CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN LỰA CHỌN VỊ TRÍ LẤY NƯỚC HỢP LÝ ĐẢM BẢO YÊU CẦU LẤY NƯỚC MÙA KIỆT VÀ THOÁT LŨ
2.3 Đề xuất bộ tiêu chí xác định vị trí cửa lấy nước thích hợp
Vị trí cửa lấy nước hợp lý là vị trí cần đáp ứng yêu cầu về kinh tế, xã hội và môi trường, cụ thể là:
- Tiêu chí kỹ thuật: đảm bảo lấy nước theo yêu cầu (số lượng, chất lượng) về mùa kiệt, thoát lũ về mùa lũ và ổn định công trình;
- Tiêu chí kinh tế: phải đảm bảo đầu tư có hiệu quả, chi phí đầu tư rẻ nhất nhưng vẫn đảm bảo được các yêu cầu về kỹ thuật;
65
- Tiêu chí môi trường xã hội: khi công trình được xây dựng không gây tác động xấu đến môi trường, xã hội, kết hợp cảnh quan môi trường.
Qua phân tích đánh giá hiện tượng bồi lắng và diễn biến lòng dẫn tại một số cửa lấy nước trên thế giới cũng như trong nước cho thấy hiện tượng bồi lắng, xói lở các cửa lấy nước chịu ảnh hưởng của tổ hợp nhiều yếu tố bao gồm: chế độ thủy văn dòng chảy sông như: mực nước, lưu lượng, vận tốc, thời gian lũ, hàm lượng bùn cát, diễn biến lòng dẫn, sức tải cát,... Đối với mỗi cửa lấy nước thì tốc độ, khối lượng bồi lắng phụ thuộc vào hình dạng, vị trí, góc của cửa lấy nước, chiều dài, chiều rộng kênh dẫn, quy trình vận hành cửa lấy nước vào mùa lũ,mùa kiệt. Chính vì vậy, khi xem xét xác định vị trí cửa lấy nước thích hợp đảm bảo yêu cầu lấy nước của các cửa lấy nước, đặc biệt trong mùa kiệt cần xem xét tính ổn định lòng dẫn khu vực cửa vào lấy nước.Đây được coi là một trong những tiêu chí để xác định vị trí hợp lý của cửa lấy nước.
Qua phân tích cơ sở lý thuyết cũng như dựa trên việc điều tra tình hình lấy nước tại một số cống chính trên dòng chính sông Hồng cho thấy khả năng lấy nước của các cống trên dòng chính/nhân tố chính tác động đến việc lựa chọn vị trí thích hợp cửa lấy nước phụ thuộc vào các yếu tố chính như sau:
- Địa hình lòng sông: đoạn sông cong, sông thẳng hay sông có bờ không ổn định;
- Vận chuyển bùn cát trên dòng chính và bùn cát trong đoạn kênh dẫn vào cửa lấy nước;
- Vị trí cửa lấy nước trên đoạn sông cong;
- Hình dạng cửa lấy nước;
- Kích thước cửa lấy nước;
- Góc lấy nước;
- Chiều dài kênh dẫn vào cống lấy nước, bề rộng đáy kênh, cao trình đáy kênh,…
Lựa chọn vị trí đặt cửa lấy nước cũng như loại cửa lấy nước yêu cầu những thông tin đầy đủ về điều kiện địa hình của sông gần khu vực cửa lấy nước.Thiếu những thông tin này sẽ không thể xác định được vị trí cũng như loại cửa lấy nước thích hợp.
66
Loại hình vận chuyển bùn cát cũng cần được quan tâm, có thể là bùn cát di đẩy, bùn cát lơ lửng.Bùn cát có thể ảnh hưởng đến việc thiết kế cũng như việc chọn vị trí phù hợp đối với cửa lấy nước.
Chọn vị trí đặt cửa lấy nước là công việc đầu tiên và quan trọng trong thiết kế CTLN.Từ đặc điểm làm việc và yêu cầu của công trình lấy nước không đập, thì tốt nhất đặt nó ở đoạn sông cong phía bờ lõm, nhưng ở vị trí nào là có lợi nhất?Chỗ sông bắt đầu cong có cường độ chảy vòng nhỏ, sau tăng dần, đến chỗ nước sâu nhất (vực) của đoạn sông cong thì cường độ chảy vòng lớn nhất.Tại đây bùn cát bị khuấy động mạnh.Từ đó trở về sau, cường độ dòng chảy vòng yếu dần. Do đó, không nên đặt cửa lấy nước ở chỗ có cường độ dòng chảy vòng lớn nhất mà nên bố trí lui về phía hạ lưu một đoạn để hạn chế bùn cát có hại vào kênh, nhưng vẫn đảm bảo yêu cầu nước lấy.
Nhưng lùi về phía hạ lưu một đoạn là bao nhiêu là được, là hợp lý là một câu hỏi lớn được đặt ra.
Cửa lấy nước không đập thường được bố trí ở bờ lõm của đoạn sông cong, vì ở đó dòng chủ lưu đi sát vào cửa, độ sâu lớn hơn, mực nước cao hơn nên lưu lượng chảy vào kênh dẫn lớn hơn. Nhìn chung,ở đoạn sôngcong, nhất là ở đoạn sông cong gấp khúc, do có hiện tượng chảy vòng mà bờ lõm bị xói. Bùn cát bị xói ở bờ lõm được đưa sang bồi lắng bên bờ lồi làm hiện tượng bồi lắng ở cửa lấy nước giảm đi rất nhiều.
Theo kinh nghiệm, tốt nhất là đặt cửa lấy nước ở cuối đoạn sông cong. Theo Đunnhev đề nghị vị trí nên đặt cửa lấy nước ở phía dưới đoạn cong nhất một đoạn ngắn, nghĩa là cách điểm chuyển tiếp từ thẳng sang cong (chỗ bắt đầu đoạn cong) một đoạn bằng 4÷5 lần chiều rộng sông cong. Đây là vị trí có dòng chảy vòng mạnh nhất, độ sâu dòng nước lớn nhất nên lưu lượng vào kênh lớn mà bùn cát vào kênh lại ít. Người ta thường cố gắng đặt cửa lấy nước sát bờ sông để giảm bớt chiều dài đoạn kênh dẫn và như vậy giảm được phần lớn khối lượng bùn cát phải nạo vét trong đoạn kênh dẫn.
Ngoài những điều kiện trên, cửa lấy nước cần bố trí trên đoạn sông có điều kiện địa chất ở bờ tốt và có dòng sông ổn định.Nếu không thoả mãn các yêu cầu đó cần tiến hành chỉnh trị lòng sông đảm bảo cửa lấy nước không bị xói lở, không bị bồi lấp và cũng không hình thành các bãi cát trong đoạn sông có cửa lấy nước.
67
Cửa lấy nước nên đặt tại vị trí có lợi về mặt thuỷ lực (có chú ý về mặt địa chất).
Qua các nghiên cứu cho thấy các yêu cầu cơ bản khi thiết kế CTLN cần chú ý đến những nội dung sau:
- Đảm bảo lấy được lưu lượng nước theo thiết kế;
- Đảm bảo chất lượng nước lấy vào kênh (ngăn bùn cát có hạt, vật nổi);
- Đảm bảo an toàn công trình;
- Công trình vận hành dễ dàng và dễ tu sửa;
- Đảm bảo không bị bồi lắng, xói lở khu vực cửa lấy nước và dòng dẫn kênh chuyển nước;
- Kiểm soát được ảnh hưởng đến môi trường chung;
- Các yêu cầu khác: thuận tiện thi công, quản lý, mỹ quan.
Các nghiên cứu cũng chỉ ra rằng, việc lựa chọn vị trí cửa lấy nước phụ thuộc vào các yếu tố sau:
- Điều kiện địa hình ở thượng lưu công trình. Việc dâng nước có thể dẫn đến dòng chảy ngược, mực nước dâng lên có thể dẫn đến ngập lụt vùng thương lưu công trình;
- 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 hoặc mở rộng đột ngột tránh xói lở, bồi lắng lòng dẫn;
- 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,…).
Mặt cắt của kênh dẫn không được thu hẹp.
68
Tại những đoạn sông thẳng, dòng chảy thường chảy song song với bờ.Bùn cát đáy được vận chuyển ở phía đáy dòng sông.Tại đoạn sông cong, dòng chảy trở thành dòng xoắn, hướng dòng chảy ở trên mặt và dưới đáy có sự khác nhau.Dòng chảy trên mặt có hàm lượng bùn cát thấp hướng về phía bờ lõm, dòng chảy dưới đáy mang nhiều bùn cát hướng về phía bờ lồi. Do vậy hầu hết các CTLN được chọn nằm ở bên phía bờ lõm của sông.
Nguyên tắc làm việc của công trình dẫn nước tự chảy là dựa vào trọng lực, dùng nước để tải nước.Tiêu chí đầu tiên để xem xét lựa chọn vị trí cửa lấy nước sao cho tuyến công trình dẫn nước tự chảy có chênh lệch cột nước tối thiểu giữa điểm đầu tuyến và điểm cuối tuyến.Đây là tiêu chí bắt buộc phải đạt được và được nêu rõ trong tiêu chuẩn TCVN 4118:1985 (Tiêu chuẩn thiết kế kênh).
Căn cứ vào các nghiên cứu của các nhà khoa học trong và ngoài nước, tình hình thực tế cũng như tiêu chuẩn thiết kế kênh hiện hành, NCS đề xuất bộ tiêu chí dùng để tham khảo khi phân tích, tính toán và lựa chọn vị trí cửa lấy nước như sau:
Bảng 2.1. Bộ tiêu chí lựa chọn vị trí cửa lấy nước
Tiêu chí Chỉ tiêu Yêu cầu
Tiêu chí kỹ thuật (QP,ρ) = f(α, Lkênh, Lcong,Bkênh,
J...)
Hình thái sông
- Đoạn sông đặt vị trí cửa lấy nước phải tương đối ổn định, điều kiện địa chất của bờ sông tương đối ổn định, cửa lấy nước không bị bồi lắng:
- Nên chọn cửa vào kênh dẫn ở hạ lưu đỉnh cong;
- Góc tạo bởi dòng chính và kênh đảm bảo dòng chảy xuôi thuận, theo phân tích nghiên cứu của các nhà khoa học và thực tế góc lấy nước α phụ thuộc vào điều kiện địa hình, lòng dẫn, chế độ thủy văn, thủy lực để xác định α cho hợp lý.
Lượng nước yêu cầu
- Lượng nước lấy vào kênh dẫn phải đảm bảo theo thiết kế (QP).
69
Tiêu chí Chỉ tiêu Yêu cầu
- Chênh lệch cột nước tối thiểu giữa điểm đầu tuyến và điểm cuối tuyến kênh dẫn, chênh lệch cột nước giữa sông chính và kênh dẫn.
- Khẩu độ điều tiết đảm bảo lấy được QP
Chất lượng nước yêu cầu
- Đảm bảo lượng phù sa vào hợp lý, tránh đưa bùn cát thô vào kênh và khu tưới;
- Lượng bùn cát lấy vào kênh dẫn phải đảm bảo lượng bùn cát lơ lửng thích hợp trong việc cải tạo phù sa đồng ruộng, ít bùn cát đáy, chất lượng lấy nước đảm bảo
Đảm bảo an toàn công trình
Đảm bảo an toàn công trình, không gây các sự cố hư hỏng, mất an toàn công trình ảnh hưởng đến khu vực dân cư
Tiêu chí xã hội – môi trường
Đảm bảo cảnh quan môi trường,
xã hội
Giữ gìn bảo vệ môi trường, phát triển du lịch, sử dụng tổng hợp nguồn nước.Không gây suy thoái môi trường. Xây dựng công trình kết hợp cải tạo cảnh quan và du lịch
Tiêu chí kinh tế
Quản lý
Thuận lợi cho công tác quản lý, áp dụng được các tiến độ kỹ thuật như điện khí hoá, tự động hoá. Dễ dàng vận hành, khai thác và sử dụng.
Khả năng quản lý các trang thiết bị ở cửa lấy nước.
Kinh tế
Kết cấu đơn giản và kinh tế. Dễ dàng vận hành và duy tu, bảo dưỡng, bảo trì. Thuận lợi cho thi công. Yêu cầu nạo vét ban đầu cũng như duy trì nạo vét hàng năm phải dễ dàng thực hiện.
Việc xác định vị trí cửa lấy nước theo tiêu chí kinh tế đáp ứng về mặt chi phí thì cần đi sâu phân tích hiệu quae của công trình đối với phát triển của ngành sử dụng nước và
70
dựa trên hiệuích đầu tư công trình. Vì vây, trong nghiên cứu của luậnán NCS không đề cập đến tiêu chí Kinh tế.
Đối với tiêu chí xã hội – môi trường, do không có đủ tài liệu để đánh giá ảnh hưởng của việc lấy nước đến khả năng tải lượng của dòng chảy nên tiêu chí này cũng không được đề cập trong nội dung nghiên cứu của luận án.
Việc đinh lượng các chỉ tiêu kỹ thuật đáp ứng bộ tiêu chí nêu trên cụ thể cho việc đề xuất vị trí hợp lý của cửa lấy nước vào sông Đáy đảm bảo yêu cầu cấp nước và tạo dòng chảy thường xuyên cho sông Đáy sẽ được xác định cụ thể sau khi mô phỏng diễn biến dòng chảy khu vực cửa vào sông Đáy bằng mô hình 3D theo các kịch bản tính toán, nội dung này sẽ được trình bày trong chương 3.