LỜI CẢM ƠN
Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật với đề tài: “Nghiên cứu, đánh giá khả năng cấp nước tưới
và đề xuất giải pháp tưới cho hệ thống thuỷ lợi Nam Nghệ An” được hoàn thành tại
Trường Đại học Thủy lợi Hà Nội với sự giúp đỡ, chỉ bảo, hướng dẫn nhiệt tình của các
thầy giáo, cô giáo, của các đồng nghiệp và bạn bè.
Học viên xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy TS. Trần Dũng Tiến và TS. Nguyễn
Lương Bằng, người hướng dẫn khoa học đã rất chân tình hướng dẫn học viên hoàn
thành luận văn này. Xin chân thành cảm ơn: Ban giám hiệu, các thầy cô giáo trong
Khoa Kỹ thuật tài nguyên nước, các thầy giáo cô giáo các bộ môn – Trường Đại học
Thủy lợi. Xin chân thành cảm ơn đến các cơ quan đoàn thể, đồng nghiệp, bạn bè đã
giúp đỡ và góp những ý kiến quý báu trong luận văn này.
Cuối cùng xin cảm tạ tấm lòng của những người thân trong gia đình, đã tin tưởng
động viên và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn này. Do
đề tài giải quyết vấn đề mới mẻ, cũng như thời gian và tài liệu thu thập chưa thực sự
đầy đủ, luận văn chắc chắn không thể tránh khỏi các thiếu sót, học viên rất mong nhận
được sự thông cảm, góp ý chân tình của các thầy cô và đồng nghiệp quan tâm tới vấn
đề này.
Xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày tháng năm 2018
Học viên

Chantha INTA

1

i


LỜI CAM ĐOAN
Học viên xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân học viên. Các kết
quả nghiên cứu và những kết luận trong luận văn là trung thực, không sao chép từ bất

1.2.1. Nghiên cứu ngoài nước...............................................................................31
1.2.2. Nghiên cứu trong nước ...............................................................................33
CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN YÊU CẦU TƯỚI CỦA HỆ THỐNG THUỶ LỢI
NAM NGHỆ AN ..........................................................................................................35
2.1. Tính toán các yếu tố khí tượng...........................................................................35
2.1.1. Mục đích, ý nghĩa và nội dung tính toán ....................................................35
2.1.2. Chọn trạm, tần suất thiết kế và thời đoạn tính toán ...................................36
2.1.3. Tính toán các đặc trưng khí tượng thiết kế.................................................38
2.2. Tính toán chế độ tưới cho các loại cây trồng. ....................................................53
2.2.1. Nội dung tính toán chế độ tưới. ..................................................................53
2.2.2. Mục đích, ý nghĩa và nội dung tính toán ....................................................54
2.2.3. Phương pháp xác định chế độ tưới cho cây trồng......................................55
2.2.4. Nội dung tính toán ......................................................................................56
2.2.5. Kết quả tính toán.........................................................................................61
2.3. Kết quả tính toán yêu cầu tưới cho vùng nghiên cứu. .......................................64
2.3.1. Tính toán nhu cầu nước cho nuôi trồng thủy sản .......................................64
2.3.2. Kết quả tính toán nhu cầu nước tưới cho cây trồng. ..................................66
CHƯƠNG 3: ĐỀ XUẤT VÀ LỰA CHỌN CÁC GIẢI PHÁP TƯỚI NƯỚC CHO
HỆ THỐNG THUỶ LỢI NAM NGHỆ AN ..............................................................70
3.1. Phân tích lựa chọn mô hình phù hợp với bài toán tưới cho hệ thống. ...............70
3.1.1. Mô hình VRSAP (Vietnam river systerm and plains) .................................70

3

3


3.1.2. Mô hình SOBEK .........................................................................................71
3.1.3. Mô hình kết hợp TL1D + ECOMOD-2D ...................................................72
3.1.4. Mô hình thuỷ lực một chiều MIKE 11 ........................................................72

Bảng 2.4: Mô hình mưa thiết kế vụ Mùa – Trạm Nam Đàn .........................................48
Bảng 2.5: Mô hình mưa thiết kế vụ Đông – Trạm Nam Đàn........................................49
Bảng 2.6: Mô hình mưa thiết kế vụ Chiêm – Trạm Vinh .............................................50
Bảng 2.7: Mô hình mưa thiết kế vụ Mùa – Trạm Vinh.................................................51
Bảng 2.8: Mô hình mưa thiết kế vụ Đông – Trạm Vinh ...............................................52
Bảng 2.9: Kết quả tính toán lượng bốc hơi tiềm năng ET 0 Error!

Bookmark

not

defined.
Bảng 2.10: Tính toán lượng mưa hiệu quả – Trạm VinhError!

Bookmark

not

defined.
3

Bảng 2.11: Kết quả tính toán chế độ tưới cho cây trồng huyện Nam Đàn (m /ha).......66
3

Bảng 2.12: Kết quả tính toán chế độ tưới cho cây trồng huyện Hưng Nguyên (m /ha)67
3

Bảng 2.13: Kết quả tính toán chế độ tưới cho cây trồng Thành phố Vinh (m /ha).......68
3


Đông Xuân) .................................................................................................................889
Hình 3.8: Đường quá trình mực nước tại một số vị trí trên kênh Hoàng Cần và kênh
Khe Cái (kịch bản 8 – Pa1) ...........................................................................................89
Hình 3.9: Đường quá trình mực nước, lưu lượng tại cống Nam Đàn cũ, Nam Đàn mới
và trạm bơm Thanh Hà (kịch bản 8 – Pa1) ...................................................................90
Hình 3.10: Đường quá trình mực nước tại một số vị trí trên kênh Hoàng Cần và kênh
Khe Cái (kịch bản 8 – Pa2) ...........................................................................................90
Hình 3.11: Đường quá trình mực nước, lưu lượng tại cống Nam Đàn cũ, Nam Đàn mới
và trạm bơm Thanh Hà (kịch bản 8 – Pa3) ...................................................................91
Hình 3.12: Đường quá trình mực nước tại một số vị trí trên hệ thống (kịch bản 10 –
Pa4)................................................................................................................................91
Hình 3.13: Đường quá trình mực nước tại một số vị trí trên hệ thống (kịch bản 11 –
Pa4)................................................................................................................................92

6

6


MỞ ĐẦU
I. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Nam Nghệ An là vùng đất nằm kẹp giữa các khối địa hình lớn như dãy núi
Sông Mã ở phía Bắc và dãy Trường Sơn ở phía Tây Nam; bao gồm các huyện Nam
Đàn, Hưng Nguyên, Nghi Lộc, thành phố Vinh và thị xã Cửa Lò. Địa hình vùng này
có thể chia làm hai vùng khác biệt là vùng đồi núi và vùng đồng bằng. Các dãy núi có
các đỉnh núi cao khoảng 450m÷500m. Các dãy đồi thấp có cao độ từ 30m÷50m. Đồi
núi cao có cây cối thấp, thưa, còn đại bộ phận là đồi trọc. Đồi núi đã chia cắt nơi này
thành những dải đồng bằng nhỏ hẹp,có nhiều khe suối chảy qua. Thế đất giữa các vùng
có hình lòng chảo, có xu thế thấp dần từ Tây sang Đông.
Hệ thống thủy lợi Nam Nghệ An bao gồm các công trình: Các cống đầu mối, trạm

và biến đổi khí hậu hiện nay.
II. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU
Đánh giá hiện trạng cấp nước của hệ thống thủy lợi Nam Nghệ An trong điều kiện thay
đổi diện tích tưới và mực nước sông Lam xuống thấp;
Đề xuất các giải pháp kỹ thuật, quản lý hiệu quả để tăng cường khả năng lấy nước qua
cống Nam Đàn đảm bảo cấp nước cho hệ thống Nam Nghệ An trong điều kiện mực
nước sông Lam xuống thấp.
III. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Đối tượng nghiên cứu:
Hệ thống thủy lợi Nam Nghệ An.
Phạm vi nghiên cứu:
Nghiên cứu đánh giá hiện trạng, khả năng lấy nước tưới qua cống Nam Đàn đảm bảo
cấp nước cho hệ thống thủy lợi Nam Nghệ An trong điều kiện thay đổi diện tích tưới
và mực nước sông Lam xuống thấp.
IV. CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
1. Cách tiếp cận:
- Tiếp cận thực tế: Điều tra, khảo sát và thu thập số liệu;
- Tiếp cận hệ thống: Phân tích, đánh giá hiện trạng hệ thống;

2

2


- Tiếp cận tổng hợp và liên ngành;
- Tiếp cận kế thừa có chọn lọc và bổ sung;
- Tiếp cận các phương pháp, công cụ hiện đại trong nghiên cứu: Đề tài này ứng dụng
mô hình thủy lực Mike 11.
2. Phương pháp nghiên cứu:
- Phương pháp điều tra, khảo sát, tổng hợp số liệu, thu thập tài liệu thực tế, tài liệu

địa lý từ 18 33'10" đến 19 24'43" vĩ độ Bắc và từ 103 52'53" đến 105 45'50" kinh độ
Đông.
- Cống Nam Đàn mới nằm tại nơi giao nhau giữa Kênh Cụt và đê tả Sông Lam, vị trí
công trình thuộc địa bàn xã Xuân Hòa, huyện Nam Đàn, tỉnh Nghệ An. Tuyến cống
mới cách cống Nam Đàn cũ khoảng 2 km về phía hạ lưu. Tọa độ địa lý khu đầu mối:
o

+ 105
+ 18

o

30’53” kinh độ đông

41’18” vĩ độ Bắc

Vùng dự án được giới hạn bởi:
+ Phía

Bắc giáp huyện Diễn Châu;

+ Phía

Nam giáp sông Cả (sông Lam);

+ Phía

Tây giáp vùng đồi núi của hai huyện Thanh Chương và Đô Lương;

+ Phía

Vùng đồng bằng bao gồm vùng đất thịt sông Lam thuộc Nam Đàn, Hưng Yên, phía
Tây quốc lộ 1A của huyện Nghi Lộc có cao độ +7m÷0.3m. Vùng đất cát pha ở phía
Đông đường quốc lộ 1A thuộc huyện Nghi Lộc và bắc thành phố Vinh có diện tích tự
nhiên khoảng 15000ha, cao độ +1,55m÷5,0m. Vùng ven biển hạ lưu sông Cấm và
đông thành phố Vinh đất thấp, cao trình 0,5÷1,5m.
- Vùng đồng ruộng phía Bắc đường 46 và Tây quốc lộ 1 có cao độ từ +0,5m÷6,0m
thấp dần về phía kênh Thấp và kênh Gai cao độ +1,5m÷2,0m tạo thành một số vùng
trũng như vùng Bãi Nón, Tây-Yên-Trung. Vùng kẹp giữa quốc lộ 46 và đê 42 đồng
ruộng có xu hướng thấp dần từ Tây sang Đông. Tại Nam Đàn có chỗ cao độ
+5,0m÷6,8m, thấp dần xuống Hưng Nguyên vùng Châu, Lợi (1,0÷0,7)m, trong đó vẫn
nhiều vùng trũng cục bộ.
c) Đặc điểm về thổ nhưỡng, địa chất,
Đặc điểm thổ nhưỡng

5

5


- Các vùng có cao độ từ +3 trở lên là đất thịt nhẹ, thịt pha cát, là đất ít chua (PH =
5,5÷6,5).
- Vùng trũng thấp thường bị ngập lụt, thành phần cơ giới là đất thịt nặng, thịt pha sét là
đất chua có độ PH < 5,5.
- Đất cát ven biển thành phần chủ yếu là cát hạt vừa, cát hạt mịn, hạt sét rất ít. Đất kém
giữ nước, khi đào sâu có cát chảy.
- Đất ven đồi là đất thịt pha cát bị xói mòn, bạc màu.
- Các vùng ven sông Cấm là đất nhiễm mặn nhưng từ khi có cống Nghi Quang đã
được ngọt hóa.
Địa chất công trình khu vực đầu mối
Theo tài liệu Báo cáo khảo sát địa chất công trình, địa tầng khu vực công trình đầu mối


0

tượng mất ổn định như lún, trượt sạt, thấm nước nhỏ (K tb =5,1.10 cm/s, φ=3 49’,
2

2

C=0.088kg/cm /kg, a 1-2 =0.112cm /kg), áp lực xuyên tiêu chuẩn N/30=2 búa;

6

6


- Lớp 4a: Cát, cát pha kẹp các lớp bùn sét, sét pha trạng thái xốp (cát), chảy (bùn sét).
Áp lực xuyên tiêu chuẩn N/30=6búa;

7

7


- Lớp 5: Sét xám , xám đen, xám ghi, dẻo chảy – chảy. Sét xám, xám xanh, xám đen,
trạng thái chảy. Đây cũng là lớp đất yếu dễ gây mất ổn định khi mở hố móng. Hệ số
-5

0

2


vì vậy không nên dung lớp này đặt móng công trình cầu. Hệ số thấm K tb =1,7.10 cm/s,
0

2

2

φ=19 02’, C=0.672kg/cm , a 1-2 =0,0244cm /kg, áp lực xuyên tiêu chuẩn N/30=25 búa;
- Lớp 9: Hòn mảnh vụn phong hóa lẫn sét, sét pha màu vàng, xám trắng trạng thái
cứng (sản phẩm phong hóa từ đá cát bột kết sét kết). Lớp này có sức chịu tải tốt nhưng
có bề dày mỏng. Áp lực xuyên tiêu chuẩn N/30>50 búa;
- Lớp 10: Đá két bột kết màu xám vàng, nâu vàng, trạng thái cứng, nứt nẻ vỡ vụn. Lớp
2

này có sức chịu tải rất lớn thích hợp cho việc đặt móng công trình. C = 6.0kg/cm ;
φ=35°45’;
d) Đặc điểm khí tượng thủy văn

Khí
tượng

8

8


Chế độ nhiệt:

9

biến mưa trong năm cũng mang tính đặc thù của miền Trung. Mưa lớn trong năm

10

1
0


thường có 2 đỉnh, đỉnh mưa lớn thứ nhất xuất hiện vào cuối tháng 5 đầu tháng 6 khi
gió giao mùa. Đỉnh mưa này nguyên nhân chính xuất hiện lũ tiểu mãn. Đỉnh mưa lớn

11

1
1


nhất trong năm thường xuất hiện cuối tháng 9, 10 hàng năm. Đầu mùa hạ lượng mưa
tháng đạt cực đại vào tháng 5, 6 sau đó mưa giảm nhỏ vào tháng 7, 8. Tổng lượng mưa
tháng 5, 6 đạt tới 20% tổng lượng mưa năm. Trong 2 tháng mưa lớn tháng 9, 10 lượng
mưa đạt tới 40÷50% tổng lượng mưa năm, cường độ trong mùa mưa rất lớn. Trong 1
ngày lượng mưa có thể đạt đến từ 700 mm đến 800 mmm, mưa 3 ngày đạt trên
1000mm điển hình như trận mưa ngày 20/8/1965 thành phố vinh chỉ trong 1 giờ lượng
mưa đạt 142 mm/giờ. Những trận mưa lớn như trên thường gây lũ nghiêm trọng trên
lưu vực sông Cả.
- Tổng lượng mưa 6 tháng mùa khô lại rất nhỏ chỉ chiếm 15 ÷ 20% tổng lượng mưa
năm. Lượng mưa nhỏ nhất thường vào tháng 2, 3. Nhiều trạm đo trong vùng lượng
mưa hai tháng này chi đạt 1÷2% lượng mưa năm.
- Lưu vực sông Cả so với các lưu vực Bắc Bộ ảnh hưởng của gió mùa Đông Bắc đã
giảm đi nhiều. Nhưng số ngày có mưa phùn trong các tháng mùa khô cũng khá nhiều .

bình quân nhỏ nhất là lưu vực sông Hiếu. Tại Quỳ Châu là 701 mm/năm. Lượng nước
bốc hơi bình quân năm đồng bằng nhỏ hơn miền núi nhưng phần trung lưu giữa lưu
vực lại có lượng bốc hơi nhỏ hơn cả. Lượng nước bốc hơi bình quân tháng lớn nhất
vào tháng 7 khi gió Lào và nắng hoạt động lớn trên lưu vực. Tại Vinh tháng 7 đạt 172
mm/tháng. Tháng có lượng bốc hơi nhỏ nhất vào tháng 2 chỉ đạt 29,7 mm/tháng. Bốc
hơi 4 tháng lớn nhất là 5, 6, 7, 8 tổng lượng bốc hơi đạt tới 541 mm chiếm gần 60%
tổng lượng bốc hơi năm. Bốc hơi ngày lớn nhất tại Vinh đạt tới 5,4 mm/ngày. Lượng
bốc hơi bình quân tháng các khu vực trên lưu vực sông Cả đạt được như sau:
Bão:
- Vùng đồng bằng sông Cả mở rộng theo hướng nhìn ra phía Đông lại sát bờ biển chịu
ảnh hưởng nhiều của các đợt mưa bão càng đi lên phía Tây Bắc và phía Tây lưu vực
ảnh hưởng của bão càng giảm nhỏ. Vào đầu tháng 7 khi hoạt động của các hình thái
thời tiết gây mưa tăng lên ở vùng Thái Bình Dương. Khối áp cao Thái Bình Dương lớn
mạnh lên, hoạt động mạnh ở vùng rìa vịnh Bắc Bộ lấn áp dần khối áp thấp Sibêri dịch
dần vào bờ biển phía ngbắc Việt Nam gây ra bão hoặc áp thấp nhiệt đới kèm theo mưa
to vùng ven biển phía bắc trong đó có lưu vực sông Cả. Hằng năm lưu vực sông Cả
chịa ảnh hưởng của bão và bão đổ bộ trực tiếp từ 1,0÷1,5 cơn bão trong năm. Tốc độ
gió do bão sinh ra đạt tới cấp 9÷10 khi giật lên tới cấp 12. Bão thường đổ bộ vào lưu
vực sông Cả từ cuối tháng 9, 10 và đầu tháng 11. Tốc độ gió lớn nhất đã quan trắc
được tại Tương Dương 25 m/s hướng N.W (1975). Tại Quỳ Châu lớn hơn 20 m/s

13

1
3


hướng N.W năm 1973, tại Đô Lương 28 m/s hướng E.N.E (1965), tại Vinh 40 m/s xuất
hiện năm 1982, 1987, 1989, 1990. Thông thường bão và áp thấp nhiệt đới đổ bộ vào
lưu vực sông Cả là gây mưa lớn ngập lụt trên diện rộng. Bão là một hình thái thời tiết

nước mặt.
- Đặc trưng hình thái lưu vực sông Cả được thể hiện qua các chỉ tiêu đánh giá lưu vực

14

1
4


sau:

15

1
5


2

+ F= 27.200 ( km )
+ L sông =532 km
+ Độ cao bình quân: 294 (m)
+ Độ dốc bình quân lưu vực: 1,83 (‰)
2

+ Mật độ lưới sông : 0,6 (km/km )
+ Hệ số không đối xứng: -0,14
+ Hệ số hình dạng lưu vực: 0,29
- Sông Cả là con sông lớn thuộc vùng Bắc Trung Bộ có hình dạng lưu vực phát triển
lệch về phía Tây Bắc, diện tích lưu vực đa phần là miền núi và núi cao, hệ thống sông

16

1
6


- Dòng chảy trên lưu vực sông Cả cũng chia làm 2 mùa theo với 2 mùa của biến trình
mưa năm. Dòng chảy mùa khô và dòng chảy mùa kiệt trên các sông nhánh thuộc lưu
vực sông Cả cũng có sự khác nhau về thời gian bắt đầu và thời gian kết thúc.
9

3

- Tổng lượng dòng chảy trung bình năm trên sông Cả khoảng 21÷ 24.10 m /năm.
Tổng lượng dòng chảy năm nhiều nước gấp 2,7÷ 2,9 lần năm ít nước, ở những sông
nhánh tỷ lệ này còn biến động nhiều hơn. Sự xuất hiện những năm nhiều nước trên lưu
vực sông Cả thường không xuất hiện đồng thời giữa các nhập lưu. Trên dòng chính
sông Cả năm nhiều nước xuất hiện vào năm 1973. Sự phân bố nguồn nước trên lưu
vực sông Cả biến động nhiều theo không gian và thời gian. Nhưng nó cũng có quy luật
riêng của mình đó là: Ít khi xuất hiện 2 năm liên tiếp đều kiệt và 2 năm liên tiếp đều là
năm nước lớn. Sau những năm nước lớn, năm tiếp theo thường là bị kiệt và ngược lại.
Dù là năm nước lớn hay năm kiệt nước thì phần trung và hạ du sông cũng tương đối
điều hoà và đây cũng là một thuận lợi cho việc sử dụng nước phục vụ cho các ngành
kinh tế quốc dân trên lưu vực.
- Mùa kiệt bắt đầu từ tháng 1 và kết thúc vào cuối tháng 8 hàng năm, giữa mùa kiệt
vào tháng 5, 6 có xuất hiện lũ tiểu mãn và chính vì có thời gian lũ chen giữa mùa kiệt
này mà dòng chảy trên sông Cả có 2 thời kỳ kiệt khác biệt nhau: Kiệt vào tháng 3 ÷ 4
và kiệt vào tháng 7 ÷ 8. Trong những năm qua kiệt vào tháng 3 ÷ 4 ảnh hưởng tới sản
xuất nhiều hơn kiệt vào tháng 7 ÷ 8.
- Thời gian bắt đầu và kết thúc mùa kiệt trên toàn lưu vực sông Cả không giống nhau.

8


Hình 1.2 thể hiện xu hướng xuống thấp của mực nước Min trong tháng theo các năm.
Trong vụ Đông Xuân thì thời điểm tháng 12 đến hết tháng 1 có nhu cầu nước lớn nhất,
đây là thời điểm làm đất và reo mạ, trong khi thời tiết hanh khô và ít mưa. Theo báo
cáo thì Cống Nam Đàn không đảm bảo cấp đủ nước và trong thời gian cần thiết nên đã
gây hạn cục bộ tại một số nơi, ảnh hưởng đến sản lượng và năng xuất cây trồng, cũng
như tình hình kinh tế xã hội của khu vực
e) Địa chất thủy văn
Nước mặt
- Nước mặt chỉ có trong các ao, ruộng trũng, nước mặt có quan hệ tủy lực với nước
ngầm thông qua lớp 1.
- Triều mùa kiệt ảnh hưởng tới Nam Đàn. Biên độ triều vùng ảnh hưởng chỉ đạt
0,1m÷0.2m. Biên độ triều tại Cưa Hội đạt 3,1m và tại Chợ Tràng tới 2,2m. Triều là tác
nhân xâm nhập mặn và cũng thuận lợi cho tiêu thoát và lấy nước ở các cống vùng
triều.
Nước ngầm
- Nước dưới đất xuất hiện trong lớp 2: Cát hạt nhỏ kẹp các lớp bùn, sét, sét pha, đây là
tầng chứa nước đầu tiên từ trên mặt đất xuống, đôi chỗ có quan hệ thủy lực với nước
-4

mặt thông qua lớp 1 (ao, ruộng trũng). Hệ số thấm trung bình lớp 2: K tb =2,4.10 cm/s.
Đánh giá điều kiện địa chất công trình
Đánh giá khả năng chịu tải của đất nền
- Đáy móng cống lấy nước và âu thuyền chủ yếu đặt trong lớp 4 là lớp sét chứa hữu cơ,
trạng thái dẻo chảy - chảy, phía dưới là lớp xen kẹp các lớp và ổ cát nhỏ. Đây là lớp
đất yếu có thành phần và tính chất đặc biệt: độ ẩm lớn, dung trọng nhỏ, tính nén lún
lớn và lâu dài. Dưới lớp 4 là lớp 5 hoặc lớp 6a, 6b. Lớp 5 có bề dày thay đổi từ 2÷8m,
sức chịu tải yếu, thấm ít nước. Lớp 6a có bề dày phân bố không đều từ 0,5÷3,7m, đây