Thay đổi quy trình vận hành các hồ chứa thủy điện

Quy trình vận hành hồ chứa thủy điện mùa mưa lũ

Xây dựng quy trình vận hành hồ chứa thủy điện trong mùa mưa lũ là sự lựa chọn phương án vận hành tối ưu vừa giảm lượng dòng chảy trong mùa lũ để đảm bảo an toàn cho hệ thống công trình và hạ du khi xảy ra lũ tại tuyến công trình, vừa đáp ứng nhu cầu phát điện qua các tổ máy và vừa đảm bảo yêu cầu tích nước trong hồ theo nhiệm vụ đặt ra.

Dựa vào các tài liệu thông tin đã thu thập có liên quan đến hồ chứa như: Dữ liệu thủy văn: Lưu lượng dòng chảy, mưa, độ ngập lụt theo lịch sử; dữ liệu khí tượng, đặc biệt là lượng mưa và bão; Thông số kỹ thuật của hồ chứa: dung tích, diện tích lưu vực, cao độ mực nước dâng bình thường và mực nước dâng tối đa... Và các mục tiêu vận hành công trình của hồ chứa thủy điện như: Đảm bảo an toàn cho công trình giữ mức nước trong hồ dưới mức tối đa cho phép; Giảm thiểu ngập lụt, điều tiết lũ nhằm hạn chế thiệt hại cho khu vực hạ du và sản xuất điện hiệu quả; Điều tiết hợp lý để duy trì sản lượng điện trong phạm vi cho phép.

Từ các thông tin đó sẽ mô hình hóa quá trình vận hành bằng mô hình toán học, mô phỏng sử dụng các mô hình thủy văn, thủy lực để mô phỏng các kịch bản mưa lũ và tính toán các phương án điều tiết nước dựa trên phân tích các kịch bản, dự báo các trường hợp xấu nhất và xem xét ảnh hưởng của từng phương án điều tiết.

Từ đó, sẽ xây dựng được quy trình vận hành theo các quy định mực nước cụ thể, mực nước giới hạn tại các thời điểm khác nhau trong mùa lũ; các kế hoạch xả lũ về thời điểm, lưu lượng xả lũ phù hợp với tình hình thủy văn và dự báo thời tiết và đề xuất, chỉ thị ứng phó khẩn cấp trong các kịch bản, trường hợp bất lợi nhất.

Toàn cảnh hồ thủy điện Thác Bà. Ảnh: Đức Hoàng

Trong quá trình vận hành hồ chứa thủy điện sẽ luôn phải xem xét đánh giá và cập nhật; liên tục theo dõi sự thay đổi của hồ chứa và kiến nghị điều chỉnh quy trình, cập nhật các phương án điều tiết mới khi có thay đổi về các yếu tố khí tượng thủy văn, thông số công trình, vai trò, nhiệm vụ, hay các đặc tính khác của hồ thay đổi.

Trong giai đoạn hiện tại, việc xây dựng quy trình vận hành hồ cần ứng dụng các công nghệ và kỹ thuật hiện đại trong việc quan trắc, dự báo bằng radar thời tiết, mô hình số để có thông tin kịp thời về mưa và lũ. Xây dụng hệ thống quản lý vận hành thông minh: Sử dụng phần mềm và hệ thống tự động hóa để hỗ trợ việc theo dõi và điều hành hồ chứa, giảm thiểu sự can thiệp thủ công và tăng độ chính xác trong điều tiết nước. Ứng dụng trí tuệ nhân tạo (AI) sử dụng các mô hình học máy để phân tích dữ liệu lịch sử và dự đoán các kịch bản mưa lũ, giúp cải thiện khả năng điều hành hồ chứa trong các tình huống phức tạp.

Việc xây dựng quy trình vận hành hồ chứa thủy điện trong mùa mưa lũ cần tuân thủ các quy định pháp lý của quốc gia và địa phương, đồng thời phải dựa trên các yếu tố thực tế của công trình cũng như đặc điểm thủy văn của khu vực.

Trong nội dung cơ bản nghiên cứu xây dựng quy trình bao gồm tính toán khí tượng, thủy văn, các đặc trưng thiết kế về mưa, dòng chảy lũ của hồ chứa. Xác định và đánh giá nhu cầu sử dụng nước của hệ thống công trình, bao gồm cấp nước cho nông nghiệp, sinh hoạt, công nghiệp, phát điện. Tính toán cân bằng nước, điều tiết nước, xác định lượng nước trữ, lượng nước sử dụng, lượng nước thiếu cần bổ sung và lượng nước thừa cần xả. Xây dựng biểu đồ điều phối cấp nước của hồ chứa - điều tiết mô hình lũ theo lũ thiết kế, điều tiết vận hành cửa van.

Trong quy trình vận hành hồ chứa trong mùa lũ có quy định về mực nước trước lũ lũ, đón lũ. Nguyên tắc vận hành hồ trong mùa lũ như hồ chứa tham gia cắt/giảm lũ cho hạ du, phát điện. Vận hành hồ chứa bảo đảm an toàn cho công trình, tích nước cuối mùa lũ.

Đánh giá quy trình vận hành

Quy trình vận hành hồ chứa, hồ thủy điện hiện nay được xây dựng theo tiêu chuẩn ngành 14TCN 121/2002 và quy định về lập và ban hành quy trình vận hành điều tiết hồ chứa.

Theo đó, tiêu chuẩn hướng dẫn chi tiết các yêu cầu số liệu đầu vào từ khí tượng thủy văn, nhu cầu dùng nước của các ngành, các lĩnh vực, các thông số thiết kế qua hồ, đường đặc trưng Z-W-S (cao trình hồ, dung tích, diện tích mặt thoáng) từ đó xây dựng đưa ra biểu đồ điều phối cho mỗi hồ như minh họa ở hình 1.

Nếu chỉ quan tâm đến phòng lũ, xả hết nước trước bão, mưa không về, nước hồ không đủ tích đầy để phục vụ cả mùa khô năm kế tiếp sẽ làm ảnh hưởng đến diện tích cây trồng tưới phụ thuộc vào nước hồ này, thiệt hại này có thể thấy trước đối với các hồ thủy lợi.

Khu vực miền Trung vào các năm hạn vẫn thường phản ánh các hồ cạn trơ đáy, đến nước cho trâu, bò uống còn chẳng đủ. Tương tự, xả hết nước trước bão, mưa không về, nước hồ không đủ tích đầy để phục vụ cả mùa khô năm kế tiếp sẽ không có đủ nước để phát điện thì nguồn thu lợi từ việc xây dựng hồ lấy ở đâu ra? Thiếu điện ảnh hưởng đến các ngành kinh tế khác tính như thế nào?

Dự báo dài hạn cả mùa: Hiện nay, chưa đủ chính xác để có thể vận hành hoàn hảo. Một thí dụ là năm 2009 các hồ chứa ở miền Trung xả nước để khoảng trống lớn để sẵn sàng đón lũ cuối mùa mưa bão, thường vào tháng 10-11. Tuy nhiên, năm đó không có mưa bão lớn và mùa mưa chấm dứt sớm, các hồ chứa bị thiếu nước phát điện cho mùa khô năm sau.

Rút kinh nghiệm năm 2009, trong năm 2010 lại chứa nước khá đầy vào cuối tháng 9 thì lại gặp những đợt mưa lớn vào tháng 10 nên phải xả lũ để giữ an toàn cho đập, gây ra hiện tượng lũ chồng lũ ở các thị trấn hạ lưu. Tất nhiên, các tình huống này không mong muốn, nhưng dự báo đúng dài hạn cả mùa hay nhiều tháng để quản lý tốt cũng vẫn còn là vấn đề nan giải.

Đánh giá thiệt hại: Thông thường cho rằng nếu hồ chứa thiếu nước mùa khô thì phát điện ít đi và thiệt hại chỉ là số tiền bán điện bị kém đi. Tuy nhiên, thực ra số điện thiếu hụt sẽ ảnh hưởng đến sản xuất và sinh hoạt trong mùa khô, và như vậy cả nền kinh tế và xã hội, cho nên cần phải cân nhắc tính toán cân bằng chung như thế nào là có lợi nhất. Nếu nguồn cung năng lượng dồi dào và có thể bù đắp dễ dàng cho thiếu hụt vì các hồ chứa làm nhiệm vụ chống lũ thì rất dễ quyết định, còn ngược lại thì là bài toán phức tạp phải cân nhắc. Khi mùa khô thiếu điện, người ta chỉ kêu không đủ cung chứ không nhớ các hy sinh của hồ chứa vì nhiệm vụ chống lũ.

Quy trách nhiệm: Thiệt hại do thiếu nước phát điện có thể định lượng rõ ràng và tính ra thành tiền để quy trách nhiệm cho giám đốc quản lý hồ chứa, nhưng hiệu quả chống lũ như chứa được bao nhiêu m3, giảm thiệt hại được bao nhiêu cho hạ lưu thì không tính thành tiền chính xác được, nên khó so sánh để chứng minh hiệu quả của việc bỏ nhiệm vụ này làm nhiệm vụ khác.

Vì vậy, vấn đề quan trọng là cần tăng cường dự báo, cảnh báo chính xác hơn khả năng nước đến hồ trong từng trường hợp để có thể vận hành hợp lý hồ, nâng cao hiệu quả của hồ chứ không phải đơn giản là “xả nước trước bão” .

Các vấn đề tồn tại

Hình 1 biểu đồ điều phối hồ chứa nước cho chúng ta thấy :

- Đường phòng phá hoại (1): giới hạn trên vùng cấp nước bình thường của hồ chứa nước.

- Đường hạn chế cấp nước (2): giới hạn dưới vùng cấp nước bình thường của hồ chứa nước.

- Đường phòng lũ (3): giới hạn cao nhất để phòng chống lũ, đảm bảo an toàn cho hồ chứa nước và vùng hạ du.

- Vùng A: vùng hạn chế cấp nước

- Vùng B: vùng cấp nước bình thường

- Vùng C: vùng cấp nước gia cường

- Vùng D: vùng xả lũ bình thường

- Vùng E: vùng xả lũ bất bình thường

Các công trình được thiết kế và xây dựng đã lâu, chưa tính đến ảnh hưởng gia tăng trong điều kiện biến đổi khí hậu, siêu bão, mưa cực đại.

Mực nước ở vùng C: lưu lượng cấp nước thấp hơn so với thiết kế, hồ giữ ở mực nước cao làm mất đi dung tích có thể trữ lũ trong trường hợp lũ bất thường, lũ lớn đến sớm hơn thiết kế. Nếu mực nước cao, không có nhu cầu cấp tưới thì bắt buộc xả tràn để tăng dung tích phòng lũ thích ứng với biến đổi khí hậu.

Mực nước ở vùng D: vùng xả lũ bình thường, lưu lượng đến bằng lưu lượng xả, hồ giữ ở mực nước nằm dưới đường phòng phá hoại. Trong một số trường hợp, nếu dự báo sớm được nguồn nước đến vượt quá thiết kế có thể gây nước dâng đến mực nước gia cường có thể khai thác xả lũ sớm góp phần hạn chế thiệt hại lũ cho hạ lưu và gia tăng mức độ an toàn cho hồ chứa chưa được khai thác triệt để.

Mực nước ở vùng E: lưu lượng đến lớn hơn lưu lượng xả trong khi hồ đã đầy nước làm mực nước dâng cao ở mức gia cường, gặp lũ vượt thiết kế có thể gây nguy hại đến công trình và hạ lưu.

Cơ sở hạ tầng, phát triển kinh tế xã hội phía hạ du công trình đã thay đổi, đòi hỏi yêu cầu phòng lũ hạ du cao hơn so với thiết kế ban đầu của hệ thống công trình hồ.

Các hệ thống công nghệ thông tin, quan trắc, dự báo nước đến, mưa, bão, ảnh vệ tinh, ngày càng hiện đại, cập nhật, tin cậy hơn cho phép điều vận hành trực tiếp hệ thống công trình hiệu quả hơn so với vận hành theo qui trình qui định cứng nhắc.

Nhà dân ở khu vực xả lũ hồ thủy điện Thác Bà bị ngập nước ngày 12/09 vừa qua. Ảnh: Đức Hoàng

Kiến nghị thay đổi

Rà soát lại cơ sở tính toán các quy trình vận hành khi chuỗi số liệu thống kê và tần suất thay đổi do xảy ra những sự kiện lịch sử như bão Yagi vừa qua.

Thông thường các hồ chứa được tính phòng lũ với kịch bản lũ cực hạn, hay còn gọi là lũ PMF – (Probable Maximum Flood) tức là trường hợp bất lợi nhất có thể xảy ra, bao gồm cả điều kiện dung tích hồ thời điểm đó, lượng nước về hồ và thực trạng ngập lụt sẵn có ở hạ du.

Trận mưa lũ do bão Yagi vừa qua có một số đặc điểm về lượng mưa, diện mưa, cường suất mưa và sự đồng pha, xảy ra lũ đồng thời trên nhiều sông, ở cả thượng và hạ lưu, do vậy cũng cần xem xét thêm các kịch bản PMF tổ hợp nhiều yếu tố cực đoan hơn do biến đổi khí hậu so với quy định hiện hành.

Với các hồ chứa mới cần có thiết kế gia tăng dung tích phòng lũ và với các hồ chứa đã có, có thể nâng cấp công trình nếu có gia tăng dung tích phòng lũ cần có đầu tư của Chính phủ cho phần dung tích này.

Mực nước ở vùng C: trường hợp lưu lượng cấp nước thấp hơn so với thiết kế, không có nhu cầu cấp tưới thì bắt buộc xả tràn để tăng dung tích phòng lũ thích ứng với biến đổi khí hậu.

Mực nước ở vùng D: nếu dự báo sớm được nguồn nước đến vượt quá thiết kế có thể gây nước dâng đến mực nước gia cường có thể khai thác xả lũ sớm góp phần hạn chế thiệt hại lũ cho hạ lưu và gia tăng mức độ an toàn cho hồ chứa, giảm thiểu nguy cơ mực nước hồ có thể dâng lên vùng E. Yêu cầu các chủ hồ có ứng dụng công nghệ thông tin trong dự báo, cảnh báo xả nước phòng lũ khai thác tối ưu dung tích hồ để phòng lũ cho hạ du.

Nghiên cứu trước các kịch bản khi mực nước ở vùng E có thể phá đập phụ, đánh giá thiệt hại, phương án di dân an toàn, tránh bị động như hồ thủy điện Thác Bà vừa qua.

Lưu ý: Về nguyên lý quy trình vận hành điều tiết các hồ chứa thủy điện trong mùa mưa lũ tuy vẫn ổn nhưng thực tế yêu cầu hiện nay có thay đổi, đặc biệt do biến đổi khí hậu, thời tiết cực đoan, cần cập nhật thay đổi cho phù hợp với thực tế. Cần ứng dụng công nghệ thông tin, chứ không vận dụng cứng nhắc theo biểu đồ điều phối.

Lời kết

Để đánh giá toàn diện về bão Yagi và các vấn đề liên quan, việc xem xét kỹ lưỡng từ dự báo của Tổng cục Khí tượng Thủy văn đến quá trình điều hành là điều thiết yếu. Cần thiết phải nâng cao chất lượng dự báo, bảo đảm rằng thông tin đến tay người dân một cách kịp thời và chính xác, giúp họ có thể chủ động ứng phó với thiên tai.

Đối với việc di dân ở các khu vực có nguy cơ ngập lụt, sử dụng các bản đồ ngập lụt chi tiết, kết hợp với công nghệ thông tin, sẽ giúp cảnh báo đến từng hộ dân. Điều này không chỉ nâng cao nhận thức mà còn giảm thiểu thiệt hại do thiên tai gây ra.

Hơn nữa, việc quản lý an toàn đê điều cần được chú trọng, không chỉ ở cấp địa phương mà còn từ Trung ương. Các bài học quý giá từ bão Yagi về lũ, lũ quét và sạt lở đất phải được tích hợp vào quy hoạch phòng chống thiên tai và cập nhật sửa lại quy trình vận hành các hồ chứa thủy điện, qua đó cải thiện khả năng quản trị rủi ro thiên tai. Những giải pháp này không chỉ giúp tăng cường khả năng ứng phó mà còn tạo dựng một cộng đồng “resilient” hơn trước những thách thức do thiên nhiên mang lại.

TS. Tô Văn Trường - Chuyên gia độc lập về tài nguyên nước và môi trường

Tô Văn Trường