Dựa vào điều kiện thực tế địa hình lòng sông khu vực cống Cầu Xe mới và cống An Thổ, ta thấy cao trình đáy của cống Cầu Xe và cống An Thổ đều là -4m, bằng với cao trình đáy sông Cầu Xe và cống An Thổ sau khi nạo vét, vậy nên phương án đào sâu đáy cống là không khả thi. Trong khi chiều rộng cống Cầu Xe mới là 75 m bằng với chiều rộng mặt cắt lòng sông tại vị trí cống, do đó phương án mở rộng cống Cầu Xe cũng là không khả thi. Bên cạnh đó, mặt cắt địa hình lòng sông tại vị trí cống An Thổ hiện tại rất rộng và cống An Thổ còn cách âu thuyền An Thổ một khoảng cách tương
đối xa, đảm bảo khả năng mở rộng thêm cống An Thổ.
Do đó, để đảm bảo cấp nước an toàn cho vùng tưới của 2 cống Cầu Xe và An Thổ cho hiện tại và tương lai, tác giả đưa ra phương án mở rộng cống An Thổ trong khi giữ nguyên cao trình đáy cống là -4m
Phương án: Tăng chiều rộng cống An Thổ và giữ nguyên cao trình đáy cống hiện tại
Zđáy = -4m,
Phương án 1: 6 cánh cống x mỗi cánh 8m thành 6 cánh cống x mỗi cánh 10m Phương án 2: 6 cánh cống x mỗi cánh 8m thành 6 cánh cống x mỗi cánh 11m Phương án 3: 6 cánh cống x mỗi cánh 8m thành 6 cánh cống x mỗi cánh 12m
3.2.1.2 Giải pháp tưới của hệ thống Bắc Hưng Hải
1. Đối với các tiểu vùng 9,10,11,12
Diện tích tự nhiên của vùng 24,285 ha trong đó diện tích canh tác theo phương hướng phát triển kinh tế là: 13,927 ha. Toàn tiểu vùng đa số được lấy nước từ hệ thống thuỷ nông Bắc Hưng Hải qua các kênh dẫn Thái Dương, Thúc Kháng, Hưng Thịnh. Qua đánh giá hiện trạng thuỷ lợi cho thấy một số vấn đề còn tồn tại chính như sau: các trạm bơm xây dựng đã lâu, hệ thống công trình và máy bơm thiết bị xuống cấp, khu vực tưới chưa phù hợp, Một số khu vực như Bình Xuyên, Thái Hoà và nam Cổ Bì khó khăn về nguồn nước tưới khi mực nước trên kênh bị xuống thấp kết quả dẫn đến diện tích tưới thực tế còn tồn tại 4,268 ha so với diện tích tưới thiết kế. Giải pháp tưới cho tiểu vùng là trước tiên cần phải nạo vét các sông trục dẫn nước chính của hệ thống Bắc Hưng Hải như sông Kẻ Sặt, Chi An. Đò Đáy Cửu An đảm bảo các mặt cắt theo đúng thiết kế đề ra, song song với việc nạo vét các sông là sửa chữa các công trình trên kênh như cống điều tiết, cống đầu mối của hệ thống, sau đó là nâng cấp, thay máy cũ 1000 m3/h đã sử dụng lâu thành loại máy khác có công suất cao hơn đảm bảo các trạm bơm hiện trạng tưới được theo đúng với thiết kế đề ra.
Toàn tiểu khu có diện tích tự nhiên là 25.262 ha, trong đê là 21.321 ha diện tích canh tác theo phương hướng phát triển kinh tế là 13.252 ha. Tiểu vùng này có nguồn nước chính phục vụ tiểu vùng là sông đào Bắc Hưng Hải, sông Đò Đáy, sông Đĩnh Đào, Bắc Kim Sơn... Qua đánh giá hiện trạng thuỷ lợi tiêu vùng còn tồn tại những vấn đề sau: Diện tích được tưới bằng bơm tưới thực tế so với thiết kế vẫn còn tồn tại 3.200 ha, với nguyên nhân chính mực nước sông trục Bắc Hưng Hải xuống thấp làm ảnh hưởng tới các trạm bơm lấy nước. Các trạm bơm xây dựng đã lâu máy móc bị hỏng hiệu suất bơm thấp. Kênh tưới cấp dưới hầu hết là các kênh đất thẩm lậu, rò rỉ, cống điều tiết xuống cấp không đồng bộ, kênh cống chưa hoàn chỉnh đầu mối tới mặt ruộng.
Giải pháp tưới của tiểu vùng như sau:
+ Nạo vét các trục tưới chính như sông đào Bắc Hưng Hải, sông Đình Đào và các kênh tưới như Hồng Quang, Bá Liễu, Gia Lộc, Hồng Đức...đảm bảo đúng theo thiết kế đề ra.
+ Nâng cấp, sửa chữa hoàn thiện kênh mương nội đồng đảm bảo các công trình trạm bơm hiện có tưới được đúng theo thiết kế đề ra là 7.857 ha đối với trạm bơm nhà nước quản lý và 6.400 ha đối với trạm bơm địa phương quản lý.
+ Thay máy đã sử dụng lâu hiệu suất bơm kém loại 1000 m3/h thành các loại máy khác có công suất lớn hơn, đồng thời bổ sung máy bơm cho các trạm bơm có hệ số tiêu nhỏ hơn với yêu cầu hệ số tiêu mới đảm bảo tiêu hết diện tích phụ trách như các trạm bơm An Thanh, Đò Ty, Thanh Xá.
3. Đối với tiểu vùng 2,3,4,5,6,7,8
Tiểu khu này có diện tích tự nhiên là 16.075 ha, trong đó 14.831 ha diện tích trong đê, diện tích canh tác theo phương hướng phát triển kinh tế là 8.882 ha. Tiểu khu đông Nam Cửu An nằm cuối nguồn của hệ thống Bắc Hưng Hải do đó nguồn nước tưới cũng rất khó khăn đặc biệt là vụ chiêm xuân và đầu vụ mùa. Nguồn nước tưới chính của hệ thống thuỷ nông Bắc Hưng Hải thông qua các trục sông Cửu An và sông Mới. Ngoài ra, tiểu vùng còn được phục vụ bởi nguồn nước của sông Luộc
giá hiện trạng các công trình thuỷ lợi có một số vấn đề còn tồn tại như các trạm bơm nhà nước quản lý hiện thực tế tưới mới đạt 4.538 ha so với 6.847 ha thiết kế còn tồn tại 2.309 ha chưa được phục vụ, với nguyên nhân chính các công trình được xây và sử dụng đã lâu, hệ thống kênh mương thiếu đồng bộ, máy móc đại đa số là máy Giải pháp tưới của tiểu vùng này như sau:
+ Nạo vét các trục sông như kênh Đại Phú Giang, sông Hồng Đức, đảm bảo mặt cắt thiết kế theo quy hoạch làm trục dẫn nước về mùa can và tiêu nước về mùa mưa,
+ Nâng cấp, sửa chữa, thay máy hoàn thiện hệ thống kênh mương nội đồng đảm bảo các trạm bơm tưới được theo đúng thiết kế đề ra các trạm bơm do nhà nước đầu tư, quản lý phục vụ được 6.847 ha, các trạm bơm địa phương phục vụ được 2707 ha.
3.2.2 Nghiên cứu đề xuất giải pháp phi công trình
3.2.2.1 Giải pháp quy hoạch sử dụng đất và cơ cấu cây trồng trong hệ thống
1. Quy hoạch sử dụng đất
Theo quy hoạch tổng thể phát triển kinh tế xã hội đến năm 2030 và tầm nhìn đến 2050 của các địa phương và kịch bản biến đổi khí hậu, giải pháp quy hoạch sử dụng đất của hệ thống Bắc Hưng Hải để thích ứng với biến đổi khí hậu đến năm 2030 cho các tỉnh như bảng 3.1
Bảng 3.1 Quy hoạch sử dụng đất toàn vùng Bắc Hưng Hải đến 2030
2. Quy hoạch cơ cấu cây trồng
Hệ thống Bắc Hưng Hải là vùng đồng bằng thuộc lưu vực sông Hồng. Trong những năm trước đây, đây là vùng nổi tiếng trồng lúa của nước ta với hệ thống thuỷ nông hoàn chỉnh phục vụ rất chủ động cho sản xuất nông nghiệp trong vùng. Gần đây vùng đã bị đô thị hoá ngày càng tăng với nhiều khu công nghiệp mọc lên. Do vậy diện tích canh tác bị thu hẹp đáng kể, theo số liệu thống kê diện tích khu công nghiệp trong vùng đã lên đến hàng nghìn ha nằm rải rác ở các địa phương trong vùng. Chính vì vậy việc sản xuất nông nghiệp cũng chuyển đổi mạnh mẽ với việc sử dụng giống, cây con phù hợp, ngắn ngày cho năng suất, giá trị kinh tế cao. Đặc biệt diện tích thâm canh tăng vụ ngày càng tăng cụ thể theo số liệu thống kê của các tỉnh trong vùng năm 2004 diện tích nông nghiệp toàn vùng 143.896 ha, canh tác 125.435 ha trong đó diện tích trồng lúa chiêm 103.056 ha, lúa mùa 104.248 ha. Dự kiến đến năm 2030 và năm 2050 diện tích nông nghiệp ngày càng bị thu hẹp lại 3. Tập quán canh tác và thời vụ cây trồng
Nhân dân trong vùng nghiên cứu có truyền thống canh tác lúa lâu đời, qua quá trình sản xuất đã hình thành 2 vụ lúa chính là vụ mùa và vụ chiêm, trong những năm gần đây do công tác thuỷ lợi tưới, tiêu được chủ động ở một số vùng nhân dân đã trồng được 3 vụ với giống cây cho năng suất cao và kỹ thuật canh tác hiện đại. Cây trồng trong vùng chủ đạo là lúa, khoai, lạc đậu, rau, tuy chưa đủ cung cấp cho toàn vùng nhưng đã chủ động đáp ứng được phần nào nhu cầu của nhân dân trong vùng.
Để thích ứng với biến đổi khí hậu, về thời vụ cây trồng cần được áp dụng cho vùng nghiên cứu như sau:
Bảng 3.2 Lịch thời vụ cây trồng thuộc tỉnh Hải Dương
Thời vụ sinh trưởng
Loại cây trồng Từ ngày, tháng Đến ngày, tháng
Lúa chiêm 10/2- 15/2 5/6- 25/6
Lúa mùa 10/6- 30/6 20/10- 10/11
Màu chiêm 1/1- 10/1 1/3- 10/3
Màu mùa 2/5- 12/5 2/7- 12/7
3.2.2.2 Giải pháp sửa đổi, bổ sung quy trình vận hành lấy nước vùng triều qua cống Cầu Xe và An Thổ
Nếu được xây dựng trạm bơm vợi Cầu Xe để giảm bớt áp lực cho hệ thống Bắc Hưng Hải cũng phải sửa đổi, bổ sung Quy trình vận hành cụm công trình cống, trạm bơm Cầu Xe và cống An Thổ.
Trên cơ sở xây dựng lại cống Cầu Xe, sửa chữa nâng cấp cống An Thổ đảm bảo an toàn công trình tiêu nước cho 86.793 ha và cống Cầu Xe được vận hành để lấy nước từ sông Thái Bình tiếp nguồn cho hệ thống Bắc Hưng Hải khi cần thiết, nhất là trong tình hình ảnh hưởng biến đổi khí hậu. Do đó cần sửa đổi, bổ sung Quy trình vận hành
1. Vụ Đông Xuân
Với sự điều tiết các hồ thủy điện (Hòa Bình, Tuyên Quang và Thác Bà) kết hợp thủy triều vận hành hệ thống với phương châm: rút nước từng thời đoạn từ 4÷6 ngày tạo điều kiện để các địa phương làm ải và phân vùng làm thủy lợi nội đồng. Sau đó lại điều tiết dâng mực nước trên sông trục chính phục vụ tưới cây vụ đông, tưới mạ. Giai đoạn đổ ải tổ chức trữ nước sớm, trong quá trình đổ ải và tưới dưỡng có thể sẽ phân vùng cấp nước phù hợp với thực tế của từng vùng khu vực.
+ Giai đoạn từ 11/11÷ 28/12 (vụ đông): điều tiết dâng mực nước trong kênh trục phục vụ tưới cây vụ đông và giao thông thủy (mực nước tại Cầu Xe và An Thổ giữ ở mức (+0,5) ÷ (+0,8) , kết hợp rút nước từng đợt để phục vụ nạo vét, đắp bờ vùng Bắc Hưng Hải (Cầu Xe và An Thổ gạn tháo).
+ Giai đoạn từ 29/12 ÷ 20/1: lấy nước đệm, trữ nước tối đa vào hệ thống, cống Cầu Xe và An Thổ lấy nước ngược từ sông Luộc và sông Thái Bình, nếu sông ngoài có mặn trên 1‰ thì phải ngừng lấy nước, đóng cống lại.
+ Giai đoạn đổ ải tập trung từ 21/1 ÷ 28/2: Cống Cầu Xe và An Thổ được phép lấy nước ngược, điều tiết giữ mực nước trong đồng từ (+0,8) ÷ (+1,2).
+ Giai đoạn tưới dưỡng: với phương châm “tích nước trong giai đoạn nước cao, triều cường để tưới trong giai đoạn nước thấp, triều kém”. Trong điều kiện nguồn
nước bình thường giữ mực nước thượng lưu Cầu Xe và An Thổ giữ ở mức (+0,6) ÷ (+1,0) hoặc mở thông.
2. Vụ Mùa
Cống Cầu Xe và An Thổ gạn tháo, không lấy nước ngược.
3.2.2.3 Giải pháp sửa đổi, bổ sung quy trình vận hành hệ thống thủy lợi Bắc Hưng Hải tại khu vực tưới do cống Cầu Xe và cống An Thổ phụ trách
1. Phân vùng tưới mới
Để thích ứng với biến đổi khí hậu với kịch bản trung bình, vùng tưới của cống Cầu Xe và cống An Thổ trong hệ thống Bắc Hưng Hải cần được điều chỉnh, phân chia thành 13 tiểu vùng mới như sau:
a, Tiểu vùng 9, 10, 11, 12
Tiểu vùng này được giới hạn ở phía bắc là sông Kim Sơn, phía nam là sông Cửu An, phía đông là sông Đình Đào và phía tây là sông Kẻ Sặt có: diện tích tự nhiên 24.285 ha; diện tích đất nông nghiệp 16.989 ha; diện tích canh tác là 14.982 ha; tổng dân số là 247.679 người,
b, Tiểu vùng 1 và tiểu vùng 13
Tiểu vùng này được giới hạn ở phía bắc là sông Kim Sơn, phía nam là sông Luộc, đông là sông Thái Bình, tây là sông đình Đào có: diện tích tự nhiên 25.262 ha; diện tích đất nông nghiệp 17.212 ha; diện tích canh tác là 14.257 ha; tổng dân số là 293.138 người,
c, Tiểu vùng 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8
Tiểu vùng này được giới hạn phía bắc là sông My Động phía đông là đoạn từ ngã ba sông Chính Nam đến An Thổ có: diện tích tự nhiên 16.075 ha; diện tích đất nông nghiệp 10.763 ha; diện tích canh tác là 9.554 ha; tổng dân số là 176.823 người.
với biến đổi khí hậu kịch bản phát thải cao
Trên cơ sở phân vùng tưới tiêu mới và các tính toán cụ thể về mực nước tại các đầu mối tưới tiêu trên trục chính Bắc Hưng Hải và thực tế các công trình được bổ sung đến năm 2020 sẽ điều chỉnh và bổ sung Quy trình vận hành toàn hệ thống Bắc Hưng Hải 5 năm một lần (vào các năm 2010, 2015 và 2020),
3.2.2.4 Giải pháp tăng cường tham gia của cộng đồng đến quản lý vận hành hệ thống (PIM)
Thực hiện chủ trương của Bộ về đổi mới quản lý, nâng cao hiệu quả khai thác các công trình thủy lợi, chuyển giao cho nông dân những công trình có thể quản lý được. Đối với hệ thống Bắc Hưng Hải, Công ty Bắc Hưng Hải và các công ty thành viên tập trung quản lý công trình đầu mối, trục chính và các công trình quan trọng, còn mạng lưới công trình nhỏ mặt ruộng củng cố tổ chức thuỷ nông cơ sở giao cho dân ở các địa phương quản lý. Công ty phải dựa vào chính quyền cơ sở tổ chức cho nông dân quản lý theo các tổ chức hợp tác dùng nước như Hội, Hiệp hội dùng nước, Hợp tác xã dùng nước hoặc tổ chức đấu thầu cho tổ chức, cá nhân tham gia quản lý. Từng địa phương có hình thức khác nhau, nhưng đã có công trình phải có tổ chức hoặc cá nhân quản lý để chăm lo duy tu bảo dưỡng, bảo vệ công trình, điều hoà phân phối nước, thu thuỷ lợi phí để thực hiện các hoạt động quản lý vận hành từ cống đầu kênh đến mặt ruộng.
3.3 Mô phỏng kiểm tra hệ thống ứng với các giải pháp đề xuất
3.3.1 Phương án cấp nước cho vùng tưới và cấp nước của cống Cầu Xe và cống An Thổ
Tác giả tiến hành kiểm tra các giải pháp công trình đã được đề ra ở trên:
Phương án : Tăng chiều rộng cống An Thổ , cao trình đáy cống An Thổ giữ nguyên
hiện trạng Zđáy = -4m,
Phương án 1: 6 cánh cống x mỗi cánh 8m thành 6 cánh cống x mỗi cánh 10m Phương án 2: 6 cánh cống x mỗi cánh 8m thành 6 cánh cống x mỗi cánh 11m Phương án 3: 6 cánh cống x mỗi cánh 8m thành 6 cánh cống x mỗi cánh 12m
3.3.2 Mô phỏng cống An Thổ trong trường hợp mở rộng cống
3.3.2.1 Phương án 1: 6 cánh cống x 8m thành 6 cánh cống x10m
Hình 3.2 Mô phỏng cống An Thổ phương án 1 3.3.2.2 Phương án 2: 6 cánh cống x 8m thành 6 cánh cống x11m 3.3.2.2 Phương án 2: 6 cánh cống x 8m thành 6 cánh cống x11m
Hình 3.3 Mô phỏng cống An Thổ phương án 2 3.3.2.3 Phương án 3: 6 cánh cống x 8m thành 6 cánh cống x12m 3.3.2.3 Phương án 3: 6 cánh cống x 8m thành 6 cánh cống x12m
Hình 3.4 Mô phỏng cống An Thổ phương án 3
3.4 Phân tích, đánh giá lựa chọn các phương án
3.4.1 Kết quả tính toán cho từng phương án tưới và cấp nước
Với điều kiện biên tính toán như mục 2.4.3.2, tác giả tính toán được khả năng cấp nước của cống Cầu Xe và cống An Thổ.
3.4.1.1 Kết quả tính toán các phương án
Hình 3.5 Mực nước trên sông Cửu An giai đoạn đổ ải từ 27/1 đến 10/2 (bcánh=10m;Z