Nghiên cứu xây dựng chương trình tính toán xác định độ mở cống hợp lý nhằm tránh xói lở hạ lưu công trình trong hệ thống thủy lợi bắc hưng hải

i MỤC LỤC MỞ ĐẦU .1 I TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI .1 Sơ lược hệ thống Bắc Hưng Hải Sự cần thiết đề tài II MỤC ĐÍCH VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1.Mục đích nghiên cứu: .2 III PHẠM VI NGHIÊN CỨU IV CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .3 1.Cách tiếp cận: 2.Phương pháp nghiên cứu: .3 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THỦY LỢI BẮC HƯNG HẢI VÀ CÁC CỐNG TRÌNH CHÍNH .4 1.1.ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN VÀ DÂN SINH KINH TẾ VÙNG NGHIÊN CỨU .4 1.1.1 Vị trí địa lý, phạm vi hành 1.1.2 Đặc điểm địa chất - địa hình trình địa mạo .5 1.1.3 Thổ nhưỡng đặc điểm đáy khu vực tưới tiêu nghiên cứu .6 1.1.4 Đặc điểm khí hậu, khí tượng .6 1.1.5 Đặc điểm mạng lưới sơng ngịi 1.1.6 Đặc điểm kinh tế – xã hội 1.2 TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH QUẢN LÝ VẬN HÀNH KHAI THÁC CƠNG TRÌNH THỦY LỢI TRONG HỆ THỐNG BẮC HƯNG HẢI 12 1.2.1 Về quản lý hệ thống 12 1.2.2 Về vận hành tưới tiêu hệ thống .13 CHƯƠNG ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG XĨI LỞ CƠNG TRÌNH TRONG HỆ THỐNG BẮC HƯNG HẢI .14 2.1 CƠ SỞ THỰC TIỄN TỪ SỐ LIỆU ĐO ĐẠC TRONG HỆ THỐNG .14 2.1.1 Tổng quan hệ thống cơng trình : 14 2.1.2 Hệ thống kênh trục chính: .14 2.1.3 Hiện trạng xói lở cống hệ thống Bắc Hưng Hải .15 2.2 ĐẶC ĐIỂM XÓI LỞ HẠ LƯU CÁC CỐNG TRONG HỆ THỐNG .19 ii 2.3 ĐÁNH GIÁ NGUYÊN NHÂN XÓI LỞ 20 2.3.1 Yếu tố cơng trình .20 2.3.2.Các yếu tố thuỷ lực, thuỷ văn 20 2.3.3 Quản lý vận hành 20 2.3.4 Các yếu tố đất 20 2.3.5 Đối với hệ thống Bắc Hưng Hải 20 2.3.6 Công thức tính lưu tốc mạch động cường độ (áp lực) mạch động .22 2.3.7 Cơng thức tính vận tốc khởi động xói (theo tiêu chuẩn thiết kế hệ thống kênh tưới 4118-85) .22 CHƯƠNG XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TỐN ĐỘ MỞ CỐNG HỢP LÝ NHẰM TRÁNH XĨI LỞ HẠ LƯU CƠNG TRÌNH 24 3.1 Cơ sở lý thuyết 24 3.2 SƠ ĐỒ KHỐI TỔNG THỂ VÀ CÁC MODUL 43 3.2.1 Trình tự tính tốn 43 3.2.2 Sơ đồ khối 46 3.3 CÁC MODUL CHƯƠNG TRÌNH 47 3.3 CÁC MODUL CHƯƠNG TRÌNH 48 3.4 KẾT QUẢ CHẠY THỬ NGHIỆM, HIỆU CHỈNH PHẦN MỀM 48 3.4.1 Phần tính toán độ mở cho cống 48 3.5 HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG VÀ CÁC YÊU CẦU ĐỐI VỚI ĐƠN VỊ SỬ DỤNG 57 3.5.1 Phần mềm tính tốn độ mở cống 57 3.5.2 Ứng dụng tính tốn bồi xói kênh mương 58 3.5.3 Các yêu cầu đơn vị sử dụng: 58 3.6 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ỨNG DỤNG 59 3.6.1 Ứng dụng tính tốn độ mở cống hợp lý: 59 3.6.2 Ứng dụng tính tốn bồi đắp kênh dẫn 59 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 61 NHỮNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN 61 KIẾN NGHỊ 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO .63 iii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Số liệu hành chính, diện tích, dân số hệ thống Bắc Hưng Hải Bảng 1.2 : Tổng giá trị GDP GDP bình quân đầu người tỉnh vùng .9 Bảng 1.3: Thống kê diễn biến chăn nuôi gia súc gia cầm vùng Bắc Hưng Hải .10 Bảng 2.1 Bảng tra hệ số K công thức kiểm tra xói 23 Bảng 2.2 Bảng trị số co hẹp thẳng đứng ε tính nối tiếp sau cửa cống phẳng (STKTTL Tập I) 25 Bảng 2.3.: Trị số hệ số ξv van với độ mở khác 42 Bảng 2.4 Bảng hệ số m, mσ, ϕ, ϕn, εo cống hệ thống thuỷ nông Bắc Hưng Hải 42 iv DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.a: Chảy khơng ngập .24 Hình 1.b,c: Chảy ngập .25 Hình 2.b,c 29 Hình 2.d,e 29 Hình 2.e .33 Hình 2.f 35 Hình 3.d .39 Hình 3.e .39 Hình 3.g .39 Hình 3.h .39 Hình 40 MỞ ĐẦU I TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Sơ lược hệ thống Bắc Hưng Hải Hệ thống thuỷ lợi Bắc Hưng Hải nằm trung tâm đồng Bắc Bộ, bao bọc sơng lớn: Sơng Đuống, Sơng Luộc, Sơng Thái Bình, Sơng Hồng; Bao gồm địa giới hành tỉnh: toàn tỉnh Hưng Yên, huyện thành phố thuộc tỉnh Hải Dương, huyện thuộc tỉnh Bắc Ninh quận Long Biên huyện Gia Lâm thuộc thành phố Hà Nội Diện tích tự nhiên 192.045 ha, đất nông nghiệp 146.756 ha; dân số khoảng triệu người Hệ thống khởi công xây dựng tháng 10/1959 đến qua 54 năm vận hành khai thác xây dựng bổ sung, hệ thống tương đối hồn chỉnh; bao gồm cơng trình: − Cụm cụng trình đầu mối cống Xuân Quan, cống Báo đáp − 235km kênh trục − 13 cơng trình điều tiết kênh chính, âu thuyền cống đầu kênh − Trên 300 trạm bơm lớn , nhỏ ( khoảng 300 trạm bơm dân tự làm) − Trên 800 cống tưới tiêu cho phạm vi > 250ha − Hàng ngàn km kênh loại hàng ngàn cống nhỏ Sự cần thiết đề tài Qua trình quản lý khai thác vận hành cống hệ thống thủy lợi Bắc Hưng Hải (do công ty TNHH MTV KTCTTL Bắc Hưng Hải quản lý) xuất tượng xói hạ lưu cơng trình phía sau sân tiêu năng, có cơng trình gây sạt nở mái bờ kênh, gây an tồn cơng trình việc xử lý xói phức tạp tốn Qua theo dõi, xói hạ lưu cống lưu tốc dịng chảy, tức cơng trình dẫn với lưu lượng lớn mức cho phép, nguyên nhân chế độ vận hành mở cống Thực tế việc vận hành hệ thống thủy lợi thường đáp ứng yêu cầu nước theo thực tế, lấy đủ nước dừng, trước mở cống người vận hành khơng có đủ thơng tin đặc biệt lưu lượng nước cần lấy Việc mở cống dựa vào kinh nghiệm theo yêu cầu lấy nhanh tốt, điều dễ dẫn đến việc mở cống mức cho phép gây xối nở hạ lưu Từ thực tế vận hành cống hệ thống Bắc Hưng Hải nêu nói riêng hầu hết hệ thống thủy lợi nói chung, cần thiết phải tính tốn xác định độ mở cho phép điều kiện chênh mực nước thực tế cống, đảm bảo khơng gây xói nở hạ lưu cống phải đưa trình đóng mở cống cho đợt vận hành tức xác định độ mở cống lớn ban đầu độ mở mực nước hạ lưu dâng dần lên theo bước tính tốn Trong điều kiện thực tế máy tính điện tử phổ biến, kết đề tài xây dựng phần mềm tính tốn độ mở phù hợp cho cống hệ thống thủy lợi Bắc Hưng Hải Đây cơng cụ tính tốn tiêu thiết kế cống độ rộng, tiêu … để giúp cho việc theo dõi, đánh giá bồi lắng kênh mương, phục vụ công tác quản lý vận hành cống kênh hạ lưu cống, phần mềm bao gồm modul tính tốn khối lượng xói lở, bồi lắng kênh II MỤC ĐÍCH VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1.Mục đích nghiên cứu: - Đánh giá ảnh hưởng việc vận hành mở cống đến trình xói nở hạ lưu cống, bao gồm sở lý thuyết thực tế theo dõi đo đạc Đánh giá nguyên nhân gây xói đưa sở lý thuyết tính tốn đưa giải pháp vận hành cống phù hợp hạn chế xói nở hạ lưu cơng trình - Xây dựng cơng cụ phần mềm tính tốn xác định độ mở cống phù hợp ứng dụng thực tế vận hành công ty Bắc Hưng Hải III PHẠM VI NGHIÊN CỨU Các cống hệ thống thủy lợi Bắc Hưng Hải (Xuân Quan, Báo Đáp, Kênh Cầu, Lực Điền, Tranh, Bá Thủy, Neo, Cầu Xe, An thổ) IV CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1.Cách tiếp cận: - Tiếp cận thực tế: Thu thập, nghiên cứu số liệu cống hệ thống thủy lợi Bắc Hưng Hải, trình vận hành số liệu đo đạc mực nước, lưu lượng - Tiếp cận phương pháp nghiên cứu tiêu nước giới 2.Phương pháp nghiên cứu: - Phương pháp điều tra, khảo sát thực địa - Phương pháp kế thừa - Phương pháp phân tích - Phương pháp mơ hình tốn CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THỦY LỢI BẮC HƯNG HẢI VÀ CÁC CỐNG TRÌNH CHÍNH 1.1.ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN VÀ DÂN SINH KINH TẾ VÙNG NGHIÊN CỨU 1.1.1 Vị trí địa lý, phạm vi hành Hệ thống Thuỷ nông Bắc Hưng Hải nằm đồng sông Hồng, vị trí xác định theo toạ độ: - 20º30’ đến 21º07’ vĩ độ Bắc - 105º50’ đến 106º36’ kinh độ Đông Hệ thống Bắc Hưng Hải bao bọc sông lớn: - Sông Đuống phía Bắc với độ dài phần chảy qua hệ thống 67km; - Sơng Luộc phía Nam với độ dài phần chảy qua hệ thống 72km; - Sông Thái Bình phía Đơng với độ dài phần chảy qua hệ thống 73km; - Sơng Hồng phía Tây với độ dài phần chảy qua hệ thống 57km Tổng diện tích tự nhiên 214.932ha, diện tích phần đê 192.045 ha; đất nông nghiệp 146.756 bao gồm đất đai toàn tỉnh Hưng Yên (10 huyện), huyện thị Hải Dương, huyện tỉnh Bắc Ninh quận, huyện thành phố Hà Nội Hình 1.1: Bản đồ hành hệ thống thủy nơng Bắc Hưng Hải 1.1.2 Đặc điểm địa chất - địa hình q trình địa mạo Địa hình có xu hướng dốc dần từ Tây Bắc xuống Đơng Nam hình thành vùng chính: Vùng ven sơng Hồng , sơng Đuống cao độ phổ biến (+4,0m), chỗ cao +8,0m ÷ +9,0m Thành phần gồm: đất pha cát, đất thịt nhẹ, chua, đất thấm nước cao, mực nước ngầm nằm sâu Vùng trung tâm với cao độ +2,0m đến +2,5m; Vùng ven sơng Luộc, sơng Thái Bình, cao độ phổ biến + 1,0m đến +1,5m Nơi thấp +0,5m, đất chua, nước ngầm nằm cao 1.1.3 Thổ nhưỡng đặc điểm đáy khu vực tưới tiêu nghiên cứu Đất đai hình thành phù sa sơng Hồng - Thái Bình, thành phần giới đất từ thịt hẹ đến thịt pha nhiễm chua nghèo lân, chia thành loại sau: - Loại đất phù sa sông Hồng không bồi màu nâu thẫm trung tính, chua, loại đất tốt thích hợp cho trồng màu lúa cao sản - Loại đất phù sa sông Hồng không bồi lắng trung tính chua glây trung bình, loại đất có tầng phù sa dày, thành phần giới đất thịt trung bình đến thịt nặng, loại đất thích hợp cho cấy lúa vụ - Loại đất phù sa sơng Hồng có tầng loang lổ không bồi lắng, màu đất nâu nhạt, tầng phù sa mỏng, thành phần giới từ trung bình đến nặng, bị sét hoá mạnh, chất hữu phân huỷ chậm thường bị chua, cần cải tạo Trong đó, chủ yếu đất phù sa Glây hệ thống sơng Hồng (Phg) chiếm tỷ lệ diện tích lớn 1.1.4 Đặc điểm khí hậu, khí tượng Lưu vực Bắc Hưng Hải nằm vùng đồng Bắc Bộ, không giáp với biển chịu ảnh hưởng khí hậu miền duyên hải, hàng năm chia hai mùa rõ rệt: mùa nóng từ tháng đến tháng 10, thời tiết nóng ẩm mưa nhiều Mùa đơng lạnh, mưa từ tháng 11 đến tháng - Mưa năm: Lượng mưa năm trung bình nhiều năm vùng nghiên cứu đạt 1.400 - 1.600 mm Vùng mưa lớn thường xuất khu vực phía Nam Đơng Nam hệ thống với lượng mưa trung bình năm đạt 1.548 mm Ninh Giang, 1.648 mm Hưng Yên, 1.523 mm Hải Dương - Nhiệt độ: Nhiệt động trung bình năm 23,3 0C đồng - Độ ẩm: Độ ẩm tương đối trung bình năm 80-85% ... Xây dựng cơng cụ phần mềm tính tốn xác định độ mở cống phù hợp ứng dụng thực tế vận hành công ty Bắc Hưng Hải III PHẠM VI NGHIÊN CỨU Các cống hệ thống thủy lợi Bắc Hưng Hải (Xuân Quan, Báo Đáp,... CHƯƠNG ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG XÓI LỞ CƠNG TRÌNH TRONG HỆ THỐNG BẮC HƯNG HẢI 2.1 CƠ SỞ THỰC TIỄN TỪ SỐ LIỆU ĐO ĐẠC TRONG HỆ THỐNG Các cơng trạng xói lở hệ thống Bắc Hưng Hải: 2.1.1 Tổng quan hệ thống. .. với hệ thống Bắc Hưng Hải nằm trung tâm đồng Bắc Bộ chủ yếu đất phù xa bồi lấp, chọn hệ số K=0,62 để tính tốn cho cơng trình 24 CHƯƠNG XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TỐN ĐỘ MỞ CỐNG HỢP LÝ NHẰM TRÁNH