Nghiên cứu lập kế hoạch sử dụng nước cho các hồ chứa trên địa bàn thành phố đà nẵng theo thời gian thực để chủ động cấp nước cho sản xuất trong điều kiện thời tiết cực đoan

KHOA HỌC CÔNG NGHỆ NGHIÊN CỨU LẬP KẾ HOẠCH SỬ DỤNG NƯỚC CHO CÁC HỒ CHỨA TRÊN ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG THEO THỜI GIAN THỰC ĐỂ CHỦ ĐỘNG CẤP NƯỚC CHO SẢN XUẤT TRONG ĐIỀU KIỆN THỜI TIẾT CỰC ĐOAN Hoàng Ngọc Tuấn, Đặng Thị Nga Viện Khoa học Thủy lợi miền Trung Tây Nguyên Tóm tắt: Kế hoạch sử dụng nước hàng năm hồ chứa thường đơn vị quản lý xây dựng dựa diện tích, loại trồng, thời gian sinh trưởng, dự kiến năm, dựa vào định mức tưới quy định kinh nghiệm qua nhiều năm vận hành, q trình vận hành có điều chỉnh Cách làm bộc lộ số điểm chưa phù hợp dẫn tới tình trạng kế hoạch lập khó sát với thực tế, gây thất thốt, lãng phí nước Để lập Kế hoạch sử dụng nước chủ động cần thiết phải dự báo xác dịng chảy đến hồ chứa (lưu lượng, mực nước) tồn năm tồn vụ; cần phải tính tốn nhu cầu nước phục vụ sản xuất (nơng nghiệp, dân sinh); từ tiến hành cân cung-cầu để đề xuất kế hoạch sử dụng nước theo năm, vụ phù hợp với thực tế Trong báo này, đề xuất giải pháp công nghệ để lập kế hoạch sử dụng nước theo thời gian thực: Đầu năm lập kế hoạch sử dụng nước cho toàn năm dựa số liệu dự báo khí tượng; vào số liệu thực đo mưa, mực nước hồ chứa để điều chỉnh kế hoạch sử dụng nước phù hợp cho hồ Kết nghiên cứu xây dựng 01 phần mềm hỗ trợ lập kế hoạch sử dụng nước, bao gồm module tính tốn dịng chảy đến, nhu cầu nước, cân nước Việc thay đổi mực nước, mưa tự động tích hợp phần mềm, từ tự động điều chỉnh kế hoạch sử dụng nước phù hợp cho hồ chứa Summary: Annual water use plans of reservoirs are often built by the management unit based on area, type of crops, time of growth, expected for the whole year, based on the prescribed irrigation norms many years of operation and experience, also have been adjusted during operation This approach is revealing a number of inadequacies, leading to a situation where the planning is difficult to match with reality, causing water loss and waste In order to formulate an active water use plan, it is necessary to accurately forecast the flow to the reservoir (discharge, water level) in the whole year and crop; it also needs to calculate the water demand for production (agriculture, socio); Therefrom, the supply-demand balance was carried out to propose a yearly water use plan, the most appropriate season In this paper, we propose solutions and technologies for real-time water use planning: At the beginning of the year, a full-year water use plan was made based on meteorological forecasting data, actual rain gauge data, and reservoir water level to adjust suitable water use plan for each lake The research’s results have also built 01 software to support water use planning, including modules for calculating incoming flow, water demand, and water balance The changes in water level and rain will be also automatically integrated into the software, thereby the water use plan for the reservoir is adjusted automatically to ensure appropriateness ĐẶT VẤN ĐỀ * Trong khoảng 10 năm qua, thời tiết diễn biến phức tạp, tượng El Nino La Nina xuất thường xuyên hơn, gây hạn hán bão lũ điều kiện biến đổi khí hậu Ngày nhận bài: 10/11/2020 Ngày thơng qua phản biện: 07/12/2020 làm xuất tượng dị thường, có tính cực đoan (là kiểu thời tiết trái mùa, khắc nghiệt, khơng thể dự đốn định rõ nằm 10% bất thường nhất), nắng nóng gây hạn hán kéo dài hơn, làm ảnh hưởng lớn tới Ngày đuyệt đăng: 16/12/2020 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 63 - 2020 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ đời sống sản xuất sinh hoạt người dân Theo thống kê, từ năm 2006, Đà Nẵng phải hứng chịu nhiều đợt nắng hạn tác động trực tiếp năm 2012-2013, 2014-2015, 2015-2016,… lượng mưa có xu hướng suy giảm nhiệt độ tăng cao mùa khô Theo số liệu thống kê lượng mưa trung bình năm Đà Nẵng dao động từ 2200 ÷ 2800mm, nhiên, có số năm lượng mưa trung bình năm giảm xuống cịn khoảng 1750mm (năm 2012) 1872 mm (năm 2015), mức độ suy giảm đến 40% Trong đó, nhiệt độ có xu hướng tăng cao vào mùa khô, dẫn đến thiếu hụt nguồn nước hồ chứa gây hạn hán khốc liệt cho sản xuất nông nghiệp cấp nước dân sinh Thành phố Đà Nẵng có 20 hồ chứa thủy lợi có nhiệm vụ tưới cho khoảng 2.800 đất nơng nghiệp; có 08 hồ chứa vừa lớn với tổng dung tích khoảng 30,9 triệu m3 chiếm 90% nguồn nước cấp cho nông nghiệp 12 hồ chứa lại chủ yếu hồ chứa nhỏ với tổng dung tích bé (khoảng 0,4 triệu m3) Hiện nay, sản xuất nông nghiệp phụ thuộc chủ yếu vào hồ chứa vừa lớn, phạm vi nghiên cứu đề tài tập trung cho 08 hồ Cho đến nay, việc cấp nước hồ chứa nói chưa chủ động hoàn toàn, tức chưa thể dự báo lượng mưa dòng chảy hồ nhu cầu nước, cân nước theo thời đoạn tuần, tháng, vụ theo thời gian thực, việc lập kế hoạch sản xuất kế hoạch sử dụng nước không sát với thực tế Việc lập kế hoạch sử dụng nước hàng năm hồ thường đơn vị quản lý thực sau: Đầu năm, địa phương báo diện tích, loại trồng, thời gian sinh trưởng, dự kiến năm, dựa vào định mức tưới quy định kinh nghiệm qua nhiều năm vận hành, đơn vị quản lý hồ tính lượng nước cần sử dụng cho năm, sau so sánh với lượng nước có hồ để biết năm hồ thừa hay thiếu nước lập kế hoạch sử dụng nước cho tồn năm, q trình vận hành có điều chỉnh Tuy nhiên, cách làm bộc lộ số điểm chưa phù hợp dẫn tới tình trạng kế hoạch lập khó sát với thực tế, gây thất thốt, lãng phí nước, kể đến như: - Mỗi hồ có biểu đồ điều phối nước, quy định vùng cấp nước bình thường vùng hạn chế cấp nước Tuy nhiên, kế hoạch sử dụng nước năm gần không sử dụng đến biểu đồ mà làm theo kinh nghiệm, điều dẫn đến tình trạng kế hoạch xây dựng khơng xác - Việc lập kế hoạch sử dụng nước chưa xét đến yếu tố khí tượng (như: mưa, nhiệt độ, độ ẩm, bốc hơi) lưu vực khu tưới mà coi kho nước hồ thời điểm lập cố định, đó, cập nhật dự báo năm, tháng, tháng, vào tính tốn cân nước hồ chứa lập kế hoạch cách xác - Thông thường đợt tưới lúa khoảng 10 ÷ 12 ngày nên đơn vị vận hành hồ theo lịch tưới cố định tiến hành mở cống mà không quan tâm đến lượng mưa dự báo 10 ngày tới, cuối đợt tưới mà xuất mưa dẫn tới lãng phí nước lớn, có trường hợp tưới ÷ ngày gặp mưa lớn trạm thủy nơng đóng cống mặt khác người dân lại tháo ruộng sợ bị úng, nên sau đợt mưa lại phải mở cống tưới lại từ đầu Như vậy, dự báo lượng mưa thời đoạn ngắn (10 ngày) để cập nhật vào kế hoạch sử dụng nước đồng thời có hướng dẫn cụ thể cho người dân tiết kiệm nhiều nước Theo tính tốn để tưới cho hécta lúa đợt (10cm nước mặt ruộng) tiêu tốn khoảng 1.500m3 nước hồ chứa - Đặc biệt điều kiện thời tiết cực đoan việc dự báo yếu tố khí tượng mưa, nhiệt độ, theo thời hạn dài TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 63 - 2020 KHOA HỌC (năm, vụ) khó khăn kể nước tiên tiến Nếu việc không dự báo khơng thể có kế hoạch sử dụng nước phù hợp Điều dẫn tới có năm thừa nước, có năm thiếu nước gây hạn hán, thiệt hại kinh tế lớn Để lập Kế hoạch sử dụng nước chủ động cần thiết phải dự báo xác dịng chảy đến hồ chứa (lưu lượng, mực nước) toàn năm tồn vụ; cần phải tính tốn nhu cầu nước phục vụ sản xuất (nông nghiệp, dân sinh); từ tiến hành cân cung-cầu để đề xuất kế hoạch sử dụng nước theo năm, vụ phù hợp với thực tế Vấn đề đặt cần phải có giải pháp cơng nghệ để dự báo dịng chảy hồ chứa cách sát với thực tế hơn, từ có kế hoạch sử dụng nước phù hợp Với cách đặt vấn đề vậy, đề xuất giải pháp công nghệ để lập kế hoạch sử dụng nước theo cách tiếp cận sau: - Đầu năm lập kế hoạch sử dụng nước cho toàn năm dựa số liệu dự báo khí tượng thủy văn, gồm dịng chảy đến, nhu cầu nước, cân nước để kế hoạch sử dụng nước cho vụ - Lắp đặt trạm đo mưa hồ khu tưới để xác định lượng mưa theo thời gian - Lắp đặt trạm đo mực nước tự động hồ chứa nhằm xác định trình mực nước hồ chứa theo thời gian - Dựa số liệu mực nước thực đo hồ chứa, biết dung tích hồ chứa theo thời đoạn, ví dụ: + Tại thời điểm t1,biết mực nước hồ Z1, thông qua quan hệ Z~F~V biết dung tích V1 + Tại thời điểm t2, biết mực nước hồ Z2, tương tự biết dung tích hồ V2  Sự thay đổi dung tích hồ thời đoạn t = V2-V1 Khi biết thay đổi mực nước hồ thời đoạn biết lưu lượng CÔNG NGHỆ hồ; q trình dịng chảy hồ chứa giải sát thực tế - Việc điều chỉnh kế hoạch tưới hỗ trợ thông qua số liệu mưa thực đo hồ khu tưới Với lượng mưa thực đo quan trắc được, so sánh với tiêu chuẩn, quy chuẩn để điều chỉnh phương pháp tưới (tưới đủ mức quy định hay tưới nửa quy định không cần tưới) Đây cách để tận dụng lượng mưa phục vụ tưới, giảm lượng nước cần lấy từ hồ Vấn đề trước chưa có nghiên cứu - Cần phải xây dựng phần mềm sẵn để hỗ trợ lập kế hoạch sử dụng nước, phần mềm bao gồm module tính tốn dịng chảy đến, nhu cầu nước, cân nước Việc thay đổi mực nước, mưa tự động tích hợp phần mềm, từ tự động điều chỉnh kế hoạch sử dụng nước phù hợp cho hồ chứa Như vậy, vấn đề đặt làm để chủ động cấp nước vào mùa kiệt cho hồ chứa điều kiện thời tiết diễn biến theo hướng bất lợi nay? Mục tiêu hướng tới chủ động đạo cấp nước phục vụ điều hành sản xuất dân sinh Để làm việc cần có cơng cụ hữu hiệu hỗ trợ cho quan quản lý để nhanh chóng dự báo lập điều chỉnh kế hoạch sử dụng nước cách xác phù hợp với tình hình thực tế hàng năm cách dự báo dịng chảy đến, mực nước hồ chứa; tính toán nhu cầu sử dụng nước cho sản xuất nơng nghiệp dân sinh dựa sở tích hợp thơng tin từ khí tượng (mưa, nhiệt độ, bốc hơi, độ ẩm, ); thủy văn (mực nước hồ dung tích hồ chứa đầu năm); diện tích, loại trồng, cấu mùa vụ; đặc trưng thổ nhưỡng hệ thống cơng trình truyền tải nước (kênh, mương, ) Từ đó, xây dựng phương án cấp nước hợp lý cho sản xuất nông nghiệp dân sinh theo thứ tự ưu tiên, giảm thiệt hại hạn Việc xây dựng kế hoạch sử dụng nước TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 63 - 2020 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ tính tốn cho hồ chứa vừa lớn Đà Nẵng Trong khuôn khổ báo tập trung giới thiệu số kết lập kế hoạch sử dụng nước cho hồ chứa nước Đồng Nghệ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU, TRÌNH TỰ TÍNH TỐN VÀ CƠ SỞ DỮ LIỆU 2.1 Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp khảo sát thực địa, thu thập tài liệu: - Phương pháp mơ hình: sử dụng mơ hình WEAP có tích hợp module tính tốn mưa - dịng chảy, nhu cầu dùng nước, cân nước cho hồ chứa 2.3 Cơ sở liệu - Dữ liệu địa hình: sử dụng đồ DEM 30x30m khu vực Quảng Nam-Đà Nẵng, thể hệ thống sơng, suối, vị trí hồ đập, thảm phủ thực vật… - Dữ liệu khí tượng: sử dụng số liệu dự báo trạm Đà Nẵng (mưa, nhiệt độ, bốc hơi, tốc độ gió); số liệu mưa thực đo hồ Đồng Nghệ, Hòa Trung; - Dữ liệu thủy văn: sử dụng số liệu đo trạm Thành Mỹ phục vụ hiệu chỉnh, kiểm định mơ hình tính tốn dịng chảy đến - Dữ liệu thảm phủ: sử dụng đồ sử dụng đất thành phố Đà Nẵng - Dữ liệu hồ chứa: gồm quan hệ Z~F~V, thông số kỹ thuật hồ chứa - Dữ liệu diện tích cấu trồng Hình 1: Sơ đồ ngun lý tính tốn mơ hình WEAP - Phương pháp sử dụng ngơn ngữ lập trình: Sử dụng ngơn ngữ lập trình kết hợp với cơng nghệ Web Gis để xây dựng phần mềm hiển thị trực tuyến dự báo lập kế hoạch sử dụng nước hợp lý cho hồ chứa nhằm phục vụ, hỗ trợ công tác đạo điều hành sản xuất nơng nghiệp - Phương pháp chun gia: 2.2 Trình tự tính tốn Hình 2: Trình tự tính tốn lập kế hoạch SDN XÂY DỰNG MƠ HÌNH 3.1 Mơ hình tính tốn dịng chảy đến 3.1.1 Thiết lập mơ hình tính tốn Dựa vào đồ địa hình (DEM) 10mx10m thành phố Đà Nẵng, sử dụng công cụ ARCGIS để phân chia 08 tiểu lưu vực khống chế cơng trình hồ phạm vi nghiên cứu thiết lập thông số vào mơ hình Mơ hình Weap xây dựng bao gồm lưu vực khống chế hồ chứa nghiên cứu Những hệ thống hồ kết nối thông qua hệ thống sông suối mà hạ lưu kênh xả lũ hồ đổ vào Mỗi tiểu lưu vực phân loại thành khu vực sau: loại hình khơng liên quan đến tưới tiêu bao gồm rừng, nông thôn đô thị 02 loại hình liên quan đến tưới tiêu bao gồm hoa màu lúa; ngồi lưu vực hồ Hịa Trung có xét thêm đối tượng nước cấp cho sinh hoạt, hồ Đồng Nghệ xét đến nhu cầu cho thủy sản rau TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 63 - 2020 KHOA HỌC Hình 3: Mơ hệ thống hồ chứa mơ hình Weap 3.1.2 Hiệu chỉnh, kiểm định mơ hình Hình 4: Dịng chảy mơ thực đo trạm Thạnh Mỹ thời đoạn 1990 - 2000 (Nash =0,77) Kết hiệu chỉnh, kiểm định mơ hình cho hệ số Nash tốt, dao động từ 0,77 đến 0,8 Có thể sử dụng thơng số để tính tốn dịng chảy đến cho lưu vực hồ chứa thuộc phạm vi nghiên cứu Hình 6: Kết so sánh MN thực đo tính tốn năm 2011 hồ Hịa Trung (Nash = 0,95) Việc hiệu chỉnh, kiểm định nhằm tìm thơng số tốt mơ hình lưu vực chọn để hiệu chỉnh, kiểm định Sau đó, mượn thơng số để tính tốn phục hồi dòng chảy cho lưu vực nghiên cứu mà khơng có tài liệu đo Ở đây, chúng tơi sử dụng chuỗi số liệu dòng chảy thực đo thời đoạn 1990-2000 trạm Thạnh Mỹ (trên sông Vu Gia) để hiệu chỉnh, chuỗi số liệu từ năm 2001-2012 để kiểm định mơ hình Kết hiệu chỉnh, kiểm định hình dưới: Hình 5: Dịng chảy mơ thực đo trạm Thạnh Mỹ thời đoạn 2001-2012 (Nash =0,80) Đối với 02 hồ chứa lớn Hòa Trung, Đồng Nghệ mơ hình tính tốn cịn hiệu chỉnh, kiểm định dựa số liệu thực đo mực nước hồ chứa số năm Cụ thể: Hình 7: Kết so sánh MN thực đo tính tốn năm 2014 hồ Hòa Trung (Nash = 0,93) Kết kiểm định thơng số mơ hình qua năm cho lưu vực hồ Hịa Trung Đồng Nghệ CƠNG NGHỆ Hình 8: Kết so sánh MN thực đo tính tốn năm 2016 hồ Hịa Trung (Nash = 0,89) cho thấy: Mực nước tính tốn mực nước thực đo hồ chứa nước tương đối phù hợp, TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 63 - 2020 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ số Nash đạt từ 0,79 đến 0,95 Có thể ứng dụng thơng số để tính tốn q trình dịng chảy Hình 9: Kết so sánh MN thực đo tính toán năm 2011 hồ Đồng Nghệ (Nash = 0,90) đến lưu vực nghiên cứu Hình 10: Kết so sánh MN thực đo tính tốn năm 2013 hồ Đồng Nghệ (Nash = 0,79) 3.2 Mơ hình tính tốn nhu cầu nước Đối với nhu cầu nước dùng cho trồng tính tốn phần mềm CROPWAT tích hợp sẵn mơ hình WEAP Nhu cầu nước cho dân sinh công nghiệp xác định quy mô dân số (người) quy mô công nghiệp (ha) theo giai đoạn xác định mức dùng nước tương ứng Sử dụng tiêu chuẩn hành định mức để tính tốn Các nhu cầu tích hợp tính tốn WEAP thơng qua việc thiết lập quan hệ dạng hàm số Hình 11: Kết so sánh MN thực đo tính tốn năm 2014 hồ Đồng Nghệ (Nash = 0,93) Kế hoạch sử dụng nước cho hồ chứa nước xây dựng cho 02 thời đoạn: thời đoạn dài hạn (toàn năm) thời đoạn ngắn hạn (đợt tưới) Cụ thể bước sau: a Đối với Lập kế hoạch sử dụng nước tồn năm Các bước tính tốn gồm: + Sử dụng mơ hình Weap tính tốn dự báo lưu lượng nước đến hồ chứa + Sử dụng mơ hình Weap tính tốn dự báo nhu cầu nước cấp cho đối tượng sử dụng nước tương ứng + Tính tốn cân nước hồ chứa dựa dòng chảy đến nhu cầu nước + Xây dựng kế hoạch cấp nước dài hạn b Đối với Lập kế hoạch sử dụng nước ngắn hạn KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Dựa sở kế hoạch sử dụng nước dài hạn, kế hoạch sử dụng nước ngắn hạn thiết lập theo thời gian thực có xem xét điều chỉnh kế hoạch cấp nước dựa số liệu quan trắc mực nước, mưa hồ chứa Các bước tính tốn cụ thể gồm: 4.1 Lập kế hoạch sử dụng nước cho hồ chứa Bước Tính tốn dự báo lưu lượng đến hồ (thời đoạn ngày) mơ hình Weap: 4.1.1 Cơ sở lập kế hoạch sử dụng nước cho hồ chứa Tính dự báo dòng chảy đến hồ theo số liệu dự báo khí tượng thời đoạn ngắn Kết hợp số liệu Hình 12: CROPWAT tích hợp Weap để tính tốn nhu cầu dùng nước cho nơng nghiệp TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 63 - 2020 KHOA HỌC quan trắc mực nước hồ tự động để hiệu chỉnh dòng chảy đến hồ cho ngày phù hợp với thực tế Bước Tính tốn nhu cầu nước thời đoạn ngày đối tượng dùng nước, từ tính tổng nhu cầu nước cấp lấy từ hồ Nhu cầu nước cấp cho đối tượng cần thực sau: * Đối với lúa, hoa màu: Từ mức tưới yêu cầu ruộng với giai đoạn sinh trưởng tính tốn lưu lượng nước yêu cầu hồ Qyc sau:  B1: Xác định thời gian tưới đợt (ngày) Qua tính tốn khảo sát thực địa lựa chọn thời gian tưới đợt 14 ngày (tưới ngày, nghỉ ngày)  B2: Tính tốn xác định mức tưới yêu cầu theo ngày mặt ruộng = mức tưới yêu cầu TCVN 8641:2011 / số ngày đợt tưới/ha  B3: Tính tốn xác định mức tưới yêu cầu theo ngày đầu mối = mức tưới ruộng / hệ số tổn thất kênh mương  B4: Tính lưu lượng yêu cầu đầu mối (cho tồn diện tích cần tưới) = mức tưới yêu cầu * diện tích tưới/ thời gian ngày (s) * Đối với công nghiệp: Nhu cầu nước cấp cho công nghiệp quy mô cấp nước x định mức cấp nước cho công nghiệp * Đối với nhà máy nước: Nhu cầu nước cấp cho nhà máy tính quy mơ u cầu cấp nước nhà máy tương ứng với giai đoạn * Đối với thủy sản: Nhu cầu cấp nước cho thủy sản tính tổng diện tích ni trồng thủy sản lấy nước từ hồ chứa x định mức nước cấp cho thủy sản * Đối với rau sạch: Nhu cầu cấp nước cho rau tính tổng diện tích rau cần lấy nước từ hồ x định mức nước cấp cho rau Bước Tính tốn xác định độ mở cống a cho đợt tưới dựa lưu lượng yêu cầu Qyc:  B1 Xây dựng quan hệ lưu lượng tháo qua cống Qyc độ mở cửa van a:  B2 Sau xây dựng mối quan hệ Qtt~a trên, dựa giá trị Qyc để xác định CÔNG NGHỆ độ mở cống a (**) Bước Xác định độ mở cống a có xét đến mực nước hồ tương ứng số liệu mưa thực đo (mục tiêu cần đạt giảm số ngày mở cống đợt tưới nhờ lượng mưa bổ sung trước theo số liệu quan trắc mưa, độ mở cống a cố định cho ngày Nội dung thể tiết kiệm nước cho hồ chứa)  B1 Từ giá trị a (**), so sánh mực nước thực đo (Z) hồ với MNC, Z>MNC độ mở cống a (***), khơng khơng mở cống  B2 Từ số liệu mưa thực đo (X0) so sánh với quy định Bảng TCVN 8641:2011 để xác định số ngày phải mở cống lại đợt tưới Cụ thể: Tổng lượng mưa trận (mm) Phương pháp tưới < 10 Tưới đủ mức tưới theo quy định Từ 10 đến 20 Tưới 2/3 mức tưới quy định Từ 20 đến 30 Tưới 1/2 mức tưới quy định Từ 30 đến 40 Coi lần tưới  B3 Xác định ngày độ mở cống a Bước Dự báo dung tích mực nước hồ + Tính tốn dự báo dung tích hồ theo cơng thức: V1 = V0 + Wđ1 - Wyc1 V2 = V1 + Wđ2 - Wyc2 Vn = Vn-1 + Wđn - Wycn Với: V0 : Dung tích hồ thời điểm ban đầu V1 ; V2; Vn : Dung tích hồ vào ngày dự báo thứ 1, n; Wđ1 ; Wđ2 Wđn: Lượng nước dự báo đến hồ ngày thứ 1, 2, ,n; Wyc1; Wyc2 ;Wycn : Lượng nước yêu cầu (tính từ độ mở cống a) ngày thứ 1, 2, n; TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 63 - 2020 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ + Từ dung tích hồ dự báo xác định mực nước hồ dự báo dựa vào quan hệ Z~F~V 4.1.2 Kết dự báo dòng chảy đến hồ chứa Sau xử lý số liệu, chạy mơ hình WEAP cho lưu vực nghiên cứu, trích xuất, xử lý kết tính tốn dịng chảy đến cho 08 hồ chứa Kết đạt sau: 4.1.3 Kết dự báo nhu cầu sử dụng nước Tương tự, sử dụng mơ hình tính tốn xác định nhu cầu nước cho hồ chứa Kết tính tốn dự báo nhu cầu nước cho hồ Đồng Nghệ sau: Hình 14: Kết tính tốn dự báo nhu cầu nước cho nơng nghiệp hồ Đồng Nghệ Hình 13: Kết tính tốn dự báo dịng chảy đến hồ chứa Bảng 1: Kết tính tốn dự báo tổng nhu cầu nước hồ chứa thời đoạn tuần IX Tên hồ Đ ng X XI I II Tuầ Tuầ Tuầ Tuầ Tuầ Tuầ Tuầ Tuầ n Tuầ n Tuầ Tuầ Tuầ Tuầ Tuầ Tuầ Tuầ Tuầ Tuầ n1 n2 n3 n1 n2 n3 n1 n2 n3 n1 n2 n3 n1 n2 n3 0,56 0,69 0,49 0,49 0,49 0,54 0,49 0,49 n1 0,49 0,49 0,49 0,70 0,59 0,72 0,71 0,94 1,03 0,81 Nghệ 2 2 2 2 5 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … Hố Gáo 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 III Thờ i 1 IV 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,01 0,00 0 V 2 VI VII VIII Tuầ Tuầ Tuầ Tuầ Tuầ Tuầ Tuầ Tuầ n Tuầ n Tuầ Tuầ Tuầ Tuầ Tuầ Tuầ Tuầ Tuầ Tuầ n1 n2 n3 n1 n2 n3 n1 n2 n3 n1 n2 n3 n1 n2 n3 Đ ng 1,07 1,18 1,05 0,82 0,69 0,49 0,58 0,67 0,63 0,77 0,79 0,89 1,09 1,18 1,05 1,03 1,10 1,07 Nghệ 7 5 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … gian Hố Gáo 0,01 0,01 0,01 0,01 0,00 0,00 0,00 0,00 4.1.4 Kết tính tốn cân nước hồ chứa Dựa vào mục đích sử dụng nước thực tế XII n1 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,03 0,05 0,05 0,05 0,00 2 5 hồ chứa, tính tốn dự báo lưu lượng nước đến, nhu cầu nước để tiến hành tính tốn cân nước theo thời đoạn tuần, tháng, năm cho TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 63 - 2020 KHOA HỌC CƠNG NGHỆ hồ chứa Một số kết sau: Tên hồ IX Đồng Nghệ X … VIII … … IX Hố Gáo X … VIII Tuần TV 1-10 11-20 21-30 1-10 11-20 21-30 … 1-10 11-20 21-30 … 1-10 11-20 21-30 1-10 11-20 21-30 … 1-10 11-20 21-30 Wđến (106m3) 0,681 0,594 0,561 0,539 0,511 0,636 … 0,257 0,179 0,190 … 0,009 0,009 0,007 0,008 0,007 0,009 … 0,004 0,003 0,000 Wdùng (106m3) 0,561 0,697 0,492 0,492 0,492 0,541 … 1,056 1,035 1,107 … 0,031 0,024 0,002 0,002 0,001 0,001 … 0,037 0,046 0,000 4.1.5 Lập kế hoạch sử dụng nước cho hồ chứa Căn ngun tắc tính tốn nêu trên, kế hoạch sử dụng nước cho hồ chứa xây dựng file excel Kế hoạch thể đầy đủ thông tin Lượng nước đến hồ, Tổng nhu cầu dùng nước, Các số liệu quan trắc mực nước, mưa hàng ngày, từ xác định dung tích hồ tương ứng Xác định độ mở cống tương ứng cho hồ chứa ứng với thời đoạn Kết tính toán lập Kế hoạch sử dụng nước đầu vào quan trọng phục vụ cho việc xây dựng phần mềm lập Kế hoạch sử dụng nước 4.2 Kết xây dựng phần mềm lập kế hoạch sử dụng nước W+ (106m3) 0,119 W(106m3) 0,103 0,069 0,047 0,019 0,096 … … 0,005 0,007 0,006 0,008 … 0,000 … 0,799 0,856 0,917 … 0,022 0,015 … 0,033 0,043 Vho (106m3) 15,870 15,767 15,836 15,870 15,870 15,870 … 6,224 5,368 4,451 … 0,050 0,050 0,050 0,050 0,050 0,050 … 0,013 0,013 0,013 Vxa (106m3) 0,119 0,000 0,014 0,019 0,096 … … 0,005 0,007 0,006 0,008 … 0,000 hồ chứa xây dựng sẵn dựa kết tính tốn lập kế hoạch sử dụng nước gồm tính tốn dịng chảy đến, nhu cầu nước, cân nước hồ chứa, từ xây dựng kế hoạch sử dụng nước cho toàn năm Phần mềm tích hợp module tự động lấy số liệu thực đo mưa, mực nước hồ chứa nhằm tính tốn điều chỉnh kế hoạch sử dụng nước phù hợp với thực tế Phần mềm kế hoạch sử dụng nước xây dựng theo mơ hình ứng dụng web Vì vậy, kiến trúc giải pháp cho ứng dụng web mơ tả sau: Phần mềm lập kế hoạch sử dụng nước cho TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 63 - 2020 KHOA HỌC CƠNG NGHỆ Hình 15: Mơ hình tổng thể giải pháp xây dựng - Ngơn ngữ lập trình C# theo mơ hình MVC ASP.NET, công nghệ sau ASP.NET Web Form cho phép ta phát triển ứng web gồm ba thành phần chính: model, view controller Với ưu điểm bật nhẹ (lighweigt), dễ kiểm thử giao diện thừa hưởng tính có sẵn ASP.NET khiến cho cơng nghệ ngày phát triển Hình 16: Các bước tính tốn, điều chỉnh nhu cầu sử dụng nước - Lập kế hoạch tưới cho hồ chứa, xác định thời gian mở cống, độ mở cống Kế hoạch tưới lập vào đầu đợt tưới, vào mực nước thực đo hồ Z(m) lượng mưa ngày dự báo Xdb (mm) - Hệ quản trị sở liệu: sử dụng hệ sở liệu Microsoft SQL Server vì: SQL Server tối ưu để chạy mơi trường sở liệu lớn lên đến Tera-Byte phục vụ lúc cho hàng ngàn user SQL Server kết hợp "ăn ý" với server khác Microsoft InternetInformation Server (IIS), ECommerce Server, Proxy Server Các quy trình nghiệp vụ phần mềm gồm: - Tính tốn dịng chảy đến hồ chứa - Tính tốn, điều chỉnh nhu cầu sử dụng nước Khi lập kế hoạch sử dụng nước, người dùng xây dựng phương án sử dụng nước cách điều chỉnh thông số nhu cầu nước=> tính tốn=> sau kiểm tra xem có đảm bảo cấp nước khơng Hình 17: Các bước tính tốn lập kế hoạch tưới, xác định thời gian, độ mở cống - Tính tốn lại độ mở cống số ngày mở cống phù hợp Hệ thống tự động thu thập liệu quan trắc mưa khu vực nghiên cứu, so sánh với số liệu mưa 10 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 63 - 2020 KHOA HỌC ứng với chế độ tưới xây dựng sẵn, tính tốn số ngày mở cống lại độ mở cống cập nhật Lập lịch tưới Xác định a (độ mở cống), D (số ngày mở cổng) Tổng lượng mưa quan trắc ngày trước X (mm) CƠNG NGHỆ huyện Hịa Vang, thành phố Đà Nẵng phần diện tích xã Đại Hiệp, huyện Đại Lộc, tỉnh Quảng Nam, hồ chứa cung cấp nguồn nước sinh hoạt điều tiết lũ cho vùng hạ du cơng trình Cập nhật lịch tưới Xác định a cập nhật, Dcập nhật Cập nhật số ngày tưới lại Sai Dcập nhật Đúng Kết thúc tưới Hình 18: Các bước tính toán lại số ngày mở cống độ mở cống - Xác định dung tích hồ dự báo Tổng lượng nước đến hồ dự báo V (106 m³) Mực nước thực đo Z (m) Độ mở cống cập nhật Dung tích hồ đầu ngày Vđ (106 m³) Tổng lượng nước tưới ngày V d (106 m³) Dung tích hồ dự báo ngày V (106 m³) V2 = V1 + Vđ - Vd Hình 19: Các bước tính tốn dự báo dung tích hồ Hình 20: Bản đồ vị trí cơng trình hồ chứa nước Đồng Nghệ Hồ lắp đặt trạm đo mưa mực nước tự động Hệ thống kênh kênh nhánh cấp bê tơng hóa (trên 90%), kênh nhánh cấp kênh nội đồng chủ yếu đất (trên 70%) Trong khoảng năm trở lại đây, hồ thường xuyên bị thiếu nước nên phải đầu tư thêm trạm bơm dã chiến với công suất 4000m3/h bơm nước từ sông Yên để chống hạn Hồ đảm nhiệm tưới cho khoảng 764ha lúa, 70ha nuôi trồng thủy sản 30ha hoa màu (Nguồn: Trạm Thủy nông Đồng Nghệ) Quy trình vận hành hồ lập cách năm (2010) nên đến bộc lộ số điểm bất cập, khơng phù hợp với tình hình 4.4 Áp dụng thử cho hồ chứa nước Đồng Nghệ 4.4.2 Phần mềm lập kế hoạch sử dụng nước cho hồ chứa Đồng Nghệ 4.4.1 Tổng quan hồ chứa nước Đồng Nghệ Phần mềm lập kế hoạch sử dụng nước cho hồ Đồng Nghệ xây dựng theo nguyên tắc trình bày Dựa bảng kế hoạch sử dụng nước xây dựng sẵn, phần mềm lập trình gồm module hiển thị dòng chảy đến hồ chứa, nhu cầu nước, kế hoạch sử dụng nước Hồ chứa nước Đồng Nghệ nằm địa phận xã Hòa Khương, huyện Hòa Vang, thành phố Đà Nẵng Hồ hoàn thành đưa vào khai thác sử dụng năm 1995, đến năm 2010 nâng cấp sửa chữa cơng trình đầu mối, đến hoạt động tốt Hồ có diện tích lưu vực Flv = 28,5 km2, dung tích 16,858 triệu m3, làm nhiệm vụ cấp nước tưới cho 1500 đất canh tác thuộc xã Hòa Khương, Hòa Phong, Hòa Phú, TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 63 - 2020 11 KHOA HỌC CƠNG NGHỆ Hình 21: Giao diện phần mềm a Dữ liệu nguồn nước đến hồ chứa Bao gồm thông tin thông số kỹ thuật hồ chứa, biểu đồ điều phối, số liệu quan trắc mực nước, lượng mưa, kết dự báo lượng nước hồ, Hình 22: Thơng tin cơng trình hồ chứa Hình 23: Biểu đồ điều phối nước hồ chứa Hình 24: Số liệu quan trắc mực nước, lượng mưa Hình 25: Tổng lượng nước dự báo đến hồ b Dữ liệu nhu cầu sử dụng nước Nhu cầu sử dụng nước hồ Đồng Nghệ xây dựng bao gồm thơng tin loại Hình 26: Các loại nhu cầu nước 12 nhu cầu nước, giai đoạn sinh trưởng, lịch thời vụ trồng, kết dự báo nhu cầu sử dụng nước Hình 27: Các giai đoạn sinh trưởng ĐM tương ứng TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 63 - 2020 KHOA HỌC CƠNG NGHỆ Hình 29: Kết dự báo nhu cầu nước Hình 28: Lịch thời vụ trồng c Kế hoạch sử dụng nước hồ chứa Kế hoạch sử dụng nước hồ chứa tính tốn điều chỉnh thể việc điều chỉnh độ mở cống số ngày mở cống lại đợt tưới dựa dự báo lượng nước hồ, mực nước hồ thực đo Z lượng mưa ngày hôm trước X Việc tính tốn điều chỉnh thực tự động vào lúc 7h sáng hàng ngày Hình 30: Kế hoạch sử dụng nước KẾT LUẬN Kế hoạch sử dụng nước quan trọng để thực dịch vụ cấp nước sở để lập kế hoạch vận hành hệ thống thủy lợi Hiện nay, việc lập kế hoạch sử dụng nước năm hồ chứa thường đơn vị quản lý thực cho năm/vụ, dựa số liệu diện tích, loại trồng, thời gian sinh trưởng, định mức tưới quy định kinh nghiệm qua nhiều năm vận hành, trình vận hành có điều chỉnh Tuy nhiên, cách làm bộc lộ số điểm chưa phù hợp dẫn tới tình trạng kế hoạch lập khó sát với thực tế, gây thất thốt, lãng phí nước Nghiên cứu bước đầu đề xuất lập kế hoạch sử dụng nước hồ chứa theo thời gian thực nhằm chủ động cấp nước cho sản xuất điều kiện thời tiết cực đoan Dựa số liệu quan trắc mực nước hồ chứa, kế hoạch sử dụng nước điều chỉnh hàng ngày nhằm khắc phục sai số dự báo nguồn nước đến hồ chứa Việc điều chỉnh kế hoạch tưới cịn hỗ trợ thơng qua số liệu mưa thực đo Với lượng mưa thực đo quan trắc được, so sánh với tiêu chuẩn, quy chuẩn để điều chỉnh phương pháp tưới (tưới đủ mức quy định hay tưới nửa quy định không cần tưới) Đây cách để tận dụng lượng mưa phục vụ tưới, giảm lượng nước cần lấy từ hồ Vấn đề trước chưa có nghiên cứu Bài báo trình bày nguyên tắc, trình tự kết xây dựng phần mềm lập kế hoạch sử dụng nước cho hồ chứa; có ứng dụng cụ thể cho hồ chứa nước Đồng Nghệ Phần mềm xây dựng sẵn web, bao gồm đầy đủ chức dự báo nguồn nước đến, nhu cầu nước, tính tốn cân nước lập kế hoạch sử dụng nước Bên cạnh đó, phần mềm tích hợp sẵn chức tự động cập nhật số liệu quan trắc mưa, mực nước hồ chứa; từ điều chỉnh kế hoạch sử dụng nước theo thời gian thực, giúp tận dụng hiệu nguồn nước TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] [2] Hoàng Ngọc Tuấn (2020) Nghiên cứu giải pháp kế hoạch sử dụng nguồn nước hồ chứa để chủ động cấp nước cho sản xuất nông nghiệp dân sinh thành phố Đà Nẵng điều kiện thời tiết cực đoan, Viện Khoa học Thủy lợi miền Trung Tây Nguyên, Đề tài cấp Thành phố Hoàng Ngọc Tuấn (2016) Đánh giá toàn diện nhằm hướng đến khả chống chịu BĐKH nguồn tài nguyên nước thành phố Đà Nẵng, Viện Khoa học Thủy lợi miền Trung TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 63 - 2020 13 KHOA HỌC [3] [4] [5] [6] [7] [8] 14 CÔNG NGHỆ Tây Nguyên, Dự án hợp tác với quỹ Rockerfeller, tổ chức ISET Văn phịng Biến đổi khí hậu TP Đà Nẵng Hoàng Ngọc Tuấn (2015) Nghiên cứu sử dụng tổng hợp nguồn nước hồ đập phục vụ chiến lược phát triển kinh tế xã hội thành phố Đà Nẵng điều kiện biến đổi khí hậu nước biển dâng, Viện Khoa học Thủy lợi miền Trung Tây Nguyên, Đề tài cấp Thành phố Hoàng Ngọc Tuấn (2017), Báo cáo tổng kết, Đề án “Đầu tư, nâng cấp hệ thống hồ chứa, hồ điều tiết để phục vụ cấp nước đa mục tiêu địa bàn thành phố Đà Nẵng điều kiện biến đổi khí hậu, giai đoạn 2017 - 2025” Niên giám thống kê Thành phố Đà Nẵng - Cục thống kê Đà Nẵng, 2019 TCXDVN 33: 2006, Cấp nước - Mạng lưới đường ống cơng trình - Tiêu chuẩn thiết kế Bộ Xây dựng, 2006 Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 8641:2011 Cơng trình thủy lợi kỹ thuật tưới tiêu nước cho lương thực thực phẩm SEI Stockholm Environment Insitute (2016) Tutorial Water Evaluation And Planning System TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 63 - 2020 ... sát với thực tế, gây thất thốt, lãng phí nước Nghiên cứu bước đầu đề xuất lập kế hoạch sử dụng nước hồ chứa theo thời gian thực nhằm chủ động cấp nước cho sản xuất điều kiện thời tiết cực đoan Dựa... chảy hồ nhu cầu nước, cân nước theo thời đoạn tuần, tháng, vụ theo thời gian thực, việc lập kế hoạch sản xuất kế hoạch sử dụng nước không sát với thực tế Việc lập kế hoạch sử dụng nước hàng năm hồ. .. Dựa sở kế hoạch sử dụng nước dài hạn, kế hoạch sử dụng nước ngắn hạn thiết lập theo thời gian thực có xem xét điều chỉnh kế hoạch cấp nước dựa số liệu quan trắc mực nước, mưa hồ chứa Các bước