Giáo trình thủy nông - Chương 9 pot

∗ Vùng ven biển : chịu ảnh hưởng của thủy triều nên khi triều cường gặp lũ lớn không tiêu ra được đồng bằng Nam Bộ c/ Điều kiện địa chất : mực nước ngầm cao, đất bị ẩm ướt gây úng cục bộ

CHƯƠNG 9 : BIỆN PHÁP PHÒNG LŨ, CHỐNG ÚNG

9.1 NGUYÊN NHÂN VÀ TÁC HẠI CỦA ÚNG THUỶ, LŨ LỤT:

Úng thủy và lũ lụt là thiên tai có tác hại rất lớn đối với đời sống của nhân dân.Úng thủy là hiện tượng ngập nước ở đồng ruộng, tác hại trực tiếp đến sản xuất nông nghiệp Lũ lụt là thiên tai dữ dội tàn phá cả một vùng rộng lớn, không chỉ vào đồng ruộng mà còn vào cả những khu dân cư, công nghiệp, không chỉ tác hại cho sản xuất nông nghiệp mà còn tác hại đến tất cả mọi ngành

I/ Nguyên nhân :

1/ Nguyên nhân khách quan:

a/ Do mưa lớn : Việt Nam là một nước nhiệt đới- gió mùa, lượng mưa hàng năm tương đối lớn

1800-2000mm/năm ( ĐN 2094mm/năm, Tam Đảo 5488mm / năm, Ninh Thuận 800mm/năm ) Lượng mưa lớn nhưng phân bố không đều trong năm, mùa mưa chiếm 70-80% lượng mưa năm (ĐN tháng 9-12 chiếm 74%) Lượng mưa tập trung vào mùa mưa do đó thường xuyên gây nên lũ lụt và ngập úng

b/ Địa hình địa thế phức tạp :

∗ Vùng núi, trung du: độ dốc mặt đất lớn nên dòng chảy tập trung nhanh gây ra những trận lũ quét và lũ ống Do địa hình nhấp nhô tạo thành những thung lũng nhỏ nên khi mưa lớn tập trung vào gây úng cục bộ

∗ Vùng đồng bằng: ở miền Trung sông ngắn, đồng bằng nhỏ hẹp gần biển ít bị úng Ở đồng bằng Bắc bộ thường bị các mạng lưới sông lớn chia cắt thành những vùng nhỏ có hệ thống đê điều bao quanh, các vùng này như những vùng chảo, về mùa mưa nước trong đồng thấp hơn nước sông Hđ

< Hs, tạo thành những túi nước gây khó khăn cho việc tiêu nước nên vấn đề tiêu úng cho Bắc bộ rất quan trọng

∗ Vùng ven biển : chịu ảnh hưởng của thủy triều nên khi triều cường gặp lũ lớn không tiêu ra được( đồng bằng Nam Bộ)

c/ Điều kiện địa chất : mực nước ngầm cao, đất bị ẩm ướt gây úng cục bộ

d/ Lòng sông không có năng lực chuyển nước sinh ra lũ lụt

2/ Nguyên nhân chủ quan:

a/ Công tác thủy lợi còn yếu :

-Chưa có công trình tiêu thoát nước hoặc nếu có nhưng chưa hoàn chỉnh

-Chưa có công trình trữ lũ, ngăn nước ngoại lai xử lý nước nội địa

-Công trình tiêu nước, công trình phòng lũ chưa đồng bộ

-Công tác quản lý tiêu còn

b/ Rừng đầu nguồn bị phá hoại, khi mưa xuống không có rừng cây giữ nước, gây chảy tập trung chay xuống hạ lưu gây lũ lụt

II Tác hại của úng thủy lũ lụt :

1/ Úng thủy :

∗ Nước ngập đồng ruộng nên không thể cày cấy canh tác được

∗ Giảm năng suất cây trồng, ảnh hưởng xấu đến sự sinh trưởng cúa cây trồng

∗ Đồng ruộng bị lầy hóa, giảm diện tích trồng trọt

2/ Lũ lụt:

∗ Gây thiệt hại lớn về người và của

∗ Khi lũ về mực nước sông cao gây khó khăn cho việc tiêu úng

∗ Xói lỡ lòng sông, dòng sông bị đổi dòng, phá hoại các công trình thủy lợi, giao thông

9.2 BIỆN PHÁP PHÒNG LŨ LỤT :

I/ Đắp đê ngăn lũ:

Ngăn chặn nước lũ tràn vào đồng ruộng, khu dân cư

*Đê ngập: chịu được những trận lũ nhỏ, khi lũ lớn nước tràn qua đê mang phù sa bồi đắp cho đồng ruộng, được xây dựng khi chưa có khả năng xây đê lớn

*Đê không ngập: chịu được những trận lũ lớn, tuyến đê gần song song với hướng dòng chảy

Xác định chiều cao đê: - Xác định Qlũ TK ( p = 0,1 % , P = 0,01% )

Sông

Đê chịu ngập

Đê không chịu ngập

- Mực nước lũ cho phép

- Tính lưu lượng lũ và cao mặt nước

- Xác định chiều rộng đê( tính ổn định như đập đất) Khi tính toán đường mặt nước có thể tính theo công thức sau :

) / (

t a

T = +

T: Chiều cao đê tính từ bãi sông

a: Độ cao an toàn của đê

B: Chiều rộng mặt nước khi chưa có đê

t: Chiều sâu ngập của nước lũ trên bãi khi chưa có đê

Khi thiết kế phải kiểm tra mô hình:

t

T

b B

II/ Nạo vét và nắn thẳng lòng sông:

Khi lòng sông bị bồi lắng và uốn khúc làm giảm khả năng tháo lũ của sông nên cần nạo vét và nắn thẳng lòng sông để tăng khả năng thoát lũ của sông

1/ Nạo vét lòng sông:

Vùng đồng bằng cửa sông bị bồi lắng làm mực nước sông dâng lên làm tràn vào hai bờ gây lụt nên cần nạo vét để hạ thấp mực nước sông xuống Khi nạo vét có thể đào sâu xuống hoặc đào rộng

ra

Đường mặt nước để đảm bảo nhiệm vụ phòng lũ thông qua tính toán thủy lực để xác định Trong giai đoạn qui hoạch có thể dùng công thức sau:

y= (δ*B) /b hay δ = (y*b) /B

Trong đó:

δ : Độ sâu mực nước được hạ thấp

B : Chiều rộng của mặt cắt lũ thiết kế

y : Chiều sâu nạo vét

b : Chiều rộng nạo vét

2/ Nắn thẳng các đoạn sông :

δ

b

y

B

Khi dòng sông quanh co uốn khúc làm tăng chiều dài nước chảy, làm dâng cao mực nước lũ và thoát lũ khó khăn Trong trường hợp này dùng biện pháp nắn thẳng dòng sông, rút bớt chiều dài nước chảy, tăng tốc độ làm lưu tốc dòng chảy tăng lên (V =C Ri), tăng khả năng thoát lũ của lòng sông ( Q= Vω) độ quanh co được xác định theo công thức K= Lsông/Lnắn cuối, dòng sông quanh co khi K > 1,5

Chú ý: Do nắn thẳng lòng sông làm tăng lưu tốc nên có khả năng làm xói lở hạ lưu cần kiểm tra hiện tượng xói lở và cần có biện pháp phòng chống xói lở Do làm tăng khả năng thoát lũ nên hạ lưu có thể bị ngập lụt

III Biện pháp ngăn lũ và phân lũ:

1/ Ngăn lũ :

Để đề phòng lũ ở đầu nguồn cần phải xây dựng những công trình điều tiết lưu lượng Lưu lượng giữ lại để điều tiết chính là phần lưu lượng vượt qua lưu lượng an toàn của sông

Tùy theo điều kiện địa hình và tình hình cụ thể chọn các biện pháp phân lũ sau :

a/ Phân lũ sang con sông bên cạnh rồi chạy thẳng ra biển

b/ Phân lũ sang con sông bên cạnh rồi đi vào hạ lưu của sông đó

c/ Trữ nước lũ vào khu chứa sau đó tháo ra sông

d/ Phân lũ sang vùng dân cư thưa thớt

e/ Ngăn lũ bằng kênh cách ly lũ núi

Ngăn lũ sông này nhưng gây ngập úng cho vùng khác, khu phân lũ và đai phân lũ sẽ bị thiệt hại nên cần có so sánh phương án để chọn biện pháp thích đáng nhất

trử

Biển

Biển

Hà Nội

S.Hồng

S.Thái Bình S.Đuống 33% lũ

IV Xây dựng hồ chứa nước phòng lũ:

Các hồ chứa nước phòng lũ thường được xây dựng ở thượng nguồn các sông suối thường sinh

ra lũ lụt Tổng lượng nước lũ được giữ lại trong hồ ( Vhồ) là phần nước lũ vượt quá lưu lượng an toàn

Nước lũ được giữ lại có thể dùng : -Phát điện ( Hồ chứa lớn)

-Tháo ra cuối trận lũ ( Hồ chứa bé)

t

W trử

Q

W hồ

Tùy theo điều kiện địa hình, địa chất có nhiều hình thức bố trí khác nhau:

• Bố trí hồ chứa lớn trên dòng sông chính

• Bố trí hồ chứa phòng lũ phân tán trên các sông nhánh

• Bố trí nhiều hồ chứa trên một con sông (Kiểu bậc thang: Sơn La_Hoà Bình; Sê san 1_Sê san 2_Sê san 3)

• Bố trí hỗn hợp

V Điều tiết lũ bằng các biện pháp nông, lâm nghiệp:

Làm ruộng bậc thang để tăng khả năng giữ và giảm dòng chảy ở trên các sườn dốc

Cày sâu để tăng khả năng giữ nước của đất

Xen canh gối vụ tăng độ che phủ của mặt đất, tăng lượng nước thấm trong đất

Trồng rừng để tăng lượng nước ngấm và giảm dòng chảy mặt về các khe núi

9.3 BIỆN PHÁP PHÒNG CHỐNG ÚNG:

Úïng là hiện tượng ngập nước ở các vùng trồng trọt quá sức chịu đựng của cây trồng, gây nhiều trở ngại cho sản xuất nông nghiệp và đời sống của nhân dân Nên cần tìm các biện pháp để khắc phục các yếu tố gây úng Các biện pháp thường được sử dụng để phòng chống úng: - Giảm bớt lượng nước để sinh ra úng

- Tăng lượng nước trữ trong vùng úng

- Tiêu nước ra khỏi vùng úng

I/ Biện pháp giảm bớt lượng nước đến sinh ra úng:

Lượng nước đến: Nước mưa

Nước lũ trên các sông suối trong vùng

Dòng chảy mặt từ khu cao đưa về

Nước ngầm

1/ Giảm bớt lượng nước đến từ các sông suối:

Giảm mực nước lũ của các sông suối trong mùa mưa lũ: ở miền núi xây dựng các hồ chứa để ngăn lũ, điều tiết lũ Vùng đồng bằng dùng các công trình chứa nước ở các cánh đồng cao không cho nước chảy vào cánh đồng thấp hoặc đắp đê dọc theo bờ sông, suối không cho nước chảy tràn lan vào cánh đồng thấp

2/ Chống nước chảy từ vùng cao xuống vùng trũng:

Ở vùng úng ngoài lượng mưa rơi tại chỗ gây úng còn có lượng nước ở vùng cao đổ dồn về gây úng thêm trầm trọng Vì vậy :

• Đắp bờ ngăn nước không cho nước chảy vào vùng úng

• Đào mương tiêu sâu để ngăn chặn nước từ khu cao đổ về khu trũng

• Vừa đào kênh vừa đắp bờ để đảm bảo nguyên tắc tiêu nước cho từng khu: khu cao, khu thấp

3/ Giảm lượng nước đến của nước ngầm:

nước ngầm từ đâu chảy về để có biện pháp thích đáng Nước ngầm có thể có áp hoặc không có áp

*Nước ngầm không áp: Dùng biện pháp tiêu ngang (kênh) tập trung nước ngầm lại để tiêu ra ngoài

*Nước ngầm có áp: Dùng biện pháp tiêu đứng (giếng) để hạ mực nước ngầm xuống

II/ Biện pháp trữ nước trong vùng :

1/ Hình thức trữ nước: Để giảm lượng nước gây úng dùng biện pháp trữ nước tại chỗ với nhiều

hình thức khác nhau

a/ Trữ nước vĩnh viển: dùng vào việc khác hoặc nó tự tiêu hao bằng hình thức bốc hơi

b/ Trữ nước tạm thời: chỉ trữ lúc không có điều kiện tiêu nước ra ngoài, sau giai đoạn căng

thẳng thì tiêu tháo nước ấy ra bằng công trình tiêu

Có thể trữ vào : các đồng ruộng bằng cách lợi dụng khả năng chịu ngập của cây trồng, khu trũng, kênh mương

2/ Các công trình trữ nước:

a/ Trữ nước vào mặt ruộng :

Lợi dụng vào khả năng chịu ngập của lúa, sức chịu ngập của lúa càng lớn thì khả năng trữ nước càng nhiều, trữ ngày dài độ sâu ít hơn trữ ngắn ngày (2 ngày Htrữ 250 mm, 5 ngày Htrữ 150 mm)

b/Trữ nước vào khu trũng:

Ao, hồ, đầm: có thể lợi dụng để trữ nước Khi chọn các khu trữ cần thoả mãn các điều kiện:

• Việc đưa nước về khu trũng tương đối dễ dàng

• Có đường để tháo nước từ khu trũng để ra ngoài

• Khả năng trữ nước tương đối lớn

Tùy theo điều kiện địa hình dùng các biện pháp trữ nước sau:

• Tháo nước vào khu trũng với hình thức tự chảy và nước được giữ lại khu trũng

• Tháo nước tự chảy kết hợp với bơm nước vào khu trũng

• Tháo nước tự chảy vào khu trũng tháo ra bằng bơm

c/Trữ nước vào mạng lưới kênh mương tưới:

Kết hợp mạng lưới kênh tháo nước để trữ, nước tự chảy vào hoặc dùng bơm để trữ nước vào kênh mương

III Biện pháp tiêu nước:

1/ Xác định khu nhận nước tiêu của vùng úng:

Thường là sông lớn hoặc ao, hô,ö đầm chứa

Điều kiện cần thỏa mãn của khu nhận nước tiêu:

• Có năng lực nhận nước tiêu của khu trũng

• Khu nhận nước tiêu phải thấp hơn khu trũng để có điều kiện tự chảy, nếu không tự chảy được phải bơm, cột nước tiêu của khu tiêu phải nhỏ

2/ Yêu cầu về thiết kế trục tiêu:

Trục tiêu nước là trục tiêu chính của khu nhận nước tiêu, trục tiêu thường là sông nội địa hoặc

ao đầm tự nhiên

Nhiệm vụ trục tiêu:

• Trục tiêu dẫn nước tiêu ra khu nhận nước tiêu

• Trữ nước tiêu tạm thời khi không tiêu hết ra được để làm nhiệm vụ điều tiết nhằm giảm lượng nước tiêu

• Trữ nước để tưới khi cần thiết

• Nuôi cá

• Giao thông thủy

Nếu kênh tiêu chỉ làm nhiệm vụ tiêu nước thì phải tính toán sao cho mặt cắt kênh tiêu phải chuyển được Qmax cần tiêu

Nếu kênh tiêu có nhiệm vụ trữ nước thì mặt cắt kênh tiêu phải trữ đủ nước và mực nước trữ bình thường phải thấp hơn mặt đất một độ sâu nhất định để khỏi ảnh hưởng đến sinh trưởng của cây trồng

Nếu kênh tiêu có kết hợp nuôi cá thì phải giữ lại một lớp nước khoảng 0,8-1 m

Nếu kênh tiêu dùng làm đường giao thông thủy thì khi nước cạn nhất thì phải đảm bảo thuyền bè đi lại được

Do những yêu cầu trên kênh tiêu vùng úng giống như một hồ chứa nước

Trong đó:

Hmin = MNC phải đảm bảo yêu cầu nuôi cá và giao thông thủy

Vtrữ: là dùng tích cần trữ lại để thỏa mãn các yêu cầu dùng nước

Vtiêu: dung tích phải tiêu ngay sau một thời gian nhất định

Vd: dung tích trữ khi có mưa lớn hoặc khi không có điều kiện tiêu

H max

Hbt=Htrử

H min =H chết

V tiêu

V trử

Vchết

a/ Xác định mực nước chết của trục tiêu:

Dựa vào yêu cầu nuôi cá : Chiều sâu mực nước chết h = 0,8 - 1m

T: Độ ngập của thuyền khi chở đủ tải

∆h: Độ sâu cho phép từ đáy thuyền đến đáy kênh, thường h = ( 1,5 - 1,7 )T

b/ Chiều rộng tối thiểu của trục tiêu :

Dựa vào yêu cầu giao thông

b = 2[(c+a+d/2) - m * ∆h]

c: Chiều rộng của thuyền

d: Khoảng cách giữa hai thuyền để khỏi va nhau

m: Độ dốc mái kênh

a: Khoảng cách an toàn từ đáy thuyền đến bờ kênh

Để tránh cho thuyền khỏi va nhau khi có gió lớn hoặc nước chảy nhanh

Trong đó:

l: Chiều dài thuyền thường l = ( 10 - 15 )*c

α: Độ lệch truyền khi gặp gió lớn α = 2 - 50

b

B

3/ Hình thức công trình tiêu nước:

Nhiệm vụ công trình tiêu nước là làm thế nào để đưa nước ra khỏi trục tiêu căn cứ vào mực nước trục tiêu Ht và mực nước khu nhận nước tiêu Hs để chọn công trình tiêu cho thích hợp

a/ Cống tiêu tự chảy : Khi mực nước của trục tiêu Ht > mực nước khu nhận nước tiêu Hs

b/ Bơm tiêu : Khi mực nước của trục tiêu Ht < mực nước khu nhận nước tiêu Hs

t

Bơm cống Bơm H

4/ Tính toán qui mô của công trình tiêu nước:

a/ Cơ sở tính toán:

Tính toán công trình tiêu nước tức ta cân bằng giữa lượng nước đến và lượng nước đi, lượng nước còn thừa lại so với yêu cầu chịu ngập của cây trồng ta cần phải tháo đi trong một thời gian nhất định trong tính toán thường chọn thời đoạn ∆T = 1 ngày

Để tính toán tiêu nước ta phải xác định đường quá trình mực nước trục tiêu ( Ht~ t)

Đường quá trình mực nước này phải đảm bảo yêu cầu sau:

• Đảm bảo diện tích trong vùng không bị úng Ht < [Hmax]

• Đảm bảo lượng nước trữ đủ dùng khi cần thiết trong trục tiêu

• Đảm bảo yêu cầu giao thông thủy và nuôi cá Ht > [ Hmin]

Xác định ( Ht ~ t) : Ta phải biết dung tích chứa trong trục tiêu ở từng thời đoạn (Wđ~t) từ dung tích Wđ ta sẽ có mực nước Ht Đường quan hệ (Ht ~ Wt) được xác định dựa vào địa hình, địa chất, thủy văn

Vậy muốn biết Ht ta phải biết Wt, muốn biết Wt phải tính toán cân bằng nước

Tức Wcuối = Wđầu±∆W

∆W: lượng nước tăng giảm trong thời đoạn ∆T

Wđầu: chính là Wcuối của thời đoạn tính toán trước

∆W = Wđến -Wđi - Wtháo

Wđến = Wtiêu + Wmưa

W tiêu

W tháo

W trử

W mưa W b.hơi

Wmưa; Wtiêu; Wb.hơi;

Wtháo; Wtrử= ?

b/ Xác định các yếu tố trong phương trình cân bằng nước:

* Wtiêu: lượng nước tiêu ra trục tiêu Wtiêu = 86,4 q Wtiêuω∆t ( m3)

q: hệ số tiêu (l/s-ha)

ω: diện tích tiêu nước (ha)

∆t:thời đoạn tính toán (1 ngày) Nếu không có tài liệu hệ số tiêu nước ta có thể dùng công thức đơn giản sau

Wtiêu = 10 atωlúa + 10 α P ωmàu

ωlúa, ωmàu : Diện tích trồng lúa và màu (ha)

P: Lượng mưa trong thời đoạn tính toán (mm)

α: Hệ số dòng chảy

at : Lớp nước tiêu ở ruộng lúa

at = P - ( hđ - hc + hbh)

hđ , hc : Lớp nước đầu và cuối thời đoạn tính toán

hbh: Lớp nước bốc hơi và ngấm

* Wmưa = 10 ωtrục P

* Wbh = 10 ωtrục E0

P:Lượng mưa trong thời đoạn tính toán (mm)

E0 : Lượng bốc hơi trong thời đoạn tính toán (mm)

* Xác định dung tích tháoWtháo

nước bằng cống tiêu tự chảy Ht > Hs

Trình tự tính toán như sau:

Giả định mực nước trục tiêu Ht ta có ∆Z = Ht - Hs

Giả đinh qui mô cống tiêu tự chảy ( Cao trình đáy cống, khẩu độ) dùng công thức thủy lực với hình thức công trình đã chọn xác định lưu lượng qua cống Qc ở cuối thời đoạn Lương lượng cống bình quân của thời đoạn tính toán

2

c d tb

Q Q

=

Lượng nước tiêu qua cống trong thời đoạn ∆t

∆W = Wđến - Wđi - Wcống

Từ ∆W ta có Wcuối = Wđầu±∆W

Còn Wđầu chính là Wcuối thời đoạn trước ta đã tính

Từ Wcuối tra trên quan hệ ( Ht ~ Wt) ta được Ht’

So sánh Ht’ với Ht giả định Nếu đúng bằng nhau hoặc sai số trong phạm vi cho phép 5% thì Ht giả định là đúng

Nếu Ht’ # Ht giả định lại Ht và tính toán lại từ đầu

Có Ht ứng với mỗi thời đoạn tính toán ta sẽ có được (Ht ~ t)

So sánh (Ht ~ t) với [ Hmax] và [ Hmin ] nếu phù hợp với giả định về công trình là đúng

Nếu Ht > [Hmax]: Tăng khẩu độ cống

Nếu Ht < [Hmin] : Giảm khẩu độ cống

- Trường hợp 2: Ht < Hs : Dùng trạm bơm tiêu

Thường giả định Qbơm để điều chỉnh mực nước trong trục tiêu cho phù hợp với yêu cầu tiêu trong đồng

Từ Qbơm ta có Wbơm = 3600 Qbơm * n * ∆t (m3)

n: Số giờ chạy máy bơm trong ngày Từ Wbơm ta có ∆W = Wđến - Wđi - Wbơm Từ ∆W Wcuối = Wđầu±∆W

Với Wcuối tra ( Ht ~ Wt) ta có Ht` , so sánh Ht` với yêu cầu của trục tiêu

Nếu Ht < [Hmin] : Giảm Qbơm