2.5.1. Mục đớch, ý nghĩa.
Căn cứ vào kết quả tớnh toỏn cõn bằng nước giữa lượng nước đến và lượng nước đi, giữa nhu cầu sử dụng và tiờu thụ nước của cỏc ngành kinh tế quốc dõn với khả năng đỏp ứng của cụng trỡnh thủy lợi đó cú để làm căn cứ đề xuất giải phỏp kỹ thuật điều tiết nguồn nước hợp lý, đỏp ứng yờu cầu phỏt triển kinh tế - xó hội và bảo vệ mụi trường.
2.5.2. Phương phỏp tớnh toỏn
2.5.2.1. Phương trỡnh cõn bằng nước
Trong vựng nghiờn cứu, cụng trỡnh đầu mối là cống lấy nước tự chảy cú phương trỡnh cõn bằng nước như sau:
∑Wkni - ∑Wyci = ±∆W (m3) (2.36) Hoặc:
∑Qkni - ∑Qyci = ±∆Q (m3/s) (2.37) Trong đú:
Q
∆ , ∆W: Chờnh lệch lưu lượng và tổng lượng nước giữa yờu cầu cấp nước và khả năng cấpnước của cỏc cụng trỡnh đó cú trong vựng.
∑Qyci,∑Wyci : Lưu lượng và tổng lượng nước yờu cầu cấp nước của từng vựng tại thời đoạn thứ i, được xỏc định thụng qua kết quả tớnh toỏn thủy nụng và nhu cầu nước cấp cho cỏc ngành dựng nước.
∑Wkni: Tổng lượng nước cú thể cấp ở thời đoạn thứ i bằng cỏc cống lấy nướcđó cú.
77
2.5.2.2. Phương phỏp tớnh tổng lượng nước lấy qua cống
a. Cở sở lý luận:
Dựa vào quỏ trỡnh mực nước triều lờn xuống với mực nước trong đồng. Khi mực nước ngoài lờn và cõn so với trong đồng là mở cống lấy nước. Tuy nhiờn trong vụ Đụng xuõn trờn hệ thống thủy lợi Xuõn Thủy diễn ra 2 quỏ trỡnh lấy nước khỏc nhau. Trờn triền sụng Hồng việc lấy nước chịu ảnh hưởng mặn, trờn triền sụng Ninh hầu như ớt chịu ảnh hưởng mặn do vậy việc lấy nước thuận lợi hơn rất nhiều. Quỏ trỡnh lấy nước của cỏc cống trờn hai triền sụng này được mụ tả như sau:
+ Quỏ trỡnh lấy nước trờn triền sụng Hồng:
Hỡnh 5: Đường mực nước tại cống lấy nướctrờn triền sụng Hồng Khi thuỷ triều dõng lờn mức ZA thỡ bắt đầu mở cống lấy nước. Mực nước phớa đồng được tăng từ Zmin tới Zmax. Ứng với mực nước đỉnh triều Zc là thời điểm tưới thuận lợi nhất xong trong vụ Đụng Xuõn trờn sụng Hồng tại hệ thống thủy nụng Xuõn Thủyứng với thời điểm triều lờn cao nhất cũng là lỳc mặn lờn cao nhất do vậy cống chỉ mở được đến khi mực nước ngoài sụng lờn cao tới một độ cao nhất định (ứng với mặn giới hạn lấy vào 0,8%o) là bắt đầu đúng cống (tưới lỳc cõn lờn). Hoặc khi thủy triều rỳt xuống đến một độ cao (ứng với mặn rỳt ruống 0,8%o) là mở
Zmax Zmin MN giới hạn t1 t2 A C D C’ D’ B A Zđ Zsi~ti Đường quỏ trỡnh MN trong đồng trong thời gian lấy nước tự chảy
78
cống lấy nước cho đến khi nước cõn so với mực nước trong đồng thỡ đúng (tưới lỳc cõn rũng).
Nhưvậy thời gian lấy nước tự chảy trong một chu kỳ triều như sau:
Khi thuỷ triều dõng lờn mức ZA(bằng cao trỡnh mực nước yờu cầu thấp nhất cần duy trỡ ở trong đồng) thỡbắt đầu mở cống lấy nước. Sau một khoảng thời gian t1 kể từ lỳc bắt đầu mở cống đến thời điểm mực nước sụng dõng lờn cao trỡnh giới hạn(tại vị trớ C ) và mực nước trong đồng đồng được tăng từ Zmintới ZC’cống phải đúng lại.
Mực nước sụng sau khi đó đạt đến cao độ đỉnh Zđ thỡ bắt đầu hạ dần xuống. Khi mực nước triềuhạ xuống đến cao trỡnh giới hạn(tại vị trớ D cú độ mặn đo được 0,8%o) thỡ cống tiếp tục mở để lấy nước vào đồng. Trong khoảng thời gian t2 kể từ lỳc mở cống để tiếp tục lấy nước đến thời điểm mực nước ngoài sụng hạ thấp xuống tới điểm B (tương ứng với Zmax ở trong đồng) và mực nước ở trong đồng tiếp tục tăng từ cao trỡnh ZC’ đến Zmaxthỡ cống phải đúng lại.
Thời gian lấy nước tự chảy t = t1 + t2.
Đường quỏ trỡnh mực nước trong đồng trong thời gian lấy nước tự chảy là AC’D’BA.
79
+ Quỏ trỡnh lấy nước trờn triền sụng Ninh Cơ:
Hỡnh 6: Đường mực nước tại cống lấy nước trờn triền sụng Ninh
Khi thuỷ triều dõng lờn mức ZA thỡ bắt đầu mở cống lấy nước. Mực nước phớa đồng được tăng từ Zmin tới Zmax. Do hệ thống cỏc cống tưới trờn triền sụng Ninh Cơ ớt chịu ảnh hưởng mặn nờn ứng với mực nước đỉnh triều Zc là thời điểm tưới thuận lợi nhất.
Khi mực nước ngoài sụng hạ xuống bằng mực nước max trong đồng thỡ cống đúng lại.
Quỏ trỡnh lấy nước được thực hiện từ điểm A(ZA, tA) đến điểm B(ZB, tB) và thời gian lấy được nước là t.
- Trị số ZSi ~ ti được xỏc định từ tài liệu mụ hỡnh triều thiết kế.
- Cỏc trị số ZA, ZB được xỏc định phụ thuộc vào cao trỡnh ruộng đất khu tưới và kinh nghiệm quản lý.
ZB ≤ Zmax ZA ≥ Zmin
- Thời gian lấy nước được xỏc định từ tài liệu của mụ hỡnh triều thiết kế với cỏc trị số ZA, ZB đó biết (t là thời gian lấy từng ngày của từng con triều).
Zmax Zmin t A B Zđ Zsi~ti Đường quỏ trỡnh MN trong đồng trong thời gian lấy nước tự chảy
ZA
80
- Trị số Zmax, Zmin phớa đồng được xỏc định căn cứ vào cỏc trị số trong cụng thức tưới tăng sản
b) Cụng thức xỏc định tổng lượng nước cống lấy được
∑Wkni= ∑Wci = ε.ϕ. ∑b.h. 2g(Zt−Zh). ti (2.37) Trong đú:
ε: Hệ số co hẹp
ϕ: Hệ số thuỷ lực (được xỏc định bằng thực nghiệm ϕ = 0.95ữ1.0) Sơ bộ chọn ε.ϕ = 0.87
∑b: Tổng bề rộng của cỏc cống tớnh toỏn cú cựng cao trỡnh đỏy. h : Chờnh lệch mực nước hạ lưu và đỏy cống
Zđ: Cao trỡnh đỏy cống tớnh toỏn t : Thời gian tưới
Zt, Zh: Cao trỡnh mực nước thượng, hạ lưu cống được xỏc định dựa vào mực nước trước và sau cống trong mỗi giờ tưới.
ZTC: Cao trỡnh mực nước trước cống được xỏc định bằng mực nước sụng trong thời đoạn tớnh toỏn.
ZSC: Mực nước sau cống được xỏc định theo cụng thức ZSC = A0 + ho + ∑l.i +∑Ψi
Trong đú:
A0: Cao trỡnh mặt ruộng tại điểm bất lợi phổ biến nhất đối với từng cống trong từng vựng.
ho : Lớp nước trung bỡnh trờn mặt ruộng
81
i: Độ dốc đường mặt nước từ điểm A0 đến cống tưới (lấy gần đỳng theo độ dốc đỏy kờnh)
∑l.i: Tổng tổn thất dọc đường từ điểm A0 đến cống
∑Ψi: Tổng tổn thất cục bộ từ mặt ruộng xuống kờnh tiờu và qua cỏc cụng trỡnh trờn kờnh.
Đỏnh giỏ về khả năng tưới nước của cỏc cống trong từng vựng như sau:
- Nếu ΔW ≥ 0 → Năng lực hoạt động của cỏc cống đó cú đỏp ứng được yờu cầu tưới của khu vực.
- Nếu ΔW < 0 → Năng lực hoạt động của cỏc cống đó cú chưa đỏp ứng được yờu cầu của vựng, cần phải cú giải phỏp bổ sung thờm cụng trỡnh tưới nõng cao năng lực tưới của cụng trỡnh.
2.5.2.3. Tài liệu tớnh toỏn
a. Tài liệu thủy văn:
- Đường quỏ trỡnh mực nước tại cỏc cửa cống trong thời đoạn 10 ngày thỏng 2 (từ ngày 07-17/2/2013) tương đương với tần suất P = 85% được dựng trong tớnh toỏn khả năng cấp nước của cỏc cống. Xem phụ lục tớnh toỏn thủy lực từ 2.12 đến phục lục 2.22.
b. Tài liệu thủy nụng:
- Nhu cầu sử dụng nước của cỏc vựng trong hệ thống trong thời đoạn 10 ngày thỏng 2 theo cỏc phương ỏn hiện trạng và tương lai năm 2020.
2.5.3. Kết quả tớnh toỏn
2.5.3.1. Tớnh toỏn khả năng cấp nước thực tế của vựng
Từ nguyờn lý tớnh toỏn như trờn ta xỏc định được lượng nước mỗi cống lấy được và thời gian mở cống trong thời đoạn 10 ngàynhư trong phụ lục 2.12 đến 2.22. Tổng lượng nước cấp cho từng vựng sẽ bẳng tổng lượng nước cỏc cống phõn bố trong vựng cú thể lấy được. Kết quả tớnh toỏn như bảng 2.20
82
Bảng 2.20: Khả năng cấp nước của cỏc cống và lượng nước được cấp trong cỏc vựng
(trong thời đoạn 10 ngày)
Lưu vực tưới Cống (10^3mW 3) t (giờ)
Lưu vực Đồng Nờ - Chợ Đờ Tổng: 13.706,6 629 Cống số 7 796,8 34 cống Mom Rô 1.604,8 119 cống Tây Khu 964,5 119 cống An Phú 1.604,8 119 cống Đồng Nê 2.885,2 119 cống Trung Linh 5.850,5 119 Lưu vực Cỏt Xuyờn - Lỏng Tổng: 2.961,7 69 cống Hạ Miêu I 533,0 9 cống Hạ Miêu II 533,0 9 cống Cát Xuyên 631,9 17 cống Tài 631,9 17 cống Liêu Đông 631,9 17 Lưu vực Trà Thượng Tổng: 6.970,2 216,0 cống Trà Thượng 5.850,5 119 cống Bắc Câu 1.119,7 97
Lưu vực Xuõn Ninh cống Keo 1.119,7 97
Lưu vực Ngụ Đồng - Cồn Giữa Tổng: 2.189,1 31,0 cống Ngô Đồng 2.050,8 17 cống Chúa 138,3 14 Lưu vực Cồn Nhất Tổng: 1.293,2 27 cống Cồn Nhất 533,0 9 cống Cồn Nhì 380,1 9 cống Cồn T 380,1 9 Lưu vực Cồn Năm - Hàng Tổng cống Cồn Năm 0,0 0 Vựng kinh tế Cồn ngạn Tổng: 28.240,5 1.069,0
83
2.5.3.2. Cõn bằng nước hiện tại và tương lai
Dựa vào lượng nước cống cú khả năng cung cấp và tổng lượng nước yờu cầu của từng vựng ở thời điểm hiện tại ta cú kết quả cõn bằng nước như bảng 2.21 và 2.22
Bảng 2.21: Cõn bằng nướctại thời điểmhiện tại
STT Lưu vực tưới Wđến (m3) Wcần (m3) ∆W (m3) 1 Lưu vực Đồng Nờ - Chợ Đờ 13.706.600 545.504,16 13.161.095,84 2 Lưu vực Cỏt Xuyờn - Lỏng 2.961.700 722.533,51 2.239.166,49 3 Lưu vực Trà Thượng 6.970.200 639.885,75 6.330.314,25
4 Lưu vực Xuõn Ninh 1.119.700 139.681,68 980.018,32
5 Lưu vực Ngụ Đồng - Cồn Giữa 2.189.148 811.399,69 1.377.748,31 6 Lưu vực Cồn Nhất 1.293.200 761.625,46 531.574,54 7 Lưu vực Cồn Năm - Hàng Tổng 0 1.078.031,82 -1.078.031,82 8 Vựng kinh tế Cồn ngạn Tổng: 28.240.548 4.698.662 23.541.886
Bảng 2.22: Cõn bằng nướctại thời điểmnăm 2020
STT Lưu vực tưới Wđến (m3) Wcần (m3) ∆W (m3) 1 Lưu vực Đồng Nờ - Chợ Đờ 13.706.600 554.619,97 13.151.980,03 2 Lưu vực Cỏt Xuyờn - Lỏng 2.961.700 734.739,25 2.226.960,75 3 Lưu vực Trà Thượng 6.970.200 747.050,23 6.223.149,77
4 Lưu vực Xuõn Ninh 1.119.700 142.860,42 976.839,58
5 Lưu vực Ngụ Đồng - Cồn Giữa 2.189.148 814.184,65 1.374.963,35 6 Lưu vực Cồn Nhất 1.293.200 765.949,49 527.250,51 7 Lưu vực Cồn Năm - Hàng Tổng 0 2.852.291,03 -2.852.291,03 8 Vựng kinh tế Cồn ngạn Tổng: 28.240.548 6.611.695 21.628.853
* Đỏnh giỏ về khả năng cấp nước:
Từ kết quả cõn bằng nước nhận thấy cụng trỡnh đầu mối cú khả năng đỏp ứng đủ nhu cầu nước cho toàn hệ thống cả ở thời điểm hiện tại và tương lai năm 2020.
84
Tuy nhiờn khả năng đỏp ứng nhu cầu nước khụng đồng đều giữa cỏc vựng. Vựng trong đồng của cả phớa bắc và phớa nam hệ thống đều cú cụng trỡnh đầu mối đỏp ứng đủ nhu cầu nước trong cả thời điểm hiện tại và tương lai năm 2020 (∆W>0). Vựng ven biển của hệ thống và xa đầu mối tưới như lưu vực Cồn Năm – Hàng Tổng và vựng kinh tế mới Điện Biờn thuộc CồnNgạn thiếu nước trầm trọng cả ở thời điểm hiện tại và năm 2020. Nguyờn nhõn chủ yếu do vựng nằm ven biển chịu ảnh hưởng lớn của thủy triều, cống tưới chủ lực của lưu vực như cống Cồn Năm trong vụ Đụng Xuõn khụng mở được đểlấy nước. Hiện nay nước cấpphục vụ sản xuất cho khu vực này lấy chủ yếu từ cống trờn triền sụng Hồng từ cống Cồn Nhất lờn tới Hạ Miờu I và một phần tiếp từ cỏc cống trờn triền sụng Ninh như cống Trà Thượng, cống Trung Linhqua hệ kờnh Mó vào kờnh Ngụ Đồng. Tuy nhiờn việc tiếp nước từ triền sụng Ninh sang Giao Thủy cũn nhiều hạn chế do hệ thống kờnh bờ kờnh thấp, cỏc cống tiếp nước sang khẩu độ nhỏ như cống Nhất Đỗi I nờn chưa phỏt huy đượctối đa lượng nước tiếp cho Giao Thủy.
2.6. Nhận xột và đỏnh giỏ chung về kết quả nghiờn cứu
- Thụng qua kết quả tớnh toỏn cõn bằng nước của hệ thống, xỏc định nguồn nước cung cấp cho toàn bộ hệ thống qua cỏc cụng trỡnh đầu mối hiện đỏp ứng đủ nhu cầu về nước ngày càng tăng của cỏc ngành trong hệ thống. Nhưng cụng trỡnh lấy nước chủ yếu tập trung phớa trong đồng nờn vựng trong đồng đủ và dư nước, vựng ven biển lại thiếu nước trầm trọng.
- Hệ thống cụng trỡnh dẫn nước và điều tiết trờn hệ thống đó xuống cấp gõy cản trở dũng chảy, tổn thất trong hệ thống. Trong nội đồng cú một số vựng cao, khụng thể cấp nước tự chảy phải sử dụng cỏc trạm bơm, cụng trỡnh điều tiết nội đồng. Nhiều cụng trỡnh cũng bị xuống cấp hư hỏng nặng, khụng đảm bảo được nhu cầu chuyển tải nước.
- Để đảm bảo chuyển tải đủ nước từ cụng trỡnh đầu mối cho cỏc vựng trong hệ thống cần cú biện phỏp cải tạo cụng trỡnh nội vựng.
85
CHƯƠNG 3
CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA MỘT SỐ BIỆN PHÁP CẢI TẠO NÂNG CẤP
CễNG TRèNH THỦY LỢI VÀ NÂNG CAO HIỆU QUẢ QUẢN Lí, KHAI THÁC HỆ THỐNG THỦY LỢI XUÂN THỦY
3.1. Nguyờn tắc chung khi đề xuất giải phỏp.
Đề xuất giải phỏp cải tạo, nõng cấp cụng trỡnh và nõng cao hiệu quả quản lý, khai thỏc của hệ thống thủy lợi núi chung và hệ thống hệ thống thủy lợi Xuõn Thủy núi riờng phải đỏp ứng cỏc yờu cầu cơ bản sau:
1) Phự hợp với quy hoạch phỏt triển kinh tế - xó hội của tỉnh Nam Định và quy hoạch phỏt triển kinh tế - xó hội của huyện Xuõn Trường và Giao Thủy đến năm 2020.
Hệthống thủy lợi Xuõn Thủy là một bộ phận của tỉnh Nam Định, phỏt triển kinh tế- xó hội của cỏc huyện trong hệ thống này gắn bú chặt chẽ với quỏ trỡnh phỏt triển của tỉnh Nam Định. Cải tạo nõng cấp cụng trỡnh và nõng cao hiệu quả quản lý, khai thỏc hệ thống thủy lợi Xuõn Thủy cũng là gúp phần ổn định và phỏt triển kinh tế - xó hội của địa phương trong hệ thống. Bởi vậy khi đề xuất cỏc giải phỏpthủy lợi cụ thể cần phải xem xột sự phự hợp của nú với quy hoạch phỏt triển kinh tế - xó hội của tỉnh Nam Định và của từng địa phương trong hệ thống.
2) Dựa trờn nguyờn lý giải cõn bằng nước cỏc mõu thuẫn đang tồn tại trờn hệ thống thủy lợi.
Kết quả nghiờn cứu cỏc chương trước của luận văn cho thấy quỏ trỡnh xõy dựng và phỏt triển, nội tại của hệ thống thủy lợi Xuõn Thủy đang tồn tại nhiều mõu thuẫn trong đú cú mõu thuẫn về yờu cầu cấp nước và khả năng đỏp ứng yờu cầu cấp nước cho cỏc đối tượng sử dụng nước trờn hệ thống. Trước đõy hệ thống này chỉ cú
86
nhiệm vụ chớnh là cấp nước và tạo nguồn cấp cho một đối tượng sử dụng duy nhất là nụng nghiệp thỡ ngày nay, ngoài nụng nghiệp cũn cú nhiều đối tượng tiờu thụ nước khỏc cũng cú yờu cầu được cấp nước và sử dụng nước từ hệ thống thủy lợi Xuõn Thủy. Yờu cầu cấp nước của cỏc đối tượng nàyngày một cao trong khi đú khả năng cấp nước của cỏc cụng trỡnh thủy lợi đó cú trong hệ thống chỉ cú hạn và phụ thuộc vào chế độ mực nước tại nguồn cấp là sụng Hồng, sụng Ninh Cơ. Do vậy, xem xột giải quyết cõn bằng cỏc mõu thuẫn đang tồn tại trờn hệ thống thủy lợi này để làm cơ sở đề xuất cỏc giải phỏp cải tạo nõng cấp cụng trỡnh và nõng cao hiệu quả quản lý, khai thỏc hệ thống thủy lợi Xuõn Thủy là phự hợp.
3.2. Giải phỏp cụng trỡnh
3.2.1. Khỏi quỏt về cỏc giải phỏp đề xuất
Cú rất nhiều giải phỏp cụng trỡnh cú thể đề xuất ỏp dụng nhằm cải tạo, nõng cấp cụng trỡnh và nõng cao hiệu quả quản lý, khai thỏc cỏc hệ thống thủy lợi núi chung và hệthống thủy lợi Xuõn Thủy núi riờng. Cỏc giải phỏp đề xuất cú thể khỏi quỏt lại thành cỏc nhúm chớnh sau đõy:
1) Xõy dựng bổ sung thờm cụng trỡnh đầu mối lấy nước: Giải phỏp được ỏp dụng trong trường hợp nguồn nước cú khả năng cấp cho hệ thống rất dồi dào nhưng năng lực cấp nước của cỏc cụng trỡnh đầu mối đó cú khụng đỏp ứng đủ yờu cầu