So 25 _00002

Nghiên cứu số giải pháp định hướng nhằm hạn chế tình trạng úng ngập cho thượng lưu sông Phan – Cµ Lå, VÜnh Phóc TS Ngun Thu HiỊn Bé môn Thủy lực ĐH Thủy lợi Sụng Phan l nhánh sông Cà Lồ với chiều dài khoảng gần 60 km, nằm phía hữu sơng Cà Lồ Hàng năm mùa mưa lũ khu vực thượng lưu sông Phan-Cà Lồ, tỉnh Vĩnh Phúc thường xuyên bị úng ngập gây thiệt hại đáng kể cho sản xuất nông Bài báo ứng dụng mơ hình tốn thủy lực MIKE 11 để nghiên cứu số giải pháp định hướng nhằm hạn chế tình trạng úng ngập cho khu vực Bốn phương án đưa tính tốn Kết tính tốn cho thấy phương án kết hợp bơm tiêu úng sông Hồng xây dựng cống tiêu cửa sông Cà Lồ phương án tiêu hiệu cho vùng nghiên cứu §ẶT VẤN ĐỀ Sông Phan nhánh sông Cà Lồ với chiều dài khoảng gần 60 km, nằm phía hữu sơng Cà Lồ, thuộc khu vực đồng có cao độ khoảng – 18 m Hàng năm mùa mưa lũ khu vực sông Phan thường xuyên chịu úng ngập trực tiếp hứng nước mưa với lượng mưa lớn từ tâm mưa Tam Đảo chịu ảnh hưởng mực nước cao cửa sông Cà Lồ Khu vực thượng lưu sông Phan – Cà Lồ tập trung chủ yếu đất canh tác vùng đồng vùng sản xuất nơng nghiệp cho tỉnh Vĩnh Phúc Khu vực thường xuyên bị úng ngập vào mùa mưa lũ gây thiệt hại đáng kể cho sản xuất nơng nghiệp Để giảm bớt tình trạng úng ngập cho khu vực thượng lưu sông Phan, hệ thống kênh tiêu Bến Tre đề xuất nâng cấp, cải tạo Các tính tốn nghiên cứu trước chứng tỏ phương án giảm phần tượng úng ngập vùng thượng lưu sông Phan trước Đầm Vạc Hiện tượng úng ngập vùng thượng lưu sơng Phan cịn đáng kể khu vực xuất mưa lớn mực nước sông Cầu Phúc Lộc Phương dâng cao Điều gây ngập úng cho thành phố Vĩnh Yên, ảnh hưởng nghiêm trọng đến nhiều hoạt động kinh tế Tỉnh Bằng việc ứng dụng mơ hình tốn thủy lực, báo tập trung nghiên cứu số giải pháp định hướng nhằm hạn chế tình trạng úng ngập cho thượng lưu sông Phan – Cà Lồ thuộc tỉnh Vĩnh Phúc vµi nÐt vỊ khu vùc NGHIÊN CỨU VÀ NGUYÊN NHÂN ÚNG NGẬP Ở VÙNG THƯỢNG LƯU SÔNG PHAN Khu vực nghiên cứu thuộc lưu vực sơng Cà Lồ Diện tích vùng nghiên cứu thuộc lưu vực sông Phan - Bến Tre, thượng lưu sông Cà Lồ, khoảng 13.455ha bao gồm 18 xã thuộc huyện Tam Dương, huyện Vĩnh Tường Thành phố Vĩnh Yên (xem hình 1) Vùng nghiên cứu bao quanh bờ tả hệ thống kênh Phó Đáy bờ tả đê sông Hồng, suối sông Phủ Liễn, Hương Đào, Gia Khanh, Ba Hạnh, đê sông Cà Lồ dãy núi Tam Đảo Khu vực nghiên cứu có diện tích lưu vực tiêu 46.073 diện tích tiêu tự chảy: 31.225ha, diện tích cần tiêu bơm: 14.848ha Việc tiêu thoát nước hệ thống tiêu tự chảy sông Cầu Các cơng trình tiêu nước nội đồng với đủ loại phương thức vận hành cho tiêu thoát nước kênh tiêu với cống tiêu tự chảy, đập tràn trạm bơm tiêu [6] Qua nghiên cứu đặc điểm tự nhiên, địa hình, khí tượng thủy văn trạng cơng trình tiêu lưu vực nghiên cứu [4] cho thấy nguyên nhân gây úng, ngập lớn khu vực bao gồm: - Đặc điểm địa hình khu vực trũng khiến sông Phan, khu vực hữu Cà Lồ trở thành nơi trữ nước tự nhiên khả tiêu thoát thời kỳ mùa lũ hạn chế; - Đặc điểm mưa phân bố mưa tháng mùa mưa với cường độ mưa lớn biệt từ tâm mưa Tam Đảo sinh lượng lũ lớn lưu vực sông Phan; - Sự đồng thời xuất mưa lớn đặc lưu đồng mực nước lớn ngồi sơng Cầu gây ứ tượng nước vật, cản trở việc tiêu nước sơng Cà Lồ sơng Cầu nội Hình 1: Bản đồ vùng nghiên cứu ỨNG DỤNG MƠ HÌNH MIKE 11 MƠ PHỎNG DIỄN BIẾN ÚNG NGẬP Ở THƯỢNG LƯU SÔNG PHAN 3.1 Vài nét mơ hình Mơ hình tốn thuỷ lực tốn dịng khơng ổn định lịng dẫn hở [1, 2, 3] Hệ phương trình hệ phương trình Saint – Venant với biến phụ thuộc Q(x,t) Z(x,t) sau: Q Z B q (1) x t Q   Q  Z Q|Q|   gA   g  (2) t x  A  x AC R Trong A diện tích mặt cắt ướt; Q lưu lượng; Z mực nước; t x biến không gian thời gian; q lưu lượng bên đơn vị chiều dài dòng chảy; B chiều rộng mặt thống; R bán kính thuỷ lực, C hệ số Chezy, g gia tốc trọng trường Để giải tốn mơ hình MIKE11 10 lựa chọn [2] Đây mơ hình tính tốn thuỷ lực dịng khơng ổn định biến đổi chậm chiều Viện thủy lực Đan Mạch (DHI) áp dụng Việt Nam từ đầu năm 2000 Mơ hình MIKE 11 có nhiều tính ưu việt việc sử dụng dễ dàng, giao diện gần gũi, tốc độ tính khả thi mơ hình cao Đặc biệt, nghiên cứu vùng mà trạm đo lưu lượng khơng có mà có số trạm đo mưa, biên tốn tính tốn từ mơ hình NAM (là mơdun mơ hình MIKE 11) 3.2 Sơ đồ tính tốn Sơ đồ tính tốn thủy lực mạng sông vùng nghiên cứu xây dựng dựa sở (i) đồ địa hình tỷ lệ 1:25000, (ii) tài liệu đia hình mặt cắt ngang, dọc của đoạn sông Phan (từ cống An Hạ), sông Cà Lồ (đến ngã Cà Lồ với sông Cầu trạm thủy văn Phúc Lộc Phương), đoạn sông Cà Lồ cụt kênh Bến Tre, (iii) Các khu chứa bao gồm Đầm Vạc khu vực úng ngập ven sơng Sơ đồ tính tốn thuỷ lực bao gồm: + Số nút/mặt cắt sơ đồ: 82; + Số khu chứa: 4; +Số biên mực nước: (tại Phúc Lộc Phương) + Biên lưu lượng tính tốn từ mơ hình NAM bao gồm biên lưu lượng phân tán biên lưu lượng tập trung (xem Hình 2.2) Mơ hình chọn mơ hình trận mưa úng năm 1980 với thời đoạn tính tốn từ 7:00 ngày 15/08/1980 đến 13:00 20/08/1980 ứng với năm thực tế có mực nước xấp xỉ p = 5%, mưa nội đồng xấp xỉ 10% Untitled 10000 BT-P han 0-2 00 9000 8000 461.487 7000 7500 1000 2510.93 trhcl -10 3686.83 5000 63406.9 trhcl4 2000 trhcl 0100 82.483 -h1 0-1 tlphan 3000 trhcl 0100 4000 trh C L1 15365 010 0 20 0-1 16 ac 0.4 m V 12 Da chua-tlphan3 5810-6000 Va 0- 15000 2921.19 c-P 12140.1 000 -t3 0-15 19219.5 n 9619.2 n ttlpha 21200 n 22748.8 tlp27086 24720.6 0-1 tlp 00 43355 n-t 36992.3 28397.9 00025816.2 55406.2 21580.7 31200 0- Ca Lo cut 0-3800 22 htlp han 0-10 50555.7 100000.2 34613.3 27 2100.02 4389.43 6404.9 51000 chu a huu CL 0-1 000 4142.31 5000 0-10 tlphan-h2 0-240.208 tlp nt1 015 ch ua 56 tlP n 1400.94 2617.61 57 6.1 0-7 95 0-2000 han-t 54 700BT-Vac tlp 0-2 0-10 n-t tlp 11753 tre Ben 99 19 52 65 00-1 48 n1 n-h ha 83 tlp lp -t 0TlP ua hcah 689 an n tlphan-h4 0-290 ph 067 -tl 60 ua 25.57 0-3 ch tlphan-h 6000 050 00 2131.21 7187.05 an hlPh 10000 0-50 000 Hình 2: SƠ ĐỒ THỦY LỰC 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000 3.3 Hiệu chỉnh thông số mơ hình Các thơng số mơ hình hiệu chỉnh kiểm định dựa theo mơ hình trận mưa úng từ ngày 03/10 đến ngày 07/10 năm 1978 dựa mực nước quan trắc lớn số vị trí Chợ Vàng (TLPHAN 8000), Cống Nghĩa Lập (TLPHAN 16000), Cầu Trắng (TLPHAN 12000 13000 14000 15000 21200) Đầm Vạc Kết hiệu chỉnh mơ hình cho cho thấy mực nước lớn tính tốn vị trí sát với giá trị quan trắc mực nước khảo sát đo đạc trước (chênh lệch mực nước lớn tính tốn thực đo khoảng từ 1-5 cm) Bảng 1: Mực nước lớn tính tốn thực đo số vị trí (mơ hình trận mưa úng 03/10-07/10 năm 1978) STT Vị trí Cống An Hạ Chợ Vàng Cống Nghĩa Lập Cầu Trắng Đầm Vạc Vị trí sơ đồ TLPHAN TLPHAN 8000 TLPHAN 16000 TLPHAN 21200 Đầm Vạc 3.4 Các phương án tính tốn mơ úng ngập vùng thượng lưu sơng Phan (i) Phương án trạng phương án kênh Bến Tre cải tạo kéo dài nối với sơng Phan vị trí cống An Hạ (hiện kênh thi công theo dự án ADB3) [6] Kênh Bến Tre vận hành tiêu xuất có nguy xuất mưa lớn khu vực Phương án đưa vào tính tốn để Hmax-thực đo 13.35 11.50 11.08 10.80 9.00 Hmax-tính toán 13.31 11.52 11.07 10.82 9.01 làm sở so sánh với phương án đề xuất (ii) Các phương án đề xuất nhằm hạn chế tình trạng úng ngập cho khu vực: Trên sở phân tích nguyên nhân úng ngập vùng thượng lưu sông Phan – Cà Lồ, nghiên cứu đề xuất bốn phương án sau đây:  Phương án 1: Chuyển đổi phần diện tích thường xun chịu úng ngập ven sơng Phan thành 11 khu vực ni trồng thủy sản có chiều rộng trung bình 100 m Độ sâu ao ni khoảng 1,5 – 2,0 m, tùy vào đặc thù loại thuỷ sản nuôi trồng Trong phương án này, sơ chọn chiều sâu ao ni trung bình 1.8 m chiều dài 10 km  Phương án 2: Nạo vét sông Cà Lồ Cụt nhằm tăng cường khả tiêu cho đoạn sơng kết hợp với phương án Chiều dài nạo vét 3520 m, chiều sâu nạo vét bình quân 1.0 m  Phương án 3: Bơm tiêu úng sông Hồng vị trí khoảng cách gần sơng Phan sông Hồng Phương án sơ nghiên cứu tính với lưu lượng bơm sơng Hồng Q = 10 m3/s  Phương án 4: Kết hợp bơm tiêu úng sông Hồng xây dựng cống tiêu cửa sông Cà Lồ nhằm hạn chế ảnh hưởng nước vật từ sông Cầu Chọn sơ chiều rộng cống B = 6,00 m, cao trình đáy cống zđáy = 3.5 Phân tích kết tính tốn theo phương án Hình Hình biểu diễn đường q trình mực nước tính tốn số vị trí theo phương án phương án so với phương án trạng Bảng cho kết tổng hợp hiệu hạ thấp mực nước lớn phương án đề xuất so với phương án trạng 9.80 10.00 Hiện trạng Phương án Phương án 9.90 9.80 9.60 9.70 9.50 Z (m) Z (m) Hiện trạng Phương án Phương án 9.70 9.60 9.50 9.40 9.30 9.40 9.20 9.30 9.10 8/21/1980 8/20/1980 8/19/1980 8/18/1980 8/17/1980 8/16/1980 9.00 8/15/1980 8/21/1980 8/20/1980 8/19/1980 8/18/1980 8/17/1980 8/16/1980 8/15/1980 9.20 Thời gian Thời gian Hình 3: Quá trình mực nước Cầu trắng tính Hình 4: Q trình mực nước khu trữ ven sơng tốn theo phương án trạng, phương án Phan (cách cống An Hạ km) tính toán theo phương án phương án trạng, phương án phương án Bảng 2: Độ hạ thấp mực nước lớn số vị trí theo phương án (PA) tính tốn so với trạng TT 12 Sông Sông Phan Sông Cà Lồ Các khu trữ Vị trí Hmax PA Hmax PA Hmax PA Hmax PA Cách cống An Hạ 8.000 m 0.212 0.238 0.281 0.301 Cống Nghĩa Lập 0.224 0.250 0.299 0.320 Cầu Trắng 0.303 0.310 0.315 0.323 Cách cống An Hạ 51.000m 0.077 0.088 0.132 0.326 Cách Đầm Vạc 1200m 0.077 0.088 0.138 0.331 Cách hợp lưu Phan – Cà Lồ 3000m 0.074 0.084 0.128 0.328 Cách hợp lưu Phan – Cà Lồ 8000m 0.062 0.072 0.082 0.285 Cách hợp lưu Phan – Cà Lồ 21000m 0.052 0.062 0.083 0.256 Cách hợp lưu Phan – Cà Lồ 42150m 0.052 0.062 0.076 0.080 Cách cống An Hạ 2617.61m 0.208 0.233 0.276 0.295 TT Sông Hmax PA Vị trí Hữu Cà Lồ cách hợp lưu 2500m Khu trữ tả sông Phan cách cống An Hạ 6.000m Khu trữ hữu sông Phan cách cống An Hạ 3.000m Từ kết tính tốn, ta đánh giá phương án sau: Phương án 1: phương án thay đổi cấu hình thức sản xuất vùng việc chuyển phần diện tích ngập vùng trung lưu hạ lưu sông Phan thành khu vực nuôi trồng thủy sản Phương án cho thấy việc thay đổi có tác dụng điều tiết giảm nhỏ phần mực nước sông Phan khu chứa Trên sơng Phan, mực nước vị trí tính theo phương án giảm khoảng từ 15 – 30 cm so với trạng Vùng gần với Đầm Vạc mực nước giảm khoảng 8cm Mực nước sông Cà Lồ giảm không đáng kể từ -7cm Phương án 2: Nạo vét sông Cà Lồ cụt nhằm tăng cường khả tiêu cho đoạn sơng kết hợp với phương án Khu vực thượng lưu sông Phan mực nước giảm khoảng 18 – 31 cm so với trạng Vùng gần với Đầm Vạc mực nước giảm khoảng - 9cm Tuy nhiên, chênh lệch mực nước với trạng không khác nhiều so với Phương án Điều cho thấy hiệu việc nạo vét đoạn sông Cà Lồ cụt chưa góp phần đáng kể để cải thiện tình trạng úng ngập cho vùng thượng lưu sông Phan Phương án 3: Bố trí trạm bơm tiêu úng sơng Hồng vị trí Lũng Sa với lưu lượng tiêu 10m3/s cho thấy phương án hiệu Mức độ hạ thấp mực nước khu chứa sông Phan giảm so với phương án Kết tính tốn cho thấy sơng Phan, mực nước vị trí tính theo phương án giảm khoảng từ 28 – 32 cm so với trạng Độ hạ thấp mực nước Đầm Vạc phương án đạt 13 cm Điều cho thấy giải pháp bơm tiêu úng sông Hồng Hmax PA Hmax PA Hmax PA 0.077 0.089 0.132 0.327 0.290 0.309 0.293 0.321 0.301 0.329 0.313 0.322 hiệu Tuy nhiên, phương án hiệu ta hạn chế tượng nước vật từ sơng Cầu Vì tiếp tục xét đến giải pháp theo phương án Phương án 4: Kết hợp bơm tiêu cưỡng sông Hồng xây dựng thêm cống tiêu cửa sông Cà Lồ Kết tính tốn cho thấy sơng Phan, mực nước vị trí tính theo phương án cải thiện đáng kể so với phương án Mực nước sông Phan khu chứa dọc theo khu vực giảm đáng kể từ 30 - 33cm Mực nước sông Cà Lồ giảm cách đáng kể, đặc biệt vùng thượng lưu sông Cà Lồ mực nước giảm từ 25 -30cm Kết tính tốn cho thấy phương án đạt hiệu tốt cho việc tiêu úng cho vùng thượng lưu sông Phan- Cà Lồ, tỉnh Vĩnh Phúc KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Trên sở phân tích với điều kiện cụ thể hệ thống tính tốn tài liệu thủy văn sẵn có vùng nghiên cứu, chun đề lựa chọn mơ hình MIKE 11 để tính tốn thuỷ lực cho phương án trạng phương án tiêu định hướng cho khu vực nghiên cứu Nghiên cứu đề xuất giải pháp tiêu định hướng cho vùng nghiên cứu Từ kết nghiên cứu đề tài, ta thấy giải pháp bơm tiêu nước sông Hồng kết hợp với xây dựng cống tiêu cửa sông Cà Lồ giải pháp hiệu cho việc hạn chế úng ngập hệ thống Tuy nhiên, phương án đề xuất nghiên cứu mang tính chất định hướng Để có kết xác đầy đủ hơn, cần nghiên cứu cách tổng thể cho tồn lưu vực sơng Phan – Cà Lồ để tìm giải pháp tiêu cho tồn hệ 13 thống Đặc biệt, cơng tác thu thập tài liệu hệ thống cần phải tiến hành cách kỹ càng, đồng bộ, đạt mức độ xác cần thiết Hơn nữa, hệ thống sơng Phan – Cà Lồ khơng có trạm đo lưu lượng mực nước Vì vậy, để nghiên cứu qui hoạch tiêu tổng thể cho toàn hệ thống, cần phải đo đạc giá trị mực nước lưu lượng số vị trí hệ thống để làm sở kiểm định mơ hình nghiên cứu Những điều tạo nên sở vững đáng tin cậy cho việc phân tích kết tính tốn TÀI LIỆU THAM KHẢO Cunge, J A., Holly, F M., Jr, and Verwey, A (1980) Practical Aspects of Computational River Hydraulics, Pitman Advanced Pub Program, Boston DHI Software, (2001) MIKE 11 – A modeling system for rivers and channels Lai, C (1986) "Numerical modeling of unsteady open-channel flow" In Advances in Hydro-science, B C Yen, ed., Academic Press, 161-263 Nguyễn Thu Hiền nnk (2008) Đề tài nghiên cứu khoa học cấp sở “Nghiên cứu giải pháp nhằm hạn chế tình trạng úng ngập cho khu vực thượng lưu sơng Phan – Cà Lồ, Vĩnh Phúc” Phòng thống kê tỉnh Vĩnh Phúc (2008) Niên giám thống kê tỉnh Vĩnh Phúc năm 2007 NXB Thống kê Các số liệu điều tra thực địa thu thập Sở Nông nghiệp PTNT tỉnh Vĩnh Phúc Abstract A STUDY OF SOME ORIENTED SOLUTIONS TO REDUCE THE FLOODING SITUATION IN THE UPSTREAM AREA OF PHAN-CA LO RIVER, VĨNH PHÚC Phan River is a branch of Ca Lo River with the length of 60 km, located on the right side of Ca Lo River Every year in rainy season, the upstream area of Phan-CaLo River is flooded This causes a significant losses of agriculture production In this paper, MIKE 11 (DHI) is applied to study some oriented sollutions to reduce the flooding sistution for this area in rainy season Four options have been studied The results show that the combination of pumping water to Red River and constructing a sluice at Ca Lo River mouth is the most effective drainage solution for this area 14 ... rainy season, the upstream area of Phan-CaLo River is flooded This causes a significant losses of agriculture production In this paper, MIKE 11 (DHI) is applied to study some oriented sollutions... (PA) tính tốn so với trạng TT 12 Sông Sông Phan Sông Cà Lồ Các khu trữ Vị trí Hmax PA Hmax PA Hmax PA Hmax PA Cách cống An Hạ 8.000 m 0.212 0.238 0.281 0.301 Cống Nghĩa Lập 0.224 0 .250 0.299... 0.052 0.062 0.083 0 .256 Cách hợp lưu Phan – Cà Lồ 42150m 0.052 0.062 0.076 0.080 Cách cống An Hạ 2617.61m 0.208 0.233 0.276 0.295 TT Sơng Hmax PA Vị trí Hữu Cà Lồ cách hợp lưu 250 0m Khu trữ tả