Vùng bao đê chống lũ tháng 8 được chọn làm đối tượng nghiên cứu việc quản lý lũ nhằm các mục tiêu: Bảo vệ thu hoạch lúa hè thu, vệ sinh đồng ruộng, tăng dưỡng chất cho đất. Quy trình quản lý lũ này cũng thích hợp cho vùng bờ đê bao chống lũ triệt để khi theo chu kỳ xả nước lũ vào vùng bao khắc phục tình trạng môi trường trong vùng bao. Trong bài viết trình bày cách phân chia giai đoạn quản lý lũ, xác định các thời điểm đóng mở cống, đồng thời cũng giải quyết vấn đề ổn định sơ đồ tính thủy lực cho bài toán đặc biệt này.
TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ 2008 SƠ ĐỒ TÍNH TỐN ĐIỀU KHIỂN LŨ VÀO CÁC VÙNG BỜ BAO TRONG ĐIỀU KIỆN LŨ TRUNG BÌNH VÀ LŨ THẤP Ở ĐBSCL COMPUTATIONAL SCHEME FOR FLOOD MANAGEMENT FOR EMBANKED AREAS WITH MEDIAN AND LOW FLOODS IN THE MEKONG DELTA ThS.NCS. Nguyễn Phú Quỳnh TĨM TẮT Vùng bao đê chống lũ tháng 8 được chọn làm đối tượng nghiên cứu việc quản lý lũ nhằm các mục tiêu: Bảo vệ thu hoạch lúa hè thu, vệ sinh đồng ruộng, tăng dưỡng chất cho đất. Quy trình quản lý lũ này cũng thích hợp cho vùng bờ đê bao chống lũ triệt để khi theo chu kỳ xả nước lũ vào vùng bao khắc phục tình trạng mơi trường trong vùng bao. Trong bài viết trình bày cách phân chia giai đoạn quản lý lũ, xác định các thời điểm đóng mở cống, đồng thời cũng giải quyết vấn đề ổn định sơ đồ tính thủy lực cho bài tốn đặc biệt này. ABSTRACT Embanked areas for August flood protection are chosen as object of flood management investigation for following goals: Protection of harvesting summer-autumn crop, plain sanitary, fertilizing soils. The process of flood management also suits absolute flood protected areas, for the moment when flood water is released into them to improve the environmental situation by periodical plan. This paper are presented separation of flood periods, determination of time points to operate sluices (open and close) and also resolution of stability requirement of computational hydraulic scheme for this specific problem. I. ĐẶT VẤN ĐỀ Để kiểm sốt lũ ở ĐBSCL diện tích ngập hàng năm được chia thành 3 vùng [1]: Vùng ngập sâu khơng kiểm sốt lũ, tại đây các khu vực trồng lúa vẫn có bờ bao khơng lớn để bảo vệ việc thu hoạch lúa hè thu sớm (chậm nhất là đầu tháng 8) và để giữ nước cuối lũ cho vụ đơng - xn. Vào lũ chính vụ của các trận lũ trên trung bình nước tự do tràn qua các bờ bao thấp khơng chịu sự điều hành của con người. 202 VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ 2008 Vùng ngập vừa kiểm sốt lũ tháng 8 là chủ yếu, tuy có nhiều diện tích được bao chống lũ triệt để nằm trong vùng này (như Chợ Mới, Thoại Sơn – An Giang). Nội dung của việc chống lũ tháng 8 là xây các bờ bao (phần lớn là bao vừa, diện tích mỗi ơ bao là 200 – 300 ha), có cống bọng để bảo vệ gặt lúa hè thu chính vụ trước khoảng 25 tháng 8 hàng năm. Sau đó chủ động tháo nước vào để vệ sinh đồng ruộng, bồi bổ dưỡng chất cho đất và giảm áp lực lũ cho tồn đồng bằng. Cuối lũ khi mực nước xuống tới mức cần thiết thì đóng các cống bọng và bơm vợi nước gieo sạ lúa đơng - xn. Vùng ngập nơng kiểm sốt lũ triệt để với các bờ bao khơng lớn vẫn có các cống bọng để lấy và tháo thay đổi nước cũng như các trạm bơm đầu nước thấp để chống úng ngập do mưa khi mực nước sơng rạch cao khơng tiêu tự chảy được. Phần lớn vùng này trồng cây ăn quả hoặc hoa màu, khả năng chịu ngập thấp. Như đã nói ở trên, những vùng ngập vừa vẫn có những diện tích bao đê chống lũ triệt để. Ở đây do kém trao đổi nước nên mơi trường đất – nước khơng cải thiện, có nơi đất bị xấu đi, sâu bệnh phát triển, nhất là ở những vùng đất có vần đề (chua phèn, bạc màu) như ở Thoại sơn (An Giang) hay Tam Nơng (Đồng Tháp). Đã bắt đầu có quy trình là ở các khu vực này cứ 3 năm/1 lần hạ cấp chống lũ xuống mức chống lũ tháng 8 [2]. Việc tính tốn thủy lực như vậy chỉ còn cần xem xét cho trường hợp điều khiển lũ cho vùng chống lũ tháng 8 (kể cả diện tích chống lũ triệt để trong vùng ngập vừa nhưng vào năm cần xả lũ hạ mức xuống chỉ còn chống lũ tháng 8). Cũng chính cho vùng ngập vừa (chủ yếu chống lũ tháng 8 cho các năm lũ trung bình) này mà vào năm lũ thấp cần đặt vấn đề tính tốn điều khiển cống bọng để vừa bảo vệ được mùa màng vừa có lợi nhất về mặt mơi trường. Đó chính là nội dung chủ yếu của bài viết này. II. TÍNH TỐN DỊNG CHẢY LŨ CHO VÙNG BAO ĐÊ CHỐNG LŨ THÁNG 8 Ở ĐBSCL VÀO NHỮNG NĂM LŨ TRÊN TRUNG BÌNH Lũ trên trung bình được hiểu là đỉnh lũ ở Tân Châu vượt mức 4,20m và đến cuối tháng 8 vượt mức 3,50m. Trừ các năm lũ lớn đặc biệt (1961, 1978, 1996, 2000,…) mực nước lũ cuối tháng 8 lớn hơn nhiều so với mức trung bình, đặc biệt như lũ 2000 cuối tháng 7 mực nước tại Tân Châu đạt đỉnh thứ nhất tới 4,35m (đỉnh thứ 2 và là đỉnh chính đạt 5,06m. Như vậy sơ đồ tính sẽ là: Đầu lũ (tháng 5 và đầu tháng 6): Khi mực nước trong đồng do mưa cao hơn mực nước kênh rạch bao quanh các cống bọng được mở hết để tiêu nước mưa, chống úng. Các cống này chỉ đóng lại khi mực nước bên ngồi cao hơn mực nước mà cây lúa đạt độ ngập vừa phải (ví dụ 1/3 thân). Lúc này là lúc tranh thủ nước ln chuyển để sơ bộ vệ sinh đồng ruộng và lấy phù sa đầu vụ. Để vệ sinh đồng ruộng tốt hơn, cống mở lấy nước lũ và cống tháo ra kênh phía hạ lưu nên bố trí đi 203 VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ 2008 kèm với 2 hệ thống kênh lấy nước, thốt nước so le nhau và được bố trí ở hai phía bờ đối diện, hãn hữu lắm mới mở cống đầu vào và đầu ra trên cùng một trục kênh. Các cống chỉ đóng lại khi mực nước ngồi ơ bao dâng cao hơn mực nước ruộng cho phép và có tính đến lượng mưa từ thời điểm đóng cống cho tới khi gặt xong lúa hè thu sao cho khơng bị lút lúa khó gặt và lúa ngã rạp dễ nảy mầm. Giữa lũ: Khi đã gặt xong lúa hè – thu và trong thời gian ngắn lũ sẽ tràn bờ bao thì các cống đều mở hết cho nước lũ vào và để cho mực nước trong đồng nhanh chóng dâng lên để đến khi tràn bờ chênh lệch mực nước trong ngồi đồng khơng lớn. Tổng khẩu độ cống phải vượt hơn khẩu độ tối thiểu để đạt được độ chênh lệch mực nước thấp được xác định trong giải pháp quản lý hệ thống cơng trình kiểm sốt lũ Tứ giác Long Xun [3]. Khi dòng chảy lũ đã tràn bờ (cả phần vào và phần ra) đường tràn có kích thước rất lớn (hàng ngàn m), vì vậy chúng tơi đã phân tích trong tính tốn bằng sơ đồ hiện sẽ mất ổn định và sơ đồ ẩn khó hội tụ, nghiệm dao động mạnh khi chênh kệch mực nước trước và sau tràn nhỏ và chảy qua tràn ở trạng thái chảy ngập (chênh lệch mực nước thượng hạ lưu zz ∆<δ với z∆ trị số nhỏ ví dụ m01,0z =∆ ) [4] . Để khử tính khơng ổn định của sơ đồ tính và để giảm thiểu sai số tính tốn chúng tơi đã đưa ra trình tự sử dụng cơng thức tính lưu lượng qua tràn như sau: II.1. Chảy tự do ∑ = i 2/3 iii H.g2.b.mQ (1) Trong đó: m i : Hệ số lưu lượng qua đường tràn chiều rộng i b (các cống tháo và đường tràn bờ bao). )i(ngthi ZZH −= : Cột nước trước tràn. th Z : Mực nước thượng lưu. )i(ng Z : Cao trình ngưỡng tràn của cống và cao trình bờ bao bị tràn. II.2. Chảy ngập Khi i)i(ngh)i(n H 3 2 ZZh >−= h Z : Mực nước hạ lưu. Ta có 2 trường hợp: (i) Khi zZZz hth ∆≥−=δ VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM 204 TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ 2008 2/1 z.MQ δ= (2) Trong đó ∑ ϕ= i )i(nii g2h.b.M (3) Với i ϕ : Hệ số lưu tốc chảy ngập của tràn i (cống, đường tràn bờ bao) (ii) Chảy ngập với zz ∆<δ δ δ δ−δ δ−δ ++ δ−∆ δ−∆ δ−δ δ−δ −∆− ∆ δ = 00 0 00 0 max z z zz zz 1 zz zz zz zz 1Q 2 1 z z .MQ 2 1 (4) Trong đó zz max Q 4 1 Q ∆=δ =∆ ; 4 z z 0 ∆ =δ Như vậy với m01,0z =∆ ta có: ( ) [ ] ( ) [ ] δδ−δ++ δ− δ−δ−−δ= zzzsign1 3 z01,0 zzsign1M5zM10Q 00 (5) Trong đó ( ) δ>δ− δ=δ δ<δ =δ−δ 0 0 0 0 zzkhi1 zzkhi0 zzkhi1 zzsign (6) (iii) Nếu tính tốn thơng qua hệ số cản phụ k c trong trường hợp chảy ngập thì khơng phải xử lý cho trường hợp chênh lệch mực nước thượng hạ lưu zδ nhỏ như ở trên và ta có [4] x.M A k 2 2 đ c ∆ = (7) Với M tính theo (3) Hệ số cản phụ này có mặt trong phương trình chuyển động viết dưới dạng: ( ) 0vvkk x z x v g v t v g 1 c =++ ∂ ∂ + ∂ ∂ + ∂ ∂ (8) Trong (7) và (8) đ A : Diện tích mặt cắt đồng đđđ hBA = . đ B : Chiều rộng mặt cắt đồng. 205 VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ 2008 đđ ZZh −= đ Z : Cao trình mặt ruộng đ A Q v = Tốc độ dòng chảy trên đồng 3 4 đ 2 h n k = Hệ số cản dọc đường với hệ số nhám n III. TÍNH TỐN THỦY LỰC CHO VÙNG BAO ĐÊ (CHỐNG LŨ THÁNG 8 HOẶC CHỐNG LŨ TRIỆT ĐỂ KHI CẦN THÁO LŨ) VỚI LŨ THẤP Trong lũ thấp, giai đoạn mở cống đầu lũ khi mực nước trong đồng và mực nước xung quanh ơ bao thấp hơn mực nước cho phép ngập của lúa có thể được kéo dài hơn và có thể có hoặc khơng có giai đoạn 2 phải đóng cửa cống để giữ mực nước ruộng thuận lợi cho thu hoạch lúa. Do hiện nay chưa có khả năng dự báo lũ trung hạn đủ chính xác nên để điều khiển đóng mở cống tại các ơ bao ta tiến hành theo các bước sau: (i) Chọn thời điểm (dự báo) ngày cuối cùng thu hoạch xong (t har ) cho lúa hè - thu của ơ bao cụ thể. (ii) Định mực nước cao nhất đến thời điểm T thu hoạch lúa xong có thể cho phép ở thời điểm này hZZ rngmax ∆+= h∆ : Độ ngập cho phép của cây lúa khi thu hoạch (40 – 50cm) tùy thuộc theo giống lúa và độ ngả rạp của cây lúa (iii) Căn cứ vào cường suất lũ tại thời điểm t hiện tại (cỡ đầu tháng 8) t z a ∂ ∂ = và mực nước lũ Z lũ cùng thời điểm để xác định khoảng thời gian τ để lũ đạt mực nước Z max a ZZ lumax − =τ Thời điểm t op để thao tác mở tất cả các cống đưa nước vào ơ bao τ−= Tt op (iv) Nếu tt op ≤ thì cần thao tác mở cống ngay, ngược lại sẽ mở cống vào thời điểm top. Vào năm lũ thấp đặc biệt (như lũ 1998) có thể lấy thời điểm tính tốn t sớm hơn ví dụ giữa tháng 7. Trong q trình mở cống tại các thời điểm t VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM 206 TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ 2008 khác nhau cần tính thời gian t op . Nếu tại thời điểm nào đó op tt ≤ thì phải đóng các cống tháo nước ngay, sau đó lại tính t op cho các thời điểm sau để quyết định có mở lại cống khơng. (v) Nếu harop tt > thì mở cống ngay thời điểm gặt xong t har hoặc trước thời điểm gặt xong (sớm hơn t har ). (vi) Cho hết trận lũ tới khi đóng các cửa cống để giữ nước cho vụ đơng – xn tính tổng lượng nước vào ra ơ bao nhằm đánh giá hiệu quả của việc điều hành lũ. Có thể đánh giá riêng lượng nước tràn qua mặt ruộng vào đầu lũ (có thể nhiều phù sa hoặc là nước chua đầu mùa). IV. THẢO LUẬN Việc tính tốn điều khiển nước lũ đưa vào vùng bao đê cần hết sức uyển chuyển nhằm bảo vệ được việc gặt lúa đơng – xn. Nhưng lấy được nhiều nước tốt cải thiện mơi trường đất và nước trong vùng bao cần chia giai đoạn đầu lũ, giai đoạn bảo vệ lúa và giai đoạn cuối lũ, đồng thời có ứng xử kịp thời khi gặp lũ dưới trung bình và lũ thấp. Tính tốn thủy lực cho dòng tràn qua bờ bao thường gặp phải độ chênh lệch mực nước trong và ngồi bờ bao khơng lớn. Để sơ đồ tính ổn định trong trường hợp đó đã vận dụng kết quả nghiên cứu trước ([4]) để đưa ra quy trình tính hiệu quả, tránh được sự cố trong tính tốn. Quy trình quản lý lũ, đặc biệt là lũ thấp được lập cho vùng bao đê chống lũ tháng 8 cũng có thể dùng cho vùng bao chống lũ triệt để vào những năm ln phiên cần lấy nước lũ vào để cải thiện mơi trường vùng bao và tình trạng đất bạc màu. Địa chỉ ứng dụng quy trình tính tốn quản lý lũ này là vùng Tứ giác Long Xun thuộc các tỉnh An Giang, Kiên Giang và một phần tỉnh Cần Thơ. V. KẾT LUẬN Bờ bao chống lũ cơ bản đã được xây dựng ở vùng ngập lũ ĐBSCL. Tuy nhiên vùng bao đê vẫn cần có lũ để làm vệ sinh mơi trường và bồi bổ đưỡng chất cho ruộng đất. Việc quản lý lũ cho vùng bao đê đặc biệt là cho vùng lũ thấp là rất quan trọng. Chúng tơi lấy việc quản lý vùng bao chống lũ tháng 8 làm đối tượng điển hình để nghiên cứu với việc phân giai đoạn và giải quyết vấn đề ổn định sơ đồ tính thủy lực khi mực nước chênh lệch trong và ngồi bờ bao khơng lớn. 207 VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ 2008 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Tơ Văn Trường và nnk (1999). “Quy hoạch lũ ĐBSCL”. Tài liệu quy hoạch Viện Quy hoạch Thủy lợi miền Nam. 2. Nguyễn Ân Niên và nnk (2004). “Nghiên cứu giải pháp quản lý hệ thống cơng trình kiểm sốt lũ Tứ giác Long Xun”. Đề tài trọng điểm cấp Bộ. 3. Nguyễn Phú Quỳnh – Nguyễn Ân Niên (2007). “Xác định khẩu độ cống tháo nước vào vùng bao đê nhằm bảo vệ ổn định bờ bao vùng ĐBSCL”. Báo cáo hội nghị Cơ học Thủy khí tồn quốc năm 2007. 4. Nguyễn Phú Quỳnh – Nguyễn Ân Niên (2007). “Phương pháp tính dòng tràn qua các bờ bao chống lũ ở ĐBSCL”. Báo cáo tại hội nghị Cơ học tồn quốc lần 8. Người phản biện: PGS.TS. Tăng Đức Thắng VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM 208 . này. ABSTRACT Embanked areas for August flood protection are chosen as object of flood management investigation for following goals: Protection of harvesting summer-autumn crop, plain sanitary, fertilizing. flood management also suits absolute flood protected areas, for the moment when flood water is released into them to improve the environmental situation by periodical plan. This paper are presented separation. are presented separation of flood periods, determination of time points to operate sluices (open and close) and also resolution of stability requirement of computational hydraulic scheme for