận hành hệ thống hồ chứa song song [11]..............................12
Bảng 1-3: Các nhà máy thủy điện trên sông Lý Tiên-thƣợng nguồn sông Đà [46]......25
Bảng 2-1: Quy định về phân bổ dung tích phòng lũ dành cho cắt lũ hạ du theo mực
nƣớc khống chế tại Hà Nội của các hồ Sơn La và Hòa Bình trong QT1622. ..............41
Bảng 2-2 Tóm tắt nội dung QT80, QT198 và QT1622.................................................44
Bảng 2-3: Thống kê mực nƣớc Hà Nội lớn nhất và nhỏ nhất trong mùa lũ..................45
Bảng 2-4: Thống kê các phƣơng án vận hành...............................................................52
Bảng 2-5: Thống kê số năm tích đến mực nƣớc dâng bình thƣờng hồ chứa ................54
Bảng 2-6: Thống kê thời điểm tích đầy hồ chứa Sơn La theo phƣơng án 1 và 3..........54
Bảng 2-7: Các hình thế thời tiết gây mƣa lớn ở lƣu vực sông Hồng – Thái Bình [54].74
Bảng 2-8: Đặc trƣng đỉnh lũ đặc biệt lớn trên các sông thuộc sông Hồng [50]............75
Bảng 2-9: Một số hình thế thời tiết kết hợp gây mƣa lũ lớn và các mực nƣớc đỉnh lũ
trong một số trận lũ lớn điển hình trên hệ thống sông Hồng.........................................75
Bảng 2-10: Đánh giá dự báo hạn ngắn và hạn vừa cho trạm Hà Nội 2008 -2013 [56].78
Bảng 2-11: Các phƣơng pháp dự báo thủy văn hạn vừa trên lƣu vực sông Hồng [55].78
Bảng 2-12: Đánh giá dự báo dòng chảy 3 ngày tại Hòa Bình và Hà Nội [56]..............80
Bảng 2-13: Kết quả dự báo tác nghiệp quá trình dòng chảy hồ Sơn La năm 2016 [55]
.......................................................................................................................................80
Bảng 2-14: Kết quả dự báo tác nghiệp dòng chảy hồ Hòa Bình năm 2016 [55] ..........80
Bảng 2-15: Bảng thống kê các biên trên và biên dƣới ..................................................85
Bảng 3-1: Kết quả tính toán Hgh của hồ chứa Sơn La .................................................90
Bảng 3-2: Quan hệ mực nƣớc và dung tích hồ chứa Hòa Bình và Sơn La ...................94
Bảng 3-3: Tổng hợp các phƣơng án điều chỉnh Hgh....................................................94
Bảng 3-4: Các trận lũ lớn xảy ra tại Sơn Tây................................................................96
Bảng 3-5: Bảng nguyên tắc vận hành tích nƣớc............................................................98
Bảng 3-6: Bảng tổng hợp mực nƣớc hồ chứa Sơn La, Hòa Bình và Hà Nội vận hành
theo phƣơng án 1 và 3 ...................................................................................................99
Bảng 3-7: Quy định mực nƣớc thấp nhất các hồ chứa đƣợc phép hạ xuống để đón lũ
theo QT 1622...............................................................................................................103
Bảng 3-8: Đặc trƣng của lũ có chu kỳ lặp lại 500 năm tại Sơn Tây với các dạng lũ năm
1969, 1971 và 1996 .....................................................................................................104
Bảng 3-9: Mực nƣớc các hồ chứa thƣợng nguồn ........................................................107
Bảng 3-10: Tổng hợp các phƣơng án tính toán kiểm tra tính khả thi của phƣơng án vận
hành ứng phó trƣờng hợp xảy ra lũ bất thƣờng đề xuất ..............................................108
Bảng 3-11: Bảng nguyên tắc vận hành tích nƣớc........................................................114

9. ix
Bảng 3-12: Quy định mực nƣớc thấp nhất các hồ chứa đƣợc phép hạ xuống để đón lũ
theo QT 1622...............................................................................................................116

10. x
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1-1 Sự cần thiết của điều tiết dòng chảy đáp ứng yêu cầu của xã hội [2]..............7
Hình 1-2: Hệ thống hồ chứa bậc thang..........................................................................11
Hình 1-3: Hệ thống hồ chứa song song.........................................................................12
Hình 1-4: Bản đồ lƣu vực sông Hồng............................................................................24
Hình 1-5 Sơ đồ các hồ chứa trên thƣợng nguồn sông Đà phía Trung Quốc.................26
Hình 1-6: Bản đồ lƣu vực sông Đà................................................................................28
Hình 1-7: Sơ đồ khối nghiên cứu chế độ vận hành tích nƣớc cho hệ thống hồ chứa Hòa
Bình và Sơn La..............................................................................................................38
Hình 2-1: Biểu đồ quá trình mực nƣớc hồ Sơn La thời kỳ mùa lũ từ năm 2012-2015.48
Hình 2-2: Biểu đồ quá trình mực nƣớc hồ Hòa Bình thời kỳ mùa lũ từ năm 2012- 2015
.......................................................................................................................................49
Hình 2-3: Biểu đồ quá trình mực nƣớc Hà Nội thời kỳ mùa lũ năm 2012-2015 ..........49
Hình 2-4 Sơ đồ tính toán thử dần xác định giới hạn của mực nƣớc hồ.........................61
Hình 2-5: Quá trình lũ tháng 09 năm 1985 tại Hà Nội..................................................64
Hình 2-6: Quá trình lƣu lƣợng mùa lũ (thời đoạn 6h) trạm Trung Ái Kiều và Thổ Khả
Hà trên sông Đà năm 2008 ............................................................................................65
Hình 2-7: Sơ đồ tiếp cận nghiên cứu đề xuất giải pháp vận hành ứng phó trong trƣờng
hợp lũ bất thƣờng...........................................................................................................67
Hình 2-8: Đƣờng bao mực nƣớc thấp nhất và mực nƣớc bình quân thời gian tại Hà Nội
trƣớc khi có hồ chứa Hòa Bình thời kỳ từ 1/6 đến 15/10 hàng năm.............................69
Hình 2-9: Đƣờng bao mực nƣớc thấp nhất và mực nƣớc bình quân thời gian tại Hà Nội
sau khi có hồ chứa Hòa Bình thời kỳ từ 1/6 đến 15/10 hàng năm ................................70
Hình 2-10: Biểu đồ Trị số mực nƣớc trung bình và nhỏ nhất tại Hà Nội theo thời gian
mùa lũ giai đoạn 1960-1990 và 1991-2012...................................................................71
Hình 2-11: Biểu đồ mực nƣớc Hà Nội lớn nhất và nhỏ nhất trong thời kỳ lũ chính vụ
và trong mùa lũ từ năm 1960-2013 ...............................................................................72
Hình 2-12: Đƣờng Q H tại trạm thuỷ văn Hà Nội qua các năm................................72
Hình 2-13: Sơ đồ mạng thủy lực hệ thống sông lƣu vực sông Hồng............................84
Hình 3-1: Sơ đồ tính toán thiết lập bảng nguyên tắc vận hành ....................................88
Hình 3-2: Quá trình lƣu lƣợng vào và xả qua hồ chứa Sơn La và Hòa Bình điều tiết lũ
500 năm mô hình 1996 với cấp mực nƣớc Hà Nội từ 6,0 m đến 8,0 m........................91
Hình 3-3: Quá trình mực nƣớc hồ chứa Sơn La và Hòa Bình và Hà Nội với cấp mực
nƣớc Hà Nội từ 6,0 m đến 8,0 m. ..................................................................................91
Hình 3-4: Quá trình lƣu lƣợng vào và xả qua hồ chứa Sơn La và Hòa Bình điều tiết lũ
500 năm mô hình 1996 với cấp mực nƣớc Hà Nội từ 4,0 m đến 6,0 m........................92
Hình 3-5: Quá trình mực nƣớc hồ chứa Sơn La và Hòa Bình và Hà Nội với cấp mực
nƣớc Hà Nội từ 4,0 m đến 6,0 m. ..................................................................................92

11. xi
Hình 3-6: Quá trình lƣu lƣợng vào và xả qua hồ chứa Sơn La và Hòa Bình điều tiết lũ
500 năm mô hình 1996 với cấp mực nƣớc Hà Nội < 4,0 m..........................................93
Hình 3-7: Quá trình mực nƣớc hồ chứa Sơn La và Hòa Bình và Hà Nội với cấp mực
nƣớc Hà Nội < 4,0 m. ....................................................................................................93
Hình 3-8: Sơ đồ mô tả quá trình hiệu chỉnh vận hành xả lũ theo cập nhật số liệu dự báo
lũ hàng ngày...................................................................................................................95
Hình 3-9: Sơ đồ nghiên cứu phƣơng án vận hành ứng phó trƣờng hợp lũ bất thƣờng
trong thời kỳ tích nƣớc. ...............................................................................................101
Hình 3-10: Quá trình lũ tại các biên trên với tần suất 0,2% tại Sơn Tây dạng lũ 1969
.....................................................................................................................................105
Hình 3-11: Quá trình lũ tại các biên trên với tần suất 0,2% tại Sơn Tây dạng lũ 1971
.....................................................................................................................................105
Hình 3-12 Quá trình lũ tại các biên trên với tần suất 0,2% tại Sơn Tây dạng lũ 1996106
Hình 3-13: Quá trình lƣu lƣợng nhập lƣu tần suất 0,2% tại Sơn Tây dạng lũ 1971 ..106
Hình 3-14: Biểu đồ quá trình mực nƣớc hồ chứa Sơn La, Hoà Bình và Hà Nội theo
phƣơng án PA1.96_500...............................................................................................109
Hình 3-15: Biểu đồ quá trình mực nƣớc hồ chứa Sơn La, Hoà Bình và Hà Nội theo
phƣơng án PA1.69_500...............................................................................................109
Hình 3-16: Biểu đồ quá trình lƣu lƣợng đến Hồ Sơn La và xả qua hồ Hòa Bình và Sơn
La theo phƣơng án PA1.69_500..................................................................................110
Hình 3-17: Biểu đồ quá trình mực nƣớc hồ chứa Sơn La, Hoà Bình và Hà Nội theo
phƣơng án PA2.71_300...............................................................................................111
Hình 3-18: Quá trình mực nƣớc hồ chứa Sơn La, Hoà Bình và Hà Nội theo phƣơng án
PA1.71_300.................................................................................................................111
Hình 3-19: Biểu đồ quá trình lƣu lƣợng đến và xả qua các hồ chứa Sơn La và Hoà
Bình theo phƣơng án PA2.69_TN...............................................................................112
Hình 3-20: Biểu đồ quá trình mực nƣớc hồ chứa Sơn La, Hoà Bình và Hà Nội theo
phƣơng án PA2.69_TN................................................................................................113

12. xii
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
QT198 Quy trình vận hành liên hồ chứa Sơn La - Hòa Bình - Thác Bà -
Tuyên Quang trong mùa lũ hàng năm, ban hành theo Quyết định
số 198/QĐ-TTg ngày 10 tháng 2 năm 2011 của Thủ tƣớng Chính
Phủ.
QT1622 Quy trình vận hành liên hồ chứa trên lƣu vực sông Hồng, ban
hành theo Quyết định số 1622/QĐ-TTg ngày 17 tháng 09 năm
2015 của Thủ tƣớng Chính Phủ.
TKKT Thiết kế kỹ thuật
KTTV Khí tƣợng Thuỷ văn
MNDBT Mực nƣớc dâng bình thƣờng
MNTL Mực nƣớc trƣớc lũ:
Trạng thái mực nƣớc hồ chứa trƣớc trƣớc khi cắt lũ hạ du.
MNLKT Mực nƣớc lũ kiểm tra:
Mực nƣớc hồ cao nhất khi cắt lũ kiểm tra.
PMF Possible Maximum Flood: Lũ cực hạn (lớn nhất có khả năng xảy
ra)
DHTNĐ Dải hội tụ nhiệt đới
ATNĐ Áp thấp nhiệt đới
CATBD Cao áp Thái Bình Dƣơng
RTN Rãnh thấp nóng
XT Xoáy thuận
HTNĐ Hội tụ nhiệt đới
KKL Không khí lạnh
DAT Dải áp thấp
TBNN Trung bình nhiều năm

13. 1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài:
Đồng bằng sông Hồng trải rộng từ vĩ độ 21°34´ Bắc (huyện Lập Thạch) tới vùng bãi
bồi khoảng 19°5´Bắc (huyện Kim Sơn), từ 105°17´Đông (huyện Ba Vì) đến
107°7´Đông (trên đảo Cát Bà). Toàn vùng có diện tích: 15.000 km², chiếm 4,5% diện
tích của cả nƣớc. Đồng bằng sông Hồng tập trung nhiều trung tâm kinh tế, văn hóa và
chính trị quan trọng, với mật độ dân cƣ cao, tổng số dân trên 20,4 triệu ngƣời (năm
2015) chiếm 22,78% dân số cả nƣớc, GDP là 43,3 tỷ USD trong đó nông nghiệp đóng
góp 19,4%. Đây là vùng đồng bằng rộng lớn nằm bao quanh hạ lƣu sông Hồng, bao
gồm 11 tỉnh và thành phố: Hà Nội, Hải Phòng, Hải Dƣơng, Hƣng Yên, Bắc Ninh,
Vĩnh Phúc, Quảng Ninh, Thái Bình, Hà Nam, Nam Định và Ninh Bình với tổng diện
tích tự nhiên khoảng 2,1 triệu ha. Dân số thành thị tăng nhanh hơn, trong khi dân số
nông thôn giảm do quá trình đô thị hóa, công nghiệp hóa. Dự kiến dân số đô thị chiếm
28% tổng dân số và sẽ tăng lên hơn 40% vào năm 2020, 50% vào năm 2030 và 60%
vào năm 2050. Theo quyết định số 1554/QĐ-TTg ban hàng ngày 17 tháng 10 năm
2012 phê duyệt quy hoạch thuỷ lợi vùng đồng bằng sông Hồng 2012-2020 và định
hƣớng đến năm 2050 trong điều kiện biến đổi khí hậu và nƣớc biển dâng, lƣợng nƣớc
dùng cho phát triển kinh tế xã hội ở hạ du năm 2010 là 24 tỷ m3
, dự báo đến năm 2020
là 31 tỷ m3
và đến năm 2050 là 36 tỷ m3
. Lƣợng nƣớc cần này chủ yếu trong các tháng
mùa kiệt (từ tháng 12 đến tháng 5) chiếm đến 80%.
Về mùa lũ, lũ lớn trên thƣợng lƣu luôn là mối hiểm họa hàng năm đối với thủ đô Hà
Nội và đồng bằng sông Hồng, ảnh hƣởng không nhỏ đến sự phát triển kinh tế xã hội và
dân cƣ trong vùng. Bởi vậy phòng chống lũ lụt là một trong những nhiệm vụ quan
trọng trong mọi giai đoạn quy hoạch khai thác quản lý các công trình trên hệ thống
sông Hồng. Vì vậy, các hồ chứa Sơn La, Hòa Bình, Tuyên Quang và Thác Bà đƣợc
quy hoạch và thiết kế đã đƣợc xây dựng đóng vai trò quan trọng về an ninh nguồn
nƣớc, cung cấp điện năng cho kinh tế xã hội và phòng chống lũ cho hạ du.
Tổng dung tích phòng chống lũ cho hạ du của các hồ chứa Hòa Bình, Sơn La, Tuyên
Quang và Thác Bà khá lớn và đều đặt dƣới mực nƣớc dâng bình thƣờng. Các hồ chứa

14. 2
này theo thiết kế chỉ đƣợc tích nƣớc ở cuối mùa lũ (cuối tháng 8 hàng năm). Do đó,
mẫu thuẫn giữa nhiệm vụ chống lũ và phát điện, cấp nƣớc rất gay gắt. Khi lập quy
trình vận hành liên hồ chứa trên sông Hồng, các cơ quan lập quy trình với sự tham gia
của nhiều chuyên gia đầu ngành và các nhà khoa học của nhiều lĩnh vực đã cố gắng
đƣa ra những phƣơng án giảm thiểu các mâu thuẫn trên, điều này đã đƣợc thể hiện
trong các quy trình đƣợc ban hành theo quyết định số 198/QĐ –TTg ngày 10/02/2011
và quyết định số 1622/QĐ-TTg ngày 17 tháng 09 năm 2015. Tuy nhiên hai quy trình
này chỉ tạo khung cứng, vận hành cụ thể còn phải căn cứ vào dự báo quá trình nƣớc
đến hồ. Trong thực tế vận hành, vẫn còn có hai câu hỏi đặt ra cho các nhà nghiên cứu,
đó là:
- Có cho phép các hồ chứa trên đƣợc tích nƣớc từ đầu mùa lũ không, và nếu cho
phép thì quy định tích nƣớc phải nhƣ thế nào mới đảm bảo an toàn chống lũ hạ du?
- Theo quy định, thời kỳ lũ muộn các hồ chứa phải tích nƣớc dần đến mực nƣớc
dâng bình thƣờng, nhƣng nếu xảy ra lũ lớn bất thƣờng thì các hồ chứa sẽ ứng phó nhƣ
thế nào để giảm lũ cho hạ du mà vẫn đảm bảo an toàn cho công trình?
Hiện nay, chƣa có nghiên cứu nào giải quyết trọn vẹn đƣợc các câu hỏi trên. Thực tiễn
vận hành nhiều năm qua các hồ chứa Hòa Bình và Sơn La trong mùa lũ thƣờng duy trì
mực nƣớc cao hơn quy định (tích sớm) để đảm bảo an toàn cấp nƣớc. Điều này cho
thấy các cơ quan quản lý nhận thức đƣợc rằng tích nƣớc vào hồ ngay trong thời kỳ
mùa lũ là cần thiết và có thể thực hiện đƣợc nhƣng vì chƣa có cơ sở khoa học nên việc
tích nƣớc sớm vẫn coi là ảnh hƣởng đến an toàn công trình và chống lũ hạ du.
Do vậy, nghiên cứu sinh đã lựa chọn đề tài “Nghiên cứu chế độ vận hành tích nước
trong thời kỳ mùa lũ cho hệ thống hồ chứa bậc thang Hòa Bình và Sơn La” với
mong muốn nghiên cứu cơ sở khoa học về chế độ vận hành tích nƣớc các hồ chứa Hòa
Bình và Sơn La nhằm nâng cao hiệu quả tích nƣớc cho phát điện và cấp nƣớc, đảm
bảo an toàn công trình và chống lũ hạ du.

15. 3
2. Mục tiêu nghiên cứu:
- Nghiên cứu đƣa ra đƣợc cơ sở khoa học và thực tiễn để xác định chế độ vận
hành tích nƣớc trong kỳ mùa lũ, đảm bảo an toàn tích nƣớc đầy hồ, nâng cao hiệu quả
cấp nƣớc và phát điện mà vẫn đảm bảo an toàn chống lũ hạ du và chống lũ cho công
trình cho hai hồ chứa Hòa Bình và Sơn La.
- Nghiên cứu đề xuất đƣợc chế độ vận hành điều tiết cắt lũ cho hạ du trong thời
kỳ lũ muộn, khi mà các hồ chứa Sơn La và Hòa Bình đƣợc phép tích nƣớc đầy hồ,
đảm bảo giảm thiểu tác động tiêu cực cho hạ du khi xảy ra lũ lớn bất thƣờng.
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu:
t n n n cứu: Vận hành điều tiết và chống lũ cho hệ thống hồ chứa bậc
thang Hoà Bình và Sơn La trong thời kỳ mùa lũ.
p ạm v n n cứu: Chế độ điều tiết chống lũ hạ du đƣợc xem xét trong hệ thống
liên hồ chứa bao gồm 4 hồ Hòa Bình, Sơn La, Tuyên Quang và Thác Bà, nhƣng
nghiên cứu chế độ vận hành tích nƣớc theo mục tiêu của luận án đƣợc giới hạn nghiên
cứu với hệ thống hồ chứa Sơn La và Hoà Bình trên sông Đà.
4. Phƣơng pháp nghiên cứu:
a. P ơn p áp p ân tíc tổn p
Phân tích đặc điểm hình thành mƣa lũ trên lƣu vực sông Hồng, hiện trạng vận hành hệ
thống trong giai đoạn quản lý vận hành thực tế, khả năng làm việc của hệ thống công
trình hồ chứa phòng lũ trên sông Hồng và khả năng đáp ứng dự báo khí tƣợng thủy
văn, làm cơ sở xác định các kịch bản vận hành tích nƣớc thời kỳ mùa lũ.
b. P ơn p áp kế t ừa
Kế thừa những kết quả nghiên cứu có liên quan đến nội dung của luận án, các dữ liệu
sử dụng trong tính toán, công cụ tính toán và những kết quả nghiên cứu đã thực hiện
có thể là cơ sở cho phát triển trong nghiên cứu trong luận án.

16. 4
c. P ơn p áp mô hình toán
Sử dụng mô hình MIKE 11, HEC-RESSIM,… trong tính toán xác định chế độ vận
hành tích nƣớc trong thời kỳ mùa lũ cho các hệ thống hồ chứa trên lƣu vực sông Hồng.
Các mô hình này đã đƣợc sử dụng rộng rãi cho các nghiên cứu quy hoạch và vận hành
hệ thống hồ chứa trên sông Hồng.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn:
Ý nghĩa khoa học: Luận án đề xuất quan điểm nghiên cứu mới về vận hành hệ thống
hồ chứa trên lƣu vực sông Hồng trong thời kỳ mùa lũ theo hƣớng kết hợp với kết quả
dự báo để vận hành theo thời gian thực, xem xét khi mực nƣớc Hà Nội ở ngƣỡng thấp
để nâng cao mực nƣớc các hồ chứa thƣợng nguồn.
Ý nghĩa thực tiễn: Xây dựng chế độ vận hành tích nƣớc hợp lý cho các hồ chứa trên
sông Đà đảm bảo đƣợc mục tiêu tối đa hoá lợi ích mà vẫn an toàn cho hạ du là một
vấn đề thực tế đang đặt ra. Kết quả nghiên cứu của luận án sẽ là cơ sở cho điều chỉnh,
bổ sung các quy định trong quy trình vận hành liên hồ chứa trên sông Hồng thời kỳ
mùa lũ; là cơ sở hỗ trợ ra quyết định trong quá trình quản lý, vận hành thực tế chống lũ
hàng năm cho các hồ chứa Hòa Bình và Sơn La.
6. Những đóng góp mới của luận án:
- Đề xuất đƣợc chế độ tích nƣớc sớm có điều kiện cho 2 hồ chứa Sơn La và Hòa
Bình. Trên cơ sở đó, đề xuất cơ sở khoa học xác định mực nƣớc giới hạn trên của quá
trình tích nƣớc hồ chứa Sơn La trong thời kỳ tích nƣớc hạn chế, đảm bảo tích nƣớc
hiệu quả mà vẫn an toàn chống lũ hạ du và công trình.
- Đề xuất đƣợc chế độ vận hành điều tiết chống lũ cho hạ du và phƣơng thức ứng
phó khi xảy ra lũ bất thƣờng trong thời kỳ tích nƣớc đầy hồ ở cuối thời kỳ mùa lũ.
7. Cấu trúc luận án:
Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, luận án đƣợc trình bày trong ba chƣơng,
bao gồm:

17. 5
Chƣơng 1: Tổng quan nghiên cứu vận hành hồ chứa đa mục tiêu. Chƣơng này
trình bày về tổng quan các phƣơng pháp quản lý vận hành hồ chứa; Phƣơng pháp lập
quy trình vận hành hồ chứa; Giới thiệu đặc điểm của lƣu vực nghiên cứu; Các nghiên
cứu về vận hành hồ chứa trên sông Hồng từ đó xác định định hƣớng nghiên cứu;
Chƣơng 2: Cơ sở khoa học và thực tiễn xác định chế độ vận hành tích nƣớc trong
thời kỳ mùa lũ đối với hệ thống hồ chứa Hoà Bình và Sơn La. Nội dung chính của
chƣơng gồm có: Đánh giá những tồn tại trong quy trình vận hành hồ chứa Sơn La và
Hoà Bình trong thời kỳ mùa lũ; Khả năng cảnh báo, dự báo hạn ngắn và hạn vừa lũ
trên hệ thống. Qua những phân tích đánh giá đó, đƣa ra quan điểm về vận hành tích
nƣớc của hai hồ chứa, giải pháp vận hành ứng phó trong trƣờng hợp bất thƣờng;
phƣơng án tính toán và lựa chọn công cụ tính toán.
Chƣơng 3: Kết quả nghiên cứu chế độ vận hành trong thời kỳ tích nƣớc hạn chế
và phƣơng án vận hành ứng phó trong trƣờng hợp lũ bất thƣờng. Chƣơng này
trình bày kết quả tính toán giới hạn tích nƣớc; đề xuất phƣơng án vận hành ứng phó
trong trƣờng hợp lũ bất thƣờng và vận hành thử nghiệm đánh giá tính hợp lý. Đề xuất
cơ chế vận hành tích nƣớc cho hệ thống hồ chứa bậc thang Hòa Bình và Sơn La trong
thời kỳ mùa lũ.

18. 6
TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VẬN HÀNH HỒ
CHƢƠNG 1
CHỨA ĐA MỤC TIÊU
Hồ chứa và vấn đề vận hành hồ chứa
1.1
Sự tăng trƣởng kinh tế, dân số, quá trình đô thị hóa và công nghiệp hóa đã làm gia tăng
nhu cầu về nƣớc cho các mục đích khác nhau nhƣ cấp nƣớc cho sinh hoạt, công
nghiệp, nông nghiệp, phát điện… Để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về nguồn nƣớc
cũng nhƣ ứng phó với sự biến đổi khí hậu mạnh mẽ theo không gian và thời gian,
nhiều hồ chứa đã đƣợc xây dựng, nhƣ một biện pháp hiệu quả trong công tác quản lý
quy hoạch nguồn nƣớc và trở thành cơ sở quan trọng nhất để điều tiết phân bổ nguồn
nƣớc hợp lý giữa các mục đích khác nhau [1].
Hồ chứa là công trình trữ nƣớc nhân tạo, đƣợc xây dựng trên các khe suối, trên sông
bằng các đập chắn ngang sông. Hồ chứa là biện pháp thiết yếu trong hệ thống các công
trình điều tiết, nó có khả năng làm thay đổi sâu sắc chế độ dòng chảy sông ngòi theo
thời gian và không gian. Chức năng chính của hồ chứa là điều tiết dòng chảy tự nhiên
nhằm thỏa mãn các nhu cầu khác nhau về nguồn nƣớc của các đối tƣợng sử dụng
nƣớc. Ngoài ra nó còn có vai trò quan trọng đặc biệt trong công tác phòng chống lũ
đảm bảo an toàn cho hạ du.
Vận hành hồ chứa là một khâu trọng yếu trong quy hoạch và quản lý tài nguyên nƣớc.
Sau khi xây dựng hồ chứa, các hƣớng dẫn vận hành chi tiết đƣợc thiết lập nhằm hỗ trợ
cho ngƣời quản lý đƣa ra các quyết định hợp lý. Quy trình vận hành quy định lƣợng xả
từ lƣợng trữ tại một thời điểm nào đấy phụ thuộc vào trạng thái của hồ chứa, mức yêu
cầu cấp nƣớc và các thông tin về lƣợng dòng chảy có thể đến hồ chứa. Bài toán vận
hành cho hồ chứa đơn mục tiêu là quyết định quy trình tích, xả từ hồ chứa sao cho lợi
ích cho mục tiêu đó là tối đa.
Hầu hết các hồ chứa lớn hiện nay đều là hồ chứa lợi dụng tổng hợp. Tuy nhiên, các
mục tiêu cơ bản của hồ chứa thƣờng lại mâu thuẫn với nhau, có thể kể đến các mâu
thuẫn sau: (i)Mâu thuẫn giữa mục tiêu phòng lũ và phát điện: mâu thuẫn này xuất hiện
khi hồ kết hợp phục vụ phát điện và chống lũ, việc thoả mãn các mục tiêu phát điện

19. 7
đòi hỏi hồ phải đƣợc tích nƣớc càng nhiều càng tốt để tạo ra đầu nƣớc cao, trong khi
mục đích phòng lũ lại đòi hỏi có đủ dung tích trống trong hồ; (ii) Mâu thuẫn giữa các
mục tiêu cấp nƣớc cho các đối tƣợng sử dụng: cấp nƣớc cho nông nghiệp đƣợc phân
phối dựa trên thời vụ, mùa hay tình hình mƣa, nắng trong khi yêu cầu phát điện đòi hỏi
hồ vận hành dựa trên nhu cầu thay đổi theo ngày, tuần, hay mùa; (iii) Mâu thuẫn trong
cùng một mục tiêu: nhu cầu nƣớc và lƣợng nƣớc đến thƣờng không phải lúc nào cũng
thoả mãn theo thời gian, đòi hỏi việc tiết kiệm nƣớc cần đƣợc đặt ra trong khi vận
hành các hồ chứa.
Hình 1-1 Sự cần thiết của điều tiết dòng chảy đáp ứng yêu cầu của xã hội [2]
Đối với hệ thống hồ chứa, các quyết định vận hành cần đƣợc cân nhắc xem xét một
cách kỹ lƣỡng trên cơ sở cân đối lƣợng nƣớc trữ trong từng hồ chứa. Quy trình vận
hành đơn hồ phù hợp với hồ chứa đó nhƣng không đáp ứng đƣợc với mục tiêu liên hồ
chứa vì vậy cần có quy trình vận hành liên hồ chứa giải quyết các mâu thuẫn. Thiết lập
quy trình vận hành liên hồ chứa tìm ra giải pháp "thoả hiệp" giữa các mục tiêu là một
bài toán khó và cũng là chủ đề chính đƣợc nhiều nhà nghiên cứu trong, ngoài nƣớc
quan tâm giải quyết trong nhiều năm qua nhằm khai thác tối đa năng lực của hệ thống
hồ chứa.
Theo nhận định của Ủy Ban Đập Thế Giới (World Commision on Dams) [3], một
trong những nguyên nhân làm cho nhiều hệ thống hồ chứa lớn trên thế giới hoạt động
kém hiệu quả, không đáp ứng đƣợc yêu cầu đặt ra từ giai đoạn lập dự án là do những

20. 8
công tác điều hành hệ thống. Vì vậy, cần phải quan tâm nghiên cứu xây dựng quy định
vận hành hồ chứa, hƣớng dẫn ngƣời điều hành hồ chứa giải quyết các mâu thuẫn, tìm
ra giải pháp thỏa hiệp giữa các mục tiêu nhằm nâng cao hiệu quả hệ thống, tối đa lợi
ích kinh tế và lợi ích xã hội, môi trƣờng mà hồ chứa có thể đem lại trong thực tế hoạt
động.
Để khai thác sử dụng các hồ chứa lợi dụng tổng hợp với lợi ích cao nhất, các nhà khoa
học trên thế giới tập trung tìm ra quy tắc vận hành hợp lý, giải quyết các mẫu thuẫn
giữa các mục tiêu khác nhau nâng cao hiệu quả vận hành hồ chứa, từ các nghiên cứu
đơn giản lƣợng trữ cấp nƣớc của Rippl (1883) [4] đến các nghiên cứu phức tạp gần
đây vận hành tối ƣu hệ thống hồ chứa theo thời gian thực phục vụ đa mục tiêu của
Mehdipour và nnk (2012) [5]. Mặc dù đã đƣợc đầu tƣ nghiên cứu rất bài bản và chi
tiết từ các cơ quan quản lý khai thác sử dụng, nhiều nhà khoa học cũng đã sử dụng các
phƣơng pháp khác nhau để thiết lập quy tắc vận hành cho hệ thống hồ chứa nhƣng các
ứng dụng thành công chủ yếu gắn liền với đặc thù từng hệ thống, không có phƣơng
pháp luận, công cụ có thể dùng chung cho mọi hệ thống.
Phƣơng pháp quản lý và nguyên tắc vận hành hệ thống hồ chứa đa mục tiêu
1.2
1.2.1 Các phương pháp quản lý vận hành hệ thống hồ chứa
Trên thế giới, đã có nhiều nghiên cứu về điều hành lũ, điều phối cấp nƣớc, phát điện
và các lợi ích kinh tế khác của hồ chứa. Một trong những nghiên cứu chuyên sâu là
điều tiết hồ chứa, nhằm phân phối tài nguyên nƣớc cho các mục đích khác nhau [6].
Mỗi hệ thống hồ chứa khi hoạt động đều tuân thủ theo một quy trình đã đƣợc thiết lập
sẵn, trong đó có các quy tắc vận hành cho từng thời kỳ mà ngƣời quản lý phải tuân thủ
theo. Quy trình vận hành hồ chứa đƣợc thiết lập trong giai đoạn thiết kế kỹ thuật thông
qua mô hình mô phỏng hoặc tối ƣu. Các quy tắc vận hành, đƣợc biểu diễn dƣới dạng
đồ thị hay bảng hƣớng dẫn theo mực nƣớc (dung tích) ứng với từng thời gian trong
năm [7] [8] đƣợc thể hiện trong biểu đồ điều phối, là căn cứ chính cho việc ra quyết
định khi vận hành hồ chứa. Vận hành theo các đƣờng cong quy tắc là một trong những
cách quản lý đơn giản và phổ biến nhất, nhằm hỗ trợ việc ra quyết định điều hành hồ
chứa của ngƣời quản lý [9].

21. 9
Hiện nay, hầu hết tất cả các hồ chứa độc lập đều đƣợc quản lý vận hành theo biểu đồ
điều phối lập sẵn, đối với hệ thống hồ chứa đa mục tiêu có hai hƣớng quản lý chính là
quản lý vận hành theo biểu đồ điều phối cấp nƣớc và quản lý vận hành theo thời gian
thực.
Quản lý vận hành hồ chứa theo biểu đồ điều phối: vận hành theo biểu đồ điều phối
thì ngƣời quản lý ra quyết định dựa theo trạng thái mực nƣớc hồ tại thời điểm hiện tại
(so với các đƣờng quy tắc vận hành trong biểu đồ điều phối). Biểu đồ điều phối là căn
cứ chính cho việc ra quyết định hàng ngày khi vận hành hồ chứa (đối với hồ chứa độc
lập và các hồ chứa nằm trong hệ thống bậc thang). Quản lý vận hành theo cách này
thƣờng đƣợc sử dụng đối với hồ chứa độc lập đơn thuần chỉ có nhiệm vụ cấp nƣớc
phát điện và chống lũ cho bản thân công trình. Đối với hệ thống hồ chứa bậc thang
phát điện đã đƣợc nhiều nhà khoa học nghiên cứu phát triển các phƣơng pháp tối ƣu
hóa để xác định chế độ làm việc tối ƣu cho hồ chứa.
Quản lý vận hành hồ chứa theo thời gian thực: vận hành hồ chứa theo thời gian
thực là một phƣơng pháp mà quyết định vận hành tại một thời điểm nào đó tùy thuộc
vào trạng thái hệ thống tại thời điểm đó và thông tin dự báo ở những thời đoạn tiếp
theo. Đây là phƣơng pháp quản lý hiện đại.
Khác với cách quản lý theo biểu đồ điều phối, quản lý vận hành theo thời gian thực,
các quyết định vận hành không chỉ căn cứ vào biểu đồ điều phối, trạng thái mực nƣớc
hồ và lƣu tại thời điểm ra quyết định mà còn phải dựa vào lƣu lƣợng nƣớc đến hồ hiện
tại và lƣu lƣợng dự báo trong tƣơng lại ở các thời điểm tiếp theo, đối với bài toán
phòng lũ hạ du cần thêm dự báo mực nƣớc hạ du ở thời đoạn tiếp theo. Vì biểu đồ điều
phối đƣợc xây dựng là điều kiện tham chiếu để đảm bảo vận hành an toàn hồ chứa
theo nhiệm vụ thiết kế nên nó vẫn phải là căn cứ để điều chỉnh các quyết định vận
hành. Do dự báo dòng chảy đến hồ và diễn biến mực nƣớc hạ du có sai số nên Quyết
định vận hành tại thời điểm ra quyết định vẫn bị sai lệch và có thể mực nƣớc hồ vƣợt
ra khỏi các vùng của Biểu đồ điều phối (điều kiện tham chiếu), bởi vậy quyết định vận
hành vẫn phải điều chỉnh liên tục theo sự cập nhật của kết quả dự báo và chính vì thế
mới có tên gọi là vận hành theo thời gian thực.
Hệ thống các hồ chứa và công trình phân phối nƣớc đƣợc thiết lập nhƣ một hệ thống
tổng hợp. Các nghiên cứu theo hƣớng này, tập trung xây dựng các mô hình mô phỏng

22. 10
kết hợp với dự báo để trợ giúp điều hành cho công tác quản lý vận hành. Một loạt các
mô hình mô phỏng phục vụ công tác điều hành và quản lý hệ thống đã đƣợc phát triển:
các mô hình mô phỏng tính toán dòng chảy trong hệ thống sông nhƣ mô hình thủy lực
1 chiều, 2 chiều, 3 chiều, họ mô hình HEC (HEC-3,HEC-5, HEC-RAS; HEC
RESSIM) ....; mô hình tính toán và điều phối nguồn nƣớc lƣu vực (MIKE 11, MIKE
21, MIKE BASIN, ...). Quản lý hồ chứa theo mô hình vận hành theo thời gian thực,
giúp ngƣời điều hành chọn đƣợc ra quyết định vận hành hợp lý nhất đem lại hiệu quả
tốt nhất nếu dự báo lũ đảm bảo yêu cầu.
1.2.2 Nguyên tắc vận hành hệ thống hồ chứa
Đ i với hệ th ng hồ chứa bậc thang
1.2.2.1
Nguyên tắc vận hành cho hệ thống hồ chứa đa mục tiêu bao gồm cấp nƣớc, phát điện
và kiểm soát lũ … đƣợc tóm tắt trong Bảng 1-1. Các quy tắc cho hệ thống hồ chứa bậc
thang đơn mục tiêu cung cấp nƣớc chỉ đơn giản là trữ vào các hồ chứa trên cùng trƣớc,
và thấp nhất cuối cùng với mục tiêu là tối đa hóa số lƣợng nƣớc trữ trong hồ và giảm
thiểu lƣợng xả.
Bảng 1-1: Nguyên tắc vận hành hệ thống hồ chứa bậc thang [10]
Mục tiêu Nguyên tắc trữ Nguyên tắc xả
Cấp nƣớc Tích đầy hồ trên cùng trƣớc Xả hồ dƣới cùng trƣớc
Phòng lũ Tích đầy hồ trên cùng trƣớc Xả hồ dƣới cùng trƣớc
Dự trữ năng lƣợng Tích đầy hồ trên cùng trƣớc Xả hồ dƣới cùng trƣớc
Phát điện Tối đa hóa lƣợng trữ trong hồ cho sản xuất năng lƣợng cao nhất
Giải trí Cân bằng lƣợng trữ phục vụ giải trí với lƣợng xả
Đối với hệ thống hồ chứa đơn mục tiêu phòng lũ hạ du có gia nhập khu giữa (Hình
1-2) thì nguyên tắc tối ƣu là tích đầy hồ trên cùng trƣớc và khi có điều kiện tháo nƣớc
của hồ cuối cùng trƣớc tiên, nhằm kiểm soát đƣợc các trận lũ lớn hoặc lũ vƣợt thiết kế.
Một ngoại lệ, khi khả năng xả lũ của hồ hạ lƣu hạn chế thì cách tốt nhất là tích đầy hồ
thấp trƣớc, với mục tiêu nâng cao đƣợc mực nƣớc hồ hạ lƣu từ đó tăng khả năng xả
của toàn hệ thống, để tăng dung tích phòng lũ cho trận lũ sắp đến cho phép xả xuống
hạ du lƣu lƣợng lớn hơn lƣu lƣợng đến hồ.

23. 11
Hình 1-2: Hệ thống hồ chứa bậc thang
Quy tắc điều hành chống lũ trong hệ thống hồ bậc thang là: khi cần cắt lũ, tích đầy hồ
thƣợng lƣu trƣớc, khi cần dung tích trống chuẩn bị điều tiết trận lũ sau thì xả trống hồ
hạ lƣu trƣớc. Quy tắc này giống quy tắc điều hành phát điện trình bày trong Bảng 1-1
là tích nƣớc tối đa vào hồ có công suất phát điện lớn nhất.
Vùng đƣợc bảo vệ chung thƣờng nằm ở hạ lƣu của toàn hệ thống, tuy nhiên nếu có
vùng bảo vệ riêng nằm ở hạ du một hồ khi đó ngƣời điều hành chống lũ phải cân nhắc
phân chia dung tích chống lũ của từng hồ để bảo vệ từng vùng.
Đ i với hệ th ng hồ chứa song song
1.2.2.2
Vận hành hệ thống hồ chứa song song (Hình 1-3) khác với hệ thống bậc thang ở chỗ
hồ chứa không đƣợc tích nƣớc từ dòng chảy đến nhỏ hay lợi ích từ việc chuyển nƣớc
từ hồ chứa khác nếu dòng chảy lớn do không có hồ chứa cùng nhánh sông ở phía
thƣợng lƣu. Nguyên tắc vận hành đƣợc trình bày tóm tắt trong Bảng 1-2. Những
nguyên tắc này có xu hƣớng giúp các hồ hoạt động tốt trong các điều kiện khác nhau
có lẽ do dòng chảy mặt đến đáp ứng hiệu quả của từng hồ cho quyết định phân bổ lƣu
trữ nhƣ vậy [11].
Nguyên tắc điều hành kiểm soát lũ trong hệ thống hồ song song là cân bằng giữa dung
tích trống dành cho trữ lũ với lƣợng dòng chảy dự báo trên từng lƣu vực. Khi cần cắt
lũ sẽ giảm lƣợng xả xuống hạ du của hồ có dung tích còn trống nhiều hơn và mƣa lũ
đến hồ nhỏ hơn. Khi cho phép tăng lƣu lƣợng xả xuống hạ du thì tăng ở hồ tích đầy
hơn và có dụ báo lƣợng mƣa lớn hơn trƣớc, đƣợc điều hòa bằng giảm lƣợng xả từ hồ

24. 12
dự báo có mƣa nhỏ, để tổng lƣợng xả bé hơn hoặc bằng lƣu lƣợng cho phép (lƣu lƣợng
an toàn chống lũ).
Hình 1-3: Hệ thống hồ chứa song song
Bảng 1-2: Nguyên tắc vận hành hệ thống hồ chứa song song [11]
Mục tiêu Nguyên tắc trữ Nguyên tắc xả
Cấp nƣớc Cân bằng khả năng xả từng thời
kỳ giữa các hồ
Cân bằng khả năng tháo nƣớc
giữa các hồ.
Phòng lũ Giữ dung tích trống phòng lũ ở
hồ chứa có lũ đến.
Dự trữ năng lƣợng Cân bằng ƣớc tính lƣợng xả cho
thời kỳ phát năng lƣợng giữa các
hồ.
Vào cuối mùa, cân bằng ƣớc
tính lƣợng xả nƣớc từ các hồ.
Phát điện Tối đa hóa lƣợng trữ trong hồ để sản xuất năng lƣợng tốt nhất.
Để vận hành theo nguyên tắc này là hoàn toàn không dễ, do mục tiêu của phòng lũ là
giảm lƣu lƣợng đỉnh lũ tại hạ du, giữ lại một phần nƣớc lũ ở hồ chứa. Tuy nhiên lũ đến
hồ thƣờng nhanh và khó dự báo đƣợc chính xác, vì vậy khó có thể cắt đúng đỉnh lũ.
Mặt khác, khi xảy ra lũ lớn đồng bộ trên tất cả các nhánh sông gây lũ đặc biệt lớn ở hạ
du thì cần thiết phải làm lệch đỉnh lũ bằng cách cho đỉnh lũ ở hạ du hồ A xuất hiện
nhanh hơn, đỉnh lũ ở hồ B chậm lại hoặc ngƣợc lại, để làm lệch thời gian xuất hiện đỉnh lũ
của các nhánh. Khi đỉnh lũ đi qua, xả nƣớc từ các hồ cũng cần đề phòng hiện tƣợng nƣớc

25. 13
xả từ các hồ gối lên nhau, đạt lƣu lƣợng cực đại ở vùng cần bảo vệ tránh trƣờng hợp xảy
ra lũ chồng lên lũ.
Với hệ thống hồ song song, quy tắc chung nhất trong kiểm soát lũ là cân bằng dung
tích dành cho cắt lũ với lƣợng dòng chảy dự báo xảy ra trên từng lƣu vực, quy tắc
chung nhất trong phát điện là tích nƣớc tối đa vào hồ có sản lƣợng điện lớn nhất.
Điều hành tối ƣu là phối hợp hợp lý giữa các quy tắc kiểm soát lũ và phát điện. Trong
điều hành tác nghiệp hàng năm, ở thời đoạn xác định, khi có đủ số liệu thủy văn thực
đo và dự báo trung hạn, dùng các thuật toán tối ƣu, có thể tính đƣợc lƣợng nƣớc cần
xả, hoặc cần tích lại cho từng hồ.
Theo Vũ Tất Uyên [12] trong bƣớc xây dựng quy trình vận hành hệ thống hồ chứa,
dựa vào số liệu thủy văn lịch sử, chỉ có thể phán đoán đƣợc quy mô các trận lũ có thể
xảy ra ở từng thời kỳ trong mùa lũ. Do đó, điều có thể làm đƣợc là phân nhỏ kỳ lũ tại
các vùng cần bảo vệ ở hạ du các hồ, xác định quy mô lũ, dung tích cần thiết cho điều
tiết lũ trong từng kỳ lũ, trên cơ sở đó cho phép tích nƣớc tối đa vào hồ có sản lƣợng
điện lớn nhất theo từng kỳ lũ.
Thực tiễn điều hành hệ thống hồ chứa theo mô hình vận hành hệ thống dựa vào kết
quả tính theo mô hình mô phỏng là cách làm hợp lý nhất, vì trong mô phỏng số các
quy tắc điều hành đƣợc kiểm nghiệm lại kỹ càng và đƣợc làm cho tinh tế hơn. Trong
đa số trƣờng hợp kết quả tính mô phỏng rất gần với kết quả điều hành thực. Với hệ
thống hồ lớn, nguyên tắc điều hành cần đƣợc bổ sung thêm từ thực tiễn điều hành.
Tổng quan các phƣơng pháp xây dựng quy trình vận hành hệ thống hồ chứa
1.3
đa mục tiêu
Oliveira và Loucks (1997) [13] cho rằng vấn đề vận hành hệ thống hồ chứa đa mục
tiêu rất phức tạp vì liên quan đến nhiều biến số quyết định, bị chi phối bởi nhiều yếu tố
ngẫu nhiên, là khâu quan trọng trong quy hoạch và quản lý tài nguyên nƣớc. Các
phƣơng pháp xây dựng quy trình vận hành hồ chứa có thể tóm tắt thành ba nhóm chính
nhƣ sau:

26. 14
1.3.1 Phương pháp sử dụng kỹ thuật tối ưu hóa
Phƣơng pháp sử dụng kỹ thuật tối ƣu hóa đƣợc nghiên cứu khá phổ biến đối với hệ
thống hồ chứa đa mục tiêu, đặc biệt là các hồ chứa cấp nƣớc, phát điện. Mục tiêu của
ứng dụng kỹ thuật tối ƣu là xác định các giới hạn vận hành của hồ chứa để vận hành là
tối ƣu. Kết quả nghiên cứu của các mô hình tối ƣu đƣợc sử dụng để lập biểu đồ điều
phối, đồng thời làm cơ sở cho việc quy định những giới hạn vận hành trong quy trình
vận hành nhằm đạt đƣợc mục tiêu tối ƣu hoạt động của hồ chứa và hỗ trợ ngƣời quản
lý ra quyết định trong vùng thỏa hiệp giữa các mục tiêu tranh chấp.
Áp dụng kỹ thuật tối ƣu cho bài toán vận hành hồ chứa không phải là một ý tƣởng
mới, nhiều kỹ thuật tối ƣu đa dạng đã đƣợc áp dụng nhằm nâng cao hiệu quả của các
hồ chứa nhƣ các nghiên cứu của Yeh (1985) [7], Simonovic (1992) [14] và Wurbs
(1993) [15]. Mô hình tối ƣu đem lại hiệu quả cao trong việc phân tích các phƣơng án
khác nhau đạt mục tiêu tốt nhất dƣới một tập các ràng buộc. Các kỹ thuật tối ƣu
thƣờng sử dụng bao gồm: quy hoạch tuyến tính (Linear Programming – LP); quy
hoạch phi tuyến (Nonlinear Programming – NLP); quy hoạch động (Dynamic
Programming -DP); quy hoạch động ngẫu nhiên (Stochastic Dynamic Programming –
SDP) và phƣơng pháp Heuristic (Heuristic Programming) nhƣ là thuật toán tiến hóa,
logic mờ, thuật toán di truyền và hệ thống nơron thần kinh …
Quy hoạch tuyến tính (LP) trong vận hành hồ chứa đƣợc nhiều nhà nghiên cứu ứng
dụng vì sự linh hoạt dễ sử dụng mà không cần các xử lý số liệu ban đầu. Một vài ví dụ
sử dụng LP trong tính toán vận hành hồ chứa đƣợc nhiều tác giả giới thiệu nhƣ Yeh
(1985) [7], Mujumdar và Teegavarapu (1998) [16] phát triển mô hình LP tất định
cho thời đoạn ngắn vận hành hồ chứa điều tiết tƣới; Uner và Mays (1990) [17] ứng
dụng mô hình LP vận hành hồ chứa kiểm soát lũ theo thời gian thực đã chứng minh
rằng có thể kết hợp mô hình tối ƣu phi tuyến với mô hình thủy văn ngẫu nhiên để giải
quyết vấn đề vận hành kiểm soát lũ cho hồ chứa.
Quy hoạch động (DP) là phƣơng pháp cũng đƣợc ứng dụng trong vận hành hồ chứa.
Năm 1967, Young [18] lần đầu tiên đề xuất sử dụng phƣơng pháp hồi quy tuyến tính
để xây dựng quy tắc vận hành chung từ kết quả tối ƣu hoá. Phƣơng pháp mà ông đã

27. 15
dùng đƣợc gọi là “quy hoạch động (Dynamic Programming - DP) Monte-Carlo”. Về
cơ bản phƣơng pháp của ông dùng kỹ thuật Monte-Carlo tạo ra một số chuỗi dòng
chảy nhân tạo. Quy trình tối ƣu thu đƣợc của mỗi chuỗi dòng chảy nhân tạo sau đó
đƣợc sử dụng trong phân tích hồi quy để cố gắng xác định nhân tố ảnh hƣởng đến
chiến thuật tối ƣu. Các kết quả là một xấp xỉ tốt của quy trình tối ƣu thực. Korsak và
Larson (1970) [19] kiến nghị sử dụng quy hoạch động xấp xỉ liên tục (Dynamic
Programming Successive Approximation- DPSA); Heidari và nnk (1971) [20] lại ứng
dụng phƣơng pháp quy hoạch động sai phân rời rạc (Discrete Differential Dynamic
Programming - DDDP) giải quyết bài toán tối ƣu hóa vận hành hệ thống hồ chứa với
tính toán thử nghiệm trên hệ thống gồm 4 hồ chứa giả tƣởng.
Nguyễn Thế Hùng và Lê Hùng (2011) [21] nghiên cứu lập trình chƣơng trình tính
toán để giải bài toán tối ƣu vận hành hồ chứa đa mục tiêu (phòng lũ, cấp nƣớc và phát
điện…) dựa trên các mô hình có sẵn và ứng dụng kỹ thuật tối ƣu DP. Nghiên cứu ứng
dụng cụ thể cho hai hồ chứa đa mục tiêu là hồ chứa Bình Định và A Vƣơng, với ba
trƣờng hợp ƣu tiên khác nhau. Trƣờng hợp 1: mục tiêu phát điện và cấp nƣớc tƣới là
nhƣ nhau, thì không đƣa ra đƣợc lời giải duy nhất bởi chỉ có thể đảm bảo một trong hai
mục tiêu. Do vậy, tùy vào từng giai đoạn thực tế mà phải gán trọng số cho tƣới và phát
điện để có đƣợc giá trị tối ƣu tƣơng ứng. Trƣờng hợp 2: Phát điện đƣợc ƣu tiên trƣớc
cấp nƣớc tƣới, tác giả đƣa ra các ràng buộc để bài toán trở thành bài toán tối ƣu một
mục tiêu. Kết quả thử nghiệm vận hành đối với hồ A Vƣơng cho thấy có thể nâng cao
sản lƣợng điện từ 4,8-6,8% so với thực tế năm 2009. Trƣờng hợp 3: ƣu tiên tƣới, mục
tiêu phát điện là phụ, thì kết quả cho thấy tối đa hóa đƣợc lƣợng điện và lƣợng nƣớc
thiếu là rất nhỏ dƣờng nhƣ không đáng kể. Nghiên cứu, đã chứng minh hiệu quả loại
bỏ các phƣơng án không khả thi nhờ ứng dụng DP xác định mực nƣớc vận hành. Để có
thể áp dụng vào thực tế, thì ứng với mỗi cao trình mực nƣớc hồ đầu thời đoạn, xây
dựng các đƣờng bao tối ƣu, và căn cứ vào mực nƣớc hồ và lƣu lƣợng dòng chảy thực
tế mà vận hành theo các đƣờng bao đã thiết lập.
Một phƣơng pháp khác đƣợc mở rộng từ DP xác định quy trình điều hành một hệ
thống nhiều hồ chứa khác là quy hoạch động ngẫu nhiên (SDP). Phƣơng pháp này
yêu cầu mô tả rõ xác suất của dòng chảy đến và tổn thất. Phƣơng pháp này đƣợc

28. 16
Louks và nnk (1981) [22] và nhiều ngƣời khác sử dụng. Mô hình tối ƣu hoá thƣờng
đƣợc sử dụng trong nghiên cứu điều hành hồ chứa sử dụng dòng chảy dự báo nhƣ đầu
vào. Mujumdar và Vedula (1992) [23] đề xuất một quy trình điều hành tối ƣu hồ
chứa thủy lợi sử dụng SDP. Trong nghiên cứu này, Mujumdar coi hồ chứa, dòng chảy
vào và độ ẩm của vùng tƣới nhƣ là biến trạng thái. Áp dụng mô hình tối ƣu hoá cho
điều hành hồ chứa đa mục tiêu là khá khó khăn. Sự khó khăn trong áp dụng bao gồm
phát triển mô hình, đào tạo nhân lực, giải bài toán, điều kiện thủy văn tƣơng lai bất
định, sự bất lực để xác định và lƣợng hóa tất cả các mục tiêu và mối tƣơng tác giữa
nhà phân tích với ngƣời sử dụng.
Trong những thập kỷ gần đây, phƣơng pháp Heuristic đƣợc phát triển giải quyết vấn
đề tối ƣu hóa vận hành hồ chứa. Tất cả các mô hình tối ƣu hóa nói trên là những thủ
tục thuật toán, nghĩa là có cấu trúc, quy trình giải pháp hội tụ đƣợc áp dụng cho các
thông tin định lƣợng. Ngƣợc lại, phƣơng pháp heuristic lập trình dựa trên những quy
ƣớc chung, kinh nghiệm, hoặc nội suy khác nhau áp dụng cho cả định tính và định
lƣợng. Ƣu điểm của các phƣơng pháp này là đơn giản và có thể cho kết quả tốt trong
các bài toán tối ƣu mà không gian tìm kiếm đơn giản. Tuy nhiên, các phƣơng pháp này
dễ rơi vào điểm cực trị địa phƣơng và chỉ đảm bảo hội tụ tại điểm cực trị toàn phần khi
hàm tối ƣu là hàm lồi, đơn trị. Thực tế lại cho thấy rất nhiều hàm không lồi và có vô số
các điểm cực trị mà các phƣơng pháp cổ điển không thể giải quyết đƣợc. Nó đòi hỏi
phải có những công cụ tối ƣu mạnh hơn để có thể tìm ra những giải pháp tối ƣu toàn
phần cho những bài toán phức tạp. Bắt đầu từ thập kỷ 90 các thuật toán tiến hoá (bao
gồm cả thuật toán di truyền và chiến thuật tiến hoá) đã đƣợc áp dụng và chứng minh
cho tối ƣu hệ thống các bài toán hệ thống tài nguyên nƣớc. Một số nghiên cứu tiêu
biểu có thể kể đến nhƣ sau:
Thuật toán tiến hóa (Evolutionary algorithms) đƣợc ứng dụng rộng rãi trong bài toán
tối ƣu vận hành hồ chứa đa mục tiêu. Nhiều thuật toán đã đƣợc kiểm tra bằng các mô
hình khác nhau để giải phi tuyến, tuyến tính lồi và vấn đề hồ chứa đa chiều. Chang
(2008), [24] đã sử dụng thuật toán tiến hóa đa mục tiêu, (NSGA –II) vào vận hành hệ
thống hồ chứa đa mục tiêu ở Đài Loan (gồm hai hồ Shihmen và Feitsui), thiết lập một
mô hình mô phỏng và vận hành hồ chứa theo thời đoạn ngày và tính toán chỉ số thiếu

29. 17
hụt nƣớc (Shortages Indices –SI) trong suốt thời gian mô phỏng. Mục tiêu của việc
ứng dụng thuật toán là để làm giảm chỉ số SI thông qua sách lƣợc vận hành tối ƣu hệ
thống hồ.
Phƣơng pháp kết hợp thuật toán Gen (Genetic Algorithm - GA) với quy hoạch
tuyến tính (LP) đƣợc Reis, [25] giới thiệu để tìm sách lƣợc vận hành tối ƣu cho hệ
thống hồ chứa phát điện trong giai đoạn lập dự án với nhiều điều kiện dòng chảy ngẫu
nhiên. Phƣơng pháp này cho phép lƣợc giảm các tham số nhờ GA và bằng LP giảm số
lƣợng biến. Thuật toán này đƣợc coi nhƣ là quy hoạch động xấp xỉ ngẫu nhiên cho vận
hành hệ thống hồ thủy điện, với nhiều lợi thế nhƣ là ứng dụng đơn giản, lựa chọn đƣợc
những thông số hữu ích cho việc vận hành trong tƣơng lai. Các thuật toán đƣợc đề xuất
là một xấp xỉ ngẫu nhiên để hệ thống thủy văn hoạt động, với những lợi thế nhƣ thực
hiện đơn giản và khả năng trích xuất các thông số hữu ích cho các quyết định hoạt
động trong tƣơng lai. Kết quả ứng dụng phƣơng pháp này cho một hệ thống thủy điện
giả giống nhƣ phƣơng pháp quy hoạch động ngẫu nhiên kép (Stochastic Dual Dynamic
Programming - SDDP) mà Pereira và Pinto, [26] đã gợi ý trƣớc đây cho thấy phƣơng
pháp kết hợp GA –LP tốt hơn nhiều so với SDDP.
Kerachian và Karamouz [27] nghiên cứu phát triển một mô hình từ sự liên kết giữa
mô hình tối ƣu hóa GA và mô hình chất lƣợng nƣớc hồ chứa, dựa trên hàm mục tiêu
của mô hình tối ƣu theo lý thuyết Nash để tối đa hóa độ tin cậy của nguồn nhu cầu cấp
nƣớc cho hạ du và yêu cầu chất lƣợng nƣớc. Kết quả mô hình tối ƣu GA đƣợc ứng
dụng xây dựng quy trình vận hành cho các hồ chứa Satarkhan ở Iran có xem xét đến
chất lƣợng nƣớc và lƣợng nƣớc yêu cầu. Heidari và nnk [20] giới thiệu mạng
Bayesian (BN) để tìm ra các quy tắc vận hành cho một hệ thống hồ chứa đa mục tiêu
(tƣới tiêu và phòng lũ), với tài liệu thủy văn đầu vào theo thời đoạn tháng, mực nƣớc
hồ chứa và yêu cầu nƣớc hạ du. Các mô hình tối ƣu chế độ vận hành hồ chứa dài hạn
(theo tháng) đƣợc xây dựng nhằm mục đích giảm thiểu thiệt hại do lũ lụt và thiếu hụt
nƣớc cho nông nghiệp và mô hình tối ƣu thời đoạn ngắn (theo giờ) kết hợp với mô
hình ƣớc tính thiệt hại lũ lụt.
Elferchichi và nnk [28] trình bày một phƣơng pháp phân tích đầy đủ về sự khác biệt
giữa cung cấp nƣớc và nhu cầu sử dụng. Các hoạt động của hồ chứa trong một hệ

30. 18
thống thủy lợi theo yêu cầu sử dụng một phƣơng pháp ngẫu nhiên dựa trên thuật toán
GA. Mô hình xác định đầy đủ đƣờng quá trình dòng chảy để đảm bảo các quy định tối
ƣu các hồ chứa trong thời gian cao điểm. Mô hình này đã đƣợc áp dụng và thử nghiệm
trên các hệ thống tƣới Sinista Ofanto (Foggia, Italy).
Wei và Hsu (2008), trƣờng đại học Toko Đài loan, [29] nghiên cứu giới thiệu phƣơng
pháp vận hành tối ƣu hồ chứa theo thời gian thực cho mỗi bƣớc thời gian dòng chảy lũ
ứng dụng thuật toán tối ƣu với các quy tắc nhánh cây (treebased rules) cho hệ thống
hồ chứa đa mục tiêu. Phƣơng pháp này là sự tích hợp hai mô hình thủy văn vận hành
hồ chứa và mô hình dự báo thủy văn. Nghiên cứu so sánh việc ứng dụng thuật toán
quyết định nhánh cây (C5.0), thuật toán quyết định nhánh cây thần kinh (NDT) và
thuật toán quyết định nhánh cây logic mờ (FIDs) vào quá trình vận hành cấp nƣớc cho
hồ chứa. Việc ứng dụng thuật toán trên cho hệ thống hồ chứa trên sông Shihmen, Đài
Loan, chứng minh rằng mô hình FIDs, các tập mờ hình thang linh hoạt đƣợc sử dụng
để định nghĩa các hàm thành viên, đƣợc đánh giá hiệu quả hơn so với các mô hình
khác hiện nay. Áp dụng kỹ thuật tối ƣu nhánh cây này để xác định vận hành tối ƣu cho
hệ thống hồ chứa trên sông Shihmen trong hoàn cảnh có cảnh báo bão xa từ Phòng dự
báo thời tiết Trung ƣơng (CWB), các phƣơng pháp đề xuất đã cung cấp giải pháp hiệu
quả giữa kiểm soát lũ và cấp nƣớc. Sau đó, năm 2009, Wei [30] cùng đồng nghiệp của
mình thiết lập bộ quy tắc vận hành tối ƣu dựa trên quy tắc nhánh cây để kiểm soát lũ
theo thời gian thực thử nghiệm đối với hệ thống hồ chứa Tanshui, Đài Loan, với các
quá trình dự báo thời đoạn 6 giờ và 3 trận bão lịch sử, bao gồm cả Aere, Haima và
Nock-ten năm 2004. Kết quả cho thấy giải pháp sử dụng kỹ thuật tối ƣu này đem lại
hiệu quả cắt lũ cao và cho phép duy trì đƣợc mực nƣớc cao ở thời kỳ cuối mùa lũ, đảm
bảo dung tích hồ cho cấp nƣớc mùa kiệt.
Chaves và Chang (2008) [31] đã đề xuất sử dụng mạng trí tuệ nhân tạo (Artificial
Neural Networks – ANN) xây dựng quy tắc vận hành hồ chứa Shihmen (với 5 biến ra
quyết định) ở Đài Loan để xem xét tính ứng dụng và khả thi của nó. Với ƣu điểm dễ
dàng xử lý các biến điều kiển và ít thông số, ANN đem lại hiệu quả vận hành của hồ
chứa cao hơn khi so sánh với các quy tắc hoạt động hiện tại. Kết quả nghiên cứu cũng

31. 19
chứng minh rằng mạng ANN hoàn toàn có khả năng giải quyết bài toán vận hành hồ
chứa đa mục tiêu.
1.3.2 Phương pháp mô phỏng
Trong thực tế, để xây dựng một mô hình vật lý thí nghiệm các hoạt động của hồ chứa
là rất khó khăn và tốn kém mà không thể thí nghiệm trực tiếp trên hệ thống hồ chứa
thực đƣợc, chính vì vậy nghiên cứu phát triển mô hình toán đƣợc nhiều nhà khoa học
quan tâm sử dụng nhằm mô phỏng các phƣơng án vận hành để tìm hiểu sâu hơn về
hoạt động của hồ chứa. Mô hình mô phỏng trong điều hành hệ thống hồ chứa bao gồm
tính toán cân bằng nƣớc của đầu vào, đầu ra hồ chứa và biến đổi lƣợng trữ. Kỹ thuật
mô phỏng đã cung cấp cầu nối từ các công cụ giải tích trƣớc đây cho phân tích hệ
thống hồ chứa đến các tập hợp mục đích chung phức tạp. Các mô hình mô phỏng có
thể cung cấp các biểu diễn chi tiết và hiện thực hơn về hệ thống hồ chứa và quy tắc
điều hành chúng. Thời gian yêu cầu để chuẩn bị đầu vào, chạy mô hình và các yêu cầu
tính toán khác của mô phỏng là đơn giản hơn so với mô hình tối ƣu hoá. Các kết quả
mô phỏng là cơ sở để thỏa hiệp trong bài toán đa mục tiêu. Hầu hết các phần mềm mô
phỏng có thể chạy trong máy vi tính cá nhân đang sử dụng rộng rãi.
Hiện nay, phƣơng pháp mô phỏng đƣợc ứng dụng rộng rãi trong các bài toán vận hành
hồ chứa, đặc biệt là với các hệ thống hồ chứa đa mục tiêu. Các mô hình mô phỏng vận
hành hồ chứa dựa vào phƣơng trình cân bằng nƣớc theo quy tắc vận hành không có
điều khiển. Ví dụ nhƣ: mô hình HEC-RESSIM là mô hình vận hành có điều khiển phát
triển lên từ HEC-5 do Trung tâm Kỹ Thuật Thủy Văn – Quân đội Mỹ (The US Army
Corps of Engineers, Hydrologic Engineering Center) xây dựng và phát triển đƣợc
Feldman giới thiệu trong cuốn Advances in Hydroscience và Wurbs trình bày trong
quyển Modeling and Analysis of resevoir system operation [10] [32]. Mô hình này
thích hợp vận hành hồ chứa theo quy trình vận hành đƣợc thiết lập sẵn (biểu đồ điều
phối) tìm ra đƣờng vận hành tối ƣu. Một trong những mô hình mô phỏng nổi tiếng
khác là mô hình MIKE 11 của Viện Thủy lực Đan Mạch (DHI) nghiên cứu và phát
triển, mô hình tổng hợp dòng chảy và điều tiết hồ chứa (SSARR), mô hình mô phỏng
hệ thống sóng tƣơng tác (IRIS) [33]. Gói phần mềm phân tích quyền lợi các hộ sử
dụng nƣớc (WRAP).

32. 20
Do mỗi một hồ chứa hay hệ thống hồ chứa có một đặc điểm riêng về đặc tính thủy văn
cũng nhƣ mục tiêu khác nhau, cho nên không có một mô hình tổng quát đƣợc thiết lập
sẵn có thể phù hợp với mọi hệ thống mà phải tùy thuộc vào từng hệ thống hồ mà có
những điều khiển riêng. Chính vì vậy, nhiều nhà khoa học trên thế giới đã thiết lập
những mô hình mô phỏng để sử dụng vận hành cho từng hệ thống hồ chứa, ƣu điểm
của các mô hình này đƣợc viết phù hợp với đặc điểm của hệ thống hồ và dễ dàng can
thiệp để thay đổi chế độ vận hành và chỉnh sửa hệ thống.
1.3.3 Phương pháp kết hợp
Trong thời gian gần đây, với sự phát triển mạnh mẽ về khoa học công nghệ, nhận thấy
sự kết hợp mô hình mô phỏng với mô hình tối ƣu mở ra hƣớng tiếp cận giải quyết bài
toán vận hành hồ chứa theo thời gian thực. Trong bài báo tổng quan về các mô hình
mô phỏng và tối ƣu sử dụng thiết lập quy trình vận hành hệ thống hồ chứa, Wurb
(1993) [15] đã tổng kết “Mặc dù, t u óa và mô p ỏn là a ớn t ếp cận mô
ìn óa k ác n au v ặc tín , n n sự p ân b ệt rõ ràn ữa a ớn này là
k ó vì ầu ết các mô ìn , xét v mức ộ nào ó u c ứa các t àn p ần của a
ớn t ếp cận tr n”. Wurb cũng đề cập đến nhóm Quy hoạch mạng lƣới dòng
(Network Flow Programming) nhƣ là một kết hợp hoàn thiện của hai hƣớng tiếp cận
tối ƣu và mô phỏng. Labadie (2004) đã nhận định cần thiết phải có mô hình mô phỏng
để kiểm tra các quy trình tối ƣu đƣợc thiết lập [34]. Một số nghiên cứu tiêu biểu giải
quyết tốt mâu thuẫn kinh điển giữa kiểm soát lũ và các mục đích khác trong vận hành
hồ chứa đa mục tiêu, có thể kể đến nhƣ sau:
Ngô Lê Long và nnk (2007) [8] sử dụng kết hợp mô hình mô phỏng MIKE 11 và mô
hình tối ƣu SCE (Shuffled Complex Evolution), các tác giả đã đƣa ra đề xuất phƣơng
án giải quyết mâu thuẫn trong thời kỳ này tìm ra quỹ đạo tối ƣu (Pareto) điều khiển
vận hành hồ Hòa Bình. Đã đƣa ra các quy tắc vận hành tối ƣu hồ chứa Hòa Bình với
mục tiêu tối đa hóa phát điện và phòng lũ cho vùng đồng bằng hạ du, giải quyết xung
đột giữa mục đích phát điện và phòng lũ xảy ra trong quá trình tìm kiếm quy tắc vận
hành đặc biệt vào thời kỳ chuyển tiếp cuối mùa lũ đầu mùa kiệt. Kết quả chứng minh
rằng việc sử dụng mô hình MIKE 11 có thể giúp duy trì mực nƣớc cao vào cuối mùa
lũ đảm bảo an toàn cho phát điện mà vẫn giải quyết đƣợc vấn đề phòng lũ cho hạ du

33. 21
và công trình. Nghiên cứu cũng cho thấy hiệu quả cao của việc ứng dụng thuật toán tối
ƣu SCE để tìm lời giải vận hành cho các hệ thống phức tạp.
Bahram và nnk (2009) [35], kết hợp mô hình tối ƣu thuật toán Gen GA, công nghệ
GIS xác định vùng sử dụng nƣớc; vùng thiệt hại do ngập lụt và mô hình HEC-RAS,
HEC-GEORAS mô phỏng đƣờng quá trình mực nƣớc trong hệ thống sông; nghiên
cứu vận hành hệ thống bậc thang hai hồ chứa Bakhtiari và Dez ở Tây Nam, Iran theo
thời gian thực thành công, đem lại hiệu quả cao cho việc quản lý lũ lụt ở đây. Điều này
chứng tỏ rằng việc kết hợp các mô hình mô phỏng và mô hình tối ƣu đem lại nhiều lợi
ích trong thực tiễn vận hành hồ chứa.
Hoàng Thanh Tùng (2011) [36] đã nghiên cứu xây dựng phƣơng án tích hợp mô hình
dự báo mƣa lũ và mô hình vận hành hành hệ thống hồ chứa để giải quyết bài toán vận
hành phối hợp các hồ chứa phòng lũ theo thời gian thực, nghiên cứu ứng dụng cho lƣu
vực điển hình là lƣu vực sông Cả. Đƣa ra phƣơng pháp áp dụng hiệu quả mạng ANN
với thuật toán quét ngƣợc (BPNN) bằng việc sử dụng thuật toán giải đoán gen GA
trong quá trình tìm cấu trúc mạng tối ƣu. Với nghiên cứu vận hành hệ thống hồ chứa,
tác giả đã lựa chọn hƣớng tiếp cận kết hợp giữa mô hình mô phỏng (HEC-HMS, HEC-
ReSSim) với mô hình điều khiển hệ thống trong đó sử dụng cả hai phƣơng pháp "Ẩn"
và "Hiện" để xác định các ƣu tiên vận hành cho từng hồ trong hệ thống (phân nhỏ các
vùng dung tích để vận hành theo các ƣu tiên của biểu đồ điều phối của từng hồ sao cho
có hiệu quả) và các ƣu tiên vận hành kết hợp giữa các hồ với các ƣu tiên về ràng buộc
về mực nƣớc và lƣu lƣợng của các vùng bị ảnh hƣởng dƣới hạ lƣu để đảm bảo mục
tiêu phòng lũ cho các công trình và cho các vùng ảnh hƣớng dƣới hạ du các công trình.
Với những hồ chƣa có quy trình vận hành, nghiên cứu đã lập chƣơng trình tính theo
phƣơng pháp quy hoạch động với dòng chảy đến hồ là ngẫu nhiên đƣợc mô phỏng
bằng phƣơng pháp Monte Carlo.
Viện Quy Hoạch Thủy Lợi liên kết cùng Trƣờng Đại Học Thủy Lợi (2014) [37] đã
nghiên cứu ứng dụng mô hình MIKE11, mô hình HEC-RESSIM và xây dựng mô
hình MOPHONG, công cụ tối ƣu GAMS và Crystal Ball làm công cụ chính để phân
tích các phƣơng án vận hành hệ thống hồ chứa điều tiết cấp nƣớc và phát điện phục vụ
lập quy trình hệ thống hồ chứa Sơn La, Hòa Bình, Thác Bà vàTuyên Quang thời kỳ

34. 22
mùa kiệt. Đề xuất phƣơng án vận hành hệ thống hồ chứa Sơn La, Hòa Bình, Thác Bà
và Tuyên Quang thời kỳ lũ chính vụ và chế độ tích nƣớc của các hồ chứa này trong
thời kỳ chuyển tiếp lũ-kiệt, đảm bảo an toàn tích nƣớc đầy hồ và vẫn đảm bảo an toàn
chống lũ cho hạ du và công trình. Đây là cơ sở để lập quy trình vận hành cả năm cho
hệ thống liên hồ chứa Sơn La, Hòa Bình, Thác Bà và Tuyên Quang. Kết quả nghiên
cứu mặc dù còn có tồn tại cần đầu tƣ thêm nhƣng đã mở ra một hƣớng nghiên cứu mới
trong lĩnh vực vận hành hệ thống hồ chứa chƣa đƣợc nghiên cứu nhiều ở Việt Nam.
Tô Thúy Nga [38,39] đã nghiên cứu thiết lập chƣơng trình tính toán mô phỏng lũ từ
việc tích hợp ba mô hình: mô hình mƣa dòng chảy, mô hình vận hành hồ chứa và diễn
toán lũ trong sông cho vùng thƣợng du sông Vu Gia – Thu Bồn phục vụ cho dự báo lũ
với thời gian dự kiến từ 3 đến 5 ngày làm cơ sở cho việc xác định chế độ vận hành hồ
chứa theo thời gian thực. Với công cụ mô hình MOPHONG-LU đã thiết lập, xây dựng
một quy trình vận hành theo thời gian thực nhằm nâng cao hiệu quả cắt giảm lũ, xả lũ
an toàn và đảm bảo an toàn tích nƣớc cho nhiệm vụ phát điện và cấp nƣớc hạ du. Kết
quả nghiên cứu chứng minh rằng mô hình MOPHONG-LU mà tác giả xây dựng có thể
áp dụng cho công tác dự báo lũ (cho phép kéo dài thời gian dự kiến dự báo lũ so với
quy định trong quy trình liên hồ chứa 1880/QĐTTg1880/QĐ-TTg) và vận hành an
toàn các hồ chứa phòng lũ trên lƣu vực sông Vu Gia-Thu Bồn. Do vậy, có thể chủ
động hạ thấp mực nƣớc hồ để đón lũ xuống dƣới mực nƣớc đón lũ đã quy định và do
đó sẽ nâng cao đƣợc hiệu quả cắt giảm lũ cho hạ du mà vẫn đảm bảo an toàn tích nƣớc
cho các hồ chứa thủy điện. Nghiên cứu mới chỉ tính toán thử với hai kịch bản, cần
đƣợc tiếp tục với những kịch bản khác để phân tích tính hiệu quả của sử dụng trong
thực tế.
Công ty tƣ vấn điện 1 (PECC1), "Điều chỉnh Quy trình vận hành liên hồ chứa Sơn
La, Hòa Bình, Thác Bà và Tuyên Quang trong mùa lũ hàng năm," [40] đã nghiên cứu
đề xuất một số hiệu chỉnh quy trình vận hành hệ thống hồ chứa trên sông Hồng theo
Quyết định 198/2001/QĐ-TTg. Đề án đã ứng dụng mô hình MIKE 11 để mô phỏng lũ
cho hệ thống sông Hồng, sử dụng mô hình lũ PMF và lũ chu kỳ lặp lại 500 năm tại
Sơn Tây tính toán điều chỉnh nâng cao mực nƣớc trƣớc lũ cho hồ chứa Sơn La. Thực
tế đã đƣợc Quyết định 1622/2015/QĐ-TTg quy định quy trình vận hành liên hồ chứa

35. 23
trên lƣu vực sông Hồng đã nâng mực nƣớc trƣớc lũ của hồ chứa Sơn La trong thời kỳ
lũ chính vụ từ 194 m lên 197,3 m. Kết quả nghiên cứu trong thời kỳ lũ chính vụ, khi
không có lũ lớn, mực nƣớc hồ Sơn La và hồ Hòa Bình duy trì ở ngƣỡng cao hơn mực
nƣớc trƣớc lũ (vận hành theo khung tham chiếu phụ thuộc vào mực nƣớc Hà Nội), khi
dự báo có lũ lớn xảy ra sẽ tiến hành hạ mực nƣớc hồ Sơn La và Hòa Bình về mực
nƣớc trƣớc lũ để sẵn sàng điều tiết, chống lũ thiết kế 500 năm tại Sơn Tây cho hạ du.
Tuy nhiên, đề án chỉ dừng lại điều chỉnh khoản 6 của quy trình 198, chƣa đề cập đến
vấn đề vận hành hồ chứa trong thời kỳ lũ muộn khi xảy ra lũ bất thƣờng.
Kết luận:
Bài toán vận hành hệ thống hồ chứa là bài toán đa dạng và phức tạp, cho đến nay các
nghiên cứu về lĩnh vực này trên thế giới, đặc biệt ở Việt Nam đã đƣợc nhiều cơ quan
chức năng và nhà khoa học quan tâm. Hƣớng nghiên cứu xây dựng quy trình vận hành
hệ thống hồ chứa thƣờng tập trung sử dụng công cụ mô hình toán, áp dụng lý thuyết
tối ƣu hoặc mô phỏng. Kỹ thuật tối ƣu thƣờng đƣợc sử dụng để thiết lập ra quy tắc vận
hành khung, xây dựng biểu đồ điều phối cho từng hồ chứa trong hệ thống. Phƣơng
pháp mô phỏng giúp chi tiết hoá vận hành hệ thống hồ chứa với các kịch bản khác
nhau để lựa chọn phƣơng án vận hành hợp lý giải quyết các mâu thuẫn nhằm tối đa
hoá các mục tiêu của hệ thống hồ chứa. Chính vì vậy, khi nghiên cứu bài toán vận
hành hệ thống hồ chứa đa mục tiêu, mặc dù phƣơng pháp sử dụng mô hình tối ƣu ngày
càng phát triển mạnh mẽ nhƣng tìm ra quy tắc vận hành tối ƣu vẫn gặp nhiều khó khăn
[41], nên phƣơng pháp mô phỏng vẫn đƣợc ứng dụng rộng rãi nhằm xác định các quy
tắc vận hành hợp lý và linh hoạt.
Tổng quan về lƣu vực sông Hồng
1.4
1.4.1 Lưu vực sông và mạng lưới sông ngòi
Lƣu vực sông Hồng nằm ở vĩ độ 20º – 25º 30’ Bắc, kinh độ 100º - 107º 10’ Đông
thuộc vùng nhiệt đới gió mùa, nằm trên cả lãnh thổ Việt Nam và lãnh thổ Trung Quốc.
Diện tích toàn lƣu vực là 169.020 km², diện tích lƣu vực thuộc lãnh thổ Việt Nam là
87.840 km², chiếm 51% diện tích toàn lƣu vực. Phần châu thổ nằm hoàn toàn ở Việt
Nam với diện tích gần 17.000 km2
, với chiều dài 328 km.

36. 24
Lƣu vực sông Hồng – Thái Bình là lƣu vực sông lớn nhất miền Bắc Việt Nam. Đây là
lƣu vực sông quốc tế đƣợc tạo thành bởi hai hệ thống sông lớn là hệ thống sông Hồng
và hệ thống sông Thái Bình.
Hệ thống sông Hồng bắt nguồn từ tỉnh Vân Nam, Trung Quốc với 05 phụ lƣu lớn khi
chảy vào địa phận Việt Nam hợp thành 03 nhánh sông chính là Đà, Thao, Lô.
Sông Thao là dòng chính của sông Hồng bắt nguồn từ hồ Đại Lý ở độ cao gần 2000 m
trên đỉnh Nguỵ Sơn, Trung Quốc chảy theo hƣớng Tây Bắc - Đông Nam chảy vào
nƣớc ta tại tỉnh Lào Cai đến Việt Trì nhập với sông Lô và sông Đà và mang tên gọi là
sông Hồng. Ngoài sông Đà và sông Lô còn có các sông nhánh lớn nhƣ: Đáy, Luộc, Trà
Lý, Đào và Ninh Cơ. Sông Hồng đổ ra vịnh Bắc Bộ qua cửa chính là Ba Lạt và các
cửa Trà Lý, Lạch Giang và sông Thái Bình. Sông Hồng có chiều dài 1126 km, trong
lãnh thổ nƣớc ta có 556 km.
Hình 1-4: Bản đồ lƣu vực sông Hồng
Địa hình lƣu vực sông Hồng rất đa dạng, núi và đồng bằng thấp dần theo hƣớng Tây
Bắc - Đông Nam. Địa hình đồi núi chiếm phần lớn diện tích với độ cao trung bình là
1090 m. Các đỉnh núi cao tiêu biểu là Pu Sam Sao (1897m) trên biên giới Việt - Lào,
Pia Oóc (1930m) trên cánh cung sông Gâm và cánh cung Ngân Sơn. Trên dãy Hoàng

37. 25
Liên Sơn có đỉnh Phanxipan (3143m), Lang Cung (2913m) và Phu Luông (2985m).
Vùng đồi núi thấp có độ cao dƣới 100m - 200m là trung lƣu các sông Cầu, Thƣơng và
Lục Nam. Vùng đồng bằng châu thổ sông Hồng là do phù sa của hệ thống sông Hồng -
Thái Bình bồi đắp có địa hình bằng phẳng nghiêng ra biển. Dọc theo các sông có đê
bao bọc.
Lƣu vực sông Hồng nằm giữa ranh giới của vùng nhiệt đới nội chí tuyến (phần lãnh
thổ Việt Nam, một phần lãnh thổ Trung Quốc) và vùng cận chí tuyến (phần còn lại
phía địa phận Trung Quốc). Khí hậu vùng này là khí hậu nhiệt đới gió mùa với mùa
đông lạnh, khô, ít mƣa và mùa hè nóng ẩm mƣa nhiều, chịu tác động của cơ chế gió
mùa Đông Nam Á với hai mùa gió: gió mùa mùa Đông và gió mùa mùa Hạ, nhƣng do
chịu tác động của địa hình nên các yếu tố khí hậu biến đổi mạnh mẽ theo không gian
và thời gian [42] [43].
1.4.2 Giới thiệu các công trình hồ chứa trên dòng chính sông Hồng
Tr n ịa phận Trung Qu c
1.4.2.1
Trung Quốc đã đang và sẽ khai thác ngày càng mạnh mẽ hơn nữa nguồn tài nguyên
nƣớc ở thƣợng nguồn, hàng loạt các hồ chứa mới đƣợc xây dựng đƣa vào vận hành từ
năm 2007 đến nay với mục tiêu thủy điện. Phía Trung Quốc cũng đã hoàn thành bản
kế hoạch xây dựng khoảng 52 nhà máy thủy điện trên thƣợng nguồn các sông Đà, sông
Lô và sông Thao.
Bảng 1-3: Các nhà máy thủy điện trên sông Lý Tiên-thƣợng nguồn sông Đà [44]
TT Tên công trình
Công suất
(MW)
Dung
tích
(106
m3
)
Chiều
cao đập
(m)
Vị trí Ghi chú
1 Tọa Dƣơng Sơn 120 247 88 Nhánh Bả Biên Vận hành
2 Thạch Môn Khảm 130 195 108 Nhánh Bả Biên Vận hành
3 Tân Bình Trại 300 Nhánh Bả Biên
4 Long Mã 240 590 135 Nhánh Bả Biên Vận hành
5 Chung Ái Kiều Nhánh A Mặc
6 Phổ Tú Kiều Nhánh A Mặc

38. 26
TT Tên công trình
Công suất
(MW)
Dung
tích
(106
m3
)
Chiều
cao đập
(m)
Vị trí Ghi chú
7 Tam Giang Khẩu 99 84,5 77 Nhánh A Mặc Vận hành
8 Tứ Nam Giang 210 246 115 Nhánh Tứ Nam Vận hành
9 Cƣ Phổ Độ 285 174 95 Nhánh Lý Tiên Vận hành
10 Qua Lan Than 450 409 113 Nhánh Lý Tiên Vận hành
11 Thổ Khả Hà 165 78 59,2 Nhánh Lý Tiên Vận hành
Tổng 1.945 1.724
Theo số liệu của Công ty Tƣ vấn Điện 1 năm 2009 [44], trên thƣợng nguồn sông Đà
(sông Lý Tiên) thuộc lãnh thổ Trung Quốc, hiện có 11 hồ chứa đƣợc quy hoạch, trong
đó có 9 hồ đã đi vào vận hành, còn trên thƣợng nguồn sông Lô (sông Bàn Long) thuộc
lãnh thổ Trung Quốc hiện có 8 hồ chứa thủy điện đã đƣợc quy hoạch, trong đó nhiều
hồ chứa đã đi vào hoạt động, trên thƣợng nguồn sông Thao (sông Nguyên) hiện có 1
nhà máy đang hoạt động. Phía thƣợng nguồn sông Đà trên địa phận Trung Quốc [45]
đã xây dựng 7 nhà máy thủy điện trên dòng chính, 4 nhà máy trên sông nhánh và 18
đập ngăn nƣớc.
Hình 1-5 Sơ đồ các hồ chứa trên thƣợng nguồn sông Đà phía Trung Quốc
Trung Quốc chỉ cung cấp cho Việt Nam thông tin sơ lƣợc về hồ chứa, số liệu quan trắc
mực nƣớc và lƣu lƣợng của 05 trạm thủy văn: Trung Ái Kiều, Thổ Khả Hà, Kim Thuỷ

39. 27
Hà (trên nhánh sông Đà) và Nguyên Giang, Mạn Hảo (trên nhánh sông Thao) mà
không có thông tin về quy mô và chế độ vận hành của các hồ chứa. Từ năm 2013 đến
nay trạm Trung Ái Kiều nằm trong vùng lòng hồ nên đã ngừng đo đạc nên phía Trung
Quốc cấp trạm Tứ Nam nằm trên sông Tứ Nam là nhánh cấp 3 của sông Đà. Tuy
nhiên, qua phân tích chế độ dòng chảy tại các trạm thuỷ văn phía Trung Quốc và
thƣợng nguồn nƣớc ta nhận thấy những dấu hiệu thiếu hụt nguồn nƣớc trên thƣợng
nguồn do việc khai thác vận hành của các hồ chứa phía Trung Quốc nhƣ sau:
- Các nhà máy Thủy điện phía Trung Quốc làm việc theo chế độ điều tiết ngày
đêm nên dao động mực nƣớc giữa giờ cao điểm và thấp điểm trong ngày lớn nhất. Ví
dụ, tại trạm thủy văn Mƣờng Tè trên sông Đà (cách biên giới khoảng 60 km) mực
nƣớc chênh lệch trong ngày khoảng 1,5-2,0 m. Tại trạm thủy văn Hà Giang trên sông
Lô (cách biên giới 18 km) chênh lệch mực nƣớc trong ngày khoảng 1,0-1,3 m.
- Trong thời kỳ tháng V-VI năm 2008, các hồ thƣợng nguồn phía Trung Quốc
làm giảm bớt 30- 50% lƣợng nƣớc về Việt Nam.
- Thời kỳ cấp nƣớc khẩn trƣơng tháng I-III, các hồ chứa trên sông Đà phía Trung
Quốc giảm phát điện tới mức thấp nhất. Theo thống kê từ 22/3 đến 6/6 (2005- 2008),
dòng chảy ở thƣợng nguồn sông Đà chỉ vào khoảng 10-30 m3
/s. Về mùa lũ VI-X các
hồ chứa phía Trung Quốc đã giữ lại một lƣợng nƣớc khoảng 14-20% tổng lƣợng nƣớc
chảy vào Việt Nam.
Tr n ịa phận Việt Nam
1.4.2.2
Do vị trí địa hình thuận lợi nên hiện nay trên lƣu vực sông Hồng ở phần lãnh thổ nƣớc
ta đã xây dựng đƣợc rất nhiều hệ thống các hồ chứa, công trình thuỷ lợi để phát điện,
cấp nƣớc và phòng lũ bao gồm: hồ chứa, đập dâng, cống và trạm bơm cấp nƣớc cho
Đồng bằng sông Hồng. Theo thống kê chƣa đầy đủ, trên lƣu vực hiện đã có 53 hồ
chứa trong trạng thái đã vận hành, đang xây dựng và quy hoạch. Các hồ chứa này có
quy mô khác nhau với nhiệm vụ chủ yếu là chỉ phát điện hoặc cấp nƣớc. Hiện nay,
trên dòng chính hệ thống sông Hồng - Thái Bình đã có 05 hồ chứa đa mục tiêu đã
đƣợc xây dựng và vận hành, đó là:

40. 28
Hồ chứa Thác Bà (trên sông Chảy): Cao trình mực nƣớc dâng bình thƣờng 58,0 m;
mực nƣớc dâng gia cƣờng 61,0 m; dung tích chống lũ cho hạ du 0,45 tỷ m3
.
Hình 1-6: Bản đồ lƣu vực sông Đà
Hồ chứa Hòa Bình (trên sông Đà): Cao trình mực nƣớc dâng bình thƣờng 117,0 m;
mực nƣớc dâng gia cƣờng 122,0 m; dung tích chống lũ cho hạ du 2,9 tỷ m3
.
Hồ chứa Tuyên Quang (trên sông Gâm): Cao trình mực nƣớc dâng bình thƣờng
120,0 m; mực nƣớc dâng gia cƣờng 122,55 m; dung tích chống lũ cho hạ du 1,0 tỷ m3
.
Hồ chứa Sơn La (trên sông Đà): Cao trình mực nƣớc dâng bình thƣờng 215,0 m;
mực nƣớc dâng gia cƣờng 217,83 m; dung tích chống lũ cho hạ du (kết hợp với hồ
Hòa Bình) 7,0 tỷ m3
.
Hồ chứa Lai Châu (trên sông Đà): Cao trình mực nƣớc dâng bình thƣờng 295,0 m;
mực nƣớc lớn nhất thiết kế 297,0 m; không có nhiệm vụ phòng lũ hạ du.
Hệ thống hồ chứa trên dòng chính sông Hồng, chỉ có hồ chứa Lai Châu mới vận hành
02 tổ máy thuỷ điện cuối năm 2016 là không có nhiệm vụ phòng chống lũ cho hạ du,
04 hồ chứa Hoà Bình, Sơn La, Tuyên Quang và Thác Bà đều là các hồ chứa lợi dụng
tổng hợp với nhiệm vụ phòng chống lũ cho hạ du trong thời kỳ mùa lũ. Tổng dung tích

41. 29
chống lũ cho hạ du của bậc thang sông Đà là 7 tỷ m3
và hệ thống sông Lô, Gâm là
1,45 tỷ m3
. Với đặc tính giảm lũ trên, nếu xuất hiện lũ có chu kỳ lặp lại 500 năm tại
Sơn Tây thì có thể bảo đảm mực nƣớc tại Hà Nội không vƣợt quá 13,40 m. Tổng dung
tích chống lũ hạ du và công trình của hồ chứa Hòa Bình Sơn La là 10,26 tỷ m3
, nếu
tính thêm Bản Chát và hồ Lai Châu thì dung tích này là 10,7 tỷ m3
. Tổng dung tích
hiệu dụng tính đến mực nƣớc dâng bình thƣờng của các hồ chứa Hòa Bình, Sơn La,
Lai Châu, Bản Chát và Huổi Quảng là 14,672 tỷ m3
.
1.4.3 Nhiệm vụ chống lũ hạ du và nguyên tắc chung của chế độ vận hành chống lũ
hạ du
Quyết định 257/2016 QĐ-TTg của Thủ tƣớng chính phủ ban hành ngày 18 tháng 02
năm 2016 về việc phê duyệt quy hoạch phòng chống lũ và quy hoạch đê điều hệ thống
sông Hồng, sông Thái Bình quy định nhƣ sau:
- Tiêu chuẩn phòng, chống lũ giai đoạn đến năm 2030: Khu vực đô thị trung tâm
thành phố Hà Nội đảm bảo an toàn với lũ thiết kế có chu kỳ lặp lại 500 năm (tần suất
0,2%). Các khu vực còn lại của đồng bằng sông Hồng đảm bảo an toàn với lũ thiết kế
có chu kỳ lặp lại 300 năm (tần suất 0,33%).
- Thành phố Hà Nội đảm bảo an toàn với mực nƣớc lũ thiết kế trên sông Hồng là
13,4 m, ứng với lƣu lƣợng thiết kế là 20.000 m3
/s, các khu vực còn lại mức nƣớc an
toàn tại Hà Nội là 13,1 m khi xảy ra lũ 300 năm.
- Giải pháp điều tiết lũ tại các hồ chứa: dung tích chống lũ cho hạ du của các hồ
chứa Hồ Sơn La và hồ Hoà Bình trên sông Đà là 7,0 tỷ m3
; hồ chứa Tuyên Quang là
1,0 tỷ m3
; hồ chứa Thác Bà là 450 triệu m3
. Vận hành điều tiết liên hồ, đảm bảo lƣu
lƣợng lũ trên sông Hồng tại trạm thuỷ văn Sơn Tây nhỏ hơn hoặc bằng 28.000 m3
/s;
tại trạm thuỷ văn Hà Nội nhỏ hơn hay bằng 20.000 m3
/s và mực nƣớc Hà Nội không
vƣợt quá 13,4 m. Trƣờng hợp xảy ra sự cố nghiêm trọng đối với hệ thống đê điều hoặc
dự báo xảy ra trận lũ 500 năm xuất hiện một lần, nhƣng nhỏ hơn lũ thiết kế công trình
hồ Sơn La (lũ 10.000 năm xuất hiện một lần) đƣợc sử dụng một phần dung tích chống
lũ cho công trình để cắt lũ cho hạ du nhƣng phải đảm bảo an toàn cho công trình.

42. 30
Theo quyết định số 1622/QĐ-TTg của Thủ tƣớng chính phủ ngày 19 tháng 07 năm
2015 về việc ban hành quy trình vận hành liên hồ chứa trên lƣu vực sông Hồng
(QT1622) thì hồ chứa Hòa Bình và hồ chứa Sơn La, với sự hỗ trợ của các hồ chứa
Tuyên Quang và hồ chứa Thác Bà có khả năng chống lũ chu kỳ 300 năm cho đồng
bằng Bắc Bộ, đảm bảo mực nƣớc tại Hà Nội không vƣợt quá 13,1 m và chống lũ chu
kỳ 500 năm cho Hà Nội, đảm bảo mực nƣớc tại Hà Nội không vƣợt quá 13,4 m. Vào
mùa lũ, hồ chứa Tuyên Quang phải dành dung tích 0,5 tỉ m3
chống lũ cho thị xã Tuyên
Quang và 1 tỉ m3
để chống lũ cho đồng bằng Bắc Bộ. Hồ chứa Tuyên Quang đƣợc xây
dựng trên sông Gâm (nhỏ hơn sông Đà với dung tích phòng lũ ít hơn hồ Hòa Bình
khoảng 5 lần). Khác với hồ chứa Thác Bà là hồ điều tiết nhiều năm, gần nhƣ không
phải xả lũ, hồ chứa Tuyên Quang thƣờng xuyên phải cắt xả lũ hàng năm và nhƣ vậy
tham gia vào quá trình chống lũ thƣờng xuyên giống nhƣ hồ chứa Hòa Bình và hồ
chứa Sơn La.
Hệ thống hồ chứa thƣợng nguồn hiện tại gồm Sơn La, Hòa Bình trên sông Đà, Tuyên
Quang trên sông Gâm và Thác Bà trên sông Chảy có vai trò quan trọng trong công tác
phòng chống lũ cho đồng bằng sông Hồng và Thủ đô Hà Nội. Hệ thống hồ bậc thang
Sơn La và Hoà Bình nằm trên sông Đà đóng vai trò chính trong việc phòng chống lũ
hạ du, sau đến hồ Tuyên Quang, rồi đến hồ Thác Bà.
1.4.4 Tổng quan các nghiên cứu phục vụ vận hành hệ thống hồ chứa lưu vực sông
Hồng trong mùa lũ
Các nghiên cứu về chế độ vận hành và lập quy trình vận hành
1.4.4.1
Trong giai đoạn thiết kế kỹ thuật các hồ chứa Hòa Bình, Sơn La, Tuyên Quang và
Thác Bà, cơ quan lập thiết kế xác định các tham số thiết kế hồ chứa theo nhiệm vụ
chống lũ hạ du và chống lũ cho công trình, việc lập quy trình vận hành cắt lũ hạ du lại
do Cục phòng chống thiên tai đảm nhiệm. Bởi vậy, ngay sau khi công trình hồ chứa
Hòa Bình đƣợc khởi công thì quy trình vận hành chống lũ hạ du cũng đƣợc nghiên
cứu. Nhiệm vụ lập quy trình vận hành hồ chứa trƣớc đây do Bộ Nông Nghiệp và
PTNT đảm nhiệm, đã thực hiện đối với các hồ chứa Hòa Bình, Tuyên Quang và Thác
Bà. Khi xây dựng thêm hồ Sơn La thì nhiệm vụ này do Bộ Tài nguyên và Môi trƣờng
đảm nhiệm. Các nghiên cứu về lập quy trình vận hành liên hồ chứa trên sông Hồng