- TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN. - NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GEN VẬN HÀNH LIÊN HỒ CHỨA SÔNG BA MÙA LŨ. - LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC. - NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:. - Luận văn thạc sĩ khoa học “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ Gen vận hành liên hồ chứa sông Ba mùa lũ” hoàn thành tại Khoa Khí tượng – Thủy văn – Hải dương học thuộc trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội vào tháng 12 năm 2014, dưới sự hướng dẫn trực tiếp của PGS.TS. - Tác giả xin bầy tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các Thầy, Cô giáo Khoa Khí tượng Thủy văn Hải dương học đã giúp đỡ em trong quá trình học tập và nghiên cứu Luận văn. - Tổng quan về các phƣơng pháp vận hành hồ chứa. - 1.1.1.Phương pháp mô phỏng. - Phương pháp tối ưu hóa. - Nguyên cứu về giải bài toán tối ưu hóa bằng thuật toán di truyền (GA. - Tổng quan về các nghiên cứu vận hành liên hồ chứa sông Ba. - Điều kiện tự nhiên và kinh tế xã hội lƣu vực sông Ba. - CHƢƠNG II: CƠ SỞ L THU ẾT THUẬT TOÁN DI TRU ỀN GA. - Các kỹ thuật trong giải thuật di truyền GA [32. - Thuật toán di truyền GA trong Matlab. - 2.4.1.Giải thuật di truyền bằng command line. - Giải thuật di truyền sử dụng Genetic Algorithm Tool. - CHƢƠNG III: T I ƢU H A VẬN HÀNH LIÊN HỒ CHỨA SÔNG BA MÙA LŨ BẰNG THUẬT TOÁN DI TRU ỀN TRONG MÔI TRƢỜNG MATLAB. - Quy trình cắt lũ. - M ph ng phƣơng án vận hành liên hồ chứa s ng Ba m a lũ bằng m hình HEC – RESSIM. - Sử dụng Genetic Algorithm Tool để tối ƣu hóa vận hành liên hồ chứa s ng Ba m a lũ. - Giải thuật di truyền. - 1 Sơ đồ vị trí lưu vực sông Ba. - 2 Lưu vực sông Ba và hệ thống hồ chứa. - 1 Sơ đồ khối thuật toán di truyền. - 1 Sơ đồ hệ thống trong bài toán phòng lũ hạ du. - 2 Sơ đồ hệ thống 5 hồ chứa trên Sông Ba. - 3 Quá trình vận hành liên hồ chứa sông Ba với lũ năm 2009 cắt lũ theo PA 20. - 4 Genetic Algorithm Tool cho bài toán cắt lũ liên hồ chứa sông Ba. - 15 Quá trình vận hành hồ Ba Hạ với lũ năm 2009. - 16 Quá trình vận hành hồ Krông Hnăng với lũ năm 2009. - 17 Quá trình vận hành hồ Sông Hinh với lũ năm 2009. - 18 Quá trình vận hành hồ Ayun Hạ với lũ năm 2009. - 19 Quá trình vận hành hồ Kanak với lũ năm 2009. - 20 Quá trình lưu lượng tại Củng Sơn với lũ năm 2009. - 1 Thông số chính của bậc thang hồ chứa sông Ba. - 2 Lưu lượng cắt lũ theo 20 phương án tại 5 hồ chạy mô phỏng bằng mô hình Hec-ressim. - 3 Kết quả giải bài toán tối ưu hoá vận hành liên hồ chứa sông Ba bằng GA. - DP Quy hoạch động. - GA Thuật toán di truyền. - QTVH Quy trình vận hành. - Việt Nam là một quốc gia có địa hình rất đặc trưng với 9 hệ thống sông lớn cùng rất nhiều sông suối nhỏ trên khắp các vùng, miền, đây là nguồn cung cấp nước vô cùng phong phú. - Để khắc phục nhược điểm này các hồ chứa thủy điện, thủy lợi đã được xây dựng để điều tiết dòng chảy.. - Mỗi công trình được xây dựng đều nhằm phục vụ một hoặc một số mục đích cụ thể như phát điện, phòng lũ cho hạ lưu, cung cấp nước tưới,… Để nâng cao hiệu quả và tuổi thọ của các hồ chứa thủy điện thì mỗi hồ cần có một quy trình vận hành và đặc biệt là quy trình vận hành liên hồ chứa cho các hồ trên một lưu vực sông.. - Chính vì thế mà vai trò phòng lũ của 5 hồ chứa: Kanak, Ayun Hạ, Ba Hạ, Krông Hnăng, Sông Hinh trên lưu vực sông Ba là vô cùng quan trọng. - Các hồ chứa này có dung tích không lớn so với tổng lượng lũ nên khả năng cắt lũ hạn chế, do đó cần phải có một quy trình vận hành đảm bảo việc xả lũ an toàn cho hạ lưu và bản thân 5 hồ chứa.. - Với mong muốn xây dựng một quy trình vận hành hợp lý nhất cho 5 hồ chứa lưu vực sông Ba, Luận văn tập trung nghiên cứu sử dụng thuật toán di truyền giải bài toán tối ưu hóa quy trình vận hành liên hồ chứa sông Ba mùa lũ.. - Nghiên cứu ứng dụng thuật toán di truyền vận hành liên hồ chứa sông Ba mùa lũ, nhằm hạn chế tối đa ngập lụt cho khu vực hạ lưu.. - Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu. - Đối tượng: Thuật toán di truyền (GA). - Phạm vi nghiên cứu: Từ năm hồ chứa thuộc lưu vực sông Ba là: Kanak, Ayun Hạ, Ba Hạ, Krông Hnăng, Sông Hinh đến trạm thủy văn Củng Sơn.. - Phƣơng pháp nghiên cứu. - Phương pháp phân tích hệ thống;. - Phương pháp mô phỏng bằng mô hình toán;. - Thuật toán di truyền 5. - Chương II: Cơ sở lý thuyết thuật toán di truyền. - Chương III: Tối ưu hóa vận hành liên hồ chứa sông Ba mùa lũ bằng thuật toán di truyền trong môi trường Matlab.. - Điều hành hồ chứa là một phần quan trọng của quy hoạch và quản lý tài nguyên nước. - Quy trình vận hành hồ chứa xác định lượng xả tại một thời điểm nào đấy phụ thuộc vào trạng thái của hồ chứa, mức yêu cầu cấp nước và các thông tin về lượng dòng chảy có thể đến hồ chứa. - Với hồ chứa đa mục tiêu, ngoài ra còn yêu cầu phân phối lưu lượng xả cho các mục tiêu. - Hiện nay, có hai phương pháp cơ bản để nghiên cứu vận hành hồ chứa đó là phương pháp mô phỏng và phương pháp tối ưu hóa:. - Vì không có khả năng để thí nghiệm với hồ chứa thực, mô hình mô phỏng toán học được phát triển và sử dụng trong nghiên cứu. - Thí nghiệm có thể thực hiện bằng cách sử dụng các mô hình này để cung cấp cho sự hiểu biết sâu về bài toán. - 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 gói mục đích chung phức tạp hơn. - Theo Simonovic (1992) [29], các khái niệm vốn gắn các 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 biểu diễn chi tiết và hiện thực hơn hệ thống hồ chứa và 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 nhất định). - Thời gian yêu cầu để chuẩn bị đầu vào, chạy mô hình và các yêu cầu tính toán khác của mô phỏng là ít hơn nhiều so với mô hình tối ưu hoá. - Các kết quả mô phỏng sẽ dễ dàng thỏa hiệp trong trường hợp đa mục tiêu. - Số phần mềm máy tính đa mục tiêu phổ biến có sẵn có thể sử dụng để phân tích mối quan hệ quy hoạch, thiết kế và vận hành hồ chứa. - Bộ Công Thương (6/2009), Quy trình vận hành hồ chứa thủy điện sông Ba Hạ, Quyết định số 3024 /QĐ-BCT.. - Bộ Công Thương (13/8/2010), Quy trình vận hành hồ chứa thuỷ điện Krông H’năng.Quyết định số 2029 /QĐ-BCT.. - Bộ NN&PTNT (2004), Quy trình vận hành điều tiết hồ chứa nước Ayun Hạ tỉnh Gia Lai, Quyết định số 64/2004/ QĐ-BNN.. - Tối ưu đa mục tiêu sử dụng tài nguyên nước bằng thuật toán gien, Tạp chí Khí tượng Thuỷ văn, số 8(476), tr 12-15. - Nguyễn Văn Cư, (2003), Nghiên cứu luận cứ khoa học cho các giải pháp phòng tránh hạn chế hậu quả lũ lụt lưu vực sông Ba, Báo cáo tổng hợp đề tài độc lập cấp Nhà nước.. - Lê Hùng, Tô Thúy Nga (2013), Áp dụng mô hình HEC-RESSIM mô phỏng hệ thống hồ chứa thủy điện trên lưu vực Vu Gia – Thu Bồn, Tạp chí Khoa học kỹ thuật Thủy lợi và Môi trường, số 43 (12/2013).. - Nguyễn Hữu Khải, Lê Xuân Cầu (2009), Nghiên cứu xây dựng công nghệ điều hành hệ thống liên hồ chứa đảm bảo ngăn lũ, chậm lũ, an toàn vận hành hồ chứa và sử dụng hợp lý tài nguyên nước về mùa kiệt lưu vực sông Ba. - Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Nhà nước, Bộ NN và PTNT. - Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – ĐHQGHN.. - Nguyễn Hữu Khải, Lê Thị Huệ (2007), Điều tiết lũ hệ thống hồ chứa lưu vực sông Hương bằng mô hình HEC –RESSIM, Tạp chí KTTV số 11, tr 11-12. - Tô Trung Nghĩa, Lê Hùng Nam (2013), Xây dựng quy trình vận hành hệ thống hồ chứa Hòa Bình, Thác Bà, Tuyên Quang phục vụ cấp nước trong mùa khô cho hạ du lưu vực sông Hồng – Thái Bình, Viện Quy hoạch Thủy lợi.. - Trần Hồng Thái (2005) và Ngô Lê Long (2006), Bước đầu áp dụng thuật tối ưu hoá trong vận hành hồ Hoà Bình phòng chống lũ và phát điện.. - Thủ tướng Chính phủ (23/9/2010), Quy trình vận hành liên hồ chứa sông Ba, Quyết định 1757/QĐ-TTg.. - Quy trình vận hành liên hồ chứa sông Ba, Quyết định 10777/QĐ-TTg.. - Tổng Công ty Điện lực Việt Nam (23/8/2002), Quy trình vận hành hồ chứa thuỷ điện sông Hinh, Quyết định số 2775/QĐ-EVN-KTNĐ.. - Lê Kim Truyền, Nguyễn Văn Thắng (2003), Nghiên cứu cơ sở khoa học và kinh nghiệm thực tiễn về quản lý tổng hợp lưu vực sông Ba, Báo cáo tổng hợp đề tài cấp Bộ NN&PTNT.. - Viện quy hoạch thuỷ lợi.(2004). - Dự án quy hoạch tổng hợp và bảo vệ nguồn nước lưu vực sông Ba