Hiện nay đã cĩ nhiều các chương trình tính tốn thủy văn, thủy lực bằng máy tính đã và đang được áp dụng tính tốn thủy văn thủy lực cho vùng
ĐBSCL nĩi riêng và các vùng khác nĩi chung. Các chương trình được cải tiến nhằm mơ phỏng các giá trị mơ hình gần giống với giá trị thực tế và với cơng nghệ tin học ngày càng phát triển thì các phần mềm càng đảm bảo độ chính xác cao. Một số các chương trình thủy lực trong và ngồi nước đã được áp dụng tại vùng ĐBSCL:
Mơ hình SAL: mơ hình do GS. TS Nguyễn Tất Đắc xây dựng.
Là mơ hình thủy lực 1 chiều mơ phỏng dịng chảy và truyền mặn trên một hệ thống sơng – kênh phức tạp, cĩ các cơng trình điều khiển dịng chảy, cĩ các khu ruộng kề bên các đoạn kênh và trao đổi nước dưới ảnh hưởng của thủy triều và mưa tại chỗ. Đây là mơ hình được áp dụng rộng rãi trong thực tế.
Mơ hình KOD1: do GS. TSKH. Nguyễn Ân Niên xây dựng, đây
là mơ hình thủy lực và mặn 1 chiều. Mơ hình chủ yếu mơ tả dịng chảy về mùa cạn và mùa lũ. Gần đây, mơ hình này đã cĩ một số cải tiến về mặt tin học để cĩ thể thực hiện trên những sơ đồ lớn. Mơ hình đã được áp dụng rộng rãi trogn sản xuất từ cuối những năm 1970.
Mơ hình VRSAP: do cố PGS Nguyễn Như Khuê khởi thảo năm
1978 với đối tượng là mạng lưới sơng kênh trên đồng bằng thấp, cĩ trao đổi nước với những vùng đồng ruộng ngập nước, vận động dưới ảnh hưởng của thủy triều, lũ nguồn và mưa rào trên đồng bằng. Mơ hình này đã đu7o5c áp dụng rộng rãi trong thực tế phục vụ sản xuất.
Mơ hình DUFLOW: Mơ hình gồm các chương trình: Mơ phỏng
mưa - dịng chảy (RAM); Tính chất và lượng nước trong sơng (DUFLOW); Tính dịng chảy nước ngầm (ModDUFLOW). Mơ hình được áp dụng rộng rãi ở Hà Lan và một số nước Châu Âu.
Mơ hình HYDROGIS: do TS. Nguyễn Hữu Nhân phát triển từ
năm 1995. Mơ hình mơ phỏng dịng chảy và truyền tải chất trên hệ thống sơng rạch vùng đồng bằng. Hiện nay mơ hình đang dần được áp dụng nhiều trong thực tế sản xuất.
Mơ hình ISIS: thường là mơ hình thuỷ động lực học dịng chảy
một chiều mơ phỏng dịng chảy khơng ổn định trong mạng trong sơng kênh và ơ đồng, cĩ thể tích hợp dịng chảy lũ – kiệt, cả thủy lực và chất lượng nước.
Mơ hình MIKE 11: phần mềm MIKE11 do Viện Thủy lợi Đan
Mạch lập. Đây là phần mềm thương mại nổi tiếng trên thế giới.
Là phần mềm chuyên mơn để mơ phỏng dịng chảy, chất lượng nước và vận chuyển bùn cát ở cửa sơng, sơng, hệ thống tưới, kênh dẫn và các vật thể nước khác. MIKE 11 là cơng cụ lập mơ hình động lực, một chiều và thân thiện với người sử dụng nhằm phân tích chi tiết, thiết kế, quản lý và vận hành cho sơng và hệ thống kênh dẫn đơn giản đến phức tạp.
Đặc biệt trong MIKE11 cĩ nhiều dạng cơng trình đã được xem xét trong mơ hình, các chế độ vận hành cơng trình được miêu tả sát với thực tế.
Hiện nay tại Việt Nam với sự tài trợ của chính phủ Đan Mạch dự án DANIDA đã cĩ chương trình hỗ trợ nâng cao năng lực cho các Viện ngành nước tại Việt Nam. Mơ hình MIKE11 đã được ứng dụng ở một số khu vực điển hình của Việt Nam như lưu vực sơng Hồng, sơng Thu Bồn, sơng Đồng Nai và vùng Đồng Bằng sơng Cửu Long đã Mang lại kết quả tốt và đáng tin cậy.
3.3 Phân tích lựa chọn mơ hình tính tốn
Hệ thống thủy lợi vùng Dự án NMT là hệ thống phức tạp. Đây là hệ thống cĩ mạng kênh rạch chằng chịt, số lượng cơng trình rất lớn và chế độ điều khiển rất phức tạp theo thủy triều và theo chế độ sử dụng nước.
Hơn nữa, hiện tại mơ hình MIKE đã được áp dụng thử nghiệm cho vùng Nam Mang Thít đã cho kết quả tốt. Đây là điểm thắng lợi mà nghiên cứu này cĩ thể kế thừa.
Vì vậy, tác giả đã lựa chọn mơ hình MIKE11 (là một modul của bộ mơ hình họ MIKE) cho tính tốn nghiên cứu chế độ thuỷ văn thủy lực để tìm ra
mặt cắt hợp lý của một số cống vùng cuối hệ thống thủy lợi vùng Nam Mang Thít.
CHƯƠNG IV
NGHIÊN CỨU KHẨU DIỆN HỢP LÝ CÁC CỐNG VÙNG CUỐI HỆ THỐNG THỦY LỢI NAM MANG THÍT 4 u cầu nghiên cứu
Tính tĩan để đưa ra khẩu diện hợp lý một số cống vùng cuối dự án NMT nhằm mục đích lấy, tiêu thĩat nước và tiêu năng phịng xĩi của cơng trình đảm bảo phát triển đa mục tiêu phát triển kinh tế trong vùng.
Do thời gian cĩ hạn nên chỉ tính cho 4 cống đại diện trong vùng dự án Nam Mang Thít là cống Trà Cú, La Ban, Thâu Râu và Vĩnh Bình (Bản đồ vị
trí các cống nghiên cứu thể hiện trên hình 4.1).
# S # S # S # S # S # S # S # S # S # S # S # S # S # S # S # S # S Kªn h 4-3 K. Mây Tc K. Thống Nhất R. Tra Cu K. Trà N goa K. Ph ong P h K. Sa Rà y R. B a Si Kênh 29-5 K. T rà T inh K. Nguyn Vn Pho K. Trà ếch K. Hàm Giang K ên h N gang K. M Vn K. Ngọc B iên R. Vng Liêm K. Tng Tồn R. B ông Lót Rạch Sâu K. Vàm Buông K. C ần Ch ông R. Thâu Râu R. Cn Chụng R . B ằn g T r ờn g K. L ong Hip - Ba Sa K. Tỉng H ng K. Nguyn Văn P ho S«ng Lan g Th e Ca Cung H u Sụng M ang Th ít Sông C C hiên Sông H ậu Tra Cu Tra On Duyen Hai Cau Ke Chau Thanh Vung Liem Cang Long Cau Ngang Tieu Can TX. Tra Vinh Lộ ỏ Đa Lộc r.Kinh Trà Và La Ban Trà C M Vn Nh Th Láng Thé Vĩnh Kim Vm Buụn NgÃi Hip Vĩnh Bình Hm Giang Cn Chụng Tm Ph ng Tân Lập 9 31 '30 " 9 31 '30 " 9 42 '00 " 9 42 '00 " 9 52 '30 " 9° 52 '30 " 10 ° 3' 00 " 10° 3'0 0" 106°3'00" 106°3'00" 106°13'30" 106°13'30" 106°24'00" 106°24'00" Tû lƯ: 1/400.000 N
Ranh giíi HuyƯn Kênh, rạch Đ êng giao th«ng S«ng, hå CHÚ DẪN # Cống ngăn mn BẢN ĐỒ VỊ TRÍ CÁC CỐNG CĨ KHẨU DIỆN CẦN TÍNH TỐN
Hình 4.1 Bản đồ vị trí các cống nghiên cứu khẩu diện
Để tính tĩan khẩu diện hợp lý các cống vùng cuối dự án NMT như sau:
Nghiên cứu hiện trạng các cống cần nghiên cứu để đánh giá khả năng lấy nước, tiêu thĩat nước với khẩu diện cống hiện tại xem cĩ khả năng đáp ứng yêu cầu về lấy, tiêu thĩat để từ đĩ xây dựng phương án.
Nghiên cứu cho bài tĩan lấy nước trước, sau đĩ nghiên cứu cho bài tĩan tiêu vì khả năng yêu cầu lấy nước phục vụ sản xuất trong vùng là rất lớn. Tính tĩan tưới để kiểm tra cho bài tốn tiêu.
Sau khi tính tĩan cho bài tĩan tưới, tiêu thì tiến hành kiểm tra theo yêu cầu tiêu năng phịng xĩi của cơng trình.
6 Tiêu chí lựa chọn khẩu diện cống hợp ý
Theo nghiên cứu của Viện Khoa học Thủy lợi Miền Nam tiến hành thí nghiệm cho các cống vùng triều ĐBSCL và Cơng ty Tư vấn xây dựng Thủy lợi II (HEC2) đưa ra một số tiêu chí để chọn khẩu diện cống hợp lý như sau:
- Bề rộng cống (B) hợp lý đảm bảo được khả năng tiêu thốt, lấy nước. Vốn đầu tư xây dựng, quản lý vận hành khai thác khơng lớn. - Lưu tốc chảy qua cống (V) sao cho V ≤ 2,0m/s.
- Chênh lệch cột nước giữa thượng và hạ lưu (ΔZ) sao cho ΔZ = 20,0 ÷ 30,0cm.
- Hệ số co hẹp (K) là hệ số giữa tỷ số diện tích mặt cắt cống so với mặt cắt kênh, sao cho
k c k ω ω = = ) ( ) ( ĐK TB ĐC TB C Z Z x B Z Z x B − − = 0,4 ÷ 0,7.
- Ngịai các tiêu chí trên cịn phải đảm bảo về cấn đề mơi trường (gây xì phèn, nhiễm mặn,… tiêu thốt nguồn nước thải).
Khi tính tốn khẩu diện cống đảm bảo được những tiêu chí trên thì khi đĩ khẩu diện cống sẽ là khẩu diện hợp lý. Vì khi đĩ đảm bảo được khả năng lấy, tiêu thốt nước và hạn chế được khả năng xĩi lở ở hạ lưu cơng trình khi cống làm việc (tiêu năng phịng xĩi).
ZT B ZĐ ZĐ K BC h BK
Hình 4.2 Sơ họa quan hệ hệ số co hẹp giữa cống và kênh
Trong đĩ :
ZTB : cao trình mực nước trung bình trong thời gian tính tĩan ZĐ : cao trình của đáy cống
ZĐK : cao trình đáy kênh BC : bề rộng cống
BK : bề rộng trung bình của kênh (tại vị trí cống đến tiêu năng hạ lưu của cống)
h : mực nước trong cống tại thời điểm tính
7 Điều kiện tính
Để tính tốn khẩu độ cống trong thời đoạn tiêu: thời đoạn tính tiêu từ tháng 10 ÷ 11, các cống trên lấy nước kết hợp tiêu, các cống phía dưới cĩ tác dụng ngăn mặn, lấy nước và tiêu. Mực nước triều để tính tiêu là mực nước chân triều ngồi cống cao nhất (HS chân triều max), cịn mực nước trong nội
đồng được tính cho thời đoạn thấp nhất (HĐ min) là thời đoạn bất lợi nhất. Lưu lượng trong đồng là lớn nhất (QĐ max) là thời điểm tiêu bất lợi được dùng để
tính tốn trong mơ hình.
Để tính tốn khẩu độ cống trong thời đoạn tưới: tưới được tính trong thời đoạn tháng 4 ÷ 5. Mực nước tính tưới cho trường hợp bất lợi nhất khi mực nước ngồi sơng là đỉnh triều thấp nhất (HS đỉnh triều min), trong khi mực nước trong nội đồng là mực nước cao nhất (HĐ max). Lưu lượng ngồi sơng ở
thời điểm đỉnh triều là max (QS đỉnh triều max) là thời điểm bất lợi nhất của cơng
trình.
Do thời gian cĩ hạn nên ở đây tác giả khi tính tốn khẩu độ cống cho vùng cuối dự án NMT chỉ xét đến 04 cống: cống Trà Cú, La Ban, Thâu Râu và cống Vĩnh Bình. Đây là các cống đại diện cho vùng cuối với tác dụng lấy nước cho nội đồng khi độ mặn ngồi sơng nhỏ, tiêu thốt nước trong nội khi cĩ yêu cầu và cĩ tác dụng đĩng, lấy độ mặn phục vụ nuơi trồng thủy hải sản. Khi tính tốn giả thiết các cống khác cĩ chế độ vận hành, mặt cắt cống hợp lý, khả năng tiêu thốt và lấy nước đảm bảo.
Các cống tính tĩan giả thiết hoạt động gần như độc lập nhau vì khoảng cách giữa chúng là khá lớn và ít ảnh hưởng thủy lực với nhau.
8 Sơ đồ thủy lực và điều kiện biên
8.1.1 Sơ đồ thủy lực mạng sơng kênh và cơng trình
Vùng nghiên cứu cùng hệ thống các cơng trình thuỷ lợi chính hiện cĩ như cầu, cống, sơng kênh… được thể hiện trên mơ hình. Tài liệu địa hình sử dụng trong mơ hình dựa trên tài liệu của Viện Khoa học Thủy lợi Miền Nam và Cơng ty cổ phần Tư vấn Xây dựng Thủy lợi 2 (HEC 2).
Mơ hình bao gồm 120 nhánh sơng và kênh rạch trong vùng, 30 cống ngăn mặn và điều tiết nước, 750 mặt cắt trên các tuyến nhánh. (Sơ đồ thủy lực được thể hiện trong hình 4.3)
Hình 4.3 Sơ đồ mạng thủy lực
8.1.2 Điều kiện biên
Điều kiện biên sử dụng trong mơ hình được lấy theo số liệu thực đo của Trung tâm Khí tượng Thủy văn Nam Bộ, một số số liệu trong vùng nghiên cứu được lấy từ nguồn số liệu thực đo tại Viện khoa học Thủy lợi Miền Nam, quy trình vận hành cống lấy theo số liệu vận hành thực tế của Cơng ty Quản lý và Khai thác Cơng trình Thủy lợi Trà Vinh, Vĩnh Long.
- Tài liệu khí tượng thủy văn, sử dụng số liệu mưa của 5 trạm với liệt số liệu 10 năm, từ năm 1996 ÷ 2006.
- Qua thực tế cho thấy chọn chế độ ngập ban đầu của ơ ruộng là 5cm, độ ngập tối đa ơ ruộng là 20cm.
- Mơ hình mưa tưới thiết kế được tính cho từng thời đoạn 5 ngày max, với tần suất P = 75%.
- Thời gian tính mưa tiêu trong 7 ngày với tần xuất P = 10%. Để đảm bảo an tồn cho khả năng cấp nước tác giả xác lập mơ hình với nhu cầu lấy nước liên tục trong 15 ngày, tuỳ thuộc vào mục đích hay nhu cầu của tưới (nếu trong thủy sản thì khả năng tưới tiêu là ngắn nhất).
- Trong tính mưa tiêu xét đến yếu tố: tiêu tự chảy, khả năng điều tiết của ơ ruộng, nhu cầu tiêu bơm,…
- Mực nước, lưu lượng tính tốn được lấy tại 2 trạm đo Quốc Gia là Châu Đốc và Mỹ Thuận. Thời đoạn tính tốn được tính từ 1/12/2005 đến ngày 30/12/2006 (năm 2006 là năm trung bình nước) và 10 trạm đo mực nước trong nội đồng vùng dự án do Viện Khoa học Thủy lợi Miền Nam và Phân Viện Khí Tượng Thủy văn Phía Nam cung cấp (Trần Đề, Định An, Cung Hầu, Cổ chiên, Bến Trại,…) và các biên lưu lượng nhập lưu khác.
- Tài liệu địa hình phục vụ tính tốn là tài liệu thực đo và được cung cấp bởi Cơng ty tư vấn Xây dựng Thủy lợi 2 (HEC 2).
- Ngồi ra các tài liệu như nhiệt độ, độ ẩm, bốc hơi, giĩ cũng được xem xét trong tính tốn mơ hình.
9 Cân chỉnh và kiểm nghiệm mơ hình
9.1.1 Cân chỉnh mơ hình
Tính tốn thủy lực và chế độ vận hành hệ thống cơng trình thủy lợi vùng dự án đã được Viện Khoa học Thủy Lợi Miền Nam tính tốn. Do đĩ, việc cân chỉnh, hiệu chỉnh tài liệu, số liệu và mơ hình đã được kiểm định phù hợp với thực tế về vấn đề thủy lực trong vùng. Trong luận văn này cĩ sử dụng các tài liệu và số liệu của Viện để tính tốn thủy lực để tìm ra khẩu diện cống hợp lý các cống tuyến cuối vùng dự án NMT. Do đĩ trong mơ hình này chỉ xem xét đến phần kiểm định mơ hình thủy lực.
Các tài liệu thủy văn mơ phỏng là các trạm mơ phỏng đại diện trong vùng. Các tài liệu được mơ phỏng giữa thực đo và mơ hình nhằm đánh giá được tương quan giữa tài liệu thực đo và số liệu đầu ra của mơ hình. (Bảng
thống kê một số trạm mơ phỏng kiểm nghiệm thể hiện trong bảng 4.1)
Bảng 4.1: Bảng thống kê một số trạm mơ phỏng
Tên vị trí Sơng/kênh
Phà Mang Thít Nam Mang Thít
Cống Rùm Sĩc Rạch Rum
Cống Mỹ Văn Kênh 19/5
Cầu Song Lộc Rạch Láng Thé
Cầu Vũng Liêm Rạch Vũng Liêm
Cống Cái Hĩp Kênh Cái Hĩp
Cống Láng Thé Rạch Láng Thé
Trà Vinh Sơng Cổ Chiên
Cầu Quan Sơng Hậu
Cống Bến Chùa Sơng Tổng Long
a. Kiểm định mực nước
Qua mơ phỏng cho thấy dao động mực nước thực đo và mực nước tính tốn mơ hình là gần như nhau. Số liệu thực đo cĩ nguồn số liệu ngắn hơn so với mơ hình. Các tài liệu đo đạc và tính tốn vào tháng 3 và tháng 4 (vào thời điểm cao điểm của mùa khơ) năm 2006. (Kết quả mơ phỏng kiểm nghiệm
mực nước được thể hiện trên hình 4.4 ÷ 4.9)
Hình 4.5 Mực nước tính tốn và thực đo tại trạm Rùm Sĩc
Hình 4.6 Mực nước tính tốn và thực đo tại trạm Mỹ Văn
Hình 4.8 Mực nước tính tốn và thực đo tại trạm phà Mang Thít
Hình 4.9 Mực nước tính tốn và thực đo tại trạm cống Cái Hĩp
b. Kiểm định lưu lượng
Qua kết quả kiểm nghiệm mơ phỏng lưu lượng dịng chảy tại một số
điểm đo thực tế với kết quả mơ hình, cho thấy giữa số liệu thực đo và mơ hình cĩ sự chênh lệch nhau nhỏ (sai số) nhưng cĩ thể chấp nhận được. Do đĩ, cĩ thể áp dụng vào thực tế để tính tốn trong mơ hình. (Kết quả mơ phỏng kiểm