Đang tải... (xem toàn văn)
Lưu vực sông (LVS) Nhuệ - Đáy là một trong những LVS lớn của nước ta, có vị trí địa lý đặc biệt; đa dạng và phong phú về các hệ sinh thái và tài nguyên; đóng vai trò đặc biệt quan trọng trong nền kinh tế của cả nước nói chung, của vùng đồng bằng sông Hồng nói riêng. LVS Nhuệ - Đáy nằm ở hữu ngạn sông Hồng với tổng diện tích tự nhiên 7.388 km2 (riêng LVS Đáy là 6.965 km2 ), nằm 200 - 210 20’ vĩ độ Bắc, và 1050 - 1050 30’ kinh độ Đông. LVS Nhuệ - Đáy bao gồm các tỉnh/TP: Hà Nam, Nam Định, Ninh Bình, một phần của TP. Hà Nội và 5 huyện của tỉnh Hòa Bình.
NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG HỆ THỐNG ĐO LƯU LƯỢNG NƯỚC TỰ ĐỘNG TẠI LƯU VỰC SÔNG NHUỆ - ĐÁY Nguyễn Hữu Thắng (1) Hà Thanh Liêm Vũ Văn Phương Nguyễn Mạnh Khải Floydng, Justin.stockley TÓM TẮT Lưu vực sông (LVS) Nhuệ - Đáy LVS lớn nước ta, có vị trí địa lý đặc biệt; đa dạng phong phú hệ sinh thái tài ngun; đóng vai trò đặc biệt quan trọng kinh tế nước nói chung, vùng đồng sơng Hồng nói riêng LVS Nhuệ - Đáy nằm hữu ngạn sông Hồng với tổng diện tích tự nhiên 7.388 km2 (riêng LVS Đáy 6.965 km2), nằm 200 - 21020’ vĩ độ Bắc, 1050 - 105030’ kinh độ Đông LVS Nhuệ - Đáy bao gồm tỉnh/TP: Hà Nam, Nam Định, Ninh Bình, phần TP Hà Nội huyện tỉnh Hòa Bình Hiện nay, số liệu đầy đủ lưu lượng nước sông Nhuệ - Đáy phục vụ công tác nghiên cứu khoa học cơng tác quản lý hạn chế Cả LVS Nhuệ - Đáy có - trạm thủy văn nhiên số liệu thủy văn, lưu lượng nước Để cung cấp đầy đủ số liệu lưu lượng nước, độ sâu, hình thái thủy văn, nhóm nghiên cứu ứng dụng, thử nghiệm hệ thống đo lưu lượng nước tự động River Surveyor M9 hãng Sontek số điểm LVS Nhuệ - Đáy Từ khóa: Lưu lượng, mực nước, hình thái thủy văn, LVS Nhuệ - Đáy, Sontek, River Surveyor M9 Đặt vấn đề Từ năm 2006 đến nay, Cục BVMT trước Tổng cục Môi trường xây dựng phê duyệt 13 chương trình tổng thể quan trắc mơi trường nước LVS Việt Nam: Cầu, Nhuệ - Đáy, Hồng, Thái Bình - Đà, Mã - Chu, Vu Gia - Thu Bồn, Cả - La… Trong thành phần quan trắc mơi trường chương trình LVS chưa có thành phần thủy văn mực nước, lưu lượng nước Nguyên nhân số liệu thủy văn hạn chế thiếu trang thiết bị, nhân lực quan trắc thông số thủy văn Đây thành phần quan trọng cần thiết để phục vụ công tác đánh giá quản lý môi trường nước LVS Việt Nam Từ đến nay, Tổng cục Môi trường công tác quan trắc môi trường LVS lớn Việt Nam chủ yếu thực quan trắc môi trường nước LVS tập trung chất lượng nước, nồng độ ô nhiễm, chưa gắn kết thông số số lượng nước Ngày 29/12/2017, Bộ TN&MT ban hành Thông tư số 76/2017/TT-BTNMT quy định đánh giá khả tiếp nhận nước thải, sức chịu tải nguồn nước sông, hồ Để tính tốn sức chịu tải, tổng thải lượng ô nhiễm LVS làm sở cho cấp phép xả thải, phân bổ hạng ngạch ô nhiễm công tác quan trắc lưu lượng mực nước sông, hồ cần thiết Năm 2017, Trung tâm Quan trắc môi trường (Tổng cục Môi trường) triển khai đề tài: “Nghiên cứu, ứng dụng hệ thống đo lưu lượng nước tự động nhằm đánh giá diễn biến lưu lượng nước mực nước LVS Nhuệ - Đáy, đồng thời, đề xuất triển khai áp dụng hệ thống cho LVS khác Việt Nam” Mục tiêu nghiên cứu ứng dụng hệ thống đo lưu lượng nước tự động RiverSurveyor M9 số điểm LVS Nhuệ - Đáy nhằm cung cấp số liệu liệu lưu lượng nước, phục vụ đánh giá tổng hợp chất lượng tổng hợp nước LVS Nhuệ - Đáy, đồng thời làm sở để triển khai ứng dụng hệ thống sông khác Việt Nam Trung tâm Quan trắc môi trường, Tổng cục Môi trường Khoa Môi trường, Trường ĐH Khoa học Tự nhiên, ĐH Quốc gia Hà Nội Tập đoàn Xylem 20 Chuyên đề II, tháng năm 2018 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ Đối tượng phương pháp nghiên cứu 2.1 Đối tượng nghiên cứu Hệ thống đo lưu lượng nước tự động River Surveyor M9 (Thiết bị M9) hệ thống sử dụng SmartPulseHD® độc quyền SonTek, sử dụng cơng nghệ sóng âm đa tần số hợp với hệ thống điều khiển có khả đo liên tục lưu lượng nước mực nước với độ sâu mực nước khác Hệ thống sử dụng hiệu ứng Doppler để xác định lưu tốc dòng nước Hiệu ứng Doppler (hoặc dịch chuyển Doppler) thay đổi tần số bước sóng sóng cho người quan sát di chuyển so với nguồn sóng Nó đặt tên theo nhà vật lý người Áo Christian Doppler, người mơ tả tượng vào năm 1842 ▲Hình Hiệu ứng Doppler Hiệu ứng Doppler phát nguồn sóng di chuyển tới người quan sát, đỉnh sóng tiếp nối phát từ vị trí gần người quan sát so với sóng trước Do đó, sóng thời gian để tiếp cận người quan sát so với sóng trước Do đó, thời gian xuất đỉnh sóng quan sát viên giảm, làm tăng tần số Trong họ di chuyển, khoảng cách mặt trận sóng giảm đi, đó, sóng "bó sát nhau" Ngược lại, nguồn sóng di chuyển khỏi người quan sát, sóng phát từ vị trí xa so với sóng trước đó, thời gian đến sóng liên tiếp tăng lên, làm giảm tần số Khoảng cách mặt trận sóng tiếp nối sau tăng lên, sóng "lan rộng" Đối với sóng truyền mơi trường, chẳng hạn sóng âm, vận tốc người quan sát nguồn tương đối so với môi trường truyền sóng Do đó, tổng Doppler phát sinh từ chuyển động nguồn, chuyển động người quan sát chuyển động môi trường Mỗi hiệu ứng phân tích riêng Đối với sóng khơng đòi hỏi mơi trường, chẳng hạn ánh sáng lực hấp dẫn thuyết tương đối tổng quát, cần cân tương đối vận tốc người quan sát ▲Hình Hiệu ứng Doppler cho ngồn phát sóng (Nguồn: https://en.wikipedia.org/wiki/Doppler_effect) ▲Hình Hệ thống đo lưu lượng nước tự động sử dụng hiệu ứng Doppler Thiết bị M9 sử dụng sóng siêu âm để đo lưu lượng dòng chảy, tín hiệu siêu âm phát theo chu kỳ gọi “Ping” truyền vào nước, lượng phát tán lơ lửng nước, phần quay lại thiết bị M9 Trong thiết bị M9 có sensor đo thay đổi cường độ âm phản hồi (vọng lại), quãng thời gian phản hồi sóng siêu âm tỷ lệ với quãng đường lan truyền nước nên ta xác định vận tốc lớp nước theo thời điểm phản hồi tương ứng ▲Hình Giao diện phần mềm River Surveyor Live hệ thống đo lưu lượng nước tự động Chuyên đề II, tháng năm 2018 21 2.2 Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp tổng hợp phân tích hệ thống: + Sử dụng phương pháp giúp đánh giá thông tin cách toàn diện sở khoa học phương pháp, công nghệ quan trắc lưu lượng mực nước thiết bị tự động + Tổng hợp, đánh giá kết đo thử nghiệm, so sánh qua đề xuất hệ thống đo lưu lượng mực nước tự động phù hợp điều kiện Việt Nam - Phương pháp chuyên gia: Thông qua việc sử dụng ý kiến góp ý chuyên gia chuyên sâu lĩnh vực quan trắc, thủy văn, môi trường nhà quản lý qua đưa phân tích đánh giá phù hợp, hiệu cho hệ thống - Phương pháp kế thừa: Đề tài sử dụng có tính kế thừa tài liệu, tư liệu, kết nghiên cứu cơng trình ngồi nước để khái qt hóa bổ sung thêm thông tin trạng công nghệ, phương pháp quan trắc lưu lượng mực nước tự động Tham khảo, áp dụng văn pháp quy, tiêu chuẩn kỹ thuật, báo, công bố khoa học nước lưu lượng mực nước tự động - Kết đo thử nghiệm số điểm LVS Nhuệ - Đáy ▲Hình Kết quan trắc lưu lượng, độ sâu tự động cầu Quế - sơng Đáy ▲Hình Kết quan trắc lưu lượng, độ sâu tự động trạm bơm Thanh Nộn - sông Đáy Kết nghiên cứu Sau nghiên cứu tính Hệ thống, Trung tâm xây dựng Quy trình thao tác chuẩn cho Hệ thống (SOP) Trung tâm tiến hành đo đạc thực tế 19 vị trí lựa chọn LVS Nhuệ - Đáy Đây vị trí thuận tiện an tồn cho cơng tác quan trắc, có thuyền điểm quan trắc đại diện cho LVS: điểm sông Nhuệ (Cầu Hồng Phú), 14 điểm sông Đáy (Cầu Quế - CNC Thi Sơn, trạm bơm Thanh Nộn, cầu Đọ Xá, cầu phao Kiện Khê, Thanh Tân, Nhà máy Xi măng Việt Trung, Trung Hiếu Hạ, Độc Bộ, Yên Trị, Đò Mười, Gián Khẩu, Cầu Non Nước, Khánh Phú, Cửa Đáy), điểm sông Đào (Đền Độc Bộ, trạm bơm ▲Hình Kết quan trắc lưu lượng, độ sâu tự động Cốc Thành, trạm bơm Kênh Gia) điểm sông Sắt Kiện Khê, sông Nhuệ - sơng Đáy (n Trị sơng Sắt) ▲Hình Bản đồ vị trí đo lưu lượng LVS Nhuệ sông Đáy 22 Chuyên đề II, tháng năm 2018 ▲Hình Kết quan trắc lưu lượng, độ sâu tự động Trung Hiếu Hạ, sông Nhuệ - sông Đáy KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ Kết luận Qua kết đo thử nghiệm Hệ thống đo lưu lượng nước tự động River Surveyor M9 số điểm LVS Nhuệ - Đáy cho thấy, hệ thống đáp ứng tốt yêu cầu kỹ thuật phù hợp công tác trường Hệ thống có khả đo liên tục, tự động mực nước, tốc độ dòng nước lưu lượng nước Đồng thời, hệ thống đo xác định hình thái lòng sơng vị trí đo Qua kết quả, xác định vị trí có lưu lượng thấp, lưu lượng cao độ sâu mực nước khác TÀI LIỆU THAM KHẢO Lê Thị Hường, Nguyễn Thanh Sơn, 2010 “Ứng dụng mô hình NAM khảo sát trạng tài nguyên nước LVS Nhuệ - Đáy” Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn Môi trường, Trường ĐH Khoa học Tự nhiên Nguyễn Thanh Sơn, Đặng Quý Phượng (2003) Giáo trình " Đo đạc chỉnh lí số liệu thuỷ văn" NXB ĐH Quốc gia Hà Nội Nguyễn Quang Đoàn (2013) “Các Thiết bị đo lường” Thư viện Học liệu mở Việt Nam (VOER) S Satomurai, Study of the flow patterns in peripheral arteries by ultrasonics, J Acoust Soc Japan, vol 15, pp 151-158, 1959 Hệ thống nhỏ gọn dễ sử dụng đo thuyền, dùng dây căng cầu Hệ thống hoàn toàn tự động hiển thị kết hình Bên cạnh ưu điểm thiết bị, kết xác, vận hành hệ thống cần loại bỏ số yếu tố ảnh hưởng đến độ xác thiết bị: Không sử dụng thuyền kim loại, thiết bị thuyền cần hiệu chuẩn kỹ trước đo nhằm loại bỏ yếu tố tác động môi trường xung quanh đến thiết bị đo, vị trí đo cần thực đo tối thiểu lần đo■ Y Takeda, Velocity profile measurement by ultrasound Doppler shift method, Int J Heat Fluid Flow, vol 7, pp 313-318, 1986 I.A Hein, J.T Chen, W.K Jenkins, and W.D O’Brien, Jr., A real-time ultrasound time-domain correlation blood flowmeter: Part I Theory and Design, IEEE Trans Ultrason Ferro Freq Contr., vol 40, pp 768-775, 1993 Y Takeda, Ultrasonic Velocity Profiler - from present to future, Proc 5th Intl Symp on Ultrasonic Doppler Method for Fluid, Mechanics and Fluid Eng Zurich, Switzerland, 2006 D Augenstein and J Regan, The basis for a 1% power increase: LEFM3 technology, Proc 8th Int Conf Nucl Eng., ICONE-8575, Baltimore, 2000 RESEARCH AND APPLICATION OF AUTOMATIC FLOW RATE MONITORING SYSTEM IN NHUỆ - ÐÁY RIVER BASIN Nguyễn Hữu Thắng, Hà Thanh Liêm, Vũ Văn Phương Centre for Environmental Monitoring, Vietnam Environment Administration Nguyễn Mạnh Khải Faculty of Environmental Science, Vietnam National University of Science Floydng, Justin.stockley Xylem group ABSTRACT Nhuệ - Đáy river basin is one of the big river basins in Việt Nam with a special location and diverse and rich ecology and natural resources Nhuệ - Đáy River Basin plays an important role in the economy of the Red River Delta and the country Nhuệ - Đáy River Basin is on the right of the Red River with a total area of 7,388 km2 (Đáy basin is 6,965 km2), located at 20°-21°20'N, and 105°-105°30'E Nhuệ - Đáy River Basin covers Hà Nam, Nam Định, Ninh Bình, part of Hà Nội and five districts of Hòa Bình province At the moment, data on Nhuệ - Đáy river flow rates are quite limited for scientific research and management In the Nhuệ - Đáy River Basin there are only - hydrological stations, however hydrological and water flow data are limited To provide full data on water flow, depth and morphology, the research team has applied and tested the automatic water flow rate meter - River Surveyor M9 Sontek system at some points at the Nhuệ - Đáy river basin Key words: Flow rate, water level, river morphology, Nhuệ - Đáy river basin, Sontek, River Surveyor M9 Chuyên đề II, tháng năm 2018 23 ... vị trí đo lưu lượng LVS Nhuệ sông Đáy 22 Chuyên đề II, tháng năm 2018 ▲Hình Kết quan trắc lưu lượng, độ sâu tự động Trung Hiếu Hạ, sông Nhuệ - sông Đáy KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ ỨNG DỤNG CÔNG... CÔNG NGHỆ Kết luận Qua kết đo thử nghiệm Hệ thống đo lưu lượng nước tự động River Surveyor M9 số điểm LVS Nhuệ - Đáy cho thấy, hệ thống đáp ứng tốt yêu cầu kỹ thuật phù hợp công tác trường Hệ thống. .. ▲Hình Kết quan trắc lưu lượng, độ sâu tự động cầu Quế - sơng Đáy ▲Hình Kết quan trắc lưu lượng, độ sâu tự động trạm bơm Thanh Nộn - sông Đáy Kết nghiên cứu Sau nghiên cứu tính Hệ thống, Trung tâm