Tài liệu đánh giá tác động của biến đổi khí hậu tới lũ thiết kế và khả năng phòng lũ hạ du các hồ chứa lưu vực sông vu gia – thu bồn

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn được thực hiện dựa trên các số liệu thu thập từ nguồn thực tế, đã được công bố, đăng tải trên các tạp chí, sách, báo chuyên ngành. Các kết quả nêu trong luận văn là trung thực, không sao chép bất kỳ một luận văn hoặc một đề tài nghiên cứu nào khác đã thực hiện trước đó. Tôi xin cam đoan, đây là công trình nghiên cứu độc lập của bản thân với sự giúp đỡ của giáo viên hướng dẫn. Mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đã được ghi rõ nguồn gốc. Hà Nội, ngày tháng 11 năm 2016 Học viên Ngô Mạnh Hà i LỜI CẢM ƠN Trong quá trình học tập và làm luận văn tốt nghiệp cao học, được sự giúp đỡ của các thầy, cô giáo Khoa Thuỷ văn – Tài nguyên nước, trường Đại học Thủy lợi, đặc biệt là TS. Ngô Lê An và PGS.TS. Ngô Lê Long, cùng sự nỗ lực của bản thân, đến nay tác giả đã hoàn thành luận văn thạc sỹ kỹ thuật, chuyên ngành Thủy văn học với đề tài “Đánh giá tác động của Biến đổi khí hậu tới lũ thiết kế và khả năng phòng lũ hạ du các hồ chứa lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn”. Do thời gian và kinh nghiệm còn hạn chế nên luận văn không tránh khỏi những thiếu sót, vì vậy rất mong nhận được sự góp ý của các thầy, cô và các đồng nghiệp. Tác giả bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS. Ngô Lê An và PGS.TS. Ngô Lê Long đã hướng dẫn, chỉ bảo tận tình và cung cấp các kiến thức khoa học cần thiết trong quá trình thực hiện luận văn. Xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo Khoa Thuỷ văn – Tài nguyên nước, phòng Đào tạo Đại học và sau Đại học trường Đại học Thủy Lợi đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tác giả hoàn thành tốt luận văn thạc sỹ của mình. Tác giả chân thành cảm ơn các đồng nghiệp và lãnh đạo Cục Quản lý tài nguyên nước đã tạo điều kiện, cung cấp các tài liệu liên quan và giúp đỡ tác giả hoàn thành luận văn. Tác giả xin chân thành cảm ơn các bạn bè và gia đình đã động viên, khích lệ tác giả trong quá trình học tập và thực hiện luận văn này. Hà Nội, ngày tháng năm 2016 Học viên Ngô Mạnh Hà ii MỤC LỤC MỤC LỤC HÌNH .........................................................................................................vi MỤC LỤC BẢNG...................................................................................................... viii MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1 1. Tính cấp thiết của Đề tài ............................................................................... 1 2. Mục tiêu nghiên cứu ...................................................................................... 1 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ................................................................. 2 4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu ................................................... 2 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ....................................3 1.1. Tổng quan tính toán lũ thiết kế có xét đến BĐKH .................................... 3 1.1.1. Các phương pháp tính lũ thiết kế ............................................................ 3 1.1.2. Tổng quan tính toán lũ thiết kế có xét đến biến đổi khí hậu ................... 5 1.1.2.1. Các nghiên cứu trên thế giới ................................................................ 5 1.1.2.2. Các nghiên cứu ở Việt Nam ................................................................. 7 1.2. Tổng quan nghiên cứu vận hành hồ chứa phòng lũ hạ du ......................... 9 1.2.1. Các nghiên cứu vận hành hồ chứa phòng lũ hạ du trên thế giới ............. 9 1.2.2. Các nghiên cứu vận hành hồ chứa phòng lũ hạ du ở Việt Nam ........... 13 1.3. Đề xuất những vấn đề nghiên cứu trong luận văn ................................... 15 CHƯƠNG 2: ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN VÀ TÌNH HÌNH LŨ LỤT VÙNG NGHIÊN CỨU .............................................................................................................16 2.1. Đặc điểm tự nhiên lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn ................................ 16 2.1.1. Vị trí địa lý ............................................................................................ 16 2.1.2. Đặc điểm địa hình ................................................................................. 16 2.1.3. Đặc điểm thảm phủ thực vật ................................................................. 17 2.2. Mạng lưới sông ngòi ................................................................................ 18 2.2.1. Sông Vu Gia .......................................................................................... 18 2.2.2. Sông Thu Bồn ....................................................................................... 19 2.3. Mạng lưới trạm quan trắc khí tượng, thủy văn trên lưu vực .................... 20 2.4. Tình hình mưa, lũ trên lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn.......................... 22 2.4.1. Tình hình mưa lũ ................................................................................... 22 iii 2.4.2. Đặc điểm dòng chảy lũ trên lưu vực ..................................................... 24 2.4.3. Khả năng xảy ra lũ lớn nhất trong năm trên lưu vực ............................ 26 2.4.4. Đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đến đặc trưng dòng chảy lũ ... 28 2.5. Hiện trạng hệ thống hồ chứa thủy điện trên lưu vực ................................ 29 CHƯƠNG 3: ĐÁNH GIÁ SỰ THAY ĐỔI LŨ THIẾT KẾ CÁC HỒ CHỨA TRÊN LƯU VỰC SÔNG VU GIA - THU BỒN DƯỚI TÁC ĐỘNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ............................................................................................................. 37 3.1. Lựa chọn kịch bản BĐKH ........................................................................ 37 3.1.1. Đặc điểm các mô hình mô phòng kịch bản biến đổi khí hậu ................ 37 3.1.2. Phân tích lựa chọn kịch bản biến đổi khí hậu ....................................... 38 3.2. Phân tích, đánh giá sự thay đổi lượng mưa tại các trạm trên lưu vực dưới tác động của BĐKH ........................................................................................ 40 3.2.1. Phương pháp tính toán, xác định lượng mưa tại các trạm theo các kịch bản BĐKH ....................................................................................................... 40 3.2.2. Kết quả tính toán, dự báo sự thay đổi lượng mưa tại các trạm theo các kịch bản BĐKH lựa chọn ................................................................................ 43 3.3. Phân tích, đánh giá thay đổi dòng chảy lũ thiết kế tại hồ A Vương dưới tác động của BĐKH ........................................................................................ 46 3.3.1. Xác định dòng chảy lũ thiết kế tại hồ A Vương.................................... 46 3.3.2. Xác định dòng chảy lũ thiết kế tại hồ A Vương theo các kịch bản BĐKH .............................................................................................................. 47 CHƯƠNG 4: ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ĐIỀU TIẾT LŨ VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP VẬN HÀNH HỆ THỐNG HỒ CHỨA KHI XÉT ĐẾN ẢNH HƯỞNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ........................................................................................ 51 4.1. Thiết lập bài toán vận hành liên hồ chứa kiểm soát lũ lưu vực sông Vu Gia-Thu Bồn .................................................................................................... 51 4.1.1. Phân tích lựa chọn các trận lũ điển hình ............................................... 51 4.1.2. Thiết lập bài toán vận hành liên hồ chứa kiểm soát lũ lưu vực sông Vu Gia-Thu Bồn .................................................................................................... 54 4.1.2.1.Nguyên tắc vận hành liên hồ chứa cắt giảm lũ lưu vực sông Vu GiaThu Bồn ........................................................................................................... 54 4.1.2.2.Thiết lập bộ công cụ mô hình toán phục vụ bài toán vận hành liên hồ chứa phòng lũ. ................................................................................................. 56 4.2. Đánh giá hiệu quả cắt giảm lũ hạ du của hồ A Vương ............................ 64 4.2.1. Đánh giá sự gia tăng mực nước hạ du theo sự biến đổi lưu lượng đến hồ A Vương .......................................................................................................... 65 iv 4.2.2. Hiệu quả cắt giảm lũ của hồ A Vương .................................................. 66 4.3. Đánh giá hiệu quả cắt giảm lũhạ du của hệ thống hồ chứa trên lưu vực sông Vu Gia-Thu Bồn ..................................................................................... 70 4.3.1. Tính toán với trận lũ năm 1998 (từ 18 ÷ 25/11) ................................... 72 4.3.2. Tính toán với trận lũ năm 2007 (từ 09 ÷ 17/11) ................................... 75 4.3.3. Tính toán với trận lũ năm 2009 (từ 28/9 ÷ 4/10) .................................. 76 4.4. Nghiên cứu điều chỉnh quy tắc vận hành hồ chứa A Vương trong trường hợp lũ đến hồ là lũ thiết kế, lũ thiết kế (có xét BĐKH) .................................. 79 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .....................................................................................87 1. Các kết quả đạt được ................................................................................... 87 2. Những tồn tại trong luận văn ...................................................................... 89 3. Những kiến nghị về hướng nghiên cứu tiếp theo ........................................ 89 TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................90 Tiếng Việt ........................................................................................................ 90 Tiếng Anh ........................................................................................................ 91 PHỤ LỤC .....................................................................................................................93 v MỤC LỤC HÌNH Hình 2.1. Phạm vi lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn ........................................... 18 Hình 2.2. Bản đồ mạng lưới trạm khí tượng thủy văn lưu vực Vu Gia - Thu Bồn ............................................................................................................................. 22 Hình 2.3. Xu thế biến đổi mưa 1,3,5,7 ngày max trạm Thành Mỹ (1979 - 2008) ............................................................................................................................. 23 Hình 2.4. Tổng hợp quá trình lũ chính vụ trạm Thành Mỹ ................................. 28 Hình 2.5. Thời gian xuất hiện lũ lớn nhất trạm Thành Mỹ ................................. 28 Hình 2.6. Sơ đồ vị trí trí các công trình thủy điện nằm trong Quy trình vận hành liên hồ chứa trên lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn ............................................. 36 Hình 3.1. Phạm vi mô hình HadGEM3-RA ........................................................ 39 Hình 3.2. Ô lưới mô hình khí hậu HadGEM3-RA cho vùng Việt Nam ............. 41 Hình 3.3. Các trạm khí tượng, thủy văn sử dụng để tính toán chi tiết hoá lượng mưa từ mô hình HadGEM3-RA .......................................................................... 42 Hình 3.4: Vị trí công trình thủy điện A Vương trên lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn....................................................................................................................... 46 Hình 3.5. Đường tần suất X1max trạm Hiên và Đà Nẵng kịch bản RCP4.5 và RCP8.5................................................................................................................. 48 Hình 4.1. Quá trình lũ đến hồ A Vương – mô hình lũ năm 1988 ....................... 53 Hình 4.2. Quá trình lũ đến hồ A Vương – mô hình lũ năm 2007 ....................... 53 Hình 4.3. Quá trình lũ đến hồ A Vương – mô hình lũ năm 2009 ....................... 54 Hình 4.4. Sơ đồ khối bài toán quy trình vận hành liên hồ chứa.......................... 56 Hình 4.5. Mạng mô hình thuỷ lực lưu vực sông Vu Gia-Thu Bồn ..................... 60 Hình 4.6.Sơ đồ quy trình hiệu chỉnh bộ thông số mô hình ................................. 60 Hình 4.7. Kết quả mô phỏng quá trình mực nước lũ tại trạm Thành Mỹ ........... 62 Hình 4.8. Kết quả mô phỏng quá trình mực nước lũ tại trạm Hội Khách........... 62 Hình 4.9. Kết quả mô phỏng quá trình mực nước lũ tại trạm Ái Nghĩa ............. 63 Hình 4.10. Kết quả mô phỏng quá trình mực nước lũ tại trạm Nông Sơn .......... 63 Hình 4.11. Kết quả mô phỏng quá trình mực nước lũ tại trạm Giao Thủy ......... 64 Hình 4.12. Quá trình mực nước tại Ái Nghĩa-điều tiết hồ A Vương (mô hình lũ thiết kế năm 1998) ............................................................................................... 66 Hình 4.13. Quá trình mực nước tại Ái Nghĩa-điều tiết hồ A Vương (mô hình lũ thiết kế có xét BĐKH năm 1998) ........................................................................ 67 vi Hình 4.14. Quá trình mực nước tại Ái Nghĩa-điều tiết hồ A Vương (mô hình lũ thiết kế năm 2007) ............................................................................................... 67 Hình 4.15. Quá trình mực nước tại Ái Nghĩa-điều tiết hồ A Vương (mô hình lũ thiết kế có xét BĐKH năm 2007) ........................................................................ 68 Hình 4.16. Quá trình mực nước tại Ái Nghĩa-điều tiết hồ A Vương (mô hình lũ thiết kế năm 2009) ............................................................................................... 68 Hình 4.17. Quá trình mực nước tại Ái Nghĩa-điều tiết hồ A Vương (mô hình lũ thiết kế có xét BĐKH năm 2009) ........................................................................ 69 Hình 4.18. Quá trình mực nước tại Ái Nghĩa-mô hình lũ thiết kế đến hồ A Vương năm 1998 ................................................................................................. 74 Hình 4.19. Quá trình mực nước tại Ái Nghĩa- mô hình lũ thiết kế đến hồ A Vương (có xét BĐKH) năm 1998 ....................................................................... 74 Hình 4.20. Quá trình mực nước tại Ái Nghĩa-mô hình lũ thiết kế đến hồ A Vương năm 2007 ................................................................................................. 75 Hình 4.21. Quá trình mực nước tại Ái Nghĩa- mô hình lũ thiết kế đến hồ A Vương (có xét BĐKH) năm 2007 ....................................................................... 76 Hình 4.22. Quá trình mực nước tại Ái Nghĩa-mô hình lũ thiết kế đến hồ A Vương năm 2009 ................................................................................................. 77 Hình 4.23. Quá trình mực nước tại Ái Nghĩa- mô hình lũ thiết kế đến hồ A Vương (có xét BĐKH) năm 2009 ....................................................................... 77 Hình 4.24.Điều tiết hồ A Vương trận lũ thiết kế (mô hình năm 1998) .............. 80 Hình 4.25.Điều tiết hồ A Vương trận lũ thiết kế có xét BĐKH (mô hình năm 1998) .................................................................................................................... 81 Hình 4.26.Điều tiết hồ A Vương trận lũ thiết kế (mô hình năm 2007) .............. 81 Hình 4.27.Điều tiết hồ A Vương trận lũ thiết kế có xét BĐKH (mô hình năm 2007) .................................................................................................................... 82 Hình 4.28.Điều tiết hồ A Vương trận lũ thiết kế (mô hình năm 2009) .............. 82 Hình 4.29. Điều tiết hồ A Vương trận lũ thiết kế có xét BĐKH (mô hình năm 2009) .................................................................................................................... 83 Hình 4.30.Quá trình mực nước tại Ái Nghĩa-năm 1998 ..................................... 83 Hình 4.31.Quá trình mực nước tại Ái Nghĩa-năm 1998 (tiếp)............................ 84 Hình 4.32.Quá trình mực nước tại Ái Nghĩa-năm 2007 ..................................... 84 Hình 4.33.Quá trình mực nước tại Ái Nghĩa-năm 2007 (tiếp)............................ 85 Hình 4.34.Quá trình mực nước tại Ái Nghĩa-năm 2009 ..................................... 85 Hình 4.35.Quá trình mực nước tại Ái Nghĩa-năm 2009 (tiếp)............................ 86 vii MỤC LỤC BẢNG Bảng 2.1. Đặc trưng hình thái sông chính vùng nghiên cứu ............................... 20 Bảng 2.2. Mạng lưới các trạm khí tượng và đo mưa trên lưu vực sông Vu Gia Thu Bồn ............................................................................................................... 20 Bảng 2.3. Mạng lưới các trạm thủy văn trên lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn .. 21 Bảng 2.4. Xu thế biến đổi lượng mưa 1, 3, 5, 7 ngày max các trạmtrên lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn (1979 - 2008)................................................................ 23 Bảng 2.5. Tần số xuất hiện lũ lớn nhất năm vào các tháng trong năm (Đơn vị: %)......................................................................................................................... 27 Bảng 2.6. Thông số kỹ thuật chủ yếu của các hồ chứa thủy điện nằm trong Quy trình vận hành liên hồ chứa trên lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn ..................... 34 Bảng 3.1. Đặc trưng của các kịch bản biến đổi khí hậu ...................................... 38 Bảng 3.2. Sự thay đổi lượng mưa 1 ngày lớn nhất so với thời kỳ nền theo Kịch bản RCP 4.5 (đơn vị: %) ..................................................................................... 44 Bảng 3.3. Sự thay đổi lượng mưa 1 ngày lớn nhất (%) so với thời kỳ nền theo Kịch bản RCP 8.5 ................................................................................................ 45 Bảng 3.4. Đường đơn vị cho tuyến đập A Vương .............................................. 47 Bảng 3.5. Mưa 1 ngày lớn nhất và lưu lượng đỉnh lũ thiết kế hồ A Vương ....... 47 Bảng 3.6. Lượng mưa ngày lớn nhất theo hiện trạng và Kịch Bản BĐKH (mm) ............................................................................................................................. 48 Bảng 3.7. So sánh lưu lượng đỉnh lũ thiết kế theo hiện trạng và các kịch bản BĐKH .................................................................................................................. 49 Bảng 4.1. Các năm lũ điển hình trên lưu vực sông Vu Gia-Thu Bồn ................. 52 Bảng 4.2. Kết quả hiệu chỉnh mô hình (trận lũ 31/10 ÷ 11/11/1999) ................. 61 Bảng 4.3. Kết quả hiệu chỉnh mô hình (trận lũ 27/10 - 7/11/1996) .................... 64 Bảng 4.4. Đặc trưng đỉnh lũ hồ A Vương và Ái Nghĩa ...................................... 66 Bảng 4.5. Dung tích điều tiết của các hồ ............................................................. 72 Bảng 4.6.Các đặc trưng trận lũ năm 1998 ........................................................... 73 Bảng 4.7.Các đặc trưng trận lũ năm 2007 ........................................................... 75 Bảng 4.8.Các đặc trưng trận lũ năm 2009 ........................................................... 76 Bảng 4.9. Tổng hợp lưu lượng xả lớn nhất hồ A Vương các phương án mô phỏng ................................................................................................................... 79 Bảng 4.10. Tổng hợp hiệu quả giảm mực nước trạm Ái Nghĩa theo các phương án ......................................................................................................................... 86 viii MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của Đề tài Lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn nằm ở khu vực Trung bộ Việt Nam, thuộc vùng kinh tế trọng điểm miền Trung, là nơi có nhiều di sản văn hóa được thế giới công nhận... Tuy nhiên, do đặc điểm của lưu vực, về mùa lũ dòng chảy ở thượng nguồn có tốc độ lớn, lũ tập trung nhanh đổ xuống đồng bằng, vùng đồng bằng sông có độ dốc bé, lòng nông, bờ sông thẳng, các cửa sông thường bị bồi và thắt hẹp dẫn đến khả năng thoát lũ kém, đại bộ phận dòng chảy lũ khi gần đến Ái Nghĩa và Giao Thủy đã chảy tràn bờ và gây ngập úng cho toàn bộ hạ lưu sông. Ngày 07 tháng 9 năm 2015 Thủ tướng Chính phủ đã ký Quyết định số 1537/QĐ-TTg về việc ban hành quy trình vận hành liên hồ chứa trên lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn. Trong đó quy định các hồ chứa ngoài nhiệm vụ phát điện còn phải đảm bảo an toàn công trình đối với các trận lũ kiểm tra tại tuyến công trình và góp phần giảm lũ hạ du. Dưới tác động của biến đổi khí hậu toàn cầu, lũ lụt ở các tỉnh Miền Trung nói chung và lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn nói riêng sẽ gia tăng cả về tần suất lẫn cường độ. Vì thế đề tài “Đánh giá tác động của Biến đổi khí hậu tới lũ thiết kế và khả năng phòng lũ hạ du các hồ chứa lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn” có tính cấp thiết và ý nghĩa thực tiễn sâu sắc trong việc đánh giá lại khả năng phòng lũ hạ du của các hồ chứa, làm cơ sở đưa ra các giải pháp vận hành hợp lý, phát huy hiệu quả giảm lũ của các hồ chứa phía thượng lưu, góp phần giảm thiểu thiệt hại do lũ gây ra đối với dân cư hạ du các hồ chứa. 2. Mục tiêu nghiên cứu - Nghiên cứu đề xuất được phương pháp tính toán lũ thiết kế hồ chứa có xét đến biến đổi khí hậu, đồng thời đánh giá lại khả năng phòng lũ hạ du của một số hồ chứa thượng nguồn lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn. - Đề xuất phương án vận hành hồ A Vương ứng với các trận lũ thiết kế và trận lũ thiết kế có xét đến biến đổi khí hậu, phối hợp với các hồ chứa Đak Mi 4, Sông Tranh 2, Sông Bung 4 giảm lũ hạ du lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn. 1 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Các hồ chứa lớn trên lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn tham gia cắt giảm lũ cho hạ du. - Về phạm vi nghiên cứu: lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn 4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu - Cách tiếp cận: + Tính toán lũ thiết kế một số hồ chứa lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn có xét đến biến đổi khí hậu. + Ứng dụng mô hình toán đánh giá vai trò của các hồ chứa trong việc giảm lũ hạ du lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn - Phương pháp nghiên cứu: + Phương pháp thống kê, xử lý số liệu: Thu thập và xử lý số liệu, các tài liệu liên quan cần thiết đến lĩnh vực nghiên cứu. + Phương pháp mô hình toán: Phân tích và lựa chọn các mô hình toán phù hợp để sử dụng trong phân chia vùng nghiên cứu, tính toán thủy văn thủy lực cho lưu vực sông Vu Gia - Thu Bồn. + Phương pháp kế thừa: Tham khảo và kế thừa các tài liệu, kết quả, các hồ sơ có báo cáo liên quan đến nội dung báo cáo đã được nghiên cứu trước đây của các tác giả, cơ quan và tổ chức. 2 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Tổng quan tính toán lũ thiết kế có xét đến BĐKH 1.1.1. Các phương pháp tính lũ thiết kế Lũ thiết kế được định nghĩa là đường quá trình lũ hay lưu lượng đỉnh lũ tức thời thu được dùng để thiết kế một công trình thuỷ lợi hoặc chỉnh trị sông sau khi đã xem xét các yếu tố chính trị, xã hội, kinh tế và thuỷ văn. Tính toán lũ thiết kế là một nội dung quan trọng trong thiết kế và thi công các công trình thủy nói chung trong đó có đập và hồ chứa, đê sông, đê biển. Kết quả tính toán lũ thiết kế sẽ quyết định quy mô công trình và các thông số thiết kế của công trình có liên quan đến an toàn vùng hạ du. Các đặc trưng lũ thiết kế được tính toán bao gồm lưu lượng đỉnh lũ Q max , tổng lượng lũ thiết kế W max và đường quá trình lũ thiết kế (Q~t) maxp . Các phương pháp tính toán lũ thiết kế có thể đưa ra dưới nhiều dạng khác nhau bao gồm: (a) các phương pháp thống kê, (b) các phương pháp tất định và (c) các phương pháp kết hợp cả 2 nhóm phương pháp trên. a) Phương pháp thống kê tính toán lũ thiết kế bằng cách khớp một phân bố tần suất lũ với các đỉnh lũ thực đo. Nếu chuỗi quan trắc lũ dài thì phương pháp này thường được sử dụng và được coi như là một “phương pháp chuẩn” trong việc tính toán tần suất lũ. Trong trường hợp không có chuỗi quan trắc lũ thì phân bố tần suất lũ có thể được lấy bằng cách sử dụng các phương pháp phân vùng mưa (lưu vực tương tự). Hạn chế lớn nhất của phương pháp thống kê này là cần phải có chuỗi số liệu lũ quan trắc dài đại biểu. Các sai số lớn có thể xảy ra khi các chuỗi đo ngắn và cần phải được ngoại suy để ước tính lũ có tần suất nhỏ. b) Các phương pháp tất định lựa chọn một trận mưa thiết kế từ đường IDF (cường độ, thời đoạn và tần suất) với thời đoạn xác định. Trận mưa này sẽ là đầu vào cho mô hình dòng chảy để tính đường quá trình lũ thiết kế. Thời khoảng của trận mưa bị thay đổi vì thế trận mưa nào cho đỉnh lũ lớn nhất thường được xem xét lựa chọn. Ưu điểm chính của cách tiếp cận này là dễ dàng thực hiện và xem xét được các quá trình của lưu vực. Các quá trình này chính là quá trình vật lý chuyển đổi từ mưa sang dòng chảy và nó dựa trên yếu tố sau: việc lựa chọn biểu đồ mưa thiết kế (hình dạng và thời khoảng), sự 3 tương tự giữa thời kỳ lặp lại mưa và dòng chảy và lựa chọn điều kiện ẩm của đất trước trận mưa. Phương pháp thường dùng nhất là sử dụng đường quá trình lũ đơn vị tính toán từ đường mưa hiệu quả thiết kế. Các đường lũ đơn vị thường dùng là đường đơn vị tổng hợp SCS, Snyder. Hoặc phương pháp khác là sử dụng các công thức kinh nghiệm trong trường hợp không có tài liệu đo dòng chảy, như ở Mỹ thì sử dụng công thức quan hệ Q = CIA để tính toán lưu lượng đỉnh lũ. c) Các cách tiếp cận khác là sự kết hợp giữa các phương pháp thống kê và phương pháp tất định. Eagleson (1972) đề xuất việc kết hợp giữa hàm mật độ xác suất mưa với hàm phản ứng lưu vực để thu được phân bố tần suất lũ. Do sự phát triển của khoa học máy tính, cách tiếp cận này được phát triển mạnh và giờ thường được ứng dụng bằng cách kết hợp giữa việc sinh chuỗi mưa ngẫu nhiên dài (sử dụng các mô hình sinh chuỗi ngẫu nhiên như Monte Carlo) với các mô hình liên tục mưa - dòng chảy để tạo ra chuỗi dòng chảy có thể dùng trong việc phân tích tần suất lũ. Trái ngược với phương pháp tính lũ thiết kế dựa trên lũ thực đo, phương pháp mô phỏng liên tục này có lợi thế là không cần phải giả thiết về thời kỳ lặp lại của lượng mưa thiết kế, thời đoạn và cường độ của nó cũng như độ ẩm kỳ trước của đất. Nhược điểm của phương pháp có thể là mất nhiều thời gian tính toán cũng như mô hình mưa khá phức tạp. Ngoài ra, một số quốc gia phát triển đang dùng đó là sử dụng lũ được gọi là lũ lớn nhất khả năng - lũ cực hạn (PMF) được định nghĩa là lũ lớn nhất xảy ra do sự kết hợp của các yếu tố khí tượng thuỷ văn cực đoan cho một vùng cụ thể, hay nói cách khác không có trận lũ nào lớn hơn trận lũ này có thể xảy ra ở vùng nghiên cứu. Phương pháp tính lũ PMF có thể tạm chia thành 2 dạng chính là phương pháp thống kê và phương pháp tất định. Phương pháp thống kê được tính toán dựa trên việc cực đại hoá các thông số gây mưa lũ bằng cách phân tích chuỗi thực đo trong quá khứ. Phương pháp tất định thường được sử dụng để tính toán lũ PMF thông qua lượng mưa lớn nhất khả năng PMP. Phương pháp này đòi hỏi rất nhiều tài liệu, số liệu liên quan về khí tượng và thuỷ văn. Đường quá trình lũ thiết kế là quá trình thủy văn đáp ứng tiêu chuẩn thiết kế để đảm bảo an toàn cho công trình. Tiêu chuẩn lũ thiết kế cho hồ chứa dựa trên việc tính toán 4 lũ cực hạn (PMF) hay lũ ứng với một tần suất nào đó. 1.1.2. Tổng quan tính toán lũ thiết kế có xét đến biến đổi khí hậu 1.1.2.1. Các nghiên cứu trên thế giới Lượng mưa và dòng chảy là hai yếu tố quan trọng hình thành nên dòng chảy lũ. Các dự án biến đổi khí hậu (IPCC, 2007) chỉ ra rằng biến đổi khí hậu làm thay đổi cả chế độ thủy văn ở nhiều vùng trên thế giới. Trong những năm gần đây, việc nghiên cứu sự thay đổi chế độ thủy văn trên toàn cầu, vùng hay khu vực dưới tác động của biến đổi khí hậu toàn cầu đang được sự quan tâm chú ý của rất nhiều nhà khoa học. R. Dankers, L. Feyen (2008) đã đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đến hiểm họa lũ ở châu Âu trong tương lai. Nghiên cứu đã sử dụng mô hình HIRHAM để mô phỏng khí hậu vùng với độ phân giải ngang 12 km làm đầu vào cho mô hình thủy văn LISFLOOD nhằm tính toán tần suất của các giá trị lưu lượng cực đoan. Kết quả cho thấy vào cuối thế kỷ này với kịch bản phác thải A2 các giá trị lưu lượng cực đoan ở nhiều sông suối Châu Âu sẽ tăng cả tần số lẫn độ lớn. Một số con sông đặc biệt là ở phía Tây và một phần của Đông Âu, các trận lũ ứng với độ lặp lại N=100 năm sẽ giảm xuống còn 50 năm. Ở Nauy, tính toán lại lũ thiết kế được yêu cầu phải cập nhật sau mỗi 15-20 năm để đảm bảo an toàn đập (OED, 2009). Tác động của BĐKH cũng được xem xét trong bài toán phân tích rủi ro do lũ. BĐKH bằng cách sử dụng phương pháp mưa – dòng chảy để phân tích. Kết quả biến đổi được chia thành các mức độ thay đổi 0%, 20%, 40%. Một số vùng của Na Uy được dự báo là có sự suy giảm về dòng chảy lũ, thì mức độ thay đổi được đề xuất là 0%. Một số vùng khác tính toán cho thấy lưu lượng đỉnh lũ thiết kế có thể gia tăng thêm 20-40%. Hyun-Han Kwon và cộng sự (2011) đã nghiên cứu đánh giá lại lũ thiết kế có xét đến biến đổi khí hậu. Nghiên cứu đã sử dụng mô hình đa biến ngẫu nhiên về trạng thái thời tiết như là một mô hình tần suất điều kiện nhằm mô phỏng lượng mưa. Một tiền đề quan trọng của nghiên cứu là các đặc trưng khí hậu thuộc vùng rộng lớn sẽ biến đổi liên tục từ năm này sang năm khác trong việc đánh giá tần suất mưa. Việc đánh giá tính bất định của biến đổi khí hậu là cần thiết để kiểm tra độ tin cậy của kết quả trong 5 nghiên cứu này. Nghiên cứu cũng áp dụng chuỗi Bayesian Markov để đánh giá độ ẩm đất trong mô hình mưa dòng chảy. Nghiên cứu đã ứng dụng tính toán thử nghiệm cho đập Soyang ở Hàn Quốc. D. Lawrence, L. P. Graham, J. den Besten (2012) đã đưa ra phương pháp tiếp cận đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đối với lũ thủy văn trong đó sử dụng một chuỗi liên kết các mô hình khác nhau. Bắt đầu từ việc phân tích biến đổi khí hậu dựa trên việc mô phỏng tỷ lệ lớn bằng việc sử dụng mô hình khí hậu toàn cầu (GCM). Để mô hình hóa cho tương lai, các GCM đã được chạy với các kịch bản phát thải tương ứng với các lựa chọn khác nhau về mức độ phát thải khí nhà kính do phát triển xã hội và công nghệ ở thế kỷ 21. Kết quả đầu ra của mô hình sẽ được downscale về các ô lưới có độ phân giải lớn hơn (ví dụ: 25 x 25 hoặc 55 x 55 km) bằng mô hình khí hậu khu vực (RCMS) trước khi phân tích tác động ở quy mô khu vực. Một số quốc gia khác ở Châu Âu như Thuỵ Điển, Hà Lan cũng xem xét tác động của BĐKH tới lũ thiết kế trong an toàn đập. Kết quả phân tích cho thấy, sẽ xuất hiện nhiều trận lũ cực trị hơn trong tương lai. Veijalainen và Vehvilainen (2008) cũng khảo sát tác động của BĐKH tới rủi ro cho đập ở Phần Lan. Lũ thiết kế được tính toán từ mưa thực đo trong 40 năm, và BĐKH không tác động nhiều tới lũ thiết kế cho Phần Lan. Graham và nnk (2007) khảo sát các tác động của BĐKH tới thuỷ văn ở vùng Bắc Âu sử dụng 15 mô hình khí hậu khác nhau. Kết quả cho thấy, nhìn chung dòng chảy trên sông tăng nhiều hơn, dòng chảy lũ sớm xuất hiện sớm hơn, và đồng thời cũng làm tăng tiềm năng thuỷ điện. Ở Đan Mạch, Thodzen (2007) cho thấy tác động của BĐKH ở 5 sông chính ở Đan Mạch cho giai đoạn 2071 – 2100 sử dụng mô hình mưa dòng chảy thì cho thấy lũ thiết kế 100 năm (ứng với tần suất 1%) có khả năng tăng thêm 11%. Ở Anh, nghiên cứu cho thấy lũ 50 năm có khả năng tăng thêm 50%, trong khi độ lặp lại lớn hơn. Key và nnk (2006) mô phỏng dòng chảy từ mô hình RCM HadRM3 cho thấy lưu lượng đỉnh lũ ở một số lưu vực phía nam và đông của nước Anh giảm, mặc dù lưu lượng lũ mùa đông có tăng thêm. Các lưu vực khác phía Bắc hoặc Tây thì lưu lượng đỉnh lũ lại gia tăng, một số trường hợp còn tăng nhiều. Lehner và nnk (2006) chỉ ra rằng một số vùng phía Nam và Đông Nam Châu Âu thì có sự gia tăng đáng kể về tần số lũ. Các trận lũ 100 năm có thể xuất hiện trong mỗi khoảng thời gian 10-50 năm vào 6 những năm 2070. Các kết quả nghiên cứu này cho thấy sự gia tăng đang kể về thời gian trong chế độ dòng chảy mùa lũ. 1.1.2.2. Các nghiên cứu ở Việt Nam Ở nước ta, nghiên cứu tính lũ thiết kế đã có từ năm 1903 -1904, bắt đầu từ công thức kinh nghiệm tính lũ xác định khẩu diện cống thoát lũ do Desbos, kỹ sư người pháp xây dựng. Sau năm 1954 đã có thêm nhiều công thức nửa kinh nghiệm của các nước Liên Xô (cũ), Trung Quốc và cả trong nước. Trừ công thức Desbos các công thức nửa kinh nghiệm thường cho kết quả đỉnh lũ cao song tổng lượng lũ thiết kế thì quá nhỏ do tính theo thời gian mưa hiệu quả. Điều này là nguyên nhân gây nên các hồ chứa bị vỡ ở Lạng Sơn (1968) và ở Nghệ An (1978). Sau năm 1975, lũ thiết kế ngoài tính toán theo công thức nửa kinh nghiệm, tổng lượng lũ được xác định theo tương quan đỉnh – lượng lũ ứng với thời khoảng và quá trình lũ tính toán theo số liệu thực đo. Các nhà khoa học thủy văn phần lớn sử dụng mô hình toán thủy văn tất định. Những nội dung tính toán lũ thiết kế cũng đã được hướng dẫn cụ thể trong các quy chuẩn, tiêu chuẩn, quy phạm và các tài liệu liên quan khác: QCVN 04-05: 2012/BNNPTNT; Quy phạm QP.TL.C-6-77. Tuy nhiên, quy chuẩn và tiêu chuẩn của Việt Nam có sự khác biệt so với các nước phát triển, Quy phạm tính toán đặc trưng thủy văn thiết kế QP.TL.C-6-77 được biên soạn từ năm 1977 có một số nội dung đã lạc hậu và chưa được bổ sung kịp thời cũng như thay đổi ký hiệu theo luật TC&QC. Bởi vậy, một số lưu ý khi tính toán lũ thiết kế cho các đập thiết kế mới và cả những đập cần nâng cấp sửa chữa: Tiêu chuẩn Việt Nam đã nhiều lần được chỉnh sửa, bổ sung và có sự khác biệt trong mỗi lần chỉnh sửa. Thường thì tiêu chuẩn thiết kế ở những lần ban hành sau thường cao hơn lần ban hành trước đó. Vì vậy, các công trình đập được xây dựng trước đó thường không đáp ứng tiêu chuẩn mới sau khi đập đã xây dựng. Theo tiêu chuẩn Việt Nam lũ thiết kế được chọn tương ứng với một tần suất nhất định phụ thuộc vào cấp và qui mô của công trình (công suất phát điện, khả năng cấp nước tưới, sinh hoạt, công nghiệp...) của công trình gọi là tấn suất thiết kế lũ. Tiêu chuẩn chống lũ do Nhà nước quy định tùy thuộc vào cấp của công trình. Đối với các công 7 trình quan trọng (hồ chứa Hoà Bình, hồ chứa Sơn La ...) sẽ có quy định riêng và chọn theo cấp đặc biệt. Do yêu cầu chống lũ cho các công trình ngày càng tăng nên ở nước ta tiêu chuẩn lũ quy định cũng thay đổi nhiều lần. Tiêu chuẩn thiết kế ở các nước phát triển thường cao hơn tiêu chuẩn của Việt Nam. Hiện nay, một số công trình lớn ở Việt Nam (Thuỷ điện Sơn La, thuỷ điện Hoà Bình, hồ Lai Châu....) đã tính toán lũ thiết kế lũ kiểm tra lấy bằng lũ PMF. Tiêu chuẩn mới nhất về tính toán lũ thiết kế là TCVN 9845:2013 do Tổng cục Đường bộ Việt Nam biên soạn, Bộ Giao thông Vận tải đề nghị, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng thẩm định, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố. TCVN 9845:2013 được xây dựng trên cơ sở tham khảo 22TCN220-95: Tính toán các đặc trưng dòng chảy lũ. Việc tính lưu lượng đỉnh lũ thiết kế, tùy theo diện tích lưu vực, có thể sử dụng một trong các công thức sau: Đối với lưu vực có diện tích nhỏ hơn 100 km2, tính theo công thức cường độ giới hạn; Đối với lưu vực có diện tích lớn hơn 100 km2, có thể tính theo công thức triết giảm. Hiện nay, ở Việt Nam có rất nhiều phương pháp tính toán lũ thiết kế được ứng dụng cho các hồ chứa. Về cơ bản, việc lựa chọn các phương pháp này phụ thuộc vào mức độ tài liệu đo đạc sẵn có. Nếu hồ chứa có chuỗi đo dòng chảy lũ trong thời kỳ dài, lũ thiết kế sẽ được tính toán trực tiếp từ chuỗi đo dòng chảy này. Nếu chuỗi số liệu đo đạc ngắn hoặc không có thì phương pháp tính chủ yếu dựa trên chuỗi quan trắc mưa lớn nhất thời đoạn sinh lũ hoặc tính toán dựa trên các lưu vực tương tự. Vì thế, có thể nói số liệu đầu vào trong bài toán tính toán lũ là mưa, các yếu tố khí tượng khác có mức độ ảnh hưởng ít hơn và thường không sử dụng trong bài toán tính lũ thiết kế. Trong bối cảnh biến đổi khí hậu sẽ làm thay đổi lượng mưa dẫn đến giá trị lũ thiết kế sẽ bị thay đổi. Để xác định lũ thiết kế hồ chứa xét trong điều kiện biến đổi khí hậu, ở Việt Nam đã sử dụng một số các phương pháp chính để xây dựng các kịch bản BĐKH cho một số các khu vực nhỏ: - Sử dụng trực tiếp kết quả từ mô hình toàn cầu; - Phương pháp Downscaling thống kê; 8 - Phương pháp nhân tố địa phương với phần mềm được sử dụng là MAGICC/SCENGEN của NCAR/ Hoa Kỳ và CRU/Anh phối hợp phát triển; - Ứng dụng mô hình khí hậu động lực cho khu vực, chẳng hạn như RegCM của NCAR/Hoa Kỳ và PRECIS của Trung tâm khí hậu toàn cầu Hadley, Anh. 1.2. Tổng quan nghiên cứu vận hành hồ chứa phòng lũ hạ du Các nghiên cứu về lũ trên thế giới cho thấy “quản lý lũ” (Flood management) thay vì “kiểm soát lũ” (Flood control) là hết sức cần thiết nhưng cũng gặp nhiều thách thức và đòi hỏi phải có cách tiếp cận đa chiều, đa tầng và đa lĩnh vực mà ở đó sự tham gia, chia sẻ kiến thức của tất cả các nhóm xã hội là chìa khóa dẫn tới thành công. Một trong những công cụ hữu hiệu là việc xây dựng các hồ chứa thượng nguồn nhằm cắt giảm lũ cho hạ du. 1.2.1. Các nghiên cứu vận hành hồ chứa phòng lũ hạ du trên thế giới Vận hành hồ chứa là một trong những vấn đề được chú ý nghiên cứu nhiều nhất trong lịch sử hàng trăm năm của công tác quy hoạch, quản lý hệ thống nguồn nước. Nghiên cứu vận hành quản lý hệ thống hồ chứa luôn phát triển cùng thời gian nhằm phục vụ các yêu cầu phát triển của xã hội. Mặc dù đã đạt được những tiến bộ vượt bậc nhưng cho đến thời điểm hiện tại vẫn chưa có một lời giải chung cho mọi hệ thống mà tùy đặc thù của từng hệ thống sẽ có các lời giải phù hợp. Có thể tóm tắt các phương pháp xây dựng quy trình vận hành hệ thống hồ chứa thành 03 nhóm chính: mô phỏng, tối ưu, kết hợp giữa mô phỏng và tối ưu. - Phương pháp mô phỏng: Mô hình mô phỏng kết hợp với điều hành hồ chứa bao gồm tính toán cân bằng nước của đầu vào, đầu ra hồ chứa và biến đổi lượng trữ. Kỹ thuật mô phỏng đã cung cấp cầu nối từ các công cụ giải tích trước đây cho phân tích hệ thống hồ chứa đến các tập hợp mục đích chung phức tạp. Theo Simonovic, các khái niệm về mô phỏng là dễ hiểu và thân thiện hơn các khái niệm mô hình hoá khác. 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 (chẳng hạn đáp ứng chi tiết của các hồ và kênh riêng biệt hoặc hiệu quả của các hiện tượng theo thời gian khác nhau). Thời gian yêu cầu để chuẩn bị đầu vào, chạy mô hình và các yêu cầu tính toán khác của mô phỏng là 9 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. Hầu hết các phần mềm mô phỏng có thể chạy trong máy vi tính cá nhân đang sử dụng rộng rãi hiện nay. Hơn nữa, ngay sau khi số liệu yêu cầu cho phần mềm được chuẩn bị, nó dễ dàng chuyển đổi cho nhau và do đó các kết quả của các thiết kế, quyết định điều hành, thiết kế lựa chọn khác nhau có thể được đánh giá nhanh chóng. Có lẽ một trong số các mô hình mô phỏng hệ thống hồ chứa phổ biến rộng rãi nhất là mô hình HEC-5, phát triển bởi Trung tâm kỹ thuật thủy văn Hoa Kỳ. Một trong những mô hình mô phỏng nổi tiếng khác là mô hình Acres, tổng hợp dòng chảy và điều tiết hồ chứa (SSARR), mô phỏng hệ thống sóng tương tác (IRIS). Gói phần mềm phân tích quyền lợi các hộ sử dụng nước (WRAP). Mặc dù có sẵn một số các mô hình tổng quát, vẫn cần thiết phải phát triển các mô hình mô phỏng cho một (hệ thống) hồ chứa cụ thể vì mỗi hệ thống hồ chứa có những đặc điểm riêng. - Phương pháp tối ưu: Kỹ thuật tối ưu hoá bằng quy hoạch tuyến tính (LP) và quy hoạch động (DP) đã được sử dụng rộng rãi trong quy hoạch và quản lý tài nguyên nước. Nhiều công trình nghiên cứu áp dụng kỹ thuật hệ thống cho bài toán tài nguyên nước Yeh (1985), Simonovic (1992) và Wurbs (1993). Young (1967) lần đầu tiên đề xuất sử dụng phương pháp hồi quy tuyến tính để xây dựng quy tắc vận hành chung từ kết quả tối ưu hoá. Phương pháp mà ông đã dùng được gọi là “quy hoạch động (DP) Monte-Carlo”. Về cơ bản phương pháp của ông dùng kỹ thuật Monte-Carlo tạo ra một số chuỗi dòng chảy nhân tạo. Quy trình tối ưu thu được của mỗi chuỗi dòng chảy nhân tạo sau đó được sử dụng trong phân tích hồi quy để cố gắng xác định nhân tố ảnh hưởng đến chiến thuật tối ưu. Các kết quả là một xấp xỉ tốt của quy trình tối ưu thực. Một mô hình quy hoạch để thiết kế hệ thống kiểm soát lũ hồ chứa đa mục tiêu đã được phát triển bởi Windsor (1975). Karamouz và Houck (1987) đã đề ra quy tắc vận hành chung khi sử dụng quy hoạch động (DP) và hồi quy (DPR). Mô hình DPR sử dụng hồi quy tuyến tính nhiều biến đã được Bhaskar và Whilach (1980) gợi ý. Một phương pháp khác xác định quy trình điều hành một hệ thống nhiều hồ chứa khác là quy hoạch động bất định (Stochastic Dynamic Programing – SDP). Phương pháp này yêu cầu mô tả rõ xác suất của dòng chảy đến và tổn thất. Phương pháp này được Butcher (1971), Louks và nnk (1981) và nhiều người khác sử dụng. Mô hình tối ưu hoá thường được sử dụng trong nghiên cứu điều hành hồ chứa sử dụng dòng chảy dự báo như đầu vào. 10 Datta và Bunget (1984) đề xuất một quy trình điều hành hạn ngắn cho hồ chứa đa mục tiêu từ một mô hình tối ưu hoá với mục tiêu cực tiểu hoá tổn thất hạn ngắn. Nghiên cứu chỉ ra rằng khi có một sự đánh đổi giữa một đơn vị lượng trữ và một đơn vị lượng xả từ các giá trị đích tương ứng thì phép giải tối ưu hoá phụ thuộc vào dòng chảy tương lai bất định cũng như dạng hàm tổn thất. Áp dụng mô hình tối ưu 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 tương lai bất định, sự bất lực để xác định và lượng hóa tất cả các mục tiêu và mối tương tác giữa nhà phân tích với người sử dụng. Một phương pháp khác đang được sử dụng hiện nay để giải thích tính ngẫu nhiên của đầu vào là logic mờ. Lý thuyết tập mờ đã được Zadeth (1965) giới thiệu. Nhiều phần mềm vận hành tối ưu hệ thống hồ chứa đã được xây dựng, tuy nhiên khả năng giải quyết các bài toán thực tế vẫn còn hạn chế. Các phần mềm tối ưu hiện nay nói chung vẫn chỉ đưa ra lời giải cho những điều kiện đã biết mà không đưa ra được các nguyên tắc vận hành hữu ích. Phần lớn các phần mềm vận hành hồ chứa được kết nối với mô hình diễn toán lũ dựa trên mô hình Muskingum hay sóng động học như các phần mềm thương mại MODSIM, RiverWare, CalSIM. Điều này rất hạn chế cho việc điều hành chống lũ và không áp dụng được cho lưu vực có ảnh hưởng của thủy triều hay nước vật. Các nghiên cứu mới nhất gần đây về điều hành chống lũ cũng chỉ được áp dụng cho hệ thống một hồ. - Phương pháp kết hợp: Theo Wurb (1993), trong tổng quan về các nhóm mô hình chính sử dụng trong thiết lập quy trình vận hành hệ thống hồ chứa đã tổng kết “Mặc dù, tối ưu hóa và mô phỏng là hai hướng tiếp cận mô hình hóa khác nhau về đặc tính, nhưng sự phân biệt rõ ràng giữa hai hướng này là khó vì hầu hết các mô hình, xét về mức độ nào đó đều chứa các thành phần của hai hướng tiếp cận trên”. Wurb cũng đề cập đến nhóm Quy hoạch mạng lưới dòng (Network Flow Programming) như là một kết hợp hoàn thiện của hai hướng tiếp cận tối ưu và mô phỏng. Trong các quy trình tối ưu phục vụ bài toán liên hồ chứa (Labadie, 2004) thì cả hai nhóm quy hoạch ẩn bất định (Implicit stochastic optimization) và quy hoạch hiện bất định (Explicit stochastic optimization) đều cần có mô hình mô phỏng để kiểm tra các quy trình tối ưu được thiết lập. 11 Tại khu vực châu Á, các nghiên cứu về các biện pháp chống lũ và điều hành hệ thống đa hồ chứa chống lũ được phát triển mạnh mẽ ở Trung Quốc trong những năm gần đây. Năm 2004, Chung-Tian Cheng, K.W. Chau đã xây dựng chương trình điều khiển lũ hệ thống hồ chứa ở Trung Quốc. Sau đợt lũ năm 1995 ở lưu vực sông Liaohe và lũ lụt năm 1998 ở sông Dương Tử, chính quyền từ trung ương đến địa phương Trung Quốc đã nhận ra rằng các hoạt động kiểm soát lũ các hồ chứa có thể đóng một vai trò quan trọng trong việc giảm thiệt hại lũ lụt nhưng hiện còn tồn tại một số vấn đề trong quản lý kiểm soát lũ cho các hồ chứa. Hầu hết các hệ thống quản lý lũ lụt hiện có kiểm soát của hồ chứa đã được thành lập cho các mục đích đặc biệt và thiếu chia sẻ dữ liệu, thông tin liên lạc với chính phủ, điều đó rất khó khăn cho việc ra quyết định. Năm 2006, Xiang-Yang Li, K.W. Chau, Chun-Tian Cheng, Y.S. Li sử dụng hệ thống cảnh báo trên Web cho vùng Shuangpai ở Trung Quốc (WFFS). Dự báo lũ truyền thống và vận hành các hồ chứa ở Trung Quốc trên cơ sở tính toán thủy văn thông qua chương trình tính trên máy tính. WFFS mang lại ý nghĩa thuận tiện hơn cho người dự báo lũ và điều khiển, cho phép phân bố thời gian thực trong phạm vi rộng, cảnh báo lũ tại các vị trí khác nhau theo không gian và thời gian. Năm 2008, Chih-Chiang Wei, Nien-Sheng Hsu đã trình bày thủ tục mô phỏng vận hành thời gian thực để xác định lượng xả hồ chứa trong mùa lũ bằng mô hình thủy văn và mô hình vận hành hồ chứa. Trong mô hình vận hành hồ chứa nghiên cứu so sánh 2 quỹ đạo vận hành điều khiển lũ cho hệ thống hồ chứa đa mục đích. Ý tưởng sử dụng của phương pháp này nhận được từ chương trình HEC 5 được phát triển bởi US Army Corps of Engineers. Thủ tục mô phỏng này đã được áp dụng cho hệ thống lưu vực sông Tanshui Đài Loan, sử dụng bước thời gian dự báo 6 giờ. So sánh các kết quả đạt được từ hai quỹ đạo biểu thị rằng trong xác định lượng xả thực từ hồ chứa thông qua hệ thống lũ dự phòng để minimum lượng lũ xả. Năm 2012, Wan Xin-yu, Zhong Ping-an, Chen Xuan, Dai Li, Jia Ben-you đã mô phỏng tính toán quá trình lũ trong hệ thống điều khiển lũ lớn, bao gồm nhiều dự án điều khiển lũ khác nhau, như đê bao, hồ chứa chậm lũ. Bằng cách ứng dụng tiếp cận phân tích hệ thống. Nghiên cứu này phân tích hệ thống điều khiển lũ phức tạp vào 12