Nghiên cứu cơ sở khoa học và thực tiễn đề xuất vị trí hợp lý của cửa lấy nước vào sông Đáy đảm bảo yêu cầu cấp nước và tạo dòng chảy thường xuyên cho sông Đáy (Luận án tiến sĩ)

Nghiên cứu cơ sở khoa học và thực tiễn đề xuất vị trí hợp lý của cửa lấy nước vào sông Đáy đảm bảo yêu cầu cấp nước và tạo dòng chảy thường xuyên cho sông ĐáyNghiên cứu cơ sở khoa học và thực tiễn đề xuất vị trí hợp lý của cửa lấy nước vào sông Đáy đảm bảo yêu cầu cấp nước và tạo dòng chảy thường xuyên cho sông ĐáyNghiên cứu cơ sở khoa học và thực tiễn đề xuất vị trí hợp lý của cửa lấy nước vào sông Đáy đảm bảo yêu cầu cấp nước và tạo dòng chảy thường xuyên cho sông ĐáyNghiên cứu cơ sở khoa học và thực tiễn đề xuất vị trí hợp lý của cửa lấy nước vào sông Đáy đảm bảo yêu cầu cấp nước và tạo dòng chảy thường xuyên cho sông ĐáyNghiên cứu cơ sở khoa học và thực tiễn đề xuất vị trí hợp lý của cửa lấy nước vào sông Đáy đảm bảo yêu cầu cấp nước và tạo dòng chảy thường xuyên cho sông ĐáyNghiên cứu cơ sở khoa học và thực tiễn đề xuất vị trí hợp lý của cửa lấy nước vào sông Đáy đảm bảo yêu cầu cấp nước và tạo dòng chảy thường xuyên cho sông ĐáyNghiên cứu cơ sở khoa học và thực tiễn đề xuất vị trí hợp lý của cửa lấy nước vào sông Đáy đảm bảo yêu cầu cấp nước và tạo dòng chảy thường xuyên cho sông Đáy

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

TRẦN KHẮC THẠC

NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN ĐỀ XUẤT VỊ TRÍ HỢP LÝ CỦA CỬA LẤY NƯỚC VÀO SÔNG ĐÁY ĐẢM BẢO YÊU CẦU CẤP NƯỚC VÀ TẠO DÒNG CHẢY THƯỜNG XUYÊN CHO SÔNG ĐÁY

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI, NĂM 2019

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

TRẦN KHẮC THẠC

NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN ĐỀ XUẤT VỊ TRÍ HỢP LÝ CỦA CỦA LẤY NƯỚC VÀO SÔNG ĐÁY ĐẢM BẢO YÊU CẦU CẤP NƯỚC VÀ TẠO DÒNG CHẢY THƯỜNG XUYÊN CHO SÔNG ĐÁY

Chuyên ngành: Thủy văn học

Mã số: 9440224

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1.GS.TS Phạm Thị Hương Lan

2.GS.TS Tan Soon Keat

HÀ NỘI, NĂM 2019

i

LỜI CAM ĐOAN

Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận án là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào Việc tham khảo các nguồn tài liệu (nếu có) đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định

Tác giả luận án

Trần Khắc Thạc

ii

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, NCS xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến tập thể các thầy hướng dẫn cho em trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu đó là GS.TS Phạm Thị Hương Lan, GS.TS Tan Soon Keat đã luôn định hướng và sát sao cùng NCS trong quá trình học tập và nghiên cứu, không những thế tập thể các Thầy hướng dẫn còn tạo điều kiện về kinh phí để NCS được tham gia các hội thảo quốc tế về ngành nước tại Singapore, tham gia nhiều đề tài nghiên cứu khoa học các cấp

NCS cũng xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các Thầy/Cô trong Ban Giám Hiệu, Phòng Đào tạo ĐH&SĐH, Bộ môn Kỹ thuật sông và Quản lý thiên tai – Khoa Thủy văn và Tài nguyên nước, Phòng Hợp tác Quốc tế - Trường Đại học Thủy lợi đã tạo điều kiện để NCS được đi học tập nâng cao trình độ tại Singapore và Nhật Bản cũng như đã tạo điều kiện về thời gian cũng như luôn động viên để NCS hoàn thành quá trình học tập và nghiên cứu của mình

Từ đáy lòng mình em xin được cảm ơn đến GS, PGS, TS và các nhà khoa học trong và ngoài Trường đã luôn góp ý về chuyên môn cho NCS trong suốt quá trình nghiên cứu

và đặc biệt gian đoạn hoàn thiện luận án

Và đặc biệt, NCS cũng xin bày tỏ lòng biết ơn đến gia đình, bạn bè đã luôn động viên, khích lệ để NCS hoàn thành luận án tiến sĩ của mình

iii

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH vi

DANH MỤC BẢNG BIỂU ix

MỞ ĐẦU……….1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ CÔNG TRÌNH LẤY NƯỚC TRÊN SÔNG 8

1.1 Các nghiên cứu trên thế giới 8

1.1.1 Về nghiên cứu phân loại các CTLN 8

1.1.2 Về nghiên cứu diễn biễn bồi lắng đoạn sông cửa vào CTLN: 9

1.1.3 Về nghiên cứu xác định vị trí cửa lấy nước: 12

1.1.4 Về nghiên cứu giải pháp nâng cao hiệu quả lấy nước: 13

1.1.5 Nhận xét chung về các nghiên cứu trên thế giới có liên quan đến nội dung của luận án 14

1.2 Các nghiên cứu trong nước 15

1.2.1 Về nghiên cứu diễn biễn bồi lắng đoạn sông cửa vào CTLN: 15

1.2.2 Về nghiên cứu giải pháp nâng cao hiệu quả lấy nước: 16

1.2.3 Các nghiên cứu có liên quan trên đoạn sông Hồng qua Hà Nội 17

1.2.4 Nhận xét chung về các nghiên cứu trong nước có liên quan đến nội dung của luận án 27

1.3 Tổng quan khu vực nghiên cứu 28

1.3.1 Vị trí khu vực nghiên cứu 28

1.3.2 Đặc điểm địa hình 30

1.3.3 Đặc điểm địa chất, địa mạo 30

1.3.4 Đặc điểm khí tượng, thủy văn 31

1.3.5 Cụm công trình cống Cẩm Đình – Hiệp Thuận 33

1.4 Định hướng nghiên cứu của luận án 35

1.5 Kết luận chương 1 37

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN LỰA CHỌN VỊ TRÍ LẤY NƯỚC HỢP LÝ ĐẢM BẢO YÊU CẦU LẤY NƯỚC MÙA KIỆT VÀ THOÁT LŨ……… …38

2.1 Đánh giá hiện trạng một số công trình lấy nước dọc sông Hồng trên địa bàn Hà Nội 38

iv

2.1.1 Hiện trạng một số công trình lấy nước trên địa bàn Hà Nội 38

2.1.2 Nguyên nhân và các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng lấy nước của các công trình lấy nước của một số cống trong những năm gần đây trên địa bàn Hà Nội 44 2.2 Cơ sở lý thuyết dòng phân tầng/dòng dị trọng tại khu vực cửa lấy nước 50 2.2.1 Hệ phương trình cơ bản về dòng phân tầng/dòng dị trọng 50

a Phương trình chuyển động 50

b Phương trình liên tục 55

c Phương trình hoàn lưu của dòng phân tầng 55

2.2.2 Phân tích lựa chọn mô hình toán mô phỏng dòng chảy và diễn biến lòng dẫn khu vực cửa lấy nước 56

2.3 Đề xuất bộ tiêu chí xác định vị trí cửa lấy nước thích hợp 64

2.4 Kết luận chương 2 70

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN VỊ TRÍ CỬA LẤY NƯỚC VÀO SÔNG ĐÁY……… 72

3.1 Thiết lập mô hình và mô phỏng các kịch bản tính toán phục vụ xác định vị trí lấy nước hợp lý khu vực cửa vào sông Đáy 72

3.2 Ứng dụng mô hình toán MIKE3FM mô phỏng chế độ thủy lực, diễn biến lòng dẫn khu vực cửa vào sông Đáy 76

3.2.1 Xác định phạm vi và miền tính toán của khu vực nghiên cứu 76

3.2.2 Thiết lập hệ thống lưới tính toán 77

3.2.3 Thiết lập địa hình tính toán 77

3.2.4 Thiết lập các CSDL biên và CSDL hiệu chỉnh, kiểm định mô hình 80

3.2.5 Thiết lập mô hình MIKE11 mô phỏng dòng chảy và bùn cát làm số liệu đầu vào tính toán cho mô hình MIKE3FM 85

3.2.6 Kết quả hiệu chỉnh, kiểm định mô hình thủy động lực MIKE3FM 96

3.2.7 Kết quả mô phỏng diễn biến lòng dẫn khu vực cửa vào sông Đáy với điều kiện các công trình hiện trạng 102

3.2.8 Kết quả đánh giá khả năng lấy nước của cống Cẩm Đình hiện trạng 106

3.2.9 Định hướng giải pháp bổ sung cấp nước mùa kiệt và cấp nước thường xuyên cho lưu vực sông Đáy, nâng cao khả năng thoát lũ 111

3.3 Kết quả tính toán diễn biến lòng dẫn và đánh giá khả năng lấy nước khu vực cửa vào sông Đáy theo các kịch bản lấy nước khác nhau 113

v

3.3.1 Kết quả đánh giá khả năng lấy nước tại các vị trí công trình lấy nước khác

nhau……….113

3.3.2 Đánh giá diễn biến lòng dẫn theo kịch bản vị trí lấy nước khác nhau 118

3.4 Đề xuất vị trí lấy nước hợp lý đảm bảo yêu cầu lấy nước và thoát lũ khu vực cửa vào sông Đáy 128

3.4.1 Xác định vị trí cửa lấy nước ổn định cấp nước theo yêu cầu 128

3.4.2 Đề xuất vị trí lấy nước thích hợp theo tiêu chí đảm bảo về hàm lượng bùn cát………131

3.4.3 Kiến nghị đề xuất vị trí lấy nước hợp lý vùng cửa vào sông Đáy đảm bảo yêu cầu lấy nước mùa kiệt và thoát lũ 132

3.5 Kiến nghị một số giải pháp nâng cao khả năng cấp nước mùa kiệt và thoát lũ cống Cẩm Đình 134

3.5.1 Các giải pháp phi công trình 135

3.5.2 Giải pháp công trình 138

3.6 Kết luận chương 3 140

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ……… 141

DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ 144

TÀI LIỆU THAM KHẢO 145

vi

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH

Hình 1 1 Lưu vực sông Đáy và vị trí khu vực nghiên cứu 29

Hình 1 2 Hình Cụm công trình đầu mối phân lũ sông Đáy 33

Hình 2.1 Vị trí và địa hình cống Liên Mạc……… 39

Hình 2.2 Vị trí và địa hình cống Xuân Quan 41

Hình 2.3 Vị trí và địa hình cống Cẩm Đình 42

Hình 2.4 Vị trí cống và trạm bơm Phù Sa 43

Hình 2.5 Mặt cắt dọc dòng phân tầng không đều theo hai chiều và ba chiều 51

Hình 2.6 Lưu vực sông Đáy và vị trí khu vực nghiên cứu 29

Hình 2.7 Cụm công trình đầu mối phân lũ sông Đáy 33

Hình 3.1 Kịch bản tính toán 73

Hình 3.2 Vị trí cửa lấy nước Cẩm Đình cũ (vị trí 1), Cẩm Đình mới (vị trí 2), cách vị trí Cẩm Đình cũ 600m về phía hạ lưu theo các kịch bản tính toán được mô phỏng trong mô hình MIKE3FM 75

Hình 3.3 Vị trí cửa lấy nước (vị trí 3) theo các kịch bản tính toán được mô phỏng trong mô hình MIKE3FM 75

Hình 3.4 Phạm vi miền tính toán và các biên của mô hình 76

Hình 3.5 Lưới tính toán khu vực nghiên cứu 77

Hình 3.6 Địa hình mô phỏng đoạn sông Hồng và khu vực cửa vào sông Đáy 78

Hình 3.7 Mô phỏng các công trình trong mô hình MIKE3FM khu vực nghiên cứu 79

Hình 3.8 Phân giải theo chiều sâu dòng chảy của mô hình MIKE3 80

Hình 3.9 Sơ đồ vị trí các mặt cắt hiệu chính, kiểm định trong mô hình 81

Hình 3.10 Sơ đồ mạng thủy lực mùa kiệt sông Hồng – Sông Thái Bình 86

Hình 3.11 Sơ đồ mạng thủy lực mùa lũ sông Hồng – Sông Thái Bình 92

Hình 3.12 Kết quả hiệu chỉnh lưu lượng bùn cát tại trạm Thượng Cát và Hà Nội cho trận lũ năm 1996 95

Hình 3.13 Kết quả kiểm định lưu lượng bùn cát tại trạm Thượng Cát và Hà Nội cho trận lũ năm 2002 95

Hình 3.14 Tương quan giữa lưu lượng nước và lưu lượng bùn cát tính toán và thực đo tại mặt cắt MC-1 trong thời đoạn lũ năm 1996 101

vii

Hình 3.15 Tương quan giữa lưu lượng nước và lưu lượng bùn cát tính toán và thực đo tại mặt cắt MC-1 trong thời đoạn lũ năm 2002 101Hình3.16 Thay đổi cao trình lòng dẫn theo chiều dọc đoạn sông nghiên cứu trường hợp lấy nước mùa kiệt 104Hình3.17 Thay đổi cao trình lòng dẫn theo chiều dọc đoạn sông nghiên cứu 106Hình 3.18 Mực nước nhỏ nhất tính toán dọc sông Đáy ứng với các mức đưa nước vào sông Đáy từ 30 - 100m3/s - Trường hợp kiệt 2003 - 2004 107Hình 3.19 Quá trình mực nước tại cống Cẩm Đình trong năm kiệt 2003 - 2004 107Hình 3.20.Mực nước sông Hồng tại cửa cống Cẩm Đình và lưu lượng vào sông Đáy 108Hình 3.21 Mực nước nhỏ nhất tính toán dọc sông Đáy ứng với các mức đưa nước vào sông Đáy từ 450m3/s 110Hình 3.22 Mực nước tính toán dọc sông Đáy ứng với trường hợp tính toán cống lấy nước tại Cẩm Đình 113Hình 3.23 Mực nước tính toán dọc sông Đáy ứng với trường hợp tính toán cống lấy nước tại Vân Cốc 114Hình 3.24 Mực nước tính toán dọc sông Đáy ứng với trường hợp tính toán cống lấy nước tại Hát Môn 114Hình3.25 Mực nước lớn nhất tính toán tại một số vị trí dọc sông Đáy khi đưa nước với

Q = 450m3/s +sông Tích 60m3/s, lòng dẫn sông đã cải tạo 115Hình 3.26 Phân bổ trường vận tốc tại khu vực kênh Cẩm Đình thời điểm 8h ngày 20/04, dòng chảy kiệt năm 2004 (trường hợp cải tạo lòng dẫn + CTLN mới, Q = 100m3/s) 119Hình 3.27 Phân bố trường vận tốc tại khu vực cống đầu mối Cẩm Đình thời điểm 8h ngày 20/04, dòng chảy kiệt năm 2004 (trường hợp cải tạo lòng dẫn + CTLN mới, Q=100m3/s) 119Hình 3.28 Mức độ bồi xói lòng dẫn trên đoạn kênh Cẩm Đình và khu vực cửa vào sông Đáy ngày 20/03, dòng chảy kiệt 2004 (trường hợp cải tạo lòng dẫn + CTLN mới,

Q = 100m3/s) 120

viii

Hình 3.29 Mức độ bồi xói lòng dẫn trên đoạn kênh Cẩm Đình thời điểm 16h ngày 20/04, dòng chảy kiệt 2004 (trường hợp cải tạo lòng dẫn + CTLN mới, Q=100m3/s) 120Hình 3.30 Phân bố trường vận tốc tại khu vực kênh Cẩm Đình thời điểm 8h ngày 20/04, trường hợp đưa nước thường xuyên Q = 450m3/s – năm 1996 121Hình 3.31 Phân bố trường vận tốc tại khu vực cống đầu mối Cẩm Đình thời điểm 8h ngày 20/04, trường hợp đưa nước thường xuyên Q = 450m3/s – năm1996 122Hình 3.32 Mức độ bồi xói lòng dẫn trên đoạn kênh Cẩm Đình thời điểm 16h ngày 20/03 (Q = 450m3/s) 122Hình 3.33 Mức độ bồi xói lòng dẫn trên đoạn kênh Cẩm Đình thời điểm 16h ngày 20/04 (Q = 450m3/s) 123Hình 3.34 Tốc độ bồi xói lòng dẫn sông đoạn sông Hồng, khu vực cửa vào kênh Cẩm Đình thời điểm 8h ngày 20/04 (Q = 450m3/s) 124Hình 3.35 Vận chuyển bùn cát lơ lửng tại cống Cẩm Đình và dọc kênh Cẩm Đình (Q=450m3/s) 124Hình 3.36 Mức độ xói bồi lòng dẫn đoạn kênh Cẩm Đình thời điểm 8h ngày 10/7/1996 125Hình 3.37 Mức độ xói bồi lòng dẫn đoạn kênh Cẩm Đình thời điểm 8h ngày 10/08/1996 126Hình 3.38 Phân bố trường vận tốc tại khu vực cống Cẩm Đình, công trình phân lũ mới Hát Môn, cống Hiệp Thuận thời điểm 8h ngày 10/07 127Hình 3.39 Thay đổi mặt cắt tại vị trí mặt cắt, khu vực cửa vào kênh Cẩm Đình 128Hình 3.40 Tương quan lưu lượng nước lấy vào cống Cẩm Đình - mực nước sông Hồng tại cửa cống - Góc lấy nước trong mùa kiệt 129Hình 3.41 Tương quan lưu lượng nước lấy vào cống Cẩm Đình - Mực nước sông Hồng tại cửa cống - Chiều dài đoạn sông cong trong mùa kiệt 130Hình 3.42 Tương quan lưu lượng nước lấy vào cống Cẩm Đình - Mực nước sông Hồng tại cửa cống - Chiều dài kênh dẫn 131Hình 3.43 Tương quan lưu lượng nước lấy vào cống Cẩm Đình - Mực nước sông Hồng tại cửa cống – Lưu lượng bùn cát trong mùa lũ 131Hình 3.44 Tương quan lưu lượng mực nước tại Cống Cẩm Đình trong mùa kiệt 134

ix

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Bộ tiêu chí lựa chọn vị trí cửa lấy nước 68

Bảng 3.1 Vị trí các mặt cắt hiệu chỉnh và kiểm định mô hình 81

Bảng 3.2 Kết quả hiệu chỉnh thông số mô hình trong mùa kiệt 2001 89

Bảng 3.3 Kết quả kiểm định mô hình trong mùa kiệt 2003 90

Bảng 3.4 Kết quả hiệu chỉnh thông số mô hình thủy lực với trận lũ 1996 92

Bảng 3.5 Kết quả kiểm định thông số mô hình thủy lực với trận lũ 2002 93

Bảng 3.6 Kết quả kiểm định mô hình MIKE 3FM, trường hợp dòng chảy kiệt 2001 98 Bảng 3.7 Kết quả kiểm định mô hình MIKE 3FM, trường hợp dòng chảy kiệt 2003 98 Bảng 3.8.Kết quả hiệu chỉnh mô hình MIKE 3FM, trường hợp lũ 1996: 99

Bảng 3.9.Kết quả kiểm định mô hình MIKE 3FM, trường hợp lũ 2002 100

Bảng 3.10 Khả năng lấy nước tại các vị trí công trình khác nhau trong 5 tháng mùa kiệt năm 2003-2004 (từ 1/12 đến 30/4 năm sau) 11508

Bảng 3.11 Khả năng lấy nước tại các vị trí công trình khác nhau trong 5 tháng mùa kiệt năm 2003-2004 (từ 1/12 đến 30/4 năm sau) 115

Bảng 3.12.Thay đổi mực nước tại các vị trí dọc sông Đáy trong các phương án đưa nướcthường xuyên 116

1

MỞ ĐẦU

1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA LUẬN ÁN

Trong thời gian qua, do tác động của biến đổi khí hậu và các hoạt động khai thác sử dụng nước trên lưu vực sông Hồng đã làm suy giảm nguồn nước, gây bồi lắng, xói lở lòng dẫn đặc biệt tại các khu vực cửa lấy nước Mực nước sông Hồng vào mùa kiệt thường xuyên hạ thấp, nhất là năm 2010 mực nước tại Hà Nội chỉ còn +0,1m Thời tiết biến đổi bất thường và có xu hướng ngày càng cực đoan đang làm cho hàng trăm ha đất nông nghiệp của Hà Nội không đủ nước tưới vào mùa kiệt Diễn biến bất thường của mực nước sông Hồng đã làm ảnh hưởng lớn đến các cửa lấy nước và các trạm bơm tưới trên sông Hồng

Sông Hồng là sông lớn nhất chảy qua thành phố Hà Nội với chiều dài là 37km có lưu lượng trung bình năm đạt 2.640 m3/s với tổng lượng nước trung bình nhiều năm là 83,5 triệu m3 Trên tuyến sông Hồng hiện nay có nhiều công trình lấy nước tưới Do đặc điểm có lượng phù sa cao nên tại các cửa lấy nước thường có diễn biến bồi lắng rất phức tạp Diễn biến mực nước, lưu lượng trong mùa kiệt cũng như mưa lũ sau khi các công trình hồ chứa phía thượng nguồn đi vào hoạt động có sự thay đổi đáng kể ảnh hưởng khá lớn đến diễn biến lòng dẫn cũng như khả năng cấp nước của hạ lưu nói chung và khu vực Hà Nội nói riêng Sông Đáy có thể coi là một chi lưu của sông Hồng với chiều dài 240km có cửa vào tại Hát Môn trên sông Hồng, trước kia sông Đáy chuyển nước trực tiếp từ sông Hồng ra biển qua cửa Như Tân Từ năm 1937, chính quyền Đông Dương đã cho xây dựng đập Đáy với mục đích ngăn lũ không cho vào sông Đáy để bảo vệ các vùng đô thị và sản xuất nông nghiệp của các tỉnh Hà Tây (cũ),

Hà Nam, Nam Định Và chỉ phân lũ từ sông Hồng vào sông Đáy bảo vệ choHà Nội trong trường hợp xảy ra lũ đặc biệt lớn khi mực nước tại Hà Nội lên trên mức +11m

Kể từ khi đưa vào vận hành, đập Đáy đã hai lần phân lũ cho các trận lũ tháng 8/1945

và tháng 8/1971 Sau trận lũ 1971, đập Đáy đã được cải tạo lại nhằm đảm bảo lưu lượng phân lũ qua công trình tối đa là 5.000m3/s Tuy nhiên, theo nghiên cứu năm

2002 của một số cơ quan khoa học, khả năng phân lũ qua đập Đáy hiện nay chỉ vào

2

khoảng 2.800-4.000m3/s Nguyên nhân dẫn đến sự thay đổi về khả năng thoát lũ có thể chỉ ra rằng: Từ năm 1937 đến nay do không được chuyển nước thường xuyên dẫn đến lòng sông Đáy bị chết dần, hầu như không còn dòng chảy trên đoạn 23km từ đập Đáy đến cầu Mai Lĩnh Không những thế, lưu vực sông Đáy đã có những thay đổi đáng kể

về cơ cấu kinh tế, đô thị hóa, sự phát triển của cụm công nghiệp, trung tâm thương mại, du lịch, giao thông vận tải Năm 2011, Chính phủ đã ban hành Nghị định 04/2011/NĐ-CP quy định về việc xóa bỏ khu phân chậm lũ trên lưu vực sông Đáytrong đó có nội dung cải tạo lòng dẫn sông Đáy để chủ động đưa nước từ sông Hồng vào sông Đáy với lưu lượng mùa kiệt từ 30-100m3/s; mùa lũ từ 500-800m3/s; đồng thời sử dụng sông Đáy làm cầu chì để chuyển lưu lượng tối đa 2.500m3/s từ sông Hồng vào sông Đáy Bên cạnh đó, trên sông Đà từ năm 2007-2009, các hồ chứa phía Trung Quốc đã giữ lại một lượng nước khoảng 10-20% Cụ thể hơn, vào thời kỳ đầu mùa lũ, cuối mùa kiệt (tháng 5, tháng 6) năm 2009 thiếu nước xảy ra trên hệ thống sông Hồng và sông Thái Bình, do phía Trung Quốc đã giữ lại hơn 30% lượng nước làm ảnh hưởng đến nguồn nước về hạ lưu, ngay cả đoạn sông Hồng qua cầu Long Biên cũng bị kiệt Mức độ đô thị hóa ngày càng cao ở Hà Nội, nhất là sau khi Hà Nội

mở rộng và quy hoạch Hà Nội đến năm 2030 được duyệt thì diện tích đất nông nghiệp,

cơ cấu cây trồng cũng thay đổi nhiều so với trước đây Điều này cũng tác động lớn đến nhu cầu cấp nước cho nông nghiệp và sinh hoạt vào mùa kiệt tại Hà Nội, đòi hỏi phải nâng cao yêu cầu lấy nước phục vụ phát triển kinh tế xã hội

Cụm công trình cống Cẩm Đình Hiệp Thuận thuộc cụm công trình đầu mối Hát Môn - đập Đáy gồm cống lấy nước Cẩm Đình (cống Hát Môn), kênh dẫn Cẩm Đình – Hiệp Thuận (kênh dẫn Hát Môn – đập Đáy) và cống lấy nước Hiệp Thuận (cống đập Đáy) được khởi công xây dựng năm 2002 và hoàn thành vào năm 2004 Cống có nhiệm vụ lấy nước từ sông Hồng theo kênh Cẩm Đình - Hiệp Thuận dài 11.295m, chiều rộng đáy kênh là 22m dẫn nước từ sông Hồng vào sông Đáy, khôi phục lại dòng chảy về mùa kiệt của sông Đáy và cấp bổ sung nguồn nước cho hạ du phục vụ sản xuất nông nghiệp, công nghiệp, cải tạo môi trường và sinh hoạt Tuy nhiên, từ khi đưa vào vận hành đến nay việc dẫn nước sông Hồng qua cống Cẩm Đình vào kênh Cẩm Đình - Hiệp Thuận vào mùa kiệt hầu như không đảm bảo yêu cầu thiết kế và gần như không lấy được nước về mùa kiệt.Kênh dẫn thượng lưu cống Cẩm Đình dài 700m từ cửa

3

cống ra sông Hồng có bề rộng đáy kênh là 22m.Theo điều tra của NCS,năm 2014 lòng dẫn đã bị đất cát bồi lắng tương đối lớn trung bình so với thiết kế là 1,03m Tuyến kênh Cẩm Đình – Hiệp Thuận cũng bị bồi, hiện tượng bồi lắng trong kênh không đều,

có vị trí bồi lắng lớn, có vị trí không bồi lắng, nguyên nhân do từ khi đưa vào hoạt động chưa được nạo vét

Theo nghị định 04/2011 của Chính phủ, với mục tiêu làm sống lại sông Đáy quy định yêu cầu cấp nước thường xuyên:

- Mùa kiệt từ 30-100m3/s;

- Mùa lũ là 500-600m3/s;

Và đảm nhiệm phân lũ với lưu lượng 2.500m3/s nên cụm công trình đầu mối cửa vào sông Đáy là một cụm công trình rất lớn Có nhiều nghiên cứu của các nhà khoa học về khu vực cửa vào sông Đáy nhưng chủ yếu là nghiên cứu đưa ra giải pháp chỉnh trị, ổn định lòng dẫn khu vực cửa Đáy mà chưa có nghiên cứu nào xem xét vị trí lấy nước thích hợp khu vực cửa vào sông Đáy để từ đó đưa ra những giải pháp hợp lý đảm bảo yêu cầu lấy nước và thoát lũ Đặc biệt hệ thống CTLN Cẩm Đình - Hiệp Thuận được thiết kế, xây dựng với QTK=36,24m3/s (đối với mùa kiệt) và QTK=70m3/s (đối với mùa lũ) hiện không hoàn thành nhiệm vụ đề ra

Mặc dù đã có nhiều báo cáo về hiện tượng bồi lắng tại các cửa lấy nước và các giải pháp giảm thiểu, nhưng hiện chưa có một nghiên cứu toàn diện về vấn đề này, làm cơ

sở trong quy hoạch và thiết kế công trình lấy nước Cửa lấy nước tại cửa sông Đáy theo quy hoạch sẽ có lưu lượng thiết kế lớn hơn nhiều so với những cửa lấy nước trên sông Hồng, biên độ lưu lượng giữa các thời điểm lấy nước mùa lũ và mùa kiệt cũng rất lớn Do đó, diễn biến lòng dẫn tại cửa lấy nước sông Đáy cũng sẽ rất phức tạp so với những công trình lấy nước hiện có trên sông Hồng

Chính vì vậy việc “Nghiên cứu cơ sở khoa học và thực tiễn đề xuất vị trí hợp lý của cửa lấy nước hợp lý vào sông Đáy đảm bảo yêu cầu lấy nước và tạo dòng chảy thường xuyên cho sông Đáy” là cần thiết và cấp bách làm cơ sở cho các giải pháp nâng cao hiệu quả lấy nước của các công trình lấy nước đã có trên sông Hồng

2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Đối tượng nghiên cứu: Cửa lấy nước trên sông Hồng đoạn qua Hà Nội và các tiêu chí xác định vị trí của lấy nước thích hợp

Phạm vi nghiên cứu: Đoạn sông Hồng dài 27km từ Km30 ÷ Km47 +500 (khu vực cửa vào sông Đáy)

4 CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Để đạt được các mục tiêu đề ra, NCS lựa chọn cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu như sau:

a Tiếp cận hệ thống

Tiếp cận từ thực tế: Thu thập, cập nhật thông tin, đo đạc, quan sát, đánh giá thực tế Thu thập các tài liệu thiết kế, xây dựng các cống lấy nước dọc hệ thống sông Hồng, đặc biệt các CTLN trên địa bàn Hà Nội

Khai thác, sử dụng có chọn lọc các kết quả nghiên cứu của những đề tài, dự án trước đây có liên quan đến nội dung nghiên cứu của luận án

Nghiên cứu của luận án phải đặt trong điều kiện toàn tuyến sông Hồng, đặc biệt trong điều kiện địa hình lòng dẫn có nhiều thay đổi và tình hình phát triển kinh tế xã hội trên lưu vực cũng có nhiều thay đổi

Tiếp cận từ những thông tin trên cơ sở nắm bắt được các phương pháp mới, công nghệ hiện đại Tiếp cận từ các công trình ứng dụng thực tế

b Phương pháp nghiên cứu

5

Thu thập, điều tra hiện trường phân tích đánh giá tổng hợp các tài liệu đã có Điều tra

và khảo sát hiện trường là phương pháp nghiên cứu đáng tin cậy phục vụ việc nghiên cứu của luận án Công tác khảo sát thực địa chỉ tập trung vào các khu vực có các biến động mạnh về lòng dẫn hoặc có khả năng sạt lở bờ sông, đặc biệt tại khu vực cửa tiếp nhận lượng phân lũ từ sông Hồng sang sông Đáy, nội dung và khối lượng khảo sát thực địa chỉ thực hiện khi các khu vực đó không có hoặc thiếu tài liệu Tận dụng các kết quả mới nhất về địa hình, thủy văn, địa chất từ các đề tài, từ các dự án, luận án có liên quan đến nội dung nghiên cứu của luận án

Phương pháp thống kê: Thống kê các giải pháp công trình ổn định cửa vào và lòng

dẫn đã áp dụng ở các nước trên thế giới để lựa chọn áp dụng vào Việt Nam; thống kê các công trình chỉnh trị sông bảo vệ bờ đã và đang xây dựng ở nước ta để thấy được những tồn tại, trong đó tập trung vào các vấn đề liên quan đến thoát lũ và cấp nước Trên cơ sở các số liệu thống kê đề xuất giải pháp khắc phục các tồn tại Thống kê khả năng lấy nước của các CTLN dọc sông Hồng đoạn qua Hà Nội

Phương pháp phân tích, kế thừa các tài liệu, các công trình khoa học đã được công

nhận có liên quan đến nội dung của luận án, từ đó lựa chọn đề xuất được giải pháp công nghệ phù hợp với điều kiện tự nhiên và khả năng thiết bị, con người và nguồn vốn xây dựng cho các công trình bảo vệ bờ ổn định lòng dẫn trên sông Đáy, các công trình chỉnh trị đảm bảo yêu cầu lấy nước của các cống lấy nước, góp phần phát triển thủ đô

Trong nội dung nghiên cứu, NCS có kế thừa kết quả nghiên cứu của đề tài độc lập cấp nhà nước do trường Đại học Thủy Lợi, do GS Hà Văn Khối làm chủ nhiệm thực hiện với phương án đưa nước vào sông Đáy 2.500m3/s, với kết quả của Viện Quy hoạch và kết quả nghiên cứu dự án tưới, tiêu cải tạo sông Tích, tiêu hỗ trợ cho Hà Nội và dự án nạo vét sông Đáy do trường Đại học Thủy lợi thực hiện và đặc biệt đề tài cấp bộ

“Nghiên cứu giải pháp ổn định cửa vào và lòng dẫn sông Đáy đảm bảo yêu cầu lấy nước mùa kiệt và thoát lũ” mà tác giả luận án cũng là thành viên chínhtham gia thực hiện đề tài

6

Phương pháp mô hình toán: Đề tài sử dụng mô hình MIKE 11, MIKE3FM để tính

toán cho nhiều trường hợp, nhiều kịch bản, làm cơ sở đưa ra những luận cứ khoa học chắc chắn cho việc xác lập cơ sở khoa học xác định vị trí lấy nước thích hợp, đặc biệt trường hợp nghiên cứu điển hình trên khu vực cửa vào sông Đáy đảm bảo yêu cầu lấy nước và thoát lũ phục vụ phát triển kinh tế xã hội

Phương pháp chuyên gia: Thông qua các hội thảo khoa học để lấy ý kiến đóng góp và

tham khảo kinh nghiệm của các chuyên gia Đặc biệt có sự góp ý về mặt học thuật, phương pháp luận của các chuyên gia trường DHI-NTU (NanyangTechnological University), Singapore, các GS, PGS Khoa Thủy văn và TNN - Trường Đại học Thủy Lợi đã giúp đỡ trong việc thiết lập mô hình toán và xây dựng bộ tiêu chí xác định vị trí cửa lấy nước.Các nhà khoa học đã hướng dẫn cụ thể về phương pháp xác định vị trí của lấy nước hợp lý đảm bảo yêu cầu lấy nước và thoát lũ phục vụ phát triển kinh tế xã hội

5 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA LUẬN ÁN

a Ý nghĩa khoa học

Việc đề xuất các tiêu chí lựa chọn vị trí cửa lấy nước trên sông hợp lý và phương pháp xác định có vai trò quan trọng và mang ý nghĩa khoa học lớn khi đảm bảo các công trình sau khi xây dựng hoạt động ổn định, an toàn về lấy nước và thoát lũ

Bổ sung phương pháp luận khi quy hoạch thiết kế các cửa lấy nước và thoát lũ trên hệ thống sông

b Ý nghĩa thực tiễn

Kết quả áp dụng thành công của luận án cho xác định vị trí cửa lấy nước vào sông Đáy

là tài liệu tham khảo tốt cho các cơ quan quản lý trong việc quy hoạch, thiết kế, duy tu, nâng cấp công trình lấy nước trên sông, đặc biệt cần sử dụng mô hình toán trong nghiên cứu xác định vị trí cửa lấy nước vì những tính ưu việt về khả năng thay đổi phương án nghiên cứu, về thời gian và kết quả mô phỏng phục vụ phân tích

6 CẤU TRÚC CỦA LUẬN ÁN

7

Ngoài phần mở đầu và kết luận, luận án được trình bày theo 3 chương:

Chương 1: Tổng quan các nghiên cứu về công trình lấy nước trên sông

Chương 2: Nghiên cứu cơ sở khoa học và thực tiễn xác định vị trí lấy nước hợp lý

đảm bảo yêu cầu lấy nước về mùa kiệt và thoát lũ

Chương 3: Nghiên cứu lựa chọn vị trí cửa lấy nước vào sông Đáy

8

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ CÔNG TRÌNH LẤY NƯỚC TRÊN SÔNG

1.1 Các nghiên cứu trên thế giới

Ở nước ta cũng như một số nước trên thế giới đã xây dựng nhiều CTLN trên sông Các nước đi đầu trong công cuộc xây dựng các hệ thốngCTLN phải kể đến như: Nga, Hà Lan, Trung Quốc, Nhật Bản,… Trung Quốc có trên 55 triệu cống, trạm bơm lớn nhỏ đảm nhận việc tưới tiêu cho hơn 6 triệu ha đấtnông nghiệp.Cáctrạmbơmlớnphải kể đến như: Jiangdu, Yingquan, Tao Dam Niyaz Yingshang, Yingshang Three Mile,…Tuy nhiên trong những năm gần đây hiệu quả hoạt động của các trạm bơm, cống lấy nước không cao gây hạn hán và lãng phí điện Nga, Mỹ, Nhật cũng là những nước có nhiều

hệ thống lấy nước đang hoạt động phục vụ cho nông nghiệp và sinh hoạt CTLN được xây dựng để lấy nước từ sông, hồ chứa vào các hệ thống công trình thủy lợi kênh, mươngphục vụ các yêu cầu phát triển kinh tế xã hội như: tưới, phát điện, cung cấp nước sinh hoạt, công nghiệp, du lịch, cải tạo môi trường cảnh quan Tùy thuộc vào từng điều kiện thực tế về địa hình lưu vực, hình dạng của sông cũng như yêu cầu lấy nước để thiết kế các CTLN khác nhau

Có rất nhiều các nghiên cứu về các công trình lấy nước trên thế giới như Ramamurthy, A.S and M.G Satish, (1988); Ingle, R.N and A.M Mahankal, (1990); Raudkivi, A.J., (1993); Alireza Masjedi and Amir Taeedi (2011), Averty (1989), Cho (1985), Lindnet (1952), Neary (1995), Karami (2009), Yang (2009), Karami (2010), Hamsanpour (2006), Neary (1999), Barkdral (1999), BHRH (1989), Bourard (1992), Shafai (1999), Omidbeigi (2009) Cụ thể các nội dung nghiên cứu của các nhà khoa học này tập trung vào các vấn đề sau:

1.1.1 Về nghiên cứu phân loại các CTLN

Avery, P(1989)[1] đã phân loại các CTLN như sau: CTLN bên cạnh là các CTLN có

phương của dòng chảy vào CTLN hợp với phương của dòng chảy trong sông chính một góc xấp xỉ 900; CTLN chính diện là CTLN có phương của dòng chảy vào công trình lấy nước gần như song song với phương của dòng chảy trong sông chính; CTLN

có đập; CTLN không đập; CTLN có cửa điều tiết, CTLN không có cửa điều tiết

9

GTZ(1989) [2] phân loại cửa lấy nước theo cửa lấy nước ở bên (Lateral Intake) có

hoặc không có đập dâng; cửa lấy dạng Chi Rôn/ở đáy (Tyrolean/Bottom Intake) và chỉ

ra các yêu cầu đối với CTLN: Lấy đủ nước theo biểu đồ đã định (số lượng); Đảm bảo chất lượng nước lấy vào kênh (ngăn bùn cát có thô, vật nổi); Kiểm soát được ảnh hưởng đến môi trường chung; Các yêu cầu chung khác: ổn định, thuận tiện thi công, quản lý, tạo cảnh quan hài hòa, giữ gìn bảo vệ môi trường, phát triển du lịch, sử dụng tổng hợp nguồn nước, có kết cấu đơn giản và giá thành hợp lý

Abbasi (2003)[4]phân loại cửa lấy nước theo cửa lấy nước bao gồm cửa lấy nước có

đập dâng; cửa lấy nước ở đáy Cửa lấy nước có đập dâng thường bao gồm 2 bộ phận chính, đập dâng và cửa lấy nước, trong đó đập dâng có nhiệm vụ dâng mực nước đảm bảo một mực nước tối thiểu ở thương lưu đập dâng và cho phép lấy một lượng nước

Qp từ sông trong bất kỳ thời kỳ nào Cửa lấy nước ở đáy chỉ thích hợp cho những sông

ở vùng đồi núi có độ dốc cao từ 1% đến 10% Tại những đọan sông này, tốc độ dòng chảy lớn dẫn đến bùn cát đáy tương đối thô nên các hạt không thể lọt qua các khe chắn rác ở cửa lấy nước.Cửa lấy nước loại này thường được thiết kế cắt ngang qua sông và được bao phủ bởi một tấm sàng hoặc tấm phẳng được đục lỗ Các tấm sàng thường được thiết kế có khả năng tự lọc, tuy nhiên trên thực tế thường khó đảm bảo như thiết

kế

1.1.2 Về nghiên cứu diễn biễn bồi lắng đoạn sông cửa vào CTLN:

Qua phân tích các nghiên cứu trên thế giới cho thấy, hiện nay để nghiên cứu đánh giá diễn biến lòng dẫn nói chung và khu vực cửa lấy nước nói riêng thường thực hiện theo

4 phương pháp như sau:

- (1) Phương pháp đo đạc, thu thập phân tích các tài liệu thực đo: Sử dụng các tài liệu

về địa hình, các tài liệu không ảnh, viễn thám, các số liệu có được trong nhiều năm tiến hành phân tích vị trí, quy mô, tốc độ xói, bồi trên mặt bằng, trên mặt cắt dọc, mặt cắt ngang, tìm ra quy luật thống kê và xu thế phát triển của đoạn sông nghiên cứu Đối với phương pháp này cần có những thiết bị đo đạc hiện đại, nhanh chóng chính xác Xác định được trường vận tốc dòng chảy ở các độ sâu khác nhau, xác định được độ sâu lòng dẫn theo các tọa độ địa lý mong muốn tuy nhiên đòi hỏi đầu tư về thời gian, kinh phí thực hiện

10

- (2) Phương pháp công thức kinh nghiệm: Từ những số liệu thực tế đo đạc hiện trường và trong phòng thí nghiệm thiết lập các công thức kinh nghiệm và bán kinh nghiệm để sử dụng các công thức kinh nghiệm để tính toán diễn biến lòng dẫn Phương pháp này đơn giản nhưng áp dụng cho từng trường hợp cụ thể

- (3) Phương pháp mô hình vật lý: Mô phỏng thu nhỏ đoạn sông nghiên cứu lại trong một khu vực có trang thiết bị thí nghiệm, tái diễn dòng chảy trong sông thiên nhiên theo các định luật tương tự để quan sát, đo đạc và từ các số liệu đo đạc tìm ra quy luật diễn biến của đoạn sông Phương pháp mô hình vật lý có hạn chế là rất khó thỏa mãn các điều kiện tương tự, nhất là các điều kiện tương tự về bùn cát nên có thể có những sai lệch nhất định giữa mô hình và nguyên hình, đặc biệt trong điều kiện nước ta các nghiên cứu mới dừng ở mức mô phỏng xu thế diễn biến, chưa lượng hóa được diễn biến vận chuyển và bồi lắng bùn cát đặc biệt khu vực cửa lấy nước như thế nào Mặt khác chi phí xây dựng mô hình vật lý rất lớn, khó đáp ứng trong điều kiện của Việt Nam, đặc biệt trong nghiên cứu thực hiện luận án

- (4) Phương pháp mô hình toán: Dựa vào các hệ phương trình toán mô tả quy luật của dòng chảy và bùn cát tại đoạn sông nghiên cứu, xác định các điều kiện biên, điều kiện ban đầu hợp lý, tìm các lời giải giải tích, lời giải số trị cho các vấn đề nghiên cứu Phương pháp này, với sự giúp đỡ của máy tính điện tử đã cho phép mô tả những gì xảy

ra trong quá khứ, những gì xảy ra trong tương lai với những điều kiện thay đổi theo các kịch bản khác nhau, nhưng phương pháp này chỉ có độ tin cậy khi số liệu đầu vào phải có đủ độ tin cậy

Bosman D.E và nnk (2002)[5] đã nghiên cứu điều tra thực địa, đánh giá bồi lắng bùn

cát tại các kênh dẫn nước vào các trạm bơm lấy nước ven sông ở vùng South Africa, nơi việc lấy nước từ sông gặp nhiều trở ngại do vấn đề bồi lắng, do các kênh dẫn nước thường nhỏ hơn sông rất nhiều lần Việc đưa ra các giải pháp giảm thiểu bồi lắng tại cửa hút cho các trạm bơm là cần thiết

Mehdi Karami Moghadam(2010)[6] đã nghiên cứu chế độ thủy động lực và vận

chuyển bùn cát của sông Ohio ảnh hưởng đến cống lấy nước trên cơ sở sử dụng mô hình vật lý.Trong nghiên cứu này, kênh lấy nước hợp với kênh chính một góc 30o sẽ

11

cho kết quả tốt nhất về việc lấy nước với lưu lượng lớn nhất và hàm lượng bùn cát là nhỏ nhất Tuy nhiên nghiên cứu hạn chế cho tính toán với dòng chảy có hệ số Froude

từ 0,35 đến 0,4 và không tính toán cho dòng chảy kiệt

Neary V.S và nnk(1999)[7] đã sử dụng mô hình số trị 3D để mô phỏng dòng chảy

đoạn ngay cửa vào cống lấy nước Sử dụng phương trình Navier-Stokes trong đó xem xét hệ số Reynolds trung bình với mô hình rối của Wilcox, trong đó xem xét dòng chảy tại kênh hở chữ T

Moussa (2010) [8]áp dụng mô hình 2-D (CCHE2D) phân tích và giải quyết vấn đề bồi

lắng tại của lấy nước của trạm bơm Rowd El-Farag Nghiên cứu đã chỉ ra rằng có sự thay đổi về mặt hình thái theothời gian do lượng bùn cát bị bồi lắng tại khu vực cửa lấy nước vào trạm bơm

R.Goudarzizadeh (2010) [9]đã sử dụng phương pháp thể tích – khối lượng mô phỏng

ba chiều dòng chảy tại cửa vào kênh dẫn CTLN bằng cách giải phương trình Stokes và mô hình rối κ−(RNG) Phương trình được giải theo phương pháp phần tử hữu hạn Các kết quả cho thấy giá trị lưu lượng vào kênh dẫn CTLN phụ thuộc vào chiều dài và chiều rộng của kênh dẫn lấy nước

Navier-Ashraf M Elmoustafa (2011) [10]đã sử dụng mô hình thủy lực 2-D (RMA2) để đánh

giá vị trí lấy nước thích hợp bên bờ Tây sông Nile ở Assuit Tuy nhiên, mô hình mô phỏng theo lưới chữ nhật với độ phân giải thô 20x20m, vì vậy không mô phỏng chi tiết được công trình lấy nước như nào trong mô hình

Noor F.N Shahidanvà nnk (2012)[11] đã nghiên cứu ứng dụng mô hình HEC-RAS và

mô hình CCHE2D để mô phỏng dòng chảy và diễn biến lòng dẫn khu vực cửa lấy nước Ijok trên sông Ijok của Malaysia Kết quả từ mô hình HEC-RAS đã được sử dụng như là đầu vào cho mô hình CCHE2D.Kết quả cho thấy lưu lượng dòng chảy ảnh hưởng đến phân phối và sự tích tụ trầm tích khu vực nghiên cứu.Vận tốc dòng chảy ở phía trước của cửa lấy nước nhỏ có thể góp phần tích tụ bùn cát và gây nên những bãi bồi trước cửa lấy nước, làm giảm khả năng lấy nước của kênh dẫn

12

Adel A.Asharivà nnk(2015)[12] đã tính toán phân bố vận tốc tại cửa lấy nước theo

phương pháp khối lượng hữu hạn, kết quả so sánh với thí nghiệm là khá hợp lý.Dòng chảy được mô phỏng trong kênh hình chữ nhật và phương trình Navier-Stokes được giải bằng phương pháp khối lượng hữu hạn (FVM).Các tính toán dòng chảy đã được thực hiện trong mô hình ba chiều bằng cách sử dụng K-ε-RNG và các mô hình rối K-ε-tiêu chuẩn

Martin (2015)đã xây dựng mô hình thủy động lực học 2D tính toán chế độ dòng chảy tại khu vực cửa vào cửa lấy nước ở British Columbia Các kết quả của nghiên cứu mô hình số 2D này cho thấy nếu bổ sung một cửa cống thứ hai ở phía cuối của đập dẫn dòng có thể tăng vận tốc ở vị trí cửa vào cống lấy nước, tăng cường sự vận chuyển bùn cát ở khu vực đó Khi cả hai phía bắc và phía nam cống được mở, vận tốc ở khu vực phía nam của cửa lấy nước tăng lên nhiều so với mô hình hiện trạng

Margriet M (2006):Đã có những nghiên cứu về diễn biến lòng dẫn và các giải pháp chỉnh trị ổn định lòng dẫn trên sông Rhine Sông Rhine dài 3200km và có diện tích lưu vực là 185.000 km2 Có rất nhiều các biện pháp kiểm soát lũ, tăng khả năng thoát lũ được thực hiện như xây dựng hệ thống đê, nạo vét lòng dẫn tăng khả năng thoát lũ, các công trình thoát lũ thông qua việc tạo dòng mới ở phía thượng lưu Tuy nhiên việc xây dựng lấn chiếm khai thác bãi dọc sông Rhine vào những năm đầu thế kỷ 20 đã khiến nhiều thành phố dọc theo sông Rhine, Moselle và Meuse bị ngập lụt vào những năm

1993, 1995, gây sạt lở, xói lở bờ và tạo ra những bãi bồi làm hạn chế việc cấp nước cho thành phố trong mùa kiệt Chính vì vậy việc bảo vệ sông, ổn định bờ lòng dẫn đã được đầu tư nghiên cứu, đặc biệt sau lũ 1993 Các giải pháp được đề ra bao gồm kè bảo vệ bờ kết hợp cảnh quan sinh thái môi trường

Ngoài ra còn một số các nghiên cứu về diễn biến lòng dẫn và đề xuất giải pháp chỉnh trị như nghiên cứu của Barkdrai (1999), Omidbeigi (2009), Karami (2009)

1.1.3 Về nghiên cứu xác định vị trí cửa lấy nước:

Gango Schmid (2000)[3]đã nghiên cứu một số cửa lấy nước trên sông Río Mameyes,

cửa lấy nước Miradero nằm trên sông Añasco, cửa lấy nước trên sông Fajardo, CTLN trên sông Blancovà cho thấy cửa lấy nước thường được bố trí ở bờ lõm của sông cong

13

S Ali Akbar Salehi (2008)[13] nghiên cứu thí nghiệm trên mô hình vật lý xác định vị

trí cửa lấy nước với các đoạn sông thẳng, sông cong Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng các cống lấy nước nên bố trí ở bờ sông cong, góc lấy nước là 600 ÷900

Alireza Masjedi (2011) [14] đã nghiên cứu bằng mô hình vật lý xác định hiệu quả lấy

nước tại các cống lấy nước, kết quả cho thấy các cống lấy nước có kênh dẫn nước hợp với dòng chính một góc khoảng 450 sẽ cho hiệu quả lấy nước cao hơn cả

Afrouza (2015) [15]đã nghiên cứu xác định góc lấy nước thích hợp của CTLN trên

đoạn sông thẳng, với góc lấy nước thích hợp là trong khoảng từ 300 – 450 để giảm lượng bùn cát đi vào kênh dẫn gây bồi lắng kênh dẫn lấy nước của CTLN

Montaseri (2015) [16]đã xác định vị trí thích hợp của công trình cống lấy nước và lựa

chọn góc tốt nhất của cửa lấy nước để giảm lượng phù sa vào kênh Sử dụng phần mềm Fluent để mô phỏng số mô hình dòng chảy 3D xung quanh cửa lấy nước ở vị trí phía trước, thượng và hạ lưu của CTLN Tínhtoán được thực hiện bằng cách sử dụng

mô hình Reynolds Stress.Sau khi hiệu chỉnh mô hình, xem xét ảnh hưởng của các vị trí khác nhau của cửa lấy nước đối với phía hạ lưu và thượng lưu.Vị trí thích hợp tương ứng với góclấy nướclà khoảng 150-300 so với dòng chính và giá trị tối ưu cho góc lấy nước là khoảng 170-200 với mục đích hạn chế tối đa bùn cát vào kênh

1.1.4 Về nghiên cứu giải pháp nâng cao hiệu quả lấy nước:

Avery, P (1989) [1]đưa ra một số giải pháp kiểm soát sự bồi lắng tại một số vị trí lấy

nước thông qua việc đo đạc, khảo sát và tính toán bồi lắng tại vị trí cống lấy nước và các trạm bơm nhằm nâng cao hiệu quả lấy nước của các công trình

Ettema R and Nakato T (1998)[17]đã chỉ dẫn một số giải pháp công trình làm giảm

thiểu việc vận chuyển bùn cát vào cửa lấy nước, trong đó có giải pháp đẩy dòng chủ lưu ra khỏi bờ, từ đó làm giảm bồi lắng khu vực cửa vào cửa lấy nước

Ma You guo (2001) [18]đã nghiên cứu biện pháp kiểm soát bùn cát cho các cống lấy

nước dựa trên việc điều tra phân tích bồi lắng bùn cát tại một số cống của sông Yili Hashi.Các giải pháp kiểm soát bùn cát như bẫy bùn cát, góc chọn hợp lý từ 300-600

14

Azade Jamshidi và nnk (2016)[19] đã nghiên cứu phân dòng chảy vào tại các cửa lấy

nước bằng các tấm lái phân dòng.Kết quả cho thấy việc lắp đặt tấm lái phân dòng ngập nước tại cửa vào CTLN là một phương pháp thường được áp dụng.Trong nghiên cứu này, góc lệch của tấm lái phân dònglà 150, 200, 250 và 300 ở khu vực cửa vào kênh chính Kết quả cho thấy lượng dòng chảy vào cống lấy nước tăng từ 36,34%, 32,53%, 34,37%, 30,72% so với khi không có tấm lái phân dòng

Trước tình hình hạn hán và không lấy được nước tại các cống và trạm bơm, Bộ Thủy lợi Trung Quốc (2006) đã đưa ra một số giải pháp khắc phục như: Biên soạn và cải tiến lại các tiêu chuẩn thiết kế, hướng tầm nhìn chiến lược và quy hoạch thủy lợi, nâng cao hiệu quả sử dụng của các cống đầu mối lấy nước, cải cách phân cấp quản lý, giám sát chặt chẽ quy trình vận hành cống lấy nước

1.1.5 Nhận xét chung về các nghiên cứu trên thế giới có liên quan đến nội dung

của luận án

- Các nghiên cứu sử dụng mô hình toán mô phỏng diễn biến khu vực cửa lấy nước có

từ những năm thập kỷ 90, tuy nhiên mới sử dụng mô hình 1D mô phỏng cho kênh dẫn nước, các mô hình 2D lại sử dụng lưới chữ nhật, lưới thô 20x20m, phần nào hạn chế trong việc mô phỏng công trình Với mô hình 2D sẽ không mô phỏng được dòng chảy các lớp theo chiều sâu nên đánh giá khả năng lấy nước còn hạn chế

- Các nghiên cứu xác định vị trí cửa lấy nước được dựa trên kết quả từ mô hình vật lý, nhưng chú yếu xem xét tính toán với dòng chảy có hệ số Froude từ 0,35 đến 0,4 và không tính toán cho dòng chảy kiệt, góc lấy nước đưa ra dao động trong phạm vi lớn

từ 450÷900, có những nghiên cứu chỉ ra góc lấy nước khoảng 15o -30o hay khoảng

300÷600 do đó khó xác định khoảng nào là hợp lý cho một công trình cụ thể

- Việc xem xét vị trí lấy nước thích hợp của các cống lấy nước chưa được chú trọng nhiều mà chỉ nêu vị trí đặt cửa lấy nước nên xem xét đặt ở đoạn sông cong phía bờ lõm, nhưng ở vị trí nào là có lợi nhất thì chưa chỉ rõ Theo kết quả nghiên cứu của N.F Danheliia vị trí thích hợp của cống lấy nước phụ thuộc vào bán kính cong là chưa đủ

vì đoạn sông cong luôn luôn biến đổi lòng dẫn, vì vậy bán kính cong cũng sẽ thay đổi theo thời gian

15

- Các giải pháp đưa ra để giảm thiểu bồi lắng cửa lấy nước chưa cụ thể, chủ yếu đưa ra giải pháp kè bảo vệ bờ kết hợp cảnh quan sinh thái môi trường, ứng dụng vào thực tế đối với các công trình trong nước sẽ gặp nhiều khó khăn

1.2 Các nghiên cứu trong nước

1.2.1 Về nghiên cứu diễn biễn bồi lắng đoạn sông cửa vào CTLN:

Trung tâm động lực sông – Viện KHTL Việt Nam (2008-2009) đã tiến hành điều tra đánh giá tình hình bồi lắng trước, trong và sau lũ tại 04 cửa lấy nước lớn trên sông Hồng và 01 cửa lấy nước trên sông Đáy, đó là các cống Thanh Điềm, Liên Mạc, Xuân Quan, cửa lấy nước vào trạm bơm Ấp Bắc, cống trạm bơm Phù Sa Kết quả điều tra cho thấy hiện tượng bồi lắng cửa lấy nước xảy ra chủ yếu vào mùa lũ, việc chống bồi lắng cho các hệ thống lấy nước rất khó xử lý triệt để vì bùn cát bồi lắng chủ yếu là bùn cát lơ lửng nhưng có thể làm giảm đáng kể lượng bồi vào hệ thống bằng một loạt các biện pháp liên hoàn đối với cả trường hợp cống mở lấy phù sa và cống đóng không lấy nước Dự án đã đề xuất các biện pháp giảm thiểu bồi lắng bao gồm biện pháp công trình ở đầu kênh kết hợp với biện pháp quản lý vận hành cống lấy nước như: làm tường chắn, cải tạo hình dạng cửa vào kênh, tăng sức tải cát trên kênh bằng cách cải tạo hệ thống kênh mương nội đồng: nạo vét lòng kênh, làm kênh nổi có độ dốc lớn, tập trung thời gian lấy phù sa với lưu lượng lớn vào đầu mùa lũ, Tuy nhiên, dự án chưa đánh giá được ảnh hưởng của việc bồi lắng đến vấn đề cấp nước mùa kiệt và thoát lũ

Nguyễn Thọ Sáo (2005) [20]đã nghiên cứu chế độ thuỷ lực tại khu vực cửa lấy nước

bằng mô hình toán.Với mô hình một chiều nên chưa đánh giá được khả năng lấy nước

và diễn biến lòng dẫn

Phạm Đức Thắng (2010) ứng dụng mô hình số trị 3 chiều nghiên cứu vị trí và cấu trúc công trình chắn cát cửa lấy nước bên sông nhằm hạn chế tối đa bùn cát xâm nhập bồi lắng kênh dẫn nước vào các CTLN dưới đê Nghiên cứu đã thử nghiệm trên các sơ đồ cửa lấy nước giả định được xác lập trên cơ sở tổng kết các sơ đồ thực tế Kết quả tính toán chế độ thủy lực, vận chuyển và bồi lắng bùn cát trên các sơ đồ giả định phù hợp với những kết luận rút ra từ phân tích lý thuyết.Trên cơ sở ứng dụng mô hình số trị 3

16

chiều nghiên cứu định lượng cơ chế, diễn biến bồi lắng và giải pháp giảm bồi lắng cho cửa lấy nước Xuân Quan Kết quả nghiên cứu của luận án cho thấy muốn giảm bồi lắng cần thiết phải có 1 công trình kiểm soát quá trình vận chuyển và lắng đọng bùn cát đặt tại cửa lấy nước Tại Xuân Quan, theo đề xuất của tác giả nếu sử dụng sơ đồ hệ thống lấy nước, chắn cát với công trình chủ đạo là 1 đập chắn cát 3 khoang 4 tầng cửa đặt sát mép sông cùng với các công trình phụ trợ khác như bể lắng, kênh xả cát, thì hiệu quả chống bồi lắng sẽ rất cao Tuy nhiên phạm vi nghiên cứu của luận án chỉ dừng trong thời gian mùa lũ với điều kiện đóng cống không lấy nước Như vậy chưa

mô phỏng được hết chế độ thủy động lực và vận chuyển bùn cát tác động đến vị trí cống như nào?

1.2.2 Về nghiên cứu giải pháp nâng cao hiệu quả lấy nước:

Nguyễn Quốc Dũng (2006) [23]trong nghiên cứu các giải pháp khoa học công nghệ để

sửa chữa nâng cấp các cống dưới đê thuộc sông Hồng và sông Thái Bình đã ứng dụng

lý thuyết vận chuyển bùn cát 3 chiều, sử dụng phần mềm EFDC mô phỏng diễn biến thủy lực tại khu vực lấy nước Xuân Quan, sử dụng mô hình MIKE11 để xây dựng quy trình vận hành lấy phù sa trong mùa lũ và đánh giá quá trình bồi lắng của phù sa dọc các kênh Tuy nhiên, chưa nghiên cứu, xem xét vị trí các cống dưới đê có ảnh hưởng

gì đến việc cấp nước cho mùa kiệt

Nguyễn Hữu Huế (2013) [25]trong Nghiên cứu giải pháp CTLN tự chảy cho sông

Đáy,sông Nhuệ và sông Tô Lịch đã sử dụng mô hình HEC-RAS hệ thống các sông trong khu vực nghiên cứu ứng với điều kiện biên thượng lưu tại thời điểm kiệt nhất để tính toán chế độ thủy lực, kết quả cho thấy cống Liên Mạc 1 và cống Cẩm Đình không phát huy tác dụng, từ đó đề xuất các giải pháp dẫn nước tự chảy về cấp cho các sông.Tuy nhiên, báo cáo chưa nêu rõ chi tiết về mặt cắt đo đạc tính toán tại vị trí cống lấy nước, việc vận hành hệ thống các công trình điều tiết trong quá trình mô phỏng để khống chế lưu lượng nước đổ vào từng sông tùy theo nhu cầu và mục đích sử dụng nhưng chưa mô phỏng được chế độ vận hành trong mô hình mô phỏng như nào Đồng thời cũng chưa xem xét nguyên nhân không lấy được nước tự chảy cho các cống nêu trên

17

Dương Đức Tiến (2015) đã đề xuất giải pháp nâng cấp bể lắng cát tại bể xả trạm bơm Phù Sa với kích thước rộng x dài x cao (axbxh) = (24x18,8x 2) (m) Là một trong những hệ thống trạm bơm lớn nhất Hà Nội, trạm bơm Phù Sa có nhiệm vụ đảm bảo cấp nước tưới chủ động và tạo nguồn cho 10.150 ha đất canh tác của hệ thống Đồng

Mô - Phù Sa Nguyên nhân gây bồi lắng bùn cát tại các khu vực kênh dẫn thượng lưu

và bể xả là do quá trình vận chuyển bùn cát lơ lửng và bùn cát đáy của dòng chảy từ sông Hồng vào hệ thống lấy nước khi vận hành máy bơm Dòng chảy có vận tốc trung bình khoảng 0,5÷ 1,0m/s có sức tải cát tương đối lớn đã đem toàn bộ hàm lượng phù

sa và một phần bùn cát đáy đi vào kênh gây nên tình trạng bồi lắng Với kích thước bể lắng cát như vậy, trạm bơm Phù Sa chỉ cần nạo vét 2 lần/năm (sau mỗi mùa vụ) sẽ giúp loại bỏ được bùn cát có hại đi vào kênh chính gây bồi lắng trong kênh Nghiên cứu này đã sử dụng mô đun tính toán bồi lắng bùn cát tại các khu vực có ảnh hưởng của nước dâng, hạ trong mô hình Cress để tính toán bồi lắng bùn cát tại khu vực nghiên cứu Tuy nhiên, nghiên cứu chưa đánh giá được chế độ thủy lực và diễn biến xói bồi khu vực cửa lấy nước trạm bơm Phù Sa Thông số đầu vào để tính toán bồi lắng do nước dâng - hạ của mô đun Cress mới chỉ giới hạn các thông số nồng độ bùn cát, mức tải cát trung bình của dòng chảy, diện tích kênh dẫn nước thượng lưu, chênh lệch mực nước giữa hai quá trình dâng và rút, khối lượng riêng của bùn cát, khối lượng riêng của nước, khối lượng riêng của trầm tích bồi lắng là chưa đủ, chưa xét đến vận tốc, lưu lượng dòng chảy và mực nước trong sông theo thời gian như nào

1.2.3 Các nghiên cứu có liên quan trên đoạn sông Hồng qua Hà Nội

Một số các công trình nghiên cứu có liên quan đến nội dung của luận án trên đoạn sông Hồng qua Hà Nội như sau:

Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam (2001)[26]Nghiên cứu đánh giá tổng thể quá trình

diễn biến lòng dẫn đoạn sông Hồng khu vực cụm công trình đầu mối Vân Cốc – Hát Môn Đây là nghiên cứu trực tiếp phục vụ việc lập dự án khả thi: Cải tạo hệ thống thoát lũ sông Đáy Báo cáo cũng đã xem xét so chọn vị trí cửa vào cống Cẩm Đình sau khi nghiên cứu so sánh3 vị trí: Hát Môn (cửa vào sông Đáy cũ); Vân Phú (hạ lưu cống Xuân Phú 300m); đầu kè Cẩm Đình (bờ phải sông Hồng ngay thượng lưu cửa vào cống Vân Cốc)

18

Viện Khí tượng Thuỷ văn (2001)[27]trong đề tài "Đánh giá khả năng phân chậm lũ

sông Đáy và sử dụng lại các khu phân chậm lũ và đề xuất các phương án xử lý khi gặp

lũ khẩn cấp" thực hiện năm 2001cho kết quả:Với hệ thống phân lũ sông Đáy chỉ có thể chuyển tải được 3.727m3/s đạt 74,5% so với lưu lượng thiết kế QTK=5.000m3/s và phối hợp tất cả các khu phân, chậm lũ theo NĐ62/CP tham gia cắt lũ đồng thời chỉ giảm được 39cm tại Hà Nội với kịch bản lũ 8/1971 Theo số liệu thực đo năm 1971, lưu lượng lớn nhất qua đập Đáy 2.300 m3/s, không đảm bảo được yêu cầu phânlũ đề ra Các kiến nghị của nghiên cứu bao gồm cần mở rộng nghiên cứu vai trò của sông Đáy trong hệ thống phòng lũ chung trên toàn hệ thống sông Hồng-Thái Bình bao gồm dòng chảy của sông Đáy; Nghiên cứu chọn phương pháp thích hợp để cải tạo lòng dẫn sông Đáy để dẫn được lưu lượng thiết kế trong hai trường hợp: giữ nguyên tuyến phân lũ qua đập Đáy và cả trường hợp có tuyến phân lũ bổ sung

Vũ Tất Uyên (2001) [28] trong báo cáo “Đánh giá khả năng thoát lũ của một số cửa

sông chính thuộc hệ thống sông Hồng, sông Thái Bình” năm 2001 do Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam thực hiện trích tài liệu “Kiểm soát lũ và thoát lũ- GS.TS Vũ Tất Uyên (chủ biên và nnk) đã đánh giá khả năng thoát lũ một số cửa sông trong đó có sông Đáy, mới chỉ đưa ra giải pháp tăng khả năng thoát lũ trên sông Đáy nhưng chưa

đề xuất giải pháp ổn định lòng dẫn Báo cáo đã đưa các kịch bản để tính toán đánh giá khả năng thoát lũ trên sông Đáy với các 3 kịch bản sau: không phân lũ vào sông Đáy, lưu lượng qua cửa Đáy bằng 4.000-5.000m3/s; Phân lũ vào sông Đáy, với HHN < 13,10m, lưu lượng qua cửa Đáy bằng 5.224m3/s; Phân lũ vào sông Đáy, với HHN > 13,10m, lưu lượng qua cửa Đáy bằng 5.744 m3/s Đã tính với 2 tổ hợp điều kiện bất lợi khác nhau là: lũ gặp triều cường và lũ gặp triều cường + nước dâng do bão Với bão cấp 9, biến trình nước dâng có chiều cao lớn nhất là 1,67m Kết quả tính toán cho thấy:Gặp triều cường cửa Đáy có độ dốc thoát lũ khá tốt i = 4,4.10-5 ÷ 11.10-5 nên mặt nước vùng cửa sông hạ thấp và dốc ra biển; Gặp triều cường và nước dâng, cao trình lớn nhất của nước dâng lên tới 3,6m Phạmvi nước dâng kéo dài 23km đến hết miền tính Từ đê bối trở vào trên chiều dài 7,2km, cao trình nước dâng giảm dần từ 3,5m xuống 2,8m.Tại cửa sông mực nước dâng trung bình 0,60m đến 0,80m, so với trường hợp chỉ gặp triều cường.Các giải pháp tăng khả năng thoát lũ cho cửa Đáy được đề

19

xuất bao gồm:Dỡ bỏ đê bối, mở rộng tuyến thoát lũ; Phân lũ sang sông Ninh Cơ qua kênh Quần Liêu; Tăng cường tuyến đê cửa Đáy

Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam (2001) [29]“Nghiên cứu thiết lập quy hoạch chỉnh

trị làm tăng khả năng thoát lũ, ổn định lòng sông ở trọng điểm hạ lưu”đưa ra giải pháp

ổn định lòng dẫn như sau:

+ Cụm công trình Hải Bối – cửa Dâu – Tầm Xá: Là cụm công trình liên hiệp với hệ thống 15 mỏ hàn cọc đã có của ngành giao thông, giữ ổn định biên của tuyến lòng sông ổn định ở vùng này 03 mỏ hàn mới là TX1, TX2 và TX3 đặt ở vùng cửa sông Dâu nhằm chặn đứng hiện trường xói lở bờ trong mấy năm qua Mỏ hàn có chiều dài

từ 35m đến 75m Ngoài 3 mỏ hàn trên, cần kè khoảng 1.500m bờ vùng Hải bối và 1.500m bờ vùng Tầm Xá – Xuân Canh

+ Cụm công trình Phú Gia – Từ Liên: Là cụm công trình gồm 6 mỏ hàn, liên hiệp với

3 mỏ hàn đã có của ngành giao thông ở bãi Từ Liên, chủ động đưa dòng chảy về tuyến lòng sông ổn định Các mỏ hàn PG1, PG2, PG3, PG4 có chiều dài từ 45m đến 65m;

Mỏ hàn PG5 dài 175m, PG6 dài 215m Đồng thời dự kiến củng cố và nâng cao 3 mỏ hàn đã có của ngành giao thông K1, K2, K3 lên bằng cao trình của các mỏ hàn mới + Cụm công trình Bát Tràng: Hiện nay đoạn cong Bát Tràng đã bị khoét sâu vào bờ trái, bờ sông hiên tại đã vượt ra xa đường biên của lòng sông ổn định ở vùng này Cần phải đẩy dòng chảy ra xa bờ, tiến gần tới tuyến chỉnh trị bằng hệ thống mỏ hàn cứng Cụm công trình Bát Tràng gồm 5 mỏ hàn cứng, có chiều dài từ 75m đến 110m

Nguyễn Tuấn Anh và nnk(2002) [30]đã nghiên cứu thí nghiệm mô hình vật lý chính

thái cụm đầu mối Vân Cốc – Hát Môn xác định khả năng tháo và tính thủy lực thượng

và hạ lưu công trình khi phân lũ từ 1.000m3/s đến 3.000m3/s trong đó với mục đích chính là nghiên cứu cải tạo cụm đầu mối Hát Môn đập Đáy để dẫn nước mùa kiệt và phân lũ thường xuyên, đánh giá sự phối hợp và ảnh hưởng của việc cải tạo đến phân lũ lớn Nghiên cứu khả năng cải tạo lòng dẫn sông Đáy, đặc biệt ở 2 đoạn từ đập Đáy đến Mai Lĩnh và từ Mai Lĩnh đến Eo Tân Lang Nghiên cứu đề xuất sử dụng hệ thống công trình phân lũ sông Đáy trong chiến lược kiểm soát lũ Đồng bằng Sông Hồng (ĐBSH) Tuy nhiên nghiên cứu thí nghiệm mô hình theo các công trình đơn lẻ, chưa có sự đồng

20

bộ giữa các công trình trong hệ thống phân lũ do mức kinh phí xây dựng mô hình là khá lớn và đến nay có nghị định 04 về việc xóa bỏ các khu phân chậm lũ thì các kịch bản phân lũ trong thí nghiệm mô hình vật lý là không còn phù hợp

Viện Khoa học Thuỷ lợi Việt Nam (2003)[31]"Nghiên cứu mô hình vật lý, đề xuất cơ

sở khoa học để cải tạo và nâng cấp hệ thống thoát lũ sông Đáy phục vụ công tác phòng chống lụt bão đồng bằng Bắc Bộ" như sau:

Giai đoạn 1: Với mức an toàn đê 13,4m, có hồ Hoà Bình, Thác Bà và đập Đáy chúng

ta đã chống được trận lũ 125 năm

Giai đoạn 2 và 3: Có thêm hồ Tuyên Quang và Sơn La chúng ta đã nâng tiêu chuẩn chống lũ lên 500 năm nhưng vẫn còn duy trì giải pháp phân lũ sông Đáy với mức thiết

kế của nó, do vậy vấn đề sông Đáy vẫn còn là vấn đề tranh luận

Giai đoạn 4: Nghiên cứu tiếp với mục tiêu cao nhất là làm sống lại sông Đáy Tiến hành cải tạo nâng cấp lòng dẫn sông Đáy để nâng khả năng thoát lũ của lòng dẫn lên 2.400m3/s, là một điều kiện cần để loại bỏ chức năng trữ lũ của khu Chương Mỹ và

Mỹ Đức

Một trong những kết quả chính của đề tài là nghiên cứu thí nghiệm mô hình chính thái cụm đầu mối Vân Cốc – Hát Môn xác định khả năng tháo và tính toán thủy lực thượng

hạ lưu công trình phân lũ từ 1.000-3.000m3/s

Đề tài kiến nghị: Cần nghiên cứu quy trình vận hành đồng bộ cụm công trình Vân Cốc

- Hát Môn - đập Đáy và Vân Cốc (cũ) - Vân Cốc (mới) - đập Đáy (giai đoạn sau 2010

có Đại Thị, Sơn La) trên mô hình tổng thể bao gồm đồng bộ các công trình phân lũ, lòng hồ và kênh dẫn Do hạn chế về điều kiện thí nghiệm các mô hình vật lý nên dự án không phản ánh được đầy đủ và chính xác sự phối hợp và làm việc đồng bộ giữa các công trình trong hệ thống khi phân lũ Đây cũng là tồn tại của dự án cần phải nghiên cứu tiếp

Viện Khoa học Thuỷ lợi Việt Nam (2002-2004)[32] đề tài khoa học công nghệ cấp

Nhà nước KC-08/11 thực hiện 2002-2004: “Nghiên cứu dự báo xói lở, bồi lắng lòng dẫn và đề xuất các biện pháp phòng chống cho hệ thống sông đồng bằng Bắc Bộ” Một

21

trong các kết quả chính được nghiệm thu có liên quan đến khu vực nghiên cứu và hiện được tham khảo trích dẫn nhiều là: Nghiên cứu đánh giá diễn biến lòng dẫn sông Hồng – Thái Bình, trong đó có thực hiện chi tiết cho đoạn Sơn Tây – Trung Hà – Bá Giang, ngã ba Thao Đà, Hà Nội,…

Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam (2005) [33]“Nghiên cứu mô hình đề xuất cơ sở

khoa học cải tạo và nâng cấp hệ thống thoát lũ sông Đáy phục vụ công tác phòng chống lụt bão đồng bằng Bắc Bộ” đã đưa ra các cơ sở khoa học cho việc làm sống lại sông Đáy về dòng chảy như vốn có tự nhiên của nó Trong nghiên cứu này chú trọng đến vấn đề thoát nước và dẫn nước từ sông Hồng vào sông Đáy Tuy nhiên, chưa đề cập đến các vấn đề khoa học của việc diễn biến ổn định lòng dẫn cũng như đánh giá khả năng lấy nước.Các nghiên cứu về môi trường ở đây mới chỉ dừng lại ở mức độ đánh giá tác động môi trường của các dự án

Công ty Tư vấn Thủy Lợi Việt Nam - HEC (2006): Lập dự án cải tạo sông Đáy và để xác định quy mô của cống, kênh Cẩm Đình - Hiệp Thuận, cải tạo sông Đáy từ đập Đáy

- Ba Thá với lưu lượng thiết kế QTK là 36m3/s

Đoàn Thị Tuyết Nga (2007)[34] trong nghiên cứu và xác lập cơ sở khoa học để khôi

phục dòng chảy sông Đáy phục vụ khai thác tổng hợp tài nguyên nước và cải thiện môi trường (đoạn từ Hát Môn đến Ba Thá) đã đưa ra những phân tích, xác định và nhận diện những mặt tiêu cực của công trình phân lũ sông Đáy, định lượng nhu cầu dùng nước và xác định hiệu quả cải thiện ô nhiễm chất lượng nước của dòng chảy cần được tái tạo trên đoạn sông Đáy từ Hát Môn đến Ba Thá Mô hình MIKE11 và QUAL 2E được sử dụng để xác định chế độ thủy lực cho dòng chảy sông Đáy mới được tái lập và xác định chất lượng nước cho dòng chảy sông Đáy mới được tái tạo

Hà Văn Khối và nnk(2009)[36] "Nghiên cứu cơ sở khoa học cho việc xoá các khu

chậm lũ sông Hồng, sông Đáy và sông Hoàng Long" có những kết luận: Sau khi có thêm hồ chứa Sơn La, với lũ chu kỳ 500 năm có thể xoá bỏ các khu chậm lũ sông Hồng, sông Đáy và không cần phân lũ vào sông Đáy Nhưng nếu không phân lũ vào sông Đáy thì thời gian duy trì mực nước cao ở Hà Nội kéo dài trong nhiều ngày có thể xảy ra sự cố vỡ đê, nên vẫn cần phải phân lũ vào sông Đáy chỉ không đưa nước vào

22

các khu chậm lũ Chương Mỹ và Mỹ Đức Giải pháp đưa nước vào sông Đáy kết hợp với phương án tạo dòng chảy thường xuyên cho sông Đáy Lưu lượng đưa vào sông Đáy không nên vượt quá 2.000m3/s Việc tăng lưu lượng vào sông Đáy tới mức 2.000m3/s khi mực nước Hà Nội vượt 12,50m với bất kỳ lũ nào, không cần xem xét lũ

có đạt tần suất 0,2% hay không Với QPL=2.000 m3/s, mực nước Hà Nội giảm được 21cm; Có thể đưa tối đa 800 m3/s nước vào sông Đáy mà không ngập bãi; Về phương

án cải tạo sông Đáy: nạo vét lòng dẫn hiện tại với B =150m & h=6,5m đoạn từ đập Đáy đến Ba Thá để thoát được lưu lượng lũ thường xuyên 1.000 m3/s; Bỏ khu đầu mối Vân Cốc và đập Đáy, xây dựng cống mới tại Cẩm Đình Cống mới có cửa điều tiết cho

hạ du Trong trường hợp vượt ngưỡng 13,40m tại Hà Nội, giải pháp sử dụng một phần dung tích chống lũ Sơn La cho nhiệm vụ cắt lũ hạ du là khả thi và hiệu quả Với lũ 500 năm, theo tính toán mực nước Hà Nội có thể khống chế dưới 13,40m Song các khu vực còn lại mực nước đã vượt an toàn 0,30m Do đó không nên đặt vấn đề phân lũ khi mực nước đạt 13,40m tại Hà Nội

Viện Quy hoạch Thuỷ lợi (2009)[37] trong dự án "Rà soát quy hoạch phòng chống lũ

và đê điều hệ thống sông Đáy", tháng 12/2009, có những kết luận sau:

- Duy trì phân lũ sông Hồng vào sông Đáy khi lũ trên sông Hồng vượt thiết kế với lưu lượng tối đa là 2.500 m3/s

- Xây dựng cống đầu mối phân lũ mới thay thế đập Đáy (bên cạnh cống lấy nước mùa kiệt) chiều rộng B=88m, Zđ=9,0m Cống mới có thể phân lũ từ sông Hồng vào sông Đáy với Qmax = 2.500m3/s

- Cải tạo kênh dẫn đi theo tuyến Cẩm Đình - Hiệp Thuận với chiều rộng 150m, đáy đầu kênh ở cao trình +2,0m và cuối kênh +1,0m Hai tuyến đê dọc theo hai kênh dẫn

có khoảng cách khoảng 500m

- Hệ thống sông Đáy sau khi cải tạo sẽ được sử dụng đưa nước thường xuyên từ sông Hồng vào sông Đáy với lưu lượng mùa kiệt tăng từ 36 lên 106m3/s, lưu lượng thường xuyên mùa lũ là 800m3/s

Qmax = 2.500m3/s Việc xác định này cũng chỉ bước đầu dựa trên kết quả chạy mô hình MIKE11, do phạm vi nghiên cứu giới hạn của dự án nên đề tài này sẽ tiếp tục đưa ra

cơ sở khoa học xác định được vị trí cống phân lũ mới, đưa ra được biểu đồ phân phối lưu lượng theo thời gian tại cụm công trình đầu mối phân lũ mới này, đặc biệt đưa ra được việc bảo đảm cho cống lấy nước theo mực nước tương ứng phù hợp với yêu cầu

sử dụng nước trong từng thời gian, đánh giá được phân bố bùn cát tại vị trí công trình cống mới xây dựng, đánh giá được khả năng xói lở, bồi lắng tại vị trí xây dựng cống mới và đề xuất các giải pháp ổn định cửa lấy nước

Phạm Đình và nnk(2010)[38] trong nghiên cứu biến động lòng dẫn sông Hồng và đề

xuất các giải pháp ổn định khu vực cửa vào sông Đáy sử dụng phần mềm MIKE21 FM-ST là mô hình 2D lòng động làm công cụ nghiên cứu, đề xuất và đánh giá hiệu quả giải pháp chỉnh trị ổn định đoạn sông Hồng qua cửa Đáy Giải pháp chỉnh trị sông được đề xuất như sau:Đối với phương án hiện trạng không có công trình, khu vực thượng lưu cống Cẩm Đình xuất hiện hố xói sau 5 năm xói, sâu thêm trung bình 3-3,5m và tại khu vực cửa cống bồi cao thêm 2m.Với phương án có giải pháp công trình: cũng sau thời gian 5 năm, diễn biến lòng dẫn đoạn cửa cống lấy nước vào sông Đáy đã

có hiệu quả đáng kể Cụ thể, hố xói thượng lưu khu vực cửa cống lấy nước đã có xu hướng bồi nhẹ, bãi bồi trước cửa cống lấy nước xói sâu hơn.Đối với cấp lưu lượng lũ thiết kế 27.500 m3/s tại Sơn Tây, các công trình đề xuất đã ít ảnh hưởng đến sự thay đổi mực nước lũ thiết kế đối với đoạn sông Hồng qua cửa Đáy Giải pháp của phương

án chỉnh trị đã đảm bảo được các mục tiêu ổn định được lòng dẫn sông Hồng khu vực cửa vào sông Đáy, thuận lợi cho việc lấy nước vào cống Cẩm Đình Tuy nhiên, nghiên cứu chưa chỉ ra vị trí xây dựng cống Cẩm Đình đã hợp lý chưa và đánh giá nguyên nhân tại sao gây bồi lấp khu vực cống Cẩm Đình

24

Lương Phương Hậu (2010)[39] đã đưa ra định hướng các giải pháp chỉnh trị ổn định

đoạn sông Hồng qua Hà Nội có viết về định hướng chung trong việc ổn định lòng dẫn đoạn sông Hồng qua Hà Nội từ kết quả nghiên cứu của đề tài KHCN cấp nhà nước KC.08.14/06-10 như sau:Ổn định một đoạn sông không phải chỉ là việc của riêng đoạn sông ấy, quy luật vận động hình sin của lòng sông làm cho nó có phản ứng dây chuyền Một nhiễu động ở đoạn sông này sẽ tác động đến mọi đoạn sông khác, ít nhất

là những đoạn lân cận Do đó, chỉnh trị đoạn sông Hồng qua Hà Nội phải được xem xét một cách tổng thể, ít ra là từ Sơn Tây đến Hưng Yên và một phần sông Đuống, sông Luộc Muốn đoạn Hà Nội ổn định thì trước hết đoạn phía thượng lưu Thượng Cát (đoạn Tráng Việt - Mê Linh) phải ổn định, bảo đảm chủ lưu đi vào đúng tuyến chỉnh trị đã vạch, nhất là đó lại là đoạn phân lạch có chủ lưu dao động rất lớn Đoạn cuối Hà Nội và đoạn kế tiếp hạ lưu là những vòng cong gấp nối tiếp nhau, nhất là vòng cong Duyên Hà, dòng chảy lũ bị dồn ứ lại, nếu không uốn nắn lại tuyến thì làm sao thoát được dòng chảy một cách thuận lợi, để hạ mực nước cho Hà Nội Những đoạn phân lạch như từ Cầu Thăng Long đến Cửa Đuống và từ Cửa Đuống đến cầu Chương Dương có thể duy trì loại hình 2 lạch nhưng cần ổn định lạch chính ở bờ trái, bảo đảm chạy tàu thuận lợi Các bãi giữa cần được khống chế vị trí trên mặt bằng một cách hợp

lý Tỷ lệ phân lưu cho sông Đuống giữ ở mức (28÷30)% Những đoạn bờ cong có tác dụng định hướng thế sông như đoạn Tầm Xá, đoạn Ngọc Thụy, đoạn Thanh Trì chỉ nên sử dụng giải pháp gia cố bờ trực tiếp, không nên sử dụng các giải pháp làm phức tạp kết cấu dòng chảy như mỏ hàn, công trình cọc, Điều chỉnh tuyến đê không nhất thiết phải làm nhưng nếu cần vẫn có thể điều chỉnh lại theo những phương án của Viện Khoa học Thủy lợi Trong bất cứ tình hình nào thì giải tỏa toàn bộ cư dân trên bãi sông là việc sớm muộn cũng phải thi hành triệt để, không có lý do nào ngụy biện được, tất nhiên có thể tiến hành từng bước Cao trình bãi bị nâng lên (1÷2)m trong thời gian con người "tạm chiếm", cần được trả về nguyên trạng để khôi phục không gian chứa

và thoát lũ của lòng sông

Nguyễn Tiền Giang và nnk (2010) [40]đã đánh giá ảnh hưởng của các phương án

chỉnh trị đến khả năng thoát lũ của đoạn sông Hồng chảy qua Hà Nội cũ bằng mô hình

mô phỏng Trong nghiên cứu sử dụng mô hình MIKE 11 (HD) để xem xét khả năng hạ mực nước tại các trạm Thượng Cát, Hà Nội, Sơn Tây và tỷ lệ phân chia lưu lượng lũ

25

giữa sông Hồng và sông Đuống tương ứng với các phương án chỉnh trị như sau: Phương án 1: Lòng sông sau khi chỉnh trị có các cấp cao độ sau: Ở phần đáy sông, cao trình đáy nhỏ hơn hoặc bằng +0 Nếu đáy sông đoạn chỉnh trị có cao trình nhỏ hơn +0 thì giữ nguyên, các nơi cao trình lớn hơn 0 đều phải nạo vét.Bậc thềm sông thứ nhất có cao trình là +10m.Bậc thềm sông thứ hai, cao trình là + 11,5m.Cao trình đê trung ương

có độ cao là + 15m; Phương án 2: Lòng sông sau khi chỉnh trị có các cấp cao độ sau: Ở phần đáy sông, cao trình đáy thay đổi cao nhất là +6m Thềm sông thứ nhất cao trình

từ +6 ÷ +10m.Thềm sông thứ hai, cao trình +10 ÷ +11,5m.Phần đê có cao trình từ 11,5m đến 15m.Kết quả cho thấy với phương án chỉnh trị 1, phương án tạo hai bậc thềm sông có cao trình 10 và 11,5m, hiệu quả thoát lũ vẫn giữ nguyên như hiện tại Hai bậc thềm này có chiều rộng lớn có thể sử dụng làm nơi vui chơi giải trí khi không

có lũ, tạo cảnh quan cho thành phố Hà Nội Tuy nhiên, khối lượng đào đắp sẽ khá lớn.Đối với phương án 2, phương án tạo hai bậc thềm sông có cao độ từ 10 ÷ 11,5m và

6 ÷ 10m sẽ tiết kiệm về mặt đào đắp Tuy nhiên, phương án này gây tác dụng ngược đối với vấn đề thoát lũ Mực nước tại cả 3 trạm đều tăng so với điều kiện trước khi chỉnh trị Đồng thời phương án 2 làm nâng cao đường quan hệ Q-H ở hai trạm Sơn Tây và Hà Nội Điều này chứng tỏ khả năng thoát lũ của lòng dẫn qua đoạn Hà Nội bị suy giảm so với trước

Phạm Thị Hương Lan (2012) [41]trongnghiên cứu giải pháp ổn định cửa vào và lòng

dẫn sông Đáy đảm bảo yêu cầu lấy nước mùa kiệt và thoát lũđã áp dụng được mô hình MIKE11ST, MIKE21FM vào việc tính toán mô phỏng diễn biến lòng dẫn trước đoạn cửa vào và lòng dẫn sông Đáy theo kịch bản đưa nước thường xuyên và thoát lũ theo nghị định 04/NĐ-CP, đặc biệt đưa công trình cụm đầu mối sông Đáy vào mô hình để

mô phỏng chế độ dòng chảy và diễn biến lòng dẫn khu vực nghiên cứu Từ đó xác định được giải pháp công trình và phi công trình cho phù hợp đảm bảo yêu cầu lấy nước mùa kiệt và thoát lũ,đã xây dựng được hệ thống kịch bản về lưu lượng mùa lũ, mùa kiệt đưa nước vào sông Đáy theo yêu cầu phát triển dân sinh - kinh tế - xã hội.Dự báo được diễn biến lòng dẫn sông Đáy khi chỉ thực hiện cải tạo lòng dẫn sông Đáy theo hai cấp.Đề xuất được phương án cải tạo công trình đầu mối phục vụ cho lấy nước mùa kiệt và lấy nước thường xuyên trong mùa lũ cho khu vực cửa vào sông Đáy Tuy nhiên, báo cáo cũng chưa nêu định lượng cụ thể nguyên nhân gây bồi lấp cửa vào sông

26

Đáy và ảnh hưởng như nào đến vấn đề cấp nước cũng như vị trí tuyến công trình là hợp lý hay chưa

Sở KHCN Hà Nội (2015) [42] đã cho “Nghiên cứu đánh giá thực trạng và giải pháp

hạn chế xói lở, bồi tụ tại cửa lấy nước của các trạm bơm tưới dọc sông Hồng”, cụ thể 5 trạm bơm tưới dọc sông Hồng trên địa bàn Hà Nội gồm: trạm bơm Phù Sa (thuộc Công ty TNHH MTV thủy lợi sông Tích), trạm bơm Đan Hoài (thuộc Công ty TNHH MTV thủy lợi sông Đáy), trạm bơm Xuân Phú (thuộc Công ty TNHH MTV thủy lợi sông Đáy), trạm bơm Ấp Bắc (thuộc Công ty TNHH MTV thủy lợi Hà Nội), trạm bơm Thanh Điềm (thuộc Công ty TNHH MTV thủy lợi Mê Linh) Khu vực nghiên cứu bao trùm địa phận 11 quận, huyện với 354 xã, phường, thị trấn: Sơn Tây, Ba Vì, Quốc Oai, Thạch Thất, Chương Mỹ, Phúc Thọ, Đan Phượng, Hoài Đức, Mỹ Đức, Đông Anh, Mê Linh.Để ngăn chặn bùn cát không có lợi đi vào trong lòng kênh và tạo điều kiện thuận lợi trong quá trình nạo vét, nhóm nghiên cứu đề xuất xây dựng bể lắng cát tại khu vực

bể xả.Giải pháp đề xuất là xây dựng cống ngầm lấy nước bằng bê tông cốt thép dẫn nước đồng thời phía bên ngoài cửa lấy nước bố trí lưới chắn rác để đảm bảo có ít bùn cát nhất cuốn theo dòng chảy đi vào trong cống khi vận hành lấy nước.Xây dựng kè

mỏ hàn phía trước cửa lấy nước để hướng dòng chảy ra xa, đồng thời lợi dụng dòng nước để gây xói lở, làm giảm diện tích của cồn cát phía trước cửa lấy nước.Giải pháp nhằm nâng cao cột nước bơm trong bể hút của trạm bơm.Ngoài ra để nâng cao kết quả

sử dụng và vận hành hệ thống tưới cần giải quyết và thực hiện đồng bộ các vấn đề sau:Điều tiết nước hợp lý theo quy trình xa cao điều trước, gần thấp điều sau để giảm tổng lượng nước tưới, góp phần giảm chi phí quản lý, vận hành, khai thác hệ thống mà vẫn đảm bảo nhu cầu nước tưới của cây trồng và phục vụ dân sinh; Điều chỉnh quy trình vận hành hệ thống, đảm bảo tính bền vững của công trình, nâng cao tuổi thọ của công trình; Phối kết hợp với các cơ quan quản lý đến các ban tự quản, các hộ dùng nước để vận hành hệ thống đúng quy trình; Hoàn thiện các văn bản quy phạm pháp luật liên quan đến quản lý khai thác các công trình thủy nông theo hướng các công trình phải có chủ quản lý thực sự, tiến tới tư nhân hóa, đa dạng hóa trong công tác quản lý; Tuyên truyền, phổ biến pháp luật về kỹ thuật thủy nông, nông nghiệp đến tận người dân, đặc biệt là kỹ thuật tưới tiêu phù hợp với yêu cầu nước theo từng giai đoạn sinh trưởng của cây trồng; Tăng cường kiểm tra, theo dõi, ngăn chặn những hành vi

27

xâm phạm làm hư hỏng công trình; Có chính sách cụ thể đối với cán bộ, nhân viên quản lý và điều hành công trình: chính sách thu nhập, biên chế,…và quy định chức năng nhiệm vụ cụ thể rõ ràng theo đúng chủ trương của nhà nước Tuy nhiên, hạn chế của báo cáo là chủ yếu tập trung đánh giá tình trạng hạn hán thiếu nước trong mùa kiệt

và tình trạng bồi lắng khu vực lấy nước với khối lượng bồi lắng mang tính định tính, chưa có nghiên cứu tính toán cụ thể

1.2.4 Nhận xét chung về các nghiên cứu trong nước có liên quan đến nội dung của

luận án

- Việc xem xét vị trí lấy nước thích hợp của các cống lấy nước chưa được chú trọng nhiều mà chỉ nêu vị trí đặt cửa lấy nước nên xem xét đặt ở đoạn sông cong phía bờ lõm, nhưng ở vị trí nào là có lợi nhất thì chưa chỉ rõ, dẫn đến hiệu quả lấy nước của các công trình lấy nước không cao

- Việc điều tra để từ đó đề xuất các giải pháp giảm thiểu bồi lắng tại cửa hút cho các trạm bơm, tại các cửa cống lấy nước cũng được các nhà khoa học trong và ngoài nước nghiên cứu từ lâu Đặc biệt trong khi thiết kế xây dựng các CTLN đã xem xét các yếu

tố ảnh hưởng đến việc lấy nước như: điều kiện địa hình ở thượng lưu công trình, điều kiện địa chất của bờ sông, độ chênh lệch cao độ của bờ sông với đáy sông, tỷ lệ lượng nước được lấy vào kênh dẫn, đặc biệt trong mùa kiệt hoặc mở rộng đột ngột tránh xói

lở, bồi lắng lòng dẫn, tuyến kênh dẫn nước, độ rộng của kênh dẫn tại vị trí tiếp giáp với sông, mặt cắt của kênh dẫn không được thu hẹp.Tuy nhiên, việc xác định vị trí lấy nước hợp lý chưa được xem xét khi thiết kế dẫn đến công trình sau khi xây dựng đã bị bồi lấp khu vực cửa lấy nước

- Các nghiên cứu liên quan trước đây chủ yếu dùng mô hình 1D, 2D nên chưa xem xét đánh giá dòng dị trọng (dòng phân tầng) khu vực của lấy nước để xác định yêu cầu lấy nước đảm bảo về chất và lượng Các nghiên cứu mô phỏng diễn biến khu vực cửa lấy nước sử dụng mô hình 1D, 2D mô phỏng cho kênh dẫn nước, nhưng chưa đánh giá ảnh hưởng của diễn biến bồi lắng cửa lấy nước đến vấn đề cấp nước mùa kiệt và thoát

lũ Việc nghiên cứu mô hình số trị 3D (Phạm Đức Thắng 2010) lại mô phỏng trong thời gian mùa lũ với điều kiện đóng cống không lấy nước, do đó không mô phỏng được chế độ thủy động lực và vận chuyển bùn cát tác động đến vị trí cống như nào

28

- Các nghiên cứu chỉ tập trung đánh giá diễn biến lòng dẫn khu vực cửa lấy nước, chưa

có nghiên cứu cụ thể về cho việc chọn tuyến và vị trí cửa lấy nước hợp lý để làm cơ sở cho việc nâng cao hiệu quả lấy nước của các công trình lấy nước

- Các nghiên cứu về sông Hồng, sông Đáy, khu vực cửa Đáy có nhiều, nhưng chủ yếu

là nghiên cứu đưa ra giải pháp chỉnh trị, ổn định lòng dẫn khu vực cửa Đáy mà chưa

có nghiên cứu nào xem xét vị trí lấy nước thích hợp khu vực sông Hồng đoạn cửa Đáy

để đảm bảo yêu cầu lấy nước và thoát lũ

- Chưa xem xét điều kiện dòng chảy tại vị trí cống lấy nước ảnh hưởng như nào đến việc lấy nước của các cống Chưa xét mối quan hệ giữa lưu lượng vào cống với mực nước, góc lấy nước, chiều dài đoạn sông cong và chiều rộng đoạn kênh dẫn nước, chiều dài đoạn kênh dẫn nước, phân bố độ đục theo chiều sâu như thế nào dẫn đến việc lấy nước khó khăn

- Chưa có một số các tiêu chí cụ thể về việc xác định cửa lấy nước vì việc chọn vị trí đặt cửa lấy nước là công việc đầu tiên và quan trọng trong thiết kế CTLN

1.3 Tổng quan khu vực nghiên cứu

1.3.1 Vị trí khu vực nghiên cứu

Lưu vực sông Đáy có phần lớn diện tích thuộc tỉnh Hà Tây (cũ) nay là Hà Nội có cửa vào tại Hát Môn và cửa ra tại Như Tân với diện tích lưu vực khoảng 5.800km2 Đi qua

6 tỉnh gồm: Hà Nội, Hòa Bình, Hà Nam, Nam Định, Ninh Bình và có các chi lưu chính

là sông Hồng tại Hát Môn, sông Hoàng Long, sông Nhuệ và sông Đào, toàn bộ lưu vực sông Đáy được giới hạn bởi:

- Phía Bắc và phía Đông là sông Hồng kể từ ngã ba Trung Hà tới cửa Ba Lạt với chiều dài 242km

- Phía Tây Bắc là sông Đà từ Ngòi Lát tới Trung Hà với chiều dài 33km

- Phía Tây và Tây Nam là đường phân lưu giữa sông Hồng và sông Mã bởi các dãy núi Cúc Phương, Tam Điệp, núi Mai An Tiêm đến sông Càn, phân chia ranh giới giữa tỉnh Ninh Bình và Thanh Hoá Ranh giới lưu vực kết thúc tại cửa sông Càn đổ ra biển

29

- Phía Đông và Đông Nam là biển Đông có chiều dài bờ biển khoảng 95km từ cửa Ba Lạt đến cửa sông Càn

Lưu vực nằm trải dài theo hướng Tây Bắc - Đông Nam, có vị trí địa lý từ vĩ độ 20°34’

÷ 21°09’, từ kinh độ 105°34’ ÷ 105°48’ và được giới hạn bởi sông Hồng ở phía Đông Bắc, sông Đà ở phía Tây Bắc, ranh giới lưu vực sông Hồng và sông Mã ở phía Tây Nam và đổ ra biển Đông ở phía Đông Nam tại cửa Đáy

Chiều dài bình quân lưu vực khoảng 70km, chiều rộng bình quân 7,0km

Khu vực nghiên cứu nằm trên đoạn sông Hồng khu vực cửa vào sông Đáy từ Km30 - Km47+500 đê hữu sông Hồng, đoạn sông dài 27km cụ thể như sau:

Hình 1 1 Lưu vực sông Đáy và vị trí khu vực nghiên cứu

Phạm vi khu

vực nghiên

cứu