1 LỜI CẢM ƠN Luận văn “Nghiên cứu, lập quy trình vận hành tiêu nước cho hệ thống thủy lợi huyện Yên Phong, tỉnh Bắc Ninh” hoàn thành Trường Đại học Thuỷ lợi Sau thời gian miệt mài nghiên cứu hướng dẫn tận tình thầy giáo TS Nguyễn Văn Tài, giúp đỡ bạn bè, đồng nghiệp quan ban ngành Luận văn tơi hồn thành Xin cảm tạ lịng người thân u gia đình động viên, giúp đỡ gửi gắm Cảm ơn Phòng đào tạo, Khoa Kỹ thuật Tài nguyên nước, Trường Đại học Thuỷ lợi, Công ty TNHH MTV KTCTTL Nam Hà Nam bè bạn, đồng nghiệp chia sẻ khó khăn, tạo điều kiện thuận lợi cho tơi học tập hồn thành Luận văn Từ đáy lịng mình, tác giả chân thành cám ơn Tiến sĩ Nguyễn Văn Tài người hướng dẫn khoa học giúp tơi hồn thành luận án Hà Nội, ngày 22 tháng năm 2015 TÁC GIẢ Đinh Thị Thu Hằng LỜI CAM ĐOAN Tên tác giả: Đinh Thị Thu Hằng Học viên cao học lớp: 21Q21 Người hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Văn Tài Tên đề tài luận văn: “Nghiên cứu, lập quy trình vận hành tiêu nước cho hệ thống thủy lợi huyện Yên Phong, tỉnh Bắc Ninh” Tác giả xin cam đoan đề tài luận văn dựa số liệu, tư liệu thu thập từ nguồn gốc thực tế, công bố báo cáo quan nhà nước, tạp chí chuyên ngành…để làm sở nghiên cứu Tác giả không chép luận văn đề tài khoa học nghiên cứu trước Hà Nội, ngày 22 tháng năm 2015 TÁC GIẢ Đinh Thị Thu Hằng MỤC LỤC CHƯƠNG I TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ TIÊU THOÁT LŨ VÀ HỆ THỐNG HỆ THỐNG THỦY LỢI HUYỆN YÊN PHONG -TỈNH BẮC NINH 14 1.1 Tổng quan nghiên cứu tiêu thoát lũ áp dụng từ trước đến 14 1.1.1 Tổng quan nghiên cứu giới .14 1.1.2 Tổng quan nghiên cứu Việt Nam 16 1.2 Tổng quan hệ thống thủy lợi huyện Yên Phong 18 1.2.1 Đặc điểm tự nhiên 18 1.2.2 Dân sinh kinh tế xã hội vùng 24 1.2.3 Hiện trạng công trình tiêu hệ thống thủy lợi huyện Yên Phong .25 1.3 Phân vùng, phân khu tiêu hệ thống thủy lợi huyện Yên Phong .27 1.4 Thực trạng quản lý khai thác hệ thống thủy lợi huyện Yên Phong 29 1.4.1 Thực trạng khu tưới 29 1.4.2 Đặc điểm khu tiêu 31 1.5 Cơ cấu sử dụng đất hệ thống 32 1.6 Hiện trạng môi trường nước hệ thống .37 1.7 Hiện trạng ngập úng hệ thống 37 1.8 Các tiêu phát triển ngành cần tiêu nước 38 1.8.1 Hiện trạng phát triển ngành .38 1.8.2 Phát triển ngành tiêu nước .41 1.9 Đánh giá quy trình vận hành tiêu trạng hệ thống thủy lợi huyện Yên Phong 43 1.10 So sánh khả tiêu thoát nước phục vụ hệ thống so với quy hoạch 44 KẾT LUẬN CHƯƠNG .45 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN ĐỂ ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH VẬN HÀNH TIÊU NƯỚC CHO HỆ THỐNG 47 2.1 Hiện trạng sử dụng đất hệ thống thủy lợi huyện Yên Phong-tỉnh Bắc Ninh phương hướng phát triển kinh tế vùng 47 2.1.1 Hiện trạng sử dụng đất huyện Yên Phong .47 2.1.2 Phương hướng phát triển kinh tế vùng 48 2.2 Phân tích xác định nhu cầu tiêu nước ngành kinh tế hệ thống thủy lợi huyện Yên Phong-tỉnh Bắc Ninh .51 2.2.1 Nhu cầu tiêu nước mặt 51 2.2.2 Nhu cầu tiêu nước thải 52 2.3 Phân tích đánh giá khả tiêu nước hệ thống 53 2.3.1 Mơ hình mưa tiêu thiết kế 53 2.3.2 Mơ hình mực nước tiêu thiết kế 53 2.3.3 Tính tốn thủy lực 54 2.4 Phân tích đánh giá khả tiêu thoát nước hệ thống yêu cầu phát triển thủy lợi 76 2.4.1 Phương pháp tính ruộng tiêu tự chảy 76 2.4.2 Thuật toán cơng trình Thuỷ lợi 77 2.5 Tính tốn cân nước 78 2.5.1 Tính nhu cầu tiêu nước thải 78 2.5.2 Tính tốn nhu cầu tiêu nước cho hệ thống 78 KẾT LUẬN CHƯƠNG .91 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH VẬN HÀNH TIÊU NƯỚC CHO HỆ THỐNG 92 3.1 Phân vùng - phân khu tiêu nước, đánh giá khả tiêu nước 92 3.1.1 Cơ sở lập quy trình vận hành phân vùng tiêu 92 3.1.2 Kết phân vùng tiêu huyện Yên Phong 92 3.2 Tính tốn đề xuất quy trình vận hành tiêu nước cho hệ thống ứng với trường hợp tính tốn 95 3.2.1 Vận hành tiêu nước mùa khô 95 3.2.2 Vận hành tiêu nước mùa mưa .97 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 101 TÀI LIỆU THAM KHẢO 103 PHỤ LỤC 104 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Vị trí huyện n Phong, tỉnh Bắc Ninh 18 Hình 2 Đường mô mực nước lớn mực nước thực đo .74 Hình 2.3 Chi tiết mơ hình hệ thống tiêu huyện n Phong 75 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Mạng lưới trạm khí tượng đo mưa .20 Bảng 1.2 Nhiệt độ khơng khí trung bình trạm Bắc Ninh 21 Bảng 1.3 Độ ẩm tương đối trung bình tháng trạm Bắc Ninh 21 Bảng 1.4 Bốc trung bình tháng trạm Bắc Ninh .21 Bảng 1.5 Tổng sổ nằng trung bình tháng trạm Bắc Ninh .21 Bảng 1.6 Tốc độ gió trung bình tháng trạm Bắc Ninh 22 Bảng 1.7 Lượng mưa trung bình tháng năm trạm Đáp Cầu .22 Bảng 1.8 Lượng mưa trung bình lớn quan trắc trạm Đáp Cầu 22 Bảng 1.9 Mực nước trung bình đo trạm Đáp Cầu 22 Bảng 1.10 Diện tích tự nhiên - Dân số - Mật độ dân số đơn vị hành huyện Yên Phong năm 2013 24 Bảng 1.11 Tổng hợp trạng công trình tiêu huyện Yên Phong .27 Bảng 1.13 Tổng hợp diện tích tưới tồn huyện n Phong 29 Bảng 1.14 Thống kê kênh tưới cấp I huyện Yên Phong .30 Bảng 1.15 Thống kê kênh tiêu cấp I huyện Yên Phong .32 Bảng 1.16 Hiện trạng sử dụng đất xã thuộc huyện Yên Phong tỉnh Bắc Ninh năm 2013 34 Bảng 1.17 Diện tích, suất, sản lượng loại trồng huyện Yên Phong tỉnh Bắc Ninh .38 Bảng 1.18 Thống kê số lượng gia súc, gia cầm 39 Bảng 1.19 Sản lương sản phẩm ngành thủy sản 40 Bảng 1.20 Số sở sản xuất công nghiệp .41 Bảng 1.21 Diện tích gieo trồng huyện Yên Phong 41 Bảng 1.22 Dự kiến phát triển chăn nuôi đến năm 2020 42 Bảng 2.1 Hiện trạng quy hoạch sử dụng đất huyện Yên Phong .47 Bảng 2.2 Kết tính tốn nhu cầu tiêu nước cho chăn ni 52 Bảng 2.4 Mơ hình mực nước ngày max thiết kế ứng với tần suất 5%, 10%, 15% 54 Bảng 2.5 Mơ hình mực nước ngày thiết kế ứng với tần suất 5%, 10%, 15% 54 Bảng số 2.7 Sơ đồ mạng sơng tính tốn thủy lực 57 Bảng số 2.8 Hệ thống nút tiêu thị xã Từ Sơn 59 Bảng số 2.9 Hệ thống nút tiêu huyện Yên Phong 60 Bảng số 2.10 Hệ thống nút tiêu huyện Tiên Du 60 Bảng số 2.11 Hệ thống nút tiêu huyện Quế Võ 61 Bảng số 2.12 Hệ thống nút tiêu thành phố Bắc Ninh 63 Bảng số 2.13 Số liệu địa hình lịng dẫn sơng .64 Bảng số 2.16 Số liệu hệ thống trạm bơm tiêu đầu mối 69 Bảng 2.17 Kết tính tốn mực nước lớn tính tốn thực đo 72 Bảng 2.18 Kết tính tốn mực nước đầu nút tiêu (xem phụ lục trang 105) 75 Bảng 2.19 Kết tính tốn lưu lượng nút tiêu huyện n Phong 75 Bảng 2.21 Kết tính tốn hệ số tiêu cho lúa với tần suất p=10% 81 Bảng 2.22 Kết tính tốn hệ số tiêu cho lúa với tần suất p=5% 81 Bảng 2.23 Kết tính tốn hệ số tiêu cho lúa với tần suất p=15% 82 Bảng 2.24 Kết tính tốn hệ số tiêu cho loại đất với tần suất p=10% .83 Bảng 2.25 Kết tính toán hệ số tiêu cho loại đất với tần suất p=5% 83 Bảng 2.26 Kết tính tốn hệ số tiêu cho loại đất với tần suất p=15% .84 Bảng 2.27 Kết tính tỷ lệ diện tích loại đất αi 84 Bảng 2.28 Kết tính hệ số tiêu sơ hệ thống với tần suất p=10% 85 Bảng 2.29 Kết tính hệ số tiêu sơ hệ thống với tần suất p=5% 86 Bảng 2.30 Kết tính hệ số tiêu sơ hệ thống với tần suất p=15% 86 Bảng 2.31 Kết tính tốn khả trữ tháo nước hệ thống 88 Bảng 2.32 Kết tính lại tỷ lệ diện tích loại đất αi có hồ điều hịa .88 Bảng 2.33 Kết tính lại hệ số tiêu sơ cho hệ thống có hồ điều hịa 89 với tần suất p=10% 89 Bảng 2.34 Kết tính lại hệ số tiêu sơ cho hệ thống có hồ điều hòa 89 với tần suất p=5% 89 Bảng 2.35 Kết tính lại hệ số tiêu sơ cho hệ thống có hồ điều hịa 89 với tần suất p=15% 89 Bảng 2.36 Kết tính tốn hệ số tiêu thiết kế 90 Bảng 2.37 Kết tính lượng nước thời gian tiêu trường hợp .90 thiết kế với tần suất p=10% 90 Bảng 3.1 Số liệu cơng trình đầu mối hệ thống cơng trình tiêu huyện n Phong .93 Bảng 3.2 Số liệu thông số cống đầu mối kênh tiêu 94 Bảng 3.3 Kết tính tốn lượng nước thời gian bơm tiêu khu trũng 96 Bảng 3.4 Mơ hình lượng mưa thiết kế ngày max, với tần suất p =15% 97 Bảng 3.5 Mơ hình mực nước thiết kế ngày max, với tần suất p=15% .97 Bảng 3.6 Lượng nước thời gian tiêu mưa nhỏ mưa thiết kế .98 Bảng 3.7 Mơ hình lượng mưa thiết kế ngày max, với tần suất p = 5% .98 Bảng 3.8 Mô hình mực nước thiết kế ngày max, với tần suất p=5% 99 Bảng 3.9 Lượng nước thời gian tiêu mưa lớn mưa thiết kế 99 Bảng 3.10 Lượng nước thời gian tiêu có tin bão áp thấp nhiệt đới .100 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT BH Bể hút CD Chuyên dùng ĐHTL Đại học thủy lợi ĐT Điều tiết GDP Tổng sản phẩm nội địa (Gross domestic product) GPMB Giải phóng mặt HTX Hợp tác xã HTCTTL Hệ thống cơng trình thủy lợi KTCTTL Khai thác cơng trình thủy lợi KCN Khu cơng nghiệp MTV Một thành viên NXB Nhà xuất NN Nông nghiệp PTNT Phát triển nông thôn QCVN Quy chuẩn Việt Nam SX Sản xuất TP Thành phố TN Tư nhân UBND Ủy ban nhân dân TB Trạm bơm TNHH MTV Trách nhiệm hữu hạn thành viên OECD Tổ chức hợp tác phát triển kinh tế 10 MỞ ĐẦU SỰ CẦN THIẾT CỦA ĐÊ TÀI Hệ thống thủy lợi huyện Yên Phong - tỉnh Bắc Ninh Công ty TNHH MTV KTCTTL Bắc Đuống (gọi tắt Công ty Bắc Đuống) phụ trách thuộc vùng đồng Bắc Bộ có nhiệm vụ tiêu cho 8.696ha đất tự nhiên, nằm gọn vùng châu thổ Sông Hồng nên hoạt động lưu vực sông Hồng ảnh hưởng đến trình khai thác phát triển nguồn nước vùng Trong thời gian qua, hệ thống thủy lợi phục vụ tốt cho sản xuất nơng nghiệp, góp phần nâng cao suất trồng, ổn định sản xuất Tuy nhiên đến hệ thống có nhiều tồn bất cập: + Do hệ thống xây dựng chủ yếu từ năm 60 kỷ trước, qua nửa kỷ hoạt động nên nhiều cơng trình hệ thống bị xuống cấp nghiêm trọng, mặt khác hệ thống lại không đồng gây lãng phí nước Một số cơng trình hợp tác xã tự xây dựng tự quản lý, nhiều kinh phí đầu tư nên cơng trình cịn dở dang bị xuống cấp khơng tu bổ hiệu phục vụ cơng trình thấp; + Trong năm gần đây, với phát triển kinh tế-xã hội, tốc độ thị hóa diễn nhanh chóng nước, HTTL huyện n Phong có nhiều khu cơng nghiệp khu thị hình thành, diện tích đất nông nghiệp bị thu hẹp, chuyển cho loại hình sử dụng đất khác, san lấp nhiều ao hồ khu trữ nước Chính điều làm giảm hiệu tiêu thoát nước hệ thống dẫn đến tình trạng ngập úng ngày gia tăng; + Do chịu ảnh hưởng biến đổi khí hậu nói chung, nên khí hậu vùng nghiên cứu ngày khắc nhiệt: Khơ hạn kéo dài ngập lụt nghiêm trọng mưa phân bố khơng theo thời gian khu vực vùng Tình hình ngập úng vùng phụ thuộc vào lượng mưa kết hợp với lũ sông Khi mực nước lũ lên đến báo động đồng nước dâng lên cao, việc tiêu tự chảy bị hạn chế lúc tiêu động lực chính; 99 Tài liệu mực nước thiết kế năm điển hình 2008 trạm Đáp Cầu, với tần suất 5%, Bảng 3.8 Mơ hình mực nước thiết kế ngày max, với tần suất p=5% P(%) H(mm) 5% H tk Ngày Ngày 478 638 Ngày Ngày 690 Ngày Ngày 678 674 Ngày 654 596 (Theo quy hoạch chi tiết phát triển HTCTTL giai đoạn 2011÷ 2020 huyện n Phong) Ta tính tốn lưu lượng thiết kế q = 10,75 (l/s/ha) Tính tốn lượng nước tiêu thời gian tiêu trạm bơm đầu mối hoạt động đồng thời với công suất hoạt động 75%; Lượng nước tiêu chủ động (m3) = (Hệ số tiêu)x(Diện tích cần tiêu thiết kế)x (7x24x3,6); Thời gian tiêu (ngày) = (Lượng nước cần tiêu x % diện tích mà hệ thống tiêu chủ động được)/((Tổng lưu lượng TB đầu mối)x(24x0,75)) Bảng 3.9 Lượng nước thời gian tiêu mưa lớn mưa thiết kế STT Vùng tiêu Hệ số Tổng lưu tiêu lượng TB thiết kế đầu mối (l/s-ha) (m3/h) Diện tích cần tiêu (ha) Lượng Số phần nước tiêu trăm diện chủ động tích tiêu (m3) chủ động (ngày) Thời gian tiêu Vọng Nguyệt 10,75 36.000 1.940 4540.717 0,35 6,81 Phấn Động 10,75 46.000 2.270 5.608.280 0,39 6,95 Vạn An 10,75 244.800 4.756 30.612.394 0,99 6,95 Tính 411ha 10,75 244.800 5.167 30.570.328 0,91 6,94 Vậy trường hợp mưa lớn mưa thiết kế hệ thống cơng trình đầu mối khu tiêu chưa đảm bảo yêu cầu tiêu Do cần tranh thủ triệt để mực nước sông thấp đồng để tiêu tự chảy qua cống đầu mối giảm thiệt hại thiên tai gây trồng xuống mức thấp 3.2.2.3 Trường hợp tiêu nước đệm có tin bão áp thấp nhiệt đới 3.2.2.3.1 Trình tự vận hành cơng trình tiêu Như bảng 3.2 Khi có tin bão gần, áp thấp nhiệt đới tiến hành mở tất cống tiêu đầu mối mực nước sông Cầu xuống thấp, mực nước sơng Cầu cao đóng cơng tiêu tiêu băng động lực, tiến hành bơm tiêu hết lớp nước mặt ruộng đất trồng lúa nhiều trường hợp tiêu đệm 100 dao hai lưỡi gây hạn hán cho vùng tiến hành bơm tiêu hết lớp mước đệm mà khơng có mưa; Đặc biệt sơng Ngũ huyện Khê có vai trị trữ nước tốt, trạm bơm sông Ngũ Huyện Khê vận hành mực nước sơng Ngũ Huyện Khê