NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN ĐỀ XUẤT VỊ TRÍ HỢP LÝ CỦA CỬA LẤY NƯỚC VÀO SÔNG ĐÁY ĐẢM BẢO YÊU CẦU CẤP NƯỚC VÀ TẠO DÒNG CHẢY THƯỜNG XUYÊN CHO SÔNG ĐÁY

NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN ĐỀ XUẤT VỊ TRÍ HỢP LÝ CỦA CỬA LẤY NƯỚC VÀO SÔNG ĐÁY ĐẢM BẢO YÊU CẦU CẤP NƯỚC VÀ TẠO DÒNG CHẢY THƯỜNG XUYÊN CHO SÔNG ĐÁY

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI TRẦN KHẮC THẠC NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN ĐỀ XUẤT VỊ TRÍ HỢP LÝ CỦA CỬA LẤY NƯỚC VÀO SƠNG ĐÁY ĐẢM BẢO YÊU CẦU CẤP NƯỚC VÀ TẠO DÒNG CHẢY THƯỜNG XUYÊN CHO SÔNG ĐÁY Chuyên ngành: Thủy văn học Mã số: 9440224 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI, NĂM 2019 Cơng trình hồn thành Trường đại học Thủy lợi Người hướng dẫn khoa học 1: GS.TS Phạm Thị Hương Lan 2: GS.TS Tan Soon Keat Phản biện 01: Phản biện 02: Phản biện 03: Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án Room 5- K1 trường Đại học Thủy lợi Vào lúc … … ngày ….tháng ….năm 2019 Có thể tìm hiểu luận án thư viện: - Thư viện Quốc gia - Thư viện Trường Đại học thủy lợi MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài luận án Trong thời gian qua, tác động biến đổi khí hậu hoạt động khai thác sử dụng nước lưu vực sông Hồng làm suy giảm nguồn nước, gây bồi lắng, xói lở lòng dẫn đặc biệt khu vực cửa lấy nước Mực nước sông Hồng vào mùa kiệt thường xuyên hạ thấp, năm 2010 mực nước Hà Nội +0,1m Thời tiết biến đổi bất thường có xu hướng ngày cực đoan làm cho hàng trăm đất nông nghiệp Hà Nội không đủ nước tưới vào mùa kiệt Diễn biến bất thường mực nước sông Hồng làm ảnh hưởng lớn đến cửa lấy nước trạm bơm tưới sông Hồng Mặc dù có nhiều báo cáo tượng bồi lắng cửa lấy nước giải pháp giảm thiểu, chưa có nghiên cứu tồn diện vấn đề này, làm sở quy hoạch thiết kế cơng trình lấy nước Cửa lấy nước cửa sơng Đáy theo quy hoạch có lưu lượng thiết kế lớn nhiều so với cửa lấy nước sông Hồng, biên độ lưu lượng thời điểm lấy nước mùa lũ mùa kiệt lớn Do đó, diễn biến lòng dẫn cửa lấy nước sông Đáy phức tạp so với cơng trình lấy nước có sơng Hồng Chính việc “Nghiên cứu sở khoa học thực tiễn đề xuất vị trí hợp lý cửa lấy nước hợp lý vào sông Đáy đảm bảo yêu cầu lấy nước tạo dòng chảy thường xuyên cho sông Đáy” cần thiết cấp bách làm sở cho giải pháp nâng cao hiệu lấy nước cơng trình lấy nước có sơng Hồng Mục tiêu nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu đề xuất tiêu chí lựa chọn vị trí cửa lấy nước hợp lý, đảm bảo yêu cầu lấy nước mùa kiệt thoát lũ; - Nghiên cứu xác định vị trí cửa lấy nướchợp lý khu vực cửa vào sông Đáy đảm bảo yêu cầu phát triển kinh tế xã hội Đối tượng phạm vi nghiên cứu 3.1 Đối tượng nghiên cứu: Cửa lấy nước sông Hồng đoạn qua Hà Nội tiêu chí xác định vị trí lấy nước thích hợp 3.2 Phạm vi nghiên cứu: Đoạn sơng Hồng dài 27km từ Km30 ÷ Km47 +500 (khu vực cửa vào sông Đáy) Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu 4.1 Cách tiếp tiếp cận: Tiếp cận hệ thống, giải pháp từ tổng thể cụ thể, kế thừa cơng trình nghiên cứu có 4.2 Phương pháp nghiên cứu: Phương pháp thống kê, phân tích kế thừa, phương pháp mơ hình tốn, phương pháp chuyên gia Ý nghĩa khoa học thực tiễn nghiên cứu 5.1 Ý nghĩa khoa học: (i) Việc đề xuất tiêu chí lựa chọn vị trí cửa lấy nước sông hợp lý phương pháp xác định có vai trò quan trọng mang ý nghĩa khoa học lớn đảm bảo cơng trình sau xây dựng hoạt động ổn định, an toàn lấy nước thoát lũ (ii) Bổ sung phương pháp luận quy hoạch thiết kế cửa lấy nước lũ hệ thống sơng 5.2 Ý nghĩa thực tiễn: Kết áp dụng thành công luận án cho xác định vị trí cửa lấy nước vào sông Đáy tài liệu tham khảo tốt cho quan quản lý việc quy hoạch, thiết kế, tu, nâng cấp cơng trình lấy nước sơng, đặc biệt cần sử dụng mơ hình tốn nghiên cứu xác định vị trí cửa lấy nước tính ưu việt khả thay đổi phương án nghiên cứu, thời gian kết mô phục vụ phân tích Những đóng góp luận án 1) Đã đề xuất tiêu chí kỹ thuật thơng số kỹ thuật quy hoạch thiết kế cửa lấy nước sơng 2) Xác định vị trí hợp lý cửa lấy nước hợp lý vào sông Đáy đáp ứng yêu cầu cấp nước tạo dòng chảy thường xuyên Bố cục luận án: Gồm 03 chương sau: Chương Tổng quan nghiên cứu công trình lấy nước sơng Chương Nghiên cứu sở khoa học thực tiễn lựa chọn vị trí lấy nước hợp lý đảm bảo yêu cầu lấy nước mùa kiệt thoát lũ Chương Nghiên cứu lựa chọn vị trí cửa lấy nước vào sơng Đáy CHƯƠNG TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ CƠNG TRÌNH LẤY NƯỚC TRÊN SÔNG 1.1 Các nghiên cứu giới 1.1.1 Về nghiên cứu phân loại CTLN Theo số nghiên cứu phân loại CTLN sau: CTLN bên cạnh CTLN có phương dòng chảy vào CTLN hợp với phương dòng chảy sơng góc xấp xỉ 900; CTLN diện CTLN có phương dòng chảy vào cơng trình lấy nước gần song song với phương dòng chảy sơng chính; CTLN có đập; CTLN khơng đập; CTLN có cửa điều tiết, CTLN khơng có cửa điều tiết 1.1.2 Về nghiên cứu diễn biễn bồi lắng đoạn sông cửa vào CTLN Qua phân tích nghiên cứu giới cho thấy, để nghiên cứu đánh giá diễn biến lòng dẫn nói chung khu vực cửa lấy nước nói riêng thường thực theo phương pháp sau: Phương pháp đo đạc, thu thập phân tích tài liệu thực đo; Phương pháp cơng thức kinh nghiệm; Phương pháp mơ hình vật lý; Phương pháp mơ hình tốn; 1.1.3 Về nghiên cứu xác định vị trí cửa lấy nước Một số kết nghiên cứu rằng: cống lấy nước nên bố trí bờ sơng cong, góc lấy nước 600 ÷900, cống lấy nước có kênh dẫn nước hợp với dòng góc khoảng 450 cho hiệu lấy nước cao cả; góc lấy nước thích hợp CTLN đoạn sơng thẳng, với góc lấy nước thích hợp khoảng từ 300 – 450 để giảm lượng bùn cát vào kênh dẫn gây bồi lắng kênh dẫn lấy nước CTLN; Vị trí thích hợp tương ứng với góclấy nướclà khoảng 150-300 so với dòng giá trị tối ưu cho góc lấy nước khoảng 170-200 với mục đích hạn chế tối đa bùn cát vào kênh 1.1.4 Về nghiên cứu giải pháp nâng cao hiệu lấy nước Một số giải pháp đưa như: giải pháp kiểm sốt bồi lắng số vị trí lấy nước thơng qua việc đo đạc, khảo sát tính tốn bồi lắng vị trí cống lấy nước trạm bơm nhằm nâng cao hiệu lấy nước cơng trình; giải pháp đẩy dòng chủ lưu khỏi bờ, từ làm giảm bồi lắng khu vực cửa vào cửa lấy nước; giải pháp kiểm soát bùn cát bẫy bùn cát, góc chọn hợp lý từ 300-600; phân dòng chảy vào cửa lấy nước lái phân dòng 1.2 Các nghiên cứu nước 1.2.1 Về nghiên cứu diễn biễn bồi lắng đoạn sông cửa vào CTLN Kết điều tra cho thấy tượng bồi lắng cửa lấy nước xảy chủ yếu vào mùa lũ, việc chống bồi lắng cho hệ thống lấy nước khó xử lý triệt để bùn cát bồi lắng chủ yếu bùn cát lơ lửng làm giảm đáng kể lượng bồi vào hệ thống loạt biện pháp liên hoàn trường hợp cống mở lấy phù sa cống đóng khơng lấy nước 1.2.2 Về nghiên cứu giải pháp nâng cao hiệu lấy nước Các giải pháp đề xuất giải pháp dẫn nước tự chảy cấp cho sông; nâng cấp bể lắng cát bể xả trạm bơm cống lấy nước 1.2.3 Các nghiên cứu có liên quan đoạn sông Hồng qua Hà Nội Một số nghiên cứu có liên quan như: Nghiên cứu đánh giá tổng thể q trình diễn biến lòng dẫn đoạn sơng Hồng khu vực cụm cơng trình đầu mối Vân Cốc – Hát Mơn; Nghiên cứu mơ hình đề xuất sở khoa học cải tạo nâng cấp hệ thống lũ sơng Đáy phục vụ cơng tác phòng chống lụt bão đồng Bắc Bộ; Nghiên cứu sở khoa học cho việc xoá khu chậm lũ sơng Hồng, sơng Đáy sơng Hồng Long; Nghiên cứu biến động lòng dẫn sơng Hồng đề xuất giải pháp ổn định khu vực cửa vào sông Đáy; Nghiên cứu giải pháp ổn định cửa vào lòng dẫn sơng Đáy đảm bảo u cầu lấy nước mùa kiệt thoát lũ… 1.2.4 Nhận xét chung nghiên cứu nước có liên quan đến nội dung luận án - Việc xem xét vị trí lấy nước thích hợp cống lấy nước chưa trọng nhiều mà nêu vị trí đặt cửa lấy nước nên xem xét đặt đoạn sơng cong phía bờ lõm, vị trí có lợi chưa rõ, dẫn đến hiệu lấy nước cơng trình lấy nước khơng cao - Việc điều tra để từ đề xuất giải pháp giảm thiểu bồi lắng cửa hút cho trạm bơm, cửa cống lấy nước nhà khoa học nước nghiên cứu từ lâu Đặc biệt thiết kế xây dựng CTLN xem xét yếu tố ảnh hưởng đến việc lấy nước như: điều kiện địa hình thượng lưu cơng trình, điều kiện địa chất bờ sông, độ chênh lệch cao độ bờ sông với đáy sông, tỷ lệ lượng nước lấy vào kênh dẫn, đặc biệt mùa kiệt mở rộng đột ngột tránh xói lở, bồi lắng lòng dẫn, tuyến kênh dẫn nước, độ rộng kênh dẫn vị trí tiếp giáp với sơng, mặt cắt kênh dẫn không thu hẹp.Tuy nhiên, việc xác định vị trí lấy nước hợp lý chưa xem xét thiết kế dẫn đến cơng trình sau xây dựng bị bồi lấp khu vực cửa lấy nước - Các nghiên cứu liên quan trước chủ yếu dùng mơ hình 1D, 2D nên chưa xem xét đánh giá dòng dị trọng (dòng phân tầng) khu vực lấy nước để xác định yêu cầu lấy nước đảm bảo chất lượng Các nghiên cứu mô diễn biến khu vực cửa lấy nước sử dụng mô hình 1D, 2D mơ cho kênh dẫn nước, chưa đánh giá ảnh hưởng diễn biến bồi lắng cửa lấy nước đến vấn đề cấp nước mùa kiệt lũ Việc nghiên cứu mơ hình số trị 3D (Phạm Đức Thắng 2010) lại mô thời gian mùa lũ với điều kiện đóng cống khơng lấy nước, khơng mơ chế độ thủy động lực vận chuyển bùn cát tác động đến vị trí cống - Các nghiên cứu tập trung đánh giá diễn biến lòng dẫn khu vực cửa lấy nước, chưa có nghiên cứu cụ thể cho việc chọn tuyến vị trí cửa lấy nước hợp lý để làm sở cho việc nâng cao hiệu lấy nước cơng trình lấy nước - Các nghiên cứu sông Hồng, sông Đáy, khu vực cửa Đáy có nhiều, chủ yếu nghiên cứu đưa giải pháp chỉnh trị, ổn định lòng dẫn khu vực cửa Đáy mà chưa có nghiên cứu xem xét vị trí lấy nước thích hợp khu vực sông Hồng đoạn cửa Đáy để đảm bảo yêu cầu lấy nước thoát lũ - Chưa xem xét điều kiện dòng chảy vị trí cống lấy nước ảnh hưởng đến việc lấy nước cống Chưa xét mối quan hệ lưu lượng vào cống với mực nước, góc lấy nước, chiều dài đoạn sông cong chiều rộng đoạn kênh dẫn nước, chiều dài đoạn kênh dẫn nước, phân bố độ đục theo chiều sâu dẫn đến việc lấy nước khó khăn - Chưa có số tiêu chí cụ thể việc xác định cửa lấy nước việc chọn vị trí đặt cửa lấy nước công việc quan trọng thiết kế CTLN 1.3 Tổng quan khu vực nghiên cứu 1.3.1 Vị trí khu vực nghiên cứu Khu vực nghiên cứu nằm đoạn sông Hồng khu vực cửa vào sông Đáy từ Km30 - Km47+500 đê hữu sông Hồng, đoạn sông dài 27km 1.3.2 Đặc điểm địa hình, địa chất, địa mạo Địa hình lưu vực dốc theo hướng Tây Bắc – Đông Nam Vùng thượng nguồn cửa vào sông Đáy Hát Mơn có cao độ biến đổi từ 3,0 ÷ 10m, vùng cửa Như Tân từ 0,3 ÷ 5,0m Lòng sơng gồm có trầm tích với tầng cát thơ có màu vàng nhạt, lớp thực vật chưa phân hố hết, phía có lớp phù sa nơng 1.3.3 Cụm cơng trình cống Cẩm Đình – Hiệp Thuận Cụm cơng trình Cẩm Đình - Hiệp Thuận gồm: Kênh dẫn từ sông Hồng vào tới thượng lưu cống Cẩm Đình, Cống lấy nước Cẩm Đình, kênh dẫn Cẩm Đình Hiệp Thuận Nhiệm vụ cụm cơng trình gồm: (i) Lấy nước từ sông Hồng vào sông Đáy, với cửa lấy nước khác (như cống Liên Mạc, Tắc Giang) khơi phục lại dòng chảy mùa kiệt sông Đáy, cấp bổ sung nước cho hạ du phục vụ sản xuất sinh hoạt cải tạo môi trường sinh thái, kết hợp phát triển giao thông vận tải thủy.(ii) Tham gia phân lũ sông Hồng vào sông Đáy 1.4 Định hướng nghiên cứu luận án - Đánh giá trang, nguyên nhân yếu tố ảnh hưởng đến việc bồi lắng cửa lấy nước khả lấy nước cơng trình lấy nước đoạn qua thành phố Hà Nội - Xây dựng tiêu chí kỹ thuật thơng số kỹ thuật cho cơng trình lấy nước sơng - Thiết lập mơ hình mơ diễn biến lòng dẫn khu vực cửa lấy nước, đánh giá khả lấy nước theo tiêu chí, từ đề xuất vị trí lấy nước hợp lý - Đề xuất giải pháp nâng cao khả lấy nước 1.5 Kết luận Chương Các nghiên cứu chưa có nghiên cứu chuyên sâu việc xác định cửa lấy nước hợp lý, đặc biệt ứng dụng lý thuyết dòng chảy phân tầng khu vực cửa lấy nước, áp dụng mơ hình thủy động lực 3D để tính tốn xác định cửa lấy nước hợp lý sông Vậy để khắc phục tồn nêu trên,NCS nghiên cứu sở khoa học diễn biến lòng dẫn khu vực cửa vào cống lấy nước để đề xuất vị trí lấy nước hợp lý cửa vào sông Đáy, đảm bảo yêu cầu lấy nước mùa kiệt thoát lũ phục vụ phát triển kinh tế xã hội Hình Sơ đồ định hướng nghiên cứu luận án Jd  h '  ' U '2  U ' U '    U '       x x  gh ' g  t ' ' b Phương trình liên tục c Phương trình hồn lưu dòng phân tầng 2.2.2 Phân tích lựa chọn mơ hình tốn mơ dòng chảy diễn biến lòng dẫn khu vực cửa lấy nước Luận án sử dụng mơ hình thủy lực chiều MIKE11 chiều MIKE3FM với modul HD ST để tiến hành nghiên cứu diễn biến lòng dẫn đề xuất vị trí hợp lý cửa lấy nước vào sơng Đáy 2.3 Đề xuất tiêu chí xác định vị trí cửa lấy nước thích hợp Vị trí cửa lấy nước hợp lý vị trí cần đáp ứng yêu cầu kinh tế, xã hội môi trường, cụ thể là: - Tiêu chí kỹ thuật: đảm bảo lấy nước theo yêu cầu (số lượng, chất lượng) mùa kiệt, thoát lũ mùa lũ ổn định cơng trình; - Tiêu chí kinh tế: phải đảm bảo đầu tư có hiệu quả, chi phí đầu tư rẻ đảm bảo yêu cầu kỹ thuật; - Tiêu chí mơi trường xã hội: cơng trình xây dựng khơng gây tác động xấu đến môi trường, xã hội, kết hợp cảnh quan mơi trường 11 Bảng 2.1 Bộ tiêu chí lựa chọn vị trí cửa lấy nước Tiêu chí Chỉ tiêu Hình thái sơng Tiêu chí kỹ thuật (QP,ρ) = f(α, Lkênh, Lcong,Bkênh, J ) Lượng nước yêu cầu Chất lượng nước u cầu Đảm bảo an tồn cơng trình Tiêu chí xã hội – môi trường Đảm bảo cảnh quan môi trường, xã hội Tiêu chí kinh Quản lý Yêu cầu - Đoạn sơng đặt vị trí cửa lấy nước phải tương đối ổn định, điều kiện địa chất bờ sông tương đối ổn định, cửa lấy nước không bị bồi lắng: - Nên chọn cửa vào kênh dẫn hạ lưu đỉnh cong; - Góc tạo dòng kênh đảm bảo dòng chảy xi thuận, theo phân tích nghiên cứu nhà khoa học thực tế góc lấy nước α phụ thuộc vào điều kiện địa hình, lòng dẫn, chế độ thủy văn, thủy lực để xác định α cho hợp lý - Lượng nước lấy vào kênh dẫn phải đảm bảo theo thiết kế (QP) - Chênh lệch cột nước tối thiểu điểm đầu tuyến điểm cuối tuyến kênh dẫn, chênh lệch cột nước sơng kênh dẫn - Khẩu độ điều tiết đảm bảo lấy QP - Đảm bảo lượng phù sa vào hợp lý, tránh đưa bùn cát thô vào kênh khu tưới; - Lượng bùn cát lấy vào kênh dẫn phải đảm bảo lượng bùn cát lơ lửng thích hợp việc cải tạo phù sa đồng ruộng, bùn cát đáy, chất lượng lấy nước đảm bảo Đảm bảo an tồn cơng trình, khơng gây cố hư hỏng, an tồn cơng trình ảnh hưởng đến khu vực dân cư Giữ gìn bảo vệ môi trường, phát triển du lịch, sử dụng tổng hợp nguồn nước.Khơng gây suy thối mơi trường Xây dựng cơng trình kết hợp cải tạo cảnh quan du lịch Thuận lợi cho công tác quản lý, áp dụng 12 Tiêu chí tế Chỉ tiêu Kinh tế Yêu cầu tiến độ kỹ thuật điện khí hoá, tự động hoá Dễ dàng vận hành, khai thác sử dụng Khả quản lý trang thiết bị cửa lấy nước Kết cấu đơn giản kinh tế Dễ dàng vận hành tu, bảo dưỡng, bảo trì Thuận lợi cho thi cơng u cầu nạo vét ban đầu trì nạo vét hàng năm phải dễ dàng thực 2.4 Kết luận chương Phạm vi nghiên cứu luận án thuộc đoạn sơng có khu vực cửa lấy nước cửa vào sơng Đáy, nơi có chế độ dòng chảy xoắn chiều phức tạp, tương tác dòng chảy lòng dẫn đoạn sông khu vực cửa lấy nước làm cho dòng chảy phức tạp, cần phải thiết lập mơ hình chiều mơ chế độ thủy động lực khu vực Sử dụng mơ hình MIKE3 Flow Model FM để tính tốn dự báo thay đổi chế độ thủy lực diễn biến hình thái sơng đoạn sơng thuộc khu vực nghiên cứu, xem xét dòng dị trọng/ dòng phân tầng để xác định vị trí lấy nước hợp lý Đây mơ hình nhiều nơi giới nghiên cứu ứng dụng, nhiên Việt Nam hạn chế, chưa có nhiều cơng trình nghiên cứu ứng dụng mơ hình MIKE3FM Với việc sử dụng mơ hình ba chiều MIKE3 Flow Model FM mơ chi tiết khu vực dự án theo ba chiều, đặc biệt khu vực nhạy cảm đầu kênh dẫn nước vào cống Cẩm Đình, phần ảnh hưởng CTLN mơ chi tiết xác Luận án sâu nghiên cứu cửa lấy nước Cẩm Đình từ kiến nghị số giải pháp nhằm nâng cao khả lấy nước cho tuyến cơng trình Cẩm Đình Hiệp Thuận phục vụyêu cầu lấy nước mùa kiệt thoát lũ CHƯƠNG NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN VỊ TRÍ CỬA LẤY NƯỚC VÀO SƠNG ĐÁY 13 3.1 Thiết lập mơ hình mơ kịch tính tốn phục vụ xác định vị trí lấy nước hợp lý khu vực cửa vào sông Đáy Để nghiên cứu xác định vị trí cửa lấy nước dựa tiêu chí nêu chương II, luận án sử dụng kịch tính tốn sau: Hình 3.1 Kịch tính tốn 14 3.2 Ứng dụng mơ hình tốn MIKE3FM mơ chế độ thủy lực, diễn biến lòng dẫn khu vực cửa vào sơng Đáy 3.2.1 Xác định phạm vi miền tính tốn khu vực nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu mơ hình đoạn sông Hồng khu vực cửa vào sông Đáy chảy qua địa phận huyện Phúc Thọ Đan Phượng TP Hà nội từ Km30÷Km43+500 đê hữu Hồng với tài liệu địa hình đo đạc năm 2007 có đo bổ sung năm 8/2012 Đoạn sơng dài khoảng 27km, phía bờ hữu có cơng trình lấy nước mùa kiệt vào sơng Đáy cống Cẩm Đình cống phân lũ Vân Cốc đảm bảo an toàn cho Hà Nội trường hợp có phân lũ xảy lũ thiết kế, phía bờ tả địa phận tỉnh Vĩnh Phúc 3.2.2 Thiết lập hệ thống lưới tính tốn Căn vào phạm vi tính tốn mơ hình, tiến hành thiết lập hệ thống lưới tính tốn Miền tính tốn mơ hình có kích thước 29991 x 13779 từ tập hợp điểm tọa độ theo phương x, y, z Lưới tính tốn mơ hình xác lập lưới phi cấu trúc (lưới tam giác) giải tốn thể tích hữu hạn trung tâm lưới 3.2.3 Thiết lập địa hình tính tốn Tài liệu sử dụng cho việc thiết lập địa hình tính tốn bao gồm: Bình đồ lòng sơng khu vực nghiên cứu: Tài liệu đo năm 2012 tỷ lệ 1:5.000 để phục vụ tính tốn đánh giá trạng cống lấy nước theo kịch tính tốn; Tài liệu mặt cắt ngang đoạn sông nghiên cứu; Tài liệu thiết kế cơng trình cống Cẩm Đình 3.2.4 Thiết lập mơ hình MIKE11 mơ dòng chảy bùn cát làm số liệu đầu vào tính tốn cho mơ hình MIKE3FM Việc nghiên cứu tính tốn chế độ thủy lực sơng Hồng, Đáy có liên quan chặt chẽ đến chế độ thủy lực tồn mạng sơng Hồng, tính tốn tiến hành tính tốn cho tồn mạng sơng Hồng sơng Thái Bình 15 3.3 Kết tính tốn diễn biến lòng dẫn đánh giá khả lấy nước khu vực cửa vào sông Đáy theo kịch lấy nước khác 3.3.1 Kết đánh giá khả lấy nước vị trí cơng trình lấy nước khác - Khi lòng dẫn cải tạo kết hợp với CTLN Cẩm Đình mực nước thấp Ba Thá 1,61m lưu lượng đưa vào sông Đáy 30m3/s, 2,56m đưa lưu lượng 100m3/s Tại trạm Phủ Lý mực nước thấp 0,82m đưa lưu lượng vào sông Đáy 30m3/s, 0,84m đưa lưu lượng 100m3/s Như vậy, chênh lệch mực nước thấp Ba Thá đưa nước từ 30100m3/s 0,95m, Phủ Lý 0,2m - Khi cải tạo lòng dẫn kết hợp với CTLN Cẩm Đình khả lấy nước vị trí dọc sơng Đáy có thay đổi Mực nước vị trí dọc sông tăng từ 0,15-0,1m Mức tăng không đáng kể so với trường hợp cải tạo lòng dẫn, hiệu cơng trình lấy nước chưa cao Mực nước vị trí trước eo Tân Lang tăng nhanh, trung bình từ 0,15-0,1m, vị trí từ sau eo Tân Lang tới Như Tân, mực nước tăng chậm từ 0,05-0,07m - Các cống lấy nước dọc sông lấy nước theo thết kế cống Cẩm Đình cũ xem xét hạ cao trình đáy cống - Khi hoàn thành dự án tiếp nước, cải tạo sơng Tích qua kênh Săn-Thụy Đức (20m3/s) và trạm bơm Xuân Phú (5m3/s), mực nước thấp vị trí sơng Đáy trì với mức ổn định Ba Thá từ 1,57-1,60m (khi cống lấy nước mùa kiệt Cẩm Đình lấy nước với Q = 30m3/s), Mai Lĩnh từ 3,333,94m (khi QCẩmĐình= 70m3/s), Phủ Lý từ 0,33-0,84m (khi QCẩmĐình= 100m3/s) Mực nước vi trí dọc sơng xấp xỉ với mực nước có cơng trình lấy nước Cẩm Đình Để nâng cao mực nước vị trí dọc sông nên thực thêm số biện pháp phi cơng trình như: Tăng cường cơng tác quản lý, khai thác nguồn nước dọc sông, hạn chế khai thác cát trái phép không quy hoạch nhằm ổn định hình thái lòng dẫn sơng theo trạng thái cân sau cải tạo lòng dẫn Xem xét tới vấn đề giảm nguồn nước cung cấp 16 cho nơng nghiệp Vì vậy: Nếu tiếp thêm nước từ sơng Tích vào sơng Đáy, mực nước vị trí dọc sông không chênh lệch đáng kể so với trường hợp phải cải tạo lòng dẫn sơng Đáy xây dựng thêm CTLN, mức chênh lệch từ 1015cm, với mức độchênh lệch việc đầu tư xây dựng thêm cống lấy nước khơng khả thi kinh phí đầu tư xây dựng lớn, xây dựng địa chất yếu nên hiệu 3.3.2 Đánh giá diễn biến lòng dẫn theo kịch vị trí lấy nước khác Mơ diễn biến lòng dẫn với phương án đưa nước qua cống Cẩm Đình vào sơng Đáy với lưu lượng Q=450m3/s CTLN đặt Cẩm Đình (bên cạnh cống Cẩm Đình cũ) Tiến hành mơ để đánh giá chế độ thủy động lực bùn cát vị trí cống đầu mối.Vận tốc dòng chảy kênh Cẩm Đình phổ biến mức 0,7m/s -0,8m/s, khu vực cống lấy nước mùa kiệt Cẩm Đình cống đầu mối có vận tốc từ 1,1m/s - 1,2m/s Trục dòng chảy có xu hướng lệch phía bờ hữu đoạn gần khu vực cửa vào sông Đáy Khi phân lũ vào sông Đáy với lưu lượng Q=2.500m3/s dòng chủ lưu ép sát bờ hữu khu vực trước cống Cẩm Đình cơng trình phân lũ Vân Cốc Lưu tốc gần khu vực cống đạt 1,6m/s, dòng chảy tràn bãi với vận tốc lớn vào cống phân lũ Vân Cốc hình thành trường động lực vào cơng trình phân lũ Vân Cốc, lưu tốc lớn trục động lực đạt 1,7m/s Lưu tốc dòng chảy qua mặt cắt cống Cẩm Đình lớn từ 1,9-2,0 m/s giảm dần chảy hạ lưu cống với dòng chủ lưu tuyến thoát lũ tập trung kênh Cẩm Đình chảy theo tuyến kênh Cẩm Đình nước hạ du 3.4 Đề xuất vị trí lấy nước hợp lý đảm bảo yêu cầu lấy nước lũ khu vực cửa vào sơng Đáy 3.4.1 Xác định vị trí cửa lấy nước ổn định cấp nước theo u cầu Trên sở kết tính tốn theo kịch tiêu chí bảng 2.2, triết xuất kết tính tốn từ mơ hình MIKE3FM để xây dựng tương quan lưu lượng lấy nước, mực nước vị trí cửa vào kênh dẫn cống 17 Cẩm Đình sơng Hồng góc lấy nước, chiều dài đoạn sông cong, Chiều dài đoạn kênh dẫn, Kết tính tốn sau: Hình 8: Kết tính tốn tương quan cống Cẩm Đình CTLN nên bố trí đoạn sơng ổn định có dạng cong bờ lõm phía hạ lưu so với đỉnh đoạn cong nơi có chiều sâu lớn nhất; CTLN khơng góp phần làm biến dạng lòng sơng phải đảm bảo việc lấy nước với hàm lượng bùn cát đáy bùn cát lơ lửng nhỏ nhất; Không đặt cơng trình lấy nước đoạn sơng nằm hạ lưu điểm hợp lưu nhánh sơng có nhiều bùn cát Độ dài đoạn cong vị trí lấy nước khác đoạn sông Hồng khu vực cửa vào sơng Đáy sau: Tại vị trí CTLN Cẩm Đình, độ dài đoạn cong khoảng 5.070m Tại vị trí cống Vân Cốc, độ dài đoạn cong khoảng 5.460m, đoạn sơng vị trí có xu dòng chảy tương đối thuận, vị trí cống lấy nước đề xuất xây 18 dựng nhằm khai thác lợi trường dòng chảy đoạn sơng Hồng khu vực cửa vào sơng Đáy Tại vị trí Hát Mơn, độ dài đoạn cong khoảng 3.300m, mục tiêu làm sống lại khơi phục dòng chảy trước sơng Đáy Góc lấy nước hợp lý từ 720÷780, tương ứng với lưu lượng nước lấy vào kênh dẫn từ 36,24÷160 m3/s, Độ dài đoạn sơng cong phù hợp đảm bảo lấy đủ nước theo lưu lượng thiết kế 36,24m3/s từ 4.500÷5.900m Chiều dài đoạn kênh dẫn hợp lý từ 30÷60m Khi lưu lượng sơng Hồng vị trí cống Cẩm Đình khoảng 6500m3/s, lượng bùn cát vào cửa cống khoảng 0.4kg/s Như đảm bảo yêu cầu lòng dẫn kênh lấy nước khơng bị bồi lắng 3.4.2 Kiến nghị đề xuất vị trí lấy nước hợp lý vùng cửa vào sông Đáy đảm bảo yêu cầu lấy nước mùa kiệt thoát lũ Với kết tính tốn thủy lực, kết khảo sát phân tích mối tương quan lưu lượng- mực nước- góc lấy nước- chiều dài đoạn sông cong- chiều dài đoạn kênh dẫn – yêu cầu chất lượng nước (phù xa phục vụ nước tưới), vị trí lấy đề xuất Cẩm Đình, Vân Cốc Hát Mơn với ưu nhược điểm bảng 3.1 - Chọn vị trí lấy nước Cẩm Đình cần thực giải pháp sau: + Thay đổi góc lấy nước từ sơng Hồng vào cống Cẩm Đình; + Cải tạo tuyến kênh dẫn nước từ sơng Hồng vào cống Cẩm Đình; + Cải tạo cống lấy nước Cẩm Đình đảm bảo lấy đủ nước thiết kế nước sông Hồng hạ thấp; + Cải tạo kênh Cẩm Đình – Hiệp Thuận 19 Bảng 3.1 Bảng đánh giá tiêu chí lựa chọn vị trí lấy nước Tiêu chí Cẩm Đình Lấy lưu lượng nước thiết kế Góc lấy nước khơng phù hợp, xảy tượng bồi lắng khu vực cửa lấy nước Đặt vị trí cơng trình đoạn sơng ổn định Nằm bờ lõm đoạn sông cong Độ dài đoạn cong Lcong= 5.070m Chiều dài đoạn kênh dẫn Lkenh = 580m Đảm bảo chất lượng nước Chất lượng nước lấy vào kênh đảm bảo lượng bùn cát lơ lửng thích hợp việc cải tạo phù sa đồng ruộng, bùn cát đáy, chất lượng lấy nước đảm bảo Xã hội môi trường Đảm bảo cảnh quan, môi trường xã hội, đảm bảo cơng trình Kinh tế Chi phí tốn tận dụng hệ thống kênh có, xây dựng tuyến kênh dẫn mới, cải tạo cao trình đáy cống Cẩm Đình đảm bảo lấy đủ lượng nước thiết kế Vân Cốc Hát Môn Góc lấy nước khơng phù hợp, Góc lấy nước phù xảy tượng hợp, khu vực trước bồi lắng khu cửa cống, lòng sơng vực cửa lấy nước, có xu hướng tiến xuất bãi bồi sát bờ hữu gần khu vực cửa lấy nước Nằm bờ lõm Nằm bờ lõm đoạn sông cong đoạn sông cong Độ dài đoạn cong Độ dài đoạn cong Lcong= 5.460m Lcong= 3.300m Chiều dài đoạn Chiều dài đoạn kênh dẫn Lkenh = kênh dẫn Lkenh = 540m 2.370m Chất lượng nước Chất lượng nước lấy vào kênh đảm lấy vào kênh đảm bảo lượng bùn cát bảo lượng bùn cát lơ lửng thích hợp lơ lửng thích hợp việc cải tạo việc cải tạo phù sa đồng ruộng, phù sa đồng bùn cát đáy, chất ruộng, bùn cát lượng lấy nước đáy, chất lượng đảm bảo lấy nước đảm bảo Đảm bảo cảnh Đảm bảo cảnh quan, môi trường quan, môi trường xã hội, đảm bảo xã hội, đảm bảo cơng trình cơng trình Chi phí tốn cần xây dựng hệ thống kênh, cống, kênh dẫn 20 Chi phí tốn cần xây dựng hệ thống cống, kênh dẫn mới, nạo vét lòng dẫn sơng Đáy cũ - Chọn vị trí lấy nước Cẩm Đình cầnthực giải pháp sau: + Xây dựng tuyến kênh dẫn nước từ sông Hồng vào cống Vân Cốc; + Cải tạo, nâng cấp cống Vân Cốc đảm bảo lấy đủ nước thiết kế nước sông Hồng hạ thấp; + Xây dựng tuyến kênh dẫn Vân Cốc – Hiệp Thuận - Chọn vị trí lấy nước CẩmĐình 3cần thực giải pháp sau: + Xây dựng tuyến kênh dẫn nước từ sông Hồng vào cống Hát Môn; +Xây dựng cống lấy nước CẩmĐình đảm bảo lấy đủ nước thiết kế nước sông Hồng hạ thấp; + Nạo vét lòng dẫn sơng Đáy cũ, đảm bảo lấy đủ nước theo thiết kế Trên sở phân tích điều kiện kinh tế, kỹ thuật, môi trường - xã hội cho thấy xây dựng thêm cống Cẩm Đình vị gần cống Vân Cốc đảm bảo yêu cầu mặt cấp nước lũ Cống Cẩm Đình giữ ngun, kết hợp lấy nước cống Cẩm Đình Tính tốn kiểm tra cho kết lấy nước cống Cẩm Đình mùa kiệt sau: Hình Tương quan lưu lượng mực nước Cống Cẩm Đình mùa kiệt 21 3.5 Kiến nghị số giải pháp nâng cao khả cấp nước mùa kiệt lũ cống Cẩm Đình 3.5.1 Các giải pháp phi cơng trình a Nạo vét đoạn kênh dẫn thượng lưu cống Cẩm Đình Nạo vét đoạn kênh dẫn thượng lưu cống Cẩm Đìnhđể nâng cao lực hoạt động cơng trình cống Cẩm Đình Hệ thống cơng trình qua nhiều năm khai thác kênh mương bị bồi lắng nhiều, đặc biệt khu vực đầu kênh dẫn đoạn tiếp giáp với sông Hồng, hàng năm cần nạo vét thường xuyên để đảm bảo phục vụ sản xuất kịp thời b Bảo vệ nguồn nước Bảo vệ nguồn nước sách giải pháp điều chỉnh phân phối theo hướng giảm dòng chảy mùa lũ tăng cường vào mùa kiệt giải pháp: Bảo vệ trồng rừng; Quy hoạch phát triển quản lý bền vững tài nguyên nước; Tăng cường sử dụng nước hồi quy; Phân phối nguồn nước hợp lý; Sử dụng nước hợp lý, tiết kiệm hiệu c Khai thác, sử dụng nước hợp lý Cần nghiên cứu thực thi giải pháp để chuyển từ cách quản lý truyền thống “đáp ứng nhu cầu, cần cấp nhiêu” sang quản lý nhu cầu dùng nước; thực quản lý hồ chứa thủy điện, thủy lợi theo giải pháp để nâng cao hiệu tổng hợp chúng, trước hết xây dựng chế phối hợp Bộ, ngành địa phương để tạo chuyển biến quản lý vận hành hồ chứa để cấp nước cho hạ du d Xây dựng quy trình quản lý vận hành cống lấy nước hợp lý Về mùa lũ lấy nước nên mở to cửa cống để tăng thêm lưu lượng qua cống tránh bồi lắng Lợi dụng độ chênh lệch mực nước thượng, hạ lưu cống mở cửa cống dùng sức nước để xói trơi bùn cát bị đọng lại trước cửa cống 22 Về mùa mưa nên kết hợp với vấn đề chống úng lưu vực mở cửa cống để xả bùn cát bồi lắng sông Mặt khác dự án tiếp nước từ sơng Tích vào sơng Đáy đáp ứng đủ nhu cầu nước mùa kiệt nhu cầu thường xuyên làm sống lại sông Đáy 3.5.2 Giải pháp cơng trình a Giải pháp cơng trình trì ổn định bờ, nâng cao khả lấy nước b Giải pháp điều chỉnh góc lấy nước cửa vào kênh dẫn cống lấy nước Cẩm Đình c Giải pháp cải tạo cơng trình cống lấy nước Cẩm Đình d Giải pháp giữ nguyên cống lấy nước Cẩm Đình cũ, xây dựng cống Cẩm Đình vị trí gần cống Vân Cốc cách cống Cẩm Đình cũ 600m phía hạ lưu 3.6 Kết luận chương Luận án đưa đề xuất vị trí lấy nước thích hợp vùng cửa vào sơng Đáy theo tiêu chí đề xuất đồng thời kiến nghị số giải pháp cơng trình phi cơng trình nhằm nâng cao khả lấy nước vị trí cơng trình đề xuất Kết cho thấy để nâng cao hiệu lấy nước từ sông Hồng vào sông Đáy, giải pháp tối ưu giữ nguyên cống Cẩm Đình trạng, xây dựng thêm cống cách vị trí cống cũ khoảng 600m, góc lấy nước hợp lý từ 720÷780, độ dài đoạn sơng cong phù hợp đảm bảo lấy đủ nước theo lưu lượng thiết kế 36,24m3/s từ 4.500÷5.900m, chiều dài đoạn kênh dẫn hợp lý từ 30÷60m KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận: Luận án sử dụng cơng cụ mơ hình tốn ba chiều (3D) mơ cụm cơng trình chỉnh trị sông Hồng khu vực cửa vào sông Đáy, mô ảnh hưởng tương tác cơng trình tổng thể hệ thống sơng 23 Hồng Đây hướng để đánh giá xác hơn, đề xuất giải pháp cơng trình cụ thể cho đoạn sông Hồng khu vực cửa Đáy Những đóng góp luận án: - Đã đề xuất tiêu chí kỹ thuật thông số kỹ thuật quy hoạch thiết kế cửa lấy nước sông - Xác định vị trí hợp lý cửa lấy nước hợp lý vào sông Đáy đáp ứng yêu cầu cấp nước tạo dòng chảy thường xun Kiến nghị: Do thời gian có hạn nên việc nghiên cứu xác định vị trí cống lấy nước nghiên cứu vị trí đoạn khu vực cửa vào sông Đáy với 48 kịch tính tốn, cần tiếp tục hồn thiện mơ hình, nghiên cứu thử nghiệm cho đoạn sông thuộc cửa cống lấy nước Xuân Quan, Phù Sa,… với nhiều vị trí cống lấy nước khác Trong nghiên cứu lựa chọn xây dựng cửa lấy nước áp dụng số giải pháp sau để tăng cường QP ổn định đoạn kênh dẫn cửa lấy nước: (i) Xây dựng đập hướng dòng ngầm có cao trình đỉnh vào cao trình mực nước kiệt để hướng dòng chủ lưu hướng cửa lấy nước; (ii) Tại cửa lấy nước có điều tiết, để giảm khả bồi lấp đoạn kênh dẫn cửa lấy nước nên nghiên cứu xây dựng hệ thống chắn cửa lấy nước dòng để ngăn bùn cát, rác vận chuyển vào kênh gây lắng động bồi lấp kênh dẫn Cần kiểm tra tính tốn giải pháp cơng trình bảo vệ bờ sở mơ địa hình chi tiết lưu vực, tăng tính khả thi việc lựa chọn vị trí cống lấy nước đảm bảo yêu cầu cấp nước mùa kiệt Trong thời gian tới, điều kiện cho phép sử dụng mơ hình vật lý để mơ diễn biến lòng dẫn xác định vị trí hợp lý CTLN để kiểm chứng lại tính khả thi giải pháp đề xuất luận án 24 DANH MỤC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ Trần Khắc Thạc “Nghiên cứu sở khoa học thực tiễn xác định cửa lấy nước hợp lý vào sông Đáy” Tạp chí Khoa học kỹ thuật Thủy Lợi Môi trường - số 59 (12/2017) Trần Khắc Thạc, Phạm Thị Hương Lan “Nghiên cứu đề xuất tiêu chí xác định lấy nước sông – áp dụng cho cửa lấy nước vào sông Đáy” Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên, Đại học Thủy lợi, 2017 Trần Khắc Thạc, Phạm Thị Hương Lan“Ứng dụng mô hình thủy lực đánh giá diễn biến lòng dẫn khu vực cửa vào sông Đáy” Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên, Đại học Thủy lợi, 2017 Phạm Thị Hương Lan, Trần Khắc Thạc “Nghiên cứu diễn biễn lòng dẫn đoạn vào sơng Đáy theo kịch đưa nước thường xuyên đề xuất giải pháp chỉnh trị“ Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên, Đại học Thủy lợi, 2013 Trần Khắc Thạc, Phạm Thị Hương Lan, Hà Văn Khối ”Nghiên cứu ứng dụng mô hình MIKE11 đánh giá khả đưa nước thường xuyên vào sơng Đáy tăng khả lũ, cải tạo mơi trường”Tạp chí Khoa học kỹ thuật Thủy Lợi Môi trường, Số 40 (3/2013) Trần Khắc Thạc, An Tuấn Anh “Đánh giá khả ứng dụng Mike 21FM nghiên cứu diễn biến Cửa Đáy” Tạp chí Khoa học kỹ thuật Thủy Lợi Môi trường, Số 29 (6/2010) Phạm Thị Hương Lan, Trần Khắc Thạc, An Tuấn Anh “Một số vấn đề phân tích lựa chọn mơ hình tốn việc đánh giá diễn biến lòng dẫn sơng Đồng Nai – Sài Gòn khu vực Thành phố Hồ Chí Minh ảnh hưởng cơng trình chống ngập”, Tạp chí Khoa học kỹ thuật Thủy Lợi Môi trường, số 29 (6/2010) 25