CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN VỊ TRÍ CỬA LẤY NƯỚC VÀO SÔNG ĐÁY
3.1 Thiết lập mô hình và mô phỏng các kịch bản tính toán phục vụ xác định vị trí lấy nước hợp lý khu vực cửa vào sông Đáy
Hiện nay cống Cẩm Đình đã xây dựng xong và đi vào hoạt động từ năm 2004 nhưng do mực nước trên sông Hồng liên tục có xu hướng hạ thấp trong những năm gần đây (từ sau năm 2004 đến 2010) mực nước có xu hướng giảm từ 0,5-1,0m, để đưa nước vào sông Đáy (lòng dẫn sông chưa được cải tạo) thì mực nước trước cống Cẩm Đình cần phải đạt cao trình ít nhất là +4,0m. Trong khi đó mực nước sông Hồng ở mức dưới cao trình +4,0m ngày càng có xu hướng tăng lên có lúc còn xuống dưới cao trình đáy cống Cẩm Đình là +3,0m. Thời điểm kiệt điển hình nhất năm 2010 có số ngày mực nước sông Hồng tại Cẩm Đình thấp hơn cao trình đáy cống là 12 ngày. Vào tháng 11/2013, là thời điểm mới bắt đầu mùa khô trên hệ thống sông Hồng (mùa khô từ tháng XI đến tháng V năm sau) đã xảy ra hiện tượng nước từ trong kênh Cẩm Đình- Hiệp Thuận chảy ngược ra sông Hồng.
Theo phân tích nêu trên, cống Cẩm Đình có nhiệm vụ lấy nước từ sông Hồng theo kênh Cẩm Đình - Hiệp Thuận dài gần 12km đến cống Hiệp Thuận cạnh đập Đáy để cung cấp cho sông Đáy với lưu lượng về mùa kiệt là 36,24m3/s và về mùa lũ là 70m3/s nhằm đáp ứng một phần nhu cầu nước tại lưu vực sông Đáy và từng bước khôi phục dòng chảy của con sông này. Mấy năm gần đây, do tác động của nhiều yếu tố thiên nhiên, do biến đổi khí hậu và con người nên nước sông Hồng về mùa cạn đã xuống đến mức hết sức nghiêm trọng, nước không thể qua công trình đầu mối ven sông để vào các hệ thống tưới tại đồng bằng Bắc Bộ, trong đó có cống Cẩm Đình. Chính vì vậy việc xem xét, đánh giá vị trí lấy nước hợp lý của cống là cần thiết trên cơ sở tính toán đánh giá khả năng lấy nước của cống theo các kịch bản tính toán khác nhau.
73
Từ những khó khăn về nguồn nước của hệ thống sông Hồng theo như trên để đảm bảo đủ yêu cầu lấy nước mùa kiệt và lấy nước thường xuyên mùa lũ, cần có hệ thống kịch bản giải pháp cải tạo công trình đầu mối bổ sung cấp nước cho sông Đáy. Các biện pháp công trình có thể áp dụng như hạ cao trình đáy cống Cẩm Đình từ +3m xuống +2m hoặc xây dựng thêm 1 cống Cẩm Đình mới gần với cống cũ để tăng hiệu quả lấy nước mùa kiệt vào sông Đáy. Do cống Cẩm Đình được xây dựng là một khối đơn nguyên bằng bê tông cốt thép nên việc hạ thấp cao trình đáy cống từ +3m xuống +2m là không thể thực hiện. Vì vậy giải pháp công trình có thể áp dụng cho sông Đáy là xây dựng thêm cống Cẩm Đình mới, có kết hợp lấy nước với cống hiện có. Vậy xây dựng cống Cẩm Đình mới cần xác định vị trí hợp lý lấy nước cống Cẩm Đình mới như nào là hợp lý. Cửa lấy nước nên đặt tại vị trí có lợi về mặt thuỷ lực (có chú ý về mặt địa chất)và việc lấy nước phụ thuộc vào điều kiện địa hình ở thượng lưu cống,việc dâng nước có thể dẫn đến dòng chảy ngược, điều kiện địa chất của bờ sông (vật liệu dễ sạt lở hay đá), độ chênh lệch cao độ của bờ sông với đáy sông, tỷ lệ lượng nước được lấy vào kênh dẫn, đặc biệt trong mùa kiệt, tuyến kênh dẫn nước, độ rộng của kênh dẫn tại vị trí tiếp giáp với sông (phụ thuộc vào mực nước khi dòng chảy kiệt, độ cong của dòng sông khi dòng kiệt, góc lấy nước,…). Như vậy việc lấy nước đạt hiệu quả khi vị trí đặt cống lấy nước là hàm của mực nước, lưu lượng, góc lấy nước, chiều rộng của kênh dẫn nước so với chiều rộng của sông, kích thước, hình dáng công trình lấy nước.
Để nghiên cứu xác định vị trí cửa lấy nước dựa trên các tiêu chí nêu trong chương II, luận án sử dụng những kịch bản tính toán như sau:
Hình 3.1. Kịch bản tính toán
74
Với các trường hợp tính toán nêu trên, kết quả của mô hình MIKE3 Flow Model sẽ mô tả sự vận chuyển bùn cát và sự thay đổi trong cân bằng bùn cát, diễn biến đường lạch sâu dọc sông, diễn biến cao độ đáy trên mặt cắt ngang và diễn biến đường bờ sông trong đoạn sông khu vực cửa vào sông Đáy. Cụ thể các kịch bản tính toán đánh giá diễn biến lòng dẫn sông Hồng đoạn khu vực cửa vào sông Đáy để xác định vị trí hợp lý cửa lấy nước trên cơ sở xem xét đánh giá dòng dị trọng được thống kê như sau:
Phương án xây dựng cống Cẩm Đình (hiện trạng Cẩm Đình 1+Cẩm Đình 2+ Cẩm Đình 3 = 3TH) x ((Cấp nước mùa kiệt Qc=100m3/s + Cấp nước thường xuyên Qtx=450m3/s + Phân lũ sông Đáy 2.500m3/s + xét thêm BĐKH-NBD) = 4TH) x (trường hợp các vị trí góc lấy nước khác nhau + chiều rộng kênh lấy nước khác nhau + chiều rộng sông cong + và chiều dài kênh dẫn = 4TH). Tổng cộng số kịch bản tính toán đánh giá ảnh hưởng của dự án đến dòng chảy và diễn biến lòng dẫn là 3x4x4 = 48 kịch bản tính.
Với các kịch bản tính một cách đầy đủ và chi tiết nêu trên sẽ đưa ra được cơ sở khoa học kết hợp với thực tiễn để đánh giá diễn biến lòng dẫn, từ đó đề xuất được cửa lấy nước hợp lý cho phù hợp với thực tiễn.
Do hạn chế về thời gian chạy mô hình (mỗi kịch bản thời gian chạy mô hình hết khoảng 170 giờ), hạn chế về tốc độ máy tính nên trong luận án chỉ xem xét kịch bản của tổ hợp tại 03 vị trí lấy nước (xem các hình 3.2, 3.3) các vị trí này được xác định trên cơ sở NCS đã đi điều tra, khảo sát thực địa kết hợp phân tích điều kiện địa hình, địa chất, đặc điểm bờ và hiện trạng lòng dẫn để lựa chọn sơ bộ đáp ứng yêu cầu bộ tiêu chí đã nêu trong chương 2.
Từ đặc điểm hiện trạng khảo sát địa hình khu vực cửa vào sông Đáy, xét 02 vị trí phù hợp có thể tiến hành xây dựng công trình phân lũ mới như sau:
- Vị trí cống Vân Cốc (cống Cẩm Đình mới, vị trí 2): Đoạn sông tại vị trí này có xu thế dòng chảy tương đối thuận. Cống phân lũ mới được đề xuất xây dựng tại đây nhằm khai thác lợi thế về trường dòng chảy của đoạn sông Hồng qua khu vực cửa vào sông Đáy.
- Vị trí cửa vào sông Đáy cũ (cửa Hát Môn) (cống Cẩm Đình mới, vị trí 3): Với mục tiêu làm sống lại và khôi phục hoàn toàn dòng chảy trước đây của sông Đáy.
75
Vị trí các cống lấy nước Cẩm Đình mới phải đảm bảo yêu cầu trong bộ tiêu chí đã nêu trong chương 2, được mô phỏng mô hình theo các kịch bản tính toán được chỉ ra trong hình vẽ sau:
Hình 3.2. Vị trí cửa lấy nước Cẩm Đình cũ (vị trí 1), Cẩm Đình mới (vị trí 2), cách vị trí Cẩm Đình cũ 600m về phía hạ lưu theo các kịch bản tính toán được mô phỏng trong mô hình MIKE3FM
Hình 3.3.Vị trí cửa lấy nước (vị trí 3) theo các kịch bản tính toán được mô phỏng trong mô hình MIKE3FM
Với các kịch bản tính toán như trên, tiến hành chạy mô hình MIKE3FM để đánh giá diễn biến lòng dẫn và xác định vị trí cửa lấy nước hợp lý vùng cửa vào sông Đáy theo bộ tiêu chí được đề xuất.
76