Using ENSO information to improve the operation of the Hoa Binh reservoir, Vietnam

Climate change is one of the most important factors taking responsibilities for the changes of water cycles and extreme events such as floods and droughts. Recent observational and theoretical studies demonstrated that there is a teleconnection between these phenomena and the large-scale low frequency fluctuations such as El Niño Southern Oscillation (ENSO). Therefore, the operations of many water systems is expected to benefit from a better understanding of these global phenomena and their impacts at the river basin scale. This thesis proposes a framework for detecting ENSO teleconnection and using this information for improving water systems operations. The framework is applied to the operations of the Hoa Binh reservoir, a multi-objective reservoir in Vietnam, taking into account hydropower production, water supply, and flood mitigation. The framework is structured in three main steps. First, we determine the set of ideal operating policies for the regulation of the Hoa Binh reservoir under the assumption that we perfectly know the future. Second, we automatically select the most valuable information, which is useful for the improvement of the Hoa Binh operations, using the Input Variable Selection (IVS) techniques. Finally, we design a set of Improved Operating Policies using the set of selected information and we quantify the value of this information information by measuring the associated improvement in the system performance. Numerical results illustrate that our framework successfully improves the operations of the Hoa Binh reservoir with respect to the three conflicting objectives. Interestingly, our results show that the use of one ENSO index related to Sea Surface Temperature in the Pacific Ocean provides a significant contribution to the Hoa Binh operations. By extending the foresight on the future hydrological conditions, which is a key information for allocating the water during the Vietnamese hydrologic year across the multiple sectors, this index produces an 3.3% increase in the quality of the designed solutions.

Il cambiamento climatico è uno dei maggiori responsabili dei mutamenti dei cicli dell'acqua e degli eventi estremi, come inondazioni e siccità. Recenti studi applicativi e teorici hanno dimostrato che esiste una connessione tra questi fenomeni e le grandi fluttuazioni a bassa frequenza come El Niño Southern Oscillation (ENSO). Pertanto, una migliore comprensione di questi fenomeni globali e dei loro impatti a livello di bacino può prevedibilmente apportare benefici alla gestione di molti sistemi idrici. Questa tesi propone un quadro per la rilevazione degli impatti dell’ENSO e l’utilizzo di queste informazioni per migliorare la gestione dei sistemi idrici. Il quadro è applicato alla gestione del bacino Hoa Binh, in Vietnam, utilizzato principalmente per tre obbiettivi: la produzione di energia idroelettrica, la fornitura di acqua e la mitigazione dei fenomeni di piena. Il quadro è strutturato in tre fasi principali. In primo luogo, si determina il set delle politiche operative ideali per la regolazione del bacino Hoa Binh, con l'ipotesi che il futuro sia perfettamente determinato. In secondo luogo, si selezionano automaticamente le informazioni più rilevanti, utili al miglioramento della gestione dell’Hoa Binh, utilizzando la tecnica Input Variable Selection (IVS). Infine, ci si occupa di un insieme di politiche di funzionamento ottimizzate, utilizzando il set di informazioni selezionate e quantificando il valore delle informazioni misurando il miglioramento associato alle prestazioni del sistema. I risultati numerici mostrano che il nostro quadro migliora con successo la gestione del bacino Hoa Binh rispetto ai tre obiettivi. È interessante notare come i nostri risultati dimostrino che l’uso di un indice ENSO relativo alla temperatura superficiale del mare nell’Oceano Pacifico fornisce un contributo importante per la gestione dell’Hoa Binh. Estendendo la previsione alle future condizioni idrologiche, che è un’informazione chiave per la ripartizione dell'acqua durante l’anno idrologico vietnamita nei diversi settori, questo indice produce un aumento del 3,3% della qualità delle soluzioni progettate.