Luận án Nghiên cứu chế độ vận hành thích nghi hồ chứa nước cửa đạt trong mùa kiệt phục vụ phát triển kinh tế - xã hội tỉnh Thanh Hóa

 vừa có tính 
tương quan vừa có ý nghĩa thực tiễn. NCS chọn yếu tố độ mặn lớn nhất trong ngày trung 
bình thời kỳ quan trắc (Smax_ngày_tb) và lưu lượng trung bình cả đợt quan trắc (Qtb) 
để phân tích đánh giá ảnh hưởng của hồ Cửa Đạt (thông qua Q tại Xuân Khánh trên sông 
Chu) đối với xâm nhập mặn hạ lưu sông Mã. 
Có 2 điểm đáng chú ý: 
[1] Năm 2010 là năm kiệt nhất trong các thời kỳ quan trắc độ mặn nên có độ mặn tại 
Giảng lớn đột biến Smax = 3,2 %o. Do hạn hán lịch sử nên mực nước trên sông 
trong mùa cạn 2010 không ngừng hạ thấp và ở mức thấp hơn so với trung bình 
nhiều năm cùng kỳ từ 0.23 – 0.94 m. Đặc biệt, mùa cạn năm 2010 mực nước 
trung bình và nhỏ nhất các tháng đều ở mức thấp nhất so với cùng kỳ trong lịch 
sử. Hiện tượng thời tiết và thủy văn trong những tháng đầu năm 2010 có nhiều 
biểu hiện bất thường so với quy luật chung: nền nhiệt độ cao, lượng mưa thiếu 
hụt, mực nước trên các sông suối, hồ đập xuống thấp (một số nơi thấp nhất trong 
61 
lịch sử) làm cho triều mặn xâm nhập sâu vào trong sông một cách đột biến. Do 
đó khi phân tích tương quan, trị số mặn của 2010 bật ra khỏi xu thế xung, nên đề 
nghị bỏ giá trị này. 
[2] Đối với biên triều: độ mặn thu thập được từ 2007 – 2015, được đo đạc hàng năm 
vào thời kỳ kiệt nhất trong năm, đó là tháng III hàng năm và đo trọn trong một 
chù kỳ triều, nên tính trung bình thời kỳ quan trắc sẽ có trị số mực nước triều 
trung bình Ztb = 0, như Hình 2.14 dưới đây. Hình 2.14 cũng cho thấy mực nước 
triều trung bình của các trạm Quảng Châu, Nguyệt Viên, Hàm Rồng và Giàng 
không khác nhau nhiều, chỉ những trị số Zmax và Zmin là có sự chênh lệch giữa 
các trạm. 
Hình 2. 14: Quá trình 1 chu kỳ triều trong thời gian quan trắc từ ngày 10-22/III/2015 
Qua phân tích tương quan, có thể rút ra một số kết luận sau: 
- So sánh tương quan độ mặn tại Giàng với Q Xuân Khánh (sông Chu) và Q Sét 
Thôn (sông Mã) thì độ mặn tại trạm Giàng phụ thuộc nhiều hơn vào lưu lượng 
nhánh sông Chu, thể hiện cụ thể như Hình 2.15 và Hình 2.16. Quan hệ tương 
quan có dạng hàm mũ, và hệ số tương quan đối với Xuân Khánh là R = 0,64 trong 
khi đối với Sét Thôn là 0,5. Nếu tính tổng lưu lượng cả 2 trạm Xuân Khánh và 
Sét Thôn thì R = 0,73 như Hình 2.17. 
62 
Đối với quan hệ giữa Smax tại Giàng và Q tại Xuân Khánh có thể chấp nhận được, 
đặc biệt là đối với cấp lưu lượng > 20 m3/s thì quan hệ càng chặt chẽ hơn (Hình 
2.15). 
Smax_ngày_tb(Giàng) = 3,1397 x Qtb(Xuân Khánh)-0,616 
- Hệ số tương quan giữa Q Xuân Khánh với Smax tại Hàm Rồng và Nguyệt Viên 
(trung bình thời kỳ quan trắc) lần lượt là 0,85 và 0,82, xem Hình 2.18 và Hình 
2.19. Các quan hệ này tương đối chặt chẽ, và có thể sử dụng để phân tích các khả 
năng đẩy mặn của Q nhánh sông Chu thông qua lượng xả hồ Cửa Đạt xuống 
Xuân Khánh. 
Smax_ngày_tb(Hàm Rồng) = 16,445 x Qtb(Xuân Khánh)-0,4 
Smax_ngày_tb(Nguyệt Viên) = 21,982 x Qtb(Xuân Khánh)-0,326 
Hình 2. 15: Tương quan lưu lượng Xuân Khánh và độ mặn lớn nhất tại Giàng (tính 
trung bình thời kỳ quan trắc vào tháng III hàng năm từ 2007-2015) 
63 
Hình 2. 16: Tương quan giữa lưu lượng Sét Thôn và độ mặn lớn nhất tại Giàng (tính 
trung bình thời kỳ quan trắc vào tháng III hàng năm từ 2007-2015) 
Hình 2. 17: Tương quan giữa tổng lưu lượng Xuân Khánh + Sét Thônvà độ mặn lớn 
nhất tại Giàng (tính trung bình thời kỳ quan trắc vào tháng III hàng năm từ 2007-
2015) 
64 
Hình 2. 18: Tương quan giữa lưu lượng Xuân Khánh và độ mặn lớn nhất tại Hàm 
Rồng (tính trung bình thời kỳ quan trắc vào tháng III hàng năm từ 2007-2015) 
Hình 2. 19: Tương quan giữa lưu lượng Xuân Khánh và độ mặn lớn nhất tại Nguyệt 
Viên (tính trung bình thời kỳ quan trắc vào tháng III hàng năm từ 2007-2015) 
2.2.3.2 Đánh giá hiệu quả đẩy mặn của hồ chứa Cửa Đạt 
Hình 2.20 đã mô tả diễn biến mặn dọc sông Mã từ cửa sông (Cửa Hới) ngược lên phía 
hạ lưu đến trạm thủy văn Giàng. Đây là tài liệu thực đo trong thời gian kiệt nhất hàng 
65 
năm từ 2007 đến 2015, đo hoàn chỉnh một con triều trong tháng III hàng năm. Hình vẽ 
thể hiện các nêm mặn rất rõ ràng từ cửa sông vào sâu trong lục địa ứng với từng thời kỳ 
quan trắc khác nhau qua các năm với biến lưu lượng đo được tại Xuân Khánh từ 7 m3/s 
đến 84 m3/s. 
Các nêm mặn thể hiện 2 vùng rõ rệt: vùng trên là các năm từ 2007 đến 2010 khi hồ Cửa 
Đạt chưa vận hành nên mặn vào sâu hơn, đặc biệt xâm nhập mặn qua trạm Giàng với độ 
mặn đạt 3,2%o; vùng dưới là các năm từ 2011 đến 2015, khi có sự điều tiết của hồ Cửa 
Đạt làm cho các nêm mặn hạ thấp, đặc biệt là năm 2015 độ mặn giảm rõ rệt. 
Các nêm mặn khi biến đổi từ cửa sông vào lục địa, đến khu vực Hàm Rồng độ mặn có 
xu thế tăng cao hơn và giảm dần cho đến Giàng, đây là do tác động của thủy triều từ 
sông Lạch Trường dâng lên đẩy vào sông Mã. Trong 9 năm quan trắc thì tại Giàng hầu 
hết đều có độ mặn < 1%o, trừ năm 2010 nêm mặn dâng cao lịch sử do Q ở Xuân Khánh 
và Sét Thôn đều cùng thấp kỷ lục 75,4 m3/s (xem Hình 2.20). Do đó từ Giảng trở lên có 
lấy nước cho sinh hoạt, nông nghiệp và các nhu cầu phát triển kinh tế khác kể cả trong 
thời kỳ kiệt tháng III hàng năm. 
Từ khu vực Hàm Rồng trở ra vùng cửa sông, độ mặn hầu hết là > 4%o, đặc biệt khu vực 
Nguyệt Viên độ mặn > 6%o, nơi đây có trạm bơm tưới cho khu vực Hoằng Hóa. Như 
vậy để lấy nước tưới cho nông nghiệp từ khu vực Hàm Rồng xuống đến dưới khu vực 
Nguyệt Viên cần phải có sự hỗ trợ của hồ Cửa Đạt, Hủa Na và các hồ chứa lớn khác 
thượng nguồn sông Mã như Trung Sơn, Hồi Xuân, Bá Thước I, Bá Thước IINêm mặn 
2015 là một điển hình hạ thấp khi Q Xuân Khánh đạt 84 m3/s. 
Theo Quy trình 3944 năm 2014 về vận hành hồ Cửa Đạt thì dòng chảy tối thiểu (đẩy 
mặn và bảo vệ môi trường sinh thái) của hồ Cửa Đạt là Qcđ = 30,42 m3/s. Khi chảy 
xuống hạ lưu được bổ sung thêm bởi nhập lưu sông Đằng, sông Đạt và khu giữa 
(687km2) nên đến Bái Thượng Qbt = 39 m3/s. Con số này tương ứng với Q đẩy mặn tại 
Bái Thượng tại Quy trình 1911 năm 2015, tức là tại Cửa Đạt xả 81 m3/s, dùng cho tưới 
Nam sông Chu 42 m3/s, còn lại 39 m3/s đẩy xuống hạ lưu, khi xuống đến Xuân Khánh 
có thêm nhập lưu sông Âm và khu giữa (835km2) và Qxk = 45 m3/s. 
66 
Hình 2.20 chỉ ra nêm mặn ứng với Qxk = 45 m3/s rất sát với nêm mặn Qxk = 50 m3/s 
của năm 2013. Như vậy nếu hồ Cửa Đạt xả tối thiểu 30,42 m3/s thì độ mặn trung bình 
thường kỳ kiệt tháng III dao động trên dưới 7%o tại Nguyệt Viên. 
Như vậy nếu muốn đẩy độ mặn xuống dưới 4%o tại Nguyệt Viên, thì Qxk phải đạt được 
85 m3/s, giống như nêm mặn năm 2015, tức là hồ Cửa Đạt phải xả tới 121 m3/s (bao 
gồm cả cấp cho Nam Sông Chu tại Bái Thượng 42m3/s). Nếu trong thời kỳ mùa kiệt mà 
hồ Cửa Đạt xả với lưu lượng < 15 m3/s (Qxk < 20 m3/s) thì độ mặn ở hạ lưu (từ Giàng 
xuống cửa sông) tăng rất nhanh, do đó bắt buộc phải duy trì nghiêm túc dòng chảy tối 
thiểu đã quy định. Khi lưu lượng tại Xuân Khánh > 35 m3/s thì hồ Cửa Đạt xả thêm từ 
20-30 m3/s sẽ góp phần giảm độ mặn tại Nguyệt Viên xuống 1%o. 
67 
Hình 2. 20: Diễn biến mặn dọc sông Mã từ cửa sông (Cửa Hới) vào đến Giàng theo số liệu quan trắc tháng III hàng năm 2007 – 
2015 (hoàn chỉnh một chu kỳ triều) 
68 
2.2.4 Xây dựng mô hình mô phỏng dòng chảy đến hồ chứa Cửa Đạt 
Trên lưu vực sông Chu, khi hồ Hủa Na chưa đi vào hoạt động thì dòng chảy đến tuyến 
công trình Cửa Đạt (F=5.938 km2) bao gồm dòng chảy tự nhiên đến tuyến công trình 
Hủa Na (F=5.345 km2) cộng với dòng chảy tự nhiên sinh ra trong khu giữa từ tuyến 
Hủa Na đến tuyến Cửa Đạt (F=593 km2) vì vậy việc mô phỏng dòng chảy đến hồ Cửa 
Đạt từ số liệu dòng chảy tự nhiên đến hồ Cửa Đạt trong 51 năm là tương đối dễ dàng. 
Tuy nhiên từ tháng 9 năm 2013 khi hồ Hủa Na đi vào hoạt động thì dòng chảy đến hồ 
Cửa Đạt sẽ bằng dòng chảy ra của hồ Hủa Na cộng với dòng chảy sinh ra trong khu giữa 
từ Hủa Na đến Cửa Đạt. Việc mô tả dòng chảy đến hồ Cửa Đạt sẽ không còn dễ dàng 
như trước vì nó phụ thuộc vào sự điều tiết của hồ Hủa Na. Để xem xét một phần nào đó 
sự điều tiết của hồ Hủa Na trong khuôn khổ của quy trình liên hồ chứa sông Mã 1911 
(đặc biệt trong mùa kiệt), NCS đã tiến hành mô phỏng dòng chảy đến hồ Cửa Đạt bằng 
tổng dòng chảy ngẫu nhiên sinh ra trong khu giữa từ Hủa Na đến Cửa Đạt cộng với dòng 
chảy từ hồ Hủa Na và đưa vào các ràng buộc quy định về chế độ vận hành hồ Hủa Na 
trong mùa kiệt theo quy trình liên hồ chứa 1911. Như vậy dòng chảy từ hồ Hủa Na luôn 
luôn lớn hơn hoặc bằng giá trị lưu lượng quy định trong quy trình 1911 trong mùa kiệt. 
Mô phỏng Monte Carlo đã được sử dụng để xây dựng mô hình mô phỏng ngẫu nhiên 
dòng chảy đến hồ và dòng chảy khu giữa. Thuật toán Monte Carlo là phương pháp tính 
bằng số (phương pháp số) hiệu quả cho việc giải các bài toán có nhiều biến số mà không 
dễ dàng giải được bằng các phương pháp thông thường như giải tích hoặc tích phân 
(Kroese, D. P. et al) [53]. Phương pháp này đặc biệt hiệu quả khi số chiều của bài toán 
tăng. Monte-Carlo thường được ứng dụng cho các bài toán tối ưu hóa và phân tích độ 
tin cậy. Trong nghiên cứu này NCS tiến hành phân tích để tìm ra các phân bố phù hợp 
cho dòng chảy từng tháng đến hồ và khu giữa rồi sử dụng phương pháp Monte Carlo 
(một modun trong phần mềm Crystal Ball của Oracle được giới thiệu trong mục 2.2.5.1) 
để tạo chuỗi dòng chảy ngẫu nhiên đến hồ Hủa Na và khu giữa từ hồ Hủa Na đến Cửa 
Đạt phục vụ phân tích tối ưu vận hành hồ Cửa Đạt. 
69 
2.2.4.1 Xác định hàm phân phối xác suất phù hợp dòng chảy từng tháng 
Với số liệu dòng chảy đến hồ trong 51 năm (từ năm 1959 đến năm 2010) đã thu thập 
được từ công ty Tư vấn Xây dựng Thủy lợi 1 [43], [44], NCS đã thiết lập 12 chuỗi số 
liệu dòng chảy đến từng tháng, chuỗi số liệu này khá dài (51 phần tử) đủ để xác định 
phân bố phù hợp cho dòng chảy đến từng tháng. 
Hình 2. 21: Minh họa hàm phân phối xác suất Lognormal phù hợp với chuỗi dòng 
chảy đến tháng 7 
Dưới sự phát triển của công nghệ phần mềm, hiện nay có rất nhiều phần mềm cho phép 
xác định hàm phân bố xác suất từ chuỗi số liệu cho trước. NCS đã sử dụng modun 
“Correlation and Fitting” trong phần mềm Crystal Ball [54] để xác định hàm phân bố 
xác suất cho dòng chảy của từng tháng (từ tháng 1 đến tháng 12 trong nghiên cứu). Các 
tham số cần đưa vào để hệ thống tự xác định hàm phân phối xác suất gồm: 
- Range: chuỗi số liệu lịch sử 51 năm 
- Distribution to fit = All continuous: cho phép lần lượt kiểm tra tất cả các phân bố 
có sẵn trong phần mềm và phổ biến đối với các đặc trưng ngẫu nhiên của dòng 
chảy để xem phân bố nào phù hợp với chuỗi số liệu của từng tháng đưa vào (ví 
dụ minh họa ở hình 2.21). 
70 
Kết quả xác định các phân bố phù hợp nhất cho chuỗi dòng chảy đến hồ Hủa Na và khu 
giữa từ Hua Na đến Cửa Đạt của từng tháng được trình bày tóm tắt ở trong bảng 2.17 
dưới đây. 
Bảng 2. 17: Hàm phân bố xác suất dòng chảy đến hồ Hủa Na và khu giữa từ hồ Hủa 
Na đến hồ Cửa Đạt các tháng và các thông số thống kê của từng hàm 
Tháng Dạng phân bố Tham số 
phân bố 
Tháng Dạng phân bố Tham số 
phân bố 
VII Phân phối Lognormal II Phân phối Beta 
Tham số vị trí 37,19 Qmin (m3/s) 16,43 
Qtb (m3/s) 136,22 Qmax (m3/s) 64,05 
Độ lệch chuẩn (m3/s) 77,29 2,5463 
VIII Phân phối Lognormal  1,8083 
Tham số vị trí 41,88 III Phân phối Beta 
Qtb (m3/s) 209,38 Qmin (m3/s) 14,66 
Độ lệch chuẩn (m3/s) 104,71 Qmax (m3/s) 85,55 
IX Phân phối Lognormal 2,4667 
Tham số vị trí 16,28  4,1934 
Qtb (m3/s) 286,09 IV Phân phối Lognormal 
Độ lệch chuẩn (m3/s) 167,54 Tham số vị trí 6,80 
X Phân phối Lognormal Qtb (m3/s) 42,29 
Tham số vị trí 0,00 Độ lệch chuẩn (m3/s) 13,65 
Qtb (m3/s) 214,71 V Phân phối Lognormal 
Độ lệch chuẩn (m3/s) 147,97 Tham số vị trí 8,38 
XI Phân phối Lognormal Qtb (m3/s) 69,51 
Tham số vị trí 0,00 Độ lệch chuẩn (m3/s) 25,41 
Qtb (m3/s) 111,45 VI Phân phối Beta 
Độ lệch chuẩn (m3/s) 53,38 Qmin (m3/s) 17,08 
XII Phân phối Logistic Qmax (m3/s) 293,76 
Qtb (m3/s) 65,44 2,0969 
Tham số tỷ lệ 11,27  3,7927 
71 
Tháng Dạng phân bố Tham số 
phân bố 
Tháng Dạng phân bố Tham số 
phân bố 
I Phân phối Logistic 
Qtb (m3/s) 52,23 
Tham số tỷ lệ 6,76 
2.2.4.2 Sử dụng mô phỏng Monter Carlo mô phỏng chuỗi dòng chảy đến hồ Cửa Đạt 
Sau khi xác định được dạng phân bố và các thông số thống kê dòng chảy đến từng tháng 
từ các chuỗi số liệu thực đo, nghiên cứu sử dụng mô phỏng Monter Carlo (một mođun 
trong phần mềm Crystal Ball) để mô phỏng dòng chảy đến hồ cho từng tháng và cho 
các giai đoạn 10 ngày trong tháng trong đó dòng chảy từ hồ Hủa Na được kiểm soát 
trong mùa kiệt lớn hơn hoặc bằng lưu lượng quy định trong các thời kỳ mùa kiệt của 
quy trình 1911. Các chuỗi ngẫu nhiên dòng chảy đến hồ được mô phỏng từ phương pháp 
Monte Carlo được thống kê và tóm tắt trong bảng dưới đây: 
Bảng 2. 18: Các phân phối dòng chảy đến hồ ngẫu nhiên và thông số thống kê 
Tháng Dạng phân bố Tham số Biểu đồ phân phối xác suất 
T07 Phân phối 
Lognormal 
Tham số vị trí 37,19 
Qtb (m3/s) 136,22 
Độ lệch chuẩn 
(m3/s) 
77,29 
T08 Phân phối 
Lognormal 
Tham số vị trí 41,88 
Qtb (m3/s) 209,38 
Độ lệch chuẩn 
(m3/s) 
104,71 
T09 Phân phối 
Lognormal 
Tham số vị trí 16,28 
Qtb (m3/s) 286,09 
Độ lệch chuẩn 
(m3/s) 
167,54 
72 
Tháng Dạng phân bố Tham số Biểu đồ phân phối xác suất 
T10 Phân phối 
Lognormal 
Tham số vị trí 0 
Qtb (m3/s) 214,71 
Độ lệch chuẩn 
(m3/s) 
147,97 
T11 Phân phối 
Lognormal 
Tham số vị trí 0 
Qtb (m3/s) 111,45 
Độ lệch chuẩn 
(m3/s) 
53,38 
T12 Phân phối Logistic 
Qtb (m3/s) 65,44 
Tham số tỷ lệ 11,27 
T01 Phân phối Logistic 
Qtb (m3/s) 52,23 
Tham số tỷ lệ 6,76 
T02 Phân phối Beta 
Qmin (m3/s) 16,43 
Qmax (m3/s) 64,05 
 2,5463 
 1,8083 
T03 Phân phối Beta 
Qmin (m3/s) 14,66 
Qmax (m3/s) 85,55 
 2,4667 
 4,1934 
73 
Tháng Dạng phân bố Tham số Biểu đồ phân phối xác suất 
T04 Phân phối 
Lognormal 
Tham số vị trí 6,8 
Qtb (m3/s) 42,29 
Độ lệch chuẩn 
(m3/s) 
13,65 
T05 Phân phối 
Lognormal 
Tham số vị trí 8,38 
Qtb (m3/s) 69,51 
Độ lệch chuẩn 
(m3/s) 
25,41 
T06 Phân phối Beta 
Qmin (m3/s) 17,08 
Qmax (m3/s) 293,76 
 2,0969 
 3,7927 
2.2.5 Thiết lập bài toán tối ưu trong vận hành hồ chứa nước Cửa Đạt 
2.2.5.1 Giới thiệu phần mềm Crystal Ball trong nghiên cứu vận hành tối ưu hồ chứa 
NCS đã sử dụng phần mềm Crystal Ball trong thiết lập và kết hợp mô hình mô phỏng 
với kỹ thuật tối ưu trong nghiên cứu vận hành tối ưu hồ chứa nước Cửa Đạt. Crystal 
Ball là phần mềm tối ưu và phân tích rủi ro được sử dụng nhiều trong phân tích kinh tế 
do ORACLE – Công ty hàng đầu thế giới về phần mềm cơ sở dữ liệu phát triển [54]. 
Phần mềm có giao diện người dùng thân thiện, có modun tích hợp trong bảng tính Excel. 
Thông qua sức mạnh tối ưu và mô phỏng, Crystal Ball đã trở thành công cụ hiệu quả 
trong tay của những người ra quyết định. Phần mềm Crystal Ball có thể đáp ứng được 
những yêu cầu của bài toán tối ưu trong vận hành hồ chứa như: i) Cho phép tạo chuỗi 
dòng chảy ngẫu nhiên tự nhiên đến hồ theo mô phỏng Monte Carlo; ii) Cho phép xây 
dựng mô hình mô phỏng hồ chứa một cách linh hoạt trong các bảng tính, rất dễ dàng 
thay đổi với các điều kiện thực tế; iii) Cho phép lồng ghép các thuật toán tối ưu (thuộc 
nhóm các phương pháp ngẫu nhiên (John W. Labadie [11]) vào các bảng tính sử dụng 
74 
Modun tối ưu Opquest. Các kết quả đạt được từ mô hình kết hợp mô phỏng và tối ưu 
VHHC lại tiếp tục được phân tích độ tin cậy để xác định chế độ vận hành tối ưu ứng với 
các mức đảm bảo khác nhau giúp hỗ trợ ra quyết định. 
2.2.5.2 Xác định hàm mục tiêu 
Hàm tối ưu của bài toán vận hành hồ đa mục tiêu có thể được biểu diễn tổng quát như 
sau: 
Maximise F(X) = [F1(X), F2(X), ... , FN(X),] (2-10) 
Trong đó: 
- Fj(X), j=1 .. N là các hàm mục tiêu 
- X: véc tơ của các biến ra quyết định 
- qi(X) ≤ 0 : các ràng buộc xác định trong miền khả thi 
Kỹ thuật giải bài toán tối ưu hóa đa mục tiêu có thể chia thành 2 nhóm chính: 
1) Các phương pháp tập hợp: các phương pháp này đưa ra các quyền ưu tiên của các 
hàm mục tiêu trước khi tìm kiếm giải pháp tối ưu vì vậy bài toán tối ưu đa mục tiêu 
sẽ được chuyển thành bài toán tối ưu đơn mục tiêu; 
2) Các phương pháp chiếm ưu thế Pareto: các phương pháp này dựa trên sự đánh giá 
một giải pháp này có bị các giải pháp khác “chiếm ưu thế” hay không và giải pháp 
cuối cùng được lựa chọn dựa trên sự thoả hiệp. 
NCS đã lựa chọn nhóm phương pháp tập hợp để áp dụng cho hồ Cửa Đạt. 
Hồ Cửa Đạt là hồ chứa đa mục tiêu, tuy nhiên có thể gộp các mục tiêu thành 3 mục tiêu 
chính đó là: i) cấp nước (cấp nước cho khu tưới khu Bắc Sông Chu, khu tưới Nam Sông 
Chu, cấp nước cho sinh hoạt và công nghiệp), ii) cải thiện môi trường sinh thái (góp 
phần đẩy mặn ở hạ lưu sông Mã), iii) phát điện. Trong 3 mục tiêu này thì 2 mục tiêu 
cấp nước và cải thiện môi trường sinh thái là quan trọng nhất, do vậy NCS đã coi 2 mục 
tiêu này là ràng buộc trong đó mục tiêu cấp nước tưới, sinh hoạt và công nghiệp là ràng 
buộc ưu tiên 1, mục tiêu cải thiện môi trường sinh thái và góp phần đẩy mặn khu vực hạ 
lưu sông Mã là ưu tiên số 2. Vì vậy bài toán sẽ còn 1 mục tiêu duy nhất đó là phát điện 
75 
(tối ưu lượng điện năng sản xuất trung bình nhiều năm của nhà máy Thủy điện Cửa Đạt). 
Hàm mục tiêu lúc này được biểu diễn dưới dạng: 
 𝐹 = 𝑀𝑎𝑥
1
n
∑ ∑ 9.81 ∗ β ∗ Qt ∗ Ht ∗ ∆t
36
𝑡=1
𝑛
𝑡=1 (2-11) 
Trong đó: 
F: hàm mục tiêu cần tối đa hóa điện lượng sản xuất 
∆t = 10 ngày (bước thời gian tính toán); 1 năm gồm 36 thời đoạn 
𝐻𝑡 : Cột nước phát điện trung bình trong thời đoạn “t” 
𝛽 : Hiệu suất tổng thể của tuabin và máy phát 
𝑄𝑡: Lưu lượng trung bình thời đoạn t 
n: số năm tiến hành mô phỏng (nghiên cứu tiến hành mô phỏng 5.000 năm) 
Cột nước phát điện là chênh lệch cột nước giữa cửa vào và cửa ra của tuabin và được 
xác định bằng chênh lệch mực nước thượng lưu (mực nước hồ) và mực nước hạ lưu 
(mực nước sông), đồng thời, có kể đến tổn thất cột nước qua tuyến năng lượng. Mực 
nước hạ lưu được xác định qua đường đặc tính mực nước hạ lưu và lưu lượng xả (bao 
gồm lưu lượng qua nhà máy và lưu lượng xả tràn). Tổn thất cột nước qua tuyến năng 
lượng được xác định bằng lưu lượng phát điện. 
Đối với nhà máy thủy điện Cửa Đạt, đây là nhà máy cỡ trung bình, mức độ ảnh hưởng 
của việc cấp điện của nhà máy tới hệ thống điện không lớn nên không áp dụng mức điện 
năng đảm bảo đối với từng thời đoạn (10 ngày); lượng điện phát hàng năm được tính 
bằng tổng lượng điện phát theo các thời đoạn 10 ngày, từ tháng 7 năm trước đến tháng 
6 năm sau. 
2.2.5.3 Xác định các ràng buộc 
a) Ràng buộc của hồ chứa bao gồm: 
1) Ràng buộc về phương trình cân bằng nước hồ chứa 
 Wt+1 = Wt + Wđến t − Wp,t − Wx,t − EVt − LKBWt (2-12) 
76 
Trong đó: 
𝑊𝑡+1 : Dung tích của hồ chứa tại thời đoạn “t+1” (m
3) 
𝑊𝑡 : Dung tích của hồ chứa tại thời đoạn “t” (m
3) 
𝑊đế𝑛 𝑡 : Lượng nước đến trong thời đoạn “t” (m
3) 
𝑊𝑝,𝑡 : Lượng nước chảy qua nhà máy trong thời đoạn “t” (m
3) 
𝑊𝑥,𝑡 : Lượng nước xả tràn trong thời đoạn “t” (m
3) 
𝐸𝑉𝑡 : Lượng nước bốc hơi từ mặt hồ trong thời đoạn “t” (m
3) 
𝐿𝐾𝐵𝑊𝑡 : Tổn thất thấm qua lòng hồ trong thời đoạn “t” (m
3) 
2) Ràng buộc về lượng trữ nhỏ nhất và lớn nhất của hồ chứa 
tmax,ttmin, WWW (2-13) 
Trong đó: 
 Wmin,t và Wmax,t biến đổi theo thời gian. Như đã phân tích ở trên thì ràng buộc này có 
thể quy về ràng buộc mực nước tối thiểu mà hồ Cửa Đạt phải duy trì theo quy trình vận 
hành liên hồ chứa Sông Mã (quy trình 1911) còn mực nước tối đa lấy theo quy trình vận 
hành hồ (quy trình 3944). Theo đó mực nước hồ được quy định cho từng giai đoạn 10 
ngày trong thời kỳ mùa kiệt từ 1/12 đến 30/6 hàng năm được tóm tắt trong bảng 2.19 
còn ràng buộc mực nước trong mùa lũ tuân theo biểu đồ điều phối của quy trình 3944: 
77 
Bảng 2. 19: Ràng buộc về mực nước hồ Cửa Đạt trong thời kỳ mùa kiệt 
TT Thời điểm Mực nước hồ tối thiểu (m) Mực nước hồ tối đa (m) 
1 01/12 109,6 
112 2 11/12 108,4 
3 21/12 107,1 
4 01/01 105,8 
112 5 11/01 104,6 
6 21/01