Nghiên cứu xác định mực nước thiết kế bể tháo hợp lý cho trạm bơm tiêu lê tính huyện lâm thao tỉnh phú thọ

-1 – PHẦN MỞ ĐẦU I TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Hiện nước ta có 10.000 trạm bơm phục vụ tưới tiêu Hệ thống trạm bơm góp phần quan trọng canh tác nơng nghiệp, dân sinh kinh tế Tuy nhiên, nhiều nguyên nhân, hầu hết loại máy bơm, trạm bơm khắp tỉnh thành nước có nhiều vấn đề thiết kế, quản lý vận hành khai thác, hiệu sử dụng Nhìn chung, cần phải có nghiên cứu cụ thể vấn đề để có giải pháp, bước cải thiện hiệu cho loại máy bơm sử dụng Đối với trạm bơm tiêu nước mưa sông mà mực nước sơng dao động lớn mùa mưa lũ ngồi sông không trùng tần suất xuất với mưa đồng nhiều mưa lớn khu tiêu mực nước ngồi sơng cịn thấp Đặc biệt nghiên cứu trạm bơm trạm bơm tiêu có nơi nhận nước tiêu sông lớn chảy qua nhiều vùng địa lý sông Hồng, sông Đà, sông Lô, sông Thao, sông Mã, sông Lam…Mực nước thiết kế bể tháo trạm bơm lấy theo quy phạm mực nước ứng với tần suất theo cấp cơng trình có tần suất xuất với mưa lớn đồng Cách tính thường cho mực nước thiết kế bể tháo cao Trong trình bơm tiêu nước thực tế mực nước xuất thường thấp nhiều, ta dùng cột nước thiết kế tính với mực nước để chọn loại máy bơm thực tế máy bơm đa số làm việc với hiệu suất thấp gây lãng phí lượng tiêu thụ Trong phạm vi luận văn nghiên cứu lựa chọn mực nước bể tháo thiết kế hợp lý cho trạm bơm Lê Tính - Phú Thọ để đạt hiệu suất cao trình làm việc Luận văn thạc Nguyễn Hồng Sơn – -2 – II MỤC ĐÍCH VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 2.1 Mục đích nghiên cứu: Đề xuất lựa chọn mực nước bể tháo thiết kế hợp lý cho trạm bơm Lê Tính để trạm bơm làm việc đạt hiệu suất cao, tiết kiệm lượng bơm 2.2 Phạm vi nghiên cứu: Trạm bơm Lê Tính- Huyện Lâm Thao - Tỉnh Phú Thọ III CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1 Cách tiếp cận: - Thực tiễn quản lý hệ thống trạm bơm tiêu - Tiếp cận hệ thống: Tiếp cận, tìm hiểu, phân tích từ tổng thể đến chi tiết, đầy đủ toàn diện; - Sử dụng tiến khoa học công nghệ 3.2 Phương pháp nghiên cứu Đánh giá bước đầu phương pháp xác định mực nước thiết kể bể xả trạm bơm tiêu dựa kết tính tốn chênh lệch mực nước bể tháo trạm bơm mực nước sông trạm bơm tiêu Dùng phương pháp sau để thực hiện: - Phương pháp điều tra, khảo sát thực địa - Phương pháp kế thừa: Chọn lọc đề tài nghiên cứu khác có mặt liên quan tới mục tiêu đề tài để nghiên cứu thêm xác - Phương pháp phân tích, thống kê - Phương pháp mơ hình mơ Luận văn thạc Nguyễn Hồng Sơn – -3 – CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 Tình hình chung việc xác định mực nước bể tháo trạm bơm tiêu nước Trong gần 20 năm trở lại đây, việc sử dụng máy bơm trạm bơm để tiêu nước phát triển đồng Bắc Bộ, nhiều vấn đề thuộc khâu thiết kế cơng trình, chọn sử dụng máy bơm giải Tuy nhiên số vấn đề chưa giải thích đáng Một vấn đề xác định cột nước địa hình thiết kế, yếu tố cần đề cập trước tiên mức nước bể tháo thiết kế Bài báo “Một phương pháp xác định cao trình đáy cống xả trạm bơm tiêu” tạp chí số 38- (3/2012) tác giả Nguyễn Tuấn Anh, Đỗ Minh Thu “ Nội dung báo giới thiệu phương pháp xác định cao trình đáy cống xả trạm bơm tiêu dựa lý thuyết phân tích hệ thống tối ưu hóa Trong phương pháp này, hàm mục tiêu chọn tổng chi phí xây dựng quản lý quy năm đầu nhỏ Phương pháp áp dụng cho trạm bơm cụ thể thực tế cho kết đáng tin cậy Phương pháp tính tốn nên áp dụng công tác thiết kế trạm bơm tiêu nước mưa sông, đặc biệt trạm bơm mà lũ ngồi sơng khơng trùng tần suất xuất với mưa đồng Tác giả La Đức Dũng Nguyễn Tuấn Anh tạp chí số 43-tháng 12/2013 có viết “Đánh giá bước đầu phương pháp xác định mực nước thiết kế bể xả trạm bơm tiêu” Nội dung Bài báo giới thiệu kết đánh giá bước đầu phương pháp xác định mực nước thiết kế bể xả trạm bơm tiêu dựa liệt tài liệu quan trắc thực tế trạm bơm Nhân Hòa, Hà Nam Qua so sánh mực nước bể tháo mực nước sông thời gian từ năm 2004 đến năm 2011, báo đánh giá sơ mức độ Luận văn thạc Nguyễn Hồng Sơn – -4 – lãng phí cột nước bơm dẫn đến điện bơm tăng thêm trạm bơm đáy kênh tháo thiết kế thiên cao Tạp chí số 47-tháng 12/2014, hai tác giả La Đức Dũng Nguyễn Tuấn Anh có viết: “Đề xuất cách xác định cao trình thiết kế đáy kênh tháo trạm bơm tiêu” dựa nguyên tắc tiết kiệm lượng bơm Qua xem xét so sánh tổng điện tiêu thụ trạm bơm tương ứng với trường hợp cao trình đáy kênh tháo xác định ứng với mực nước bể tháo thiết kế tần suất 10%, 30%, 40%, 50% 60% hai trạm bơm tiêu thuộc hệ thống Bắc Nam Hà, báo kiến nghị để lựa chọn cao trình thiết kế đáy kênh tháo hợp lý nên xem xét số tần suất thiết kế mực nước bể tháo thay 10% Điển hình hội nghị khoa học năm 1984 - Đại học Thủy lợi GS.TS Hồng Lâm Viện có báo nói “Vấn đề kinh tế xác định mực nước trạm bơm tiêu vùng Đồng Bắc Bộ” Vấn đề xác định mực nước bể tháo thiết kế chưa phù hợp, liên quan đến vấn đề thiết kế trạm bơm, chọn sử dụng máy bơm vấn đề quy hoạch trạm bơm phù hợp cho tiêu nước vùng đồng Bắc Bộ Hiện mực nước bể tháo thiết kế lấy mực nước bình quân ngắn ngày (1,3,5,7 ngày) cao ứng với tần suất thiết kế tiêu 10% 20% Điều thừa nhận mưa lũ đồng mực nước ngồi sơng trùng tần suất Phương pháp không suất phát từ sở đắn cho kết không phù hợp với yêu cầu kỹ thuật kinh tế Tiến hành phân tích nghiến cứu tương quan mưa đồng mực nước lũ ngồi sơng Tài liệu dùng để phân tích tài liệu mực nước từ tháng đến tháng 10 trạm đo mực nước triền sông Luận văn thạc Nguyễn Hồng Sơn – -5 – Hồng, Lô, Thái Bình tài liệu mưa trạm đo mưa thuộc phạm vi miền đồng bằng: Hà Nội,Việt Trì, Sơn Tây Bằng phương pháp phân tích tương quan, tác giả đưa kết sau: + Sự tương quan mưa đồng mực nước sơng hệ thống sơng Hồng sơng Thái Bình khơng xảy Sự gặp gỡ mực nước bình quân ngắn ngày (1,3,5,7 ngày) lớn ứng với tần suất p=10% ngồi sơng với trận mưa bình quân ngắn ngày (1,3,5 ngày) lớn ứng với tần suất 10% đồng không xuất + Sự gặp gỡ trận mưa lớn năm thống kê mực nước bình quân tháng lớn ứng với tần suất 25% 26% -:- 42% ứng với tần suất 50% 41%-:- 58% tổng số trận mưa xảy Sự gặp gỡ trận mưa lớn năm thống kê mực nước bình quân vụ ứng với tần suất 25% 32% -:- 58% ứng với tần suất 50% 47% -:- 78% trận mưa lớn năm Để giải vấn đề tác giả tiến hành nghiên cứu đặc tính nguồn nhận nước tiêu vùng đồng sông Hồng sông Thái Bình 1.1.1 Đặc tính nguồn nhận nước tiêu ảnh hưởng đến tính cơng tác máy bơm Nguồn nhận nước tiêu gồm: nguồn nhận nước tiêu ao hồ, sông nội địa nguồn nhận nước tiêu sông thiên nhiên Thực tế vùng đồng Bắc Bộ nguồn nhận nước tiêu ao hồ sông nội địa (sơng Bắc Hưng Hải, sơng sơng Nhuệ…) có tính chất hạn chế chịu ảnh hưởng mực nước sơng thiên nhiên Vì số lượng trạm bơm tiêu đề nguồn nhận nước tiêu không nhiều thường nhỏ Nguồn nhận nước tiêu chủ yếu hệ thống sơng Hồng sơng Thái Bình Để phân tích đặc tính sơng có ảnh hưởng đến tính công tác Luận văn thạc Nguyễn Hồng Sơn – -6 – máy bơm trạm bơm, tác giả dùng phương pháp phân tích xác suất cho trạm đo mực nước sông Số lần xuất cấp Xác suất xuất P% = Tổng số lần xuất cấp mực nước Với sơng, tùy theo dài hay ngắn mà chọn từ -:- trạm đo để tính tốn Tài liệu mực nước từ tháng đến tháng 10 33 trạm chọn để tính tốn thu thập Cục kỹ thuật điều tra thuộc Tổng cục khí tượng thủy văn Các tài liệu chỉnh biên có liệt kê từ 17 năm trở lên (có trạm 13 năm: Thắng Cương- sơng Cầu, Cầu Sơn -Sơng Thương) Những kết tính toán cho thấy: a/ Chênh lệch mực nước biên cao thấp z phạm vi mực nước thường xuất vùng giáp trung du khoảng 490 cm, vùng vào khoảng từ 100 -:- 400 cm vùng dọc theo bờ biển từ 25 -:- 100 cm b/ Nếu lấy sông Hồng sơng Thái Bình làm trục (sơng Đáy làm trục phụ) hạ lưu, đường qua hệ mực nước z = f (P%) ổn định, xác suất xuất lớn vùng giáp trung du khoảng Pmax = 4,4 - 5,8 % ven biển Pmax = 36,5 - 39,2 % (ứng với lũy tích xác suất P=50%) c/ Căn vào đường lũy tích xác suất mực nước sông, 80% mực nước xuất từ mực nước z = (0,6-1,7) Ztb - Với sông Hồng sông Ninh Cơ từ mực nước z = ( 0,8 - 1,5) Ztb ; - Với sơng Đáy sơng Thái Bình từ mực nước z = ( 0,7 - 1,7) Ztb ; - Với sông Cầu, sông Thương từ mực nước z = ( 0,6 - 1,7) Ztb ; Luận văn thạc Nguyễn Hồng Sơn – -7 – - Với sông Đào Nam Định, sông Luộc từ mực nước z = ( 0,7 - 1,6) Ztb ; Sông Trà Lý từ mực nước z = (0,6 – 1,6) Ztb Những kết luận cho thấy rằng: +/ Nếu sử dụng mực nước bình quân ngắn ngày lớn ứng với tần suất 10% làm mực nước bể tháo thiết kế trước phần lớn thời gian trạm bơm tiêu làm việc với mực nước bể tháo cao nhiều so với mực nước nguồn nhận nước tiêu Điều gây tổn hao lượng đáng kể +/ Để bao trùm phạm vi thường xuất mực nước nguồn nhận nước tiêu, máy bơm dùng tiêu nước cho vùng đồng sơng Hồng, sơng Thái Bình cần phải có phạm vi sử dụng với hiệu suất lớn ứng với thay đổi cột nước từ -:- m, lớn m 1.1.2 Quan hệ lượng tiêu hao với mực nước bể tháo khác Phương pháp xác định so sánh tổng lượng tiêu nước hàng năm trạm bơm có mực nước bể tháo thiết kế lấy mực nước có xác suất xuất lớn làm mực nước bể tháo thiết kế EPmax% Tính tốn thực với năm có mực nước xuất trung bình năm thống kê, tức biểu thị t1 thời gian cần tiêu nước năm ứng với mực nước bể tháo Z t1 T tổng thời gian cần tiêu năm Ứng dụng quan hệ để tính tốn cho trạm bơm Vĩnh Trị, Nhâm Tràng Vân Đình sơng Đáy, trạm bơm Cốc Thành, sông Chanh sông Đào Nam Định, trạm bơm Hữu Bị, Như Trác trạm bơm Hà Nội Luận văn thạc Nguyễn Hồng Sơn – -8 – sông Hồng, trạm bơm Kim Bôi, Hiền Lương sông Cầu, trạm bơm Cống Sao sơng Luộc Kết tính tốn cho thấy mực nước thiết kế Z tk xác định cao mực nước trung bình thường xuất Z Pmax 20% lượng tổn hao thêm -:- 15 %, cao 40% lượng tổn hao thêm 13 -:- 38 % cao 60% lượng tổn hao thêm 23 -:- 64 % 1.1.3 Sự tăng giảm vốn đầu tư xây dựng mực nước bể tháo thiết kế thay đổi Mực nước bể tháo thấp bể tháo đặt sâu, cơng trình đặt sâu, vốn xây dựng tăng lên Để xác định mức độ ảnh hưởng yếu tố đến việc định mực nước bể tháo thiết kế tác giả tiến hành tính tốn cụ thể cho trạm bơm Vân Đình cơng trình có dao động mực nước nguồn nhận nước tiêu lớn (khoảng 4m) Khi tính tốn sử dụng loại hình cơng trình tháo nước Khi độ sâu tăng lên tăng thêm trọng lượng đào đắp, khối lượng bê tông cống tháo nước, tường bể tháo, cơng trình hộ mặt tăng lên (do chiều dài cống tăng lên, tường bể tháo sâu thêm…) Từ kết nhận thấy độ tăng vốn đầu tư xây lắp đặt bể tháo sâu so với vốn tồn cơng trình trạm bơm nhỏ Vì yếu tố vốn đầu tư chi phối không lớn đến việc xác định mức nước Độ tăng vốn đầu tư xây lắp trạm bơm Vân Đình mực nước thiết kế bể tháo giảm Những kết luận cho thấy mực nước bể tháo thiết kế xác định thiên cao dẫn đến cột nước địa hình thiết kế thiên cao Nếu dùng cột nước để chọn máy bơm làm thông số thiết kế máy bơm đại phận thời gian tiêu nước máy bơm làm việc với hiệu suất thấp Luận văn thạc Nguyễn Hồng Sơn – -9 – Như vậy, để xác định cột nước địa hình hợp lý, cần nghiên cứu xác định mực nước bể tháo phù hợp cho máy bơm làm việc phần lớn thời qian vùng hiệu suất cao lượng tiêu thụ mà khối lượng cơng trình khơng tăng nhiều 1.2 Tình hình hoạt động thực tế trạm bơm Lê Tính Hệ thống thủy nơng Lê Tính nằm địa bàn huyện Lâm Thao, trung tâm huyện cách thành phố Việt Trì 10 km 1.2.1 Tổng quan v huyện Lâm Thao 1.2.1.1 Điều kiện tự nhiên Lõm Thao huyện trung du nằm phía tây nam tỉnh Phú Thọ, nằm dọc theo đường 320 quốc lộ 32C Trung tâm huyện cách thành phố Việt Trì 10km Có vị trí giới hạn sau : - Phía bắc: giáp thị xã Phú Thọ huyện Phù Ninh - Phía nam: giáp Sơng Hồng - Phía đơng: giáp thành phố Việt Trì - Phía tây: giáp Sơng Thao huyện Tam Nơng Tổng diện tích tự nhiên tồn huyện 9.754,59 ha.Trong đất nơng lâm nghiệp 5.269,46 Có 14 xã thị trấn, dân số 111.100 người, mật độ dân số trung bình 1140 người/Km2, bình qn đất nơng nghiệp 480 m2/người, tỷ lệ phát triển dân số trung bình từ 0,8-1% tỷ lệ người kinh chiếm 100% Về kinh tế : Lâm Thao huyện có nhiều lợi nơng nghiệp tốc độ phát triển chậm, ảnh hưởng thiên tai, bão lốc, sâu bệnh nên chưa khai thác hết tiềm đất đai lao động Các yếu tố khí tượng thuỷ văn, mực nước khu vực sau: 1/ Nhiệt độ khơng khí: Đơn vị (0C) - Nhiệt độ lớn : 410c Luận văn thạc Nguyễn Hồng Sơn – - 10 – - Nhiệt độ nhỏ : 407 - Nhiệt độ trung bình nhiều năm (n = 22 năm) T I II III 8.5 9.6 IV V VI VII VIII Bảng: 1.1 IX X XI XII ĐT Tmax 26.1 28.3 30.5 32.9 36.9 37.1 36.8 36.3 34.8 29.5 29.5 27.5 Tmin TTB 12.2 16.2 19.8 22.4 22.9 23.0 21.0 16.3 12.9 9.3 16.0 16.9 19.8 23.5 26.9 28.5 28.5 28.1 26.9 23.2 20.9 17.8 2/ Độ ẩm tương đối không khí (%) - Độ ẩm tương đối trung bình năm 84% - Độ ẩm tương đối TB tháng năm 1997 Bảng: 1.2 I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII 79 84 86 86 89 86 82 87 92 89 83 83 3/ Nắng: Đơn vị - Số nắng năm lớn nhất: 1452 (năm 1990) - Số nắng năm nhỏ nhất: 1130 (năm 1997)Số nắng qua tháng năm 1997 Bảng: 1.3 I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII 56 19 28 197 164 66 163 111 158 129 32 4/ Bốc hơi: Đơn vị mm - Lượng bốc năm lớn : 1154,3 mm - Lượng bốc năm nhỏ : 740,2 mm - Lượng bốc năm trung bình 872,6 mm - Lượng bốc tháng trung bình nhiều năm (27 năm) Luận văn thạc Nguyễn Hồng Sơn –