nghiên cứu cơ sở khoa học vận hành tối ưu các công trình điều tiết trên các trục tiêu chính hệ thống các trạm bơm tiêu hà nam - nam định

- Sông Đào Nam Định có chiều dài 23 km và diện tích lưu vực 185 kmP 2 P, Sông Đào nối sông Hồng với sông Đáy là sông bao quanh phía nam và đông nam và là ngu ồn cấp nước cho hạ lưu sông

1 S ự cần thiết của đề tài 1

2 M ục tiêu nghiên cứu 1

3 Phương pháp nghiên cứu 1

4 N ội dung nghiên cứu 2

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 3

1.1 T ổng quan tình hình khu vực 3

1.1.1 V ị trí địa lý 3

1.1.2 Đặc điểm địa hình 3

1.1.3 Đặc điểm khí hậu, thủy văn 4

1.1.4 Đặc điểm đất đai thổ nhưỡng 7

1.2 T ổng quan về các kết quả nghiên cứu tính toán hệ thống sông ở ngoài nước 8

1.3 T ổng quan về các kết quả nghiên cứu tính toán hệ thống sông ở trong nước 11

1.4 Nh ận xét chung: 13

1.5 Tính c ấp thiết của đề tài nghiên cứu 14

CHƯƠNG II: CƠ SỞ DỮ LIỆU VÀ HIỆN TRẠNG THỦY LỢI 17

2.1 Nhi ệm vụ và quy mô hệ thống 17

2.2 Hi ện trạng các con sông chính trong hệ thống 17

2.3 Hi ện trạng các công trình trong hệ thống 19

2.3.1 Công trình đầu mối 20

2.3.2 H ệ thống kênh mương và các công trình trên kênh 22

2.4 Đánh giá hiện trạng các công trình đã có 23

2.5 Tài li ệu thủy văn 24

2.5.1 Tài li ệu mưa 24

2.5.2 Tài li ệu địa hình 26

2.6 Phân khu tiêu 27

2.6.1 M ục tiêu phân khu, phân ô tiêu 27

2.6.2 Nh ững cơ sở và nguyên tắc để phân khu, phân ô tiêu 28

2.6.5 Xác định quan hệ F ~ Z theo ô, theo khu và toàn hệ thống 34

CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH, TÍNH TOÁN VÀ ĐỀ XUẤT CƠ SỞ KHOA HỌC V ẬN HÀNH TỐI ƯU HÓA HỆ THỐNG 35

3.1 Cơ sở lý thuyết 35

3.1.1 Phương pháp nghiên cứu 35

3.1.2 Mô hình th ủy lực VRSAP 35

3.3 Mô hình tiêu úng n ội đồng 36

3.3.1 M ục đích tính toán mô hình 36

3.3.2 C ấu trúc của mô hình 36

3.3.3 Điều kiện tính toán 39

3.4 Ki ểm định mô hình tiêu úng 41

3.4.1 K ết quả tính toán từ mô hình 41

3.4.2 Di ễn biến diện tích đất ngập tại mỗi phân khu tiêu 44

3.4.3 T ổng hợp kết quả tính để chọn phương án 56

K ết luận 60

TÀI LI ỆU THAM KHẢO 61

B ảng 1.2 Đặc trưng khí hậu trung bình trạm Nam Định 5

B ảng 2.1 Các thông số thiết kế của 6 trạm bơm động lực 20

B ảng 2.2 Công trình đầu mối của các lưu vực tiêu 21

B ảng 2.3 Công trình đầu mối của các phân khu tưới 22

B ảng 2.4 Hệ thống kênh trục tiêu chính và các công trình trên kênh 22

B ảng 2.5 Tỷ lệ lưu lượng của các trạm bơm so với thiết kế 23

B ảng 2.6 Lượng mưa bình quân tháng của 25

m ột số trạm khí tượng trong vùng (mm) 25

B ảng 2.7 Lượng mưa ngày lớn nhất của một số trạm khí tượng trong vùng (mm) 25

B ảng 2.9 Phân bố cao độ ruộng đất khu vực 6 TBĐL 26

B ảng 2.10 Bảng phân bố diện tích theo cao độ toàn vùng 6 trạm bơm(ha) 27

B ảng 2.11 Kết quả phân khu tiêu hệ thống 6 trạm bơm 32

B ảng 2.12 Kết quả phân ô tiêu hệ thống 6 trạm bơm 33

B ảng 3.1 Các chỉ tiêu đặc trưng của các trục tiêu chính 37

B ảng 3.2 Số mặt cắt địa hình của mạng sông, kênh tiêu chính 38

B ảng 3.3 Chỉ tiêu kỹ thuật của các công trình điều tiết 39

B ảng 3.4 Bảng các tổ hợp đóng mở cống 42

Hình 2.1 Mô hình lượng mưa dùng trong tính toán 26

Hình 3.1 Hiệu chỉnh mô hình mực nước tại Như Trác và tại Cầu Sắt 42

Hình 3.2 Bi ểu đồ diện tích ngập trường hợp 12 của khu tiêu Như Trác 45

Hình 3.3 Bi ểu đồ diện tích ngập trường hợp 18 của khu tiêu Như Trác 45

.Hình 3.4 Bi ểu đồ diện tích ngập trường hợp 38 của khu tiêu Như Trác 46

Hình 3.5 Bi ểu đồ diện tích ngập khu tiêu Như Trác 46

Hình 3.6 Bi ểu đồ diện tích ngập trường hợp 4 của khu tiêu Hữu Bị 47

Hình 3.7 Bi ểu đồ diện tích ngập trường hợp 64 của khu tiêu Hữu Bị 48

Hình 3.8 Bi ểu đồ diện tích ngập trường hợp 34 của khu tiêu Hữu Bị 48

Hình 3.9 Bi ểu đồ diện tích ngập khu tiêu Hữu Bị 49

Hình 3.10 Bi ểu đồ diện tích ngập trường hợp 2 của khu tiêu Cốc Thành 50

Hình 3.11 Bi ểu đồ diện tích ngập trường hợp 18 của khu tiêu Cốc Thành 50

Hình 3.12 Bi ểu đồ diện tích ngập trường hợp 63 của khu tiêu Cốc Thành 51

Hình 3.13 Bi ểu đồ diện tích ngập khu tiêu Cốc Thành 51

Hình 3.14 Bi ểu đồ diện tích ngập trường hợp 2 của khu tiêu Vĩnh Trị 52

Hình 3.15 Bi ểu đồ diện tích ngập trường hợp 64 của khu tiêu Vĩnh Trị 53

Hình 3.16 Bi ểu đồ diện tích ngập trường hợp 35 của khu tiêu Vĩnh Trị 53

Hình 3.17 Bi ểu đồ diện tích ngập khu tiêu Vĩnh Trị 54

Hình 3.18 Bi ểu đồ diện tích ngập trường hợp 2 của khu tiêu Cổ Đam 55

Hình 3.19 Bi ểu đồ diện tích ngập trường hợp 58 của khu tiêu Cổ Đam 55

Hình 3.20 Bi ểu đồ diện tích ngập trường hợp 64 của khu tiêu Cổ Đam 56

Hình 3.21 Bi ểu đồ diện tích ngập khu tiêu Cổ Đam 56

Hình 3.22 Bi ểu đồ diện tích ngập trường hợp 3 của 5 khu vực tiêu 57

Hình 3.23 Bi ểu đồ diện tích ngập trường hợp 18 của 5 khu vực tiêu 57

Hình 3.24 Bi ểu đồ diện tích ngập trường hợp 61 của 5 khu vực tiêu 58

Hình 3.25 Bi ểu đồ diện tích ngập của 5 khu tiêu 58

Hình 3.26 Bi ểu đồ các trường hợp cho diện tích ngập nhỏ nhất 59

MỞ ĐẦU

1 S ự cần thiết của đề tài

Hà Nam và Nam Định là hai tỉnh thuộc vùng đồng chiêm trũng và v ề mựa mưa lũ thường xuyên trong tình trạng ngập úng Để giải quyết tỡnh trạng này, hệ thống cỏc trạm bơm lớn đó được xõy dựng từ những năm 1970 Tuy nhiờn, cụng trỡnh đầu mối cũng như hệ thống kờnh mương, cụng trỡnh trờn kờnh đó trờn 40 năm khai thỏc, s ử dụng, đến nay đó xuống cấp nghiờm trọng Cỏc thiết bị mỏy múc ở cụng trỡnh đầu mối hỏng húc, xuống cấp nờn hiệu suất bơm khụng cao Cỏc cụng trỡnh điều tiết giữa cỏc phõn khu chưa hoạt động hợp lý và hiệu quả Chớnh vỡ vậy việc nghiờn cứu cỏc phương ỏn vận hành tối ưu cỏc cụng trỡnh điều tiết trờn cỏc trục

tiờu chớnh hệ thống cỏc trạm bơm tiờu trong khu vực là hết sức cần thiết

2 M ục tiờu nghiờn cứu

Nghiờn cứu nhằm tỡm ra cỏc phương ỏn đúng /mở phối hợp cỏc cống sao cho

di ện tớch ngập của cỏc khu tiờu là nhỏ nhất từ đú tỡm ra được phương ỏn hợp lý nhất cho di ện tớch vựng tiờu là lớn nhất

3 Phương phỏp nghiờn cứu

(1) Ti ếp cận tổnghợp

Xem khu v ực nghiờn cứu là một phần của lưu vực tiờu, trong đú cỏc điều

ki ện cấu thành hệ thống gồm: địa hỡnh, địa chất, khớ hậu, nước, sinh vật, con người, phương thức quản lý, khai thỏc v.v…, là cỏc thành phần của hệ tương tỏc cú quan

h ệ ràng buộc, tỏc động lẫn nhau

(2) Ti ếp cận kế thừa, phỏt triển cỏc kết quả nghiờn cứu và tiếp thu cụng nghệ

+ Ti ếp cận cỏc kết quả nghiờn cứu về tớnh toỏn động lực học dòng chảy ở trờn thế giới và trong nước nhất là cỏc kết quả ở vùng nghiờn cứu

+ S ử dụng cỏc cụng cụ tiờn tiến để triển khai thực hiện đề tài như: Sử dụng cỏc ph ần mềm VRSAP (Vietnam River System and Plan , GS Nguyễn Như Khuờ ) được cải biờn bởi GVHD và cỏc ph ần mềm ứng dụng khỏc để phục vụ cụng tỏc tớnh toỏn, d ự bỏo mực nước khu vực

4 N ội dung nghiên cứu

- Thu th ập các tài liệu về điều kiện tự nhiên, những thông số kỹ thuật cơ bản

c ủa khu vực nghiên cứu

- Thu thập số liệu cao trình các cống then chốt làm việc trong khu tiêu

- Tính toán thủy lực hệ thống sông nội đồng

- Tính toán xác định được phạm vi ngập úng: diện tích ngập, mức độ ngập

- Phía B ắc và Đông Bắc là sông Hồng, giáp với tỉnh Thái Bình

- Phía Tây và Tây B ắc là sông Đáy, giáp với huyện Duy Tiên, Kim Bảng

- Phía Đông và Đông Nam là sông Đào, giáp với huyện Nam Trực, Nghĩa Hưng

- Phía Nam và Tây Nam là sông Đào và sông Đáy, giáp với tỉnh Ninh Bình và huy ện Nghĩa Hưng

1.1.2 Đặc điểm địa hình

Lưu vực có tổng diện tích tự nhiên 85.326 ha, với địa hình phức tạp, cao thấp xen k ẽ, nhiều khu lòng chảo Khu vực gồm các đơn vị hành chính: các huyện Lý Nhân, Thanh Liêm, Bình L ục, Vụ Bản, Ý Yên, Mỹ Lộc, thành phố Phủ Lý và thành

ph ố Nam Định

Ru ộng đất phần lớn có cao độ +0,75 - +1,5m; một số vùng cao ở Bắc Lý Nhân, ven sông Đào, sông Châu; một số vùng đất trũng cốt +0,7 - +0,8m ở Bình

L ục, Ý Yên, Vụ Bản; một số nơi có đồi núi như ở Vụ Bản, Thanh Liêm, Ý Yên Tình hình phân b ố cao độ ruộng đất được thể hiện trong Bảng 1.1

B ảng 1.1 Phân b ố cao độ ruộng đất khu vực Nam Hà

Cao độ (m) Diện tích (ha) Tỷ lệ (%) % cộng dồn

0,5 - 0,75 12.857,75 15,07 18,72 0,75 - 1,0 22.127,15 25,93 44,65 1,0 - 1,25 16.506,87 19,34 63,99

V ới đặc điểm địa hình khu vực cao thấp xen kẽ, nhiều nơi lòng chảo, đặc biệt

v ới diện tích đất màu và phi canh tác 31.639 ha (chiếm 37%) nên việc đầu tư giải quy ết tiêu úng cho khu vực còn gặp nhiều khó khăn và tốn kém

1.1 3 Đặc điểm khí hậu, thủy văn

Có th ể nói đặc điểm khí hậu của vùng mang tính chất chung của vùng đồng

b ằng Bắc Bộ, trong năm chia ra hai mùa mưa và khô rõ rệt

- Nhi ệt độ trung bình nhiều năm 23,5°C, thấp nhất tuyệt đối là 5°C và cao

nh ất tuyệt đối là 40°C Tháng nóng nhất là tháng VII (29,2°C), tháng lạnh nhất là tháng I (16,3°C)

- Độ ẩm các tháng trung bình đều lớn hơn 80%, độ ẩm trung bình nhiều năm

t ại Nam Định là 86%, cao nhất là tháng III (91%) và thấp nhất là tháng VII (82%)

- T ốc độ gió trung bình nhiều năm tại Nam Định là 2,3 m/s, tốc độ gió trung bình tháng không có s ự thay đổi nhiều giữa các tháng, trong đó lớn nhất vào các tháng X (2,5 m/s), nh ỏ nhất vào tháng III (2,0 m/s) Tốc độ gió lớn nhất từng đo

được tại Nam Định là 48 m/s, trong mùa mưa lũ tốc độ gió lớn nhất thường xảy ra vào các tháng VIII, IX và X

- Lượng bốc hơi trung bình nhiều năm đo bằng ống piche là 800 - 840 mm

T ại Nam Định là 810 mm, trong đó tháng lớn nhất đạt 103 mm (tháng VII) và nhỏ

nh ất là 38 mm (tháng III)

- Lượng mưa trung bình nhiều năm từ 1500 - 1800 mm, mùa mưa thường từ tháng V đến tháng X, tháng mưa lớn nhất là tháng VIII, lượng mưa 3 tháng lớn nhất (VII, VIII, IX) chi ếm hơn 60% tổng lượng mưa cả năm Tại Nam Định lượng mưa trung bình nhi ều năm đạt 1740 mm, tháng mưa nhiều nhất là tháng IX (320 mm), và mưa ít nhất vào tháng III (7,8 mm)

Nguyên nhân gây mưa lớn của khu vực thường do bão, áp thấp nhiệt đới, dải

h ội tụ nhiệt đới Các trận mưa lớn lịch sử trong khu vực là tháng VIII/1971, tháng IX/1985 Hai năm này do mưa lớn đã gây lũ lụt rất nghiêm trọng trên lưu vực sông Đáy và vùng hạ lưu dẫn đến ngập úng trên diện rộng, một số nơi bị vỡ đê

M ột số thông số khí hậu bình quân của trạm Nam Định như trong Bảng 1.2

B ảng 1.2 Đặc trưng khí hậu trung bình trạm Nam Định

Hình 1.1 B ản đồ khu tiêu Nam Hà

1.1 4 Đặc điểm đất đai thổ nhưỡng

Đất đai toàn vùng đại bộ phận có nguồn gốc là phù sa Trong số 85.326 ha đất

t ự nhiên của vùng chỉ có trên 400 ha đất có nguồn gốc từ phiến thạch, đó là vùng đồi núi của huyện Thanh Liêm, Vụ Bản, Ý Yên

- Vùng đồng bằng trũng đất chua nghèo lân với độ pH: 4,1 - 5,0; pHR 2 RO t ừ 4,6 đến 5,5 tức là từ chua đến vừa; hàm lượng PR 2 ROR 5 R th ấp (<0,05%) Tuy nhiên có cấp nước thủy lợi thì vùng đất này có thể thích hợp cho nhiều loại cây trồng như cây lương thực, cây màu, cây công nghiệp và các loại cây ăn quả khác

- Vùng đồi bán sơn địa phía Tây chủ yếu là đất nâu vàng trên phù sa cổ, đất đỏ vàng trên đá phiến sét, đất nâu đỏ và mùn đỏ vàng, đất nâu đỏ trên đá vôi Nhìn chung thành ph ần N, P và tỷ lệ mùn thấp, độ chua cao Hiện trạng đất ở đây cũng phù h ợp với sự phát triển của nhiều loại cây trồng như chè, lạc, lúa, ngô, sắn và một

s ố cây ăn quả như vải, chuối

Dưới tác động nhiều năm của điều kiện tự nhiên, con người, đất phù sa đã bị

bi ến đổi nhiều: Ở những nơi cao bị rửa trôi, đất trở nên bạc màu, khô cằn; ngược lại

ở những nơi trũng thấp, quanh năm có nước thì bị gley hóa, tích đọng nhiều chất như sắt, nhôm, mangan ảnh hưởng lớn đến cây trồng (vùng Thanh Liêm, Vụ Bản,

Ý Yên) Do b ị ngập úng thường xuyên nên quá trình phân giải chất hữu cơ trong điều kiện yếm khí rất chậm chạp và sinh ra các chất làm kìm hãm cây trồng như

HR 2 RS, CHR 4 R, SOR 2 R Các ch ất này kết hợp với sắt, nhôm trong đất tạo thành các dạng firit bám vào r ễ cây, gây khó khăn cho việc hút các chất dinh dưỡng của cây và gây nên hi ện tượng thối rễ ở cây

T ừ khi 6 trạm bơm điện lớn được xây dựng, những vùng trũng đã thoát khỏi

c ảnh úng ngập triền miên Nhưng một vấn đề phát sinh là những vùng trước đây

ng ập nước, đất mang tính chất phèn tiềm tàng, pH = 5,5, thì sau khi tiêu nước, đất phèn ti ềm tàng trở thành phèn hiện thực Nguyên nhân do đất được phơi ải, các

d ạng firit bị ôxy hóa tạo thành các sunfat sắt, nhôm, tạo thành các axit tự do, đất trở nên r ất chua , pH ≤ 4 Điển hình là khu vực Ý Yên, Vụ Bản, Bình Lục Do vậy việc tiêu tri ệt để sẽ giảm hiệu quả thực tế rất nhiều nếu như giai đoạn tiếp theo không

th ực hiện được việc tưới đầy đủ nhằm thau chua, ém phèn của đất Đây là đặc điểm riêng bi ệt về kết hợp liên hoàn giữa tưới và tiêu của lưu vực

Có th ể nói, đất đai trong khu vực là đất phù sa sông Hồng, có độ phì tự nhiên màu m ỡ Địa hình cao thấp xen kẽ, đa dạng về loại đất Trong đất đang diễn ra 2 quá trình thoái hóa:

- Quá trình gley hóa di ễn ra ngay ở lớp đất mặt thuộc các loại đất địa hình

th ấp, tạo ra nhiều chất độc hại kìm hãm quá trình sinh trưởng và phát triển của cây

tr ồng

- Quá trình k ết von xảy ra ở các loại đất địa hình cao, ảnh hưởng đến kết cấu đất, cản trở quá trình canh tác

Nhìn chung, đất vùng này giàu tiềm năng, độ phì nhiêu khá, giàu hữu cơ, N,

P T ầng đất nông nghiệp dày, phù hợp nhiều loại cây trồng Tuy vậy, khi hệ thống 6

tr ạm bơm điện lớn được quy hoạch lại, cần xem xét các vấn đề về đa dạng hóa nông nghi ệp, bố trí cơ cấu cây trồng (lúa, màu, cây ăn quả, cây công nghiệp ), về thời vụ (lúa 1 v ụ, 2 vụ, các vụ màu ), cùng vật nuôi hợp lý (cá nước ngọt, thủy sản ) trong khu v ực với những điều kiện thủy lợi mới

1.2 T ổng quan về các kết quả nghiên cứu tính toán hệ thống sông ở ngoài nước

Hi ện tại để tính toán chảy lũ kiệt, xâm nhập mặn, trạng thái ô nhiễm hữu cơ, trên các h ệ thống kênh sông của Việt Nam các kỹ sư và cán bộ kỹ thuật thường dùng m ột số phần mềm máy tính của nước ngoài và trong nước

V ề mặt học thuật các mô hình tính toán dòng chảy và chất lượng nước trong sông đều xuất phát từ hệ phương trình Saint – vennant một chiều (ở các dạng khác nhau) và phương trình lan truyền chất một chiều Tuy nhiên sơ đồ và thuật toán giải các h ệ phương trình này lại khác nhau tùy thuộc tác giả của từng mô hình, từ đó độ chính xác c ủa kết quả cũng như thời gian tính trên máy có khác nhau

Dưới đây thống kê một số mô hình dòng chảy và chất lượng nước thông dụng trên th ế giới đã được giới thiệu trong nhiều tài liệu tham khảo:

Mô hình MIKE11: là mô hình thu ộc họ mô hình MIKE, có tính thương mại trên th ế giới, là mô hình do Viện Thủy lực Đan Mạch xây dựng Đây thuộc lớp mô

hình th ủy lực và chất lượng nước loại một chiều và 2 chiều có độ tin cậy rất cao, thích ứng với các bài toán thực tế khác nhau Mô hình này đã được áp dụng rất phổ

bi ến trên thế giới để tính toán, dự báo lũ, chất lượng nước và xâm nhập mặn

Để tính dòng chảy trong sông kênh MIKE 11 sử dụng hệ phương trình Saint – vennant m ột chiều, hệ phương trình sai phân được giải trực tiếp và bằng phương pháp l ặp, vì vậy tốc độ tính chậm và cần có kinh nghiệm xử lý khi tạo điều kiện ban đầu Trong MIKE 11 đã xét các công trình cống đập phổ biến, tuy nhiên đôi khi gặp trường hợp không ổn định khi phải vận hành công trình

Nhìn chung nh ững ưu nhược điểm của bộ MIKE 11 như sau:

- Ưu điểm:

+ Là ph ần mềm thương mại nên phần giao diện rất mạnh, hữu hiệu

+ Ph ần kết nối với công cụ GIS rất mạnh kể cả tạo Database (mặc dù phải cần thêm các ph ần mềm GIS như ArcView hay ArcGIS,…)

+ Các ti ện ích đầy đủ, dễ cho người sử dụng

+ Thu ận tiện cho việc giải quyết các bài toán vừa và nhỏ

- Nhược điểm:

+ Không bi ết được phần lõi (phần thuật toán, tổ chức chương trình,…) nên người sử dụng không thể cải biên, cập nhập mà phải qua nơi bán, khi đó phải trả thêm ti ền và mất thời gian chờ đợi,…)

+ Khi ph ải tính toán cho bài toán lớn như đồng bằng sông Cửu Long trong

m ột thời gian dài (mô phỏng cả một năm cho lũ và cạn) MIKE 11 đòi hỏi nhiều thời gian tính trên máy không không thu ận tiện cho giai đoạn chạy hiệu chỉnh vì phải

ch ạy rất nhiều lần mời hiệu chỉnh được một tham số nên tốn thời gian chạy trên máy hơn nữa để tạo điều kiện ban đầu đòi hỏi nhiều kinh nghiệm và thường phải

xu ất phát từ bước thời gian nhỏ…

+ Độ chính xác của kết quả tính, đặc biệt cho các bài toán lan truyền chất (m ặn, BOD, DO,…) nhiều khi không đảm bảo do bản chất thuật toán được sử dụng (khu ếch tán số dẫn đến nồng độ âm hoặc nồng độ sát biên lớn hơn biên khi không

có ngu ồn trong miền)

+ vì là ph ần mềm thương mại nên giá thành rất đắt, mỗi license, dạng khóa

c ứng, chỉ dùng được cho một máy tính, hoặc cũng có phiên bản chạy nối kết máy tính trên m ạng nhưng giá thành cho hơn nhiều

+ Nhi ều nghiên cứu trong nước đã sử dụng mô hình MIKE 11 để làm công cụ tính toán th ủy lực và chất lượng nước Nhưng sau khi hoàn thành dự án không chuy ển giao công nghệ được vì các cơ quan hưởng lợi từ dự án không có bản quyền

s ử dụng MIKE 11 và dự án cũng thường không có đủ kinh phí để mua phần mềm chuy ển giao

Mô hình ISIS: do các nhà th ủy lực Anh xây dựng, giống như bộ MIKE 11,

ph ần mềm ISIS cũng sử dụng hệ phương trình Saint – vennant một chiều cho dòng

ch ảy và phương trình lan truyền chất một chiều cho mặn Khác với MIKE 11, trong ISIS s ử dụng sơ đồ sai phân Preissmann cho dòng chảy và lan truyền mặn

Vì là ph ần mềm thương mại, ISIS cũng có phần giao diện khá đẹp và tiện

d ụng, tuy nhiên cũng bọc lộ một số yếu điểm và khó khăn khi giải quyết bài toán trên ph ạm vi rộng, nhiều liên kết như đồng bằng sông Cửu Long

Mô hình EFDC (Environmental Fluid Dynamic Code): Mô hình được cơ quan B ảo vệ Môi trường Mỹ (US EPA) phát triển từ năm 1980 Là mô hình tổng

h ợp dùng để tính toán thủy lực kết hợp với tính toán lan truyền chất 1,2,3 chiều Mô hình có kh ả năng dự báo các quá trình dòng chảy, quá trình sinh, địa hóa và lan truy ền mặn

Mô hình SOBEK: ph ần mềm này do Delft, Hà Lan phát triển gồm phần dòng

ch ảy tính toán ô nhiễm 1,2 chiều, đã nối kết với công cụ GIS Các yếu tố ô nhiễm được mô phỏng bằng phương trình lan truyền chất một chiều có kể tới quá trình

bi ến đổi sinh hóa của các chất ô nhiễm được giải bằng phương pháp sai phân Mặc

dù có các l ựa chọn các sơ đồ, nhưng do bản chất của lược đồ sai phân, kết quả tính

v ẫn bị ảnh hưởng bởi hiện tượng khuếch tán số

Mô hình Qual2-E: ph ần mềm này do cơ quan Bảo vệ môi trường Mỹ (US EPA) phát tri ển và đã áp dụng rộng rãi ở Mỹ và một số nước Châu Âu Qual2-E cũng sử dụng hệ phương trình Saint – vennant và lan truyền chất một chiều và giải

b ằng phương pháp sai phân và có thể sử dụng cho nhiều yếu tố ô nhiễm (BOD, DO,

t ảo, Nitơ, phốt pho…) Nhược điểm của Qual2-E là chỉ áp dụng cho mạng sông đơn

gi ản có dạng hình cây (không áp dụng cho mạng sông dạng mạch vòng); thiết diện kênh sông ph ải đều dạng hình thang, hay hình chữ nhật và không chịu ảnh hưởng

c ủa thủy triều

Mô hình Duflow: Đây là phần mềm được phát triển bởi Viện Thủy lực của

Hà Lan Ph ần mềm này được thiết kế để sử dụng cho nhiều mục tiêu (tính triều, lũ,

s ử dụng nước,…) Duflow cũng giải quyết các bài toán lan truyền chất trong kênh sông có các công trình Duflow có giao di ện đồ họa tiện dụng Vì đây là phần mềm thi ết kế chủ yếu cho giảng dạy và đào tạo, cho nên khi sử dụng cho các bài toán lớn

c ần có cải biên

1.3 T ổng quan về các kết quả nghiên cứu tính toán hệ thống sông ở trong nước

Do các yêu c ầu thực tiễn quy hoạch và sử dụng tài nguyên nước, nhiều chuyên gia trong nước phải tự xây dựng các bộ phần mềm, để khi cần thiết có thể tự sửa đổi

và c ập nhập thuật toán, mã nguồn (code) để có thể đáp ứng được các yêu cầu tính toán c ụ thể Các bộ phần mềm do các cán bộ trong nước được nhắc tên và áp dụng nhi ều cho các dự án trong nước gồm:

Ph ần mềm VRSAP: đây là bộ phần mềm được xem là đầu tiên cho tính toán

th ủy lực mạng kênh sông, do cố GS Nguyễn Như Khuê phát triển sau đợt thực tập ở

Hà Lan vào năm 1978 Từ khi ra đời chương trình này đã được các kỹ sư trong nước sử dụng rộng rãi và thành công cho nhiều dự án quy hoạch tài nguyên nước trên đồng bằng sông Hồng và đồng bằng sông Cửu Long Trong quá trình áp dụng, chương trình VRSAP đã được hoàn thiện dần từ chạy trên môi trường DOS chuyển sang môi trường WINDOWS Về cơ bản chương trình VRSAP đã đáp ứng được các yêu c ầu tính toán, tuy nhiên do nhu cầu phát triển, kích cỡ của các bài toán quy

ho ạch cũng tăng dần, không chỉ ở mức độ đồng bằng của Việt Nam mà ở mức độ châu th ổ (chẳng hạn cả ở Việt Nam và Cămpuchia) và phải mô tả với thời gian dài,

v ới các kịch bản phức tạp về vận hành các hệ thống cống đập

M ột số ưu, nhược điểm của VRSAP (khi chưa nâng cấp):

+ Đáp ứng được các yêu cầu tính toán cho các bài toán lớn của đồng bằng Sông C ửu Long mặc dù phải tính riêng lũ kiệt

+ Có chương trình nguồn, có thể hiểu thuật toán và có thể chủ động sử chữa, thay đổi, mặc dù để hiểu được surce codes không phải dễ dàng

+ Giao di ện còn đơn giản và chưa đẹp

+ T ốc độ tính toán còn chậm do phải tính lặp

+ Kh ả năng nối kết với công cụ GIS và Database chưa mạnh

+ Cách t ổ chức số liệu cần được nâng cấp

Ph ần mềm HydroGIS: là phần mềm của TS Nguyễn Hữu Nhân Đây là phần

m ềm mới được xây dựng trong một số năm gần đây HydroGIS cũng giải hệ phương trình Saint – vennant một chiều bằng sơ đồ sai phân Preissmann, nhưng giải

tr ực tiếp hệ sai phân bằng phương pháp lặp nên tốc độ tính toán chưa nhanh Để kết

h ợp với phần vẽ tác giả đã thêm một số điểm tính trung gian Gần đây, TS Nhân có thêm ph ần tính toán chảy xiết bằng phương pháp sóng động học, tuy nhiên trên vùng núi có nh ững đoạn vừa chảy xiết, vừa chảy êm thì phương pháp sóng động

h ọc không áp dụng được

Ph ần mềm MK4: là phần mềm của PGS.TS Lê Song Giang, Đại Học Bách

Khoa TP H ồ Chí Minh Đây là phần mềm mang tính học thuật nhiều hơn và chủ yếu dùng trong gi ảng dạy Việc áp dụng cho các bài toán thực tế lớn còn hạn chế Phần giao di ện của MK4 khá tốt và đang trong giai đoạn phát triển

Ph ần mềm SAL (hay SALBOD): là phần mềm của GS.TS Nguyễn Tất Đắc

Ph ần mềm này được xây dựng từ những năm 80 của thế kỷ 20 (với các phiên bản khác nhau qua quá trình hoàn thi ện) đã được áp dụng cho nhiều dự án lớn trên Đồng

b ằng sông Cửu Long, hệ thống sông Sài Gòn – Đồng Nai – Thị Vải, kể cả sử dụng cho các d ự án quốc tế (thủy lực, mặn, ô nhiễm, chua phèn) SAL cũng giải hệ phương trình Saint – vennant một chiều bằng sơ đồ sai phân Preissmann Tuy nhiên trong SAL đã dùng phương pháp tuyến tính hóa nên không cần giải lặp Mặt khác trong SAL, trước tiên dùng các công thức truy đuổi để đưa về giải hệ phương trình

có ẩn số chỉ là mực nước tại nút hợp lưu và sử dụng thuật toán giải ma trận thưa nên

t ốc độ tính toán nhanh Dùng SAL có thể tính được các yếu tố dòng chảy (mực nước, lưu lượng, vận tốc,…) tính được độ mặn và một số yếu tố của chất lượng nước (ô nhiễm hữu cơ, nước làm mát, phèn,…) Nhược điểm của SAL là phần giao

di ện, kết nối GIS và Databse Phần này đang trong quá trình xây dựng và hoàn thi ện Phần học thuật của SAL là cơ sở chính trong cải tiến VRSAP cho nên có tên

là VRSAP-SAL

1.4 Nh ận xét chung:

Hà Nam và Nam Định là hai tỉnh thuộc đồng bằng chiêm trũng, về mùa mưa

lũ thường xuyên trong tình trạng ngập úng Để giải quyết tình trạng này, hệ thống các tr ạm bơm lớn đã được xây dựng từ những năm 1970 Tuy nhiên, công trình đầu

m ối cũng như hệ thống kênh mương, công trình trên kênh đã trên 40 năm khai thác,

s ử dụng, đến nay đã xuống cấp nghiêm trọng Hệ thống thủy nông Bắc Nam Hà là

h ệ thống liên tỉnh, bao gồm tỉnh Hà Nam ở phía bắc và Nam Định ở phía nam (hình 1.1) Địa giới hành chính giới hạn bởi:

- B ắc và Đông bắc là sông Hồng và giáp tỉnh Thái Bình

- Tây và Tây b ắc là sông Đáy, giáp với huyện Duy Tiên, Kim Bảng

- Đông và Đông nam là sông Đào giáp với huyện Nam Trực và Nghĩa Hưng

- Nam và Tây Nam là sông Đào và sông Đáy giáp tỉnh Ninh Bình và huyện Nghĩa Hưng

Hướng dốc chính của địa hình là từ bắc xuống nam, địa hình tương đối bằng

ph ẳng, chỉ có vùng phía Tây của khu vực hệ thống là có đồi cao (thuộc Thanh Liêm) Các sông ngòi chính c ủa hệ thống gồm:

- Sông H ồng là sông bao quanh một phần phía bắc và phía đông vùng dự án, đây là con sông lớn nhất có nhiệm vụ cấp nước cho hệ thống qua các trạm bơm Như Trác, H ữu Bị I và Hữu Bị II

- Sông Đào Nam Định có chiều dài 23 km và diện tích lưu vực 185 kmP

2 P, Sông Đào nối sông Hồng với sông Đáy là sông bao quanh phía nam và đông nam và là ngu ồn cấp nước cho hạ lưu sông Đáy và hệ thống thủy nông Bắc Nam Hà vào mùa khô, tiêu thoát nước thải và nước mưa trong mùa lũ từ các trạm bơm tiêu từ hệ

th ống Dọc theo sông Đào có nhiều cống và trạm bơm lớn như Quán Chuột, Kênh Cao, C ốc Thành, Vĩnh Trị,…

- Sông Đáy có tổng diện tích lưu vực 5800 kmP

2 P, chi ều dài sông từ Trung Hà đến cửa Ba Lạt là 230 km Sông Đáy bao quanh hệ thống thủy nông Bắc Nam Hà ở phía tây D ọc sông Đáy thuộc hệ thống sông Bắc Nam Hà có nhiều cống và trạm bơm tưới tiêu kết hợp

Ngoài các sông l ớn bao quanh hệ thống, trong nội đồng còn có sông Châu Giang n ối giữa sông Đáy với sông Hồng Trước kia sông Châu Giang ăn thông với sông H ồng, nhưng do bồi tụ nên nay nó là sông cụt, chỉ còn một hứng nhập lưu với sông Đáy qua cống điều tiết tại Phủ Lý Sông Châu Giang là sông tiêu nước trong mùa mưa cho vùng với lưu vực 368 kmP

2 P

và dài 27 km Ngoài ra trong mùa khô, sông Châu Giang còn cung c ấp nước cho các huyện Bình Lục, Lý Nhân và Mỹ Lộc Các sông n ội địa vùng hệ thống còn có các sông như Mỹ Đô, sông Kinh Thày, sông Biên Hòa, sông Chanh Các sông này v ừa làm nhiệm vụ tưới đồng thời vừa là

nh ững trục tiêu chính của các trạm bơm lớn được liên hệ với nhau bằng các cống và đập điều tiết hoặc âu thuyền Các công trình điều tiết giữa các phân khu chưa hoạt động hợp lý và hiệu quả Chính vì vậy việc nghiên cứu các phương pháp vận hành

t ối ưu các công trình điều tiết trên các trục tiêu chính hệ thống các trạm bơm tiêu trong khu v ực là hết sức cần thiết Nghiên cứu này nhằm tìm ra các phương án đóng/ mở phối hợp các cống sao cho diện tích ngập của các khu tiêu là nhỏ nhất từ

đó tìm ra được phương án hợp lý nhất cho diện tích vùng tiêu là lớn nhất

Để giải quyết các bài toán trên tác giả đã sử dụng phần mềm VRSAP (Vietnam River System and Plan, GS Nguy ễn Như Khuê) được cải biên bởi TS Nguy ễn Cao Đơn và các phần mềm ứng dụng khác để phục vụ công tác tính toán,

d ự báo mực nước khu vực

1.5 Tính c ấp thiết của đề tài nghiên cứu

Hà Nam và Nam Định là hai tỉnh thuộc vùng đồng chiêm trũng Lưu vực của

h ệ thống được bao bọc bởi các con sông lớn như sông Hồng, sông Đáy, sông Đào ngoài ra trong n ội đồng còn có Sông Châu Giang và một số sông nhỏ khác và v ề

mùa mưa lũ thường xuyên trong tình trạng ngập úng Để giải quyết tình trạng này ,

hệ thống các trạm bơm lớn đã được xây dựng từ những năm 70 của Thế kỷ trước

H ệ thống này được tiêu bằng động lực qua 6 đầu mối chính là Như Trác, Hữu Bị (ra sông H ồng), Cốc Thành (ra sông Đào Nam Định), Nhâm Tràng, Cổ Đam, Vĩnh Trị (ra sông Đáy) Ngoài ra còn có một số đầu mối trạm bơm mới được bổ sung để nâng cao kh ả năng tiêu gồm : Quán Chuột, Sông Chanh, Kinh Thanh, Quỹ Độ, Yên

B ằng, Yên Quang, Quang Trung, Đinh Xá, Triệu Xá Từ đó đến nay, hệ thống các

tr ạm bơm này đã góp phần gi ải quyết cơ bản nạn úng ngập triền miên, góp phần cải thi ện đời sống nhân dân trong vùng

Tuy nhiên, công trình đầu mối cũng như hệ thống kênh mương, công trình trên kênh đã trên 40 năm khai thác, sử dụng, đến nay đã xuống cấp nghiêm trọng Các thi ết bị máy móc ở công trình đầu mối hỏng hóc, xuống cấp nên hiệu suất bơm không cao, lưu lượng thiết kế không đạt, hầu hết chỉ đạt ở 70 - 75% năng lực thiết

k ế Các trục tiêu chính từ năm 1976 đến nay chưa được nạo vét nên bị bồi lắng, gây

c ản trở đến dòng chảy Qua khảo sát các tuyến kênh cho thấy, nhìn chung các kênh tiêu đảm bảo đủ chiều rộng thiết kế nhưng mặt cắt bị biến dạng và bồi lấp nghiêm

tr ọng, cao trình đáy kênh tiêu hiện tại thường cao hơn cao trình thiết kế từ 0,8 - 1,0

m, nhi ều nơi trên 1,0 m Hiện nay, các công trình đầu mối có tổng năng lực bơm nước ra sông với lưu lượng Q = 246,83 mP

3 P/s, đạt hệ số tiêu trung bình toàn vùng q = 2,89 l/s.ha H ệ thống kênh trục chính bị bồi lấp rất nhiều nên không đảm bảo việc

d ẫn nước tiêu về đầu mối trạm bơm, vì vậy nhiều khi trong đồng vẫn úng mà trạm bơm phải ngừng hoạt động vì không đủ nước bơm, làm cho năng lực công trình đầu

m ối đã yếu lại càng yếu Một số lưu vực có hệ thống kênh tiêu quá dài nên việc dẫn

và tháo nước về bể hút cũng chậm hơn, nhất là những vùng xa lại có địa hình thấp

do v ậy việc tiêu úng cho những vùng này gặp càng nhiều khó khăn hơn Các công trình điều tiết giữa các phân khu chưa hoạt động hợp lý và hiệu quả

Do nh ững nguyên nhân nêu trên, nên hàng năm trong hệ thống còn úng nghiêm tr ọng, làm cho nền sản xuất nông nghiệp chưa thật ổn định, chưa chủ động

v ề canh tác, nhất là chưa đưa được nhiều giống lúa ngắn, cây năng suất cao vào

đồng ruộng Do đó, vấn đề sửa chữa, khôi phục và mở rộng đã được thực hiện đảm

b ảo sản xuất và phát triển kinh tế - xã hội trong vùng Song, hiện nay công tác quản lý, điều hành cũng như vận hành hợp lý các công trình đi ều tiết trên các trục tiêu chính nhằm phát huy đư ợc hết khả năng công suất của hệ thống, mang lại hiệu quả kinh t ế cao vẫn còn gặp những khó khăn nhất định

Chính vì vậy việc " Nghiên cứu cơ sở khoa học vận hành tối ưu các công trình điều tiết trên các trục tiêu chính hệ thống các trạm bơm tiêu Hà Nam-Nam Định" để các cơ quan quản lý có thể chủ động xây dựng kế hoạch vận hành một cách khoa học, sử dụng tài nguyên một cách hợp lý và bền vững là rất thiết thực và cần thiết

CHƯƠNG II: CƠ SỞ DỮ LIỆU VÀ

2.1 Nhi ệm vụ và quy mô hệ thống

Nhi ệm vụ chính của hệ thống gồm:

- Đảm bảo nước tưới và tiêu thoát cho toàn bộ 8 đơn vị hành chính trong vùng

h ệ thống trong điều kiện thời tiết bình thường Hạn chế diện tích mất trắng trong

nh ững năm lũ vượt báo động 3

- Tiêu nước cho diện tích phi canh tác trong mùa mưa, kết hợp cấp nước phục

v ụ sinh hoạt và các nhu cầu khác như giao thông

C ụ thể hiện nay hệ thống đảm nhiệm tưới vụ chiêm xuân 47.000 ha, vụ mùa 46.000 - 46.500 ha, v ụ đông 13.000 - 15.000 ha; tiêu nước với diện tích tiêu mặt

b ằng 85.326 ha

2.2 Hi ện trạng các con sông chính trong hệ thống

Lưu vực của hệ thống Nam Hà được bao bọc 4 phía bởi các đoạn sông (Xem hình 1.1)

- Sông H ồng là sông bao quanh một phần phía Bắc và phía Đông vùng quy

ho ạch, đây là con sông lớn nhất có nhiệm vụ cấp nước cho hệ thống qua các trạm bơm Như Trác, Hữu Bị I và Hữu Bị II

- Sông Đào Nam Định có chiều dài 23 km và diện tích lưu vực 185 kmP

2 P, sông Đào nối sông Hồng với sông Đáy là sông bao quanh phía Nam và Đông Nam và là ngu ồn cấp nước cho hạ lưu sông Đáy và hệ thống Nam Hà vào mùa khô, tiêu thoát nước thải và nước mưa trong mùa lũ từ các trạm bơm tiêu Thực tế sông Đào Nam Định là phân lưu của sông Hồng tại Phù Long ở phía bắc thành phố Nam Định và

ch ảy vào sông Đáy Dọc theo sông Đào có nhiều cống và trạm bơm lớn như Quán Chu ột, Kênh Cao, Cốc Thành, Vĩnh Trị

- Sông Đáy có tổng diện tích lưu vực 5800 kmP

2 P, chi ều dài sông từ Trung Hà đến cửa Ba Lạt là 230 km Sông Đáy bao quanh hệ thống Nam Hà ở phía Tây Đây

là sông khá l ớn nhưng hiện nay đang bị suy thoái do nguồn nước từ sông Hồng bị

c ắt, tuy nhiên vẫn còn nước từ các nguồn khác bổ sung như sông Hoàng Long, sông Nhu ệ Dọc sông Đáy thuộc hệ thống Nam Hà có nhiều cống và trạm bơm tưới tiêu

k ết hợp

- Ngoài các sông l ớn bao quanh hệ thống, trong nội đồng còn có sông Châu Giang n ối giữa sông Đáy và sông Hồng, đây là con sông ngang thuộc địa phận tỉnh

Hà Nam Trước kia sông Châu ăn thông với sông Hồng, nhưng do bồi tụ nên nay nó

là sông c ụt, chỉ còn một hướng nhập lưu với sông Đáy qua cống điều tiết tại Phủ Lý Sông Châu là sông tiêu nước trong mùa mưa cho vùng với diện tích lưu vực khoảng

- Trong n ội địa khu vực có một mạng lưới các sông làm nhiệm vụ tưới, đồng

th ời là những trục tiêu chính của các trạm bơm lớn trong hệ thống được nối với nhau qua các c ống điều tiết như An Bài, Cánh Gà, Mỹ Đức

+ Sông S ắt dài 37,7 km là trục tiêu chính của hệ Vĩnh Trị

+ Sông Châu dài 27,3 km là tr ục tiêu của hệ Hữu Bị

+ Sông M ỹ Đô dài 10,5 km là trục tiêu của hệ Cổ Đam

+ Sông Kinh Th ủy dài 18 km là trục tiêu của hệ Cổ Đam

+ Sông Biên Hòa dài 12,6 km là tr ục tiêu của hệ Cổ Đam

+ Sông Chanh dài 8,8 km là tr ục tiêu của hệ Cốc Thành

V ề điều kiện thủy văn, số liệu đo đạc thủy văn ở một số trạm trên sông Hồng, sông Đáy, sông Đào cho thấy:

- Ch ế độ dòng chảy sông Hồng chi phối lớn đến việc tiêu thoát nước của hệ

th ống ra phía Đông Sông Đáy ở phía Tây có chế độ dòng chảy phân mùa trong năm, mùa khô lượng nước sông Đáy rất ít vì nguồn nước từ sông Hồng không còn nên ch ế độ nước trong mùa khô phụ thuộc vào các sông nhánh như sông Tích, sông Thanh Hà, sông Hoàng Long và sông Nhu ệ Trong đó các sông Tích (diện tích 1300

2 P) đóng góp đáng kể ngu ồn nước cho sông Đáy

- Riêng sông Đào ở phía Nam hệ thống là nguồn bổ sung nước chủ yếu từ sông H ồng cho hạ lưu sông Đáy vào mùa khô, trung bình mỗi năm khoảng 20 tỷ mP

3 Pđược chuyển từ sông Hồng cho hạ lưu sông Đáy Lưu lượng trung bình trong mùa

c ạn của sông Đào là khoảng 250 - 300 mP

3 P/s Vào mùa lũ, lưu lượng nước sông Đào khá l ớn, như năm lũ lịch sử VIII/1971 lưu lượng lớn nhất của sông Đào tại tuyến Nam Định lên tới 6700 mP

3 P/s

- M ột điều đáng lưu ý là do tiêu thoát lũ của sông Đáy từ đoạn trung lưu

xu ống hạ lưu kém, lại bị bổ sung nước từ sông Hồng qua sông Đào nên khi gặp tri ều cường thì lũ rút rất chậm làm ảnh hưởng đến tiêu nước của hệ thống nên gây

ng ập úng dài ngày cho các vùng trũng

2.3 Hi ện trạng các công trình trong hệ thống

Di ện tích tưới tiêu toàn hệ thống 85.326 ha với hệ số tưới thiết kế 0.81 l/s.ha

và h ệ số tiêu 2,9 l/s.ha (có vùng được nâng lên 4,1 l/s.ha)

- Hi ện trạng cơ sở vật chất:

+ Tr ạm bơm điện loại lớn: Hiện có tổng số 6 trạm bơm điện lớn với tổng số

35 t ổ máy Các trạm bơm lớn đều do Công ty khai thác công trình thủy lợi Bắc Nam

Hà qu ản lý

+ Tr ạm bơm điện loại nhỏ các loại: Hiện có tất cả 19 trạm, trong đó có 3 trạm

do Công ty khai thác công trình th ủy lợi Bắc Nam Hà quản lý, còn lại do các Công

ty thành viên qu ản lý

+ T ổng lưu lượng tiêu thiết kế trực tiếp ra sông Hồng, sông Đào và sông Đáy

là 1,3 tri ệu mP

3 P/h

+ T ổng lưu lượng tưới theo thiết kế là 420.000 mP

3 P/h

- Công trình trong h ệ thống

+ Trên toàn h ệ thống có tới 894 cống tưới, 573 cống tiêu, 153 cống luồn, xi phông và c ống dưới đê

+ 432 kênh tưới, 343 kênh tiêu

+ H ệ thống được chia thành 5 vùng tưới và 7 lưu vực tiêu khác nhau

2.3 1 Công trình đầu mối

T ừ năm 1964 đến năm 1972, trong vùng quy hoạch đã xây dựng 6 trạm bơm điện lớn với tổng lưu lượng thiết kế 220 mP

3 P/s, tiêu cho 77.448 ha, đạt hệ số tiêu 2,9 l/s.ha Đến năm 1973, do một số vùng đất cao không tiêu tự chảy được nên hệ thống được điều chỉnh và bổ sung một số công trình cần thiết Từ năm 1964 đến năm 1972 trong h ệ thống thủy nông đã xây dựng 6 trạm bơm độc lập với các thông số trong

b ảng 2.1:

B ảng 2.1 Các thông số thiết kế của 6 trạm bơm động lực

STT Tr ạm bơm Lo ại máy S ố máy Diện tích tiêu (ha) Lưu lượng tiêu (m3/s)

T ổng lưu lượng thiết kế 220mP

3 P/s tiêu cho 77.448 ha, đạt hệ số tiêu q=2,9l/s-ha Đến năm 1973 do một số vùng đất cao không tiêu tự chảy được nên hệ thống được điều chỉnh và bổ sung một số công trình cần thiết:

- H ệ Như Trác: Q=18mP

3 P/s, di ện tích được điều chỉnh: 6.800 ha

- H ệ Hữu Bị: Q=32mP

3 P/s, di ện tích được điều chỉnh: 8.400 ha

- H ệ Cốc Thành: Q=56mP

3 P/s, di ện tích được điều chỉnh: 24.817 ha Xây d ựng thêm một số trạm bơm tiêu:

+ Sông Chanh: 34x4000 mP

3 P/h + Quán Chu ột: 20x1000 mP

3 P/h +Kênh Gia: 20x1000 mP

3 P/h (ch ủ yếu tiêu cho thành phố)

- H ệ Vĩnh Trị: Q=40 mP

3 P/s; di ện tích tiêu được điều chỉnh: 17.850 ha Xây d ựng thêm một số trạm bơm tiêu:

+ Yên B ằng: 13x1000 mP

3 P/h + Yên Quang: 20x1000 mP

3 P/h

- H ệ Cổ Đam: Q=56mP

3 P/h di ện tích tiêu được điều chỉnh: 18.672 ha Xây d ựng thêm một số trạm bơm tưới tiêu kết hợp:

+ Tri ệu Xá: 20x1000mP

3 P/h +3x4000mP

3 P/h +Năm 1992 xây dựng thêm trạm bơm tiêu Quỹ Độ: 20x1000mP

3 P/h, nh ận tiêu cho ph ần diện tích 2.832 ha

+ Năm 1997 xây dựng thêm cho trạm bơm tiêu Đinh Xá, Q = 12 mP

3 P/s, k ết hợp

v ới trạm bơm Triệu Xá, tiêu cho 3.633 ha

- H ệ Nhâm Tràng: Q = 18mP

3 P/s; di ện tích tiêu 6.850ha + Năm 1993 xây dựng thêm trạm bơm tiêu Kinh Thanh: 12x4000mP

3 P/h, tiêu cho ph ần diện tích 2.195 ha

- Vùng đất cao 6 xã Bắc Lý Nhân và Bình Nghĩa xây dựng thêm trạm bơm Quang Trung 19x4000 mP

3 P/h, tiêu cho 1.937 ha

Ngoài ra trong h ệ thống đã xây dựng 179 trạm bơm nhỏ nội đồng để phục vụ tưới tiêu cục bộ Tổng diện tích tiêu cho toàn vùng là 85.326ha

Hi ện tại tình hình vùng tưới và lưu vực tiêu của hệ thống như trong các Bảng 2.2 và 2.3

B ảng 2.2 Công trình đầu mối của các lưu vực tiêu

STT Lưu vực tiêu Trạm bơm Q (mP

B ảng 2.3 Công trình đầu mối của các phân khu tưới

STT Vùng tưới Di ện tích tưới

thi ết kế (ha)

H ệ số tưới (l/s.ha)

Lưu lượng thiết

2.3.2 H ệ thống kênh mương và các công trình trên kênh

- H ệ thống kênh mương trong khu vực đã được xây dựng tương đối hoàn

ch ỉnh từ kênh chính đến kênh cấp III, cụ thể được thể hiện trong Bảng 2.4

B ảng 2.4 H ệ thống kênh trục tiêu chính và các công trình trên kênh

12 8,6

T5 - K.Chính Tây t ại cống

La Ch ợ; S.TH - S.Sắt tại Cánh Gà; S.TH - S.Chanh;

S.TH - T3

La Ch ợ, Cánh Gà

K.Th ủy - KT10; K.Thủy - Biên Hòa; M ỹ Đô - S.Sắt

t ại cống Mỹ Đô

C ầu Ghéo,

L ầy, Mỹ Đô, Nga Nam Nhâm

- Các công trình trên h ệ thống kênh tiêu chính gồm các cống điều tiết làm nhi ệm vụ điều tiết nước giữa các khu vực, thuận lợi cho việc tiêu hỗ trợ lẫn nhau

gi ữa các phân khu tiêu trong hệ thống

2.4 Đánh giá hiện trạng các công trình đã có

Công trình đầu mối cũng như hệ thống kênh mương, công trình trên kênh đã trên 30 năm khai thác, sử dụng, đến nay đã xuống cấp nghiêm trọng Các thiết bị máy móc ở công trình đầu mối hỏng hóc, xuống cấp nên hiệu suất bơm không cao, lưu lượng thiết kế không đạt, hầu hết chỉ đạt ở 70 - 75% năng lực thiết kế (Xem

B ảng 2.5) Các trục tiêu chính từ năm 1976 đến nay chưa được nạo vét nên bị bồi

l ắng, gây cản trở đến dòng chảy Qua khảo sát các tuyến kênh cho thấy, nhìn chung các kênh tiêu đảm bảo đủ chiều rộng thiết kế nhưng mặt cắt bị biến dạng và bồi lấp nghiêm tr ọng, cao trình đáy kênh tiêu hiện tại thường cao hơn cao trình thiết kế từ 0,8 - 1,0 m, nhi ều nơi trên 1,0 m

B ảng 2.5 T ỷ lệ lưu lượng của các trạm bơm so với thiết kế

m ối trạm bơm, vì vậy nhiều khi trong đồng vẫn úng mà trạm bơm phải ngừng hoạt động vì không đủ nước bơm

2.5 Tài li ệu thủy văn

2.5.1 Tài li ệu mưa

Tài li ệu mưa trên khu vực khá đầy đủ, với chuỗi số liệu của các trạm đo mưa

qu ốc gia đều trên 30 năm, thuận lợi cho việc tính toán và phân tích

Khu v ực HTTL 6 TBĐL Hà Nam - Nam Định là khu vực chịu ảnh hưởng sâu

s ắc của tất cả các cơ chế thời tiết như không khí lạnh, áp thấp nhiệt đới, hội tụ nhiệt đới, gió mùa Đông Bắc, bão… dẫn đến hình thành một mùa mưa kéo dài từ tháng 5 đến tháng 10, lượng mưa lớn, chủ yếu tập trung vào tháng 7,8,9 Do bị bao bọc 4 phía b ởi đê, nguyên nhân gây lũ lớn trên các sông bao quanh khu vực là lũ trên thượng nguồn các sông Đà, sông Thao, sông Lô; còn mưa rơi trên khu vực là nguyên nhân tr ực tiếp gây úng ngập trong vùng

Có 2 đặc điểm mưa của vùng nghiên cứu cần nhấn mạnh đó là:

- Lượng mưa thay đổi rõ rệt theo thời gian từng tháng, vì vậy phải tính mưa tiêu theo th ời gian phù hợp với sự sinh trưởng, phát triển của cây trồng Lượng mưa lớn

t ập trung vào các tháng 7,8,9 và lớn nhất trong tháng 9 - đó cũng là thời gian gieo

tr ồng của vụ mùa

- Lượng mưa thay đổi rất lớn giữa các trạm đo và không đồng thời gian giữa các

tr ạm đo Với đặc điểm này, không thể dùng một trạm mưa để đại diện chung cho cả khu v ực, và cũng không thể lấy từng trận mưa lớn cùng xuất hiện ở các vị trí để tính toán Vì v ậy giá trị lượng mưa ở từng vị trí trong khu vực tiêu phải được xác định theo đường thẳng trị mưa, được xây dựng từ lượng mưa

Do v ậy, trong công tác điều khiển tính tiêu, cần phân định các trạm mưa gắn với các

ô tiêu n ội đồng Mỗi một trạm mưa đại diện cho từng khu vực bộ phận sẽ trực tiếp tham gia vào mô hình tính toán cân b ằng nước toàn vùng

B ảng 2.6 Lượng mưa bình quân tháng của

m ột số trạm khí tượng trong vùng (mm) Tháng

Trạm I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII

Cả năm

Phủ Lý 29,9 29,3 50,2 103,6 177,3 254,1 251,3 321 325,8 233,4 86,1 36,0 1,889 Nam

Định 27,8 35 50,8 81,6 174,7 192,7 230,2 325,2 347,7 194,6 67,5 29,2 1,757 Ninh

Bình 23,7 35,6 46 82,7 166,8 224,1 227,2 301,5 381,8 235,2 69,8 34,1 1828,5 Văn Lý 25,8 34 37,6 70,1 131,5 185,4 211,3 339,5 339,2 226,7 86,6 22,1 1759,9

B ảng 2.7 Lượng mưa ngày lớn nhất của một số trạm khí tượng trong vùng (mm) Tháng

C ả năm

Ph ủ

Lý 80,0 69,3 39 90 165,1 150,0 211,2 253,0 333,1 237,8 136,9 82,5 333,1 Nam

Định 70,0 69,5 76,6 127,7 163,5 196,0 282,8 267,7 382,3 316,1 102,8 62,5 382,3 Ninh

Bình 47,9 79,0 72 150,1 182,9 164,5 184,1 282,6 450,9 267,3 97,5 143,5 450,9 Văn

Lý 89,7 66 52,7 90,5 160,5 162,1 191,8 346,4 377,2 276,9 191,7 73,5 377,2

Mô hình lượng mưa sử dụng trong tính toán như Hình 2.1

Hình 2.1 Mô hình lượng mưa dùng trong tính toán

2.5.2 Tài li ệu địa hình

Khu v ực có tổng diện tích tự nhiên 85.326 ha với địa hình phức tạp, cao thấp xen k ẽ, nhiều khu lòng chảo Khu vực bao gồm: các huyện Lý Nhân, Thanh Liêm, Bình L ục, Vụ Bản, Ý Yên, thị xã Phủ Lý và thành phố Nam Định

Cao độ ruộng đất phần lớn ở cốt +0,75 - +1,5; một số vùng cao ở Bắc Lý Nhân, ven sông Đào, sông Châu; một số vùng đất trũng +0,7 - +0,8m ở Bình Lục, Ý Yên, V ụ Bản; một số nơi có đồi núi như ở Vụ Bản, Thanh Liêm, Ý Yên Tình hình phân b ố cao độ ruộng đất thể hiện trong Bảng 2.9:

B ảng 2.9 Phân bố cao độ ruộng đất khu vực 6 TBĐL Cao độ (m) Di ện tích (ha) T ỷ lệ (%) % c ộng dồn

V ới đặc điểm địa hình khu vực cao thấp xen kẽ nhiều nơi lòng chảo, đặc biệt

v ới diện tích đất màu và phi canh tác 31,639 ha (chiếm 37%) nên việc đầu tư giải

quy ết tiêu úng cho khu vực còn gặp nhiều khó khăn, tốn kém Kết quả đo đạc F~Z toàn vùng được thể hiện trong bảng 2.10:

B ảng 2.10 Bảng phân bố diện tích theo cao độ toàn vùng 6 trạm bơm(ha) T

- Di ện tích phân độ cao ở trạm bơm Cốc Thành đã gồm cả trạm bơm Quán Chu ột

- Di ện tích phân độ cao ở trạm bơm Vĩnh Trị đã gồm cả trạm bơm Yên Bằng, Yên Quang

- Toàn vùng ở đây chưa kể 2 khu tiêu độc lập Nhâm Tràng – Kinh Thanh và Đinh Xá - Triệu Xá

2.6 Phân khu tiêu

2.6.1 M ục tiêu phân khu, phân ô tiêu

M ột trong 3 yếu tố quan trọng của mô hình nội đồng là các ô đồng ruộng Trên các ô này di ễn ra quá trình mưa, quá trình hình thành dòng chảy và diễn biến

ng ập úng Việc phân định ranh giới các ô tiêu là việc làm cần thiết, nhằm bước đầu phân c ấp cao độ - những ô ở địa hình cao, trung bình, thấp, trũng một cách định tính Trong quá trình tính toán và ki ểm định sẽ xác định được phần diện tích ngập

úng thu ộc ô nào, khu nào trong hệ thống, thuộc đơn vị hành chính nào (xã, huyện);

m ức độ ngập là bao nhiêu, Có thể có những ô ở địa hình cao lại bị ngập nhiều hơn

là nh ững ô ở địa hình thấp hơn, do ở xa đầu mối hơn, hoặc do không có trạm bơm

c ấp 2 tiêu cục bộ v.v

2.6.2 Nh ững cơ sở và nguyên tắc để phân khu, phân ô tiêu

Vi ệc phân khu, phân ô tiêu được dựa trên những cơ sở và nguyên tắc sau:

2.6.2.1 Nh ững cơ sở chủ yếu

- D ựa trên hiện trạng hệ thống tiêu đã được xây dựng

- D ựa trên văn bản duyệt quy hoạch bổ sung của Bộ Thuỷ lợi (cũ) số 842 CV/Thu ỷ lợi ngày 11 tháng 5 năm 1994

- D ựa trên việc khảo sát và vận hành của hệ thống tiêu từ 25 năm nay

- D ựa trên các công trình bổ sung đã và đang được đầu tư xây dựng và một số

đề xuất nghiên cứu bổ sung

- D ựa trên các tài liệu cơ bản thu thập được của hệ thống

2.6.2.2 Nguyên t ắc để phân khu và phân ô tiêu

a Tóm t ắt một số đặc điểm chính của hệ thống

- H ệ thống thuỷ nông 6 trạm bơm điện lớn Hà Nam - Nam Định được tiêu

b ằng động lực, qua 6 đầu mối chính là Như Trác, Hữu Bị (ra sông Hồng); Cốc Thành (ra sông Đào - Nam Định); Nhâm Tràng, Cổ Đam, Vĩnh Trị (ra sông Đáy) Ngoài ra còn có m ột số đầu mối trạm bơm mới được bổ sung để nâng cao hệ số tiêu, bao g ồm: trạm bơm Quán Chuột, Sông Chanh, Kinh Thanh, Quỹ Độ, Yên Bằng, Yên Quang, Quang Trung, Đinh Xá, Triệu Xá

- H ệ thống với các đầu mối nêu trên là một hệ thống liên hoàn, khi tiêu có thể

h ỗ trợ lẫn nhau; hoặc có thể tách rời thành từng khu tiêu độc lập bằng các công trình điều tiết trên các trục tiêu chính

- Th ực chất, với các công trình đầu mối đã xây dựng, trong nội đồng hầu hết

là tiêu t ự chảy ra các kênh trục Tuy nhiên, có một số khu vực cục bộ cần có trạm bơm cấp 2 (do địa hình quá trũng) để bơm ra kênh trục (Hiện nay những trạm bơm

n ội đồng được xây dựng rất nhiều, chưa thể xác định được sự đúng đắn, hiệu quả và yêu c ầu tồn tại của chúng)

- Kênh tr ục tiêu dài, nhiều ách tắc, hệ thống tiêu nội đồng không hoàn chỉnh,

tr ạm bơm nội đồng phát triển không theo quy hoạch và cũng chưa được quản lý, vì

v ậy càng gây nhiều khó khăn cho công tác điều hành tiêu

b Nguyên t ắc chủ yếu để phân khu, phân ô tiêu

U

* Nguyên t ắc phân khuU:

- D ựa trên thực tế đã điều hành tiêu của hệ thống qua 25 năm hoạt động

- D ựa trên hệ thống các kênh trục tưới, tiêu, công trình điều tiết đã được xây

d ựng và hoạt động qua một thời gian dài

- D ựa trên bình đồ 1/10.000 toàn bộ hệ thống được xây dựng năm 1963 -

1964

- D ựa trên quá trình nghiên cứu quy hoạch của Bộ Thuỷ lợi (cũ) thông qua năm 1994 và những đề xuất nghiên cứu bổ sung

- Tuân th ủ đặc điểm của hệ thống là vừa tiêu liên hoàn, vừa tiêu tách rời, vừa

có nh ững khu vực độc lập không đưa vào mạng điều khiển chung

- K ết hợp hài hoà theo lưu vực tiêu và địa bàn kinh tế - xã hội

U

* Nguyên t ắc phân ô tiêuU:

- T ừ các khu tiêu sẽ tiến hành phân các ô tiêu theo bờ trái và bờ phải của các

2.6 3 Xác định các trục tiêu và phân khu tiêu

2.6.3.1 Xác định các trục tiêu của các đầu mối chính

Đây là một khu vực tiêu bằng động lực được xây dựng vừa có khả năng tiêu liên hoàn v ừa có khả năng tiêu độc lập, lại được liên tục bổ sung năng lực tiêu, nhất

là trong nh ững năm gần đây Qua nghiên cứu các đồ án, tài liệu cơ bản, qua quá trình kh ảo sát thực tế, và trao đổi với Công ty Quản lý Khai thác 1, kết quả đã xác định được các trục tiêu chính của các khu tiêu và mối quan hệ giữa các trục tiêu đó như sau:

- Tr ạm bơm Như Trác: trục chính là kênh Long Xuyên và kênh Như Trác, được liên hệ với trục tiêu Hữu Bị qua cống Vùa (cuối kênh Long Xuyên nối vào sông Châu)

- Tr ạm bơm Hữu Bị: trục tiêu chính là sông Châu, được liên hệ với Như Trác qua c ống Vùa, liên hệ với Cốc Thành qua cống 3/2, liên hệ với Vĩnh Trị qua cống

An Bài

- Tr ạm bơm Cốc Thành: các trục tiêu chính là sông Tiên Hương, sông Chanh, kênh Chính Tây, T3 và T5 Được liên hệ với Như Trác qua cống 3/2, liên hệ với Vĩnh Trị qua cống Cánh Gà

- Tr ạm bơm Vĩnh Trị: trục tiêu chính là sông Sắt, liên hệ với Cốc Thành qua

c ống Cánh Gà, với Hữu Bị qua cống An Bài và liên hệ với Cổ Đam qua cống Mỹ Đô

- Tr ạm bơm Cổ Đam: các trục tiêu chính là sông Biên Hoà, Kinh Thuỷ, Mỹ

Đô Được liên hệ với Vĩnh Trị qua cống Mỹ Đô, liên hệ với Triệu Xá, Đinh Xá qua

c ống Ghéo, với Nhâm Tràng qua cống Lầy

- Tr ạm bơm Nhâm Tràng: trục tiêu chính là kênh Nhâm Tràng, liên hệ với Cổ Đam qua cống Lầy

- Tr ạm bơm Đinh Xá, Triệu Xá: có kênh tiêu chính là Kinh Thuỷ và Triệu Xá, liên h ệ với Cổ Đam qua cống Ghéo

- Các tr ạm bơm: Quỹ Độ, Yên Bằng, Yên Quang, Quán Chuột, Quang Trung,

và k ể cả 2 trạm bơm Đinh Xá và Triệu Xá được xác định là những trạm bơm hoạt động độc lập, không đưa vào mạng điều khiển chung của 6 trạm bơm lớn Mặt khác,

khu tiêu Nhâm Tràng - Kinh Thanh hi ện tại hầu như chưa có mối liên hệ với 5 khu còn l ại (Như Trác, Hữu Bị, Cốc Thành, Vĩnh Trị, Cổ Đam), cũng được điều hành tách r ời trong quá trình tính toán hiện nay Sau này, trong khi xây dựng mạng và hệ điều hành vẫn có thể tiếp tục mở rộng sự điều khiển trong toàn hệ thống 6 trạm bơm

2.6.3.2 Phân khu tiêu

Trên cơ sở những nguyên tắc đã nêu, các sông trục tiêu đã xác định, các công trình điều tiết đã được xây dựng, hệ thống thuỷ nông 6 trạm bơm điện lớn Hà Nam - Nam Định được phân làm 2 loại khu tiêu:

- Nh ững khu tiêu độc lập (không đưa vào mạng điều khiển chung) đó là những

tr ạm bơm Quang Trung, Yên Bằng, Yên Quang, Quán Chuột, Đinh Xá, Triệu Xá,

Qu ỹ Độ, Nhâm Tràng và Kinh Thanh

- Nh ững khu tiêu lập thành hệ thống liên hoàn (được thống nhất trong mạng điều khiển) gồm: Như Trác, Hữu Bị, Cốc Thành, Vĩnh Trị, Cổ Đam

Đặc trưng về vị trí và phạm vi của các trạm độc lập cũng như liên hoàn được

th ể hiện trên bản đồ Tuy nhiên, trong các trạm độc lập Nhâm Tràng - Kinh Thanh,

Qu ỹ Độ, Đinh Xá, Triệu Xá và Quán Chuột cũng có nhiều điều kiện nếu được cải thi ện, có thể nối vào mạng liên hoàn của hệ điều khiển chung

2.6 4 Phân ô trong các khu tiêu đã được xác định

* Nguyên t ắc:

- Vi ệc phân ô chỉ tiến hành trong các khu tiêu liên hoàn

- D ựa trên các trục tiêu đã được xác định, tiến hành phân ô tiêu vào các trục tiêu chính

- Do kênh tiêu c ấp 2 rất nhiều nên phương châm là kết hợp một số kênh thích

h ợp tạo thành ô tiêu

- Ô tiêu được phân theo hai bờ của các kênh trục tiêu của từng khu tiêu

- Khi ô tiêu được xác định thì các nút tiêu vào các trục tiêu chính được xác định Như vậy, qua xác định trục tiêu, phân khu tiêu, phân ô tiêu chúng tôi xây

d ựng được sơ đồ mạng tiêu, với các công trình điều khiển then chốt trên mạng, với

các s ố liệu địa hình, thuỷ văn (mực nước) và lượng mưa đặc trưng đã có đủ điều

ki ện xây dựng phần mềm điều khiển tại các điểm then chốt trên các trục tiêu chính

* K ết quả phân khu và phân ô tiêu: trong bảng 2.11 và 2.12

B ảng 2.11 K ết quả phân khu tiêu hệ thống 6 trạm bơm

ph ục vụ (ha) Ghi chú

I Các khu tiêu độc lập

2 Đinh Xá - Triệu Xá 3.633 Có th ể nối mạng chung

3 Quán Chu ột 900 Do cùng liên h ệ trong mạng với

5 Yên B ằng-Yên Quang 1.900 li ệu diện tích tách theo thiết kế

6 Nhâm Tràng - Kinh Thanh 6.850 Có th ể được nối mạng

II Khu tiêu liên hoàn

B ảng 2.12 K ết quả phân ô tiêu hệ thống 6 trạm bơm

3 C ốc Thành 21 Do có nhi ều trục tiêu và 2 đầu mối (các

tr ục Chính Tây, T5, T3, Tiên Hương, Sông Chanh phân ô t ạo mạng của Cốc Thành) Không k ể vùng TB Quán Chuột

3 Quán Chu ột Nh ững khu tiêu độc lập sẽ được tiếp tục

5 Yên B ằng - Yên Quang 2 công trình điều tiết

6 Nhâm Tràng - Kinh

Thanh

trên kênh tr ục hoàn thiện

2.6.5 Xác định quan hệ F ~ Z theo ô, theo khu và toàn hệ thống

2.6.5.1 Cơ sở để xác định

- D ựa trên kết quả phân khu và ô tiêu

- D ựa trên bình đồ 1/10.000 được đo năm 1964

- D ựa trên hiện trạng công trình thuỷ lợi nội đồng

- Phương châm trong nội đồng hầu hết các ô tiêu tự chảy ra kênh trục (trừ các

ô quá trũng) khi các cụm đầu mối đạt năng lực yêu cầu

2.6.5.2 Phương pháp xác định

- Phân khu và ô tiêu trên bình đồ 1/10.000

- Dùng máy đo diện tích đo diện tích theo các mức cao độ (cách nhau 0,5m đo

m ột diện tích); dưới cao độ 0,5m và trên cao độ 3m sẽ không đo

- Đo tổng thể toàn khu và từng ô rồi tiến hành chỉnh biên cho phù hợp với nhi ệm vụ và thực tế

- L ập bảng kết quả đo đạc cho từng ô, toàn khu, liên khu và toàn vùng

CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH, TÍNH TOÁN VÀ ĐỀ XUẤT CƠ SỞ

3.1 C ơ sở lý thuyết

3.1.1 Phương pháp nghiên cứu

- Ti ếp cận tổng hợp

Xem khu v ực nghiên cứu là một phần của lưu vực tiêu, trong đó các điều kiện

c ấu thành hệ thống gồm: địa hình, địa chất, khí hậu, nước, sinh vật, con người, phương thức quản lý, khai thác vv…, là các thành phần của hệ tương tác có quan hệ ràng bu ộc, tác động lẫn nhau

- Ti ếp cận kế thừa, phát triển các kết quả nghiên cứu và tiếp thu công nghệ + Ti ếp cận các kết quả nghiên cứu về tính toán động lực học dòng chảy ở trên

th ế giới và trong nước nhất là các kết quả ở vùng nghiên cứu

+ S ử dụng các công cụ tiên tiến để triển khai thực hiện đề tài như: Sử dụng các ph ần mềm VRSAP (Vietnam River System and Plan, GS Nguyễn Như Khuê) được cải biên bởi TS Nguyễn Cao Đơn và các phần mềm ứng dụng khác để phục vụ công tác tính toán, d ự báo mực nước khu vực

3.1.2 Mô hình th ủy lực VRSAP

Dòng ch ảy trong sông nhiên nhiên được biểu thị bằng hệ phương trình Vernant, g ồm 2 phương trình: liên tục và phương trình động lực Hệ phương trình sau khi b ỏ qua những số hạng thứ yếu có dạng :

Saint-q x

Q t

Z

∂

∂ +

∂

∂

0

2

∂

∂

K

Q Q t

Z g

Q B t

Q g x

Z

ω ω

Trong đó:

B: Độ rộng mặt cắt (m)

Q: Lưu lượng dòng chảy trong sông (mP

3 P/s) Z: M ực nước tại mặt cắt tính toán (m)

Q: Lưu lượng thêm vào trong đoạn sông (mP

3 P/s)

x: Chi ều dài đoạn sông tính toán (m)

t: Th ời gian tính toán (giờ)

ω : Di ện tích mặt cắt ướt (mP

2 P) g: Gia t ốc trọng trường (m/gP

2 P) K: H ệ số mô đun lưu lượng dòng chảy; K=C.RP

1/2

R: Bán kính th ủy lực mặt cắt ướt (m)

C: H ệ số Chezy

Các phương trình trên được giải bằng phương pháp sai phân hữu hạn

3.3 Mô hình tiêu úng n ội đồng

Cơ sở lý luận là mô hình VRSAP [3] được cải biên thích nghi với 6 TBĐL Hà Nam - Nam Định

3.3.1 M ục đích tính toán mô hình

Mô hình tiêu úng n ội đồng được xây dựng bao gồm các bộ phận:

- Mô hình mô ph ỏng hoạt động của các trạm bơm đầu mối

- Mô hình mô ph ỏng hoạt động điều tiết của các ô ruộng

- Mô hình mô ph ỏng hoạt động của các công trình trên kênh, chủ yếu là các

c ống điều tiết then chốt

- Mô ph ỏng chuyển động của nước trên trục tiêu chính

Sau khi tính toán mô hình n ội đồng sẽ đưa ra được hệ số tiêu cho từng khu tiêu và toàn h ệ thống; xác định được phạm vi ngập úng: diện tích ngập, mức độ

ng ập

3.3.2 C ấu trúc của mô hình

Sơ đồ mạng kênh tiêu và hệ thống ô tiêu nội đồng trình bày trên hình 1.1 Trong đó gồm các yếu tố:

+ S ố mặt cắt chia đoạn: 153 mặt cắt

+ 155 đoạn sông, kênh tiêu chính

+ 64 ô ru ộng tiêu tự chảy cùng một số trạm bơm cấp 2 bơm tiêu trong nội bộ ô được sơ đồ hoá

+ 11 c ống điều tiết then chốt, bao gồm các cống: Đọ, Vùa, An Bài, CG1, 3/2,

La Ch ợ, Cầu Ghéo, S17, Mỹ Đô, Cánh Gà và cống Lầy