TT Trạm Sụng Tài liệu
sử dụng Loại biờn
1 Hoà Bỡnh Đà Q,H Biờn trờn
2 Yờn Bỏi Thao Q,H Biờn trờn
3 Hàm Yờn Lụ Q,H Biờn trờn
4 Chiờm Húa Gõm Q,H Biờn trờn
5 Gia Bảy Cầu Q Biờn trờn
6 Cầu Sơn Thương Q, H Biờn trờn
TT Trạm Sụng Tài liệu
sử dụng Loại biờn
7 Chũ Lục Nam Q,H Biờn trờn
8 Ba Thỏ Đỏy Q, H Biờn trờn
9 Hưng Thi Hoàng Long Q,H Biờn trờn
10 Như Tõn Đỏy H Biờn dưới
11 Phỳ lễ Ninh Cơ H Biờn dưới
12 Ba Lạt Hồng H Biờn dưới
13 Định Cư Trà Lý H Biờn dưới
14 Đụng Xuyờn Thỏi Bỡnh H Biờn dưới
15 Quang Phục Văn Úc H Biờn dưới
16 Kiến An Lạch Tray H Biờn dưới
17 Cửa Cấm Cấm H Biờn dưới
18 Do Nghi Đỏ Bạch H Biờn dưới
19 Do Nghi Đỏ Bạch H Biờn dưới
20 Sơn Tõy (Q,H) Hồng Q,H Nỳt kiểm tra
21 Hà Nội (Q,H) Hồng Q,H Nỳt kiểm tra
22 Thượng Cỏt (Q,H) Đuống Q,H Nỳt kiểm tra
23 Hưng Yờn (H) Hụng H Nỳt kiểm tra
24 Triều Dương (H) Luộc H Nỳt kiểm tra
25 Nam Định (H) Đào H Nỳt kiểm tra
26 Quyết Chiến (H) Trà Lý H Nỳt kiểm tra 27 Trực Phương (H) Ninh Cơ H Nỳt kiểm tra
28 Phả Lại (H) Thỏi Bỡnh H Nỳt kiểm tra
29 Phủ Lý (H) Đỏy H Nỳt kiểm tra
30 Ninh Bỡnh (H) Đỏy H Nỳt kiểm tra
31 Giỏn Khẩu (H) Hoàng Long H Nỳt kiểm tra
4.3.THIẾT LẬP SƠ ĐỒ MẠNG LƯỚI THUỶ LỰC VÀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN TIấU
4.3.1. Thiết lập mạng thủy lực tiờu ỳng cho tỉnh Nam Định
Việc tiờu ỳng của hệ thống thủy nụng Nam Định ngoài việc phụ thuộc vào yếu tố bản thõn của hệ thống cũn chịu nhiều ảnh hưởng của mực nước ngoài sụng, khi mực nước ngoài sụng lớn thỡ việc tiờu ỳng tự chảy rất khú khăn, nhiều khi nước trong đồng khụng thể tiờu ra sụng được do mực nước sụng quỏ cao. Mặt khỏc mực nước ngoài sụng khu vực nghiờn cứu lại chịu ảnh hưởng nhiều bởi diễn biến mực nước thượng nguồn của sụng, chớnh vỡ vậy khi nghiờn cứu chế độ tiờu của khu vực nghiờn cứu khụng thể tỏch khỏi diễn biến của hệ thống. Do đú trong tớnh toỏn thủy lực, luận văn đó xõy dựng hệ thống thủy nụng Nam Định nằm trong mạng thủy lực hệ thống sụng Hồng – Thỏi Bỡnh để tớnh toỏn.
Hỡnh 4.1: Mạng thủy lực tớnh toỏn tiờu cho hệ thống thủy nụng Nam Định
Hỡnh 4.2: Mạng thủy lực chi tiết hệ thống sụng và kờnh mương nội đồng
thuộc Nam Định
Cỏc cụng trỡnh cống tiờu, trạm bơm cũng được đưa vào mụ hỡnh qua mụ đuyn điều khiển cụng trỡnh, giao diện như sau:
Hỡnh 4.3: Mụ phỏng trạm bơm trong Mike11 để tớnh toỏn tiờu cho
tỉnh Nam Định
Hỡnh 4.4: Mụ phỏng cống tiờu trong Mike11 để tớnh toỏn tiờu cho tỉnh Nam Định
4.3.2. Phương phỏp tớnh toỏn
Khả năng tiờu ỳng của hệ thống thủy nụng Nam Định phụ thuộc nhiều vào lượng mưa và hiện trạng hệ thống kờnh mương nội đồng và cụng trỡnh phục vụ tiờu ỳng. Dựa vào tài liệu địa hỡnh và đặc điểm tiờu thoỏt của cỏc khu vực tiờu chia khu vực tiờu tỉnh Nam Định với diện tớch 165.214 haRRthành 32 tiểu khu tiờu, cỏc tiểu khu tiờu này được liờn kết với hệ thống sụng, kờnh nội đồng và liờn hệ với nhau qua cỏc đập tràn được xỏc định từ quan hệ địa hỡnh. Khi lượng mưa rơi xuống cỏc ụ ruộng được quy đổi thành dạng lưu lượng nhập lưu vào cỏc ụ ruộng đú sau khi trừ đi lượng tổn thất do bốc hơi. Lượng nước đến này sẽ làm tăng dần mực nước trong ụ ruộng. Khi mực nước trong ụ ruộng đú cao hơn ngưỡng tràn nối ụ ruộng với sụng liền kề thỡ nước sẽ bắt đầu tràn từ ụ ruộng ra sụng. Như vậy nhu cầu tiờu nước từ cỏc vựng tiờu tự chảy ra hệ thống sụng được mụ hỡnh tớnh toỏn. Khả năng tiờu nước từ ruộng ra sụng phụ thuộc vào lượng mưa, chế độ mực nước trờn sụng và kớch thước vật lý của hệ thống cống tiờu. Việc trao đổi nước giữa ụ ruộng với sụng chỉ diễn ra 1 chiều từ ruộng ra sụng mà khụng cú chiều ngược lại. Đối với những khu
vực tiờu nước bằng động lực đổ vào sụng trục chớnh trong hệ thống thỡ nhu cầu tiờu nước được tớnh toỏn riờng rẽ dựa vào mụ hỡnh tiờu nước mặt ruộng.
Ngoài ra trong tớnh toỏn cũn xột đến sự hỗ trợ tiờu của cỏc hệ thống và phõn vựng tiờu với nhau nhờ đưa vào cơ chế tràn tự do giữa cỏc ụ tiờu, khi mực nước ụ tiờu lớn hơn hay nhỏ hơn mực nước tại ụ tiờu liền kề sẽ sinh ra cơ chế trao đổi nước tự do giữa hai ụ tiờu cho đến khi hai ụ tiờu này cú mực nước ngang nhau. Với cỏch tớnh toỏn như vậy cho phộp xỏc định được sự hỗ trợ của cỏc cụng trỡnh đầu mối với nhau và xỏc định được vựng ngập sõu cục bộ….chi tiết hướng tiờu thoỏt như hỡnh 4.5:
Hỡnh 4.5: Sơ đồ phõn khu tiờu hệ thống thủy nụng Nam Định
Quan hệ giữa diện tớch, lượng trữ của cỏc ụ chứa với cao độ được thể hiện qua cỏc đường đặc trưng của cỏc ụ tiờu từ ụ 1 đến ụ 32. Đường quan hệ đặc trưng
tại cỏc ụ tiờu theo cỏc cụng ty quản lý và thống kờ đặc trưng cỏc ụ tiờu được trỡnh bày trong ở phần phụ lục chương 4.
4.4. CÁC KỊCH BẢN TÍNH TỐN
Cỏc trường hợp tiờu bất lợi
- Mưa lớn vượt tần suất thiết kế vào giai đoạn lỳa mới cấy, giai đoạn lỳa đẻ nhỏnh và giai đoạn cuối vụ thu hoạch.
- Lũ lớn trờn lưu vực, mực nước ngoài sụng trờn bỏo động II
- Mưa lớn và lũ lớn đồng thời trờn lưu vực, mực nước ngoài sụng trờn bỏo động II
- Mất điện, cỏc trạm bơm khụng hoạt động
- Mưa lớn và lũ lớn đồng thời trờn lưu vực và nước biển dõng - Tổ hợp của cỏc trường hợp bất lợi trờn.
Lựa chọn kịch bản tớnh toỏn:
Trờn cơ sở cỏc trường hợp bất lợi tỏc giả lựa chọn yếu tố bất lợi và ảnh hưởng nhiều nhất tới sự sinh trưởng và phỏt triển của cõy trồng. Để cú thể thấy rừ yếu tố của biến đổi khớ hậu và nước biển dõng tỏc giả đưa ra hai kịch bản (KB) so sỏnh sau
KB1: Theo hiện trạng tiờu và hiện trạng sụng trục với trường hợp bất lợi mưa và lũ lớn đồng thời trờn lưu vực.
KB2: Theo nhu cầu tiờu năm 2020 với hiện trạng cỏc sụng trục và với trường hợp mực nước biển dõng cao thờm 12cm.
Trong cỏc kịch bản tớnh toỏn trờn khi xột tới ảnh hưởng của biến đổi khớ hậu tỏc giả chỉ xột tới ảnh hưởng của nước biển dõng tới khả năng tiờu thoỏt nước của Nam Định do theo dự đoỏn sự biến động của biến đổi khớ hậu đối với cỏc yếu tố nhiệt độ và lượng mưa là rất ớt so với ảnh hưởng của nước biển dõng tới khả năng tiờu thoỏt nước.
4.5. KẾT QUẢ TÍNH TỐN
4.5.1. Kết quả hiệu chỉnh kiểm định mụ hỡnh
Việc hiệu chỉnh thụng số mụ hỡnh chủ yếu được tiến hành bằng cỏch thay đổi độ nhỏm. Kiểm tra tớnh hợp lý tại cỏc điều kiện biờn. Phương phỏp hiệu chỉnh thụng số ở đõy dựng phương phỏp thử dần.
Quỏ trỡnh hiệu chỉnh cú thể túm tắt thành cỏc bước sau đõy: Bước 1: Giả thiết độ nhỏm, điều kiện ban đầu.
Bước 2: Chạy mụ hỡnh.
Bước 3: So sỏnh kết quả tớnh toỏn với số liệu thực đo tại cỏc trạm cú số liệu đo đạc lưu lượng và mực nước.
So sỏnh kết quả tớnh toỏn và thực đo trờn biểu đồ và chỉ tiờu Nash để đỏnh giỏ và kết thỳc bước hiệu chỉnh.
Nash = 1 - ( ) ( ) ∑ ∑ − − 2 2 , , , Xo i Xo i Xs i Xo
Kết quả hiệu chỉnh mụ hỡnh cho toàn hệ thống sụng Hồng – Thỏi Bỡnh được thể hiện dưới dạng cỏc biểu đồ so sỏnh kết quả tớnh toỏn và thực đo tại vị trớ cỏc trạm thủy văn kiểm tra. Kết quả hiệu chỉnh bộ thụng số mụ hỡnh cho thấy tớnh toỏn và thực đo phự hợp với nhau cả về dạng đường quỏ trỡnh và cỏc giỏ trị lớn nhất, kết quả hiệu chỉnh được thống kờ dưới bảng sau.
Bảng4.3: Kết quả thử nghiệm mụ hỡnh TT Trạm Sụng Hmax(m) Sai số (m) Nash Thực đo Tớnh toỏn 1 Trung Hà Đà 17.55 17.64 -0.09 0.92 2 Gềnh Gà Lụ 28.71 28.58 0.13 0.89 3 Tuyờn Quang Lụ 27.98 28.11 -0.13 0.86 4 Sơn Tõy Hồng 15.09 15.24 -0.15 0.89 5 Hà Nội Hồng 12.43 12.26 0.17 0.94 6 Hưng Yờn Hồng 7.86 7.81 0.05 0.96
7 Giỏn Khẩu Đỏy 3.68 3.73 -0.05 0.97
TT Trạm Sụng Hmax(m) Sai số (m) Nash Thực đo Tớnh toỏn 8 Quyết Chiến Trà Lý 5.24 5.45 -0.21 0.95 9 Thỏi Bỡnh Trà Lý 3.75 3.53 0.22 0.92 10 Thượng Cỏt Đuống 11.8 11.91 -0.11 0.93 11 Bến Hồ Đuống 9.02 9.28 -0.26 0.94
12 Triều Dương Luộc 6.7 6.74 -0.04 0.94
13 Chanh Chữ Luộc 3.7 3.76 -0.06 0.88 13 Đỏp Cầu Cầu 6.83 6.78 0.05 0.94 14 Phả Lại Thỏi Bỡnh 6.52 6.77 -0.25 0.92 15 Cỏt Khờ Thỏi Bỡnh 5.97 5.98 -0.01 0.93 16 Phỳ Lương Thỏi Bỡnh 4.4 4.46 -0.06 0.95 17 Bến Bỡnh Kinh Thầy 5.11 5.09 0.02 0.91 18 Trung Trang Văn Úc 2.74 2.83 -0.09 0.88
Bảng 4.4: Kết quả kiểm định mụ hỡnh tại một số trạm
TT Trạm Sụng Hmax(m) Sai số (m) Nash
Thực đo Tớnh toỏn 1 Trung Hà Đà 17.13 17.44 -0.31 0.95 2 Việt Trỡ Hồng 16.41 16.33 0.08 0.98 3 Sơn Tõy Hồng 14.68 14.83 -0.15 0.99 4 Hà Nội Hồng 12.01 12.07 -0.06 0.99 5 Hưng Yờn Hồng 7.66 7.76 -0.1 0.98 6 Thượng Cỏt Đuống 11.42 11.35 0.07 0.99 7 Bến Hồ Đuống 8.66 8.72 -0.06 0.97
8 Triều Dương Luộc 6.58 6.79 -0.21 0.95
9 Chanh Chũ Luộc 3.59 3.55 0.04 0.92
10 Phả Lại Thỏi Bỡnh 5.72 5.73 -0.01 0.88
TT Trạm Sụng Hmax(m) Sai số (m) Nash Thực đo Tớnh toỏn 11 Cỏt Khờ Thỏi Bỡnh 5.28 5.46 -0.18 0.88 12 Phỳ Lương Thỏi Bỡnh 3.93 4.04 -0.11 0.87 13 Bến Bỡnh Kinh Thầy 4.55 4.72 -0.17 0.88 14 Trung Trang Văn Úc 2.55 2.63 -0.08 0.88
Cỏc hỡnh vẽ biểu thị kết quả hiệu chỉnh và kiểm định mụ hỡnh được trỡnh bày trong phần phụ lục chương 4.
Qua kết quả tớnh toỏn (cỏc hỡnh vẽ kiểm định mụ hỡnh ) ta thấy nhỡn chung đường mực nước, lưu lượng tớnh toỏn và thực đo tương đối phự hợp về pha, về lượng sự phự hợp khụng cao, nhất là cỏc trạm mực nước vựng ảnh hưởng thuỷ triều. - Kết quả tớnh toỏn hệ số NASH tương đối tốt , nằm trong khoảng từ 0,88 đến 0,99 cho kết quả khỏ tốt.
Như vậy, với kết quả kiểm định và thử nghiệm mụ hỡnh cú thể dựng để tớnh toỏn thủy lực tiờu nước cho cỏc khu thủy lợi thuộc tỉnh Nam Định.
4.5.2. Kết quả tớnh toỏn với cỏc kịch bản tớnh toỏn
Khi chịu ảnh hưởng của biến đổi khớ hậu thỡ cỏc vựng Hải Hậu, Xuõn Thủy, Nghĩa Hưng phải chịu nhiều ảnh hưởng nhất do cỏc vựng này hỡnh thức tiờu chủ yếu là trọng lực, chế độ tiờu phụ thuộc rất lớn vào mực nước triều và mực nước trờn sụng. Theo kết quả tớnh toỏn với hai kịch bản tớnh toỏn cho thấy khi mực nước biển dõng thỡ độ sõu ngập và thời gian ngập tại cỏc ụ tiờu tăng lờn rất nhanh, thời gian ngập trung bỡnh khi chịu ảnh hưởng của biến đổi khớ hậu thường là từ 8 – 10 ngày và độ ngập sõu tương ứng thường là từ 0,4 – 0,5m, so với trường hợp hiện trạng thỡ thời gian ngập thường chỉ kộo dài là 5 – 6 ngày.
Hỡnh 4.6: Bản đồ ngập tỉnh Nam Định sau 5 ngày ứng với kịch bản biến đổi khớ hậu kịch bản biến đổi khớ hậu
Hỡnh 4.7: Bản đồ ngập tỉnh Nam Định sau 5 ngày ứng với
trường hợp hiện tại
Diễn biến mực nước cụ thể theo kịch bản nước biển dõng trong cỏc ụ tiờu như sau:
UHệ thống thủy nụng Bắc Nam Hà thuộc Nam Định
- Tổng diện tớch cú cụng trỡnh tiờu thiết kế là 57.156ha trong đú diện tớch tiờu chủ động cho khu Bắc Nam Định là 46.451ha.
- Kết quả tớnh toỏn thủy lực cho thấy diện tớch ngập ỳng toàn bộ khu vực bắc Nam Định là 14411.4ha chiếm 31% diện tớch toàn vựng tiờu trong đú diện tớch ngập trờn 0.25m là 1805ha chiếm 3.9% diện tớch toàn vựng tiờu, thời gian ngập ỳng dài trung bỡnh thời gian tiờu hết nước toàn hệ thống từ 7 đến 8 ngày, cục bộ nhiều vựng thấp trũng xa cụng trỡnh đầu mối thời gian tiờu ỳng kộo dài từ 9 đến 10 ngày.
UHệ thống thủy nụng Nam Ninh
- Tổng diện tớch tự nhiờn thuộc cụng ty KTCTTL Nam Ninh quản lý là 27.133.78ha trong đú diện tớch cần tiờu là 24.150ha được tiờu bằng hai hỡnh thức chớnh là tiờu tự chảy và tiờu bằng động lực qua cỏc trạm bơm. Toàn khu vực tiờu cú 10 trạm bơm tiờu với 48 mỏy với tổng cụng suất mỗi mỏy 4000mP
3
P
/h tiờu nước ra sụng Hồng, sụng Đào và sụng Ninh Cơ phục vụ tiờu cho 6.223,9ha. Hỡnh thức tiờu tự chảy toàn hệ thống cú 21 cống đầu mối với tổng khẩu độ là 95,3m, lưu lượng thiết kế 152,8mP
3
P
/s phục vụ tiờu ỳng cho 17.926,42ha tiờu nước chủ yếu qua triền sụng Ninh Cơ
Với kịch bản tớnh toỏn bất lợi như nờu trờn: Mưa lớn với lượng mưa 5 ngày thiết kế tần suất 10% tại trạm Nam Định là 381mm, xảy ra mưa lớn vào thời gian xuất hiện lũ lớn trờn sụng với mực nước ngoài sụng vượt trờn bỏo động II toàn hệ thống chỉ cú thể tiờu được nước qua cỏc trạm bơm nờn thỡ thời gian cần thiết để tiờu hết lượng nước trong diện tớch phụ trỏch của cỏc trạm bơm lờn tới 8 ngày.
Cỏc cống tiờu đầu mối khụng thể vận hành được dẫn đến tỡnh trạng ngập ỳng kộo dài trờn diện rộng, diễn biến mực nước nội đồng phụ thuộc và diễn biến mực nước trờn sụng, thời gian tiờu hết lượng nước trong nội đồng với diện tớch cỏc cống phụ trỏch lờn tới 10-13 ngày.
UHệ thống thủy nụng Xuõn Thủy
Diện tớch cần tiờu trong đờ do cụng ty quản lý là 26766ha, do nằm gần cửa biển nờn vấn đề tiờu nước toàn vựng được thực hiện theo hỡnh thức tiờu tự chảy qua cỏc cống tiờu nước ra sụng Hồng qua hai cống Cồn Tứ, Mốc giang với tổng khẩu độ la 5,5m, tiờu nước trực tiếp, giỏn tiếp ra biển qua hệ sụng Sũ cỏc cống Nam Điền, Thực Húa, Thanh Quan, cống Cai Đề,…
Theo kịch bản tớnh toỏn như trờn cú thời gian mưa trựng với thời gian triều cường xuất hiện mực nước chõn triều thấp nhất trong thời gian mưa là 0,6m vào 5h ngày 25/8 kết hợp với lũ lớn trờn sụng hai cống tiờu Cồn Tư và Mốc Giang khụng thể mở cửa tiờu nước. Cỏc cống tiờu nước ra biển chỉ cú thể mở được cửa vào những thời điểm triều thấp bắt đầu từ ngày 25/8 trờn trục tiờu Nguyễn Văn Bộ qua cỏc cống Cai đề, Nam Đồng.. vỡ vậy trong thời gian mưa tiờu diện tớch ỳng ngập vựng Xuõn Thủy là khỏ lớn diện tớch ngập sõu trờn 0,25m lờn tới 5518.5ha chiếm 27.5% diện tớch ỳng ngập toàn vựng, thời gian rỳt nước từ chiều sõu ngập trờn 0.3m xuống dưới 0.3m kộo dài từ 8 dến 9 ngày thời gian tiờu hết nước trong cỏc ụ ruộng kộo dài từ 12 đến 13 ngày do đợt triều cường kộo dài với cường độ mạnh.
UHệ thống thủy nụng Hải Hậu
Do địa hỡnh thấp dần từ tõy bắc xuống đụng nam và vựng nằm sỏt biển nờn chế độ tiờu trong địa bàn cụng ty quản lý được tiờu tự chảy qua cỏc cống tiờu với