Tài liệu "Hướng dẫn Vận hành xả lũ sớm"

 

Tài liệu "Hướng dẫn Vận hành xả lũ sớm"

(Hướng dẫn Quốc gia của Nhật Bản- 事前放流ガイドライン)

do Cục Quản lý nước và Bảo tồn đất quốc gia thuộc Bộ Đất đai, Cơ sở hạ tầng, Giao thông và Du lịch Nhật Bản (MLIT) ban hành vào tháng 4 năm 2020.

Đây là một tài liệu kỹ thuật quan trọng, cung cấp khung hướng dẫn chi tiết để các chủ đập chủ động hạ mực nước hồ chứa trước khi một trận lũ lớn xảy ra. Nhật Bản đã luật hóa quy trình này thành một "Hướng dẫn quốc gia", giúp bảo vệ người vận hành hồ chứa khi họ quyết định xả sớm dựa trên dự báo mưa – một trong những nội dung mà Bộ Nông nghiệp và Môi trường đang kiến nghị sửa đổi cho các Quy trình vận hành liên hồ chứa tại Việt Nam. Tuy nhiên, hiện nay chưa có một Tiêu chuẩn hoặc hướng dẫn nào trình bày vấn đề này. Hội Đập lớn trân trong giới thiệu với bạn đọc. Các nội dung chính bao gồm:

1. Mục đích của vận hành xả lũ sớm

· Tăng dung tích phòng lũ: Chủ động tạo ra khoảng trống trong hồ chứa để tiếp nhận lượng nước lớn từ các trận mưa bão cực đoan, từ đó giảm lưu lượng xả tối đa xuống hạ du, giúp giảm thiểu thiệt hại do ngập lụt.

· Tối ưu hóa khả năng điều tiết: Thay vì đợi lũ đến mới xả (vận hành tĩnh), hồ chứa sẽ xả sớm (vận hành động) dựa trên các dự báo khí tượng tin cậy.

2. Tiêu chuẩn và Phương pháp thiết lập

Tài liệu hướng dẫn cách xác định các thông số kỹ thuật then chốt:

· Tiêu chuẩn bắt đầu (Start Criteria): Cách xác định lượng mưa cơ sở và lượng mưa dự báo để ra quyết định bắt đầu xả lũ sớm.

· Xác định mức hạ thấp mực nước hồ: Công thức và phương pháp tính toán lượng nước cần xả đi để đảm bảo đủ dung tích đón lũ nhưng không gây lãng phí tài nguyên nước cho các mục đích khác (như phát điện, tưới tiêu).

· Lưu lượng xả tối đa: Quy định về mức xả lớn nhất trong giai đoạn xả sớm để đảm bảo an toàn cho hành lang thoát lũ hạ du và không gây hoang mang cho người dân.

3. Phương pháp tính toán cho các hệ thống phức tạp

Tài liệu đi sâu vào các mô hình tính toán cụ thể:

· Hệ thống đơn hồ: Cách tính toán lượng nước cần xả dựa trên lưu lượng lũ đến dự báo.

· Hệ thống liên hồ chứa:

o Các hồ nằm song song trên các nhánh sông khác nhau.

o Các hồ nằm nối tiếp (bậc thang) trên cùng một dòng chính. Tài liệu hướng dẫn cách phối hợp xả giữa hồ thượng lưu và hạ lưu để tối ưu hóa tổng dung tích phòng lũ của toàn lưu vực.

4. Các điều kiện tạm dừng hoặc kết thúc

· Hướng dẫn khi nào nên dừng việc xả sớm nếu dự báo mưa thay đổi (lượng mưa thực tế ít hơn dự báo) nhằm tránh việc hồ không thể tích đầy nước sau lũ.

---

PL1: Tính toán dung tích xả sớm cho đơn hồ

Dựa trên tài liệu "Hướng dẫn Vận hành xả lũ sớm" (事前放流ガイドライン) của Nhật Bản, tại mục 2.2.2 (貯水位低下量の算定方法), xin trích dẫn và hướng dẫn cách tính toán lượng nước cần xả (確保容量 - dung tích cần giải phóng) cho trường hợp đơn hồ.

Trong trường hợp đơn hồ, bài toán cốt lõi là giải phóng một lượng nước đúng bằng phần dư thừa mà dung tích phòng lũ hiện tại không thể đáp ứng trước một trận lũ dự báo.

1. Công thức tổng quát (Trường hợp đơn hồ)

Dung tích cần xả sớm (V) được xác định theo công thức:

V=∑I−(V_flood​+V_{water_use}​)−∑O

Trong đó:

V: Dung tích cần giải phóng (để hạ thấp mực nước hồ trước khi lũ về).

∑I: Tổng lượng lũ đến dự báo (流入総量). Đây là tổng lượng nước dự kiến chảy vào hồ trong suốt thời gian xảy ra trận lũ, dựa trên dự báo mưa định lượng.

V_flood: Dung tích phòng lũ hiện hữu của hồ chứa theo quy trình vận hành tiêu chuẩn.

V_{water_use}: Phần dung tích lợi ích (phát điện, cấp nước) có thể tận dụng tạm thời để điều tiết lũ (nếu quy định cho phép).

∑O: Tổng lượng nước xả ra khỏi hồ trong suốt thời gian thực hiện xả sớm. Lưu lượng xả này phải nằm trong giới hạn không gây ngập lụt hạ du và đảm bảo an toàn hành lang thoát lũ.

2. Các bước xác định các thành phần trong công thức

Để tính toán chính xác (V), tài liệu Nhật Bản hướng dẫn quy trình 3 bước:

Bước 1: Xác định ∑I (Đầu vào dự báo):
Sử dụng dữ liệu mưa dự báo từ cơ quan khí tượng để tính toán lưu lượng dòng chảy về hồ. Tài liệu nhấn mạnh việc sử dụng "Lượng mưa dự báo lớn nhất có thể" để đảm bảo tính an toàn.

Bước 2: Xác định ∑O (Khả năng thoát lũ hạ du):
Đây là điểm kết nối quan trọng với trạn thủy văn hạ lưu. Lượng xả sớm ∑O không được vượt quá khả năng chịu đựng của lòng dẫn. Nếu lòng dẫn bị nghẽn, ∑O sẽ nhỏ, buộc (V) phải lớn hơn hoặc hồ không thể giải phóng đủ dung tích đón lũ.

Bước 3: Tính toán mức hạ thấp mực nước tương ứng:
Sau khi tìm được (V), dựa vào đường đặc tính hồ chứa (quan hệ mực nước - dung tích Z-V) để xác định cao trình mực nước cần hạ thấp xuống.

3. Ý nghĩa thực tiễn:

Tính dự báo: Việc xả sớm phụ thuộc hoàn toàn vào độ chính xác của $\sum I$. Do đó, cần đầu tư vào hệ thống quan trắc và API chia sẻ dữ liệu khí tượng theo thời gian thực.

Sự linh hoạt: Công thức này cho thấy nếu chúng ta biết trước $\sum I$, chúng ta có thể chủ động hạ mực nước hồ về mức an toàn thay vì đợi lũ đến mới xử lý bị động.

Mối liên hệ hạ du: Nếu lòng dẫn hạ du (như tại Huế) không được khơi thông, giá trị ∑O sẽ rất thấp, làm triệt tiêu hiệu quả của việc xả lũ sớm và gây nguy hiểm cho đập khi lũ lớn về thật sự.

PL 2: Tính toán dung tích xả lũ sớm cho hệ thống hồ chứa bậc thang

Theo hướng dẫn của Bộ Đất đai, Cơ sở hạ tầng, Giao thông và Du lịch Nhật Bản (MLIT), đối với các hồ chứa bố trí bậc thang dọc theo dòng chính, việc tính toán dung tích cần xả sớm (V) phải được thực hiện từ thượng lưu xuống hạ lưu để đảm bảo tính tổng thể của lưu vực.

1. Nguyên tắc tính toán

Dung tích cần giải phóng (xả sớm) của một hồ chứa cụ thể được xác định bằng tổng lượng nước dự kiến đổ về hồ trừ đi khả năng tự điều tiết và lưu lượng xả an toàn của chính hồ đó, có tính đến sự ảnh hưởng của các hồ phía thượng lưu.

2. Công thức tính toán (Trường hợp hồ B nằm dưới hạ lưu hồ A)

Dung tích cần giải phóng tại hồ hạ lưu (hồ B) được tính theo công thức:

V_B​=∑ I_B −(V_{flood_B}​+ V_{water_use_B}) − ∑O_B​− V_{reserve_A}​

Trong đó:

· V_B: Dung tích cần giải phóng của hồ hạ lưu (hồ B) để đón lũ.

· ∑ I_B: Tổng lượng nước lũ dự báo đổ vào hồ B (tính cho toàn bộ diện tích lưu vực phía trên đập B).

· V_{flood_B}: Dung tích phòng lũ hiện có của hồ B theo thiết kế.

· V_{water_use_B}: Phần dung tích lợi ích (cấp nước, phát điện) có thể tận dụng để điều tiết lũ mà không làm ảnh hưởng đến mục tiêu sử dụng nước sau lũ.

· ∑O_B: Tổng lượng nước xả ra khỏi hồ B trong suốt thời gian xả sớm (phải đảm bảo không gây ngập lụt hạ du).

· V_{reserve_A}: Dung tích đã được hồ thượng lưu (hồ A) cam kết giải phóng và đảm nhận việc cắt lũ.

3. Sơ đồ mô phỏng tính toán

Trong tài liệu Nhật Bản, sơ đồ này thể hiện mối quan hệ cộng hưởng:

· Hồ thượng lưu (Hồ A): Tính toán dung tích cần xả dựa trên lưu lượng về tại trạm đo thượng nguồn của nó.

· Hồ hạ lưu (Hồ B): Phải trừ đi phần dung tích mà hồ A đã "giữ hộ". Nếu hồ A đã xả sớm và tạo được dung tích trống lớn, áp lực buộc hồ B phải xả sớm sẽ giảm đi, giúp bảo tồn tài nguyên nước.

Ý nghĩa ứng dụng:

1. Tính khoa học: Công thức này cho thấy việc xả lũ sớm không phải là "xả bừa bãi" mà là một bài toán cân bằng nước chính xác, dựa trên dự báo tổng lượng lũ về (∑ I).

2. Sự phối hợp liên hồ: Minh chứng cho việc tại sao cần một "Trung tâm điều phối" hoặc hệ thống DSS chung. Hồ hạ lưu (như đập bậc dưới trên sông Hương) không thể tự quyết định lượng xả nếu không biết hồ thượng lưu đang dự kiến giải phóng bao nhiêu dung tích (V_{reserve_A}).

3. An toàn hạ du: Công thức có biến số ∑O_B (tổng lượng xả sớm), biến số này bị khống chế bởi khả năng thoát lũ của lòng dẫn. Nếu hạ du bị nghẽn, ∑O_B buộc phải nhỏ, dẫn đến việc hồ không thể giải phóng đủ dung tích V_{_B} để đón lũ.

PHỤ LỤC 3: Hướng dẫn vận hành cho các hồ chứa nằm song song

Tài liệu "Hướng dẫn Vận hành xả lũ sớm" (事前放流ガイドライン) của Nhật Bản, tại mục 2.2.2, phần hướng dẫn cho hệ thống các hồ nằm song song trên các nhánh sông khác nhau (複数のダムが異なる河川に配置されている場合), họ đưa ra một phương pháp tiếp cận rất thú vị là "Coi cụm hồ chứa như một chỉnh thể".

Dưới đây là nội dung trích dẫn và phân tích chi tiết cách tính toán này:

1. Nguyên tắc cốt lõi: Tiếp cận theo lưu vực (Basin-wide approach)

Đối với các hồ nằm trên các nhánh sông khác nhau nhưng cùng đổ về một dòng chính (phía hạ lưu có khu vực cần bảo vệ chung, ví dụ như nội đô TP. Huế với sông Hương và sông Bồ), Nhật Bản không tính toán xả sớm rời rạc cho từng hồ. Thay vào đó, họ coi tổng dung tích cần giải phóng (V) là một giá trị chung cho toàn lưu vực.

2. Công thức tính toán Dung tích xả sớm (V) cho toàn cụm hồ

Dung tích cần giải phóng tổng cộng (V) được tính dựa trên tổng lượng lũ dự báo chảy về tất cả các hồ trong cụm:

V=∑I_total​− (V_{flood_total}​+V_{water_use_total}​) − ∑O_total​

Trong đó:

∑I_total: Tổng lượng lũ đến dự báo của tất cả các hồ trong hệ thống.

V_{flood_total}: Tổng dung tích phòng lũ hiện có của các hồ.

V_{water_use_total}: Tổng lưu lượng xả sớm cho phép của cả hệ thống (bị khống chế bởi khả năng thoát lũ tại điểm hợp lưu hạ du).

3. Cách phân bổ dung tích xả sớm cho từng hồ (V_A và V_B)

Sau khi tính được tổng dung tích (V) cần phải giải phóng, Nhật Bản hướng dẫn phân bổ lượng xả này cho từng hồ (hồ A, hồ B...) dựa trên Tỷ lệ khả năng điều tiết lũ của mỗi hồ.

Công thức phân bổ cụ thể:

l Dung tích cần xả hồ A (V_A):

V_A​=V×[X_A/X_A+ X_B]​

l Dung tích cần xả hồ B (V_B):

V_B​=V×[X_B/X_A+ X_B]​

Trong đó:

X_A, X_B: Là khả năng điều tiết lũ tối đa (Dung tích phòng lũ + Dung tích lợi ích có thể huy động) của từng hồ.

4. Ý nghĩa và bài học cho lưu vực Sông Hương (Tả Trạch và Bình Điền/Hương Điền)

Phương pháp tính toán "song song" này của Nhật Bản cực kỳ phù hợp cho trường hợp của Huế:

Tính công bằng và tối ưu: Thay vì hồ nào "nhanh tay" thì xả trước, công thức này buộc các hồ phải chia sẻ trách nhiệm dựa trên năng lực thực tế. Nếu hồ Tả Trạch lớn hơn, nó sẽ gánh vác việc giải phóng dung tích nhiều hơn để hỗ trợ giảm áp lực cho vùng hạ lưu chung là Kim Long.

Giải quyết xung đột lợi ích: Việc phân bổ theo tỷ lệ năng lực giúp hài hòa giữa mục tiêu an toàn và mục tiêu kinh tế (giữ nước phát điện).

Kết nối với hạ du: Tổng lượng xả ∑O_total được tính toán dựa trên năng lực thoát lũ tại điểm hợp lưu (vùng nội đô Huế). Nếu hạ lưu bị nghẽn (như dữ liệu trạm Kim Long chúng ta đã phân tích), thì tổng lượng xả sớm của cả hai hồ đều phải giảm xuống theo tỷ lệ tương ứng.

Đề xuất: "Cần xây dựng một quy trình vận hành chung cho cụm hồ sông Hương và sông Bồ theo phương pháp của Nhật Bản, coi cụm hồ là một thực thể thống nhất để tính toán phân bổ dung tích xả sớm dựa trên năng lực điều tiết của từng hồ và khả năng thoát lũ thực tế tại Kim Long và Phú Ốc."

Tháng 3 năm 2026

Giới thiệu bởi: Nguyễn Quốc Dũng

Hội Đập lớn và PTNN Việt Na