TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Trong những năm gần đây, mực nước sông Hồng vào mùa kiệt đã giảm mạnh, đặc biệt là vào năm 2010 khi mực nước tại Hà Nội chỉ còn +0,5m Sự biến đổi khí hậu ngày càng cực đoan đã khiến hàng trăm hecta đất nông nghiệp tại Hà Nội thiếu nước tưới Diễn biến bất thường này đã ảnh hưởng nghiêm trọng đến các cửa lấy nước và các trạm bơm tưới trên sông Hồng Năm 2008, trạm bơm Phù Sa không thể lấy nước tưới do mực nước thấp hơn mức thiết kế, buộc cơ quan quản lý phải xây dựng các trạm bơm dã chiến để cung cấp nước kịp thời.
Quá trình mực nước tại công trình đầu mối trạm bơm Phù Sa
Từ năm 2007-2009, các hồ chứa của Trung Quốc trên sông Đà đã giữ lại khoảng 10-20% lượng nước, dẫn đến tình trạng thiếu nước trên hệ thống sông Hồng và sông Thái Bình vào đầu mùa lũ và cuối mùa kiệt, đặc biệt là vào tháng 5 và tháng 6 năm 2009 Việc Trung Quốc giữ lại hơn 30% lượng nước đã ảnh hưởng nghiêm trọng đến nguồn nước hạ lưu, khiến đoạn sông Hồng qua cầu Long Biên cũng bị khô cạn Trong bối cảnh nhu cầu sử dụng nước ngày càng tăng do phát triển kinh tế và gia tăng dân số, đặc biệt là trong vụ đông, lượng nước cần thiết đã tăng đột biến.
Trong những năm gần đây, Hà Nội chứng kiến mức độ đô thị hóa gia tăng, đặc biệt sau khi quy hoạch mở rộng đến năm 2030 được phê duyệt Sự thay đổi này đã ảnh hưởng đến diện tích đất nông nghiệp và cơ cấu cây trồng, từ đó tác động lớn đến nhu cầu cấp nước cho nông nghiệp và sinh hoạt trong mùa khô hạn.
Nghiên cứu đánh giá hiện trạng các công trình lấy nước từ sông Hồng là rất cần thiết, nhằm đưa ra những giải pháp lấy nước phù hợp và hiệu quả.
MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI
Đánh giá hiện trạng các công trình lấy nước trên sông Hồng đoạn qua Hà Nội là cần thiết để xác định nguyên nhân ảnh hưởng đến khả năng khai thác nước Việc phân tích các yếu tố tác động sẽ giúp cải thiện hiệu suất hoạt động của các công trình này.
Đề xuất các giải pháp hiệu quả để lấy nước cho các công trình dọc sông Hồng, từ đó đưa ra phương án thích hợp và thực hiện tính toán cụ thể cho cửa lấy nước Cống Liên Mạc.
CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Đề tài nghiên cứu tập trung vào sông Hồng tại Hà Nội, một khu vực quan trọng với vai trò là trung tâm chính trị và văn hóa của cả nước Nghiên cứu này liên quan đến nhiều lĩnh vực như giao thông, xây dựng cơ sở hạ tầng, thủy lợi, môi trường và phát triển kinh tế - xã hội Hướng tiếp cận của đề tài sẽ xem xét các khía cạnh này để hiểu rõ hơn về ảnh hưởng của sông Hồng đối với sự phát triển của khu vực.
1.1 Tiếp cận từ tổng thể đến chi tiết (tiếp cận hệ thống)
Các kịch bản quy hoạch và khai thác nguồn nước cần được xây dựng từ tổng thể đến chi tiết, phù hợp với mục đích và nhu cầu sử dụng nước của các ngành khác nhau Việc phát triển nguồn nước và các giải pháp thủy lợi cũng phải được thực hiện từ tổng thể vùng đến từng khu vực cụ thể, đảm bảo đáp ứng nhu cầu sử dụng nước của từng đối tượng.
1.2 Tiếp cận toàn diện, đa ngành đa lĩnh vực
Khi nghiên cứu đề tài, cần xem xét đầy đủ các yếu tố phát triển như kinh tế xã hội và môi trường sinh thái Các giải pháp phải được đánh giá toàn diện, bao gồm cả giải pháp công trình và phi công trình.
Đề tài này tiếp cận kế thừa từ các nghiên cứu gần đây về sông Hồng tại Hà Nội, sử dụng các kết quả từ Trường Đại học Thủy lợi, Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam, Viện Quy hoạch và Thiết kế Nông nghiệp, cùng Viện Quy hoạch Thủy lợi.
- Thu thập các tài liệu liên quan: các tài liệu về diễn biến mực nước, lưu lượng nước của sông Hồng qua các năm
- Điều tra phân tích tổng hợp nguyên nhân hình thành
- Phương pháp phân tích thống kê
- Phương pháp mô hình toán thuỷ văn, thuỷ lực, cân bằng nước và ứng dụng các công nghệ hiện đại
- Phương pháp chuyên gia: trao đổi với thầy hướng dẫn và các chuyên gia có kinh nghiệm nhằm đánh giá và đưa ra giải pháp phù hợp nhất
KẾT QUẢ DỰ KIẾN ĐẠT ĐƯỢC
- Đánh giá hiện trạng khả năng lấy nước của các công trình hiện nay trên sông Hồng đoạn qua Hà Nội
Đánh giá nguyên nhân gây ra biến động bất thường của lưu lượng và mực nước sông Hồng là rất quan trọng, vì điều này ảnh hưởng lớn đến khả năng lấy nước của các công trình trên sông trong mùa kiệt Những diễn biến này có thể gây khó khăn cho việc quản lý nguồn nước, đòi hỏi các giải pháp hiệu quả để đảm bảo cung cấp nước cho các hoạt động nông nghiệp và sinh hoạt.
- Đề xuất các giải pháp lấy nước hiệu quả, bền vững cho các công trình lấy nước nhằm đáp ứng nhu cầu sử dụng nước vào mùa kiệt
- Đưa ra giải pháp và kết quả tính toán cụ thể cho Cống Liên Mạc – công trình lấy nước từ sông Hồng vào sông Nhuệ
TỔNG QUAN VỀ CÁC CÔNG TRÌNH LẤY NƯỚC DỌC SÔNG HỒNG TRÊN ĐỊA BÀN HÀ NỘI
Khái quát về công trình lấy nước
1.1.1 Mục đích xây dựng công trình lấy nước
Công trình lấy nước được thiết kế để thu nước từ các nguồn như sông, kênh và hồ chứa, phục vụ cho nhiều nhu cầu sử dụng khác nhau, bao gồm tưới tiêu, phát điện và cung cấp nước sinh hoạt cho các ngành công nghiệp và du lịch Thông thường, các công trình này được xây dựng đồng thời với các công trình khác như đập, bể lắng cát, cống xả cát và các công trình điều chỉnh dòng sông, tại vị trí cửa lấy nước, và được gọi là công trình đầu mối.
1.1.2 Yêu cầu của các công trình lấy nước
Các công trình lấy nước từ sông, suối phải đạt các yêu cầu cơ bản sau:
− Thường xuyên lấy đủ nước theo yêu cầu của các hộ dùng nước
− Đảm bảo ổn định cho công trình lấy nước, chống bùn cát lắng đọng
− Ngăn chặn vật nổi vào kênh
− Thuận lợi cho thi công, quản lý, áp dụng được các tiến bộ kỹ thuật như điện khí hóa, tự động hóa v.v…
− Tạo cảnh quan hài hòa, giũ 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
1.1.3 Phân lọai các công trình lấy nước
Trong thực tế có nhiều cách phận loại công trình lấy nước khác nhau
(1) Theo phương tách dòng chảy khỏi dòng chính vào công trình lấy nước
Công trình lấy nước bên cạnh: phương của dòng chảy vào công trình lấy nước vuông góc với phương của dòng chảy trong sông chính
Công trình lấy nước chính diện: Phương của dòng cháy vào công trình lấy nước gần như song song với phương của dòng chảy trong sông chính
(2) Theo hình thức có đập hay không có đập
Công trình lấy nước có đập (Công trình lấy nước Thạch Nham)
Lấy nước có đập là phương pháp lấy nước từ bờ phía thượng lưu của đập, được sử dụng khi mực nước sông không đủ để đáp ứng lưu lượng yêu cầu bằng hình thức không có đập Phương pháp này trở nên kinh tế hơn trong trường hợp cần lấy nước từ cả hai bờ với lưu lượng lớn và đảm bảo giao thông thủy.
Hình 1.1 Sơ đồ mặt bằng tổng thể đầu mối công trình lấy nước Thạch Nham
1 Sông Trà Khúc; 2 Đập dâng tràn bê tông trọng lực;
3 Cống lấy nước bờ Nam; 4 Cống xả cát bờ Nam;
5 Cống lấy nước bờ Bắc; 6 Cống xả cát bờ Bắc; 7 khe lún của đập
Hình 1.2 Sơ đồ mặt bằng cống lấy nước Liên Mạc
(3) Theo khả năng điều tiết lưu lượng
− Công trình lấy nước không cống
− Công tình lấy nước có cống
Tổng quan về các công trình lấy nước dọc Sông Hồng trên địa bàn Hà Nội
Các cống dưới đê chủ yếu là cống ngầm, nhưng cũng tồn tại một số cống đầu hệ thống và cống phân lũ dạng cống hở Trên đoạn đê sông Hồng, đoạn đê mang cấp đặc biệt duy nhất tại Việt Nam, có vai trò bảo vệ trực tiếp cho Hà Nội, có thể kể đến một số cống quan trọng.
1.2.1 Cống phân lũ Vân Cốc
Cống đặt ở K37, gồm 26 cửa, mỗi cửa rộng 8m Cùng với các đoạn đê thấp hai bên cống dài 8,6km có thể phân lũ với lưu lượng lớn nhất là 5000m3/s
Hình 1.3 Vị trí của cống vân cốc
Vân Cốc là một cống lộ thiên rộng 208m với cao trình đáy 15,8m, có khả năng thoát lũ tối đa đạt 2330m3/s Cống được trang bị bể tiêu năng sâu 1m và dài 17m Mặc dù có một số thiết bị quan trắc, nhưng chúng không hiện đại và ít được bảo dưỡng, đồng thời việc quan trắc hiện tại chưa có quy trình rõ ràng.
Cống được xây dựng tại K40 + 600 trước năm 1945, với cấu trúc gồm 5 cửa trên thành tháp tròn Cống được làm bằng gạch đá, có mặt cắt ngang dạng vòm, chiều rộng 0,8m và chiều cao 1,5m Cống được đóng ở công trình +700 Do nhu cầu tưới tiêu gia tăng, cống nhỏ lại và bị hư hỏng, chỉ có khả năng lấy nước mà không thu được phù sa, dẫn đến việc cống đã được hoành triệt.
Cống xây dựng năm 1993 tại K41 có nhiệm vụ lấy nước và phù sa, thiết kế dạng ngầm kiểu hộp với 2 ngăn, mỗi ngăn có kích thước B x H = 2,3 x 2,5 m Cống dài 46m, được chia thành 3 đoạn có khe lún, với đáy cống ở cao độ +700 Cửa lấy nước thiết kế 2 tầng, sử dụng van phẳng thép điều khiển bằng vít điện Hạ lưu có bể tiêu năng sâu 1m và dài 12m, trong khi sân sau thứ 2 dài 60m.
Cống K47 được xây dựng để lấy nước từ Sông Hồng vào bể hút của trạm bơm Đan Hoài, với cao trình đáy cống là +1,40 m và bề rộng 3,6 m, bao gồm hai tầng lấy nước: tầng dưới có 3 cửa và tầng trên có 2 cửa Cống chủ yếu hoạt động tưới tự chảy vào mùa lũ với lưu lượng thiết kế đạt 9,8 m3/s Tuy nhiên, cống đặt gần lòng sông và ở vị trí sâu, làm gia tăng nguy cơ mất an toàn cho đoạn đê Trong mùa lũ, toàn bộ hệ thống máy đóng mở có thể bị ngập do mặt cầu công tác thấp hơn đỉnh đê, gây khó khăn trong việc vận hành cống.
Cống K53, được xây dựng vào năm 1941, có bề rộng 18m và được chia thành 5 cửa, trong đó có một cửa dành cho thuyền Cống này có nhiệm vụ cung cấp nước tưới cho 6.100ha đất nông nghiệp với lưu lượng tối đa đạt 41 m3/s Cao trình đáy cống là +1.0, với bản đáy dài 27m và sân trước dài 117m, được làm bằng sét huyện Bề mặt cống được bảo vệ bằng bê tông ở đoạn trong và đá xếp ở đoạn ngoài, đảm bảo tính bền vững cho công trình.
L¦U KH¤NG Đá Xế P KHAN
SÂN THƯợNG LƯU SÂN Hạ LƯU Đá XếP KHAN
L¦U KH¤NG Đá TRíT MACH 3 /2
Hạ LƯU Đá XếP KHAN L¦U KH¤NG Đá LáT TRíT M ạCH 3/2 GIÕNG Sè 2B GIÕNG Sè 1B
Hình 1.4 Mặt bằng tổng thể cống Liên Mạc 1 chợ dày hà nội
Hình 1.5 Chính diện hạ lưu cống Liên Mạc 1
1.2.6 Cống Nhật Tân Đây là cống có mặt cắt ngang chữ nhật với b x h = 0.8x1(m) được xây dựng tại K59 có nhiệm vụ chuyển nước cho khu bãi ngoài đê và tiêu hỗ trợ cho khu trong đê Cống đặt ở cao trình +1100
Cống tại K70 được xây dựng để chuyển nước từ trạm bơm ngoài sông phục vụ tưới tiêu cho vùng nông nghiệp Vĩnh Tuy Tuy nhiên, cống này đã bị hoành triệt từ năm 1984.
1.2.8 Cống Trần Phú Được xây dựng tại K75 +200 có nhiệm vụ và quy mô vận hành như cống Nhật Tân Cho đến nay cống nhỏ này vẫn làm việc bình thường
Xây dựng tại K76 +900 với nhiệm vụ tiêu nước cho ruộng trong đê của xã Yên
Sở và tưới cho khu ngoài đê Hiện cống đã bị hoành triệt
Cống tại K83+500 được xây dựng để dẫn nước từ trạm bơm tiêu trong đồng, cung cấp nước tưới cho khu bãi ngoài sông Cống có chiều dài khoảng 15m và đáy cống được đặt ở cao trình khoảng +9,50, với cống nhỏ được lắp đặt cao và hoạt động bình thường.
1.2.11 Cống Hồng Vân Được xây dựng từ năm 1964 tại K87 + 100 có nhiệm vụ chuyển nước từ trạm bơm tưới cho 11081 ha với Qmax = 10,1 m3/s và lấy nước trực tiếp khi mực nước trong Sông cho phép Cống gồm 2 cửa hình hộp có b x h = 2,3 x 2,6 (m), dài 41,4m gồm ba đoạn Cao trình đáy Cống+3.5 ( đỉnh đê +13.7) Sân trước của cống dài 7,3m Bể tiêu năng sâu 0.5m dài 10m, tiếp đó đến sân sau thứ 2 bằng đá xây dài 10m
Cống Cẩm Đình là một phần quan trọng của cụm công trình đầu mối Hát Môn-Đập Đáy, được xây dựng tại huyện Phúc Thọ, tỉnh Hà Tây, hiện nay thuộc TP Hà Nội Công trình này đóng vai trò thiết yếu trong việc quản lý nguồn nước và bảo vệ môi trường khu vực.
Cống Hiệp Thuận, được xây dựng từ năm 2002 và hoàn thành vào năm 2004, có nhiệm vụ lấy nước từ sông Hồng qua kênh Cẩm Đình - Hiệp Thuận dài gần 12km Cống cung cấp nước cho sông Đáy với lưu lượng 36,24 m3/s trong mùa kiệt và 70 m3/s trong mùa lũ.
Công trình đầu mối cống Xuân Quan, xây dựng năm 1958, lấy nước từ sông Hồng để cung cấp nước tưới cho hệ thống Bắc Hưng Hải Nằm cách cầu Long Biên khoảng 10 km về phía hạ lưu, cống có 4 cửa rộng 3,5 m và một âu thuyền rộng 5 m, với cao trình đáy cống -1.0m và khả năng tưới đạt 75 m3/s, đảm bảo tưới cho 116.000 ha đất Sau hơn 40 năm hoạt động, cống vẫn duy trì sự ổn định và hiệu quả trong công tác tưới tiêu.
Đánh giá khả năng cấp nước của sông Hồng về mùa kiệt
1.3.1 Diễn biến dòng chảy trên sông Hồng về mùa kiệt
Hình 1.8 382B Hình ảnh sông Hồng về mùa kiệt
Dòng chảy sông Hồng đang chịu tác động tiêu cực từ các hồ chứa thượng nguồn, hoạt động khai thác ở hạ du và biến đổi khí hậu toàn cầu Vào mùa kiệt, dòng chảy liên tục giảm, với mức thấp năm sau thấp hơn năm trước, và các giá trị cực đoan, như mực nước thấp kỷ lục, ngày càng xuất hiện nhiều.
1.3.2 Xu thế biến đổi dòng chảy trên sông Hồng (đoạn qua Hà Nội)
Các kết quả phân tích diễn biễn và lưu lượng tại các trạm đo: Sơn Tây, Hà Nội và Thượng Cát cho thấy:
Hình 1.9 383B Diễn biến QTB mùa kiệt tại trạm Sơn Tây Hình 1.10 384B Diễn biến HTB mùa kiệt tại trạm Sơn Tây
Hình 1.11 385B Diễn biến QTB mùa kiệt tại trạm Hà Nội
Hình 1.12 386B Diễn biến HTB mùa kiệt tại trạm Hà Nội
Hình 1.13 387B Diễn biến QTB mùa kiệt tại trạm Thượng cát
Hình 1.14 388B Diễn biến HTB mùa kiệt tại trạm Thượng Cát
Tại tất cả các trạm đo, lưu lượng nước có xu hướng tăng trong khi mực nước lại giảm mạnh, cho thấy mặt cắt đáy sông đang mở rộng hoặc hạ thấp So sánh giữa các trạm, sự giảm lưu lượng chủ yếu do tỷ lệ phân lưu sang sông Đuống tăng lên đáng kể.
Bảng 1.1 Mực nước thấp nhất trên sông Hồng tại Hà Nội giai đoạn 2001-2013
Lưu lượng mùa kiệt trên sông Hồng tại Sơn Tây đã tăng lên so với trước khi có hồ Hòa Bình, với xu thế lưu lượng tăng nhẹ nhưng mực nước lại giảm nhẹ khi chuyển đổi cùng một giá trị lưu lượng Lưu lượng trung bình mùa kiệt thường xuyên đạt 1500m3/s, trong đó trung bình thấp nhất vào tháng 3 chỉ đạt 1000m3/s.
Trong 5 năm gần đây, lưu lượng mùa kiệt trên sông Hồng tại trạm Hà Nội đã giảm rõ rệt, đi kèm với sự giảm mạnh của mực nước Lưu lượng thấp nhất thường xảy ra vào tháng 2 và tháng 3, với các giá trị cực đoan chỉ từ 150-250 m³/s, tương ứng với cao trình mực nước từ 0,10-0,40m Lưu lượng trung bình mùa kiệt thường dao động từ 600-800 m³/s, trong đó mức trung bình thấp nhất vào tháng 3 chỉ đạt 450 m³/s.
- Mực nước thấp nhất của sông Hồng về mùa kiệt liên tục hạ thấp về những năm gần đây, mức nước năm sau thấp hơn mực nước năm trước
Nhìn chung tác dụng của hồ thượng nguồn cải thiện tăng lưu lượng cho hạ du nhưng phát sinh các vấn đề sau:
− Tỷ lệ phân lưu về sông Đuống (có thời điểm lên đến gần 45%) ngày càng tăng làm giảm lưu lượng dòng chảy trên sông Hồng;
Việc giữ lại bùn cát trong các hồ chứa thượng nguồn đã gây ra sự mất cân bằng trong quá trình vận chuyển bùn cát trên sông, dẫn đến tình trạng lòng dẫn tại hạ du sông Hồng ngày càng bị hạ thấp.
Khai thác dòng sông, đặc biệt là nạn khai thác cát ở hạ du sông qua Hà Nội, đã dẫn đến việc lòng sông bị mở rộng hoặc hạ thấp, làm giảm mực nước sông liên tục qua các năm Hậu quả là, dù lưu lượng nước không thay đổi, mực nước trên sông vẫn suy giảm, năm sau thấp hơn năm trước.
1.3.3 Đánh giá khả năng cấp nước của sông Hồng tại một số hệ thống công trình đầu mối lớn
(1) Hệ thống công trình đầu mối trạm bơm Phù Sa a Các thông số chính
Hệ thống cấp nước tưới cho 6.500 ha đất ở Hà Nội, bao gồm một trạm bơm điện, một cống lấy nước và 11 máy bơm dã chiến.
Các thông số chính của trạm bơm:
Máy bơm chìm Hàn Quốc công suất 4 tổ × 10.080 m3/h
Mực nước thiết kế bể hút (sông Hồng) là +5,30 m; khi mực nước cao hơn cao trình +4,0m có thể bơm ép Lưu lượng thiết kế Q = 11,2 m3/s
Công suất 11 tổ × 1000 m3/h Lưu lượng thiết kế Q = 2,8 m3/s
Cống lấy nước: tưới tự chảy vào mùa lũ, kích tước 2×3,3×2,5 m; lưu lượng thiết kế Q = 10,28 m3/s b Hiện trạng lấy nước mùa kiệt
Từ năm 1980 đến 2010, khoảng thời gian từ 1/1 đến 31/3 ghi nhận tình trạng căng thẳng về nguồn nước mùa kiệt, đặc biệt là trong giai đoạn giữa mùa kiệt và thời điểm đổ ải của cây lúa Biểu đồ cho thấy mực nước thiết kế của trạm bơm Phù Sa, mặc dù trạm bơm vẫn hoạt động hiệu quả khi mực nước sông trên cao trình 4,0 m Trong những năm thiếu nước, 11 máy bơm dã chiến thường xuyên phải hoạt động với công suất tối đa để đáp ứng nhu cầu.
(11 máy bơm) Đây là công trình bị ảnh hưởng nhiều nhất của chế điều tiết hồ Hoà Bình
Số ngày có mực nước dưới +5,3m Số ngày có mực nước dưới +4,0m
Hình 1.15 Diễn biến số ngày có mức nước dưới +5,3m và +4,0m tại cửa lấy nước Phù Sa từ năm 1980 đến 2010
Các kết quả phân tích mực nước sông Hồng tại cửa lấy nước phù sa từ năm 1980 – 2010 (chi tiết xem phụ lục 1) cho thấy:
Trước khi hồ Hòa Bình được hình thành, mực nước sông Hồng tại cửa lấy nước Phù Sa luôn duy trì ở mức cao, giúp đảm bảo mực nước thiết kế tại bể hút.
Trong giai đoạn từ năm 1989 đến 2000, sau khi hồ Hòa Bình được hình thành, mực nước tại cửa lấy nước Phù Sa thường duy trì ở mức cao hơn so với cao trình thiết kế của bể hút.
− Vấn đề mực nước hạ thấp về mùa kiệt chỉ bắt đầu xuất hiện từ năm 2001 với xu hướng biến đổi ngày càng tiêu cực hơn:
Từ năm 2001 đến 2003, mực nước dao động xung quanh mức +5,3m, với tổng cộng 80 ngày có mực nước dưới cao trình này Trong giai đoạn này, không có ngày nào mực nước giảm xuống dưới +4m.
Từ năm 2004 đến 2006, mực nước chủ yếu duy trì dưới cao trình +5,3m nhưng vẫn đảm bảo ở mức trên +4m Trong giai đoạn này, có tổng cộng 260 ngày mực nước dưới +5,3m và chỉ 6 ngày mực nước dưới +4,0m.
Từ năm 2007 đến 2010, mực nước giảm kỷ lục với 328 ngày có mực nước dưới +5,3m và 104 ngày dưới +4,0m Năm 2010 ghi nhận 87 ngày dưới +5,3m, 68 ngày dưới +4,0m và 39 ngày dưới +3,0m, cho thấy tình trạng hạ thấp mực nước nghiêm trọng trong giai đoạn này.
(2) Hệ thống công trình trạm bơm Đan Hoài a Các thông số chính
Hệ thống có nhiệm vụ cấp nước tưới cho 8.776 ha của Hà Nội, công trình đầu mối gồm 1 trạm bơm điện, một cống lấy nước
Các thông số chính của trạm bơm:
Máy bơm DU750 công suất 5 tổ × 7700 m3/h
Mực nước thiết kế cho bể hút sông Hồng là +3,05 m với lưu lượng thiết kế Q đạt 9,8 m3/s Cống lấy nước chủ yếu phục vụ tưới tự chảy trong mùa lũ cũng có lưu lượng thiết kế Q tương tự là 9,8 m3/s Hiện trạng điều hành trong những năm gần đây gặp nhiều khó khăn trong mùa kiệt.
Diễn biến mực nước sông Hồng tại cửa lấy nước Đan Hoài -Hà Tây
M ực nư ớc ngoài sôn g ( m)
Nam 2002 Nam2004 Nam2005 Nam2006 Ztk
Hình 1.16 Quá trình mực nước tại công trình đầu mối trạm bơm Đan Hoài
Hệ thống công trình cống Liên Mạc là một công trình lớn trên sông Hồng, có nhiệm vụ cung cấp nước tưới cho 81.148 ha đất nông nghiệp tại tỉnh Hà Tây (cũ) Hệ thống này không chỉ đảm bảo nguồn nước cho sinh hoạt và công nghiệp mà còn góp phần cải tạo môi trường và hỗ trợ giao thông thuỷ trên sông.
- Cống có 4 cửa rộng 3 m và một cửa thông thuyền rộng 6m và cao trình đáy cống là +1,0 m
- Mực nước thiết kế (sông Hồng) là +3,77 m b Hiện trạng điều hành trong những năm kiệt
Kết quả phân tích quá trình mực nước mùa kiệt tại các cửa cống lấy nước trên sông Hồng (chi tiết xem phụ lục 1) cho thấy:
Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước về công trình lấy nước
1.4.1 Tổng quan về các nghiên cứu về công trình lấy nước trên thế giới
Các nước đi đầu trong công cuộc xây dựng các hệ thống lấy nước phải kể đến như: Liên Xô, Hà Lan, Trung Quốc, Nhật Bản…
Trung Quốc sở hữu hơn 55 triệu trạm bơm phục vụ tưới tiêu cho hơn 6 triệu héc ta đất nông nghiệp, với những trạm bơm lớn như Jiangdu, Yingquan và Yingshang Tuy nhiên, hiệu quả hoạt động của các trạm bơm đã giảm sút trong những năm gần đây, dẫn đến tình trạng hạn hán và lãng phí điện năng Theo nghiên cứu của Bộ Thủy lợi Trung Quốc, nguyên nhân chính của vấn đề này cần được xem xét kỹ lưỡng.
− Các trạm bơm này hầu hết đều được xây dựng từ thập kỷ 50, 60 nên đã lạc hậu và xuống cấp, các thiết bị cũ kỹ
Mực nước trên các sông như Dương Tử, Hoàng Hà, Tarim và Hắc Long Giang đang giảm mạnh, dẫn đến nhiều trạm bơm không thể cung cấp đủ nước theo thiết kế Tình trạng này gây ra hạn hán nghiêm trọng, đặc biệt là ở khu vực phía tây bắc Trung Quốc.
− Do quy hoạch và thiết kế không hợp lý
Trước tình hình đó Trung Quốc đã nghiên cứu và đưa ra nhiều giải pháp khắc phục tình trạng đó như:
− Biên soạn và cải tiến lại các tiêu chuẩn thiết kế, hướng tầm nhìn chiến lược vào quy hoạch thủy lợi
− Xây dựng các trạm bơm mới với công suất lớn (Trạm bơm Hồ Bắc công suất lắp đặt 1.210.300 kW, thoát nước 12946m3 / s…);
− Nghiên cứu đưa vào sử dụng các cống đầu mối lấy nước nhằm phát huy tốt khả năng lấy nước và giảm hao tổn năng lượng
Cải cách phân cấp quản lý và giám sát quy trình vận hành các công trình lấy nước là cần thiết, đồng thời nghiên cứu áp dụng hệ thống vận hành tự động cho các công trình này để nâng cao hiệu quả.
Nga, Mỹ và Nhật Bản đều sở hữu nhiều hệ thống lấy nước phục vụ cho nông nghiệp và sinh hoạt Mỗi quốc gia này đều tiến hành nghiên cứu nhằm nâng cao hiệu quả hoạt động của các hệ thống này Hướng nghiên cứu chính của họ tập trung vào việc thay đổi tiêu chuẩn thiết kế cho phù hợp với điều kiện thực tế, tự động hóa trong vận hành và phát triển các loại công trình đầu mối mới để đáp ứng tốt hơn các yêu cầu.
Trong bối cảnh hiện nay, nguồn nước đang bị khai thác triệt để cho các nhu cầu sinh hoạt, công nghiệp và thủy điện Bên cạnh đó, biến đổi khí hậu đã làm giảm mực nước và lưu lượng sông vào mùa khô, dẫn đến tình trạng nhiều nơi không thể lấy nước, gây ra hạn hán trên diện rộng.
Mỗi quốc gia áp dụng phương pháp riêng để nghiên cứu và đánh giá hiệu quả khai thác công trình lấy nước Mặc dù có hướng đi khác nhau, nhưng các nghiên cứu đều chú trọng vào những yếu tố ảnh hưởng đến sự thay đổi tính chất dòng chảy trong sông.
1.4.2 Tổng quan về các nghiên cứu về công trình lấy nước ở Việt Nam
Ngành thủy lợi của Việt Nam, phát triển qua hàng trăm năm với nền văn minh lúa nước, đã chú trọng đến việc xây dựng hàng chục công trình lấy nước trên sông Hồng phục vụ cho nông nghiệp và các ngành kinh tế khác Những công trình này có quy trình vận hành khác nhau tùy thuộc vào quy mô, nhưng qua thời gian, sự thay đổi trong đặc trưng dòng chảy của sông đã ảnh hưởng đến hiệu quả hoạt động của chúng.
Từ năm 2003, mực nước sông Hồng thường xuyên duy trì ở mức thấp, với một số đợt xả từ hồ Hòa Bình chỉ đủ giữ mực nước trên 2m tại Hà Nội, còn lại đều dưới mức này, thậm chí có lúc chỉ còn dưới 0,1m Điều này đã ảnh hưởng nghiêm trọng đến các công trình thủy lợi lấy nước từ sông Hồng, chiếm khoảng 60% diện tích tưới của thành phố, khiến cho việc lấy nước trở nên khó khăn hoặc công suất giảm mạnh Để giải quyết tình trạng này, nhiều địa phương đã trang bị máy bơm dã chiến nhằm tăng cường nguồn nước cho các công trình.
Khai thác thủy điện bậc thang không hợp lý ở Việt Nam đang tác động tiêu cực đến sự biến động của mực nước trong hệ thống sông ngòi Ba vấn đề quan trọng cần được xem xét trong quản lý và vận hành các công trình thủy điện bao gồm: ảnh hưởng đến môi trường, sự thay đổi dòng chảy và tác động đến đời sống cộng đồng.
Sự thiếu phối hợp giữa quá trình vận hành và xả nước của nhà máy thủy điện với nhu cầu sử dụng nước ở hạ lưu đã dẫn đến việc các ngành không tận dụng hiệu quả lượng nước được xả xuống Điều này làm giảm hiệu quả sử dụng đa mục tiêu của nguồn nước từ các công trình thủy điện.
Các nhà máy thủy điện hiện nay hoạt động theo chế độ phủ đỉnh, nhằm tối ưu hóa sản xuất điện năng Vào ban đêm, lượng nước qua tuốc bin giảm tối thiểu hoặc thậm chí ngừng hẳn, điều này gây ra mâu thuẫn và ảnh hưởng đến việc sử dụng nước của các ngành khác ở hạ du.
Vận hành hệ thống công trình thủy điện bậc thang là biện pháp quan trọng nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng đa mục tiêu của nguồn nước Tuy nhiên, công tác này chưa được chú trọng đúng mức, dẫn đến việc chưa phát huy tối đa hiệu quả sử dụng nguồn nước trong toàn hệ thống Đây là một hạn chế cần được nghiên cứu và giải quyết tiếp tục.
Việc tổ chức quản lý và lập kế hoạch đầu tư cho các hồ thủy điện phục vụ thủy sản, du lịch và giải trí hiện chưa hiệu quả, dẫn đến việc sử dụng nước từ các hồ chứa thủy điện còn hạn chế.
Khai thác cát tràn lan và việc xây dựng công trình bảo vệ bờ cũng như chỉnh trị sông không hợp lý đã gây ra nhiều khó khăn cho hoạt động lấy nước.
Nhiều nghiên cứu đã được thực hiện về các công trình lấy nước và sự biến đổi nguồn nước nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất nông nghiệp.
− Viện Quy hoạch thủy lợi Nghiên cứu sử dụng tổng hợp nguồn nước lưu vực sông Hồng – sông Thái Bình 2006
− GS.TS Lê Kim Truyền Nghiên cứu cơ sở khoa học và thực tiễn điều hành cấp nước mùa cạn cho đồng bằng sông Hồng 2007
NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG CÔNG TRÌNH LẤY NƯỚC DỌC SÔNG HỒNG VÀ ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ LẤY NƯỚC CHO CÁC CÔNG TRÌNH
Hiện trạng về nhu cầu dùng nước cho nông nghiệp trên địa bàn Hà Nội
Hà Nội, nằm ở phía Tây Bắc của đồng bằng châu thổ sông Hồng, có tọa độ từ 20°53' đến 21°23' vĩ độ Bắc và 105°44' đến 106°02' kinh độ Đông Thành phố tiếp giáp với các tỉnh Thái Nguyên và Vĩnh Phúc ở phía Bắc, cũng như Hà Nam và Hòa Bình ở phía Nam.
Thành phố Hà Nội, nằm chủ yếu bên bờ phải sông Hồng, được bao quanh bởi các tỉnh Giang, Bắc Ninh và Hưng Yên ở phía Đông, cùng với Hòa Bình và Phú Thọ ở phía Tây.
Sau khi mở rộng địa giới hành chính vào tháng 8 năm 2008, thành phố có tổng diện tích tự nhiên là 334.460,2 ha, trong đó đất sản xuất nông nghiệp chiếm 153.188 ha và diện tích đất canh tác đạt 141.453 ha.
Địa hình Việt Nam đa dạng với miền núi, bán sơn địa và đồng bằng, dẫn đến hệ thống thủy lợi phong phú và đa dạng, bao gồm nhiều loại hình công trình phù hợp với từng đặc điểm địa hình cụ thể.
Vùng Bán sơn địa - miền núi có nguồn nước tại chỗ rất hạn chế, do đó biện pháp công trình chủ yếu là xây dựng hồ chứa để điều tiết dòng chảy phục vụ tưới tiêu Ở những khu vực không đủ điều kiện làm hồ chứa, phát triển đập dâng là giải pháp khả thi Địa hình đập dâng chủ yếu tập trung ở các huyện miền núi như Ba Vì, Sơn Tây, Thạch Thất, Quốc Oai, Chương Mỹ, Mỹ Đức và Sóc Sơn.
Nguồn nước ở vùng đồng bằng hiện có cải thiện, nhưng vẫn tồn tại nhiều thách thức Biện pháp công trình chủ yếu là bơm nước, tuy nhiên một số khu vực thủy lợi như sông Tích và đầu nguồn sông Đáy vẫn thiếu nước do chưa có biện pháp đáp ứng Ngoài ra, các công trình chuyển đổi mục đích như hồ Đồng Mô và Suối Hai cũng cần có biện pháp tưới thay thế Hàng năm, khu vực thượng nguồn sông Tích và sông Đáy thường xuyên cạn kiệt, phải tiếp nguồn từ sông Đà và sông Hồng qua các trạm bơm Cuối sông Nhuệ cũng đối mặt với tình trạng thiếu nước do bồi lắng và cống Liên Mạc không đủ lưu lượng.
Nhiều đoạn sông hiện nay đang đối mặt với tình trạng ô nhiễm nghiêm trọng do không có nguồn sinh thủy và bị ảnh hưởng bởi nước thải từ công nghiệp, đô thị và nông nghiệp Các sông như Nhuệ, thượng nguồn sông Đáy, Ngũ Huyện Khê và Cầu Bây là những ví dụ điển hình cho vấn đề này, khiến chất lượng nước không đảm bảo.
Trong những năm gần đây, từ năm 2004 đến nay, mực nước sông Hồng thường xuyên giảm thấp Chỉ có các đợt xả nước từ hồ Hòa Bình mới có khả năng duy trì mực nước trên 2m tại Hà Nội.
Dự kiến vào tháng 01-2013, sẽ có 03 đợt xả nước từ các hồ chứa để duy trì mực nước tại Hà Nội trên 2.20m phục vụ vụ Đông Xuân, nhưng ngoài thời gian này, mực nước có thể thấp hơn, thậm chí dưới 1m Điều này khiến cho các công trình thủy lợi lấy nước từ sông Hồng, chiếm gần 80% diện tích tưới của thành phố, gặp khó khăn trong việc lấy nước hoặc lưu lượng bị giảm mạnh Để khắc phục tình trạng này, nhiều địa phương đã trang bị máy bơm dã chiến nhằm tăng cường nguồn nước cho các công trình.
Vấn đề nước đầu nguồn đang trở nên cấp bách trong việc cung cấp nước cho nông nghiệp và các ngành kinh tế Cần xem xét kỹ lưỡng việc chuyển đổi nhiệm vụ và cải thiện môi trường cũng như chất lượng nước của các sông Đáy, Tích, Nhuệ, nhằm từng bước phục hồi sự sống cho các dòng sông trong mùa khô.
Hệ thống thủy lợi thành phố Hà Nội được phân chia thành ba khu vực chính dựa trên địa hình lưu vực và hiện trạng các công trình thủy lợi Các khu vực này bao gồm vùng thủy lợi Hữu Đáy (sông Tích - Thanh Hà), vùng Tả Đáy (hệ thống sông Nhuệ) và khu vực Bắc Hà Nội.
Bảng 2.1 Tổng hợp hiện trạng cung cấp nước cho nông nghiệp theo nguồn sông trên địa bàn thành phố đến năm 2012 Đơn vị: ha
TT Sông Thiết kế Thực tế Hệ số SDN so với thiết kế
TT Sông Thiết kế Thực tế Hệ số SDN so với thiết kế
III Khu Bắc Hà Nội 50707 31208 0,62
[Nguồn: Viện Quy hoạch Thủy lợi]
Bảng 2.2 Tổng hợp hiện trạng cung cấp nước cho nông nghiệp theo khu tưới trên địa bàn thành phố đến năm 2012 Đơn vị: ha
TT Khu tưới Yêu cầu Thiết kế Thực tế Hệ số SDN so với thiết kế
I Khu sông Tích 63305 62931 46221 0,73 Động lực 49051 34402 31161 0,91
II Khu sông Nhuệ 49317 75980 50719 0,67 Động lực 48482 75145 49884 0,66
III Bắc Hà Nội 39349 50707 31208 0,62 Động lực 29655 40153 24244 0,60
Toàn Thành phố 151971 189618 128149 0,68 Động lực 127188 149700 105289 0,70
[Nguồn: Viện Quy hoạch Thủy lợi]
Bảng 2.3 Tổng hợp hiện trạng cung cấp nước cho nông nghiệp theo lưu vực 4 sông: Sông Hồng, sông Nhuệ, sông Đáy, sông Tích năm 2012 Đơn vị: ha
0B TT 1B Sông 2B Thiết kế 3B Thực tế 4B Hệ số SDN so với thiết kế
[Nguồn: Viện Quy hoạch Thủy lợi]
Dựa vào tình hình phát triển kinh tế xã hội hiện tại, cùng với các chỉ tiêu phát triển kinh tế và tiêu chuẩn sử dụng nước của các ngành kinh tế và đời sống, chúng ta tiến hành xác định nhu cầu sử dụng nước.
Tổng lượng nước bao gồm nước cung cấp cho nông nghiệp, công nghiệp, sinh hoạt, thuỷ sản, môi trường
Nhu cầu sử dụng nước của các ngành kinh tế tại thành phố trong giai đoạn hiện tại đã được tổng hợp và thể hiện rõ trong bảng trên, trong đó nông nghiệp được tính với tần suất 85%.
Nhu cầu nước của toàn thành phố hiện tại đạt 2.904 triệu m³, với lưu lượng yêu cầu cao nhất vào tháng 2 là 253 m³/s, chủ yếu phục vụ cho sản xuất nông nghiệp (Chi tiết xem phụ lục 2)
Trong tháng 2, tổng lượng nước sử dụng cho nông nghiệp và lưu lượng nước yêu cầu đạt 77,6% Trung bình cả năm, tỷ trọng nước sử dụng cho nông nghiệp chiếm gần 70% tổng lượng nước tiêu thụ trong các ngành kinh tế.
Nghiên cứu, đánh giá hiện trạng khả năng lấy nước của một số công trình
2.2.1 Đánh giá khả năng chuyển nước sông Hồng vào sông Đáy qua cống Cẩm Đình
Hệ thống cống Cẩm Đình, kênh Cẩm Đình-Hiệp Thuận và cống Hiệp Thuận đã được xây dựng, tuy nhiên lòng dẫn sông Đáy hạ lưu cống Hiệp Thuận vẫn chưa được nạo vét Cao trình đáy sông trung bình từ Hiệp Thuận đến thị trấn Quốc Oai (dài 16km) là 4,5m, cao hơn yêu cầu thiết kế khoảng 3m Đặc biệt, tại một số mặt cắt, người dân đã xây dựng các đập chắn ngang sông, làm cho cao trình đáy sông lên đến 6,5m Lưu lượng nước có thể lấy qua cống Cẩm Đình phụ thuộc vào từng cấp mực nước tại thượng lưu cống Cẩm Đình ngoài sông Hồng.
Bảng 2.4 trình bày khả năng lấy nước qua cống Cẩm Đình tương ứng với các cấp mực nước tại Thượng lưu cống Cẩm Đình, dựa trên lòng dẫn của sông Đáy hiện tại.
29B TT 30B Mực nước Cẩm Đình (m) 31B Lưu lượng qua cống Cẩm Đình (m 3 /s)
Trong điều kiện hiện nay, lòng dẫn sông Đáy từ Đập Đáy đến Mai Lĩnh chưa được nạo vét, dẫn đến khả năng lấy nước vào sông Đáy khi mực nước sông Hồng thấp hơn 7m rất hạn chế Chỉ trong mùa lũ, khi mực nước sông Hồng tại Cẩm Đình vượt quá 9m, sông Đáy mới có thể tiếp nhận lưu lượng nước trên 100m³/s.
Theo nghiên cứu đã tiến hành tính toán khả năng dẫn nước của hệ thống sông Đáy trong năm thực tế từ 1/11/2008-31/10/2009, cho thấy:
Trong khoảng thời gian từ 1/12/2008 đến 30/11/2009, sông Đáy đã có 291 ngày không thể lấy nước, 18 ngày có lưu lượng từ 0-10m3/s, 7 ngày có lưu lượng từ 10-20m3/s, 10 ngày có lưu lượng từ 20-30m3/s, và 40 ngày có lưu lượng vượt quá 30m3/s.
- Trong cả 5 tháng mùa kiệt từ ngày 1/12/2008 đến hết 30/4/2009, với điều kiện địa hình hiện nay, sông Đáy không thể lấy được nước ở bất kỳ ngày nào
- Trong vụ đông xuân 2010 -2011, 2011- 2012 và 2012 -2013 mực nước đo được tại thượng lưu cống Cẩm Đình như sau:
Bảng 2.5 Mực nước thực đo tại cống Cẩm Đình vụ đông xuân từ năm 2012 -
Hình 2.1 Diễn biến mực nước tại thượng lưu cống Cẩm Đình
(Theo lịch lấy nước đợt 1 và đợt 2 cho vụ đông xuân năm 2012 và 2013)
Dữ liệu cho thấy, trong những ngày xả nước cho vụ đông xuân, mực nước thực đo tại thượng lưu cống Cẩm Đình thường thấp hơn 5.5m, dẫn đến khả năng lấy nước của cống này rất hạn chế.
Hiện tại, khả năng chuyển nước từ sông Hồng vào sông Đáy rất hạn chế do lòng dẫn sông Đáy, ngay cả trong mùa lũ, lưu lượng tối đa chỉ đạt khoảng 210m³/s khi mực nước sông Hồng đạt khoảng 11,0m, theo tài liệu từ Viện Quy Hoạch Thủy Lợi.
Lòng dẫn sông Đáy đoạn hạ lưu cống Hiệp Thuận đang bị bồi lắng nghiêm trọng, với cao trình đáy sông trung bình từ Hiệp Thuận đến thị trấn Quốc Oai lên tới 4,5m, cao hơn yêu cầu thiết kế khoảng 3m Do đó, cần thiết phải tìm phương án tiếp nguồn cho sông Đáy để khắc phục tình trạng này.
2.2.2 Đánh giá khả năng lấy nước từ sông Hồng vào hệ thống Bắc Hưng Hải qua cống Xuân Quan
Hệ thống Bắc Hưng Hải sử dụng nguồn nước từ sông Hồng qua cống Xuân Quan với công suất thiết kế là QTKu m3/s Tuy nhiên, thực tế hàng năm chỉ đạt từ 40-60 m3/s, dẫn đến diện tích tưới tự chảy chỉ đạt 70-80% Mặc dù đánh giá hiện trạng cho thấy diện tích tưới hàng năm vẫn đủ khả năng đáp ứng, nhưng chỉ trong những năm thời tiết bình thường, lượng nước cung cấp mới đảm bảo cho việc tưới tiêu hiệu quả.
Bảng 2.6 Mực nước thực đo tại cống Xuân Quan vụ đông xuân từ năm 2011 -
Hình 2.2 Diễn biến mực nước tại thượng lưu cống Xuân Quan
(Theo lịch lấy nước đợt 1 và đợt 2 cho vụ đông xuân năm 2011, 2012 và 2013)
Theo thiết kế hệ thống thủy lợi Bắc Hưng Hải, mực nước tại cửa cống Xuân Quan cần đạt tối thiểu 1,85m, tương ứng với mực nước sông Hồng tại Hà Nội là 2,3m Tuy nhiên, dữ liệu cho thấy số ngày mực nước đạt chuẩn để lấy nước là rất hạn chế.
Cống Xuân Quan trong suốt thời gian hoạt động chưa bao giờ đạt được lưu lượng thiết kế trong vụ đông xuân do độ chênh lệch mực nước thượng hạ lưu rất nhỏ, chỉ từ 1 đến 3 cm Theo thống kê, lưu lượng qua cống Xuân Quan hàng năm không đạt yêu cầu.
MN thiết kế có chiều cao 1,85m, với lưu lượng từ 25 - 50 m3/s, trong khi năm cao nhất ghi nhận đạt 65 m3/s Điều này cho thấy khả năng dẫn nước của các sông trục trong hệ thống vẫn chưa được nạo vét đầy đủ theo mặt cắt thiết kế.
Khu vực Bắc Hưng Hải chịu ảnh hưởng mạnh của thuỷ triều, đặc biệt trong vụ đông xuân khi lượng nước qua cống Xuân Quan bị hạn chế Diện tích cuối hệ thống được tưới từ các cống Cầu Xe và An Thổ, hoạt động theo chu kỳ triều Tổng diện tích được tưới từ nguồn nước này dao động từ 8.000 ha đến 10.000 ha, chủ yếu phục vụ cho tưới hỗ trợ.
2.2.3 Đánh giá hiện trạng và khả năng lấy nước của một số công trình khác
Huyện Đan Phượng hiện có hai trạm bơm tưới quan trọng là Bá Giang và Đan Hoài, nằm ngoài bãi sông Hồng Trạm bơm tưới dã chiến Bá Giang được trang bị 25 tổ máy bơm với công suất 1.000m3/h, có nhiệm vụ bơm tưới bổ sung cho trạm bơm Đan Hoài khi mực nước sông Hồng xuống thấp, không thể hoạt động.
Tính đến năm 2005, hệ thống tưới Đan Hoài đã cung cấp nước từ sông Hồng cho 6.455 ha đất nông nghiệp Tuy nhiên, hiện nay diện tích phục vụ của hệ thống chỉ còn 4.133,8 ha do nhiều nguyên nhân khác nhau Cụm công trình đầu mối của hệ thống nằm trên bờ hữu sông Hồng, cách Sơn Tây khoảng 25 km về phía hạ lưu.
Công trình đầu mối: Bao gồm trạm bơm tưới Đan Hoài, Bá Giang (trạm bơm dã chiến) và cống Bá Giang
Trạm bơm tưới Đan Hoài, với 5 tổ máy hoạt động từ năm 1963, có lưu lượng bơm thiết kế đạt 7.600 m3/h Tuy nhiên, lưu lượng thực tế của các máy bơm đã được đánh giá lại và có sự xuống cấp nghiêm trọng do tuổi thọ lâu năm của thiết bị Mực nước thiết kế tại bể hút dao động từ +3,05 đến +9,0, dẫn đến việc máy bơm không thể vận hành trong nhiều thời điểm, đặc biệt là trong giai đoạn đổ ải Để cải thiện tình hình tưới tiêu, các cơ quan chức năng đã phê duyệt kế hoạch thiết kế và xây dựng trạm bơm mới.
Dù vậy, đến nay trạm bơm mới vẫn chưa được xây dựng
Bảng 2.7 Kết quả đánh giá lưu lượng bơm thực tế của trạm bơm Đan Hoài
Nghiên cứu đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng lấy nước của các công trình
2.3.1 Các yếu tố kỹ thuật
Yếu tố đầu tiên ảnh hưởng đến khả năng lấy nước của các công trình là thời gian xây dựng, vì nhiều công trình đã tồn tại quá lâu và một số được xây dựng trên nền đất không ổn định.
Sau 50 năm xuống cấp, nhiều công trình ven sông Hồng được xây dựng trong điều kiện kinh tế kỹ thuật chưa phát triển, dẫn đến khó khăn trong việc lấy nước Điều này không đảm bảo nguồn cung cấp nước cho sản xuất nông nghiệp và các nhu cầu khác.
Phát triển thủy lợi chưa đáp ứng kịp nhu cầu sử dụng nước, với sự thiếu hụt các công trình điều tiết nước giữa mùa mưa và mùa khô Tần suất thiết kế công trình thường chỉ đạt 75%, dẫn đến việc không đáp ứng đủ yêu cầu phát triển bền vững.
2.3.2 Ảnh hưởng của biến đổi lòng dẫn
Biến đổi lòng dẫn do 2 nguyên nhân chủ yếu là:
Sự mất cân bằng trong khả năng chuyển tải bùn cát của dòng nước so với lượng thực tế của dòng sông hạ du đã dẫn đến tình trạng dòng chảy phía hạ du hồ chứa luôn thiếu ổn định Để khôi phục trạng thái cân bằng này, dòng chảy buộc phải đào xói lòng dẫn hạ lưu, dẫn đến việc lòng dẫn hạ lưu bị hạ thấp và làm thay đổi mối quan hệ giữa lưu lượng (Q) và độ cao (H) Mực nước hạ lưu thấp không chỉ gây ra hiện tượng sạt lở mà còn ảnh hưởng đến các cửa lấy nước của công trình thủy lợi.
“treo” không lấy được nước
Các hoạt động khai thác dòng sông, đặc biệt là nạn khai thác cát ở hạ du sông, nhất là khu vực Hà Nội, đã làm thay đổi lòng sông và mực nước trong mùa kiệt Hậu quả là mực nước trên sông liên tục suy giảm qua các năm, gây khó khăn cho việc lấy nước của các công trình ven sông.
2.3.3 Một số các yếu tố khác ảnh hưởng đến khả năng lấy nước của các công trình
Thời tiết và nguồn nước trong lưu vực đã trải qua nhiều biến động phức tạp trong những năm gần đây Mưa hàng năm có xu hướng xuất hiện muộn và kết thúc sớm, dẫn đến lượng mưa và dòng chảy bị thiếu hụt so với trung bình nhiều năm Bên cạnh đó, lượng bốc hơi tăng cao cũng là nguyên nhân chính làm mực nước trên sông hạ thấp trong mùa kiệt.
Biến đổi khí hậu đã bắt đầu ảnh hưởng đến dòng chảy của các sông tại Hà Nội, nhưng việc xác định mức độ tác động là rất khó khăn do sự chi phối của chế độ xả nước từ các hồ chứa thượng nguồn Các dấu hiệu cho thấy biến đổi khí hậu tác động đến mực nước các sông ở Hà Nội đang ngày càng rõ rệt.
+ Nhiệt độ có xu hướng biển đổi tăng lên: Làm tăng nhu cầu sử dụng nước của các ngành kinh tế, đặc biệt là ngành thủy lợi
Mực nước biển dâng và xâm nhập mặn gia tăng có ảnh hưởng không đáng kể đến Hà Nội Tuy nhiên, các yếu tố biến đổi khí hậu vẫn tác động đến mực nước và lưu lượng các sông ở Hà Nội, đặc biệt trong mùa kiệt, chủ yếu do chế độ mưa.
Mực nước hạ du sông Hồng trong mùa kiệt chủ yếu phụ thuộc vào chế độ vận hành của các hồ chứa thượng nguồn, vì vậy ảnh hưởng của lượng mưa đến dòng chảy của sông là không đáng kể.
Lượng mưa tại các trạm Hà Đông và Sơn Tây có xu hướng giảm dần theo từng năm Cụ thể, số liệu đo tại trạm Hà Đông cho thấy mối quan hệ tuyến tính với phương trình y = -0,2542x + 1590,4.
Hình 2.3 Xu hướng biến đổi tổng lượng mưa năm tại trạm Hà Đông y = -1,24x + 404,27
Hình 2.4 Xu hướng biến đổi tổng lượng mưa mùa kiệt tại trạm Hà Đông
Tổng lượng mưa hàng năm tại trạm Hà Đông cho thấy xu hướng ổn định, mặc dù có sự giảm nhẹ nhưng không đáng kể.
Hình 2.4 chỉ ra rằng tổng lượng mưa trong mùa kiệt đang có xu hướng giảm rõ rệt, với mức suy giảm khoảng 6,5% so với giai đoạn 1970 – 1980 Tại trạm Láng, mô hình biến đổi lượng mưa được thể hiện qua phương trình y = -4,9442x + 1767,7.
Hình 2.5 Xu hướng biến đổi tổng lượng mưa năm tại trạm Láng y = -1,0345x + 420,02
Hình 2.6 Xu hướng biến đổi tổng lượng mưa mùa kiệt tại trạm Láng
Tổng lượng mưa hàng năm tại trạm Láng đang có xu hướng giảm mạnh, với hệ số suy giảm tuyến tính đạt -4,9442 So với giai đoạn 1970 – 1980, tổng lượng nước mưa trong mùa kiệt hiện nay giảm khoảng 7,6%.
Tổng lượng mưa mùa kiệt tại trạm Láng đang có xu hướng giảm nhẹ, với hệ số suy giảm tuyến tính là -1,0345, cho thấy sự giảm khoảng 2% so với giai đoạn 1970.
Hình 2.7 Xu hướng biến đổi tổng lượng mưa năm tại trạm Sơn Tây y = -2,812x + 517,77
Hình 2.8 Xu hướng biến đổi tổng lượng mưa mùa kiệt tại trạm Sơn Tây
Tổng lượng mưa hàng năm và lượng mưa trong mùa kiệt hiện tại đang giảm so với các giai đoạn trước, với mức giảm từ 2% đến 8% tùy theo từng trạm.
− Tổng lượng mưa năm và lượng mưa mùa kiệt tại các tram theo các thời kỳ: 1970
Các giải pháp nâng cao hiệu quả lấy nước
Để nâng cao hiệu quả lấy nước cho các công trình trên hệ thống sông Hồng qua Hà Nội, cần ưu tiên áp dụng các giải pháp phi công trình, đặc biệt trong giai đoạn từ nay đến năm 2020.
Các giải pháp công trình chỉ được xem xét khi đã áp dụng tối đa các giải pháp phi công trình
Các giải pháp công trình ưu tiên nhằm hạn chế sự can thiệp đến dòng chảy tự nhiên của sông Hồng bao gồm việc tiếp nước từ sông Đà và sông Hồng cho các sông nội thành.
Hà Nội đang triển khai các giải pháp mở rộng, cải tạo và nâng cấp hệ thống công trình đầu mối để tăng lưu lượng dòng chảy vào mùa kiệt từ sông Đà và sông Hồng Việc thay đổi dòng chảy của hai con sông này cần được đánh giá toàn diện về các tác động kinh tế, văn hóa, xã hội và môi trường, đồng thời được xem xét như một trong những giải pháp dài hạn sau năm 2020.
2.4.1 Giải pháp phi công trình
(1) Nâng cao năng lực hoạt động của các công trình đã có
Hệ thống công trình, sau nhiều năm khai thác, đã bị xuống cấp, với các trạm bơm và kênh mương bị bồi lắng Do đó, hàng năm cần thực hiện tu bổ và sửa chữa thường xuyên để đảm bảo phục vụ sản xuất kịp thời.
- Bố trí lắp đặt các trạm bơm dã chiến
- Hiện đại hoá hệ thống điều khiển tại các trạm bơm, các cống lớn; Thay mới các máy bơm từ năm 1980 về trước
- Nạo vét bùn cát lắng đọng tại cửa lấy nước vào các cống và các trạm bơm
(2) Nâng cao năng lực quản lý vận hành hệ thống
Có nhiều nguyên nhân khiến công trình thủy lợi không đáp ứng yêu cầu thiết kế, trong đó một nguyên nhân cơ bản là công tác quản lý khai thác chưa được quan tâm đúng mức Việc thiếu động lực và cơ chế thúc đẩy tổ chức quản lý hiệu quả là vấn đề cần khắc phục Để nâng cao hiệu quả khai thác và vận hành hệ thống, cần thực hiện một số nguyên tắc chung.
− Tăng cường vai trò của quản lý nhà nước trong quản lý khai thác công trình thủy lợi
Xây dựng một bộ máy quản lý hiệu quả cho các công trình thủy lợi là cần thiết, nhằm khai thác đồng bộ và tối ưu hóa hiệu suất hoạt động Cần cơ cấu lại tổ chức theo nguyên tắc đơn giản và hiệu quả, đảm bảo sự quản lý chặt chẽ từ các cơ quan chuyên ngành và chính quyền địa phương.
− Xử lý triệt để tình trạng quan liêu trong quản lý, khai thác công trình thủy lợi nhất là trong công tác thẩm định, xét duyệt
− Tăng cường vai trò của tổ chức quản lý thủy nông cơ sở
− Nâng cao ý thức người dân về công trình thủy lợi
− Quản lý vận hành, quản lý nước phải đáp ứng được yêu cầu dùng nước (lưu lượng, tổng lượng, thời gian, mực nước…)
Để duy trì chất lượng công trình, cần tổ chức bảo trì và bảo dưỡng định kỳ nhằm sửa chữa kịp thời những hư hỏng nhỏ, ngăn chặn sự phát triển thành hư hỏng lớn.
Phân cấp quản lý công trình thủy lợi cần được xác định rõ ràng để đảm bảo trách nhiệm trong việc duy trì và bảo trì Điều này giúp tránh tình trạng khi công trình xuống cấp hoặc hiệu suất hoạt động giảm sút mà không có cá nhân hay tập thể nào đứng ra chịu trách nhiệm.
Để phòng chống hạn hán, việc bảo vệ nguồn nước là vô cùng quan trọng Mặc dù tổng lượng nước hàng năm không thay đổi nhiều, sự phân phối giữa mùa mưa và mùa khô lại có sự biến động lớn Chính sách bảo vệ nguồn nước cần được thực hiện để điều chỉnh phân phối nước, giảm dòng chảy vào mùa lũ và tăng cường nguồn nước trong mùa khô.
− Bảo vệ và trồng rừng
− Quy hoạch phát triển và quản lý bền vững tài nguyên nước
− Tăng cường sử dụng nước hồi quy
− Phân phối nguồn nước hợp lý
− Sử dụng nước hợp lý, tiết kiệm và hiệu quả
(4) Một số các giải pháp phi công trình khác
− Nghiên cứu xác định dòng chảy tối thiểu trên sông Hồng
− Xây dựng phương án vận hành phát điện một cách hợp lý
− Nâng cao hiệu quả sử dụng nước xả đê chống hạn
− Nghiên cứu bài toán thủy lực diễn toán dòng chảy mùa cạn dọc sông tác động
Việc quản lý xả nước và thủy triều đóng vai trò quan trọng trong việc bơm nước tưới, giúp lựa chọn lượng xả và thời gian duy trì xả một cách hiệu quả Điều này không chỉ tối ưu hóa việc lấy nước tưới mà còn tiết kiệm nước cho các hồ chứa phát điện, đồng thời đảm bảo đáp ứng tốt hơn các yêu cầu cấp nước và bảo vệ môi trường hạ du.
− Tăng cường hợp tác với Trung Quốc trong trao đổi thông tin về tài nguyên nước và chia sẻ nguồn nước quốc tế lưu vực sông Hồng
(1) Các giải pháp xây dựng công trình điều tiết nước trên sông Hồng (đập dâng hoặc đập mỏ hàn hướng dòng chảy vào cửa lấy nước)
Nguyên nhân chính dẫn đến giảm khả năng lấy nước của các công trình đầu mối là do mực nước sông Hồng hạ thấp Để cải thiện khả năng này, có thể xây dựng các công trình điều tiết như đập dâng hoặc sử dụng tường hướng dòng và đập mỏ hàn để dẫn dòng chảy vào cửa lấy nước.
Các công trình đầu mối đảm bảo cung cấp đủ lưu lượng thiết kế, giúp các trạm bơm tưới tại Hà Nội và khu vực lân cận hoạt động hiệu quả và cung cấp nước trong suốt mùa khô.
Giải pháp hiện tại cần được xem xét cẩn trọng về tính đồng bộ và chi phí lớn Vấn đề này không chỉ ảnh hưởng đến lưu vực sông Hồng mà còn tác động đến toàn bộ hệ thống sông Hồng – sông Thái Bình, vì vậy cần nghiên cứu kỹ lưỡng để xây dựng chiến lược sử dụng nguồn nước bền vững trong dài hạn.
Hoành triệt công trình cũ và xây dựng công trình mới với quy mô lớn hơn hoặc bằng công trình hiện tại, nhằm đảm bảo khả năng lấy nước đáp ứng đầy đủ các yêu cầu đặt ra.
Biện pháp xây dựng công trình lấy nước theo lưu thiết kế đề ra là một phương án đơn giản và dễ thực thi Tuy nhiên, cần lưu ý đến một số yếu tố quan trọng để đảm bảo hiệu quả và an toàn cho công trình.