4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
3.2 Cơ sở khoa học đề xuất giải pháp cải tiến kết cấu cửa van cống Xuân Hòa hiện
hiện nay
3.2.1 Khả năng lấy nước ngọt bổ sung trên cơ sở thay đổi độ mặn tại vị trí cửa sông
3.2.1.1 Phương pháp luận
Theo nhiệm vụ thiết kế, dự án lấy ngọt từ sông Cửa Tiểu thông qua cống Xuân Hoà cấp nước phục vụ cho sản xuất hai vụ lúa hoặc một vụ lúa, một vụ màu và kết hợp phục vụ nước sinh hoạt cho nhân dân trong vùng. Thời gian cấp nước từ khoảng đầu tháng 5 đến cuối tháng 3 năm sau; chất lượng nước và mực nước yêu cầu tối thiểu như sau: [7]
+ Độ mặn tối đa cho phép lấy vào ≤ 4g/l, mực nước ≥ +0,00. + Độ pH dao động từ 6 đến 8.
Thực tế, trong vùng dự án nông dân đã sản xuất 3 vụ lúa hoặc 2 lúa, 1 vụ màu. Thời gian yêu cầu cấp nước từ khoảng đầu tháng 5 đến cuối trung tuần tháng 3 năm sau; chất lượng nước và mực nước yêu cầu tối thiểu như sau:
+ Độ mặn tối đa cho phép lấy vào vùng dự án là ≤ 2g/l, mực nước ≥ +0,50 vào đầu tháng 3
+ Độ pH dao động từ 5 đến 9.
Tuy nhiên, khả năng nguồn nước thực tế với giới hạn độ mặn cho phép 2g/l lại xuất hiện sớm vào đầu cuối tuần tháng 2 (24/2/2013) khiến cống Xuân Hòa phải đóng cửa cống sớm hơn để ngăn nước mặn tràn vào nội đồng. Chuỗi thời gian đóng cống lâu ngày, cộng với việc không có nguồn bổ sung nước ngọt từ mưa đã làm một diện tích lớn đất sản xuất lúa vụ Đông Xuân đang chuẩn bị vào mùa thu hoạch bị thiếu nước. Nắng hạn cũng làm nước trên các kênh dẫn nhanh bốc hơi khiến độ mặn càng tăng lên gây nhiều khó khăn cho việc phục vụ sản xuất và sinh hoạt của nhân dân trong vùng.
Thực tế trong thời gian cửa đóng vẫn có nước ngọt nhưng cửa van hiện nay không mở cưỡng bức được nên lãng phí nước ngọt trong khi dự án thiếu nước. Nếu bố trí “cửa con” trên “cửa mẹ” thì trong thời gian này có thể gạn triều lấy nước ngọt.
Với giải pháp cải tiến thiết kế cửa van cống hiện có, thì lượng nước ngọt lấy bổ sung được tính toán mô phỏng dưới dạng dòng chảy ngập, ổn định qua lỗ thành mỏng. [6]
Hình 3.5: Dòng chảy qua lỗ
Trường hợp tính toán được áp dụng trong mùa khô, khi cửa cống đóng để giữ ngọt. Mực nước ngoài sông cao hơn mực nước trong đồng. Vị trí lỗ cửa con được đặt dưới mực nước trong đồng. Khi đó, dòng chảy qua cửa con là dòng chảy qua lỗ.
Do ở sau lỗ, mặt tự do của chất lỏng nằm cao hơn lỗ, dòng chảy qua lỗ bị ngập nên ta có dòng chảy ngập. Cột nước tác dụng bằng hiệu số cột nước thượng lưu và hạ lưu. Do đó với dòng chảy ngập không phân biệt lỗ to, lỗ nhỏ.
Đối với dòng chảy ngập ổn định, dùng phương trình Bécnuly để tìm công thức tính lưu lượng. Ta lấy hai mặt cắt 1 – 1 và 2 – 2 khá cách xa lỗ. Tại hai mặt đó dòng chảy phù hợp với điều kiện chảy đổi dần. Lấy mặt chuẩn là mặt phẳng nằm ngang đi qua trọng tâm O của lỗ và giả định lưu tốc trung bình tại mặt cắt 2 – 2 có thể bỏ đi được.
Phương trình Bécnuly viết cho mặt cắt ướt 1 – 1 và 2 – 2:
(3.1)
hw : là tổng số tổn thất cột nước khi chất lỏng qua lỗ, tính theo lưu tốc vc tại mặt cắt co hẹp C – C và hệ số sức cản Σζ:
hw = ∑ (3.2)
Sau khi thu gọn, ta có:
h1 - h2 + = = ∑ (3.3)
hoặc: H + = H0 = ∑
trong đó, H là hiệu số cột nước của thượng hạ lưu : H = h1 – h2, do đó :