nghiên cứu cơ sở khoa học vận hành tối ưu các công trình điều tiết trên các trục tiêu chính hệ thống các trạm bơm tiêu hà nam - nam định

MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 1. Sự cần thiết của đề tài 1 2. Mục tiêu nghiên cứu 1 3. Phương pháp nghiên cứu 1 4. Nội dung nghiên cứu 2 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 3 1.1 Tổng quan tình hình khu vực 3 1.1.1 Vị trí địa lý 3 1.1.2 Đặc điểm địa hình 3 1.1.3 Đặc điểm khí hậu, thủy văn 4 1.1.4 Đặc điểm đất đai thổ nhưỡng 7 1.2 Tổng quan về các kết quả nghiên cứu tính toán hệ thống sông ở ngoài nước. 8 1.3 Tổng quan về các kết quả nghiên cứu tính toán hệ thống sông ở trong nước 11 1.4 Nhận xét chung: 13 1.5 Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu 14 CHƯƠNG II: CƠ SỞ DỮ LIỆU VÀ HIỆN TRẠNG THỦY LỢI 17 2.1 Nhiệm vụ và quy mô hệ thống 17 2.2 Hiện trạng các con sông chính trong hệ thống 17 2.3 Hiện trạng các công trình trong hệ thống 19 2.3.1 Công trình đầu mối 20 2.3.2 Hệ thống kênh mương và các công trình trên kênh 22 2.4 Đánh giá hiện trạng các công trình đã có. 23 2.5 Tài liệu thủy văn 24 2.5.1 Tài liệu mưa 24 2.5.2 Tài liệu địa hình 26 2.6 Phân khu tiêu 27 2.6.1. Mục tiêu phân khu, phân ô tiêu 27 2.6.2. Những cơ sở và nguyên tắc để phân khu, phân ô tiêu 28 2.6.3. Xác định các trục tiêu và phân khu tiêu 30 2.6.4. Phân ô trong các khu tiêu đã được xác định 31 2.6.5. Xác định quan hệ F ~ Z theo ô, theo khu và toàn hệ thống 34 CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH, TÍNH TOÁN VÀ ĐỀ XUẤT CƠ SỞ KHOA HỌC VẬN HÀNH TỐI ƯU HÓA HỆ THỐNG 35 3.1 Cơ sở lý thuyết 35 3.1.1 Phương pháp nghiên cứu 35 3.1.2 Mô hình thủy lực VRSAP 35 3.3. Mô hình tiêu úng nội đồng 36 3.3.1. Mục đích tính toán mô hình 36 3.3.2. Cấu trúc của mô hình 36 3.3.3. Điều kiện tính toán 39 3.4. Kiểm định mô hình tiêu úng 41 3.4.1. Kết quả tính toán từ mô hình 41 3.4.2 Diễn biến diện tích đất ngập tại mỗi phân khu tiêu 44 3.4.3 Tổng hợp kết quả tính để chọn phương án 56 Kết luận 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 61 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Phân bố cao độ ruộng đất khu vực Nam Hà 4 Bảng 1.2 Đặc trưng khí hậu trung bình trạm Nam Định. 5 Bảng 2.1 Các thông số thiết kế của 6 trạm bơm động lực 20 Bảng 2.2 Công trình đầu mối của các lưu vực tiêu 21 Bảng 2.3 Công trình đầu mối của các phân khu tưới 22 Bảng 2.4 Hệ thống kênh trục tiêu chính và các công trình trên kênh 22 Bảng 2.5 Tỷ lệ lưu lượng của các trạm bơm so với thiết kế 23 Bảng 2.6 Lượng mưa bình quân tháng của 25 một số trạm khí tượng trong vùng (mm) 25 Bảng 2.7 Lượng mưa ngày lớn nhất của một số trạm khí tượng trong vùng (mm) 25 Bảng 2.9 Phân bố cao độ ruộng đất khu vực 6 TBĐL 26 Bảng 2.10 Bảng phân bố diện tích theo cao độ toàn vùng 6 trạm bơm(ha) 27 Bảng 2.11 Kết quả phân khu tiêu hệ thống 6 trạm bơm 32 Bảng 2.12 Kết quả phân ô tiêu hệ thống 6 trạm bơm 33 Bảng 3.1 Các chỉ tiêu đặc trưng của các trục tiêu chính 37 Bảng 3.2 Số mặt cắt địa hình của mạng sông, kênh tiêu chính 38 Bảng 3.3 Chỉ tiêu kỹ thuật của các công trình điều tiết 39 Bảng 3.4 Bảng các tổ hợp đóng mở cống 42 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Bản đồ khu tiêu Nam Hà 6 Hình 2.1 Mô hình lượng mưa dng trong tính toán 26 Hình 3.1 Hiệu chỉnh mô hình mực nước tại Như Trác và tại Cầu Sắt 42 Hình 3.2 Biểu đồ diện tích ngập trường hợp 12 của khu tiêu Như Trác. 45 Hình 3.3 Biểu đồ diện tích ngập trường hợp 18 của khu tiêu Như Trác. 45 .Hình 3.4 Biểu đồ diện tích ngập trường hợp 38 của khu tiêu Như Trác. 46 Hình 3.5 Biểu đồ diện tích ngập khu tiêu Như Trác. 46 Hình 3.6 Biểu đồ diện tích ngập trường hợp 4 của khu tiêu Hữu Bị. 47 Hình 3.7 Biểu đồ diện tích ngập trường hợp 64 của khu tiêu Hữu Bị. 48 Hình 3.8 Biểu đồ diện tích ngập trường hợp 34 của khu tiêu Hữu Bị. 48 Hình 3.9 Biểu đồ diện tích ngập khu tiêu Hữu Bị 49 Hình 3.10 Biểu đồ diện tích ngập trường hợp 2 của khu tiêu Cốc Thành. 50 Hình 3.11 Biểu đồ diện tích ngập trường hợp 18 của khu tiêu Cốc Thành. 50 Hình 3.12 Biểu đồ diện tích ngập trường hợp 63 của khu tiêu Cốc Thành. 51 Hình 3.13 Biểu đồ diện tích ngập khu tiêu Cốc Thành 51 Hình 3.14 Biểu đồ diện tích ngập trường hợp 2 của khu tiêu Vĩnh Trị. 52 Hình 3.15 Biểu đồ diện tích ngập trường hợp 64 của khu tiêu Vĩnh Trị. 53 Hình 3.16 Biểu đồ diện tích ngập trường hợp 35 của khu tiêu Vĩnh Trị. 53 Hình 3.17 Biểu đồ diện tích ngập khu tiêu Vĩnh Trị 54 Hình 3.18 Biểu đồ diện tích ngập trường hợp 2 của khu tiêu Cổ Đam. 55 Hình 3.19 Biểu đồ diện tích ngập trường hợp 58 của khu tiêu Cổ Đam. 55 Hình 3.20 Biểu đồ diện tích ngập trường hợp 64 của khu tiêu Cổ Đam. 56 Hình 3.21 Biểu đồ diện tích ngập khu tiêu Cổ Đam 56 Hình 3.22 Biểu đồ diện tích ngập trường hợp 3 của 5 khu vực tiêu. 57 Hình 3.23 Biểu đồ diện tích ngập trường hợp 18 của 5 khu vực tiêu. 57 Hình 3.24 Biểu đồ diện tích ngập trường hợp 61 của 5 khu vực tiêu. 58 Hình 3.25 Biểu đồ diện tích ngập của 5 khu tiêu 58 Hình 3.26 Biểu đồ các trường hợp cho diện tích ngập nhỏ nhất 59 1 M U 1. S cn thit ca ti Hà Nam và Nam Định là hai tỉnh thuộc vùng đồng chiêm trũng v v mựa ma l thờng xuyên trong tình trạng ngập úng. gii quyt tỡnh trng nay, h thng cỏc trm bm ln ó c xõy dng t nhng nm 1970. Tuy nhiờn, cụng trỡnh u mi cng nh h thng kờnh mng, cụng trỡnh trờn kờnh ó trờn 40 nm khai thỏc, s dng, n nay ó xung cp nghiờm trng. Cỏc thit b mỏy múc cụng trỡnh u mi hng húc, xung cp nờn hiu sut bm khụng cao . Cỏc cụng trỡnh iu tit gia cỏc phõn khu cha hot ng hp l v hiu qu . Chớnh vỡ vy vic nghiờn cu cỏc phng ỏn vn hnh ti u cỏc cụng trỡnh iu tit trờn cỏc trc tiờu chớnh h thng cỏc trm bm tiờu trong khu vc l ht sc cn thit. 2. Mc tiờu nghiờn cu Nghiờn cu nhm tỡm ra cỏc phng ỏn úng /m phi hp cỏc cng sao cho din tớch ngp ca cỏc khu tiờu l nh nht t ú tỡm ra c phng ỏn hp lý nht cho din tớch vựng tiờu l ln nht. 3. Phng phỏp nghiờn cu (1) Tip cn tnghp Xem khu vc nghiờn cu l mt phn ca lu vc tiờu, trong ú cỏc iu kin cu thnh h thng gm: a hỡnh, a cht, khớ hu, nc, sinh vt, con ngi, phng thc qun lý, khai thỏc .v.v, l cỏc thnh phn ca h tng tỏc cú quan h rng buc, tỏc ng ln nhau. (2) Tip cn k tha, phỏt trin cỏc kt qu nghiờn cu v tip thu cụng ngh + Tip cn cỏc kt qu nghiờn cu v tớnh toỏn ng lc hc dng chy trờn th gii v trong nc nht l cỏc kt qu vng nghiờn cu. + S dng cỏc cụng c tiờn tin trin khai thc hin ti nh: S dng cỏc phn mm VRSAP (Vietnam River System and Plan , GS Nguyn Nh Khuờ ) c ci biờn bi GVHD v cỏc ph n mm ng dng khỏc phc v cụng tỏc tớnh toỏn, d bỏo mc nc khu vc. 2 4. Nội dung nghiên cứu - Thu thập các tài liệu về điều kiện tự nhiên, những thông số kỹ thuật cơ bản của khu vực nghiên cứu. - Thu thập số liệu cao trình các cống then chốt làm việc trong khu tiêu - Tính toán thủy lực hệ thống sông nội đồng - Tính toán xác định được phạm vi ngập úng: diện tích ngập, mức độ ngập 3 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan tình hình khu vực 1.1.1 Vị trí địa lý Hệ thống thủy nông Nam Hà là hệ thống liên tỉnh, bao gồm tỉnh Hà Nam ở phía Bắc và tỉnh Nam Định ở phía Nam, nm trải dài từ 20°36’15” đến 20°36’45” vĩ độ Bắc, bề ngang kéo dài từ 105°55’ đến 106°13’ kinh độ Đông. Địa giới hành chính được giới hạn bởi: - Phía Bắc và Đông Bắc là sông Hồng, giáp với tỉnh Thái Bình. - Phía Tây và Tây Bắc là sông Đáy, giáp với huyện Duy Tiên, Kim Bảng. - Phía Đông và Đông Nam là sông Đào, giáp với huyện Nam Trực, Nghĩa Hưng. - Phía Nam và Tây Nam là sông Đào và sông Đáy, giáp với tỉnh Ninh Bình và huyện Nghĩa Hưng. 1.1.2 Đặc điểm địa hình Lưu vực có tổng diện tích tự nhiên 85.326 ha, với địa hình phức tạp, cao thấp xen kẽ, nhiều khu lòng chảo. Khu vực gồm các đơn vị hành chính: các huyện Lý Nhân, Thanh Liêm, Bình Lục, Vụ Bản, Ý Yên, Mỹ Lộc, thành phố Phủ Lý và thành phố Nam Định. Ruộng đất phần lớn có cao độ +0,75 - +1,5m; một số vùng cao ở Bắc Lý Nhân, ven sông Đào, sông Châu; một số vng đất trũng cốt +0,7 - +0,8m ở Bình Lục, Ý Yên, Vụ Bản; một số nơi có đồi núi như ở Vụ Bản, Thanh Liêm, Ý Yên. Tình hình phân bố cao độ ruộng đất được thể hiện trong Bảng 1.1 4 Bảng 1.1 Phân bố cao độ ruộng đất khu vực Nam Hà Cao độ (m) Diện tích (ha) Tỷ lệ (%) % cộng dồn < 0,5 3.113,75 3,65 3,65 0,5 - 0,75 12.857,75 15,07 18,72 0,75 - 1,0 22.127,15 25,93 44,65 1,0 - 1,25 16.506,87 19,34 63,99 1,25 - 1,5 8.567,78 10,04 74,03 1,5 - 1,75 6.046,78 7,09 81,12 1,75 - 2,0 4.098,62 4,80 85,92 2,0 - 3,0 6.384,12 7,48 93,40 > 3,0 2.491,25 2,92 96,32 Đồi núi 406,25 0,48 96,80 Ao hồ 2.734,86 3,20 100,00 Với đặc điểm địa hình khu vực cao thấp xen kẽ, nhiều nơi lng chảo, đặc biệt với diện tích đất màu và phi canh tác 31.639 ha (chiếm 37%) nên việc đầu tư giải quyết tiêu úng cho khu vực còn gặp nhiều khó khăn và tốn kém. 1.1.3 Đặc điểm khí hậu, thủy văn Có thể nói đặc điểm khí hậu của vùng mang tính chất chung của vng đồng bng Bắc Bộ, trong năm chia ra hai ma mưa và khô rõ rệt. - Nhiệt độ trung bình nhiều năm 23,5°C, thấp nhất tuyệt đối là 5°C và cao nhất tuyệt đối là 40°C. Tháng nóng nhất là tháng VII (29,2°C), tháng lạnh nhất là tháng I (16,3°C). - Độ ẩm các tháng trung bình đều lớn hơn 80%, độ ẩm trung bình nhiều năm tại Nam Định là 86%, cao nhất là tháng III (91%) và thấp nhất là tháng VII (82%). - Tốc độ gió trung bình nhiều năm tại Nam Định là 2,3 m/s, tốc độ gió trung bình tháng không có sự thay đổi nhiều giữa các tháng, trong đó lớn nhất vào các tháng X (2,5 m/s), nhỏ nhất vào tháng III (2,0 m/s). Tốc độ gió lớn nhất từng đo 5 được tại Nam Định là 48 m/s, trong mùa mưa lũ tốc độ gió lớn nhất thường xảy ra vào các tháng VIII, IX và X. - Lượng bốc hơi trung bình nhiều năm đo bng ống piche là 800 - 840 mm. Tại Nam Định là 810 mm, trong đó tháng lớn nhất đạt 103 mm (tháng VII) và nhỏ nhất là 38 mm (tháng III) - Lượng mưa trung bình nhiều năm từ 1500 - 1800 mm, ma mưa thường từ tháng V đến tháng X, tháng mưa lớn nhất là tháng VIII, lượng mưa 3 tháng lớn nhất (VII, VIII, IX) chiếm hơn 60% tổng lượng mưa cả năm. Tại Nam Định lượng mưa trung bình nhiều năm đạt 1740 mm, tháng mưa nhiều nhất là tháng IX (320 mm), và mưa ít nhất vào tháng III (7,8 mm). Nguyên nhân gây mưa lớn của khu vực thường do bão, áp thấp nhiệt đới, dải hội tụ nhiệt đới Các trận mưa lớn lịch sử trong khu vực là tháng VIII/1971, tháng IX/1985. Hai năm này do mưa lớn đã gây lũ lụt rất nghiêm trọng trên lưu vực sông Đáy và vng hạ lưu dẫn đến ngập úng trên diện rộng, một số nơi bị vỡ đê. Một số thông số khí hậu bình quân của trạm Nam Định như trong Bảng 1.2 Bảng 1.2 Đặc trưng khí hậu trung bình trạm Nam Định. Tháng Đặc trưng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Cả năm Nhiệt độ (°C) 16,3 17,1 19,6 23,3 27,1 28,7 29,2 28,5 27,3 25,2 21,3 18,0 23,5 Độ ẩm (%) 86 89 91 90 86 83 82 86 86 85 83 84 86 Gió (m/s) 2,4 2,3 2,0 2,3 2,4 2,3 2,4 2,0 2,2 2,5 2,2 2,3 2,3 Mưa (mm) 24,5 29,5 7,8 93,3 172,5 205,2 232,6 299,3 320,7 224,6 64,2 27,1 1740 Bốc hơi (mm) 52 39 38 48 82 91 103 76 68 78 71 65 810 6 Hình 1.1 Bản đồ khu tiêu Nam Hà [...]... là những trục tiêu chính của các trạm bơm lớn được liên hệ với nhau bằng các cống và đập điều tiết hoặc âu thuyền Các công trình điều tiết giữa các phân khu chưa hoạt động hợp lý và hiệu quả Chính vì vậy việc nghiên cứu các phương pháp vận hành tối ưu các công trình điều tiết trên các trục tiêu chính hệ thống các trạm bơm tiêu trong khu vực là hết sức cần thiết Nghiên cứu này nhằm tìm ra các phương án... xác định * Nguyên tắc: - Việc phân ô chỉ tiến hành trong các khu tiêu liên hoàn - Dựa trên các trục tiêu đã được xác định, tiến hành phân ô tiêu vào các trục tiêu chính - Do kênh tiêu cấp 2 rất nhiều nên phương châm là kết hợp một số kênh thích hợp tạo thành ô tiêu - Ô tiêu được phân theo hai bờ của các kênh trục tiêu của từng khu tiêu - Khi ô tiêu được xác định thì các nút tiêu vào các trục tiêu chính. .. khăn cho công tác điều hành tiêu b Nguyên tắc chủ yếu để phân khu, phân ô tiêu * Nguyên tắc phân khu: U U - Dựa trên thực tế đã điều hành tiêu của hệ thống qua 25 năm hoạt động - Dựa trên hệ thống các kênh trục tưới, tiêu, công trình điều tiết đã được xây dựng và hoạt động qua một thời gian dài - Dựa trên bình đồ 1/10.000 toàn bộ hệ thống được xây dựng năm 1963 1964 - Dựa trên quá trình nghiên cứu quy... mối quan hệ giữa các trục tiêu đó như sau: - Trạm bơm Như Trác: trục chính là kênh Long Xuyên và kênh Như Trác, được liên hệ với trục tiêu Hữu Bị qua cống Vùa (cuối kênh Long Xuyên nối vào sông Châu) - Trạm bơm Hữu Bị: trục tiêu chính là sông Châu, được liên hệ với Như Trác qua cống Vùa, liên hệ với Cốc Thành qua cống 3/2, liên hệ với Vĩnh Trị qua cống An Bài - Trạm bơm Cốc Thành: các trục tiêu chính. .. đầu mối trạm bơm mới được bổ sung để nâng cao hệ số tiêu, bao gồm: trạm bơm Quán Chuột, Sông Chanh, Kinh Thanh, Quỹ Độ, Yên Bằng, Yên Quang, Quang Trung, Đinh Xá, Triệu Xá - Hệ thống với các đầu mối nêu trên là một hệ thống liên hoàn, khi tiêu có thể hỗ trợ lẫn nhau; hoặc có thể tách rời thành từng khu tiêu độc lập bằng các công trình điều tiết trên các trục tiêu chính - Thực chất, với các công trình. .. với các kênh trục tưới tiêu cấp dưới đã có - Có chú ý thích đáng tới khả năng vận hành tách nhập khu tiêu này với khu tiêu khác, ô tiêu khu này với ô tiêu khác (hoặc ô tiêu ở khu khác) - Xác định rõ các ô tiêu phải bơm của từng khu trong hàng loạt ô tiêu tự chảy của khu đó - Xây dựng được sơ đồ tiêu cho toàn hệ thống và từng khu tiêu 30 2.6.3 Xác định các trục tiêu và phân khu tiêu 2.6.3.1 Xác định các. .. nêu, các sông trục tiêu đã xác định, các công trình điều tiết đã được xây dựng, hệ thống thuỷ nông 6 trạm bơm điện lớn Hà Nam Nam Định được phân làm 2 loại khu tiêu: - Những khu tiêu độc lập (không đưa vào mạng điều khiển chung) đó là những trạm bơm Quang Trung, Yên Bằng, Yên Quang, Quán Chuột, Đinh Xá, Triệu Xá, Quỹ Độ, Nhâm Tràng và Kinh Thanh - Những khu tiêu lập thành hệ thống liên hoàn (được thống. .. đề xuất nghiên cứu bổ sung - Tuân thủ đặc điểm của hệ thống là vừa tiêu liên hoàn, vừa tiêu tách rời, vừa có những khu vực độc lập không đưa vào mạng điều khiển chung - Kết hợp hài hoà theo lưu vực tiêu và địa bàn kinh tế - xã hội * Nguyên tắc phân ô tiêu: U U - Từ các khu tiêu sẽ tiến hành phân các ô tiêu theo bờ trái và bờ phải của các trục tiêu chính để xác định các nút tiêu - Giới hạn các ô phải... đầu tư xây dựng và một số đề xuất nghiên cứu bổ sung - Dựa trên các tài liệu cơ bản thu thập được của hệ thống 2.6.2.2 Nguyên tắc để phân khu và phân ô tiêu a Tóm tắt một số đặc điểm chính của hệ thống - Hệ thống thuỷ nông 6 trạm bơm điện lớn Hà Nam - Nam Định được tiêu bằng động lực, qua 6 đầu mối chính là Như Trác, Hữu Bị (ra sông Hồng); Cốc Thành (ra sông Đào - Nam Định) ; Nhâm Tràng, Cổ Đam, Vĩnh... Những cơ sở và nguyên tắc để phân khu, phân ô tiêu Việc phân khu, phân ô tiêu được dựa trên những cơ sở và nguyên tắc sau: 2.6.2.1 Những cơ sở chủ yếu - Dựa trên hiện trạng hệ thống tiêu đã được xây dựng - Dựa trên văn bản duyệt quy hoạch bổ sung của Bộ Thuỷ lợi (cũ) số 842 CV/Thuỷ lợi ngày 11 tháng 5 năm 1994 - Dựa trên việc khảo sát và vận hành của hệ thống tiêu từ 25 năm nay - Dựa trên các công trình . việc nghiên cứu các phương pháp vận hành tối ưu các công trình điều tiết trên các trục tiêu chính hệ thống các trạm bơm tiêu trong khu vực là hết sức cần thiết. Nghiên cứu này nhm tìm ra các. hệ thống, mang lại hiệu quả kinh tế cao vẫn cn gặp những khó khăn nhất định. Chính vì vậy việc " Nghiên cứu cơ sở khoa học vận hành tối ưu các công trình điều tiết trên các trục tiêu chính. trục tiêu chính hệ thống các trạm bơm tiêu Hà Nam- Nam Định& quot; để các cơ quan quản l có thể chủ động xây dựng kế hoạch vận hành một cách khoa học, sử dụng tài nguyên một cách hợp l và bền