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
2.1.1 Hiện trạng một số công trình lấy nước trên địa bàn Hà Nội
NCS đã tiến hành điều tra, đánh giá một số vị trí lấy nước trên dòng chính sông Hồng, từ đó đề xuất bộ tiêu chí để xác định vị trí lấy nước thích hợp. Trên đoạn đê sông Hồng, đoạn đê mang cấp đặc biệt duy nhất của cả nước, trực tiếp bảo vệ Hà Nội ta có thể liệt kê một số cống sau:
Cống Liên Mạc: là cống lấy nước chính của hệ thống sông Nhuệ nằm tại vị trí K53+400 đê hữu sông Hồng. Cống gồm 4 cửa lấy nước rộng 3m và một cửa âu thuyền rộng 6m, cao trình đáy cống là +1,0m. Mực nước thiết kế tưới đầu vụ thượng lưu +3,77m, hạ lưu 3,72m, mực nước tưới max thượng lưu +4,00m, hạ lưu +3,87m. Mực nước tưới bình quân thượng lưu +3,16m, hạ lưu +3,12m. Lưu lượng qua cống tưới vụ Đông xuân QTK= 36,25m3/s. Mực nước thiết kế chống lũ: TL/HL = +14,35m/ +7,00m.
Mực nước lũ lớn nhất đã xuất hiện ngày 20/8/1971 là +14,72m. Cống có nhiệm vụ lấy nước sông Hồng để tưới cho 61.000ha đất canh tác của 9 huyện thị của Hà Nội,Hà Nam là: huyện Từ Liêm, Thanh Trì (Hà Nội), quận Hà Đông, huyện Thanh Oai, Ứng Hoà, Thường Tín, Phú Xuyên, huyện Duy Xuyên, Kim Bảng (Hà Nam). Đối với cống Liên Mạc, vấn đề mực nước hạ thấp về mùa kiệt chỉ bắt đầu xuất hiện từ những năm 2001 đến nay với xu hướng biến đổi ngày càng tiêu cực hơn. Đặc biệt, từ năm 2007 đến 2010 chứng kiến mực nước hạ thấp kỷ lục và liên tục trong hơn một thế kỷ qua.
Đối với các năm hạn vào thời kỳ cấp nước khẩn trương (thời kỳ đổ ải) hồ Hoà Bình đã xả lưu lượng lớn hơn lưu lượng bảo đảm và phần nào làm giảm tình hình căng thẳng về mặt cấp nước cho hạ du. Tuy nhiên, lưu lượng xả tăng so với lưu lượng đảm bảo phát điện chỉ vào khoảng từ 100 đến 150m3/s. Với lượng xả như vậy chưa đủ cải thiện tốt tình hình hạn hán ở hạ du. Năm 2013, hầu như toàn bộ trong thời kỳ lấy nước đáp ứng nhu cầu sử dụng cho vụ Đông xuân mực nước tại thượng lưu cống đều thấp hơn mực nước thiết kế từ 0,6÷1,5m. Ngoài ra tại cống Liên Mạc đã xuất hiện hiện tượng
39
nước chảy ngược từ sông Nhuệ đổ ra sông Hồng. Năm 2009 có hai đợt, năm 2010 một đợt và năm 2011 xuất hiện 56 đợt thường xuyên vào các tháng đầu năm. Nhiệm vụ lấy nước sông Hồng đưa vào sông Nhuệ phục vụ sản xuất nông nghiệp không thực hiện được.
Hình 2.1. Vị trí và địa hình cống Liên Mạc
Qua số liệu điều tra khảo sát thực tế cho thấy, tại vị trí khu vực cửa vào cống Liên Mạc xuất hiện bãi bồi, hướng dòng chảy có xu thê hướng sang phía bờ đối diện. Góc lấy nước khoảng 1200. Nếu theo kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học trên thế giới thì góc lấy nước của cống Liên Mạc lớn hơn rất nhiều, do đó hiệu quả lấy nước không cao.
Công trình đầu mối cống Xuân Quan: lấy nước từ sông Hồng, là công trình cung cấp nước tưới chủ yếu cho hệ thống Bắc Hưng Hải, cống được xây dựng năm 1958 tại đê tả sông Hồng, cách cầu Long Biên về phía hạ lưu khoảng 10km. Cống có 4 cửa × 3,5m và một âu thuyền rộng 5,0m. Cao trình đáy cống -1,0m, QTK = 75m3/s đảm bảo
Cống Liên Mạc Bãi bồi
120o
40
tưới 116.000ha. Qua hơn 40 năm hoạt động đến nay cống vẫn ổn định, làm việc tốt.
Cống Xuân Quan là cống lấy nước chính của hệ thống thuỷ nông Bắc Hưng Hải. Cống có vị trí Km76 đê tả Hồng. Các thông số kỹ thuật của cống gồm: Cống lấy nước (Cống gồm 4 cửa: bxh = (3,5 x 4,0) m, một cửa âu thuyền có kích thước: bxh = (5,0 x 8,5) m;
Cao trình đáy cống: -1,0m; Lưu lượng thiết kế: 75m3/s; Mực nước thiết kế :+1,85m;
Diện tích tưới: 124.000ha). Kênh dẫn từ sông vào cống (Chiều dài kênh: L=1.232m;
Mặt cắt kênh thiết kế là hình thang, mái kênh m = 2; Chiều rộng đáy kênh B = (40 x 56)m ; Cao trình đáy kênh: -0,8m). Sau lũ 8/2008 cho thấy kênh dẫn bị bồi lấp khá nhiều, khối lượng bồi lấp giảm dần từ cửa kênh vào tới cống. Nửa chiều dài kênh phía ngoài lòng kênh bị bồi cao trung bình khoảng 1,8m, đặc biệt trong phạm vi khu quẩn đầu tiên (khoảng 180m đầu) lòng kênh bị bồi cao trên 2,0m, tại khu vực mặt cắt gần đầu kênh dẫn lấy nước, đáy kênh bị bồi cao nhất tới cao trình +2,17 tức là cao hơn đáy kênh thiết kế là 2,97m. Đoạn kênh tới cống lòng kênh bị bồi cao trung bình từ 70 ÷ 80cm. Tại khu vực ảnh hưởng của dòng quẩn đầu tiên lòng kênh phía thượng lưu bị bồi cao hơn lòng kênh phía hạ lưu (Viện Khoa học Thủy lợi, 2008). Hệ thống Bắc Hưng Hải lấy nước sông Hồng qua cống Xuân Quan QTK = 75m3/s, nhưng thực tế hàng năm chỉ đạt 40 ÷ 60 m3/s, diện tích tưới tự chảy chỉ đạt 70 ÷ 80% qua đánh giá hiện trạng diện tích tưới hàng năm vẫn đảm bảo tưới hết diện tích nhưng chỉ những năm thời tiết bình thường lượng nước đến đảm bảo. Theo thiết kế, để lấy được nước vào hệ thống thủy lợi Bắc Hưng Hải tưới cho các tỉnh, mực nước ở cửa cống Xuân Quan phải đạt tối thiểu 1,85m, tương đương với mực nước sông Hồng tại Hà Nội phải đạt mức 2,3m. Như vậy theo số liệu trên số ngày mực nước đạt chuẩn để lấy nước là rất ít. Cống Xuân Quan trong suốt thời gian hoạt động, vào vụ đông xuân chưa bao giờ đạt được lưu lượng thiết kế vì độ chênh lệch mực nước thượng hạ lưu rất nhỏ (∆z = 1
÷ 3cm). Theo số liệu thống kê lưu lượng qua cống Xuân Quan hàng năm đạt từ 25 ÷ 50m3/s, năm cao nhất đo được 65m3/s, như vậy khả năng dẫn nước của các sông trục trong hệ thống chưa được nạo vét đủ theo mặt cắt thiết kế. Khu vực Bắc Hưng Hải là khu vực ảnh hưởng thuỷ triều khá mạnh, vào vụ đông xuân lượng nước của hệ thống lấy qua cống Xuân Quan hạn chế, phần diện tích cuối hệ thống được lấy nước tưới qua các cống Cầu Xe và An thổ được đóng mở theo chu kỳ của con triều. Diện tích được tưới từ nguồn nước này khoảng từ 8.000 ha đến 10.000 ha (tưới hỗ trợ).
41
Phía cửa vào cống Xuân Quan xuất hiện bãi bồi ảnh hưởng đến việc lấy nước. Góc lấy nước khoảng 700, dòng chủ lưu không hướng vào cửa lấy nước, ảnh hưởng đến khả năng lấy nước của cống, đặc biệt trong thời kỳ mùa kiệt.
Hình 2.2. Vị trí và địa hình cống Xuân Quan
Cửa Cẩm Đình: là cửa lấy nước vào tuyến kênh Cẩm Đình - Hiệp Thuận thuộc cụm công trình đầu mối Hát Môn - đập Đáy. Cống được xây dựng trên địa phận huyện Phúc Thọ, tỉnh Hà Tây (nay là TP Hà Nội) từ năm 2002 và hoàn thành vào năm 2004.
Cống có nhiệm vụ lấy nước từ sông Hồng theo kênh Cẩm Đình - Hiệp Thuận dài gần 12km đến cống Hiệp Thuận để cung cấp cho sông Đáy với lưu lượng về mùa kiệt là 36,24m3/s và về mùa lũ là 70m3/s. Cống hở 2 tầng bằng bê tông cốt thép, chiều dài thân cống 24m, gồm 3 khoang trong đó 2 khoang lấy nước có kích thước b x h = (6 x 5)m và 1 khoang thông thuyền rộng B = 8m. Tầng dưới để lấy nước trong mùa kiệt có cao trình ngưỡng +3,0m. Tầng trên để lấy nước trong mùa lũ, cao trình ngưỡng +9,5m.
Cống có kết hợp giao thông tải trọng H30 - XB80, bề rộng cầu 8m. Theo tài liệu của Phòng quản lý vận hành hệ thống Vân Cốc - Cẩm Đình từ 24/9/2015 ÷ 13/5/2016 chỉ có 8 lần cống mở cửa lấy nước từ sông Hồng. Theo kết quả tính toán của đề tài NCKH cấp Nhà nước thuộc chương trình KC08: Nghiên cứu đề xuất các giải pháp, công trình khơi thông dòng chảy, tăng khả năng chịu tải và tự làm sạch của các sông để bảo vệ môi trường sông Nhuệ, sông Đáy do GS.TS. Trần Đình Hợi, Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam chủ trì thì lưu lượng ứng với các tần suất 85% và 75% chỉ đạt Q85% = 7,23m3/s và Q75% = 9,97 m3/s. Như vậy, theo thiết kế lưu lượng thực tế lấy vào chỉ đạt 27,52%. Qua điều tra cho thấy ngay cả trong những ngày xả nước cho vụ đông xuân
Cống Xuân Quan Bãi bồi
70.4 o
42
thì mực nước thực đo tại thượng lưu cống Cẩm Đình hầu như đều thấp hơn 5,5m do vậy khả năng lấy nước của cống là rất thấp.
Hình 2.3. Vị trí cửa Cẩm Đình
Cống lấy nước trạm bơm Phù Sa: Trạm bơm đầu mối Phù Sa được xây dựng và đưa vào sử dụng năm 1932 nhằm lấy nước sông Hồng đảm bảo tưới chủ động và tạo nguồn cho 10.150ha đất canh tác của hệ thống Đồng Mô - Phù Sa. Cống lấy nước trạm bơm Phù Sa (cống số 1) được xây dựng bên bờ lõm sông Hồng, thuộc địa giới hành chính xã Viên Sơn, thị xã Sơn Tây, thành phố Hà Nội. Trong những năm gần đây lòng dẫn sông Hồng qua khu vực cửa cống số 1 đã có những thay đổi đáng kể (đặc biệt là giai đoạn trước năm 2010) ảnh hưởng không nhỏ đến công tác vận hành lấy nước của toàn hệ thống. Cống lấy nước vào trạm bơm Phù Sa nằm ở Km31+550 hữu sông Hồng thuộc địa phận Sơn Tây – Hà Nội. Cống được xây dựng và đi vào vận hành từ năm 1932. Cống gồm 2 cửa với khẩu độ 2,2 x 3,9m, kênh dẫn nước từ sông vào cống có chiều dài L = 30m, cao trình đáy kênh là: +3,0m. Trạm bơm Phù Sa được đặt ở phía trong đê cách cống lấy nước khoảng 80m, trạm bơm được xây dựng từ thời Pháp, được lắp đặt 4 máy bơm chìm, lưu lượng mỗi máy là 10.000m3/h. Cao trình đáy bể hút là:
Cửa Cẩm Đình 65o
43
+3,0 mực nước tối thiểu để trạm có thể vận hành được là: +5,2m. Trạm có nhiệm vụ cấp nước tưới cho hơn 7.000ha đất canh tác của Thị xã Sơn Tây, huyện Phúc Thọ, Thạch Thất và Quốc Oai. Vào mùa lũ khi mực nước sông Hồng vượt quá cao trình +11,0m (gần báo động 1) thì trạm bơm ngừng hoạt động. Nước tưới được lấy qua cống tự chảy nằm ở hạ lưu cách trạm bơm khoảng 200m. Cao trình đáy cống là: +8,5m, mực nước thiết kế là: +11,0m. Cống lấy nước tự chảy Phù Sa: Cống được hoàn thành tháng 5/1992 cách trạm Phù Sa 100m về phía hạ lưu. Lưu lượng thiết kế qua cống Q = 10,26 m3/s. Toàn bộ công trình là kết cấu là bê tông cốt thép M200. Cống có dạng hộp với 2 ống dẫn 2 x (2,0 x 2,5)m, dài 39m. Đáy cống có cao trình +8,5. Cống có hai tầng cửa: (2 x 2,5)m và (2 x 2,0)m. Cống có nhiệm vụ thay thế cống Phù Sa cũ khi lấy nước tự chảy từ +10,4 đến +14,40 và đảm bảo an toàn khi mực nước lũ lớn +16,30.
Hình 2.4. Vị trí cống và trạm bơm Phù Sa
Cống trạm bơm Phù xa
95.6o
44