7.4. Mô phỏng hồ chứa
7.4.1 Các nguyên tắc điều tiết
Mục đích của các nguyên tắc điều tiết (các chính sách) cho các hệ thống tài nguyên nước là để xác định cách quản lý dòng chảy trong toàn hệ thống.
Các nguyên tắc này được xác định để đạt được các dòng chảy hệ thống cần thiết và các nhu cầu của hệ thống, theo cách cực đại hóa các mục tiêu nghiên cứu, hay nói cách khác là để thu được lợi ích tối đa. Các nhu cầu hệ thống có thể được diễn tả như là lưu lượng nhỏ nhất mong muốn và lưu lượng nhỏ nhất cần thiết cần có ở các vị trí đã chọn trong hệ thống. Các quy tắc điều tiết có thể được thiết kế để thay đổi theo mùa tương ứng với các nhu cầu nước theo mùa và bản chất ngẫu nhiên của lượng nước đến. Các quy tắc điều tiết thường
được thiết lập cho một tháng cơ sở, dựa trên các trạng thái hiện tại của hệ thống nó quy định nước sẽ được điều tiết như thế nào trong tháng sau đó (hoặc các tháng sau đó).
H×nh 7.3.1
Các đường cong năng lượng -- thời gian của sông Little Weiser.
Trong vận hành hồ chứa, các hàm lợi ích được sử dụng nên chỉ ra các thiếu hụt gây nên các hệ quả rất bất lợi khi dòng thặng dư chỉ có thể tăng cường các lợi ích ở mức độ vừa phải.
Trong thực tế người ta thường định nghĩa các quy tắc điều tiết hồ chứa dưới dạng dòng chảy bền vững nhỏ nhất hoặc giá trị mục tiêu. Nếu nguồn cung cấp nước tới tất cả các điểm là những ràng buộc tối thiểu phải có thì khi xảy ra hạn hán, có thể sẽ không đáp ứng được tất cả các nhu cầu.
Lượng trữ của hồ chứa thường được chia thành các dung tích khác nhau, như đã trình bày trong hình 7.1.1. Các đường quá trình điều tiết chỉ ra biên của lượng trữ của các dung tích khác nhau (xem hình 7.4.1) trong một năm.
Trong giai đoạn phát triển các đường quá trình điều tiết cho một nghiên cứu hồ chứa đa mục đích cần phải biết trước rằng liệu có xảy ra xung đột hay không khi hồ chứa phục vụ nhiều mục đích khác nhau. Khi một số hồ chứa phục vụ cho cùng một mục đích, cần xây dựng các đường quá trình điều tiết cho hệ thống.
Điều cốt yếu là các quy tắc điều tiết được thiết lập với các thông tin sẽ có ở thời điểm ra các quyết định vận hành. Nếu các dự báo được sử dụng trong điều tiết, thì độ tin cậy cần được tính đến trong việc thiết lập các quy tắc điều tiết.
Cũng tương tự như vậy, tất cả các yếu tố vật lý, pháp luật và các ràng buộc khác cũng nên được xem xét trong việc thiết lập và đánh giá các quy tắc điều tiết. Hơn nữa, nếu có thể được thì các yếu tố bất định của đường quá trình điều tiết, các thay đổi về điều kiện vật lý và pháp luật cũng nên được kết hợp trong việc xây dựng các đường quá trình điều tiết.
Các đường quá trình điều tiết được phát triển để định hướng xem chính sách vận hành nào được sử dụng tại một hồ chứa hoặc đập nước. Các quyết
định vận hành sẽ dựa trên trạng thái hiện tại của hệ thống và thời gian trong năm vốn liên quan đến sự thay đổi theo mùa của các dòng chảy đến hồ. Một
đường quá trình điều tiết đơn giản có thể chỉ rõ lưu lượng xả của thời khoảng tiếp theo chỉ dựa trên duy nhất mực nước hồ chứa trong tháng hiện tại. Một
đường quá trình điều tiết phức tạp hơn có thể xét lượng trữ của các hồ chứa khác, cụ thể hơn là tại các điểm điều khiển dưới hạ lưu, và có thể cho một dự báo về các dòng chảy đến hồ chứa có thể có trong tương lai.
Ba phương pháp cơ bản đã được sử dụng trong các giai đoạn lập kế hạch, thiết kế và vận hành của các hệ thống hồ chứa: (a) các phương pháp đơn giản hóa ví dụ như phân tích không tuần tự; (b) phân tích mô phỏng; và (c) phân tích tối ưu. Các phương pháp đơn giản thường được sử dụng để phân tích các hệ thống gồm một hồ chứa đơn mục đích và sử dụng số liệu có duy nhất một thời khoảng lưu lượng tới hạn. Các mô hình mô phỏng có thể giải quyết các hệ thống có cấu hình phức tạp hơn và có thể duy trì đầy đủ hơn các đặc điểm ngẫu nhiên, biến động của các hệ
Bảng 7.3.1
Diễn toán dòng chảy để xác định năng lượng bền vững dựa trên dòng chảy tháng tại sông Little Weiser gần Indian Valley, Idaho (1966-1970)
t (th)
(1)
STt (AF)
(2)
QFt (AF/th)
(3)
PPt (AF/th)
(4)
EVt (AF/th)
(5)
Rt (AF/th)
(6)
ˆt
R
(AF/th) (7)
STt+1 (AF) (8)
ht
(ft) (9)
ERt (kWh)
(10) 1 8840,0 742,0 3,0 270,0 2000,0 0,0 7315,0 91,1 130528,0 2 7315,0 1060,0 5,0 275,0 2000,0 0,0 61050, 90,1 129200,0 3 6105,0 1000,0 5,0 280,0 3000,0 0,0 4830,0 80,5 115327,0 4 4830,0 1500,0 10,0 350,0 2000,0 0,0 3990,0 70,7 101337,0 5 3990,0 1080,0 30,0 470,0 2000,0 0,0 2630,0 60,6 86784,0 6 2630,0 6460,0 50,0 450,0 2000,0 0,0 6690,0 73,0 104644,0 7 6690,0 10000,0 100,0 300,0 2000,0 5550,0 8840,0 92,7 501777,0 8 8840,0 13080,0 150,0 350,0 2000,0 10880,0 8840,0 95,3 879414,0 9 8840,0 4910,0 70,0 370,0 2000,0 2610,0 8840,0 92,5 305498,0 10 8840,0 981,0 10,0 330,0 2000,0 0,0 7501,0 91,1 130619,0 11 7501,0 283,0 2,0 300,0 2000,0 0,0 5486,0 89,9 128900,0 12 5486,0 322,0 3,0 290,0 2000,0 0,0 3521,0 71,6 102573,0 13 3521,0 404,0 3,0 270,0 2000,0 0,0 1658,0 53,9 77253,0 14 1658,0 787,0 5,0 275,0 2000,0 0,0 1750, 38,5 55120,0 15 175,0 2100,0 5,0 280,0 2000,0 0,0 0,0 30,8 44153,**
16 0,0 4410,0 10,0 350,0 2000,0 0,0 2070,0 39,6 56755,0 17 2070,0 2750,0 30,0 470,0 2000,0 0,0 2380,0 50,5 72430,0 18 2380,0 3370,0 50,0 450,0 2000,0 0,0 3350,0 56,4 80897,0 19 3350,0 5170,0 100,0 300,0 2000,0 0,0 6220,0 74,2 106298,0 20 6220,0 19680,0 150,0 350,0 2000,0 14860,0 8840,0 95,7 1156728,0 21 8840,0 19630,0 70,0 370,0 2000,0 173300, 8840,0 97,5 1350089,0 22 8840,0 35900, 10,0 330,0 2000,0 1270,0 8840,0 92,0 215634,0 23 8840,0 710,0 2,0 330,0 2000,0 0,0 7252,0 91,1 130498,0 24 7252,0 518,0 3,0 290,0 2000,0 0,0 5483,0 88,8 127233,0
26 4140,0 1020,0 5,0 275,0 2000,0 0,0 2890,0 62,4 89496,0 27 2890,0 8740, 5,0 280,0 2000,0 0,0 1489,0 50,2 71961,0 28 1489,0 1020,0 10,0 350,0 2000,0 0,0 169,0 37,7 53962,0 29 169,0 8640,0 30,0 470,0 2000,0 0,0 6369,0 60,2 86242,0
Bảng 7.3.1 tiếp theo t
(th) (1)
STt
(AF) (2)
QFt
(AF/th) (3)
PPt
(AF/th) (4)
EVt
(AF/th) (5)
Rt
(AF/th) (6)
ˆt
R
(AF/th) (7)
STt+1
(AF) (8)
ht
(ft) (9)
ERt
(kWh) (10) 30 6369,0 6370,0 50,0 450,0 2000,0 1499,0 8840,0 91,3 228829,0 31 8840,0 6720,0 100,0 300,0 2000, 4420,0 8840,0 93,1 428267,0 32 8840,0 13290,0 150,0 350,0 2000,0 11090,0 8840,0 95,4 894420,0 33 8840,0 9290,0 70,0 370,0 2000,0 6990,0 8840,0 94,0 605319,0 34 8840,0 1540,0 10,0 330,0 2000,0 0,0 8060,0 91,3 130890,0 35 8060,0 915,0 2,0 300,0 2000,0 0,0 6677,0 90,6 129839,0 36 6677,0 506,0 3,0 290,0 2000,0 0,0 4896,0 83,4 1195470, 37 4896,0 886,0 3,0 270,0 2000,0 0,0 3515,0 68,8 98631,0 38 3515,0 3040,0 5,0 275,0 2000,0 0,0 4285,0 66,0 94590,0 39 4285,0 2990,0 5,0 280,0 2000,0 0,0 5000,0 72,9 104412,0 40 5000,0 8170,0 10,0 350,0 2000,0 1990,0 8840,0 91,0 260089,0 41 8840,0 2800,0 30,0 470,0 2000,0 360,0 8840,0 91,7 155104,0 42 8840,0 4590,0 50,0 450,0 2000,0 2190,0 8840,0 92,3 277238,0 43 8840,0 21960,0 100,0 300,0 2000,0 19660,0 8840,0 98,3 1525085,0 44 8840,0 30790,0 150,0 350,0 2000,0 28590,0 8840,0 101,3 2220204,0 45 8840,0 14320,0 70,0 370,0 2000,0 12020,0 8840,0 95,7 961132,0 46 8840,0 2370,0 10,0 330,0 2000,0 50,0 8840,0 91,6 134576,0 47 8840,0 7090, 2,0 300,0 2000,0 0,0 7251,0 91,1 130497,0 48 7251,0 528,0 3,0 290,0 2000,0 0,0 5492,0 88,8 127286,0 49 5492,0 859,0 3,0 270,0 2000,0 0,0 4084,0 74,2 106337,0 50 4084,0 779,0 5,0 2750, 2000,0 0,0 2593,0 60,8 87161, 0 51 2593,0 1250,0 5,0 2800, 2000,0 0,0 1568,0 49,2 70519,0 52 1568,0 11750,0 10,0 350,0 2000,0 2138,0 8840,0 87,9 260658,0 53 8840,0 5410,0 30,0 470,0 2000,0 2970,0 8840,0 92,6 329789,0 54 8840,0 5560,0 50,0 450,0 2000,0 3160,0 8840,0 92,7 342635,0 55 8840,0 5610,0 100,0 300,0 2000,0 3310,0 8840,0 92,7 352789,0 56 8840,0 24330,0 150,0 350,0 2000,0 22130,0 8840,0 99,2 1713476,0 57 8840,0 32870,0 70,0 370,0 2000,0 30570,0 8840,0 102,0 2379577,0 58 8840,0 7280,0 10,0 330,0 2000,0 4960,0 8840,0 93,3 465202,0 59 8840,0 1150,0 2,0 300,0 2000,0 0,0 7692,0 91,2 130711,0 60 7692,0 916,0 3,0 290,0 2000,0 0,0 6321,0 90,4 129488,0
thống hồ chứa. Thường thì người ta không chú ý tìm kiếm các tối ưu khác trong thiết kế và lập kế hoạch khi đã sử dụng các mô hình mô phỏng.Việc tìm kiếm một tối ưu khác phụ thuộc vào khả năng của nhà thiết kế trong việc vận dụng các biến thiết kế và các chính sách điều tiết theo một phương pháp có hiệu quả. ở đây có thể không có sự đảm bảo là sẽ tìm được một tổng thể — tối
ưu khác. Các mô hình tối ưu có thể có nhiều giả thiết và phép tính xấp xỉ hơn các mô hình mô phỏng, mà lý do là để đơn giản hoá hơn các mô hình toán học.