Trong đó, điển hình là 2 cơng trình hồ Núi Cốc và đập Thác Huống. Đây là hai cơng trình lớn nhất đang vận hành ảnh hƣởng đáng kể đến cán cân nƣớc của lƣu vực sông Cầu. Do vậy, cả 2 cơng trình đã đƣợc đƣa vào trong tính tốn cân bằng nƣớc cho phƣơng án hiện trạng bằng mơ hình MIKE BASIN. Các cơng trình hồ, đập nhỏ khác chủ yếu phục vụ mục đích cấp nƣớc cục bộ với quy mơ nhỏ ít ảnh hƣởng đến cán cân nƣớc, trong luận văn khơng tính tốn.
* Hệ thống Núi Cốc
Hệ thống Núi Cốc đƣợc xây dựng từ năm 1973 đến năm 1985 thì kết thúc, hệ thống gồm có các hạng mục: Cơng trình đầu mối hồ Núi Cốc đƣợc xây dựng tại xã Phúc Trìu - thành phố Thái Nguyên, nằm trên dịng chính sơng Cơng. Diện tích lƣu vực 535km2, diện tích mặt hồ ứng với mực nƣớc dâng bình thƣờng là 25km2
.
+ Đập chính dài 480m, chiều cao đập 26m, cao trình đỉnh đập +50,0m, ngồi ra cịn 7 đập phụ có chiều cao từ 1,54 đến 10,43m.
+ Dung tích hồ: Whồ= 175,5x106m3, tƣơng ứng với MNDBT: 46,2m. + Dung tích hữu ích: Whi= 168x106 m3,
+ Dung tích chết Wc= 7,5x106 m3, tƣơng ứng với mực nƣớc chết: 34,0m. + Mực nƣớc lũ: 48,25m. Wclũ = 226,48x106
m3
+ Tràn xả lũ 5 cửa, có cánh van cung kích thƣớc (8 x 5,5m), cao trình ngƣỡng tràn: 41,2m, cột nƣớc tràn Htràn max=7,3m, Q1%TK= 830m3/s.
Do yêu cầu bảo đảm an toàn hồ chứa, từ năm 1981 đến năm 1997 Bộ cho phép chỉ giữ mực nƣớc dâng bình thƣờng đến cao trình 42,6m.
- Do xảy ra trận lũ năm 1978, Qmax = 3000 m3/s ứng với tần suất P = 1% làm vỡ 3 khoang tràn. Ngày 14/ 10/1997 Bộ nông nghiệp và PTNT đã phê duyệt dự án khả thi sửa chữa và nâng cấp cơng trình đầu mối hồ Núi Cốc. Các hạng mục cần nâng cấp:
+ Xây dựng bổ sung tràn số II vị trí gần vai phải đập chính, tràn gồm 2 cửa (8 x 5,5m), cao trình ngƣỡng tràn 41,2m. Tổng lƣợng lũ thiết kế của cả 2 tràn là 1460 m3/s.
+ Cống lấy nƣớc khẩu độ 2x1,75m, cao trình đáy cống: +29m, chiều dài cống: 195m, lƣu lƣợng qua cống Qtk max=30m3/s, cửa van phẳng V10.
Nhiệm vụ thiết kế của hệ thống Núi Cốc là cấp nƣớc tƣới cho 12.000 ha đất canh tác khu vực phía Nam của tỉnh Thái Nguyên, kết hợp cấp cho khu công nghiệp Gang thép Thái Ngun, với Qtk cơng nghiệp là 7,2m3/s. Ngồi ra hồ Núi Cốc cịn có nhiệm vụ cấp nƣớc hỗ trợ cho hệ thống thuỷ nông sông Cầu vào các tháng mùa kiệt với Qbổ sung=11 - 15 m3/s.
Về vụ mùa hệ thống Núi Cốc đảm bảo tƣới chắc tồn bộ 12.000ha diện tích đất canh tác theo thiết kế. Vụ chiêm xuân mới tƣới đƣợc khoảng 7.000ha lúa, đạt 58,3% so với thiết kế, và 5000 ha diện tích đất cịn lại chỉ trồng màu và cây công nghiệp ngắn ngày. Vụ đông tƣới đƣợc 2.591 ha.
* Hệ thống Thác Huống
Hệ thống thuỷ nông Thác Huống do Pháp thiết kế và xây dựng từ năm 1922, hoàn thành năm 1936. Nhiệm vụ thiết kế ban đầu là tƣới cho 28.000 ha diện tích canh tác thuộc huyện Phú Bình (Thái Nguyên) và huyện Tân Yên, Việt Yên, Hiệp Hoà và một phần đất canh tác của thành phố Bắc Giang (tỉnh Bắc Giang). Đồng thời kết hợp chống lũ cho các tỉnh hạ du sông Cầu và giao thông đƣờng thuỷ.
Hệ thống bao gồm các hạng mục cơng trình chính nhƣ sau:
Tuyến kênh chính, kênh trơi và kênh nhánh cấp 2, 3 dài 226,9 km có 906 cơng trình các loại, gồm có: 2 đập lớn (Thác Huống, Đá Gân); 40 tràn bên; 19 cống lấy nƣớc đầu kênh; 49 cống điều tiết; 27 Xi phông; 2 cống tiêu vào; 37 cầu bê tông; 292 cống ngầm; 12 âu thuyền; 416 cống chân rết.
+ Đập Thác Huống: Dài 100m có 5 khoang; Hđ = 6,5 m; đỉnh đập = 21,13m; Qtk tràn = 2580 m3
/s; Cống xả cát bên phải gồm 4 cửa x 1,1 m x 1,6 m.
+ Đập Đá Gân: Bổ sung nƣớc cho đập Thác Huống, ngăn suối Vạn Già để tiếp nƣớc cho hệ thống; Dài 36m có 3 khoang; Hđ = 8 m; đỉnh đập = 21,5m; Qtk tràn =
+ Cống 10 cửa: Xây dựng xong tháng 7/1926. Nhiệm vụ lấy nƣớc và ngăn lũ có 10 vịm cửa x 1,3 x 2,3 m; đáy = 17,85 m; MNTL = 20,8m; MNHL = 20,35m;
Qcống = 25 m3/s.
Tổng cộng diện tích tƣới đƣợc của khu Thác Huống là: 21.610 ha. Trong đó kênh Thác Huống tƣới tự chảy 17.887ha, diện tích cịn lại tƣới bằng các trạm bơm lấy nƣớc Thác Huống. So với thiết kế là 28.000 ha, diện tích thực tƣới đạt 64%.
3.4.3 Kết quả tính cân bằng nước hiện trạng 2007
a) Tổng hợp kết quả tính tốn khi chưa sử dụng mơ hình
Tổng hợp kết quả tính tốn nhu cầu dùng nƣớc của các ngành bao gồm nhu cầu nƣớc cho nông nghiệp, nuôi trồng thủy sản, sinh hoạt, công cộng và du lịch dịch vụ, công nghiệp,…. tại các vùng/khu sử dụng nƣớc thuộc lƣu vực sơng Cầu đƣợc trình bày trong bảng 31. Theo đó, ƣớc tính tổng lƣợng nƣớc sử dụng năm 2007 toàn lƣu vực khoảng 1,9 tỷ m3
.
Bảng 31. Hiện trạng dùng nước của các ngành kinh tế lưu vực sông Cầu năm 2007
Đơn vị : 106 m3/năm TT Tiểu vùng/khu Vùng cân bằng nước Nông nghiệp Công nghiệp Sinh hoạt TM, DV, DL Hoạt động đô thị Thủy sản GTT và BVMT Trồng trọt Chăn nuôi 1 I1 Thượng sông Cầu 20.463 1.236 1.188 1.188 0.120 0.600 10.800 23.280 2 I2 15.254 0.756 0.444 0.444 0.048 0.228 7.428 16.992 3 I3 31.174 1.776 1.356 1.356 0.132 0.672 16.092 34.752 4 I4 6.637 2.916 2.196 2.148 0.216 1.068 0.192 23.580 5 I5 3.801 0.480 0.336 0.336 0.036 0.168 1.668 12.708 6 I6 8.077 3.588 2.916 2.760 0.276 1.380 0.024 36.679 7 I7 2.723 1.296 0.996 0.996 0.096 0.504 0.000 24.732 8 I8 3.265 1.476 0.960 0.960 0.096 0.480 0.000 85.212
9 I9 8.664 4.644 9.300 6.156 0.612 3.084 0.000 87.648 10 I10 38.574 9.972 15.708 7.368 0.732 3.684 0.000 71.388 11 II1 Sông Công 10.609 4.860 4.188 4.176 0.420 2.088 0.000 88.932 12 II2 27.547 11.136 9.516 9.216 0.924 4.608 0.000 86.328 13 III1 Sông Cà Lồ 181.831 15.804 12.384 12.384 1.236 6.192 0.000 22.260 14 III2 92.893 12.864 10.164 7.596 0.756 3.804 0.000 10.140 15 IV1 Hạ sông Cầu 37.200 6.096 5.160 2.532 0.252 1.260 0.000 3.084 16 IV2 367.914 24.336 36.204 26.928 2.688 13.464 0.000 24.312 Tổng 856.626 103.236 113.016 86.544 8.640 43.284 36.204 652.027 Từ bảng 16 và bảng 28, tính đƣợc cán cân giữa lƣợng nƣớc đến và lƣợng nƣớc dùng tại các tiểu vùng trên lƣu vực sông Cầu, kết quả thể hiện trong bảng 32.
*. Nhận xét
1. Kết quả tính tốn cho thấy sự khác biệt khá lớn về nhu cầu sử dụng nƣớc giữa các vùng và giữa các ngành dùng nƣớc:
+ So với toàn lƣu vực, vùng Hạ sông Cầu là vùng chiếm tỷ lệ sử dụng nƣớc lớn nhất (42.01%), sau đó đến vùng Sơng Cà Lồ (28.69%), vùng Thƣợng sông Cầu (22.15%) và vùng Thƣợng Sông Công chiếm tỷ lệ nhỏ nhất với 7.15% so với tổng nhu cầu toàn lƣu vực.
+ Trong giai đoạn hiện tại, ngành trồng trọt là ngành chiếm tỷ trọng lớn nhất chiếm 68.66% so với tổng nhu cầu dùng nƣớc, tiếp sau là ngành công nghiệp (9.06%), ngành chăn nuôi và sinh hoạt chiếm tỷ lệ xấp xỉ nhau, lần lƣợt là 8.28% và 6.94%. Các ngành còn lại chiếm một tỷ lệ nhỏ so với tổng nhu cầu sử dụng nƣớc.
2. Lƣợng nƣớc đến phân bố không đều theo thời gian. Cụ thể:
+ Lƣợng nƣớc thiếu chủ yếu tập trung vào mùa kiệt từ tháng XI đến tháng IV + Tổng lƣợng nƣớc thiếu trên toàn lƣu vực vào khoảng 138.006 triệu m3
Bảng 32. Cán cân giữa lượng nước đến và lượng nước dùng tại các tiểu vùng
Đơn vị: 106
m3/tháng
Tháng
Khu I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII I1 0.274 -2.056 -1.573 1.922 10.889 35.880 55.329 68.789 49.677 28.919 15.403 4.817 I2 0.248 -1.385 -1.075 1.355 7.707 25.119 39.078 49.160 35.595 20.778 10.989 3.428 I3 -0.379 -3.216 -3.138 1.013 12.448 40.649 67.231 89.755 66.864 39.329 19.529 5.574 I4 4.457 1.509 0.295 2.736 15.750 45.713 74.409 87.273 68.453 44.732 24.722 10.234 I5 0.899 0.362 0.099 0.299 2.902 9.119 15.032 16.310 10.443 6.459 3.573 1.610 I6 0.507 -0.206 -0.239 2.380 11.480 23.261 31.720 31.430 20.872 13.391 5.987 2.205 I7 1.741 0.820 0.162 0.277 3.469 13.924 23.786 24.995 17.801 10.430 5.582 2.946 I8 5.060 2.493 0.894 2.884 13.628 46.322 71.733 83.320 57.122 33.140 17.987 8.697 I9 6.313 2.838 0.469 1.457 13.934 53.373 87.638 88.165 66.173 38.821 20.446 10.959 I10 1.443 -0.462 -2.243 -1.833 6.545 31.036 54.677 56.223 39.768 23.492 10.745 3.242 II1 4.679 2.984 2.271 7.018 26.598 63.279 92.605 92.615 59.590 34.169 16.295 7.327 II2 3.182 1.638 1.021 6.320 24.061 58.775 85.275 81.161 56.414 32.513 13.882 5.457 III1 -14.108 -9.124 -4.779 6.367 13.152 51.141 76.099 76.491 70.821 25.135 -1.385 -15.629 III2 -4.324 -3.615 -2.757 4.212 14.708 28.232 42.605 46.730 33.745 20.660 8.097 -4.635 IV1 -1.345 -1.177 -1.027 1.639 6.446 7.940 11.902 13.993 8.470 6.670 3.230 -1.790 IV2 -13.702 -8.969 -7.622 8.371 36.804 39.554 61.667 75.588 19.448 17.878 6.971 -24.213
b) Kiểm định mơ hình cân bằng nước
Với chuỗi số liệu dịng chảy 36 năm (1961-1996) đƣợc kéo dài bằng mơ hình MIKE NAM, tiến hành tính tốn cân bằng nƣớc hệ thống cho lƣu vực sông Cầu và kiểm định với số liệu thực đo lƣu lƣợng trạm Thác Bƣởi cùng giai đoạn Kết quả kiểm định tại trạm Thác Bƣởi cho độ hữu hiệu tính theo chỉ tiêu NASH đạt 86.4 % (Hình 10), đƣờng quá trình dịng chảy mơ phỏng bằng MIKE BASIN và dịng chảy thực đo tại nút kiểm tra Thác Bƣởi là phù hợp với nhau. Điều đó cho thấy kết quả mơ phỏng mơ hình cân bằng nƣớc là tốt, có thể sử dụng để tính tốn cân bằng nƣớc hệ thống cho lƣu vực sông Cầu cho các phƣơng án hiện trạng và quy hoạch.
c) Kết quả cân bằng nước cho phương án hiện trạng năm 2007
Kết quả thu đƣợc từ mơ hình là lƣợng nƣớc đến và lƣợng nƣớc thiếu tại các nút tƣới (Irrigation node) và nút cung cấp nƣớc (Water supply node).
Bảng 33 thể hiện ví dụ về kết quả tính tốn cân bằng nƣớc của khu I1. Kết quả tính tốn cân bằng nƣớc cho tất cả các khu của lƣu vực sông Cầu đƣợc trình chi tiết trong Phục lục 3. Tổng hợp về lƣợng nƣớc thiếu của các khu đƣợc thể hiện trong bảng 34 và 35. Bản đồ phân vùng thiếu nƣớc lƣu vực sơng Cầu phƣơng án hiện trạng năm 2007 có cơng trình đƣợc thể hiện trong hình 11a).
Hình 10a, b. Kết quả kiểm định mơ hình MIKE BASIN tại trạm Thác Bưởi
Bảng 33. Kết quả tính tốn cân bằng nước tiểu khu I1 Tiểu
khu Tháng (106m3) I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII
I1 Tổng W đến 5.600 3.420 2.975 6.319 15.121 40.816 59.033 72.674 55.703 34.649 20.793 10.045 Tổng W nhu cầu 5.325 5.476 4.548 4.397 4.233 4.937 3.703 3.885 6.027 5.730 5.390 5.228 Tổng W cân bằng 0.275 -2.056 -1.573 1.922 10.888 35.879 55.330 68.789 49.676 28.919 15.403 4.817 10 a) 10 b)
Nhìn vào bảng 34 và bảng 35 cho thấy tồn lƣu vực sơng Cầu thiếu khoảng 76.847 triệu m3 nƣớc. Lƣợng nƣớc thiếu này tập trung chủ yếu ở khu III1 và III2 thuộc vùng sông Cà Lồ với tổng lƣợng thiếu là 60.356 triệu m3, chiếm 78.5 % tổng lƣợng thiếu của toàn lƣu vực. Vùng Thƣợng sông Cầu tổng lƣợng nƣớc thiếu vào khoảng 12.89 triệu m3, các tiểu khu thiếu nƣớc rải rác ở các vùng miền núi: I1,I2,I3 và I6 với lƣợng nƣớc thiếu không đặc biệt lớn. Vùng sông Công và vùng hạ sơng Cầu nhờ có sự điều tiết và bổ sung nƣớc vào mùa kiệt từ các cơng trình hồ Núi Cốc và đập Thác Huống nên vùng sông Công đƣợc đảm bảo đủ nƣớc 100%, vùng Hạ sông Cầu chỉ thiếu nƣớc ở vùng IV2 vào tháng 3 với lƣợng nƣớc thiếu không lớn.
Bảng 34. Lượng nước thiếu tại các tiểu khu trên lưu vực sông Cầu năm 2007
Đơn vị: 106m3/tháng
Tháng Khu
I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII
I1 0.000 -2.056 -1.573 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 I2 0.000 -1.385 -1.075 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 I3 0.000 -3.216 -3.138 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 I6 0.000 -0.206 -0.239 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 III1 -14.108 -9.124 -4.779 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 -1.385 -15.629 III2 -4.324 -3.615 -2.757 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 -4.635 IV2 0.000 0.000 -3.602 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 Tổng -18.431 -19.603 -17.164 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 -1.385 -20.264
Các tháng thiếu nƣớc nhiều nhất tập trung vào 2 tháng mùa kiệt: tháng II và XII với tổng lƣợng nƣớc thiếu là 39.867 triệu m3, chiếm 52 % tổng lƣợng nƣớc thiếu của cả năm. So sánh với lƣợng nƣớc thiếu giữa cán cân lƣợng nƣớc đến và lƣợng nƣớc dùng khi chƣa sử dụng mơ hình thì lƣợng thiếu khi cân bằng nƣớc hệ thống bằng mơ hình MIKE BASIN giảm đƣợc 61.159 triệu m3
.
Tổng quan trên tồn lƣu vực sơng Cầu, tình trạng thiếu nƣớc xảy ra vào các tháng mùa kiệt từ tháng XI đến tháng III do vào thời gian này nhu cầu sử dụng nƣớc cho nông nghiệp lớn, lƣợng mƣa rất nhỏ. Hiện tƣợng thiếu nƣớc xảy ra ở nhiều tiểu khu: I1, I2, I3, I6, III1, III2, IV2. Lƣợng nƣớc thiếu chủ yếu tập trung ở các tiểu khu
miền đồng bằng, với sự tập trung dân cƣ đông và các hoạt động kinh tế xã hội đòi hỏi nhu cầu sử dụng nƣớc lớn.
Bảng 35. Tổng hợp lượng nước thiếu tại các tiểu khu
TT Tiểu vùng/khu Vùng cân bằng nước Lượng nước thiếu
(106 m3)
1 I1
Thượng sông Cầu
-3.629 2 I2 -2.461 3 I3 -6.354 4 I4 0.000 5 I5 0.000 6 I6 -0.445 7 I7 0.000 8 I8 0.000 9 I9 0.000 10 I10 0.000 11 II1 Sông Công 0.000 12 II2 0.000 13 III1 Sông Cà Lồ -45.024 14 III2 -15.331 15 IV1 Hạ sông Cầu 0.000 16 IV2 -3.602 Tổng -76.847
d) Kết quả cân bằng nước cho phương án hiện trạng 2007 bằng MIKE BASIN khi không có các cơng trình
Để nhận thấy rõ hiệu quả của các cơng trình điều tiết trên lƣu vực, luận văn cũng đã tiến hành tính tốn cân bằng nƣớc hiện trạng cho lƣu vực sông Cầu bằng MIKE BASIN trong trƣờng hợp khơng có sự điều tiết của các cơng trình thủy lợi (Hình 11b), kết quả tính tốn trình bày ở bảng 36, và bảng 37. Bản đồ phân vùng thiếu nƣớc lƣu vực sông Cầu phƣơng án hiện trạng năm 2007 khơng có cơng trình đƣợc thể hiện trong hình 12a).
So sánh kết quả tính tốn ở các bảng 33, 34, 35, 36, cho thấy: Sau khi có sự điều tiết của các cơng trình (hồ Núi Cốc và đập Thác Huống), tổng lƣợng nƣớc thiếu trên toàn lƣu vực giảm đƣợc 7.44 triệu m3 so với khi khơng có cơng trình; khu I10 đƣợc sự bổ sung nƣớc từ đập Thác Huống và hồ Núi Cốc nên khơng cịn xảy ra hiện tƣợng thiếu nƣớc; khu IV2 lƣợng nƣớc thiếu giảm đƣợc đáng kể từ 10.9 triệu m3 xuống 3.602 triệu m3.
Bảng 36. Lượng nước thiếu tại các tiểu khu trên lưu vực sông Cầu năm 2007
Đơn vị: 106
m3/tháng
Tháng Khu
I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII
I1 0.000 -2.056 -1.573 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 I2 0.000 -1.385 -1.075 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 I3 0 -3.216 -3.138 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 I6 0.000 -0.206 -0.239 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 I10 0.000 0.000 -0.143 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 III1 -14.108 -9.124 -4.779 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 -1.385 -15.629 III2 -4.324 -3.615 -2.757 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 -4.635 IV2 0.000 -0.756 -10.144 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 Tổng -18.431 -20.359 -23.848 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 -1.385 -20.264