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
2.1 Đánh giá hiện trạng một số công trình lấy nước dọc sông Hồng trên địa bàn Hà Nội
2.1.2 Nguyên nhân và các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng lấy nước của các công trình lấy nước của một số cống trong những năm gần đây trên địa bàn Hà Nội 44
Qua điều tra, thu thập phân tích tài liệu NCS đã tổng hợp nguyên nhân các cống lấy nước nêu trên không lấy đủ nước theo thiết kế như sau:
- Các CTLN đa số đã có thời gian sử dụng từ 20 đến 30 năm, có công trình đã xây dựng và đưa vào sử dụng lên tới 40 năm, chỉ có số ít công trình mới đưa vào sử dụng.
Đa số công trình tưới được xây dựng từ các thập kỷ 60-80 nên nhiều công trình đã xuống cấp, không đáp ứng yêu cầu lấy nước của công trình.
- Đoạn sông đặt vị trí cửa lấy nước chưa đảm bảo ổn định, do tác động của dòng chảy gây bồi lắng tại vị trí cửa vào cống lấy nước:
Tại vị trí cửa lấy nước cống Liên Mạc: tại khu vực đầu kênh trường hợp cống đóng không lấy nước xuất hiện một khu nước quẩn có chiều rộng chiếm gần hết chiều rộng kênh, chiều dài khoảng 60m. Dòng chảy vào của khu nước quẩn men theo bờ kênh hạ lưu chiếm gần một nửa chiều rộng kênh, có vận tốc trung bình Vvbq = 0,35m/s, vận tốc lớn nhất Vvmax = 0,90m/s tại mặt cắt cửa kênh, Vvbq = 0,3m/s và Vvmax = 0,942m/s tại mặt cắt cách cửa kênh 46m thì dòng chảy vào một phần quay ngược ra sông, một phần tiếp tục men theo bờ kênh thượng lưu tiến sâu vào trong kênh tạo nên khu quẩn thứ hai, vận tốc dòng chảy đã giảm nhỏ đi rất nhiều. Dòng chảy ra của khu quẩn có Vvbq = 0,25m/s và Vvmax = 0,776m/s tại mặt cắt LM4, Vvbq = 0,3m/s và Vvmax = 0,82m/s tại mặt cắt cửa kênh. Điều đó cho thấy do dòng chảy vào và chảy ra của khu nước quẩn đầu kênh chảy dọc theo bờ hạ lưu và thượng lưu kênh có vận tốc lớn, tại tâm của khu nước vật, vận tốc rất nhỏ bùn cát sẽ lắng đọng nhiều hơn. Càng vào sâu trong kênh do ảnh hưởng của khu nước quẩn càng yếu nên bùn cát lắng đọng tương đối đều hơn trên mặt cắt ngang gây nên hiện tượng bồi lắng khu vực cửa lấy nước cống Liên Mạc.
Tại vị trí cửa lấy nước cống Xuân Quan: tuyến lạch sâu lòng sông nằm ở bờ tả phía Bát Tràng - Xuân Quan. Lòng sông khá sâu và bám sát bờ Bát Tràng. Phía thượng lưu cống lòng sông sâu hơn và gần bờ hơn, phía hạ lưu cống lạch sâu tách xa bờ và nông hơn. Điều này có thể lý giải như sau: do vị trí cống Xuân Quan nằm ở gần cuối đoạn
45
sông cong, nên đến khu vực cống dòng chủ lưu đã có xu hướng chảy tách ra xa bờ hơn. Mặt khác ngay mép bờ sông phía thượng lưu cống nhân dân làng nghề Bát Tràng đã đem phế thải ra bờ sông đổ tạo ra một mô đất nhô ra phía bờ sông có tác dụng như một mỏ hàn hất dòng chảy ra xa bờ hơn. Cả mùa kiệt và mùa lũ dòng chủ lưu đều chảy ở phía bờ Bát Tràng - Xuân Quan, tuy nhiên vào mùa lũ mực nước sông dâng cao, lưu lượng dòng chảy lớn nên dòng chủ lưu có xu hướng chảy cắt thẳng hơn, tách xa bờ hơn. Vào mùa kiệt lưu lượng dòng chảy trong sông nhỏ, vận tốc bé, hàm lượng phù sa trong nước nhỏ nên ảnh hưởng của các yếu tố thuỷ văn đến diễn biến lòng dẫn là không đáng kể. Mùa lũ do lưu lượng sông lớn, vận tốc tăng nên sức tải cát của dòng chảy tăng, hàm lượng phù sa trong nước sông mùa lũ đo được lớn hơn 20 lần so với mùa kiệt. Vận tốc dòng chảy sông Hồng tại cửa kênh (nơi tiếp giáp giữa sông và kênh) về mùa kiệt có trị số là Vbq = 0,51m/s; Vmax = 0,74m/s, mùa lũ có trị số: Vbq = 0,79m/s và Vmax = 2,16m/s. Với vận tốc này, vào mùa lũ khi cống đóng không lấy nước khu nước quẩn ở đầu kênh khá mạnh làm cho sự trao đổi nước giữa sông và kênh tăng sẽ làm tăng lượng phù sa bồi lấp vào kênh dẫn. Mùa kiệt cống mở lấy nước tới với lưu lượng Qc = 54m3/s, mực nước thượng lưu cống là Hc = 1,93m thì vận tốc dòng chảy trung bình trong kênh Vbq = 0,29 - 0,46m/s, vận tốc này nhỏ hơn vận tốc thiết kế kênh, tuy nhiên do hàm lượng phù sa trong nước sông mùa kiệt thường rất nhỏ nên lượng phù sa bị lắng đọng trong kênh là không đáng kể. Qua đo đạc và quan sát tình hình thuỷ lực tại khu vực đầu kênh trường hợp cống Xuân Quan đóng không lấy nước ta thấy rằng do cửa kênh khá rộng (Bđ = 56m), góc lấy nước thuận (Ф= 450) nên khu nước quẩn ở đầu kênh tiến khá sâu vào trong kênh, với mực nước H = 9,81m chiều dài khu quẩn thứ nhất đo được là Lq = 180m. Dòng chảy vào của khu nước quẩn chiếm 2/3 chiều rộng lòng kênh và có vận tốc lớn nhất Vmax = 0,895m/s giảm dần vào trong kênh, dòng chảy vào một phần theo dòng hoàn lưu chảy ngược ra sông, một phần tiếp tục men theo bờ kênh thượng lưu tiến sâu vào trong kênh tạo nên khu quẩn thứ hai tuy nhiên lúc này vận tốc dòng chảy đã giảm nhỏ đi rất nhiều. Qua phân tích trên cho thấy cống Xuân Quan bị bồi lấp chủ yếu vào mùa lũ. Do cửa vào cống rộng và thuận nên vào mùa lũ khi cống không lấy nước, dưới tác dụng của các dòng thứ cấp với cường độ lớn mang theo dòng nước chứa nhiều phù sa từ sông xâm nhập khá sâu vào trong kênh gây bồi lắng. Do sự mất cân bằng về sức tải cát ở đoạn kênh dẫn nước vào cống:
46
về mùa lũ, mực nước trong kênh dâng cao, lưu tốc trong kênh thường nhỏ (khi cống mở lấy phù sa), thậm chí bằng không (khi đóng cống). Khi đó sức tải cát của dòng kênh nhỏ hơn sức tải cát của dòng sông trước cửa lấy nước rất nhiều dẫn đến sự mất cân bằng về sức tải cát, bùn cát trong nước sông lắng đọng dần dọc theo chiều dài kênh.
Tại khu vực đầu kênh Phù Sa trường hợp cống Phù Sa đóng không lấy nước cho thấy tuy chiều dài kênh ngắn nhưng miệng kênh khá rộng nên khi cống đóng không lấy nước, xuất hiện khu nước quẩn ở đầu kênh tiến vào tới tận sát cửa cống hình thành một xoáy nước trong kênh, dòng chảy vào của xoáy nước men theo bờ kênh hạ lưu chảy vào trong cống tới sát cửa cống thì lại vòng ra theo bờ kênh thượng lưu, ở khu vực giữa xoáy nước các phần tử nước ít vận động, vận tốc rất nhỏ, bùn cát lắng đọng dần xuống đáy kênh, dòng ra của xoáy nước có vận tốc nhỏ hơn dòng vào nên phía bờ kênh thượng lưu bao giờ cũng bị bồi cao hơn phía hạ lưu. Sự duy trì hoạt động liên tục của dòng quẩn trong suốt mùa lũ chính là nguyên nhân gây nên hiện tượng bồi lắng tại cửa cống. Ngoài ra, trong quá trình điều tra cho thấy nguyên nhân gây bồi lắng bùn cát tại các khu vực kênh dẫn thượng lưu và bể xả là do quá trình vận chuyển bùn cát lơ lửng và bùn cát đáy của dòng chảy từ sông Hồng vào hệ thống lấy nước khi vận hành máy bơm. Dòng chảy có vận tốc trung bình khoảng 0,5 ÷ 1,0m/s có sức tải cát tương đối lớn đã đem toàn bộ hàm lượng phù sa và một phần bùn cát đáy đi vào kênh gây nên tình trạng bồi lắng. Một số quá trình chính được liệt kê dưới đây có tác động đáng kể trong việc gây ra hiện tượng bồi lắng bùn cát: Quá trình dâng và hạ mực nước trên sông Hồng; Quá trình lấy nước có hàm lượng bùn cát lớn từ sông Hồng vào hệ thống.
- Do diễn biến hạ thấp lòng dẫn trong những năm gần đây, mực nước ngày càng xuống thấp cho nên nhiều cống không lấy đủ nước theo lưu lượng thiết kế, đặc biệt từ năm 2008 đến nay.
Theo nghiên cứu của Trần Đình Hòa (2012) cho thấy đáy sông Hồng bị hạ thấp làm cho mực nước Z bị hạ thấp.Khi đáy sông chưa bị xói toàn tuyến từ 1956 - 2003 thì lưu lượng tự nhiên (Qtn) chảy về Hà Nội chỉ có 500 - 600m3/s, vẫn cho Z > 2m.Sau khi đáy sông bị xói với Q đó thì Z < 1,4m. Ví dụ: năm 2007, Q = 525m3/s thì Z = 1,12m; ngày 01/04/2008, Q = 565m3/s có Z = 1,2m; ngày16/03/2009 Q = 645m3/s có Z = 0,92m.
47
Theo tài liệu đo thực tế của Phòng Thí Nghiệm Trọng Điểm Quốc Gia - Viện Khoa họcThủy lợi Việt Nam từ năm 1976 đến năm 2000 thì mặt cắt sông Hồng tại Hà Nội bị xói. Đáy sông đã bị xói, có điểm đã bị xói sâu tới 6m so với đáycũ. Hiện nay nhiều tài liệu mới đo sau năm 2000 cũng khẳng định hiện tượng xói dọc sông Hồng là một thực trạng hiện hữu. Trên sông Đuống nhiều tài liệu thực đo mới đây cho thấy mức độ xói còn nghiêm trọng hơn nhiều. Có ý kiến cho rằng xói lan truyền xảy ra nặng nề hơn dự báo trước đây là do chế độ điều tiết dòng chảy. Cao trình đáy sông của cả 3 trạm Hà Nội, Sơn Tây, Thượng Cát đều có xu thế giảm từ năm 2002 đến 2011, nhưng trạm Thượng Cát có độ sâu đáy giảm rất mạnh từ -1,49m xuống -10,3m vào tháng 3/2012.
Đáy sông Hồng cũng giảm nhưng giảm nhẹ. Việc cao trình đáy sông ngày càng giảm do hiện tượng xói nước trong hạ du hồ chứa và tình trạng khai thác cát ngày càng gia tăng trên sông Hồng làm cho mực nước giảm xuống đáng kể. Theo quy trình 1622/QĐ-TTg, để đảm bảo đủ yêu cầu lấy nước hạ du thì mực nước sông Hồng tại Hà Nội phải đảm bảo đạt 2,3m.Như vậy, với xu thế hạ thấp đáy lòng dẫn như trên, dẫn đến suy giảm mực nước sẽ ảnh hưởng rất lớn đến việc cấp nước hạ du, đặc biệt đối với những cống tự chảy trên sông Hồng (Phạm Thị Hương Lan, 2015). Sự hạ thấp cao độ, mở rộng lòng sông và tăng tỷ lệ phân nước sang sông Đuống ở vùng mực nước thấp.
Mực nước hạ thấp cộng với sạt lở bờ sông, bồi lấp làm cho cửa công trình thủy lợi bị
‘treo’ không lấy được nước.
- Do ảnh hưởng của điều tiết của hồ chứa đến khả năng cấp nước cho các công trình lấy nước:
Sự điều tiết của hồ Hòa Bình có ảnh hưởng rất lớn đến dòng chảy hạ lưu sông Hồng, ảnh hưởng trực tiếp đến công trình thủy lợi ở hạ du (công trình lấy nước chủ yếu là cống và trạm bơm).Theo kết quả nghiên cứu của GS.Hà Văn Khối cho thấy trong thời kỳ cấp nước khẩn trương nhất, thường là thời kỳ đổ ải vào tháng 1 và tháng 2 hàng năm, hồ Hoà bình đã xả xuống hạ lưu một giá trị lưu lượng lớn hơn hoặc bằng 600m3/s theo đúng thiết kế ban đầu, ngoại trừ năm 1990 - 1991 mặc dù với lưu lượng xả như vậy chưa đáp ứng yêu cầu cấp nước hạ du. Vào những năm có dòng chảy bình quân mùa kiệt xấp xỉ tần suất từ 75% - 85% lưu lượng xả của hồ Hoà bình làm tăng lưu lượng tại tuyến Sơn Tây so với dòng chảy ở trạng thái tự nhiên, tuy nhiên, lưu lượng
48
xả lớn nhất xuống hạ du cũng không vượt quá 800m3/s đến 820m3/s vượt lưu lượng đảm bảo cùng thời kỳ khoảng 150m3/s. Sự thay đổi này tại thời kỳ cấp nước khẩn trương là không lớn và chưa đủ giảm căng thẳng do hạn hán gây ra cho vùng hạ du. Từ tháng 1 đến cuối tháng 4, hồ chứa thủy điện Hòa Bình đảm bảo lượng nước ngày đêm không nhỏ hơn 680m3/s cho phía hạ du, tuy nhiên hồ Hòa Bình không xả đáy thường xuyên 24/24giờ và chỉ xả với lưu lượng khoảng từ 500 - 600m3/s. Vì vậy, dẫn đến mực nước sông Hồng thấp. Đặc biệt, trong tháng XII/2005, tháng I/2006, tháng II/2006 lưu lượng xả của hồ Hòa Bình thường thấp hơn lưu lượng nước đến hồ và thậm chí có thời gian (thường là vào ban đêm) lượng xả rất thấp, chỉ khoảng 20-50m3/s, tạo ra một thời kỳ dài dòng chảy hạ du hồ Hòa Bình xuống thấp nhất trong vòng 100 năm qua, gây ảnh hưởng đến việc cung cấp nước phục vụ dân sinh và phát triển kinh tế xã hội vùng hạ lưu sông Hồng, không đảm bảo nước tưới để đổ ải chuẩn bị cấy cho vụ Đông Xuân, mực nước tại các công trình đầu mối của các hệ thống thủy lợi lấy nước đều ở mức thấp hơn so với quy định tối thiểu từ 1 ÷ 2m. Để khắc phục tình trạng trên, hiện nay việc điều hành cấp nước cho hạ du được thực hiện theo quy trình vận hành liên hồ chứa trên sông Hồng do Thủ tướng chính phủ phê duyệt theo Quyết định 1622/QĐ- TTg.
- Do tỷ lệ phân lưu mùa kiệt sang sông Đuống ngày càng tăng (có thời điểm lên đến gần 45%) làm giảm lưu lượng dòng chảy trên sông Hồng. Tại Hà Nội, với lưu lượng 1.500 m3/s (tương ứng mực nước 2,3m), mực nước năm 2010 giảm 1,25m so với năm 2003. Tại Thượng Cát với cấp Q = 1.000 m3/s, thì năm 1996 mực nước lên tới 6,10m nhưng đến năm 2008 mực nước là 3,43m và đến năm 2009 mực nước là 3,25m, giảm gần 3,0m so với năm 1996.
Sau khi có công trình thủy điện hồ Hòa Bình, dòng chảy chuyển sang sông Đuống đã tăng đáng kể, trung bình khoảng 28 – 30% trong mùa khô so với con số 20% trước khi có hồ, trong 3 tháng có nhu cầu nước nhiều (tháng 1, 2, 3) là 28% so với 18% trước khi có hồ. Lượng dòng chảy trên sông Hồng tại Hà Nội sau khi có công trình hồ Hòa Bình giảm đáng kể, trung bình còn khoảng 76% trong mùa khô so với 82% trong thời kỳ trước khi có hồ, và 76% trong 3 tháng có nhu cầu nước dùng cao (tháng 1, 2, 3) so với 83% trong thời kỳ trước khi có hồ (Phạm Thị Hương Lan, 2015) [43]
49 - Do thiết kế, quy hoạch không hợp lý:
Do các công trình được xây dựng quá lâu, có những công trình được xây dựng trên 50 năm đã bị xuống cấp, xây dựng trong điều kiện kinh tế kỹ thuật chưa phát triển nên khả năng lấy nước của một số công trình dọc theo sông Hồng rất khó khăn, không đảm bảo được điều kiện cung cấp nước cho sản xuất nông nghiệp cũng như cung cấp nước cho các nhu cầu khác.
Các công trình được thiết kế với tần suất đảm bảo thấp, thường ở mức 75% nên chưa đáp ứng được nhu cầu phát triển.
Các yếu tố vị trí, hình dạng, kích thước cửa lấy nước, góc lấy nước, chiều dài kênh dẫn không hợp lý dẫn đến tốc độ dòng chảy giảm, lượng nước lấy giảm và khối lượng bồi lắng tăng đối với các cửa lấy nước.
- Cũng có thể khi thiết kế hình dạng cửa vào đã hợp lý, nhưng qua thời gian nhiều năm địa hình khu vực cửa vào cống lấy nước đã biến đổi làm cho hình dạng không còn hợp lý.
- Do một số yếu tố khác:
Trong những năm gần đây Trung Quốc xây dựng một loạt các hồ chứa lớn phía thượng nguồn vì vậy đã giữ lại một lượng nước khá lớn làm cho lượng nước chảy về nước ta bị giảm sút đáng kể, gây ảnh hưởng đến việc cấp nước hạ du.
Bùn cát bị giữ lại trong lòng các hồ chứa thượng nguồn, do vậy làm mất cân bằng quá trình vận chuyển bùn cát trên sông mà hệ quả của nó là lòng dẫn tại hạ du sông Hồng ngày càng bị hạ thấp.
Các hoạt động khai thác dòng sông của con người ở hạ du sông, đặc biệt là nạn khai thác cát (nghiêm trọng nhất là đoạn chảy qua Hà Nội) làm cho lòng sông ứng với mực nước mùa kiệt bị mở rộng hoặc hạ thấp và hậu quả của nó là cùng một cấp lưu lượng nhưng mực nước trên sông liên tục suy giảm, nối tiếp năm sau thấp hơn năm trước gây khó khăn cho việc lấy nước của các công trình trên sông.
50
Sự gia tăng nhu cầu nước của các ngành kinh tế đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế xã hội nên yêu cầu cấp nước cũng gia tăng.