Nghiên cứu xây dựng cơ sở khoa học đề xuất giải pháp nhằm nâng cao năng lực và hiệu quả của hệ thống tiêu Bắc Nam Hà trong điều kiện biến đổi khí hậu nước biển dâng

Nghiên cứu xây dựng cơ sở khoa học đề xuất giải pháp nhằm nâng cao năng lực và hiệu quả của hệ thống tiêu Bắc Nam Hà trong điều kiện biến đổi khí hậu nước biển dâng Nghiên cứu xây dựng cơ sở khoa học đề xuất giải pháp nhằm nâng cao năng lực và hiệu quả của hệ thống tiêu Bắc Nam Hà trong điều kiện biến đổi khí hậu nước biển dâng Nghiên cứu xây dựng cơ sở khoa học đề xuất giải pháp nhằm nâng cao năng lực và hiệu quả của hệ thống tiêu Bắc Nam Hà trong điều kiện biến đổi khí hậu nước biển dâng Nghiên cứu xây dựng cơ sở khoa học đề xuất giải pháp nhằm nâng cao năng lực và hiệu quả của hệ thống tiêu Bắc Nam Hà trong điều kiện biến đổi khí hậu nước biển dâng

MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài nghiên cứu Hệ thống tiêu Bắc Nam Hà (BNH) hệ thống tiêu động lực lớn Việt Nam, với tổng diện tích tiêu 85.326 thuộc khu vực đồng chiêm trũng tỉnh Nam Định, Hà Nam Trước xây dựng hệ thống trạm bơm điện lớn, vùng bị úng ngập nghiêm trọng, tình trạng ngập úng thường xuyên diễn mùa mưa, với trận mưa 150mm gây ngập lụt cho toàn vùng thời gian dài người dân phải lên “Thà cho xong, lấy chồng chốn đồng chiêm”, cảnh sống ngâm da chết ngâm xương Trong thập niên 1960 - 1970, Nhà nước đầu tư xây dựng hệ thống trạm bơm điện lớn: Như Trác, Hữu Bị, Cốc Thành, Cổ Đam, Vĩnh Trị, Nhâm Tràng với tổng lưu lượng bơm tiêu 220 m3/s, hệ số tiêu bình qn tồn vùng đạt 2,9 l/s/ha Sau hoàn thành xây dựng hệ thống trạm bơm lớn, bước đầu giải tình trạng ngập úng thường xuyên khu vực nâng diện tích cấy lúa vụ mùa diện tích trồng màu lên đáng kể Trải qua 50 năm khai thác vận hành, sau nhiều lần quy hoạch, đầu tư xây dựng bổ sung, số trạm bơm xây dựng để nâng cao lực tiêu cho hệ thống như: Nhân Hịa, Vĩnh Trị 2, Sơng Chanh, Quang Trung…đã nâng hệ số tiêu hệ thống lên 4,67l/s/ha với tổng lưu lượng bơm 350,49m3/s Tuy nhiên, trải qua trình phát triển kinh tế - xã hội, hệ thống có nhiều biến động lớn: Cơ cấu kinh tế, cấu trồng vật ni có thay đổi đáng kể; diện tích dành cho cơng nghiệp, khu dân cư đô thị tăng nhiều, kéo theo việc san lấp ao, hồ gia tăng, với tác động tiêu cực Biến đổi khí hậu, nước biển dâng, làm cho nhu cầu tiêu nước hệ thống tăng lên nhanh Bên cạnh đó, hệ thống cơng trình thuỷ lợi sử dụng lâu năm xuống cấp, khơng cịn đảm bảo lực thiết kế, hệ thống kênh trục dẫn nước bị bồi lắng, cơng trình bị lấn chiếm làm hạn chế đáng kể lực tiêu, dẫn đến cân đối nghiêm trọng lực tiêu nhu cầu tiêu hệ thống, nên tình trạng ngập úng khu vực xảy thường xuyên ngày khốc liệt, làm ảnh hưởng lớn đến phát triển kinh tế, xã hội đời sống nhân dân vùng Với lý nêu trên, đề tài: “Nghiên cứu xây dựng sở khoa học đề xuất giải pháp nhằm nâng cao lực hiệu hệ thống tiêu Bắc Nam Hà điều kiện biến đổi khí hậu nước biển dâng” đề xuất để nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu - Đánh giá tác động khả đáp ứng yêu cầu tiêu hệ thống Bắc Nam Hà điều kiện BĐKH, NBD; - Xây dựng sở khoa học cho việc đề xuất giải pháp nhằm nâng cao lực hiệu của hệ thống Bắc Nam Hà Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu đề tài: Hệ thống tiêu nước động lực; nhu cầu tiêu biện pháp tiêu nước mặt tác động thay đổi yếu tố tự nhiên xã hội - Phạm vi nghiên cứu ứng dụng hệ thống tiêu Bắc Nam Hà vùng có điều kiện tự nhiên, xã hội cơng trình tương tự Nội dung nghiên cứu - Tổng quan cơng trình khoa học liên quan đến đề tài; - Đánh giá lực tiêu giai đoạn nguyên nhân gây nên ngập úng - Nghiên cứu ảnh hưởng BĐKH, NBD đến nhu cầu tiêu hệ thống; đánh giá lực tiêu hệ thống điều kiện BĐKH, NBD; - Cân nước cho hệ thống giai đoạn tại, 2030 2050; - Xây dựng quan hệ hệ số tiêu với tỷ lệ diện tích ao hồ chiều sâu trữ làm sở cho việc quy hoạch đề xuất giải pháp tiêu cho hệ thống; - Xây dựng phương pháp xác định tần suất mực nước sông để thiết kế trạm bơm đảm bảo tổng chi phí xây dựng quản lý vận hành cơng trình nhỏ Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp kế thừa: Nghiên cứu tiếp thu sử dụng có chọn lọc kết nghiên cứu thành tựu khoa học tác giả nghiên cứu vấn đề có liên quan - Phương pháp điều tra, thu thập tài liệu: Điều tra, thu thập tài liệu, khảo sát nghiên cứu thực tế, phân tích đánh giá tổng hợp tài liệu để từ rút sở khoa học khả ứng dụng vào thực tiễn - Phương pháp mơ hình mơ phỏng: Sử dụng mơ hình tốn để mơ hệ thống tiêu - Phương pháp phân tích thống kê: Sử dụng tính tốn tần suất mưa, mực nước sơng thiết kế xây dựng hàm hồi quy thực nghiệm - Phương pháp tối ưu hóa: Để xác định tần suất mực nước sơng thiết kế tối ưu - Phương pháp phân tích tổng hợp Ý nghĩa khoa học thực tiễn nghiên cứu - Ý nghĩa khoa học: Luận án cung cấp phương pháp luận khoa học cho việc xác định tần suất mực nước sông thiết kế hợp lý đảm bảo tổng chi phí xây dựng quản lý vận hành trạm bơm tiêu nhỏ nhất; xây dựng mối quan hệ hệ số tiêu với tỷ lệ diện tích ao hồ chiều sâu trữ cho hệ thống BNH - Ý nghĩa thực tiễn: Luận án xác định nhu cầu tiêu đánh giá lực tiêu hệ thống điều kiện BĐKH, NBD; Xây dựng sở khoa học cho cho việc đề xuất giải pháp quy hoạch hồ điều hòa đa mục tiêu nhằm giảm nhu cầu tiêu Bố cục luận án Ngoài phần mở đầu, kết luận kiến nghị, luận án trình bày chương: Chương 1- Tổng quan Chương 2- Đánh giá khả tiêu úng hệ thống tiêu Bắc Nam Hà điều kiện biến đổi khí hậu nước biển dâng Chương 3- Xây dựng sở khoa học cho việc đề xuất giải pháp nhằm nâng cao lực hiệu hệ thống tiêu BNH điều kiện BĐKH NBD CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan hệ thống tiêu Bắc Nam Hà Hệ thống thủy nông Bắc Nam Hà số 22 vùng thủy lợi Đồng Bằng Bắc Bộ, hệ thống có nhiệm vụ tưới cho 59.000ha đất nơng nghiệp; tạo nguồn cấp nước sinh hoạt cho khoảng 1,2 triệu dân, khu công nghiệp sở sản xuất tiểu thủ công nghiệp vùng; Tiêu nước, chống ngập úng cho khoảng 85.236ha diện tích phía đê, hỗ trợ tiêu cho diện tích bối ngồi đê khoảng 15.025 Trước xây dựng hệ thống trạm bơm điện lớn, vùng bị úng ngập nghiêm trọng, tình trạng úng ngập thường xuyên diễn mùa mưa, với trận mưa 150mm gây nên ngập lụt toàn vùng thời gian dài Trong thập niên 60, 70 kỷ 20 nhà nước đầu tư xây dựng hệ thống trạm bơm điện lớn: Như Trác, Hữu Bị, Cốc Thành, Cổ Đam, Vĩnh Trị, Nhâm Tràng với tổng lượng bơm tiêu ngồi khu vực 220 m3/s, hệ số tiêu bình quân toàn vùng đạt 2,9 l/s/ha Sau hoàn thành xây dựng hệ thống trạm bơm lớn, bước đầu giải tình trạng ngập úng thường xuyên khu vực nâng diện tích cấy lúa vụ mùa lên đáng kể Trải qua 50 năm khai thác, vận hành, sau nhiều lần quy hoạch, đầu tư xây dựng bổ sung, số trạm bơm xây dựng để nâng cao lực tiêu hệ thống như: Nhân Hịa, Vĩnh Trị 2, Sơng Chanh, Quang Trung…đã nâng hệ số tiêu hệ thống lên 4,67l/s/ha với tổng lưu lượng bơm khu vực đạt 350,49m3/s Trong thời gian qua với phát triển kinh tế xã hội, hệ thống có nhiều biến động lớn: cấu kinh tế, trồng vật nuôi có thay đổi đáng kể; tốc độ cơng nghiệp, thị hố nhanh với tác động tiêu cực BĐKH NBD làm cho nhu cầu tiêu nước hệ thống tăng nhanh Bên cạnh hệ thống cơng trình thuỷ lợi sử dụng lâu năm xuống cấp, khơng cịn đảm bảo lực thiết kế; hệ thống kênh trục dẫn nước bị bồi lắng; công trình bị lấn chiếm làm hạn chế đáng kể lực tiêu hệ thống dẫn đến cân đối nghiêm trọng lực tiêu nhu cầu tiêu hệ thống, nên tình trạng ngập úng khu vực xảy thường xuyên ngày khốc liệt Với lý trên, tác giả lựa chọn hệ thống tiêu Bắc Nam Hà để nghiên cứu luận án 1.1.1 Vị trí địa lý đặc điểm địa hình Bắc Nam Hà vùng đồng chiêm trũng Đồng Bắc Bộ, nằm trải dài từ 20o36’15” đến 20o36’45” vĩ độ bắc, bề ngang kéo dài từ 105o5’ đến 106o13’ kinh độ đông bao bọc sơng lớn: Hình 1.1 Sơ họa địa giới hành Hệ thống Bắc Nam Hà [1] - Phía Bắc giáp sơng Châu, sơng Hồng; - Phía Nam giáp sơng Đáy, sơng Đào; - Phía Đông giáp sông Hồng, sông Nam Định (Sông Đào); - Phía Tây giáp sơng Đáy Tổng diện tích tự nhiên hệ thống 91.839 ha, có 85.326 đất đê huyện, thị tỉnh Nam Định, Hà Nam Các huyện thị tỉnh Nam Định gồm: Thành phố Nam Định, huyện Mỹ Lộc, Vụ Bản, Ý Yên; huyện, thị tỉnh Hà Nam gồm: Thành phố Phủ Lý, huyện Thanh Liêm, Bình Lục, Lý Nhân Đặc điểm địa hình hệ thống phức tạp, cao thấp xen kẽ, nhiều khu vực lòng chảo; hướng dốc từ Tây Bắc xuống Đông Nam Ruộng đất phần lớn cao độ (+0,75 ÷ +1,5)m; khu vực cao thuộc Bắc Lý Nhân, ven sông Đào, sơng Châu; khu vực trũng, thấp có cao độ từ (+0,7 ÷ +0,8)m phân bố Vụ Bản, Bình Lục, Ý Yên Tình hình phân bố cao độ ruộng đất thể bảng sau Bảng 1.1 Phân bố cao độ ruộng đất khu vực Bắc Nam Hà [2] Cao độ (m) Diện tích (ha) Tỷ lệ (%) Cộng dồn (%) 3,0 2.491,25 2,9 96,34 Đồi núi 406,25 0,47 96,81 Ao hồ 2.374,86 3,2 100 Với đặc điểm địa hình có nhiều khu vực lòng chảo, phân bố cao độ ruộng đất cao, thấp không đồng đều, lại bị bao bọc bốn bề sông nên giải pháp tiêu úng cho khu vực phức tạp, khó khăn có giải pháp tiêu động lực 1.1.2 Đặc điểm mưa, mạng lưới sơng ngịi chế độ thủy văn 1.1.2.1 Đặc điểm mưa Bao quanh hệ thống Bắc Nam Hà có 24 trạm đo mưa quốc gia khu vực có số liệu quan trắc liên tục dài (đều 40 năm), có trạm đo mưa quốc gia nằm sát khu vực nằm phía khu vực Bắc Nam Hà, trạm có số liệu dài có thời gian quan trắc liên tục, đủ điều kiện để nghiên cứu phân tích mưa cho khu vực, gồm Trạm: Nam Định, Ninh Bình, Phủ Lý Hưng Yên Mưa khu vực có số đặc điểm sau: - Trận mưa lớn năm xuất vào tất tháng mùa mưa; trận mưa lớn thường tập trung nhiều vào tháng 7, 8, - Lượng mưa có thay đổi lớn trạm đo mưa bao quanh hệ thống BNH; nhiều trận mưa lớn khu vực hệ thống không thời gian xuất Do vậy, khơng thể dùng trạm đo để tính tốn đại diện cho hệ thống, mà cần phải có phương pháp tính phù hợp để xác định sát thực giá trị mưa tiểu lưu vực trình tính tốn - Đối với trận mưa dài ngày, đỉnh mưa xuất khơng có quy luật 1.1.2.2 Đặc điểm sơng ngịi chế độ thủy văn Bao quanh Hệ thống tiêu Bắc Nam Hà có sơng: Sơng Hồng chảy qua phía Đơng, Bắc với chiều dài 36 km; Sơng Đào chảy qua phía Nam nối liền sông Hồng sông Đáy, chiều dài 30 km; sơng Đáy chảy qua phía Tây, Nam với chiều dài 65 km; sơng Châu chảy phía Bắc, thơng với sông Đáy qua cống Phủ Lý Những sông ngồi nhiệm vụ cấp nước tưới, cịn nơi nhận nước tiêu cho khu vực - Sông Hồng: Là sơng có hàm lượng phù sa lớn, cung cấp nguồn nước tưới cho lưu vực nơi nhận nước tiêu cho hệ thống BNH; sơng có chiều rộng trung bình khoảng (500 - 600)m; lũ sơng Hồng tháng VI đến hết tháng X, lũ vụ thường từ 15/VII đến 15/VIII Về mùa lũ nước sông thường dâng cao mực nước đồng từ (6 – 7)m làm ảnh hưởng lớn đến việc tiêu úng - Sơng Đáy: Chảy phía Tây phía Nam lưu vực, sơng Đáy trước phân lưu sông Hồng, đến năm 1937 sau xây dựng đập Đáy nước lũ sông Hồng không thường xuyên vào sông Đáy nữa, sông Đáy trở thành sông nội địa Bảng 1.2 Các mực nước tháng sông Hồng, sông Đáy, sông Đào [1] Tháng (cm) Trạm Hưng Yên (S.Hồng) Mực nước I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Max 263 250 206 231 542 604 728 734 717 636 548 536 TB 128 113 105 120 168 310 462 493 415 319 236 164 Min 62 46 39 35 22 40 99 147 147 172 85 69 Max 194 178 184 169 300 381 469 577 429 405 355 229 TB 86 76 71 80 106 184 273 294 251 200 151 108 Min -14 -19 -25 -31 -29 -9 60 147 97 91 59 24 Max 141 135 130 148 194 251 350 308 369 322 303 162 TB 60 54 50 58 76 119 163 180 178 146 111 75 Min -18 -18 -38 -28 -21 -20 20 78 58 50 17 -4 Nam Định (S Đào) Ninh Bình (S.Đáy) - Sông Đào: Bắt nguồn từ sông Hồng phía Bắc phà Tân Đệ (Thái Bình) chảy qua Thành phố Nam Định, gặp sông Đáy Thanh Khê, hợp thủy lại tạo thành sông Đại Giang đổ biển Sơng có chiều dài khoảng 50km, chiều rộng trung bình (500600)m Đây sông quan trọng đưa nguồn nước từ sông Hồng bổ sung cho hạ du lưu vực sơng Đáy mùa kiệt mùa lũ Ngồi sông tiêu trực tiếp liên quan đến khu vực nêu trên, cịn có sơng gián tiếp ảnh hưởng đến hệ thống như: sông Đuống, sông Luộc, sông Trà lý Hàng năm, mùa lũ, nước thượng nguồn dồn khu vực phân sang sông Đuống, sơng Luộc sơng Trà Lý, song cịn 50% lượng nước lũ phía thượng nguồn dồn khu vực Do vậy, Hệ thống tiêu Bắc Nam Hà khu vực chịu ảnh hưởng trực tiếp, mạnh mẽ việc điều tiết hồ chứa thượng nguồn sông Hồng, nên việc tiêu úng cho hệ thống gặp phải nhiều khó khăn Trong hệ thống cịn có mạng lưới sông tiêu nội địa nối với qua cống điều tiết An Bài, Cánh Gà, Mỹ Đức , gồm sông: - Sông Sắt dài 37,7 km trục tiêu hệ Vĩnh Trị; - Sông Châu dài 27,3 km trục tiêu hệ Hữu Bị; - Sông Mỹ Đô dài 10,5 km trục tiêu hệ Cổ Đam; - Sông Kinh Thủy dài 18,0 km trục tiêu hệ Cổ Đam; - Sơng Biên Hịa dài 12,6 km trục tiêu hệ Cổ Đam; - Sông Chanh dài 8,8 km trục tiêu hệ Cốc Thành Bảng 1.3 Mức báo động số vị trí sơng [1] Mức báo động (m) Vị trí Sơng I II Thiết kế (m) Hmax Hmin (bể xả) (bể hút) III Như Trác Sông Hồng 4,6 5,4 6,2 +6,3 0,2 Hữu Bị Sông Hồng 3,8 4,8 5,8 +5,2 0,3 Cổ Đam Sông Đáy 2,1 2,9 3,6 +4,9 -0,6 Vĩnh Trị Sông Đáy 1,9 2,6 3,4 +4,1 -0,6 Cốc Thành Sông Đào Nam Định 3,0 3,6 4,2 +4,6 -0,6 1.1.2.3 Thủy triều Vùng nghiên cứu bị ảnh hưởng thủy triều Vịnh Bắc Bộ, chế độ nhật triều, ngày có đỉnh chân triều, thời gian triều lên khoảng 11 triều xuống khoảng 13 giờ, biên độ triều trung bình từ (1,6 -1,7)m, lớn 3,31 m nhỏ 0,11m Ảnh hưởng triều mạnh vào tháng mùa kiệt, giảm tháng lũ lớn Sóng triều truyền sâu vào nội địa 150 km mùa cạn (50 - 100) km mùa lũ 1.1.3 Hiện trạng hệ thống tiêu Bắc Nam Hà 1.1.3.1 Các cơng trình đầu mối xây dựng Hệ thống thủy nông Bắc Nam Hà có 15 trạm bơm tiêu lớn 477 trạm bơm nhỏ, trạm bơm nội đồng để phục vụ tưới, tiêu cục với tổng diện tích cần tiêu là: 85.326 Hầu hết trạm bơm lớn xây dựng từ năm 60, 70 kỷ trước Những năm gần tình trạng úng ngập thường xuyên xảy khu vực nên hệ thống đầu tư xây dựng thêm số trạm bơm Nhân Hòa, Vĩnh Trị 2, Kinh Thanh trạm bơm khác Thông số kỹ thuật, quy mô số trạm bơm bảng Bảng 1.4 Thông số kỹ thuật số trạm bơm [1] Lưu lượng (m /s) Số Tên trạm TT máy bơm Loại máy bơm TK (cái) TK Thực tế máy tồn tồn trạm trạm Hiệu suất Cao trình đáy bể hút (%) (m) Như Trác OΠ6-87 3,0 18 12,96 72 -4,74 Hữu Bị OΠ6-145 8,0 32 19,60 70 -5,81 Nhân Hòa HRP763798V 6,0 24 19,20 80 -2,5 Cốc Thành OΠ6-145 8,0 56 43,12 77 -6,3 Sông Chanh 34 24HT-90 1,11 37,77 29,06 77 -2,13 Vĩnh Trị I OΠ6-145 8,0 40 30,80 77 -6,4 Vĩnh Trị II 1600ZLB8.35 8,2 24,6 18,94 77 -3,5 Cổ Đam OΠ6-145 8,0 56 42,56 76 -4,77 Kinh Thanh 12 HTĐ 3700 -5 1,11 13,33 9,32 70 -0,2 10 Nhâm Tràng OΠ6-87 3,0 18 12,60 70 -0,18 10 Comment [WU1]: ddđ