SƠ ĐỒ TÍNH TOÁN ĐIỀU KHIỂN LŨ VÀO CÁC VÙNG BỜ BAO TRONG ĐIỀU KIỆN LŨ TRUNG BÌNH VÀ LŨ THẤP Ở ĐBSCL

Vùng bao đê chống lũ tháng 8 được chọn làm đối tượng nghiên cứu việc quản lý lũ nhằm các mục tiêu: Bảo vệ thu hoạch lúa hè thu, vệ sinh đồng ruộng, tăng dưỡng chất cho đất. Quy trình quản lý‎ lũ này cũng thích hợp cho vùng bờ đê bao chống lũ triệt để khi theo chu kỳ xả nước lũ vào vùng bao khắc phục tình trạng môi trường trong vùng bao. Trong bài viết trình bày cách phân chia giai đoạn quản lý‎ lũ, xác định các thời điểm đóng mở cống, đồng thời cũng giải quyết vấn đề ổn định sơ đồ tính thủy lực cho bài toán đặc biệt này.

SƠ ĐỒ TÍNH TOÁN ĐIỀU KHIỂN LŨ VÀO CÁC VÙNG BỜ BAO TRONG ĐIỀU KIỆN LŨ TRUNG BÌNH VÀ LŨ THẤP Ở ĐBSCL

COMPUTATIONAL SCHEME FOR FLOOD MANAGEMENT FOR EMBANKED AREAS WITH MEDIAN AND LOW FLOODS IN THE

MEKONG DELTA

ThS.NCS Nguyễn Phú Quỳnh

TÓM TẮT

Vùng bao đê chống lũ tháng 8 được chọn làm đối tượng nghiên cứu việc quản lý lũ nhằm các mục tiêu: Bảo vệ thu hoạch lúa hè thu, vệ sinh đồng ruộng, tăng dưỡng chất cho đất Quy trình quản lý lũ này cũng thích hợp cho vùng bờ đê bao chống lũ triệt để khi theo chu kỳ xả nước lũ vào vùng bao khắc phục tình trạng môi trường trong vùng bao Trong bài viết trình bày cách phân chia giai đoạn quản lý lũ, xác định các thời điểm đóng mở cống, đồng thời cũng giải quyết vấn đề ổn định sơ đồ tính thủy lực cho bài toán đặc biệt này.

ABSTRACT

Embanked areas for August flood protection are chosen as object of flood management investigation for following goals: Protection of harvesting summer-autumn crop, plain sanitary, fertilizing soils The process of flood management also suits absolute flood protected areas, for the moment when flood water is released into them to improve the environmental situation by periodical plan This paper are presented separation of flood periods, determination of time points to operate sluices (open and close) and also resolution of stability requirement of computational hydraulic scheme for this specific problem.

I ĐẶT VẤN ĐỀ

Để kiểm soát lũ ở ĐBSCL diện tích ngập hàng năm được chia thành 3 vùng [1]:

Vùng ngập sâu không kiểm soát lũ, tại đây các khu vực trồng lúa vẫn có

bờ bao không lớn để bảo vệ việc thu hoạch lúa hè thu sớm (chậm nhất là đầu tháng 8) và để giữ nước cuối lũ cho vụ đông - xuân Vào lũ chính vụ của các trận

lũ trên trung bình nước tự do tràn qua các bờ bao thấp không chịu sự điều hành của con người

Vùng ngập vừa kiểm soát lũ tháng 8 là chủ yếu, tuy có nhiều diện tích được bao chống lũ triệt để nằm trong vùng này (như Chợ Mới, Thoại Sơn – An Giang) Nội dung của việc chống lũ tháng 8 là xây các bờ bao (phần lớn là bao vừa, diện tích mỗi ô bao là 200 – 300 ha), có cống bọng để bảo vệ gặt lúa hè thu chính vụ trước khoảng 25 tháng 8 hàng năm Sau đó chủ động tháo nước vào để

vệ sinh đồng ruộng, bồi bổ dưỡng chất cho đất và giảm áp lực lũ cho toàn đồng bằng Cuối lũ khi mực nước xuống tới mức cần thiết thì đóng các cống bọng và bơm vợi nước gieo sạ lúa đông - xuân

Vùng ngập nông kiểm soát lũ triệt để với các bờ bao không lớn vẫn có các cống bọng để lấy và tháo thay đổi nước cũng như các trạm bơm đầu nước thấp để chống úng ngập do mưa khi mực nước sông rạch cao không tiêu tự chảy được Phần lớn vùng này trồng cây ăn quả hoặc hoa màu, khả năng chịu ngập thấp

Như đã nói ở trên, những vùng ngập vừa vẫn có những diện tích bao đê chống lũ triệt để Ở đây do kém trao đổi nước nên môi trường đất – nước không cải thiện, có nơi đất bị xấu đi, sâu bệnh phát triển, nhất là ở những vùng đất có vần đề (chua phèn, bạc màu) như ở Thoại sơn (An Giang) hay Tam Nông (Đồng Tháp) Đã bắt đầu có quy trình là ở các khu vực này cứ 3 năm/1 lần hạ cấp chống

lũ xuống mức chống lũ tháng 8 [2]

Việc tính toán thủy lực như vậy chỉ còn cần xem xét cho trường hợp điều khiển lũ cho vùng chống lũ tháng 8 (kể cả diện tích chống lũ triệt để trong vùng ngập vừa nhưng vào năm cần xả lũ hạ mức xuống chỉ còn chống lũ tháng 8)

Cũng chính cho vùng ngập vừa (chủ yếu chống lũ tháng 8 cho các năm lũ trung bình) này mà vào năm lũ thấp cần đặt vấn đề tính toán điều khiển cống bọng để vừa bảo vệ được mùa màng vừa có lợi nhất về mặt môi trường Đó chính

là nội dung chủ yếu của bài viết này

II TÍNH TOÁN DÒNG CHẢY LŨ CHO VÙNG BAO ĐÊ CHỐNG LŨ THÁNG 8 Ở ĐBSCL VÀO NHỮNG NĂM LŨ TRÊN TRUNG BÌNH

Lũ trên trung bình được hiểu là đỉnh lũ ở Tân Châu vượt mức 4,20m và đến cuối tháng 8 vượt mức 3,50m Trừ các năm lũ lớn đặc biệt (1961, 1978,

1996, 2000,…) mực nước lũ cuối tháng 8 lớn hơn nhiều so với mức trung bình, đặc biệt như lũ 2000 cuối tháng 7 mực nước tại Tân Châu đạt đỉnh thứ nhất tới 4,35m (đỉnh thứ 2 và là đỉnh chính đạt 5,06m Như vậy sơ đồ tính sẽ là:

Đầu lũ (tháng 5 và đầu tháng 6): Khi mực nước trong đồng do mưa cao hơn mực nước kênh rạch bao quanh các cống bọng được mở hết để tiêu nước mưa, chống úng Các cống này chỉ đóng lại khi mực nước bên ngoài cao hơn mực nước

mà cây lúa đạt độ ngập vừa phải (ví dụ 1/3 thân) Lúc này là lúc tranh thủ nước luân chuyển để sơ bộ vệ sinh đồng ruộng và lấy phù sa đầu vụ Để vệ sinh đồng ruộng tốt hơn, cống mở lấy nước lũ và cống tháo ra kênh phía hạ lưu nên bố trí đi

kèm với 2 hệ thống kênh lấy nước, thoát nước so le nhau và được bố trí ở hai phía

bờ đối diện, hãn hữu lắm mới mở cống đầu vào và đầu ra trên cùng một trục kênh Các cống chỉ đóng lại khi mực nước ngoài ô bao dâng cao hơn mực nước ruộng cho phép và có tính đến lượng mưa từ thời điểm đóng cống cho tới khi gặt xong lúa hè thu sao cho không bị lút lúa khó gặt và lúa ngã rạp dễ nảy mầm

Giữa lũ: Khi đã gặt xong lúa hè – thu và trong thời gian ngắn lũ sẽ tràn bờ bao thì các cống đều mở hết cho nước lũ vào và để cho mực nước trong đồng nhanh chóng dâng lên để đến khi tràn bờ chênh lệch mực nước trong ngoài đồng không lớn Tổng khẩu độ cống phải vượt hơn khẩu độ tối thiểu để đạt được độ chênh lệch mực nước thấp được xác định trong giải pháp quản lý hệ thống công trình kiểm soát lũ Tứ giác Long Xuyên [3]

Khi dòng chảy lũ đã tràn bờ (cả phần vào và phần ra) đường tràn có kích thước rất lớn (hàng ngàn m), vì vậy chúng tôi đã phân tích trong tính toán bằng

sơ đồ hiện sẽ mất ổn định và sơ đồ ẩn khó hội tụ, nghiệm dao động mạnh khi chênh kệch mực nước trước và sau tràn nhỏ và chảy qua tràn ở trạng thái chảy ngập (chênh lệch mực nước thượng hạ lưu δz<∆z với ∆ztrị số nhỏ ví dụ

m

01

,

0

z=

∆ ) [4] Để khử tính không ổn định của sơ đồ tính và để giảm thiểu sai

số tính toán chúng tôi đã đưa ra trình tự sử dụng công thức tính lưu lượng qua tràn như sau:

II.1 Chảy tự do

∑

=

i

2 / 3 i i

i.b g.H m

Trong đó:

mi: Hệ số lưu lượng qua đường tràn chiều rộng bi (các cống tháo và đường tràn bờ bao)

) ng th

H = − : Cột nước trước tràn.

th

Z : Mực nước thượng lưu

) ng

Z : Cao trình ngưỡng tràn của cống và cao trình bờ bao bị tràn

II.2 Chảy ngập

Khi n ) h ng ) Hi

3

2 Z

Z

h

Z : Mực nước hạ lưu

Ta có 2 trường hợp:

(i) Khi δz=Zth −Zh≥∆z

2 / 1

z M

Trong đó

∑ϕ

=

i

) n i

Với ϕi: Hệ số lưu tốc chảy ngập của tràn i (cống, đường tràn bờ bao)

(ii) Chảy ngập với δz<∆z

















δ

δ









δ

− δ

δ

− δ + + δ

−

∆

δ

−

∆









δ

− δ

δ

− δ

−

∆

−

∆

δ

=

0 0

0 0

0

0

z z z

z z 1 z z

z z z z

z z 1 Q 2

1 z

z

M

Q

Trong đó

z z

4

1

4

z

z0 = ∆ δ

Như vậy với ∆z=0,01mta có:











 − δ −δ −δ + + δ −δ δ

− δ

3

z 01 , 0 z z sign 1 M 5 z M

10

Trong đó











δ

>

δ

−

δ

= δ

δ

<

δ

= δ

− δ

0 0

0 0

z z khi 1

z z khi 0

z z khi 1

z z

(iii) Nếu tính toán thông qua hệ số cản phụ kc trong trường hợp chảy ngập thì không phải xử lý cho trường hợp chênh lệch mực nước thượng hạ lưu δz nhỏ như ở trên và ta có [4]

x M

A

2 đ

Với M tính theo (3)

Hệ số cản phụ này có mặt trong phương trình chuyển động viết dưới dạng:

(k k )vv 0 x

z x

v g

v t

v g

1

+ +

∂

∂ +

∂

∂ +

∂

∂

(8) Trong (7) và (8)

đ

A : Diện tích mặt cắt đồng Ađ =Bđhđ.

đ

B : Chiều rộng mặt cắt đồng

h = −

đ

Z : Cao trình mặt ruộng

đ

A

Q

v= Tốc độ dòng chảy trên đồng

3

đ

2

h

n

k = Hệ số cản dọc đường với hệ số nhám n

III TÍNH TOÁN THỦY LỰC CHO VÙNG BAO ĐÊ (CHỐNG LŨ THÁNG

8 HOẶC CHỐNG LŨ TRIỆT ĐỂ KHI CẦN THÁO LŨ) VỚI LŨ THẤP

Trong lũ thấp, giai đoạn mở cống đầu lũ khi mực nước trong đồng và mực nước xung quanh ô bao thấp hơn mực nước cho phép ngập của lúa có thể được kéo dài hơn và có thể có hoặc không có giai đoạn 2 phải đóng cửa cống để giữ mực nước ruộng thuận lợi cho thu hoạch lúa

Do hiện nay chưa có khả năng dự báo lũ trung hạn đủ chính xác nên để điều khiển đóng mở cống tại các ô bao ta tiến hành theo các bước sau:

(i) Chọn thời điểm (dự báo) ngày cuối cùng thu hoạch xong (thar) cho lúa hè

- thu của ô bao cụ thể

(ii) Định mực nước cao nhất đến thời điểm T thu hoạch lúa xong có thể cho phép ở thời điểm này

h Z

Zmax = ruông+∆

h

∆ : Độ ngập cho phép của cây lúa khi thu hoạch (40 – 50cm) tùy thuộc theo giống lúa và độ ngả rạp của cây lúa

t

z a

∂

∂

=

và mực nước lũ Zlũ cùng thời điểm để xác định khoảng thời gian τ để lũ đạt mực

nước Zmax

a

Z

Zmax − lu

= τ

Thời điểm top để thao tác mở tất cả các cống đưa nước vào ô bao

τ

−

=T

top

(iv) Nếu top ≤t thì cần thao tác mở cống ngay, ngược lại sẽ mở cống vào thời điểm top Vào năm lũ thấp đặc biệt (như lũ 1998) có thể lấy thời điểm tính toán t sớm hơn ví dụ giữa tháng 7 Trong quá trình mở cống tại các thời điểm t

khác nhau cần tính thời gian top Nếu tại thời điểm nào đó t≤top thì phải đóng các

cống tháo nước ngay, sau đó lại tính top cho các thời điểm sau để quyết định có

mở lại cống không

(v) Nếu top >thar thì mở cống ngay thời điểm gặt xong thar hoặc trước thời

điểm gặt xong (sớm hơn thar)

(vi) Cho hết trận lũ tới khi đóng các cửa cống để giữ nước cho vụ đông – xuân tính tổng lượng nước vào ra ô bao nhằm đánh giá hiệu quả của việc điều hành lũ Có thể đánh giá riêng lượng nước tràn qua mặt ruộng vào đầu lũ (có thể nhiều phù sa hoặc là nước chua đầu mùa)

IV THẢO LUẬN

Việc tính toán điều khiển nước lũ đưa vào vùng bao đê cần hết sức uyển chuyển nhằm bảo vệ được việc gặt lúa đông – xuân Nhưng lấy được nhiều nước tốt cải thiện môi trường đất và nước trong vùng bao cần chia giai đoạn đầu lũ, giai đoạn bảo vệ lúa và giai đoạn cuối lũ, đồng thời có ứng xử kịp thời khi gặp lũ dưới trung bình và lũ thấp

Tính toán thủy lực cho dòng tràn qua bờ bao thường gặp phải độ chênh lệch mực nước trong và ngoài bờ bao không lớn Để sơ đồ tính ổn định trong trường hợp đó đã vận dụng kết quả nghiên cứu trước ([4]) để đưa ra quy trình tính hiệu quả, tránh được sự cố trong tính toán

Quy trình quản lý lũ, đặc biệt là lũ thấp được lập cho vùng bao đê chống

lũ tháng 8 cũng có thể dùng cho vùng bao chống lũ triệt để vào những năm luân phiên cần lấy nước lũ vào để cải thiện môi trường vùng bao và tình trạng đất bạc màu

Địa chỉ ứng dụng quy trình tính toán quản lý lũ này là vùng Tứ giác Long Xuyên thuộc các tỉnh An Giang, Kiên Giang và một phần tỉnh Cần Thơ

V KẾT LUẬN

Bờ bao chống lũ cơ bản đã được xây dựng ở vùng ngập lũ ĐBSCL Tuy nhiên vùng bao đê vẫn cần có lũ để làm vệ sinh môi trường và bồi bổ đưỡng chất cho ruộng đất Việc quản lý lũ cho vùng bao đê đặc biệt là cho vùng lũ thấp là rất quan trọng Chúng tôi lấy việc quản lý vùng bao chống lũ tháng 8 làm đối tượng điển hình để nghiên cứu với việc phân giai đoạn và giải quyết vấn đề ổn định sơ

đồ tính thủy lực khi mực nước chênh lệch trong và ngoài bờ bao không lớn

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Tô Văn Trường và nnk (1999) “Quy hoạch lũ ĐBSCL” Tài liệu quy hoạch Viện

Quy hoạch Thủy lợi miền Nam

2 Nguyễn Ân Niên và nnk (2004) “Nghiên cứu giải pháp quản lý hệ thống công

trình kiểm soát lũ Tứ giác Long Xuyên” Đề tài trọng điểm cấp Bộ.

3 Nguyễn Phú Quỳnh – Nguyễn Ân Niên (2007) “Xác định khẩu độ cống tháo

nước vào vùng bao đê nhằm bảo vệ ổn định bờ bao vùng ĐBSCL” Báo cáo hội nghị

Cơ học Thủy khí toàn quốc năm 2007

4 Nguyễn Phú Quỳnh – Nguyễn Ân Niên (2007) “Phương pháp tính dòng tràn

qua các bờ bao chống lũ ở ĐBSCL” Báo cáo tại hội nghị Cơ học toàn quốc lần 8.

Người phản biện: PGS.TS Tăng Đức Thắng