1. Lưu lượng khả năng cấp nước của các cống hiện có trong hệ thống a. Cở sở lý luận:
Dựa vào quá trình mực nước triều lên xuống với mực nước trong đồng. Khi mực nước ngoài lên và cân so với trong đồng là mở cống lấy nước. Tuy nhiên trong vụ Đông xuân trên hệ thống thủy lợi Xuân Thủy diễn ra 2 quá trình lấy nước khác nhau. Trên triền sông Hồng việc lấy nước chịu ảnh hưởng mặn, trên triền sông Ninh Cơ hầu như ít chịu ảnh hưởng mặn do vậy việc lấy nước thuận lợi hơn rất nhiều. Quá trình lấy nước của các cống trên hai triền sông này được mô tả như sau:
Hình 5: Đường mực nước tại cống lấy nước trên triền sông Hồng
Khi thuỷ triều dâng lên mức ZA thì bắt đầu mở cống lấy nước. Mực nước phía đồng được tăng từ Zmin tới Zmax. Ứng với mực nước đỉnh triều Zc là thời điểm tưới thuận lợi nhất xong trong vụ Đông Xuân trên sông Hồng tại hệ thống thủy nông Xuân Thủy ứng với thời điểm triều lên cao nhất cũng là lúc mặn lên cao nhất do vậy cống chỉ mở được đến khi mực nước ngoài sông lên cao tới một độ cao nhất định (ứng với mặn giới hạn lấy vào 0,8%o) là bắt đầu đóng cống (tưới lúc cân lên). Hoặc khi thủy triều rút xuống đến một độ cao (ứng với mặn rút ruống 0,8%o) là mở cống lấy nước cho đến khi nước cân so với mực nước trong đồng thì đóng (tưới lúc cân ròng).
Như vậy thời gian lấy nước tự chảy trong một chu kỳ triều như sau:
Khi thuỷ triều dâng lên mức ZA (bằng cao trình mực nước yêu cầu thấp nhất cần duy trì ở trong đồng) thì bắt đầu mở cống lấy nước. Sau một khoảng thời gian t1 kể từ lúc bắt đầu mở cống đến thời điểm mực nước sông dâng lên cao trình giới hạn (tại vị trí C ) và mực nước trong đồng đồng được tăng từ Zmin tới ZC’ cống phải đóng lại.
Mực nước sông sau khi đã đạt đến cao độ đỉnh Zđ thì bắt đầu hạ dần xuống. Khi mực nước triều hạ xuống đến cao trình giới hạn (tại vị trí D có độ mặn đo được 0,8%o) thì cống tiếp tục mở để lấy nước vào đồng. Trong khoảng thời gian t2 kể từ lúc mở cống để tiếp tục lấy nước đến thời điểm mực nước ngoài sông hạ thấp xuống
Zmax Zmin MN giới hạn t1 t2 A C D C’ D’ B A Zđ Zsi~ti Đường quá trình MN trong đồng trong thời gian lấy nước tự chảy
tới điểm B (tương ứng với Zmax ở trong đồng) và mực nước ở trong đồng tiếp tục tăng từ cao trình ZC’ đến Zmax thì cống phải đóng lại.
Thời gian lấy nước tự chảy t = t1 + t2.
Đường quá trình mực nước trong đồng trong thời gian lấy nước tự chảy là AC’D’BA.
Lượng nước lấy vào là diện tích của ACC’ và D’DB + Quá trình lấy nước trên triền sông Ninh Cơ:
Hình 6: Đường mực nước tại cống lấy nước trên triền sông Ninh Cơ
Khi thuỷ triều dâng lên mức ZA thì bắt đầu mở cống lấy nước. Mực nước phía đồng được tăng từ Zmin tới Zmax. Do hệ thống các cống tưới trên triền sông Ninh Cơ ít chịu ảnh hưởng mặn nên ứng với mực nước đỉnh triều Zc là thời điểm tưới thuận lợi nhất.
Khi mực nước ngoài sông hạ xuống bằng mực nước max trong đồng thì cống đóng lại.
Quá trình lấy nước được thực hiện từ điểm A(ZA, tA) đến điểm B(ZB, tB) và thời gian lấy được nước là t.
- Trị số ZSi ~ ti được xác định từ tài liệu mô hình triều thiết kế.
- Các trị số ZA, ZB được xác định phụ thuộc vào cao trình ruộng đất khu tưới và kinh nghiệm quản lý.
ZB ≤ Zmax Zmax Zmin t A B Zđ Zsi~ti Đường quá trình MN trong đồng trong thời gian lấy nước tự chảy
ZA
ZA ≥ Zmin
- Thời gian lấy nước được xác định từ tài liệu của mô hình triều thiết kế với các trị số ZA, ZB đã biết (t là thời gian lấy từng ngày của từng con triều).
- Trị số Zmax, Zmin phía đồng được xác định căn cứ vào các trị số trong công thức tưới tăng sản
b. Công thức xác định tổng lượng nước cống lấy được
∑Wkni = ∑Wci = ε.ϕ. ∑b.h. 2g(Zt−Zh). ti (5.2) Trong đó:
ε: Hệ số co hẹp
ϕ: Hệ số thuỷ lực (được xác định bằng thực nghiệm ϕ = 0,95÷1,0) Sơ bộ chọn ε.ϕ = 0,87
∑b: Tổng bề rộng của các cống tính toán có cùng cao trình đáy. h : Chênh lệch mực nước hạ lưu và đáy cống
Zđ: Cao trình đáy cống tính toán t : Thời gian tưới
Zt, Zh: Cao trình mực nước thượng, hạ lưu cống được xác định dựa vào mực nước trước và sau cống trong mỗi giờ tưới.
ZTC: Cao trình mực nước trước cống được xác định bằng mực nước sông trong thời đoạn tính toán.
ZSC: Mực nước sau cống được xác định theo công thức ZSC = A0 + ho + ∑l.i +∑Ψi
Trong đó:
A0: Cao trình mặt ruộng tại điểm bất lợi phổ biến nhất đối với từng cống trong từng vùng.
ho : Lớp nước trung bình trên mặt ruộng
l: Khoảng cách từ điểm có cao trình A0 theo các cấp kênh đến cống tưới i: Độ dốc đường mặt nước từ điểm A0 đến cống tưới (lấy gần đúng theo độ dốc đáy kênh)
∑Ψi : Tổng tổn thất cục bộ từ mặt ruộng xuống kênh tiêu và qua các công trình trên kênh.
Đánh giá về khả năng tưới nước của các cống trong từng vùng như sau:
- Nếu ΔW ≥ 0 → Năng lực hoạt động của các cống đã có đáp ứng được yêu cầu tưới của khu vực.
- Nếu ΔW < 0 → Năng lực hoạt động của các cống đã có chưa đáp ứng được yêu cầu của vùng, cần phải có giải pháp bổ sung thêm công trình tưới nâng cao năng lực tưới của công trình.
c. Kết quả tính toán
Từ nguyên lý tính toán như trên ta xác định được lượng nước mỗi cống lấy được và thời gian mở cống trong thời đoạn 10 ngày như trong phụ lục 5.1 đến 5.11. Tổng lượng nước cấp cho từng vùng sẽ bẳng tổng lượng nước các cống phân bố trong vùng có thể lấy được. Kết quả tính toán như bảng 5.2.
Bảng 5.2. Lưu lượng khả năng cấp nước của các cống cho từng tiểu vùng trong hệ
thống (trong thời đoạn 10 ngày).
Lưu vực tưới Cống W (103 m3) t (giờ) Lưu vực Đồng Nê - Chợ Đê Tổng: 13.805,0 629 Số 7 895,2 34 Mom Rô 1.604,8 119 Tây Khu 964,5 119 An Phú 1.604,8 119 Đồng Nê 2.885,2 119 Trung Linh 5.850,5 119 Lưu vực Cát Xuyên - Láng Tổng: 2.961,7 69 Hạ Miêu I 533,0 9 Hạ Miêu II 533,0 9 Cáy Xuyên 631,9 17 Tài 631,9 17 Liêu Đông 631,9 17 Lưu vực Trà Thượng Tổng: 7.233,5 216,0 Trà Thượng 5.850,5 119 Băc Câu 1.383,0 97
Lưu vực Xuân Ninh Keo 1.383,0 97
Lưu vực Ngô Đồng - Cồn Giữa Tổng: 2.189,1 31,0 Ngô Đồng 2.050,8 17 Chúa 138,3 14 Lưu vực Cồn Nhất Tổng: 1.293,2 27 Cồn Nhất 533,0 9 Cồn Nhì 380,1 9 Cồn Tư 380,1 9 Lưu vực Cồn Năm - Hàng Tổng Cồn Năm 0,0 0 Vùng kinh tế Cồn ngạn Tổng: 28.865,5 1.069,0
Bảng 5.4. Kết quả tính toán cân bằng nước cho các tiểu vùng
STT Lưu vực tưới Wđến
(m3) W
cần
(m3) (m∆W3)
1 Lưu vực Đồng Nê - Chợ Đê 13.805.000 545.504,16 13.259.495,84 2 Lưu vực Cát Xuyên - Láng 2.961.700 722.533,51 2.239.166,49 3 Lưu vực Trà Thượng 7.233.500 639.885,75 6.593.614,25 4 Lưu vực Xuân Ninh 1.383.000 139.681,68 1.243.318,32 5 Lưu vực Ngô Đồng - Cồn Giữa 2.189.148 811.399,69 1.377.748,31
6 Lưu vực Cồn Nhất 1.293.200 761.625,46 531.574,54 7 Lưu vực Cồn Năm - Hàng Tổng 0 1.078.031,82 -1.078.031,82 8 Vùng kinh tế Cồn ngạn Tổng: 28.865.548 4.698.662 24.166.886 ¬ 5.2.3. Nhận xét kết quả tính toán
* Đánh giá về khả năng cấp nước:
Từ kết quả cân bằng nước nhận thấy công trình đầu mối có khả năng đáp ứng đủ nhu cầu nước cho toàn hệ thống ở thời điểm hiện tại.
Tuy nhiên khả năng đáp ứng nhu cầu nước không đồng đều giữa các vùng. Vùng trong đồng của cả phía bắc và phía nam hệ thống đều có công trình đầu mối đáp ứng đủ nhu cầu nước trong thời điểm hiện tại (∆W>0). Vùng ven biển của hệ thống và xa đầu mối tưới như lưu vực Cồn Năm – Hàng Tổng và vùng kinh tế mới Điện Biên thuộc Cồn Ngạn thiếu nước trầm. Nguyên nhân chủ yếu do vùng nằm ven biển chịu ảnh hưởng lớn của thủy triều, cống tưới chủ lực của lưu vực như cống Cồn Năm trong vụ Đông Xuân không mở được để lấy nước. Hiện nay nước cấp phục vụ sản xuất cho khu vực này lấy chủ yếu từ cống trên triền sông Hồng từ cống Cồn Nhất lên tới Hạ Miêu I và một phần tiếp từ các cống trên triền sông Ninh như cống Trà Thượng, cống Trung Linh qua hệ kênh Mã vào kênh Ngô Đồng. Tuy nhiên việc tiếp nước từ triền sông Ninh sang Giao Thủy còn nhiều hạn chế do hệ thống kênh bờ kênh thấp, các cống tiếp nước sang khẩu độ nhỏ như cống Nhất Đỗi I nên chưa phát huy được tối đa lượng nước tiếp cho Giao Thủy.
- Thông qua kết quả tính toán cân bằng nước của hệ thống, xác định nguồn nước cung cấp cho toàn bộ hệ thống qua các công trình đầu mối hiện đáp ứng đủ nhu cầu về nước ngày càng tăng của các ngành trong hệ thống. Nhưng công trình lấy nước chủ yếu tập trung phía trong đồng nên vùng trong đồng đủ và dư nước, vùng ven biển lại thiếu nước trầm trọng.
- Hệ thống công trình dẫn nước và điều tiết trên hệ thống đã xuống cấp gây cản trở dòng chảy, tổn thất trong hệ thống. Trong nội đồng có một số vùng cao, không thể cấp nước tự chảy phải sử dụng các trạm bơm, công trình điều tiết nội đồng. Nhiều công trình cũng bị xuống cấp hư hỏng nặng, không đảm bảo được nhu cầu chuyển tải nước.
- Để đảm bảo chuyển tải đủ nước từ công trình đầu mối cho các vùng trong hệ thống cần có biện pháp cải tạo công trình nội vùng.
5.3. Các phương án giải quyết nhu cầu cấp nước cho từng tiểu vùng và toàn huyện vùng và toàn huyện
5.3.1. Nguyên tắc chung
Khi đề xuất các phương án phải đảm bảo các nguyên tắc sau:
- Tổng hợp lợi dụng: Là một nguyên tắc vô cùng quan trọng .Mỗi phương án quy hoạch, một biện pháp thuỷ lợi đưa ra phải thoả mãn nguyên tắc tổng hợp lợi dụng
-Phải thống nhất, đồng bộ trong khu vực và giữa các khu tưới với nhau.
- Phải xét đến các yêu cầu tưới nước của khu vực lân cận để không gây cản trở và mâu thuẫn lẫn nhau.
- Triệt để lợi dụng các công trình sẵn có.
- Kết hợp giữa công trình lớn và công trình nhỏ: Để khai thác một cánh có hiệu quả và giảm bớt khối lượng công trình, khi đề xuất các phương án phải kết hợp chặt chẽ giữa công trình lớn mang tính chủ đạo và công trình nhỏ có tính hỗ trợ, bổ sung.
- Việc quy hoạch hệ thống cần chú ý đến giải quyết mâu thuẫn hiện tại và trong tương lai.
- Phải đảm bảo phát triển nguồn nước một cách bền vững.
5.3.2. Các phương án đề xuất
1. Nguyên lý chung
- Cải tạo, nâng cấp các công trình tưới đã có để các công trình này đảm bảo được yêu cầu cấp nước theo đúng năng lực thiết kế:
+ Cải tạo, nạo vét lòng dẫn của hệ thống kênh dẫn, nâng cấp các công trình trên kênh; phá bỏ những chướng ngại vật và những lấn chiếm xung quanh khu vực kênh và lòng kênh dẫn nước để tăng khả năng chuyển nước của hệ thống kênh tưới.
+ Cải tạo và nâng cấp cụm công trình đầu mối (gồm các công trình thủy công, cơ điện và điện áp) để nâng cao hiệu suất bơm tưới.
- Xây dựng mới các công trình cấp nước cho những khu vực còn nhu cầu tưới nước mà thực tế chưa đáp ứng được:
Căn cứ vào kết quả tính toán cân bằng nước và hiện trạng hạn hán của vùng quy hoạch, quyết định vị trí và quy mô xây dựng công trình tưới nước bổ sung cho khu vực còn thiếu công trình cấp nước.
- Tăng cường năng lực quản lý vận hành của hệ thống tưới nước:
+ Tổ chức bộ máy quản lý hệ thống. + Quy trình vận hành cho hệ thống.
+ Nâng cấp trang thiết bị phục vụ quản lý vận hành.
2. Đề xuất các giải pháp cụ thể a. Công trình đầu mối lấy nước
* Xây mới cống Ngô Đồng
- Vị trí xây dựng: K207+950 đê hữu sông Hồng, mở rộng khẩu độ để tăng lượng nước lấy vào hệ thống khi mặn ảnh hưởng đến thời gian mở tưới của các cống.
- Nhiệm vụ công trình: Kết hợp với các cống từ cống Tài lên đến Hạ Miêu I tiếp nước xuống cho các lưu vực tưới thuộc huyện Giao Thủy.
* Nạo vét cửa Mom Rô và các bãi bồi trên sông để tăng khả năng lấy nước cho các cống trên triền sông Ninh tiếp nước xuống Giao Thủy qua hệ Trà Thượng, Trung Linh xuống kênh Mã vào kênh Ngô Đồng.
Theo đánh giá hiện trạng ở chương 1, trên sông Ninh cơ bị bồi lắng mạnh tạo nhiều bơn nổi giữa dòng có chiều dài lớn. Tại cửa Mom Rô dòng sông cong tạo ra bên lồi, bên lở, lòng sông bị tắc nghẽn có chỗ chỉ còn rộng 80 – 100m. Chính vì vậy lượng nước phân từ sông Hồng sang sông Ninh khá nhỏ, về mùa lũ tổng lưu lượng lũ của sông Hồng phân vào sông Ninh chỉ đạt khoảng 5 – 7% tổng lưu lượng sông Hồng. Trong khi lưu lượng sông Hồng phân vào cửa sông Đào Nam Định khoảng 5.970m3/s thì lượng phân vào sông Ninh chỉ khoảng 1.736m3/s. Do vậy, việc nạo vét cửa Mom Rô là rất cần thiết để tăng lưu lượng từ sông Hồng vào sông Ninh Cơ
* Xây mới 11 cống lấy nước tự chảy qua đê sông Hồng, sông Ninh Cơ để thay thế các cống cũ đã bị hư hỏng quá mức không thể cải tạo nâng cấp và mở rộng khẩu độ cống Nhất Đỗi I để lấy nước từ Xuân Trường xuống Giao Thủy. Danh mục các cống và quy mô, kích thước cơ bản của từng cống cần xây dựng được thống kê trong bảng 5.5:
Bảng 5.5. Bảng tổng hợp các công trình tới đầu mối xây mới
TT Tên cống Địa phận xã Vị trí (KM) Triền đê Hiện trạng Đề xuất phương án SC, nâng cấp hoặc thay thế
Quy mô công trình Cao trình đáy Kích thước cửa BxH (m)
1 Tây Khu Xuân
Hồng K0+972 Sông Ninh Cống cũ, hư hỏng nặng Xây mới -1,5 3 x 2,5
2 Chúa TT NgôĐồng K209+519 SôngHồng
Cống cũ, hư hỏng nặng Xây mới -2 2 x 4,1
3 Cồn Tư HồngThuận K215+220 SôngHồng Cốngquá cũ Xâymới -2,00 4x5.2 4 Cồn Năm GiaoThanh K217+069 SôngHồng Cốngquá cũ Xâymới -2,5 6x5,5
5 Số 6 NTBL Kỷ Niệm Cống quá cũ Xây mới -1,50 3 x 5 6 Số 7A XuânChâu K194+841 SôngHồng Cốngquá cũ Xâymới -1,5 4 x 5 7 Kẹo XuânNinh K11+262 SôngNinh Cốngquá cũ Xâymới -1,5 5x6 8 Nhất Đồi 1 ThọNghiệp K0+00 SôngHồng Cốngquá cũ Xâymới -2,00 10x6,25
9 Cống cuối XuânChâu XuânChâu SôngHồng Cốngquá cũ Xâymới -1,5 4x2,5
10 Số 7B Xuân Châu K194+841 Sông Hồng Cống quá cũ Xây mới -1,5 3x5,06
* Sửa chữa, nâng cấp 3 cống đầu mối lấy nước qua đê sông Ninh Cơ, sông Hồng
Danh mục các cống và quy mô, kích thước cơ bản của từng cống cần sửa chữa được thống kê trong bảng 3.2
Bảng 5.6. Bảng tổng hợp các công trình tới đầu mối cần nâng cấp
T T Tên cống Địa phận xã Vị trí
(KM) Triềnđê Hiệntrạng
Đề xuất phương án SC, nâng cấp hoặc thay thế
Quy mô công trình Cao trình đáy Kích thước cửa BxH (m) 1 Bắc Câu TTXuân Trường Sông Ninh Cống quá cũ Nâng cấp -1 4 x 2,5
2 Hạ Miêu 1 XuânThành K198+705 SôngHồng Cống cũ,mái hỏng Nângcấp -1,5 8 x 6,2 3 Hạ Miêu 2 XuânThành K199+798 SôngHồng Cống cũ Nângcấp -2 10x 6,4