Luận văn Nghiên cứu ứng dụng mô hình mike 11 mô phỏng nguồn nước phục vụ vận hành hệ thống thủy nông thác huống

Việt Yên và một phần Thành phố Bắc Giang (tỉnh Bắc Giang). 1.3.7.1. Dân số và xã hội Vùng dự án nằm trong HTTL sông Cầu bao gồm 81 xã (phường) trong đó huyện Phú Bình là: 9/21, huyện Hiệp Hòa 26/26, huyện Tân Yên là : 24/24, huyện Việt Yên là : 19/19, TP Bắc Giang là : 3/11 (Huyện Phú Bình có 9 xã ven kênh Chính là xã Đồng Liên, Đào Xá, Lương Sơn, TT Hương Sơn, Bảo Lý, Xuân Phương, Kha Sơn, Dương Thanh và Tân Đức). Đây là vùng khá đông dân cư, mật độ dân số trung bình toàn vùng khoảng 1034 người/km2. 1.3.7.2. Tình hình sử dụng đất và sản xuất nông nghiệp Đây là khu vực thuần nông, sản xuất nông nghiệp là chủ yếu và có vị trí quan trọng đối với đời sống của nhân dân. Những năm gần đây diện tích đất nông nghiệp ngày một giảm dần. Tình hình sản xuất nông nghiệp của khu vực dự án chủ yếu phụ thuộc nhiều về nguồn nước, nhất là những tháng mùa khô. Những năm gần đây do nguồn nước không được chủ động, thường xuyên thiếu nước chậm thời vụ, tình trạng ngập úng xảy ra ở nhiều nơi, năng suất cây trồng không cao, năng suất lúa bình quân của các huyện thuộc tỉnh Bắc Giang là 49,75 tạ/ha, của huyện Phú Bình là 46,45 tạ/ha. Dự án: Sửa chữa, nâng cấp Hệ thống thủy lợi Thác Huống, tỉnh Bắc Giang ra đời sẽ chủ động hơn về nguồn nước tưới cho toàn bộ lưu vực dự án và đảm bảo lượng nước cũng như chất lượng nước tưới cho nông nghiệp, đồng thời đảm bảo tiêu chủ động phần lớn diện tích lưu vực. Năng suất cây trồng từ đó được đảm bảo nâng cao và ổn định hơn, nguồn nước được đảm bảo về trữ lượng và chất lượng, môi trường sinh thái trong lưu vực dự án được cải thiện. 1.3.7.3. Tình hình phát triển công nghiệp Công nghiệp địa phương tập trung ở các thị trấn chủ yếu kinh doanh vật liệu xây dựng, bán hàng phục vụ sản xuất nông nghiệp và tiêu dùng. Có một số nhà máy quy mô nhỏ, đang hình thành tại khu công nghiệp Đức Thắng của huyện Hiệp Hoà, 21 khu công nghiệp Đình Trám huyện Việt Yên. Ngành nghề dự kiến là may mặc và sản xuất bia địa phương. 22 CHƯƠNG II PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ CƠ SỞ DỮ LIỆU 2.1. Cơ sở lý thuyết mô hình MIKE 11 2.1.1. Mô hình MIKE 11 Giới thiệu chung: MIKE11 là mô hình thủy động lực học một chiều được sử dụng nhằm mô phỏng cũng như phân tích chi tiết, thiết kế, quản lý và vận hành cho sông và hệ thống kênh dẫn đơn giảm và phức tạp. 2.1.2. Cấu trúc của mô hình Đặc trưng cơ bản của mô hình MIKE 11 là cấu trúc modun tổng hợp với nhiều modun, trong đó mỗi modun mô phỏng một hiện tượng liên quan đến hệ thống sông. Các modun trong bộ MIKE 11:  Modun HD- thủy động lực học: Phần cốt lõi của MIKE 11, có khả năng : -Giải bài toán thủy động lực học Saint Venant cho kênh hở. -Giải bài toán song khuyếch tán, sóng động học cho sông kênh. -Giải bài toán Muskingum cho sông, kênh. -Tự động điều chỉnh điều kiện cho dòng chảy êm, xiết. -Mô phỏng hầu hết các loại công trình trên sông.  Modun MIKE 11 AD: Mô phỏng các hiện tượng phân tán, khuếch tán và đối lưu trong sông.  Modun MIKE 11 WQ: Giải quyết các vấn đề về chất lượng nước khác nhau như DO, BOD, chu trình N, P, phú dưỡng , kim loại nặng  Modun MIKE 11 ST: Nghiên cứu truyền tải bùn cát trong sông bao gồm cả vận chuyển bùn và không có cố kết. 2.1.3. Hệ phương trình cơ bản trong mô hình MIKE 11 Chế độ dòng chảy cho một đoạn sông đơn trong MIKE 11 được mô tả bằng hệ phương trình vi phân đạo hàm riêng Saint Venant (bao gồm phương trình liên tục và phương trình động lượng). - Phương trình liên tục: 23 q t A x Q       (2.1) - Phương trình động lượng: 0)( 2 2          RAC QgQ x h gA A Q xt Q  (2.2) Trong đó: B: chiều rộng mặt nước ở thời đoạn tính toán(m) h - Mực nước ở thời đoạn tính toán (m); t - Thời gian tính toán (s); Q - Lưu lượng dòng chảy qua mặt cắt (m3/s); x - Không gian (dọc theo chiều dòng chảy) (m); A - Diện tích mặt cắt ướt (m2); q - Lưu lượng đơn vị gia nhập theo chiều dài dọc sông (m2/s); C - Hệ số Chezy; n - Hệ số nhám; R - Bán kính thủy lực (m); y - Hệ số, theo Manning y = 1/6; g - Gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2; α - Hệ số động lượng. : Hệ số phân bố động lượng. Trong chương trình MIKE 11 hệ phương trình trên được biến đổi thành hệ phương trình sai phân hữu hạn ẩn và được giải cho các lưới điểm (tại mỗi nút). Phương trình Saint Venant ở trên được đơn giản hoá cho trường hợp mặt cắt ngang sông là hình chữ nhật. Mặt cắt sông tự nhiên thường không phải là hình chữ nhật, vì vậy mô hình Mike 11 chia mặt cắt thành nhiều hình chữ nhật nhỏ theo hướng ngang 24 và giải hệ phương trình trên cho những hình chữ nhật đó và sau đó tổng hợp lại (DHI 2000). 2.2. Công trình điều khiển trong hệ thống (kiểm soát hệ thống) Trong hệ thống tài nguyên nước, công trình điều khiển là công trình có thể vận hành theo ý người điều khiển để đạt được các mục tiêu về cấp nước và các yêu cầu sử dụng nước khác. Trong mô hình MIKE 11, công trình điều khiển có thể sử dụng khi dòng chảy qua một công trình được điều tiết bằng cách vận hành độ đóng mở của một cửa cống. Các đặc trưng của công trình điều khiển bao gồm: Vị trí (Location) của công trình; Thuộc tính (Attributes) của công trình, Định nghĩa kiểm soát (Control Definitions) của công trình trong đó các chiến lược kiểm soát sẽ được xác định thông qua bảng Thông tin chi tiết (Details) để thực hiện các chiến lược đề ra. Hình 2.1: Các đặc trưng của công trình điều khiển trong bài toán mô phỏng 2.2.1. Vị trí (Location) Tên nhánh sông (Branch name); Vị trí công trình trên sông (Chainage); Xác định chuỗi của công trình (ID); Kiểu công trình (Type). 25 - Kiểu công trình (Type) bao gồm 3 loại: Công trình trên dòng chính (Regular); Công trình bên (Side Structure); Công trình bên kết hợp với Hồ chứa (Side Structure + Reservoir). Dựa vào đặc điểm của từng loại công trình và ưu điểm của chúng, bài toán sử dụng công trình trên dòng chính (Regular) là loại công trình nội tại, do đó khi có dòng chảy qua công trình sẽ không cần bỏ qua lượng tổn thất ban đầu nào so với 2 loại công trình còn lại. 2.2.2. Thuộc tính (Attributes) bao gồm Loại cống (Gate Type); Số cửa cống (Number of gates); Độ mở cửa cống (Gate width ); Ngưỡng cống (Sill level); Vận tốc lớn nhất (Max.Speed); Giá trị ban đầu (Initial Value); Giá trị lớn nhất (Max Value). 2.2.3. Định nghĩa Kiểm soát (Control Definitions) Một chiến lược kiểm soát (Control strategy (CS)) sẽ xác định được sự vận hành cửa cống (đóng mở với khẩu độ như thế nào). Nó sẽ mô tả sự phụ thuộc của độ đóng mở của công trình với giá trị của điểm kiểm soát (Control points). Đối với một công trình cụ thể, chúng ta có thể đưa ra một loạt các chiến lược kiểm soát khác nhau bằng việc sử dụng một danh sách các câu lệnh “if”. Mỗi một câu lệnh này có thể được xác định bằng một hay nhiều điều kiện cần được thỏa mãn đồng thời nếu muốn câu lệnh đó được đánh giá là đúng (TRUE) và sau đó câu lệnh đó sẽ được thực hiện thay vì các câu lệnh khác. Do đó chúng ta có thể tạo ra các chính sách vận hành khác nhau tùy thuộc vào chế độ dòng chảy, thời gian, Ví dụ, cống sẽ đóng trong những thời đoạn mực nước sông cao và sẽ mở khi mực nước sông hạ thấp. Để xác định được một chiến lược kiểm soát (CS) cần xác định được 2 vấn đề: + Các điều kiện phải được thỏa mãn hoàn toàn khi chiến lược được thực hiện. + Bản thân Control Strategy (Bản thân Control Strategy là một mối quan hệ giữa biến không phụ thuộc (giá trị của CP) và một biến phụ thuộc (Giá trị của điểm mục tiêu (Target point: TPo)). Ví dụ: Giả định rằng độ mở của cống (Gate level: GL) được xác định bởi mực nước ở hạ du công trình. Điểm kiếm soát Control Strategy ở đây là điểm lưới ở 26 hạ du cống. Giá trị của mực nước tại điểm này sẽ xác định giá trị của điểm mục tiêu TP mà trong ví dụ này chính là độ mở cống. Lý do để sử dụng thuật ngữ điểm mục tiêu (TPo) thay cho độ mở cống (GL) như sau: Trong mô hình MIKE 11 có rất nhiều phương pháp tính toán (Calculation mode: CM) khác nhau, do đó độ đóng mở của công trình có thể được xác định một cách trực tiếp hoặc gián tiếp tùy thuộc vào tình huống và CM chúng ta lựa chọn. Giả dụ chúng ta muốn biết cống sẽ được vận hành như thế nào để duy trì mực nước ở thượng lưu của cống. Yêu cầu mực nước thượng nguồn có sự thay đổi theo mùa do sự thay đổi theo mùa của các nguy cơ rủi ro lũ lụt. Để làm được điều này trong MIKE 11, điểm kiểm soát (CP) là thời gian và điểm mục tiêu (TPo) là mực nước thượng nguồn. Cái cách để lấy (lấy thay bằng từ “đạt được”) từ mực nước yêu cầu đến GL được thực hiện bởi việc chọn phương pháp tính toán (Calculation Mode: CM) là Iterative solution (giải pháp lặp). Trong trường hợp này mô hình MIKE 11 sẽ lặp lại độ mở cống cho đến khi mực nước thượng nguồn đạt được giá trị yêu cầu. Để giải quyết bài toán này nội dung đưa vào chiến lược kiểm soát bao gồm 4 bước chính sau: Bước 1: Chọn phương án điều khiển cống. Ở đây chúng ta lựa chọn điều khiển cống dựa vào mực nước. Bước 2: Tại Detail -> Control strategies, thiết lập việc điều khiển cống dựa vào mực nước ở thượng lưu. Việc điều khiển cống đóng mở được xây dựng để tháo nước qua cống cũng như điều khiển cao trình cống. Việc mực nước khống chế cần đảm bảo mực nước ở thượng lưu. 27 Bước 3. Cũng tại mục Control strategies, nhập file dfs0 chứa thông tin về các thời gian đóng cống và mở cống. Ở đây thiết lập 2 giá trị 0, và 1 tương ứng với đóng cống và mở cống. Bước 4. Tại mục Control Definition, xác định vị trí mực nước trên kênh được lựa chọn để làm căn cứ điều khiển cống. 28 2.3. Yêu cầu về số liệu của mô hình Khi áp dụng mô hình MIKE 11 trong bài toán vận hành hệ thống thủy nông Thác Huống, các dữ liệu yêu cầu gồm các dữ liệu về mạng lưới sông và các công trình trong hệ thống, dữ liệu mặt cắt địa hình dọc theo mạng lưới đó, chuỗi số liệu về thủy văn của biên trên, biên dưới và khu giữa. Dựa trên yêu cầu của luận văn, tác giả đã thu thập số liệu và lập cơ sở dữ liệu phục vụ cho mô hình bao gồm: - Dữ liệu địa hình: + Bản đồ Hệ thống thủy nông Thác Huống. + Mặt cắt ngang các tuyến kênh được mô phỏng. - Dữ liệu thủy văn cho điều kiện biên: + Số liệu mực nước thực đo thượng lưu, hạ lưu, tại vị trí các cống dọc các kênh thuộc Hệ thống thủy nông Thác Huống. - Dữ liệu về công trình chính trên kênh và chuỗi số liệu vận hành các cống. 2.4. Các bước thực hiện Trên cơ sở số liệu đã thu thập được bao gồm số liệu mực nước tại vị trí các cống, diện tích các khu vực tưới, sơ đồ tưới cho toàn hệ thống, bảng phân lịch 29 tưới,... của công TNHHMTV-KTCTTL sông Cầu và Viện Quy hoạch Thủy lợi tác giả sẽ mô phỏng nguồn nước và đưa ra phương án vận hành các cống trên Hệ thống thủy nông Thác Huống để phục vụ cho sản xuất trong thời kỳ đổ ải và dưỡng lúa vụ chiêm xuân như sau: Hình 2.2: Sơ đồ mô phỏng nguồn nước và xây dựng phương án trên Hệ thống thủy nông Thác Huống Tài liệu mặt cắt Thiết lập các biên đầu vào cho mô hình Lập sơ đồ thủy lực Hiệu chỉnh xác định thông số cho mô hình Kiểm định mô hình Thu thập tài liệu Xây dựng phương án vận hành hu t Lựa chọn các năm để tính toán Tài liệu mực nước/lưu lượng 29 CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1. Đánh giá hiện trạng vận hành hệ thống 3.1.1. Đánh giá hiện trạng vận hành hệ thống Hiện trạng hệ thống được vận hành theo kinh nghiệm, lịch tưới được lập sẵn cho cả năm, cả vụ hay từng đợt rồi thông báo cho người vận hành và người sử dụng. Phương pháp này giúp người vận hành cũng như người sử dụng nước chủ động về thời gian vận hành. Lịch tưới của các khu được Công ty TNHH MTV KTCTTL sông Cầu lập cho giai đoạn I từ ngày 6/01/2014 đến ngày 03/3/2014 và giai đoạn II từ ngày 03/3/2014 đến ngày 31/5/2014 với tổng số ngày tưới của hai giai đoạn là 145 ngày. Lịch tưới chi tiết của các khu được thống kê trong bảng 3.1 và bảng 3.2 sau: Bảng 3.1: Lịch tưới vụ chiêm xuân giai đoạn I năm 2014 TT Tên khu tưới, tuyến kênh Thời gian tưới từ 06/01/2014 đến ngày 03/03/2014 Tổng số đợt tưới GĐ1 1 Khu I 6/01 - 8/01 20/01-22/01 3/02-5/02 17/02-19/02 4 2 Khu II 8/01 - 14/01 22/01 -28/01 05/02 - 11/02 19/02 -25/02 4 3 Khu II_1 08/01 -10/01 22/01 -21/01 05/02 - 07/02 19/02 -21/02 4 4 Khu II_2 08/01 -14/01 22/01 -28/01 05/02 - 11/02 19/02 -25/02 4 5 Khu II_3 08/01 -14/01 22/01 -28/02 05/02 - 11/02 19/02 -25/03 4 6 Khu II_4 10/01 -14/01 24/01 -28/01 07/02 - 11/02 21/02 -25/02 4 7 Khu III 14/01 -20/01 28/01 -03/02 11/02 - 17/02 25/02 -03/03 4 8 Khu III_1 14/01 -20/01 28/01 -03/02 11/02 - 17/02 25/02 -03/03 4 9 Khu III_2 14/01 -19/01 28/01 -02/02 11/02 - 16/02 25/02 -03/03 4 10 Khu III_3 14/01 -16/01 28/01 -30/01 11/02 - 13/02 25/02 -27/02 4 11 Khu III_4 16/01 -20/01 30/01 -03/02 13/02 - 17/02 27/02 -03/03 4 30 Bảng 3.2: Lịch tưới vụ chiêm xuân giai đoạn II năm 2014 TT Tên khu tưới, tuyến kênh Thời gian tưới từ 03/03/2014 đến ngày 31/05/2014 Tổng số đợt tưới GĐ 2 1 Khu I 3/03 - 5/03 17/03-19/03 31/03-02/04 14/04-16/04 7 2 Khu II 5/03 - 11/03 19/03 -25/03 02/04 - 08/04 16/04 -22/04 7 3 Khu II_1 05/03 -07/03 19/03 -21/03 02/04 - 04/04 16/04 -18/04 7 4 Khu II_2 05/03 -11/03 19/03 -25/03 02/04 - 08/04 16/04 -22/04 7 5 Khu II_3 05/03 -11/03 19/03 -25/03 02/04 - 08/04 16/04 -22/04 7 6 Khu II_4 07/03 -11/03 21/03 -25/03 04/04 - 08/04 18/04 -22/04 7 7 Khu III 11/03 -17/03 25/03 -31/03 08/04 - 14/04 22/04 -28/04 6 8 Khu III_1 11/03 -17/03 25/03 -31/03 08/04 - 14/04 22/04 -28/04 6 9 Khu III_2 11/03 -17/03 25/03 -31/03 08/04 - 14/04 22/04 -28/04 6 10 Khu III_3 11/03 -13/03 25/03 -27/03 08/04 - 10/04 22/04 -24/04 6 11 Khu III_4 13/03 -17/03 27/03 -31/03 10/04 - 14/04 24/04 -28/04 6 TT Tên khu tưới, tuyến kênh Thời gian tưới từ 03/03/2014 đến ngày 31/05/2014 Tổng số đợt tưới GĐ 2 1 Khu I 28/04 - 30/04 12/05-14/05 26/05-28/05 7 2 Khu II 30/06 - 06/05 14/05 - 20/05 28/05 - 31/05 7 3 Khu II_1 30/06 - 02/05 14/05 - 16/05 28/05 - 30/05 7 4 Khu II_2 30/06 - 06/05 14/05 - 20/05 28/05 - 31/05 7 5 Khu II_3 30/06 - 06/05 14/05 - 20/05 28/05 - 31/05 7 6 Khu II_4 02/05 - 06/05 16/05 -20/05 30/05 - 31/05 7 7 Khu III 06/05 - 12/05 20/05 - 26/05 6 8 Khu III_1 06/05 - 12/05 20/05 - 26/05 6 9 Khu III_2 06/05 - 12/05 20/05 - 26/05 6 10 Khu III_3 06/05 - 08/05 20/05 - 22/05 6 11 Khu III_4 08/05 - 12/05 22/05 - 26/05 6 31 + Khu I thời gian tưới giai đoạn I bắt đầu từ ngày 06/01/2014 đến ngày 19/02/2014 với tổng số 4 đợt tưới; giai đoạn II bắt đầu từ ngày 03/03/2014 đến ngày 28/5/2014 với tổng số 7 đợt tưới, mỗi đợt tưới kéo dài 2 ngày, khoảng cách giữa các đợt tưới là 12 ngày. + Khu II thời gian tưới giai đoạn I bắt đầu từ ngày 08/01/2014 đến 25/02/2014 với tổng số 4 đợt tưới; giai đoạn II bắt đầu từ ngày 05/03/2014 đến ngày 31/05/2014 với tổng số 7 đợt tuới, mỗi đợt kéo dài 6 ngày, khoảng cách giữa các đợt là 8 ngày. + Khu III thời gian tưới giai đoạn I bắt đầu từ ngày 14/01/2014 đến ngày 03/03/2014 với tổng số 4 đợt tưới; giai đoạn II bắt đầu từ ngày 11/03/2014 đến ngày 26/05/2015 với tổng số 6 đợt tưới, mỗi đợt kéo dài 6 ngày, khoảng cách giữa các đợt tưới là 8 ngày. Nhận xét: Thời gian tưới và số đợt tưới của các khu là không giống nhau do nhu cầu nước tại các vị trí là khác nhau để đảm bảo cung cấp lượng nước tưới cho các vùng trên toàn hệ thống tránh thất thoát lãng phí và sử dụng nguồn nước được hiệu quả nhất. 3.1.2. Xây dựng phương án vận hành cho hệ thống Hệ thống thủy nông Thác Huống được chia thành 3 khu tưới chính: Phương án vận hành sẽ được xây dựng bằng xây dựng các chiến lược kiểm soát các công được mô phỏng trong hệ thống dựa trên yêu cầu cốt nước hoặc lưu lượng dọc hệ thống như bảng tưới do Công ty THHH MTV KTTL sông Cầu cấp. Phương án tưới là tưới luân phiên. Phương án vận hành chi tiết được thể hiện trong bảng 3.3 và hình 3.1. Bảng 3.3 : Phương án vận hành cống theo lịch tưới Cống Khu Tưới Cống Đá Gân Cống Lũ Yên Cống Lữ Vân Cống Lăng Trình Cống An Cập Cống đầu Kênh N3 Cống đầu Kênh N5 Khu tưới I (Từ Cống 10 Cửa đến đầu cống Lũ Yên) Mở Đóng Đóng Đóng Đóng Đóng Đóng Khu tưới II.1(Từ sau cống Lũ Yên đến đầu cống Lữ Vân) Mở Mở Đóng Đóng Đóng Đóng Đóng 32 Cống Khu Tưới Cống Đá Gân Cống Lũ Yên Cống Lữ Vân Cống Lăng Trình Cống An Cập Cống đầu Kênh N3 Cống đầu Kênh N5 Khu tưới II.2 (Từ đầu kênh N5 trở xuống hết kênh N5) Mở Mở Đóng Đóng Đóng Đóng Mở Khu tưới II.3 (Từ đầu cống Lữ Vân đến hết kênh chính) Mở Mở Mở Đóng Đóng Đóng Đóng Khu tưới III.1 (từ sau cống LĂng trình đến đầu cống kênh N3) Mở Mở Đóng Mở Đóng Đóng Đóng Khu tưới III.2 (từ đầu cống kênh N3 đến hết kênh N3) Mở Mở Đóng Mở Đóng Mở Đóng Khu tưới III.3 (đầu cống An Cập đến hết kênh Trôi) Mở Mở Đóng Mở Mở Đóng Đóng 33 Hình 3.1: Phương án vận hành cống theo lịch tưới 3.1.3. Đánh giá nhu cầu nước trên hệ thống thủy nông Thác Huống Theo tài liệu thống kê hệ thống thủy nông Thác Huống phục vụ tưới cho khoảng 52.520ha đất canh tác (trong đó kênh tưới tự chảy 28.000ha, các trạm bơm lấy nước sông Cầu 12.190ha, các trạm bơm cục bộ địa phương quản lý 9.409ha và các hồ đập nhỏ là 2.921ha), đồng thời vừa có nhiệm vụ tiêu cho diện tích lưu vực là 71.060ha (trong đó tiêu cho huyện Phú Bình tỉnh Thái Nguyên 14.843ha, các huyện của tỉnh Bắc Giang là 56.217ha) [15]. Trong các báo cáo thu thập được của Công ty TNHH MTV KTCTTL Sông Cầu thì nguồn nước chủ yếu phục vụ tưới đổ ải và chống rét cho trà lúa Chiêm xuân mới cấy từ đầu tháng 01 đến đầu tháng 03 và thời gian tưới dưỡng cho lúa từ giai đoạn tiếp theo của tháng 03 đến cuối tháng 05 trong năm [4]. Dựa vào cơ cấu cây trồng, hệ số tưới của cây trồng và hệ số lợi dung kênh mương tác giả tính được nhu cầu nước tưới như sau:[12] 34 qnc = 10 -3 St q (3.1) Trong đó: qnc là nhu cầu nước tưới (m3/s). St là diện tích khu vực cần tính nhu cầu tưới (ha) q là hệ số tưới (l/s.ha) (Hệ số tưới là lượng nước cần thiết phải cung cấp cho một đơn vị diện tích canh tác trong một đơn vị thời gian để đáp ứng yêu cầu sinh trưởng và phát triển của cây trồng). Dựa trên cơ sở nhu cầu nước của từng khu tưới khác nhau và lịch tưới của từng khu tưới, tuyến kênh. Tác giả sẽ phân tích mối quan hệ giữa độ mở cửa cống và thời gian mở cống của các cống trên toàn bộ hệ thống như sau: Trên hệ thống bao gồm có 07 công trình cống, để lấy nước cho các khu tưới phía dưới thì 02 cống Đá Gân và Lũ Yên luôn mở do đó tác giả sẽ không phân tích độ mở cửa cống tại hai vị trí này, bài toán cần giải quyết là tại các vị trí tưới tại khu Hạ Lữ Vân, Thượng An cập, kênh N3, Hạ An Cập và kênh N5 chịu sự chi phối vận hành của các cống Lữ Vân, An Cập, Lăng Trình và kênh N5 nên tác giả sẽ chú trọng phân tích mối quan hệ giữa chúng được thể hiện thông qua các hình vẽ từ hình 3.2 đến hình 3.6 dưới đây. Hình 3.2: Vận hành cống Lữ Vân và nhu cầu nước của 35 khu tưới Hạ Lữ Vân Trên hình vẽ thể hiện độ vận hành của cống Lữ Vân phụ thuộc vào nhu cầu nước tưới của khu tưới Hạ Lữ Vân trong khoảng thời gian từ tháng 1 đến hết tháng 5/2014. Nhu cầu nước được chia làm 2 giai đoạn: giai đoạn I từ ngày 06/01/2014 đến ngày 03/03/2014 nhằm phục vụ tưới đổ ải và chống rét, giai đoạn II từ ngày 03/03/2014 đến ngày 31/05/2014 nhằm phục vụ tưới dưỡng cho lúa. Hình 3.3: Vận hành cống Lăng Trình và nhu cầu nước tưới của khu Thượng An Cập Qua hình vẽ cho ta thấy để đáp ứng nhu cầu nước tưới cho khu Thượng An Cập thì cống Lăng Trình phải vận hành mở cống để đưa nguồn nước từ phía trên kênh chính xuống khu tưới, tuy nhiên có những thời điểm các cống vẫn mở mà không có nhu cầu lấy nước tại chính thời điểm mở cống vì trong thực tế do nguồn nước ở phía trên kênh chính không đảm bảo lượng nước xả trực tiếp để tưới do đó có những giai đoạn nước được tích lại ở trong kênh nhằm phục vụ cho nhu cầu tưới trong khoảng thời gian sau đó. 36 Hình 3.4: Vận hành cống đầu kênh N3 và nhu cầu nước tưới của khu tưới N3 Tương tự như trên, sự vận hành của cống đầu kênh N3 nhằm đáp ứng nhu cầu nước cho khu tưới trên hệ thống kênh N3. Có thể nói nhu cầu nước của khu tỷ lệ thuận với độ mở cửa cống nghĩa là nhu cầu nước càng tăng thì độ mở cửa cống sẽ càng lớn và ngược lại. Tuy nhiên có những thời điểm cống mở nhưng không có nhu cầu lấy nước vào kênh và ngược lại có những thời điểm có nhu cầu nước nhưng độ mở cửa cống bằng không do đã có quá trình tích nước ở giai đoạn trước đó để phục vụ nước tưới cho giai đoạn sau. Hình 3.5: Vận hành cống An Cập, cống đầu kênh N3 và nhu cầu nước tưới của khu Hạ An Cập 37 Hình trên thể hiện nhu nước của khu tưới Hạ An Cập phụ thuộc vào độ đóng, mở cửa cống đầu kênh N3 và cửa cống An Cập. Khi khu Hạ An Cập có nhu cầu tưới thì đầu cống kênh N3 sẽ đóng lại để dồn toàn bộ nước cho kênh Trôi, đồng thời cống An Cập được mở ra để nguồn nước dẫn xuống khu tưới Hạ An Cập. Hình 3.6: Vận hành cống đầu kênh N5 và nhu cầu nước tưới của khu tưới Kênh N5 Tương tự như các trường hợp trên khu tưới kênh N5 có nhu cầu nước thì cống sẽ mở và ngược lại khi không tưới cống sẽ đóng để tiết kiệm nguồn nước tưới. 3.2. Nghiên cứu đánh giá tình hình cấp nước tưới hệ thống thủy nông Thác Huống bằng mô hình MIKE 11 3.2.1. Thu thập số liệu và thiết lập mô hình toán Phạm vi mô phỏng nguồn nước trên toàn hệ thống bao gồm: - Kênh Chính có tổng chiều dài là 52.283m, bắt đầu từ K2+280 - K52+280. - Kênh Trôi là kênh cấp I của kênh Chính có chiều dài 21.499m, lấy nước tại kênh Chính từ K22+00. - Kênh K5 là kênh cấp I của kênh Chính có tổng chiều dài 18694m, lấy nước tại kênh Chính từ K26+500. - Kênh N3 là kênh cấp II của kênh Chính có chiều dài 21100m, lấy nước trên kênh trôi tại K7+500. Tài liệu địa hình lòng dẫn sông là tài liệu cơ bản cần phải có, không thể thiếu trong mỗi mô hình tính toán thủy lực. Tài liệu này được thu thập từ dự án “Báo cáo 38 giám sát chất lượng nước trong hệ thống công trình thủy lợi Thác Huống, phục vụ lấy nước sản xuất nông nghiệp”do Viện Quy hoạch Thủy lợi thực hiện năm 2016. Bảng 3.4: Thống kê tài liệu địa hình trên hệ thống thủy nông Thác Huống TT Tên kênh Chiều dài (m) Số mặt cắt 1 Kênh Chính 50003 220 2 Kênh Trôi 21499 200 3 Kênh N5 18694 125 4 Kênh N3 21100 80 Xác định biên đầu vào của mô hình là điều kiện cần thiết trong quá trình mô phỏng. Dựa vào mục tiêu nghiên cứu của bài toán là vận hành hệ thống thủy nông Thác Huống trong mùa kiệt phục vụ tưới cho nông nghiệp, do đó các biên của hệ thống được xác định như sau: Biên trên hệ thống là lưu lượng ở thượng nguồn cống Đá Gân nằm trên kênh Chính. Biên dưới của hệ thống được đặt tại cuối vị trí các kênh Chính, kênh Trôi, kênh N3, kênh N5, tại vị trí cuối của các kênh được thiết lập các đập tràn có độ cao phù hợp để nâng nước trong sông và xả lượng nước thừa khi cần thiết. Có hai loại biên khu giữa: biên gia nhập vào hệ thống và biên lấy ra khỏi hệ thống. Trong nghiên cứu này chỉ sử dụng loại biên lấy nước ra khỏi hệ thống để có thể mô tả được lượng nước cấp cho tưới ở các khu dọc hệ thống. Để tính toán được các biên này cần thiết phải phân vùng được các khu tưới (lấy nước) và tính toán nhu cầu nước từng thời điểm cho từng khu. Căn cứ vào phạm vi mô phỏng nguồn nước trên hệ thống thủy nông Thác Huống được cấu tạo bởi kênh Chính và các kênh cấp I, II, căn cứ vào mục tiêu của bài toán và đồng thời dựa vào số liệu thu thập được tác giả thiết lập mạng lưới tính toán thủy lực bao gồm các cống điều tiết trọng điểm như các cửa cống lấy nước vào các kênh nhánh N5, N3 và các công trình điều tiết dâng mực nước dọc kênh Chính và Kênh Trôi. Trong đó các vị trí màu đỏ thể hiện cho các cống điều tiết nước trong hệ thống sông, các cống này có nhiệm vụ đóng hoặc mở để đưa nguồn nước từ phía trên xuống vùng cần sử dụng nước. 39 Vị trí màu xanh lá mạ thể hiện cho các đập tràn, các đập tràn này ngăn dòng chảy thoát ra khỏi hệ thống do đây là thời kỳ tưới trọng điểm nên lượng nước lấy vào hệ thống sẽ được sử dụng để tưới chỉ trừ khi có lượng nước dư thừa so với nhu cầu nước mới để tiêu thoát ra khỏi hệ thống. Vị trí hình chữ nhật thể hiện các biên trên, biên dưới và biên khu giữa của hệ thống. Hình 3.7: Sơ đồ tính toán hệ thống thủy nông Thác Huống 40 Hình 3.8.Thiết lập hệ thống đập tràn trên Hệ thống thủy nông Thác Huống Hình 3.9 :Thiết lập hệ thống cống trên Hệ thống thủy nông Thác Huống Dựa vào tài liệu mực nước do Công ty TNHHMTV-KTCTTL sông Cầu cấp từ năm 2014 đến năm 2015 (12 tháng trong năm). Tuy nhiên trong phạm vi của bài toán đó là tính nhu cầu nước phục vụ cho tưới trong thời kỳ đổ ải vụ chiêm xuân từ 41 tháng 1 đến tháng 5 do đó tác giả sử dụng thời đoạn tính toán được thống kê chi tiết trong bảng 3.5. Bảng 3.5: Biểu thời gian tính toán được sử dụng trong mô hình Năm 2014 2015 Hiệu chỉnh Kiểm định Thời gian tính toán 03/01/2014 7:00:00AM – 31/5/2014 19:00:00PM 02/01/2015 7:00:00AM – 30/5/2015 19:00:00PM Để đánh giá kết quả của mô hình, ngoài việc hiển thị chuỗi số liệu thực đo và tính toán bằng đồ thị, tác giả đã sử dụng chỉ số NASH như sau: Chỉ tiêu NASH: Đánh giá khả năng mô phỏng của mô hình và độ tin cậy của bộ thông số xác định được. Nếu giá trị NASH tiến tới 1 thì kết quả tính toán càng chính xác. Chỉ tiêu NASH được tính bằng công thức: 2 2 )( )( 1)( QobsavesQobs QobsQcal EINASH    Trong đó: : Giá trị tính toán : Giá trị thực đo : Giá trị thực đo trung bình. 3.2.2. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình thủy lực Việc hiệu chỉnh bộ thông số (thông số nhám) được tiến hành bằng cách thay đổi hệ số nhám Manning (n) bao gồm: hệ số nhám bãi trái, bãi phải và lòng chính trong hệ thống sông. Các vị trí tiến được sử dụng để hiệu chỉnh và kiểm định mô hình gồm vị trí mặt cắt thượng lưu của các cống Lữ Vân, Lữ Yên và An Cập. Kết quả hiệu chỉnh mô hình tại các vị trí trên hệ thống thủy nông Thác Huống được thể hiện ở hình vẽ từ hình 3.9 đến hình 3.11. Đá Gân là công trình đầu mối của hệ thống, giúp lấy nước vào hệ thống. Kết quả hiệu chỉnh khá sát với thực đo tuy nhiên có thể thấy đây là vị trí gần biên trên nhất nên kết quả tốt cũng chỉ phản ánh một phần hiệu quả của mô hình. (3.2) 42 Hình 3.10: Kết quả tính toán và thực đo quá trình mực nước tại cống Lũ Yên (03/01/2014 – 30/05/2014) Cống Lữ Yên nằm cách cống Đá Gân chừng 7km giúp điều tiết tưới cho vùng thượng Lữ Yên. Kết quả hiệu chỉnh được thể hiện khá tốt. Hình 3.11: Kết quả tính toán và thực đo quá trình mực nước tại cống Lữ Vân (03/01/2014 – 30/05/2014) 43 Hình 3.12: Kết quả tính toán và thực đo quá trình mực nước tại cống An Cập (03/01/2014 – 30/05/2014) Kết quả cho ta thấy đường quá trình tính toán và thực đo khá phù hợp. Hệ số NASH đảm bảo trong giới hạn cho phép được thống kê trong bảng 3.6, tuy nhiên vẫn còn sự chênh lệch giữa mực nước tính toán và thực đo tại một số thời điểm nhất định. Bảng 3.6: Chỉ tiêu đánh giá chất lượng hiệu chỉnh bộ thông số của mô hình STT Tên công trình Chỉ số Nash Đánh giá 1 Cống Lữ Yên 0.8 Khá 2 Cống Lữ Vân 0.72 Khá 3 Cống An Cập 0.85 Khá Như vậy, với kết quả hiểu chỉnh mô hình đã sơ bộ xác định được bộ thông số (thông số nhám) của mô hình cho hệ thống thủy nông Thác Huống (Bảng 3.6). Để đánh giá mức độ tin cậy của bộ thông số (thông số nhám) cần tiến hành kiểm định bộ thông số của mô hình. 44 Bảng 3.7: Bộ thông số (thông số nhám) của mô hình cho hệ thống thủy nông Thác Huống STT Tên kênh Vị trí Hệ số nhám 1 KENHCHINH 11219 0,035 2 KENHCHINH 21449 0,035 3 KENHCHINH 26530 0,038 4 KENHCHINH 9215 0,04 5 KENHCHINH 26407 0,038 6 KENHN5 7785 0,011 7 KENHN5 17000 0,038 8 KENHTROI 7910 0,038 9 KENHTROI 8062,97 0,038 Kiểm định mô hình là để đánh giá độ tin của bộ thông số của mô hình, sử dụng bộ thông số này tiến hành chạy kiểm tra trong thời gian từ ngày 02/01/2015 đến ngày 30/05/2015. Nếu chất lượng mô phỏng tốt thì bộ thông số có thể áp dụng cho hệ thống nghiên cứu, và ngược lại thì cần thực hiện lại bước hiểu chỉnh. Bảng 3.8: Chỉ tiêu đánh giá chất lượng kiểm định bộ thông số của mô hình STT Tên công trình Chỉ số Nash Đánh giá 1 Cống Lữ Yên 0.94 Tốt 2 Cống Lữ Vân 0.85 Tốt 3 Cống An Cập 0.96 Tốt 45 Kết quả kiểm định thu được thể hiện qua bảng chỉ tiêu đánh giá chất lượng kiểm định bảng 3.8 và các hình vẽ từ hình 3.13 đến hình 3.15 Hình 3.13: Kết quả tính toán và thực đo quá trình mực nước tại cống Lũ Yên (02/01/2015 – 30/05/2015) 46 Hình 3.14: Kết quả tính toán và thực đo quá trình mực nước tại cống Lữ Vân (02/01/2015 – 30/05/2015) Hình 3.15: Kết quả tính toán và thực đo quá trình mực nước tại cống An Cập (02/01/2015 – 30/05/2015) Kết quả kiểm định cho thấy giá trị mực nước tính toán và số liệu thực đo tại các vị trí có sự đồng dạng, cùng pha, chỉ số NASH nằm trong giới hạn cho phép từ 0,85 đến 0,96. Với kết quả kiểm định như vậy thì bộ thông số của mô hình (hệ số nhám) hoàn toàn có thể ứng dụng để mô phỏng nguồn nước phục vụ vận hành hệ thống thủy nông Thác Huống. 3.2.3. Xây dựng phương án vận hành hệ thống thủy nông Thác Huống 3.2.3.1. Cơ sở xây dựng phương án vận hành Phương án vận hành sẽ được xây dựng bằng xây dựng các chiến lược kiểm soát các cống được mô phỏng trong hệ thống dựa trên yêu cầu cốt nước cấp hoặc lưu lượng dọc hệ thống thu thập tại Công ty TNHH MTV KTCTTL sông Cầu. 47 ( Chi tiết Bảng lịch tưới giai đoạn 1 và giai đoạn 2 tại phụ lục 11, 12) Sau khi phương án vận hành được thiết lập kết quả tính toán sẽ so sánh với tình hình tưới thực tế . 3.2.3.2. Kết quả phương án vận hành hệ thống Dựa vào lịch tưới được trình bày ở bảng 3.9 và 3.10 luận văn ứng dụng mô hình mike 11 để thiết kế phương án vận hành hệ thống và đánh giá phương án này dựa trên kết quả vận hành thực tế cho năm 2014. Trong mô hình này tác giả xây dựng chiến lược kiểm soát cho các công trình trên hệ thống để đảm bảo các tiêu chí trong lịch tưới. Ví dụ: Tại khu tưới Thượng Lũ Yên vào các ngày từ 6/1/2014 đến 8/1/2014, từ ngày 20/1/2014 đến ngày 22/1/2014, từ ngày 3/2/2014 đến ngày 5/2/2014, từ ngày 17/2/2014 đến ngày 19/2/2014 tưới nên cốt nước cần đảm bảo từ 20- 20,2m. Kết quả của giai đoạn 1: Trong giai đoạn 1 dựa vào số liệu thực tế cho ta thấy đây là giai đoạn thiếu hụt nước trầm trọng. Thời gian đổ ải là thời gian lúc này độ ẩm của đất rất thấp do mưa rất ít, thời gian kéo dài mấy tháng chịu tác động của mùa hanh khô, nhu cầu đất uống nước rất cao. Tuy nhiên khi ứng dụng mô hình Mike 11 đã giải quyết được vấn đề không đảm bảo nước tưới cho từng giai đoạn. Chi tiết cho từng khu được thể hiện từ phụ lục 1 đến phụ lục 5 và hình 3.16 đến hình 3.20 - Tại khu tưới Thượng Lũ Yên: những ngày tưới cống Lũ Yên sẽ đóng mục đích để dâng nước ở phía trên phục vụ tưới tại khu Thượng Lũ Yên, trong giai đoạn 1 gồm 4 đợt tưới trên tổng số 8 ngày tưới. Cụ thể giá trị mực nước tại khu Thượng Lũ Yên như sau: 48 Hình 3.16: Biểu đồ đường quá trình mực nước thực đo (màu xanh lá cây) và tính toán (màu xanh nước biển) tại khu Thượng Lũ Yên GD1; đường màu đỏ là cốt nước yêu cầu - Khu tưới Thượng Lũ Yên sau khi đã xây dựng chiến lược kiểm soát trên toàn bộ hệ thống thì mực nước tính toán dao động từ 20-21,9m trong khi lịch tưới yêu cầu cốt nước từ 20-20,2m. Như vậy với cốt nước này đảm bảo tưới cho toàn bộ Thượng lưu Lũ Yên trong thời đoạn bài toán yêu cầu, trong khi kết quả thực tế (màu xanh lá cây trong hình), có những ngày tưới trong lịch không đảm bảo cốt nước: đợt 1 từ ngày 6/1/2014-8/1/2014 mực nước thực đo đạt 19,7-19,9m; đợt 2 có 2 ngày 20/1, 22/1 cốt nước đạt 19,1-19,9m; đợt 3 có ngày 3/2 mực nước thực đo đạt 18,5m; đợt 4 lúc 7h ngày 17/2 mực nước thực đo đạt 18,4m. (Kết quả chi tiết giá trị mực nước tính toán và mực nước thực đo tại khu tưới Thượng Lũ Yên GĐ1 tại phụ lục 1) - Khu tưới Thượng Lữ Vân cũng có 4 đợt trên tổng số 8 ngày tưới nhưng thời gian tưới của khu Thượng Lữ Vân không trùng với khu tưới Thượng Lũ Yên, mục đích tưới luân phiên giúp đảm bảo nước tưới cho các khu trên cùng một hệ thống. Cụ thể giá trị mực nước tại khu Thượng Lữ Vân như sau: 49 Hình 3.17: Biểu đồ đường quá trình mực nước thực đo (màu xanh lá cây) và tính toán (màu xanh nước biển) tại khu Thượng Lữ Vân GD1; đường màu đỏ là cốt nước yêu cầu Khu tưới Thượng Lữ Vân sau khi đã xây dựng chiến lược kiểm soát mực nước tính toán dao động từ 16,4-17,5m trong khi lịch tưới yêu cầu cốt nước từ 16,4- 16,5m. Như vậy với cốt nước này đảm bảo tưới cho toàn bộ thượng lưu Lữ Vân trong thời đoạn bài toán yêu cầu, trong khi kết quả thực tế (màu xanh lá cây trong hình) có những ngày tưới trong lịch không đảm bảo cốt nước: đợt 1 ngày 10/1 mực nước thực đo đạt 16,1-16,3m; đợt 2 có 2 lúc 7h ngày 22/1 mực nước thực đo đạt 16m, lúc 19h ngày 24/1 mực nước thực đo đạt 16,2m; đợt 4 cốt nước lúc 19h ngày 21/2 mực nước thưc đo đạt 16,3m. (Kết quả chi tiết giá trị mực nước tính toán và mực nước thực đo tại khu Thượng Lữ Vân GD1 tại phụ lục 2) - Khu tưới Hạ Lữ Vân gồm 4 đợt trên tổng số 16 ngày tưới. Tại các vị trí Hạ Lữ Vân, Hạ An Cập khác với 2 khu trên Thượng Lũ Yên, Thượng Lữ Vân và Thượng An Cập là khi mực nước tại cửa cống đảm bảo cốt nước yêu cầu thì bắt đầu người quản lý sẽ vận hành mở cống để đưa nước xuống tưới cho khu hạ lưu. Cụ thể giá trị mực nước tại khu Hạ Lữ Vân như sau: 50 Hình 3.18 Biểu đồ đường quá trình mực nước thực đo (màu xanh lá cây) và tính toán (màu xanh nước biển) tại khu Hạ Lữ Vân GD1; đường màu đỏ là cốt nước yêu cầu Khu tưới Hạ Lữ Vân sau khi xây dựng chiến lược kiểm soát mực nước tính toán dao động từ 13,8-14,3m trong khi lịch tưới yêu cầu cốt nước từ 12,8-13m. Như vậy với cốt nước này đảm bảo tưới cho toàn bộ khu hạ lưu Lữ Vân trong thời đoạn tưới, trong khi kết quả thực tế (màu xanh lá cây trong hình) có những ngày tưới trong lịch không đảm bảo cốt nước gồm đợt 1 lúc 7h ngày 10/1 mực nước thực đo đạt 12,5m, lúc 19h ngày 13/1 – 14/1 mực nước thực đo chỉ đạt 12,7m; đợt 2 lúc 7h ngày 24/1 mực nước thực đo đạt 12,3m, ngày 28/1 mực nước cả ngày chỉ đạt 12,7m; đợt 4 ngày 24 mực nước đạt 12,6-12,7m. (Kết quả chi tiết giá trị mực nước tính toán và mực nước thực đo tại khu Hạ Lữ Vân GD1 tại phụ lục 3) - Khu An Cập là khu nằm tại vị trí kênh Trôi một nhánh của kênh chính, kênh có độ dài 21.449m hiện tại có 10.230m (về phía cuối kênh) đã được kiên cố hóa, số còn lại 11.219m chưa được kiên cố hóa. Hiện tại phần kênh đất, mặt cắt hình thang mặc dù đã được nạo vét hàng năm nhưng hiện nay đã xuống cấp, mặt cắt biến dạng thành mặt cắt dạng Parabol. Do bị sạt lở nhiều đoạn đã bị bồi lắng. Hai bờ bị xói lở, mặt bờ kênh bị giảm nhỏ có những đoạn chỉ còn 70% so với thiết kế. 51 Tuy nhiên khi xây dựng chiến lược kiểm soát cho khu tưới thì kết quả cho thấy cả 2 khu Thượng An Cập và Hạ An Cập đều khá tốt đảm bảo nước tưới cho toàn khu. Khu Thượng An Cập gồm 4 đợt trên tổng số 8 ngày tưới. Cụ thể giá trị mực nước tại khu Thượng An Cập như sau: Hình 3.19: Biểu đồ đường quá trình mực nước thực đo (màu xanh lá cây) và tính toán (màu xanh nước biển) tại khu Thượng An Cập GD1; đường màu đỏ là cốt nước yêu cầu Khu tưới Thượng An Cập sau khi xây dựng chiến lược kiểm soát mực nước tính toán dao động từ 14,4-14,9m trong khi lịch tưới yêu cầu cốt nước từ 14,4- 14,5m. Như vậy với cốt nước này đảm bảo tưới cho toàn bộ khu thượng An Cập trong thời đoạn tưới, trong khi kết quả thực tế (màu xanh lá cây trong hình) có những ngày tưới trong lịch không đảm bảo cốt nước gồm đợt 1 có 2 ngày 15/1 và 16/1 mực nước thực đo đạt 14,1-14,3m; đợt 2 gồm ngày 28/1 mực nước cả ngày đạt 14,3m, lúc19h ngày 29/1 mực nước đạt 12,7m, lúc 7h ngày 30/1 mực nước đạt 14,3m; đợt 3 lúc 7h ngày 11/2 mực nước 14,3m; đợt 4 toàn bộ các ngày từ 25/2- 27/2 đều không đảm bảo mực nước từ 14-14,3m. (Kết quả chi tiết giá trị mực nước tính toán và mực nước thực đo tại khu Thượng An Cập GD1 tại phụ lục 4) 52 Khu Hạ An Cập gồm 4 đợt trên tổng số 16 ngày tưới. Cụ thể giá trị mực nước tại khu Hạ An Cập như sau: Hình 3.20: Biểu đồ đường quá trình mực nước thực đo (màu xanh lá cây) và tính toán (màu xanh nước biển) tại khu Hạ An Cập GĐ1; đường màu đỏ là cốt nước yêu cầu Khu tưới Hạ An Cập sau khi xây dựng chiến lược kiểm soát mực nước tính toán dao động từ 13,3-14,9m trong khi lịch tưới yêu cầu cốt nước từ 12,9-13m. Như vậy với cốt nước này đảm bảo tưới cho toàn bộ khu Hạ An Cập trong thời đoạn tưới, trong khi kết quả thực tế (màu xanh lá cây trong hình) có những ngày tưới trong lịch không đảm bảo cốt nước gồm đợt 1 từ 10/1 đến 7h ngày 13/1 mực nước thực đo đạt 12,7- 12,8m, ngày 14/1 mực nước thực đo đạt 12,7m; đợt 2 toàn bộ mực nước từ ngày 24/1- 28/1 mực nước thực đo đạt 12,5-12,8m; đợt 3 lúc 7h ngày 7/2 mực nước thực đo đạt 12,7m; đợt 4 từ ngày 21/2-25/2 mực nước thực đo đạt 12,6-12,8m. (Kết quả chi tiết giá trị mực nước tính toán và mực nước thực đo tại khu Hạ An Cập GD1 tại phụ lục 5) Kết quả của giai đoạn 2 Trong giai đoạn 2 là thời đoạn tưới dưỡng cho lúa nên số đợt tưới nhiều hơn so với giai đoạn 1, do nhu cầu sử dụng nước tại các vị trí không giống nhau nên số lượng đợt tưới khác nhau, tại vị trí Thượng Lũ Yên, Thượng Lữ Vân và Hạ Lữ Vân tổng số đợt tưới gồm 7 đợt, còn lại khu Thượng An Cập và Hạ An Cập số đợt tưới 53 giảm,tổng số 6 đợt cụ thể các đợt tưới của từng khu được thể hiện từ phụ lục 6 đến phụ lục 10 và hình 3.21 đến hình 3.25 - Khu Thượng Lũ Yên trong giai đoạn 2 tổng số gồm 7 đợt trên tổng số 14 ngày tưới. Cụ thể giá trị mực nước tại khu Thượng Lũ Yên như sau: Hình 3.21: Biểu đồ đường quá trình mực nước thực đo (màu xanh lá cây) và tính toán (màu xanh nước biển) tại khu Thượng Lũ Yên GD2; đường màu đỏ là cốt nước yêu cầu Khu tưới Thượng Lũ Yên giai đoạn 2 sau khi đã xây dựng chiến lược kiểm soát trên toàn bộ hệ thống thì mực nước tính toán dao động từ 20,5-20,6m trong khi lịch tưới yêu cầu cốt nước từ 20-20,2m. Như vậy với cốt nước này đảm bảo tưới cho toàn bộ thượng lưu Lũ Yên trong thời đoạn bài toán yêu cầu, trong khi kết quả thực tế GD 2 Thượng Lũ Yên (màu xanh lá cây trong hình) tất cả các đợt tưới (7 đợt) đều không đảm bảo cốt nước: đợt 1 từ ngày 3/3 -5/3 mực nước thực đo đạt 19-19,7m; đợt 2 từ ngày 17/3-19/3 mực nước thực đo đạt 19,2-19,7m; đợt 3 từ ngày 31/3-2/4 mực nước thực đo đạt 19,5m; đợt 4 từ ngày 14/4-16/4 mực nước thực đo đạt 19,6-19,7m; đợt 5 từ ngày 28/4-30/4 mực nước thực đo đạt 19,5-19,6m; đợt 6 từ ngày 12/5-14/5 mực nước thực đo đạt 19,3- 19,9m; đợt 7 từ ngày 26/5-28/5 mực nước thực đo đạt 18,8-19,5m. 54 (Kết quả chi tiết Giá trị mực nước tính toán và mực nước thực đo tại khu Thượng Lũ Yên GĐ2 tại phụ lục 6) - Khu Thượng Lữ Vân giống như thượng Lũ Yên gồm có 7 đợt trên tổng số 14 ngày tưới. Cụ thể giá trị mực nước tại khu Thượng Lữ Vân như sau: Hình 3.22: Biểu đồ đường quá trình mực nước thực đo (màu xanh lá cây) và tính toán (màu xanh nước biển) tại khu Thượng Lữ Vân GD2; đường màu đỏ là cốt nước yêu cầu Khu tưới Thượng Lữ Vân giai đoạn 2 sau khi đã xây dựng chiến lược kiểm soát trên toàn bộ hệ thống thì mực nước tính toán dao động từ 16,4-17,6m trong khi lịch tưới yêu cầu cốt nước từ 16,4-16,5m. Như vậy với cốt nước này đảm bảo tưới cho toàn bộ Thượng Lữ Vân trong thời đoạn bài toán yêu cầu, trong khi kết quả thực tế (màu xanh lá cây trong hình) có những ngày tưới trong lịch không đảm bảo cốt nước gồm đợt 1 từ ngày 5/3-7/3 mực nước thực đo đạt 15,5-16,45m; đợt 2 từ ngày 19/3-21/3 mực nước thực đo đạt 15,6-16,3m; đợt 3 từ ngày 2/4-4/4 mực nước thực đo đạt 16,25-16,3m; đợt 4 từ ngày 16/4-18/4 mực nước thực đo đạt 16,2-16,4m; đợt 5 từ ngày 30/4-2/5 mực nước thực đo đạt 16,35-16,45m; đợt 6 từ ngày 14/5-16/5 mực nước thực đo đạt 16,45-16,6m; đợt 7 từ ngày 28/5-30/5 mực nước thực đo đạt 15,85-16,15m. (Kết quả chi tiết Giá trị mực nước tính toán và mực nước thực đo tại khu Thượng Lữ Vân GĐ2 tại phụ lục 7) 55 - Tại vị trí hạ lưu Lữ Vân mực nước thống kê qua 7 đợt trên tổng số 25 ngày tưới. Cụ thể giá trị mực nước tại khu Hạ Lữ Vân như sau: Hình 3.23: Biểu đồ đường quá trình mực nước thực đo (màu xanh lá cây) và tính toán(màu xanh nước biển) tại khu Hạ Lữ vân GD2 Khu tưới Hạ Lữ Vân giai đoạn 2 sau khi đã xây dựng chiến lược kiểm soát trên toàn bộ hệ thống thì mực nước tính toán dao động từ 13,7-14,4m trong khi lịch tưới yêu cầu cốt nước từ 12,8-13m. Như vậy với cốt nước này đảm bảo tưới cho toàn bộ Hạ Lữ Vân trong thời đoạn bài toán yêu cầu, trong khi kết quả thực tế (màu xanh lá cây trong hình) có những ngày tưới trong lịch không đảm bảo cốt nước gồm đợt 1 cả ngày 11/3 mực nước thực đo đạt 12,4m; đợt 2 từ ngày 21/3-25/3 mực nước thực đo đạt 12,5-12,7m; đợt 3 từ ngày 4/4-8/4 mực nước thực đo đạt 12,6- 12,7m; đợt 4 từ ngày 18/4-22/4 mực nước thực đo đạt 12,2-12,6m; đợt 5 từ ngày 30/4-06/5 mực nước thực đo đạt 12,4-12,5m; đợt 6 có 3 ngày gồm ngày 16/5 mực nước đạt 12,5m-12,7m, lúc 7h ngày 18/5 mực nước thực đo đạt 12,7m, lúc 9h ngày 19/5 mực nước thực đo đạt 12,6m. (Kết quả chi tiết Giá trị mực nước tính toán và mực nước thực đo tại khu Hạ Lữ Vân GĐ2 tại phụ lục 8) 56 Khu tưới Thượng An Cập khác với 3 khu trên, khu chỉ có 6 đợt tưới trên tổng số 12 ngày tưới. Cụ thể giá trị mực nước tại khu Thượng An Cập như sau: Hình 3.24: Biểu đồ đường quá trình mực nước thực đo (màu xanh lá cây) và tính toán (màu xanh nước biển) tại khu Thượng An Cập GD2; đường màu đỏ là cốt nước yêu cầu Khu tưới Thượng An Cập giai đoạn 2 sau khi đã xây dựng chiến lược kiểm soát trên toàn bộ hệ thống thì mực nước tính toán dao động từ 14,8-14,9m trong khi lịch tưới yêu cầu cốt nước từ 14,4-14,5m. Như vậy với cốt nước này đảm bảo tưới cho toàn bộ Thượng An Cập trong thời đoạn bài toán yêu cầu, trong khi kết quả thực tế (màu xanh lá cây trong hình) toàn bộ cả giai đoạn 2, số liệu thực đo các ngày trong lịch không đảm bảo cốt nước gồm đợt 1 từ ngày 11/3-13/3 mực nước thực đo đạt 14-14,1m; đợt 2 từ ngày 25/3-27/3 mực nước thực đo đạt 14m; đợt 3 từ ngày mùng 8/4-10/4 mực nước thực đo đạt 13,9-14m; đợt 4 từ ngày 22/4-24/4 mực nước thực đo đạt 13,7-14,3m; đợt 5 từ ngày mùng 6/5-8/5 mực nước thực đo đạt 14,2-14,4m; đợt 6 từ ngày 20/5-22/5 mực nước thực đo đạt 14-14,3m. (Kết quả chi tiết giá trị mực nước tính toán và mực nước thực đo tại khu Thượng An Cập GD2 tại phụ lục 9) 57 - Khu tưới Hạ An Cập cũng giống như khu tưới Thượng An Cập bao gồm 6 đợt tưới tuy nhiên số ngày tưới khác so với khu Thượng An Cập tổng số 24 ngày. Cụ thể giá trị mực nước tại khu Hạ An Cập như sau. Hình 3.25: Biểu đồ đường quá trình mực nước thực đo (màu xanh lá cây) và tính toán (màu xanh nước biển) tại khu Hạ An Cập GD2; đường màu đỏ là cốt nước yêu cầu Khu tưới Hạ An Cập giai đoạn 2 sau khi đã xây dựng chiến lược kiểm soát trên toàn bộ hệ thống thì mực nước tính toán dao động từ 13,1-14,1m trong khi lịch tưới yêu cầu cốt nước từ 12,9-13m. Như vậy với cốt nước này đảm bảo tưới cho toàn bộ Hạ An Cập trong thời đoạn bài toán yêu cầu, trong khi kết quả thực tế (màu xanh lá cây trong hình) có những ngày tưới trong lịch không đảm bảo cốt nước gồm đợt 1 từ ngày 13/3-17/3 mực nước thực đo đạt 12,5-12,7m; đợt 2 từ ngày 27/3- 31/3 mực nước thực đo đạt 12,5-12,6m; đợt 3 từ ngày 10/4-14/4 mực nước thực đo đạt 12,5-12,6m; đợt 4 từ ngày 24/4-28/4 mực nước thực đo đạt 12,5-12,6m; đợt 5 từ ngày 8/5-12/5 có 4 ngày trên tổng số 5 ngày tưới mực nước không đảm bảo cốt nước, từ lúc 7h ngày 8/5-7h ngày 11 mực nước đạt 12,5-12,6m . (Kết quả chi tiết giá trị mực nước tính toán và mực nước thực đo tại khu Hạ An Cập GD2 tại phụ lục 10) Nhận xét: Kết quả cho thấy vận hành thực tế hầu như không đạt kế hoạch đề ra trong khi phương án mô phỏng vận hành đã thỏa mãn được yêu cầu của lịch tưới 58 với lượng nước lấy vào hệ thống đảm bảo cốt nước so với lịch tưới đề ra. Điều này đặc biệt quan trọng trong thực tế, giúp nhà quản lý vận hành tốt hơn hệ thống nhằm sử dụng nước hiểu quả hơn, tránh lãng phí nguồn nước trong khi hệ thống này đã phải mua nước từ hồ Núi Cốc trong những thời kỳ cao điểm với giá thành cao. 59 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1. Kết luận Với mục tiêu mô phỏng Hệ thống thủy nông Thác Huống trong giai đoạn trọng điểm của mùa kiệt từ tháng 1 đến tháng 5 và đề xuất phương án vận hành hệ thống phục vụ cho nhu cầu tưới trong giai đoạn trọng điểm, luận văn đã nghiên cứu ứng dụng mô hình MIKE 11 thực hiện được những nhiệm vụ chính như sau: - Thu thập và xây dựng được cơ sở dữ liệu gồm: tài liệu địa hình, số liệu thủy văn tại các vị trí cho điều kiện biên, dữ liệu về công trình chính trên kênh và chuỗi số liệu vận hành các cống. - Tìm hiểu về Hệ thống thủy nông Thác Huống và cách vận hành các công trình trong hệ thống để sử dụng nguồn tài nguyên nước hợp lý và hiệu quả nhất. - Luận văn đã ứng dụng thành công mô hình MIKE 11 cho hệ thống thủy nông Thác Huống, xây dựng được bộ số nhám và xây dựng được phương án vận hành hệ thống thủy nông Thác Huống cho kết quả đảm bảo và có thể tham khảo trong tác nghiệp. 2. Kiến nghị Kết quả nghiên cứu còn hạn chế, để có được kết quả sát thực hơn nữa thì đòi hỏi cần phải có nguồn số liệu chi tiết về thời vụ, điều kiện khí tượng thủy văn chi tiết của hệ thống để có thể tính được chính xác nhu cầu dùng nước các ngành, để có thể lên phương án vận hành hệ thống một cách hiệu quả và sát thực tế hơn nữa. Tuy nhiên nghiên cứu này sẽ là tiền đề cho các cơ quan quản lý nghiên cứu thêm và sâu hơn để có thể áp dụng thực tiễn cho hệ thống thủy nông Thác Huống nói riêng và các hệ thống thủy nông trên cả nước nói chung trong thời gian tiếp theo sao cho phù hợp với thực tiễn. Ngoài ra nhằm nâng cao chất lượng, hiệu quả tưới tiêu của hệ thống công trình thủy nông, tạo thuận lợi trong việc đưa nước tưới đến từng khu. Thông qua đề tài tác giả đề xuất với chính quyền địa phương và cơ quan trực tiếp quản lý hệ thống thủy nông Thác Huống (Công ty TNHH MTV KTCTTL sông Cầu) có phương án nạo vét các hệ thống kênh mương trên hệ thống Thác Huống để việc chuyền tải nước đến khu tưới được thuận tiện hơn. 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Key Laboratory of Harbor & Ocean Engineering, Ministry of Education and School of Civil Engineering,Tianjin University; Tianjin Water Conservancy Scientific Research Institute (2010), Numerical model of one-dimensional unsteady flowNumerical model of one-dimensional unsteady flow for river networks with sluices and weirs and its application to combined-regulation of multi-sluices. Water Resources and Hydropower Engineering, Volume 41 – No. 9, 2010-09; [2].PJ van Overloop, AJ Clemmens, RJ Strand, RMJ Wagemaker and T.Bautista (2009), Real-Time Implementation of Model Predictive Control on Maricopa-Stanfield Irrigation and Drainge District’s WM Canal. Journal of Irrigation and Drainage Enginee, Volume 136 Issue 11 – November 2010; [3].R.Singh, JC Refsgaard, L.Yde (1997), Application of Irrigation Optimisation System (IOS) to a Major Irrigation Project in India. Bos, M.G. Irrigation and Drainage Systems,May 1997, Volume 11, Issue 2, pp 119–137; [4].Công ty TNHH MTV KTCTTL sông Cầu (2010), Báo cáo Dự án: Sửa chữa, nâng cấp hệ thống thủy lợi sông Cầu tỉnh Bắc Giang; [5].Hà Văn Khối (2007). Giáo trình Quy hoạch và phân tích hệ thống TNN, NXB Giáo dục; Hà Nội. [6]. La Đức Dũng (2017), Luận án tiến sĩ kỹ thuật“Nghiên cứu xây dựng cơ sở khoa học đề xuất giải pháp nhằm nâng cao năng lực và hiệu quả của hệ thống tiêu Bắc Nam Hà trong điều kiện biến đổi khí hậu nước biển dâng”, Trường Đại học Thủy lợi; [7].Mai ĐứcPhú (2016), Ứng dụng mô hình MIKE 11 để đánh giá khả năng làm việc lập quy trình vận hành của các cống thuộc hệ thống thủy lợi ngọt hóa Gò Công – Tiền Giang thích ứng với biến đổi khí hậu – nước biển dâng. Tạp chí khoa học và công nghệ thủy lợi, số 18–2016, Trang 75 – 86; [8]. Nguyễn Thị Việt Hồng (2018), Luận án tiến sĩ kỹ thuật“Nghiên cứu cải tiến phương pháp xác định mô hình mưa và lưu lượng tiêu thiết kế cho các hệ thống tiêu vùng đồng bằng Bắc Bộ”, Trường Đại học Thủy lợi; [9]. Nguyễn Hữu Huế (2013), Nghiên cứu giải pháp công trình lấy nước tự chảy cho sông Đáy, sông Nhuệ và sông Tô Lịch. Tạp chí khoa học và công nghệ thủy lợi, số 14–2013, Trang 77-84; 61 [10]. Nguyễn Phương Nhung (2011), Luận văn thạc sĩ“Tính toán cân bằng nước hệ thống lưu vực sông Cầu bằng mô hình MIKE BASIN”, Cao họcchuyên ngành Thủy văn học, Trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên Hà Nội; [11]. Nguyễn Thu Hiền (2012), Đánh giá khả năng lấy nước của các cống tưới hệ thống thủy lợi Nam Thái Bình dưới ảnh hưởng của biến đổi khí hậu – nước biển dâng. Tạp chí Khoa học kỹ thuật Thủy lợi và Môi trường, số 37–2012, Trang 28-33; [12].Tiêu chuẩn quốc gia, TCVN 8641: 2011, Công trình thủy lợi kỹ thuật tưới tiêu nước cho cây lương thực và cây thực phẩm.Trung tâm Khoa học và Triển khai kỹ thuật thủy lợi thuộc trường Đại học Thủy lợi biên soạn, Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn đề nghị, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng thẩm định, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố tại Quyết định số 362/QĐ-BKHCN ngày 28 tháng 02 năm 2011; [13].Trung tâm Tư vấn Khí tượng Thủy văn và Môi trường (2006), “Tính toán chất lượng nước cho 3 lưu vực sông Cầu, Nhuệ - Đáy và Sài Gòn – Đồng Nai”; [14]. Tổng cục thống kê. Niên giám thống kê Việt Nam 2015. Nhà xuất bản thống kê; [15].Viện Quy hoạch thủy lợi (2016), “Báo cáo giám sát chất lượng nước trong hệ thông công trình thủy lợi Thác Huống, phục vụ lấy nước sản xuất nông nghiệp”; 47 47 49