1.5.1. Thuận lợi
Lƣu vực nghiên cứu có vị trí địa lý thuận lợi cho việc giao lƣu kinh tế, nhiều cơ hội hòa nhập và phát triển;
Dân trí trên toàn lƣu vực ở mức khá cao, chất lƣợng giáo dục – đào tạo luôn đƣợc chú trọng và nâng cao;
Giao thông thuận lợi, trên lƣu vực có hầu hết các loại hình giao thông quan trọng, phổ biển, rất thuận lợi cho việc thông thƣơng, buôn bán, phát triển kinh tế - xã hội;
Mạng lƣới thông tin liên lạc trên lƣu vực rất phát triển. Trong những năm qua hệ thống bƣu chính – viễn thông trên toàn bộ lƣu vực nghiên cứu đã đƣợc đầu tƣ đổi mới công nghệ với chiến lƣợc tăng tốc đi thẳng vào công nghệ hiện đại theo hƣớng số hoá, tự động hoá và đa dịch vụ. Hầu hết các xã nằm trong lƣu vực nghiên cứu đều có điểm văn hoá hoặc trạm bƣu điện;
Hệ thống các công trình thủy lợi đƣợc đầu tƣ, phát triển tƣơng đối đồng bộ từ công trình đầu mối tới mặt ruộng.
1.5.2. Khó khăn
Những năm gần đây tốc độ đô thị hoá tăng nhanh, các khu công nghiệp, làng nghề phát triển mạnh, cơ cấu cây trồng thay đổi gây khó khăn, căng thẳng cho việc tiêu thoát nƣớc trong khi đó năng lực thiết kế các công trình đã có chƣa đáp ứng yêu cầu tiêu cho hệ thống;
Mật độ dân số bình quân trên lƣu vực ở mức cao, gây áp lực lớn lên việc khai thác và bảo vệ các tài nguyên: đất, nƣớc …;
Sự biến động bất thƣờng về thời tiết (các thiên tai xuất hiện nhiều hơn) đe doạ các khu vực có địa hình thấp và vùng chiêm trũng trên lƣu vực;
Các công trình đầu mối tiêu đã xuống cấp, hệ thống kênh mƣơng bị bồi lấp gây cản trở việc tiêu thoát nƣớc;
Nhận thức của cộng đồng về khai thác, sử dụng và bảo vệ tổng hợp tài nguyên nƣớc, sự hiểu biết về luật khai thác, bảo vệ công trình thuỷ lợi còn có nhiều hạn chế. Vì vậy, việc xây dựng một chiến lƣợc phát triển thuỷ lợi để đáp ứng nhu cầu các ngành kinh tế, đối phó với tình trạng thiếu nƣớc, ứng phó với thiên tai, nhằm phát triển kinh tế xã hội trên lƣu vực một cách bền vững là rất cần thiết.
Chƣơng 2
TÍNH TOÁN HỆ SỐ TIÊU THIẾT KẾ CHO LƢU VỰC SÔNG NHUỆ NẰM PHÍA THƢỢNG LƢU CỐNG ĐIỀU TIẾT HÀ ĐÔNG
2.1. CÁC SỐ LIỆU ĐẦU VÀO DÙNG ĐỂ TÍNH TOÁN 2.1.1. Mô hình mƣa tiêu 2.1.1. Mô hình mƣa tiêu
2.1.1.1. Chọn Trạm Khí tượng Thủy văn để tính toán
Trạm Láng là trạm khí tƣợng thuỷ văn quốc gia, nằm ở trung tâm thủ đô Hà Nội, là trạm có liệt tài liệu thực đo liên tục trên 50 năm, chất lƣợng tốt, có điều kiện tự nhiên tƣơng tự khu vực nghiên cứu. Do vậy luận văn sử dụng tài liệu mƣa của trạm Láng để tính toán xác định mô hình mƣa tiêu thiết kế.
2.1.1.2. Phân tích tài liệu mưa
Theo Trung tâm khoa học và triển khai kỹ thuật thủy lợi, trận mƣa gây úng là trận mƣa có lƣợng mƣa trung bình một ngày (24h) từ 51mm trở lên.
Do đó trong mô hình mƣa tiêu thiết kế chỉ xét tới các trận mƣa thỏa mãn điều kiện trên.
a. Tính chất bao của các trận mƣa lớn nhất năm
Bảng 2.1: Tổng hợp trận mưa gây úng thời đoạn ngắn tại trạm Láng (Hà Nội)
Năm Xmax (mm) Thời điểm xuất hiện ngày/tháng Xnăm (mm) 1 3 5 7 1 3 5 7 (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) 1961 123,5 170,2 21/10 20-22/9 1.757 1962 68,7 9/5 1.276,7 1963 130,8 193,5 17/8 9-11/9 1.672,5 1964 135,5 241,5 3/7 2-4/6 1.951,1 1965 134,1 222,4 24/7 12-14/6 1.657,9 1966 129,9 179,8 28/10 26-28/10 1.433,6 1967 175,7 212,1 25/7 25-27/7 1.249,4 1968 182,5 205,6 291,6 14/8 13-15/8 9-13/9 1.896,4
Năm Xmax (mm) Thời điểm xuất hiện ngày/tháng Xnăm (mm) 1 3 5 7 1 3 5 7 (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) 1969 87,5 152,1 11/6 3-5/9 1.284,3 1970 79,2 25/7 25-27/7 1.390,5 1971 125,1 176 12/5 16-18/9 1.935,2 1972 205,7 303,5 336,5 23/8 22-24/8 21-25/8 1.747,7 1973 104,4 151,4 24/7 31/8-2/9 1.944,5 1974 146,6 157,6 7/9 5-7/9 1.527,2 1975 176,2 182,4 21/9 20-22/9 1.985,9 1976 76,2 140,7 17/9 8-10/8 1.292,2 1977 105,7 186,8 15/7 14-16/7 1.514,4 1978 185 226,6 273,3 22/9 20-22/9 18-22/9 2.115,1 1979 139,5 242,4 262,9 4/8 3-5/8 31/7-4/8 1.687,5 1980 125,4 262,5 311,5 19/8 19-21/8 19-23/8 2.033,3 1981 137,8 12/6 1.645 1982 78,4 163,3 10/7 19-21/8 1.766,3 1983 142,1 202,1 305,7 04/10 02-04/10 01-05/10 1.646,7 1984 394,9 560,4 578,4 604,7 10/11 8-10/11 9-13/11 9-15/11 2.225,1 1985 112,4 264,8 292,3 12/9 11-13/9 10-14/9 1.595,7 1986 164 310,7 353,9 374,4 18/6 18-20/6 18-22/6 18-24/6 2.246,3 1987 99,6 156,4 30/8 30/8-1/9 1.510,7 1988 73,6 23/10 1.033,1 1989 220,6 328,6 348,4 372,8 12/6 10-12/6 10-14/6 10-16/6 1.760,6 1990 128 20/9 1.537,1 1991 121,4 219,9 255,8 11/6 10-12/6 9-13/6 1.536,5 1992 165,3 234,1 272,7 30/6 28-30/6 26-30/6 1.371,3 1993 143,4 180,1 30/9 28-30/9 1.442,4 1994 179,6 317,1 319,8 20/5 29-31/8 28/8-01/9 2.536 1995 113,8 31/8 1.220,3 1996 145,3 237,4 257,2 05/11 04-06/11 01-05/11 1.597,6 1997 113,8 167,5 15/8 15-17/8 1.913,9 1998 148 223,8 259,4 26/6 25-27/6 3-7/6 1.338,1
Năm Xmax (mm) Thời điểm xuất hiện ngày/tháng Xnăm (mm) 1 3 5 7 1 3 5 7 (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) 1999 150,9 167,6 15/7 14-16/7 1.556,6 2000 84,8 27/4 1.278,1 2001 169,8 349 360 360,1 3/8 2-4/8 2-6/8 1-6/8 2.254,7 2002 73 1/8 1.431,8 2003 135,2 166,6 25/5 25-27/8 1.582,5 2004 83 234 271,9 21/7 21-23/7 20-24/7 1.574,9 2005 144,1 167,4 27/9 27-29/9 1.763,9 2006 99,3 168,6 18/8 18-20/8 1.240,9 2007 116,2 27/9 1.659,3 2008 347 563,3 588 31/10 31/10-02/11 31/10-4/11 2.267,1 2009 119,2 17/7 1.612,1 2010 121,8 13/7 1.239,2 2011 100,8 196,4 31/7 31/7-2/8 1.795,2 2012 126,7 270,5 293,7 18/8 17-19/8 17-21/8 1.801,2 Tổng số lần xuất hiện 51 40 19 4
Từ bảng tổng hợp trận mƣa lớn nhất thời đoạn ngắn tại trạm khí tƣợng thủy văn Láng (Hà Nội), với 51 năm tài liệu, kết quả thống kê cho thấy:
- Có 40 trận mƣa 3 ngày max, chiếm 78,43 % tổng số trận mƣa nghiên cứu; - Có 19 trận mƣa 5 ngày max, chiếm 37,25 % tổng số trận mƣa nghiên cứu; - Có 4 trận mƣa 7 ngày max, chiếm 7,84 % tổng số trận mƣa nghiên cứu;
Thời đoạn mƣa max Tần số xuất hiện Tỷ lệ (%)
Mƣa 1 ngày max trong trận mƣa 3 ngày max 33/42 79 %
Mƣa 3 ngày max trong trận mƣa 5 ngày max 17/19 89 %
Mƣa 3 ngày max trong trận mƣa 7 ngày max 4/4 100 % (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Mƣa 5 ngày max trong trận mƣa 7 ngày max 4/4 100 %
Nhƣ vậy mƣa lớn nhất thời đoạn ngắn ở vùng nghiên cứu có tính chất bao, lƣợng mƣa gây úng tập trung chủ yếu vào các thời đoạn 3 ngày và 5 ngày với số lần xuất hiện vào thời đoạn 3 ngày nhiều hơn.
b. Số ngày mƣa hiệu quả của trận mƣa lớn nhất năm
Qua phân tích bảng số liệu các trận mƣa gây úng trên ta thấy:
- Lƣợng mƣa chủ yếu của trận mƣa gây úng 7 ngày lớn nhất nằm trong thời đoạn của trận mƣa gây úng 5 ngày lớn nhất, lƣợng mƣa 2 ngày mƣa còn lại của trận mƣa gây úng 7 ngày lớn nhất chỉ chiếm dƣới 5% tổng lƣợng mƣa gây úng;
- Lƣợng mƣa chủ yếu của trận mƣa gây úng 5 ngày lớn nhất nằm trong thời đoạn của trận mƣa gây úng 3 ngày lớn nhất, lƣợng mƣa 2 ngày còn lại của trận mƣa gây úng 5 ngày lớn nhất chỉ chiếm dƣới 7% tổng lƣợng mƣa gây úng;
Nhƣ vậy, để đảm bảo an toàn cho việc tiêu úng, trong tính toán xác định mô hình mƣa tiêu thiết kế áp dụng cho vùng dự án, luận văn chọn mô hình mƣa 3 ngày lớn nhất.
c. Dạng phân phối lƣợng mƣa trong một trận mƣa
Dạng phân phối mƣa của một trận mƣa là đƣờng quá trình phân phối lƣợng mƣa rơi xuống theo thời gian trong một trận mƣa.
Kết quả nghiên cứu cho thấy đỉnh mƣa của các trận mƣa lớn nhất năm thời đoạn 3 ngày tại trạm Láng cũng nhƣ hầu hết các trạm đo mƣa ở đồng bằng Bắc Bộ có thể xuất hiện vào bất cứ ngày nào trong một trận mƣa và chúng không theo một quy luật nhất định. Tuy nhiên, nếu xét về số lần xuất hiện với trận mƣa 3 ngày lớn nhất thì xu hƣớng đỉnh mƣa rơi vào ngày thứ hai hoặc ngày thứ ba của trận mƣa là nhiều hơn
cả. Những trận mƣa đặc biệt lớn ở khu vực nghiên cứu nhƣ trận mƣa tháng 11 năm 1984 có đỉnh rơi vào ngày thứ ba. Nhƣ vậy, với đặc điểm địa lý tự nhiên của lƣu vực nghiên cứu, nên chọn dạng mô hình phân phối mƣa tiêu thiết kế có đỉnh rơi vào ngày thứ ba của trận mƣa.
2.2.1.3. Kết quả tính toán
Sử dụng phƣơng pháp thích hợp – Person III để vẽ đƣờng tần suất P = 10 %, sau đó chọn năm điển hình rồi tiến hành thu phóng mô hình mƣa 3 ngày max năm điển hình thành mô hình mƣa 3 ngày max năm thiết kế.
Hình 2.1. Đường tần suất lý luận 3 ngày max – Trạm Láng (Hà Nội)
Ứng với tần suất P = 10% tra trên đƣờng tần suất lý luận ta có: Xp = 330,31 Từ kết quả Xp = 330,31 ta thấy, trong các năm có tổng lƣợng mƣa xấp xỉ thiết kế thì năm 1989 có 3 ngày mƣa liên tiếp từ ngày 10/6 đến 12/6 có lƣợng mƣa bằng 328,6 mm gần với lƣợng mƣa thiết kế 330,31 mm, có đỉnh mƣa rơi vào ngày thứ 3 của trận mƣa nên trận mƣa này rất bất lợi do vậy ta chọn trận mƣa này làm trận mƣa điển hình.
Ghi chú: Trong những năm gần đây dƣới tác động của biến đổi khí hậu toàn cầu, tình hình thời tiết của nƣớc ta có diễn biến rất bất thƣờng nhƣ đã nêu ở các phần trên. Do vậy việc chọn mô hình trận mƣa điển hình có dạng phân phối bất lợi không chỉ phù hợp với quy luật phân bố đỉnh mƣa của các trận mƣa lớn nhất năm ở vùng nghiên cứu mà còn đảm bảo điều kiện an toàn trƣớc các tác động bất lợi của biến đổi khí hậu toàn cầu.
Xác định hệ số thu phóng Kp theo công thức:
Kp = p dh X X (2-1) Trong đó: - Kp: Hệ số thu phóng
- Xp: Tổng lƣợng mƣa của trận mƣa thiết kế (mm) - Xdh: Tổng lƣợng mƣa của trận mƣa điển hình (mm)
Vậy: Kp = 330,31
328,6 = 1,01
Xác định lƣợng mƣa thiết kế theo công thức:
XPi = Kp * Xdhi (2-2) Trong đó:
- XPi: Lƣợng mƣa ngày của trận mƣa thiết kế - Xdhi: Lƣợng mƣa ngày của trận mƣa điển hình - Kp: Hệ số thu phóng, Kp = 1,01
Ta có bảng kết quả tính toán dƣới đây:
Bảng 2.3: Kết quả tính toán xác định mô hình mưa tiêu thiết kế
1 2 3 Trận mƣa điển hình 41,9 66,1 220,6 328,6 Kp 1,01 1,01 1,01 1,01 Mô hình trận mƣa thiết kế 42,32 66,76 222,81 330,1 2.1.2. Cơ cấu sử dụng đất
Số liệu về cơ cấu sử dụng đất đƣợc thể hiện ở bảng 1.8 và bảng 1.9.
2.1.3. Hệ số dòng chảy C
Theo Trung tâm khoa học và triển khai kỹ thuật thủy lợi, hệ số dòng chảy C đƣợc giới thiệu ở bảng dƣới đây: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Bảng 2.4: Hệ số dòng chảy C của một số loại đối tượng tiêu nước có mặt trong các hệ thống thủy lợi
TT Đối tƣợng tiêu nƣớc Hệ số dòng chảy C
1 Đất trồng hoa, màu, cây công nghiệp ngắn ngày... 0,60
2 Đất vƣờn, đất trồng cây ăn quả, cây lâu năm... 0,50
3 Công viên cây xanh có hồ nƣớc 0,5
4 Đất ở:
- Đất ở đô thị 0,95
- Đất ở nông thôn 0,65
5 Đất chuyên dùng trong khu đô thị đã đƣợc cứng hóa phần lớn bề mặt
0,95
6 Đất khu công nghiệp và làng nghề 0,95
7 Đất ao hồ, sông suối:
- Sông suối nội vùng và các loại đầm trũng, ao hồ tự nhiên ... 0,20
- Ao hồ chuyên nuôi thủy sản 1,00
- Hồ điều hòa 0,00
8 Các loại đất khác 0,60
Trƣờng hợp tính toán: Trong khoảng thời gian 30 ngày sau khi cấy trên cánh đồng xuất hiện trận mƣa lớn đạt tần suất thiết kế.
Mức độ chịu ngập đảm bảo năng suất giảm không quá 10%, theo tài liệu của Viện Khoa học Thủy lợi nhƣ sau:
- Ngập 275 mm không quá 1 ngày; - Ngập 200 mm không quá 2 ngày; - Ngập 150 mm không quá 4 ngày.
2.1.5. Tổn thất nƣớc
Tổn thất nƣớc do ngấm và bốc hơi trong thời gian tiêu, lấy theo các kết quả nghiên cứu trƣớc đây, đã và đang đƣợc áp dụng ở vùng đồng bằng Bắc bộ là 5,0 mm/ngày đêm.
2.1.6. Các tài liệu đầu vào khác
Vùng nghiên cứu là vùng đất nông nghiệp, trồng lúa nƣớc là chủ yếu. Đây là vùng có hệ thống công trình tiêu đƣợc xây dựng hoàn chỉnh từ đầu mối đến mặt ruộng. Hiện nay, trên vùng nghiên cứu vẫn còn trên 13% diện tích cần tiêu đƣợc trồng lúa nƣớc, vì vậy việc tính toán chế độ tiêu nƣớc cho ruộng lúa ở vùng nghiên cứu là cần thiết để xác định yêu cầu tiêu nƣớc ở thời điểm hiện tại. Số liệu đầu vào của khu vực trồng lúa nƣớc nhƣ sau:
- Công trình tiêu nƣớc mặt ruộng là đƣờng tràn, chế độ chảy tự do; - Độ sâu lớp nƣớc mặt ruộng trƣớc khi tiêu là 10 cm.
2.2. TÍNH TOÁN HỆ SỐ TIÊU
2.2.1. Tính toán hệ số tiêu cho lúa
2.2.1.1. Phương pháp tính toán
Công thức tổng quát để tính toán hệ số tiêu cho một đơn vị diện tích ruộng lúa (01 ha) trong thời đoạn ΔT thứ I (gọi chung là thời đoạn tính toán thứ i) nhƣ sau:
Pi - (hoi + qoi) = Hi (2-3) Trong đó:
- Pi là lƣợng mƣa rơi xuống ruộng lúa trong thời đoạn tính toán thứ i (mm); - hoi là lƣợng nƣớc tổn thất do ngấm và bốc hơi trong thời đoạn tính toán thứ i (mm); (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- qoi là độ sâu lớp nƣớc tiêu đƣợc trong thời đoạn tính toán thứ i (mm);
- Hi là sự thay đổi tăng hoặc giảm lớp nƣớc mặt ruộng trong thời đoạn tính toán thứ i (mm):
Hi = Hci – Hđi (2-4) - Hci và Hđi là chiều sâu lớp nƣớc mặt ruộng ở cuối thời đoạn và đầu thời đoạn tính toán thứ i (mm).
Với thời đoạn tính toán là 1 ngày đêm và khu tiêu có diện tích là 1 ha, áp dụng công thức cơ bản sau đây để tính toán hệ số tiêu cho ruộng lúa:
0i i tbi tbi i i 1 3/2 0i 0 tbi q W 2.H H (H H ) / 2 q 0,273.m.b . 2g.H (2-5) Trong đó:
+ b0: Chiều rộng đƣờng tràn đơn vị (m/ha);
+ Htbi: là cột nƣớc tràn bình quân trong thời đoạn tính toán (mm);
+ Hi -1:là cột tiêu qua đƣờng tràn ở cuối thời đoạn tính toán trƣớc (thời đoạn thứ i-1) hay đầu thời đoạn tính toán (mm);
+ m: là hệ số lƣu lƣợng của đƣờng tràn: m = 0,35 đối với đập tràn đỉnh tràn đỉnh rộng.
+ qoi: độ sâu tiêu trong thời đoạn tính toán (mm); + Wi đƣợc xác định theo công thức:
Wi = (1 + ).Pi - h0i+ 2Hi- 1 (2-6) + Pi: lƣợng mƣa rơi xuống trong thời đoạn tính toán (mm);
+ h0i: độ sâu tổn thất nƣớc trên ruộng lúa trong thời đoạn tính toán (mm); h0i = 5,0 mm/ngày
là hệ số hiệu chỉnh độ sâu lớp nƣớc cần tiêu trên ruộng. + Theo kinh nghiệm = 0,10 0,19; chọn = 0,15.