2.1.5.1. Xác định nhu cầu tiêu
a. Chọn trạm mưa tính toán tiêu
Trong lưu vực nghiên cứu đã tính toán mưa tiêu tại các trạm Yên Phong, Quế Võ, Bắc Ninh, Thuận Thành và trạm Gia Lương.
Để chọn trạm mưa tính toán cho từng vùng ta dựa vào phương pháp đa giác Thiessen. Cơ sở của phương pháp là coi lượng mưa đo được ở một vị trí nào đó trên vùng nghiên cứu chỉ đại diện cho lượng mưa của một khu vực nhất định quanh nó. Diện tích khu vực đó được khống chế bởi các đường trung trực của các đoạn thẳng nối liền các trạm với nhau. Diện tích mà các trạm mưa phụ trách theo phương pháp Thiessen như sau: Trạm Bắc Ninh 85km2, trạm Quế Võ 174km2, trạm Thuận Thành 193km2, trạm Yên Phong 169km2, trạm Gia Lương 198km2.
Qua phân tích tính chất đại diện chọn trạm Bắc Ninh để tính toán cho huyện Thuận Thành.
Hình 2.1: Sơ đồ mưa vùng nghiên cứu phân theo phương pháp Thiessen
Bảng 2.3: Lượng mưa 1, 3, 5, 7 ngày max tần suất P = 10% tại trạm Thuận Thành
Trạm Tháng
Lượng mưa max (mm)
X1max X3max X5max
Thuận Thành VII 124,1 176,7 212 VIII 140,7 209 238,4 IX 124 185 204,2 Năm 181,1 264,3 336 Vụ mùa 179,7 259,2 292,9
b. Tiêu chuẩn tính toán tiêu - Tần suất tính toán, mực nước
* Tần suất tính toán:
Tần suất tính toán căn cứ vào TCXDVN 285 - 2002 quy định đối với công trình tiêu có thể lấy tần suất P = 10 ÷ 20%.
Thuận Thành là huyện hiện đã và đang phát triển mạnh các khu công nghiệp tập trung quan trọng của tỉnh Bắc Ninh. Đồng thời các khu đô thị như thị trấn Hồ cũng đang phát triển. Do vậy trong quy hoạch sẽ lấy tần suất để tính toán thiết kế tiêu là: Mưa trong đồng tần suất 10%; Mực nước ngoài sông tần suất 10%.
* Mực nước: Mực nước ngoài sông của huyện tính với tần suất P=10%
Bảng 2.4: Mực nước trung bình tháng, năm tại cá trạm trong và lân cận vùng
nghiên cứu
Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm
Thượng Cát (57-87 336 307 281 303 380 589 764 837 752 606 498 393 504 Thượng Cát (88-07) 315 303 311 329 398 563 794 755 594 507 407 331 467 Bến Hồ 115 96 89 113 179 342 521 541 437 323 232 150 262
+ Mực nước đỉnh lũ theo các tần suất tại các trạm đo của vùng nghiên cứu
Bảng 2.5: Mực nước đỉnh lũ theo các tần suất tại trạm đo của vùng nghiên cứu
Trạm HmaxTB (cm) Cv Cs Hmaxp (cm) 0,1% 0,5% 1% 2% 5% 10% Thượng Cát (57-87) 1055 0,10 0,90 1522 1416 1368 1319 1251 1196 Thượng Cát (88-07) 1046 0,08 -0,32 1267 1236 1220 1203 1175 1117 Bến Hồ 750 0,11 0,11 1018 971 949 924 888 857
+ Cập nhật kết quả tính toán mực nước tiêu thiết kế P=10%, trên các sông trục của hệ thống Bắc Hưng Hải tại huyện Thuận Thành theo phương án chọn (tiêu ra sông ngoài).
Bảng 2.6: Kết quả tính toán mực nước tiêu thiết kế P = 10%
TT Vị trí
QHTL Bắc Hưng Hải năm 2007
(Cao độ Thuỷ lợi)
H_10% H_PAC
1 Đình Dù – Kim Sơn 3,41 3,01
2 Song Liễu 3,35 3,01
3 Dâu – Lương Tài 3,2 2,99
4 Nguyệt Đức 3,12 2,96
- Chọn trạm mưa, mô hình tính toán tiêu
- Căn cứ bản đồ lưới trạm thủy văn trong khu vực.
- Căn cứ khu tiêu và các yếu tố địa hình, khí hậu, thủy văn.
Trong vùng nghiên cứu có trạm đo mưa Hồ có số năm tài liệu dài và liên tục. Do vậy dùng tài liệu mưa trạm Hồ tính tiêu cho vùng nghiên cứu.
Mô hình mưa là sự phân bố lượng mưa theo các ngày của trận mưa, trong đó vị trí của ngày mưa lớn nhất có ảnh hưởng quyết định đến hiệu quả của công tác điều tiết nước ở mặt ruộng cũng như quy mô công trình tiêu.
Trong tính toán mô hình mưa được chọn là mô hình mưa đại diện và có dạng bất lợi. Dựa vào tài liệu mưa tiêu thiết kế 1, 3, 5, 7 ngày max tháng 7, 8, 9, mưa vụ mùa và mưa năm.
Điều kiện chọn:
+ Mô hình chọn phải có dạng phân bố bất lợi và có đỉnh tập trung vào 1 hoặc vài ngày ở giữa thời đoạn hoặc cuối thời đoạn mưa.
+ Mô hình chọn tốt nhất là có lượng mưa xấp xỉ lượng mưa thiết kế.
+ Mô hình được chọn rơi vào thời kỳ bất lợi có ảnh hưởng tới năng suất cây lúa.
- Thời gian tiêu
+ Tiêu cho các khu Đô Thị + Công nghiệp tập trung: Tính toán tiêu triệt để cho 1 ngày mưa max P=10%, thời gian tiêu trong 1 ngày, giả thiết trong các khu Đô Thị + Công nghiệp có 4% diện tích mặt thoáng (Hồ điều hoà +trục kênh tiêu)
+ Tiêu cho nông nghiệp và các loại đất khác tính toán theo tiêu chuẩn 14 TCN 60-88, mô hình mưa 5 ngày – P=10%, tiêu trong 7 ngày .
- Công thức tính toán.
Căn cứ vào phương trình cân bằng nước: Pi.∑∝iCi - (ho + ∑∝iqo)= ±∆H Trong đó: Pi: Lượng mưa ngày thiết kế (mm).
∝i : Tỷ lệ diện tích từng loại cây trồng trên diện tích trữ nước. Ci: Hệ số dòng chảy của từng loại đất.
ho: Lượng nước tổn thất do ngấm và bốc hơi, lấy ho = 6 mm/ngày. qo: Chiều sâu lớp nước tiêu trong ngày.
±∆H: Lượng nước tăng giảm ở mặt ruộng. Hệ số tiêu được xác định theo công thức:
q tiêu = 0
8, 64
q
(l/s.ha). - Tài liệu cơ bản dùng trong tính toán
* Tài liệu mưa
Mô hình mưa tiêu thiết kế của các khu tiêu được thống kê ở bảng sau:
Bảng 2.7: Mô hình mưa tiêu thiết kế của các khu tiêu (P = 10%)
Ngày thứ 1 2 3 4 5 Tổng
ĐH 1994 2.8 105.4 139.0 5.4 1.3 253.9
Xp10% 21.6 81.4 172.7 4.2 10.0 289.8
Lượng mưa tiêu hao trên ruộng lúa trong quá trình tiêu nước bao gồm lượng bốc hơi mặt ruộng và lượng nước ngấm từ ruộng được ký hiệu là ho (mm/ngày). Các đại lượng này được xác định bằng thực nghiệm. Theo tiêu chuẩn thiết kế hệ số tiêu của ruộng lúa 14 TCN 60 - 88 của Bộ Thuỷ lợi (cũ) ban hành năm 1990 thì ở vùng Bắc Bộ trên các loại đất đã trồng lúa lâu ngày, trị số ho thường lấy bằng 5 ÷ 6 mm/ngày. Trong vùng nghiên cứu chọn ho=6 mm/ngày.
Bảng 2.8:Lượng bốc hơi tháng bình quân nhiều năm tại trạm Bắc Ninh Đơn vị: mm
Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm
Bốc hơi 71,0 56,4 57,1 61,9 88,1 93,6 94,8 77,7 78,1 88,9 86,9 83,2 937,8
* Tài liệu cây trồng
- Cơ cấu cây trồng
Trong vùng vẫn trồng 2 loại lúa chính là lúa Đông Xuân và lúa Mùa, hình thức làm đất chuẩn bị gieo cấy chủ yếu là thủ công và sức kéo của trâu bò, một số ít diện tích làm bằng cơ giới.
+ Về giống cây trồng:
Trong vùng nghiên cứu hiện tại đang sử dụng các giống lúa như: lúa nếp N87, N97, Bắc thơm 7, tẻ thơm HT1, Khang dân, Q5. Ngoài ra vào vụ chiêm xuân còn có thêm các giống lúa lai như Đưu 6511, Đưu 725, Syn 6, Qưu 1 và một số giống khác.
Ngô: sử dụng các giống ngô DK 888, NK 4300, Biosit 9698, NK4300, NK66, C919, LVN10, LVN4...
Đậu tương: sử dụng các giống DT 84, DT99, DT96... Lạc: sử dụng các gống lạc L14, L18...
Rau các loại: chủng loại phong phú, nhiều loại rau giống mới được đưa vào sản xuất như: Dưa chuột nhật, dưa gang nhật, cà rốt, bí đỏ, bí xanh, cà chua mỹ, ba lan.
+ Về thời vụ : Trong vùng nghiên cứu vụ chiêm xuân bắt đầu từ tháng 1,2 và thu hoạch vào tháng 5,6 ; vụ mùa bắt đầu vào tháng 5,6 và kết thúc vào tháng 10. Trong những năm gần đây thời điểm gieo cấy lúa đông xuân và lúa mùa có thay đổi do các yêu cầu về thâm canh tăng vụ.
- Khả năng chịu ngập của cây trồng
Bảng 2.9: Chiều cao cây lúa ứng với từng thời đoạn sinh trưởng
Tháng VI VII VIII IX
Chiều cao cây (cm) 25 ÷ 30 30 ÷ 35 40 ÷ 50 50 ÷ 55
Theo tiêu chuẩn thiết kế hệ số tiêu cho ruộng lúa 14 TCN-60-88 ở dạng tổng quát: Mức độ ngập được được đánh giá bằng:
Hệ số: K = H/H1.
Trong đó: H: Độ sâu lớp nước mặt ruộng, H1: Chiều cao cây lúa.
Khả năng chịu ngập cho phép là mức độ ngập và thời gian ngập không gây ra mức giảm sản lượng lớn hơn mức giảm quy định, vượt quá giới hạn đó thì lúa bị ngập úng.
Khả năng chịu ngập của lúa thay đổi phụ thuộc vào thời kỳ ngập, nhiệt độ, độ đục của nước cũng như tốc độ nước chảy trong ruộng lúa theo tiêu chuẩn thiết kế hệ số tiêu cho ruộng lúa 14 TCN 60-88 thì khả năng chịu ngập của cây lúa ứng với mức giảm sản lượng nhỏ hơn 10% như sau:
* Giai đoạn cấy - Bén rễ:
- Ngập 1/2 chiều cao cây trong 5 ngày. - Ngập 3/4 chiều cao cây không quá 3 ngày. - Không được để ngập 100% chiều cao cây lúa. * Giai đoạn đẻ nhánh - Làm đòng:
- Không được để ngập quá 3/4 chiều cao cây lúa.
Theo tiêu chuẩn thiết kế khả năng chịu ngập của cây lúa như sau:
Bảng 2.10: Trị số đảm bảo năng suất không giảm quá 10%
Thời gian
chịu ngập Ngày 1 Ngày 2 Ngày 3 Ngày 4 Ngày 5 Ngày 6 Ngày 7
Năng suất
giảm 10% 0,82 0,62 0,53 0,48 0,44 0,38 0,35
Bảng 2.11: Khả năng chịu ngập cho phép của cây lúa theo các thời kỳ sinh trưởng
Đơn vị: mm
Tháng Chiều cao cây lúa Ngày 1 Ngày 3 Ngày 5 Ngày 7
VII 300 246 159 132 120
VIII 350 287 186 154 122
IX 400 369 238 198 158
c. Kết quả tính toán tiêu
Kết quả tính toán hệ số tiêu theo nông nghiệp, công nghiệp và đô thị cho các giai đoạn đến 2015 và 2020 như sau:
Bảng 2.12: Kết quả tính toán hệ số tiêu huyện Thuận Thành
Đơn vị: l/s.ha
Hệ số tiêu Hệ số tiêu theo các giai đoạn
Năm 2015 Năm 2020
Bình quân 6,34 6,82
Công nghiệp, đô thị 18 18
Nông nghiệp 5,96 6,28
Ở đây sử dụng hệ số tiêu năm 2020 theo quyết định 176 để tính toán.
Đối với tiêu cho khu vực công nghiệp, đô thị tính với diện tích hồ điều hòa chiếm 4% tổng diện tích cần tiêu, hệ số tiêu thiết kế đến năm 2020 là 18 l/s/ha.
d. Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến tiêu thoát nước
* Xu thế diễn biến mưa theo các giai đoạn: Do biến đổi về khí hậu lượng mưa có xu hướng tăng lên theo các giai đoạn phát triển năm 2020, 2030, 2050, 2100.
+ Tổng lượng mưa 5 ngày Max tại trạm Thuận Thành đến năm 2020 tăng từ 4,98% so với hiện tại (năm 2010).
+ Tổng lượng mưa 5 ngày Max tại các trạm đến năm 2030 tăng từ 6,24% so với hiện tại (năm 2010).
+ Tổng lượng mưa 5 ngày Max tại các trạm đến năm 2050 tăng từ 9,49% so với hiện tại (năm 2010).
+ Tổng lượng mưa 5 ngày Max tại các trạm đến năm 2100 tăng từ 11,62% so với hiện tại (năm 2010).
Bảng 2.13: Tổng lượng mưa 5 ngày max tại trạm Thuận Thành giai đoạn 2010, 2020, 32030, 2050 và 20100
Đơn vị: mm
Trạm 2010 2020 2030 2050 2100
Thuận Thành 292,9 307,5 311,2 320,7 340,4
* Xu thế biến động về đất đai: Do tốc độ đô thị, công nghiệp hóa cao nên
diện tích đất nông nghiệp ngày một thu hẹp.
* Xu thế biến động về hệ số tiêu chung: Do mưa tăng lên, đồng thời với quá trình công nghiệp, đô thị hoá ngày càng tăng, vì vậy ao hồ, đất nông nghiệp càng bị thu hẹp nên khả năng trữ nước ngày càng giảm, thời gian tiêu càng phải tiêu gấp rút hơn. Vì vậy hệ số tiêu sẽ tăng lên theo các giai đoạn phát triển: Năm 2050 hệ số tiêu tăng lên 41% so với năm 2015, Năm 2100 hệ số tiêu tăng lên 69% so với năm 2015.
Do vậy khi nâng cấp, xây mới các công trình cần xem xét tới qui mô công trình khi có xét tới biến đổi khí hậu.
Bảng 2.14: Hệ số tiêu huyện Thuận Thành theo BĐKH VÀ NBD
Đơn vị: l/s.ha
Hệ số tiêu Hệ số tiêu theo BĐKH và NBD
Năm 2015 Năm 2020
Bình quân 6,83 9.38
Công nghiệp, đô thị 18 25
Nông nghiệp 6,29 8,6
2.1.5.2. Tính toán cân bằng tiêu
a. Tính toán cân bằng tiêu hiện trạng năm 2010, tương lai năm 2015 và 2020
Trong tính toán cân bằng tiêu ở đây sẽ tính toán cho 9 khu tiêu và tính toán cho từng trạm bơm tiêu theo các giai đoạn hiện tại, dự kiến đến năm 2015 và năm 2020.
Bảng 2.16: Tổng hợp cân bằng tiêu theo các khu TT Vùng tiêu Diện tích cần tiêu (ha) Năng lực tiêu hiện có (m3/s)
Cân bằng tiêu hiện tại Năm 2015 Năm 2020
HST của QH 1997 (l/s.ha) Q yêu cầu (m3/s) Thiếu (m3/s) Q yêu cầu (m3/s) Thiếu (m3/s) Q yêu cầu (m3/s) Thiếu (m3/s)
1 Khu tiêu tự chảy ra sông Dâu 2609,5 5,2 13,57 21,87 24,86
2 Khu tiêu tự chảy ra Lương Tài 987,1 0,28 5,2 5,13 5,88 6,20
3 Khu tiêu tự chảy ra câu Đo 1019,5 0,58 5,2 5,3 6,08 6,41
4 Khu tiêu tự chảy ra Đại Quảng Bình 1056 4,22 5,2 5,49 6,90 8,82
5 Khu tiêu trạm bơm Đại Đồng Thành 1618 9,10 5,2 8,41 14,98 -5,88 17,17 -8,07
6 Khu tiêu trạm bơm sông Khoai 560 2,67 5,2 2,91 -0,25 4,55 -1,89 8,58 -5,91
7 Khu tiêu trạm bơm Nghi Khúc 1180 4,67 5,2 6,14 -1,47 8,48 -3,81 10,93 -6,27
8 Khu tiêu trạm bơm Nghĩa Đạo 1530 8,89 5,2 7,96 9,12 -0,23 9,62 -0,73
9 Khu tiêu ngoài đê
9.1 Tiểu khu Hoài Thượng – Mão Điền 385 0,94 5,2 2,000 -1,060 2,30 -1,35 2,42 -1,48
b. Nhận xét kết quả tính toán cân bằng tiêu
- Đối với những vùng tiêu tự chảy, về cơ bản đã đáp ứng được nhu cầu tiêu. Với những đoạn kênh bồi lắng, chỉ cần nạo vét, mở rộng mặt cắt là đáp ứng yêu cầu tiêu tự chảy.
- Đối với những vùng tiêu động lực: Đối với giai đoạn hiện trạng các trạm bơm trong vùng cơ bản đáp ứng yêu cầu tiêu của vùng, chỉ còn tồn tại phần cuối của trạm bơm Nghi Khúc thuộc thị trấn Hồ hiện còn thiếu 1,47m3 chưa tiêu được. Nhưng đến năm 2020, do quy hoạch huyện Thuận Thành trở Thành Quận, các khu công nghiệp và đô thị được hình thành do vậy nhu cầu tiêu của các vùng tăng lên đáng kể. Do vậy các trạm bơm trong vùng không còn đáp ứng được yêu cầu tiêu vùng mình đảm nhận nữa vì vậy cần có biện pháp công trình đảm bảo tiêu cho vùng.