Vấn đề tính toán tiêu nước cho các vùng nông nghiệp đang phát triển khu công nghiệp tập trung

VẤN ĐỀ TÍNH TOÁN TIÊU NƯỚC CHO CÁC VÙNG NÔNG NGHIỆP ĐANG PHÁT TRIỂN KHU CÔNG NGHIỆP TẬP TRUNG PGS TS Dương Thanh Lượng ThS Lưu Văn Quân TÓM TẮT Việt Nam trình đẩy mạnh công nghiệp hoá, đại hoá Trên tất tỉnh thành phố nước, khu công nghiệp xây dựng với tốc độ nhanh chóng Các khu công nghiệp tập trung nằm xen lưu vực hệ thống tiêu với tỷ trọng diện tích tăng dần ngày ảnh hưởng lớn tới hệ thống tiêu có Thực tế đặt vấn đề cấp bách mang tính thời cần xem xét nhu cầu tiêu nước cho vùng nông nghiệp phát triển khu công nghiệp tập trung Trên sở đề biện pháp thích hợp nhằm nâng cao hiệu khai thác công trình thuỷ lợi có, đồng thời giảm thiểu tác động tiêu cực tới hệ thống tiêu việc xây dựng khu công nghiệp I ĐẶT VẤN ĐỀ Tình hình phát triển khu công nghiệp nước ta Trước năm 1975, ngành công nghiệp nước ta non trẻ, quy mô nhỏ, tập trung vào số lĩnh vực thiết yếu Sau năm 1986, với sách mở cửa Đảng Nhà nước, kinh tế nước ta bước sang chế thị trường, công nghiệp dịch vụ khuyến khích phát triển, hàng loạt doanh nghiệp tư nhân, tập thể, nhà nước nước thành lập mở rộng sản xuất kinh doanh Đặc biệt kể từ năm 1995 đến năm 2005, cấu kinh tế nước ta có chuyển dịch hợp lý theo hướng công nghiệp hoá Cụ thể là: - Tỷ trọng công nghiệp xây dựng GDP tăng từ 28,8% năm 1995 lên 41% năm 2005, tỷ trọng công nghiệp chế biến tăng từ 80,57% năm 1995 lên 84,91% năm 2005, tỷ trọng công nghiệp khai thác giảm từ 13,45% năm 1995 xuống 9,11% - Trong nội công nghiệp, tỷ trọng khu vực doanh nghiệp nhà nước giảm từ 50,4% năm 1995 xuống 34,3% năm 2005; khu vực dân doanh có vốn đầu tư nước tăng lên, khu vực dân doanh tăng nhanh hơn, từ 24,6% lên 28,5% khu vực có vốn đầu tư nước tăng từ 25,1% lên 37,2% Trong năm 2005, ngành công nghiệp tăng thêm gần nửa triệu lao động, chiếm khoảng 13% tổng số lao động toàn xã hội (nếu tính xây dựng chiếm khoảng 18%) Nhìn lại thành lớn mà ngành công nghiệp đạt năm 2005, thấy rằng, việc tốc độ tăng trưởng giá trị sản xuất công nghiệp đạt cao (17,2%) mười năm gần đây, kim ngạch xuất hàng hóa công nghiệp đạt cao (24,5 tỷ USD) Công nghiệp địa phương, khu công nghiệp, cụm, điểm công nghiệp có bước phát triển tốt Đối với khu công nghiệp Thủ tướng định thành lập năm 2005 có 11 khu công nghiệp hình thành Tính đến Thủ tướng Chính phủ thông qua chủ trương phát triển 163 khu công nghiệp, có 112 khu có định thành lập với diện tích chiếm đất 21.829 có 70 khu vào hoạt động với 3.108 dự án đầu tư Theo Quy hoạch tổng thể phát triển ngành công nghiệp theo vùng lãnh thổ đến năm 2010, tầm nhìn đến năm 2020 vừa Thủ tướng phê duyệt, vốn đầu tư phát triển công nghiệp theo vùng lãnh thổ Việt Nam đến năm 2010 640.000670.000 tỉ đồng Tổng số lao động thu hút 755.000 lao động trực tiếp hàng triệu lao động gián tiếp bên khu công nghiệp Ngoài ra, có 400 khu, cụm, điểm công nghiệp địa phương UBND tỉnh, thành phố định thành lập Tình hình chuyển đổi đất nông nghiệp sang đất chuyên dùng cho công nghiệp Đến đầu năm 90 kỷ trước, tận dụng tối đa diện tích đất hoang hoá cho sản xuất nông nghiệp lúc đất nước bắt đầu thúc đẩy phát triển công nghiệp Với yêu cầu đất dùng cho công nghiệp phải thuận tiện giao thông, gần nguồn nguyên liệu, nhiên liệu, gần nơi tiêu thụ sản phẩm đặc biệt yêu cầu diện tích tập trung có địa hình tự nhiên cao Các khu công nghiệp hầu hết xây dựng đất sản xuất nông nghiệp, diện tích đất sản xuất nông nghiệp ngày thu hẹp nhường chỗ cho khu công nghiệp hay khu đô thị Tình hình chuyển đổi đất nông nghiệp sang đất chuyên dùng cho công nghiệp xem xét thông qua phát triển khu công nghiệp quy mô diện tích Bảng Thống kê diện tích khu, cụm công nghiệp có định số tỉnh TT 10 Tên tỉnh Số lượng khu, cụm CN Bắc Cạn Bình Phước Hà Nội Hà Tĩnh Long An Nam Định Thanh Hoá TP HCM Vĩnh Phúc Bắc Ninh 17 15 46 44 Diện tích (ha) 850 1.252 5.718 1.200 2.190 350 1.280 14.800 4.537 2.974 Quyết định phê duyệt 1604/QĐ-UB 25/2003/ 108/QĐ-UB 493/QĐ/UB-CN 2914/QĐ-UB 31/2001/QĐ-TTg 604/QĐ-TTg 188/2004/QĐ-TTg 20/2005/QĐ-UBND QHSDĐ Bảng Phân bố khu công nghiệp theo vùng lãnh thổ kế hoạch xây dựng 2006-2010 TT Vùng Tổng số khu công nghiệp Trung du miền núi phía Bắc Đồng Sông Hồng Duyên hải Trung Bộ Tây Nguyên Đông Nam Bộ Đồng sông Cửu Long Cả nước 16 31 30 23 25 128 Trong Thành lập Mở rộng 15 25 22 18 18 101 27 Tổng diện tích (ha) 2.058 6.084 4.834 354 4.381 5.102 22.813 Theo thống kê, nước có 400 khu, cụm, điểm công nghiệp tỉnh định thành lập, khu công nghiệp có diện tích từ vài chục đến vài trăm Như đất nông nghiệp phải thu hẹp hàng năm từ vài trăm đến vài nghìn tính tỉnh Các tỉnh có tốc độ công nghiệp hoá cao thường thuộc đồng nằm vùng kinh tế trọng điểm Nhu cầu đặt cho vấn đề tiêu nước phát triển khu công nghiệp Hầu hết khu công nghiệp nằm xen vùng sản xuất nông nghiệp, đất canh tác chuyển đổi sang đất chuyên dùng cho công nghiệp với tốc độ chuyển đổi nhanh đáng kể Sau khu công nghiệp xây dựng dù muốn hay không trạm bơm hệ thống tiêu nông nghiệp phải tiêu thoát nước cho khu công nghiệp Đặc điểm khu công nghiệp diện tích đường, nhà xưởng, kho bãi chiếm tỷ trọng lớn, phần diện tích nhỏ sử dụng cho công viên xanh Cao trình san khu công nghiệp thường cao nhiều so với cao độ bình quân vùng xung quanh Các diện tích khu công nghiệp có khả thấm nước trữ nước Như vậy, hầu hết lượng mưa diện tích khu công nghiệp hình thành dòng chảy đòi hỏi tiêu thoát khỏi khu công nghiệp, có phần nhỏ lượng nước chứa hệ thống đường ống thoát nước ngấm xuống phần đất thấm Do nhu cầu tiêu nước khu công nghiệp cao nhiều so với nhu cầu tiêu cho đất nông nghiệp, khu công nghiệp xây dựng lên yêu cầu tiêu hệ thống công trình đầu mối tăng thêm Tình hình đặt vấn đề làm để việc phát triển xây dựng khu công nghiệp không làm ảnh hưởng tới sản xuất nông nghiệp dân cư vùng lân cận mặt úng ngập làm để sử dụng hệ thống tiêu vốn sử dụng phục vụ cho nông nghiệp sang phục vụ cho công nghiệp Vấn đề chưa đề cập cách cụ thể chưa nghiên cứu II MỘT SỐ MÔ HÌNH TÍNH TOÁN TIÊU NƯỚC MẶT Việc tính toán nhu cầu tiêu nước cho vùng nông nghiệp phát triển khu công nghiệp tập trung phải xem xét đồng thời trình hình thành dòng chảy chế độ tiêu đất nông nghiệp đất công nghiệp Tính toán tiêu nước cho vùng tiêu tổng hợp có nhiều loại đất khác đất nông nghiệp, thổ cư, đô thị, công nghiệp, công việc phức tạp chưa nghiên cứu đầy đủ nước ta Tuy nhiên, với phương pháp lập mô hình phân tích hệ thống, cho phép mô trình nước lưu vực, đánh giá mức độ ảnh hưởng khác diện tích trình tiêu nước toàn lưu vực, giúp lựa chọn phương án quy hoạch, thiết kế quản lý tối ưu hệ thống tiêu thoát nước Sau trình bày số mô hình tính toán tiêu nước mặt áp dụng cho tính toán nhu cầu tiêu nước cho vùng nông nghiệp phát triển khu công nghiệp tập trung Mô hình ghép a Cơ sở mô hình Mô hình phân tích trình dòng chảy lưu vực dựa vào phương trình: QF  K t  Ct .i m t c , F.F ya 6    đó: Q - Lưu lượng dòng chảy; F - Diện tích lưu vực thoát nước mưa; K - Hệ số tăng giảm tính đến điều kiện khí hậu trạng thái đất; ,  - Các hệ số, rút từ hiệu giảm hệ thống;       1,8 (1) C - hệ số dòng chảy trung bình; i m t c , F - Cường độ mưa trung bình lớn với tần suất xác định; tc - Thời gian mưa tính toán, bao gồm thời gian chảy tràn mặt đất thời gian chảy trục tiêu b Ưu, nhược điểm mô hình Mô hình xét đến nhiều yếu tố ảnh hưởng đến trình tạo thành dòng chảy lưu vực Nhưng để áp dụng mô hình tính cho lưu vực cụ thể phải có đầy đủ số liệu quan trắc, đo đạc cụ thể vận tốc dòng chảy khu vực, xác định số địa phương đặc biệt phải vẽ đường đẳng thời để phân chia lưu vực thành vùng đẳng thời Tất tài liệu đòi hỏi phải có thời gian, kinh phí lớn phải có nhiều người tham gia Mô hình áp dụng để tính toán tiêu thoát nước cho đô thị Để áp dụng mô hình ghép tính toán xác định lưu lượng tháo lớn lưu vực ứng với trận mưa thiết kế tài liệu mưa, tài liệu địa hình, cần phải có tài liệu hệ số kinh nghiệm vùng, hệ số phân phối gió bão, vận tốc dòng chảy lưu vực đặc biệt phải vẽ đường đẳng thời để xác định vùng đẳng thời (đường đẳng thời tập hợp điểm hệ thống có thời gian nước chảy đến nhau) Mô hình Horton a Cơ sở thiết lập mô hình Mô hình sử dụng phổ biến tính toán quy hoạch đô thị Mỹ cho phép mô trình chảy tràn mặt đất, dựa phương trình liên tục dòng chảy Mô hình dựa phương trình rút từ việc xấp xỉ sai phân ẩn phương trình vi phân đạo hàm riêng hai chiều Một cách gần đúng, chia vùng nghiên cứu thành ô vuông hình hình Vùng nghiên cứu Hình Chia vùng nghiên cứu thành lưới ô vuông Hình Phần tử tính toán Sự thay đổi độ cao lớp nước D phần tử khoảng thời gian t cho phương trình: Q   D   i p  T   i t i 1 L   (2) đó: ip - Cường độ mưa trung bình; T - Cường độ thấm bốc hơi; Qi - Lưu lượng đơn vị chiều rộng tràn cạnh phần tử i L Lưu lượng cạnh tính theo công thức: Qi  K.D m I n L (3) đó: K - Hệ số kinh nghiệm; D - Độ cao phần tử bên cạnh; L - Chiều rộng cạnh phần tử; I - Độ dốc mặt nước; m, n - Các hệ số (chảy tầng: m=3, n=1; chảy rối: m=5/3, n=1/2; chảy độ: m=1,85, n=0,74) Sự thay đổi độ cao phần tử hình xác định theo công thức:  n m D  i p  T  K  D i sign I i  I i  t i 1   (4) sign (Ii) =1 Ii  0, sign (Ii) = 1 Ii  0, với: Ii  H i  D i   H  D  L (5) H - Cao độ trung bình phần tử, (m) Ở bước thời gian người ta tính toán cho tất phần tử khu vực nghiên cứu cung cấp trị số độ cao bước Kết tính toán trình thay đổi độ cao lớp nước tràn theo thời gian cho tất phần tử b Ưu, nhược điểm mô hình Ưu điểm mô hình cho lời giải chi tiết trình độ sâu lớp nước điểm bề mặt lưu vực Nhưng mô hình đòi hỏi số liệu chi tiết địa hình lưu vực Ngoài lưu vực phức tạp địa hình, chẳng hạn lưu vực có nhiều chướng ngại vật bị chia cắt việc chia lưới để tính toán phức tạp kết thu xác Mô hình Transfert a Cơ sở thiết lập mô hình Mô hình thực sở phương trình liên tục: dSt   it   Qt  dt (6) đó: S(t) - Độ cao trữ thời điểm t, (mm); i(t) - Cường độ mưa rơi xuống thời điểm t, (mm/phút); Q(t) - Cường độ tháo (độ cao tháo thời gian), (mm/phút) Độ cao trữ biểu thị quan hệ: S(t) = K.Q(t) (7) Trong biểu thức (7), giả thiết độ cao trữ tỉ lệ với lưu lượng tháo theo đơn vị thời gian hệ số tỷ lệ K K gọi tham số mô hình lấy theo công thức kinh nghiệm sau:  IMP  K  5,07.F 0,18 1   100   1, P 0,36 TE 0, 21L0,15 HPE 0, 07 (8) đó: K - Tham số bình quân, (phút); F - Diện tích lưu vực, (ha); IMP - % không thấm nước lưu vực; P - Độ dốc trung bình, (%); TE - Độ dài mưa nette, (phút); L - Độ dài đường tập trung nước lưu vực, (m); HPE - Độ cao mưa nette, (mm) b Ưu, nhược điểm mô hình - Mô hình cho ta tìm đường trình cường độ (hoặc lưu lượng tháo) lưu vực tính toán theo thời gian Q=Q(t) - Mô hình đề cập đến hàng loạt yếu tố hình thành nên dòng chảy lưu vực: mưa (lượng mưa, cường độ mưa, thời gian mưa), địa hình lưu vực (độ dốc, chiều dài, diện tích không thấm nước) Vì mô hình có tính chất tổng quát - Mô hình phản ánh chất đường trình cường tiêu điều tiết lượng nước đến (mưa) lưu vực - Mô hình dễ sử dụng, tài liệu dùng để tính toán dễ thu thập không đòi hỏi chi tiết - Việc xác định hệ số K phức tạp, thực tế tính toán phải dựa vào công thức kinh nghiệm (công thức (8)) - Việc xác định đại lượng công thức tính hệ số K phụ thuộc nhiều vào chủ quan nhạy cảm người tính toán - Do ưu điểm đây, nên mô hình hay sử dụng để tính tiêu cho đô thị để xác định lưu lượng tiêu thiết kế cửa lưu vực Mô hình hồ chứa mặt ruộng a Cơ sở mô hình Đối với vùng trồng lúa nước việc tưới thực biện pháp tưới ngập, điều tiết dòng chảy chủ yếu thực mặt ruộng Trên hệ thống trồng lúa người ta xây dựng mạng lưới kênh mương tưới tiêu Các bờ mạng lưới kênh với hệ thống bờ vùng bờ tạo ô ruộng P, q0, mm 1) P V1 q 0max R 2) q0=qtr V2 tmưa T1 t ttiêu Hình Đường trình: 1) mưa, 2) hệ số tiêu Trên hình thể đường nước đến từ mưa P~t (đường 1), hoạt động điều tiết ô ruộng chuyển thành đường trình q0~t (đường 2), thu việc giải hệ phương trình cân nước bản): F dZt   P  t   h t   Q  t  dt (9) đó: F diện tích ô ruộng, (m2); Z - cao trình mực nước thời điểm t, (m); P - Cường độ mưa diện tích F, (m3/s); h0 - Cường độ tổn thất ngấm bốc diện tích F, (m3/s); Q - Lưu lượng tiêu thoát khỏi diện tích F, (m3/s) Sai phân hoá phương trình trên; tính cho đơn vị diện tích; sử dụng tràn thành mỏng có cửa dạng chữ nhật để điều tiết nước ruộng; sau biến đổi hệ phương trình: H  Hi  a ) H i  i 1  36 10 b) P  h 0i  2H i1  2H i  t.m.b 2g H i   10  c) q  36 10 t.m.b 2g H i i  10 a  A  H i i d)   đó: Hi1, Hi cột nước tràn thời điểm cuối thời đoạn thứ i1 thứ i, (mm); (10) t - Bước thời gian tính toán, (h); H i - Cột nước tràn bình quân thời đoạn thứ i, (mm); Pi - Lượng mưa rơi xuống mặt ruộng thời đoạn thứ i, (mm); h0i - Lượng hao nước mưa ngấm bốc thời đoạn thứ i, (mm); b - Chiều rộng ngưỡng tràn, (m); a i - Chiều sâu lớp nước mặt ruộng, (mm); A0 - Chiều cao ngưỡng tràn, (mm) Coi A0 độ sâu lớp nước tưới lớn b Ưu, nhược điểm mô hình Mô hình có ưu điểm mô tả cách xác điều tiết và trình lưu lượng tháo từ mặt ruộng hệ thống kênh mương mô ruộng lúa với khả trữ nước bề mặt theo khả chịu ngập lúa Nhưng mô hình có nhược điểm bỏ qua điều tiết hệ thống kênh mương, áp dụng cho vùng canh tác nông nghiệp mà diện tích trồng lúa chiếm tỷ lệ lớn chiều dài đường tập trung nước diện tích lưu vực không lớn ( ... việc tính toán hệ thống tiêu cho vùng nông nghiệp phát triển khu công nghiệp tập trung cần lưu ý số vấn đề sau: - Kết hợp mô hình thuỷ văn thuỷ lực cách thống nhằm mô tiêu cho công nghiệp nông nghiệp. .. lý tối ưu hệ thống tiêu thoát nước Sau trình bày số mô hình tính toán tiêu nước mặt áp dụng cho tính toán nhu cầu tiêu nước cho vùng nông nghiệp phát triển khu công nghiệp tập trung Mô hình ghép... nghiệp Vấn đề chưa đề cập cách cụ thể chưa nghiên cứu II MỘT SỐ MÔ HÌNH TÍNH TOÁN TIÊU NƯỚC MẶT Việc tính toán nhu cầu tiêu nước cho vùng nông nghiệp phát triển khu công nghiệp tập trung phải