NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC QUẢN LÝ VẬN HÀNH TƯỚI TỐI ƯU HỆ THỐNG THỦY NÔNG CẦU SƠN CẤM SƠN TRONG ĐIỀU KIỆN HẠN CHẾ NGUỒN NƯỚC

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ
PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI
-----------------------------------------

BÙI VĂN CƯỜNG

NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC QUẢN LÝ VẬN HÀNH TƯỚI
TỐI ƯU HỆ THỐNG THỦY NÔNG CẦU SƠN - CẤM SƠN
TRONG ĐIỀU KIỆN HẠN CHẾ NGUỒN NƯỚC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Hà Nội - 2011


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ
PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI
---------------------------------------

BÙI VĂN CƯỜNG

NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC QUẢN LÝ VẬN HÀNH TƯỚI
TỐI ƯU HỆ THỐNG THỦY NÔNG CẦU SƠN - CẤM SƠN

TRONG ĐIỀU KIỆN HẠN CHẾ NGUỒN NƯỚC

Chuyên ngành

: Quy hoạch và Quản lý Tài nguyên nước

Mã số

: 60-62-30

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Người hướng dẫn khoa học:
1. PGS. TS Đoàn Doãn Tuấn
2. ThS. NCS Phạm Thịnh

Hà Nội, 2011


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

LỜI CẢM ƠN
Trong suốt quá trình làm luận văn, tác giả đã nhận được sự giúp đỡ, chỉ bảo
động viên của các thầy cô giáo, gia đình và đồng nghiệp.
Tác giả xin chân thành bày tỏa lòng biết ơn sâu sắc tới PGS. TS Đoàn Doãn
Tuấn và ThS. NCS Phạm Thịnh đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ trong suốt quá trình
làm luận văn tốt nghiệp.
Cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Kỹ thuật Tài nguyên nước và trường Đại
học Thủy lợi, các bạn học viên cao học 15 tại cơ sở 2 và cao học 16 tại Hà Nội đã
gắn bó, chia sẻ những khó khăn với tác giả trong quá trình học tập cũng như làm

luận văn.
Cảm ơn công ty khai thác công trình thủy lợi Cầu Sơn, Toàn thể cán bộ Trung
tâm Tư vấn PIM đặc biệt là nhóm nghiên cứu tham gia đề tài “Nghiên cứu ứng dụng
các giải pháp khoa học công nghệ phòng chống hạn hán phục vụ phát triển nông
nghiệp bền vững ở các tỉnh miền núi phía Bắc” đã tạo điều kiện cung cấp chia sẻ tài
liệu và chuyên môn với tác giả.
Cuối cùng xin cảm ơn những người thân yêu trong gia đình và bạn bè đã động
viên giúp đỡ trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn.
Trân trọng cảm ơn !
Hà nội, ngày 02 tháng 03 năm 2011

Bùi Văn Cường

Học viên: Bùi Văn Cường


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1
T
6

T
6

I. Tính cấp thiết của Đề tài ..........................................................................................1
T
6

T
6

II. Mục đích của Đề tài ................................................................................................2
T
6

T
6

III. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .........................................................................2
T
6

T
6

IV. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu ...........................................................2
T
6

T
6

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÁC NGHIÊN CỨU CÓ LIÊN QUAN ................5
T
6

1.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới .......................................................................5
T

6

T
6

1.2. Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam .......................................................................9
T
6

T
6

CHƯƠNG 2. ĐẶC ĐIỂM KHU VỰC NGHIÊN CỨU ...........................................13
T
6

2.1. Đặc điểm tự nhiên ..............................................................................................13
T
6

T
6

2.1.1. Vị trí địa lý ......................................................................................................13
T
6

T
6

2.1.2. Đặc điểm địa hình địa mạo..............................................................................14
T
6

T
6

2.1.3. Đặc điểm khí tượng thuỷ văn ..........................................................................14
T
6

T
6

2.2. Đặc điểm kinh tế - Xã hội ..................................................................................20
T
6

T
6

2.2.1. Dân sinh ..........................................................................................................20
T
6

T
6

2.2.2. Hiện trạng phát triển nông nghiệp...................................................................21
T

6

T
6

2.2.3. Hiện trạng các nghành kinh tế khác ................................................................22
T
6

T
6

2.3. Phương hướng phát triển kinh tế ........................................................................23
T
6

T
6

2.3.1. Phương hướng phát triển nông nghiệp, lâm nghiệp và thủy sản.....................23
T
6

T
6

2.3.2. Phương hướng phát triển các ngành công nghiệp – xây dựng ........................25
T
6

T
6

2.3.3. Phương hướng phát triển các ngành dịch vụ...................................................25
T
6

T
6

2.4. Hiện trạng công trình và công tác quản lý trên hệ thống thủy lợi Cầu Sơn .......26
T
6

T
6

2.4.1. Hiện trạng hệ thống công trình thủy lợi ..........................................................26
T
6

T
6

2.4.2. Hiện trạng tổ chức quản lý vận hành ..............................................................35
T
6

T
6

CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN CÂN BẰNG NƯỚC CHO HỆ THỐNG .....................39
T
6

3.1. Tính nhu cầu nước trong hệ thống Cầu Sơn ......................................................39
T
6

T
6

3.1.1. Tính nhu cầu nước cho cây trồng ....................................................................39
T
6

T
6

3.1.2. Nhu cầu nước cho chăn nuôi ...........................................................................53
T
6

Học viên: Bùi Văn Cường

T
6


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

3.1.3. Nhu cầu nước cho sinh hoạt và công nghiệp ..................................................54
T
6

T
6

3.1.4. Tính tổng các nhu cầu dùng nước ...................................................................56
T
6

T
6

3.2. Xác định khả năng dung tích hồ chứa ................................................................57
T
6

T
6

3.2.1. Dòng chảy năm ứng với tần suất thiết kế tại đập Cầu Sơn .............................57
T
6

T
6

3.2.2. Dự báo khả năng dung tích hồ Cấm Sơn đến năm 2020 .................................57

T
6

T
6

3.3. Tính cân bằng nước cho toàn hệ thống (thời gian hiện tại và 2020) .................58
T
6

T
6

3.3.1. Mục đích..........................................................................................................58
T
6

T
6

3.3.2. Phương pháp tính toán cân bằng nước ............................................................59
T
6

T
6

3.3.3. Tính cân bằng nước tại Cầu Sơn .....................................................................60
T
6

T
6

3.3.4. Tính toán cân bằng nước năm 2020 tại Cầu Sơn ............................................62
T
6

T
6

CHƯƠNG 4. CƠ SỞ KHOA HỌC QUẢN LÝ VẬN HÀNH TƯỚI TỐI ƯU HỆ
T
6

THỐNG THỦY NÔNG CẦU SƠN-CẤM SƠN TRONG ĐIỀU KIỆN HẠN CHẾ
NGUỒN NƯỚC ........................................................................................................65
4.1. Bài toán đặt ra ....................................................................................................65
T
6

T
6

4.2. Xây dựng hàm mục tiêu và các hàm ràng buộc .................................................66
T
6

T
6

4.2.1. Hàm mục tiêu ..................................................................................................66
T
6

T
6

4.2.2. Các điều kiện ràng buộc ..................................................................................68
T
6

T
6

4.3. Giải bài toán tối ưu .............................................................................................70
T
6

T
6

4.4. Phần mềm hỗ trợ giải bài toán tối ưu .................................................................71
T
6

T
6

4.4.1. Giới thiệu phần mềm .......................................................................................71

T
6

T
6

4.4.2. Số liệu đầu vào ................................................................................................74
T
6

T
6

4.5. Kết quả tính toán ................................................................................................76
T
6

T
6

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................................83
T
6

T
6

I. Những kết quả đạt được .........................................................................................83
T
6

T
6

II. Những tồn tại ........................................................................................................84
T
6

T
6

III. Một số kiến nghị về hướng nghiên cứu tiếp theo ................................................85
T
6

Học viên: Bùi Văn Cường

T
6


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ BẢNG
Hình 2. 1. Vị trí địa lý vùng nghiên cứu ...................................................................13
TU
6

T
6

U

Hình 2. 2. Bản đồ hiện trạng hệ thống thủy lợi Cầu Sơn ..........................................30
TU
6

T
6
U

Hình 2. 3. Kênh chính Giữa – Đoạn cuối (K30+925) ...............................................31
TU
6

T
6
U

Hình 2. 4. Kênh Yên Lại ...........................................................................................31
TU
6

T
6
U

Hình 2. 5. Kênh chính Tây ........................................................................................32
TU
6

T
6
U

Hình 2. 6. Kênh chính Bảo Sơn ................................................................................32
TU
6

T
6
U

Hình 2. 7. Sơ đồ cơ cấu phòng ban công ty KTCTTL Cầu Sơn ...............................36
TU
6

T
6
U

Hình 2. 8. Sơ đồ mô hình tổ chức quản lý cơ sở (mô hình đại diện) ........................38
TU
6

T
6
U

Hình 3. 1. Giao diện chương trình IRR_2006 và các mô đun nhập liệu................. 47
TU

6

T
6
U

Hình 3. 2. Sơ đồ khối tính hệ số tưới trong chương trình IRR_2006 .......................48
TU
6

T
6
U

Hình 3. 3. Các mô hình gieo trồng chính trên hệ thống Cầu Sơn .............................49
TU
6

T
6
U

Hình 3. 4. Giản đồ hệ số tưới thiết kế đã hiệu chỉnh.................................................50
TU
6

T
6
U

Hình 3. 5. Khu nuôi trồng thủy sản ngay cạnh điều tiết Kè Hoành – kênh Giữa .....54
TU
6

T
6
U

Hình 4. 1. Giao diện chính của chương trình GAMS……………………………...71
TU
6

T
6
U

Hình 4. 2. Giao diện chính của phần mềm ................................................................72
TU
6

T
6
U

Hình 4. 3. Sơ đồ kênh tưới hệ thống thủy lợi Cầu Sơn trong mô hình .....................73
TU
6

T
6

U

Hình 4. 4. Mô đun nhập liệu mưa .............................................................................74
TU
6

T
6
U

Hình 4. 5. Mô đun nhập số liệu hệ thống ..................................................................75
TU
6

T
6
U

Hình 4. 7. Mô đun nhập số liệu công trình ...............................................................76
TU
6

T
6
U

Hình 4. 8. Biểu đồ biểu diễn Q đến – Q xã – Z hồ ..........................................................80
TU
6

RU
U

RU
U

RU
U

RU
U

RU
U

R6
U
T

Hình 4. 9. Biểu đồ lưu lượng các thời đoạn qua cống đầu kênh cấp 2 (cống T10) ..83
TU
6

T
6
U

Bảng 2. 1. Nhiệt độ trung bình, lớn nhất, nhỏ nhất tháng ( C) …………………….15
Bảng 2. 2. Độ ẩm không khí trung bình tháng (%) ...................................................15
o

TU
6

TU
6

P
U

U
P

T
6
U

T
6
U

Bảng 2. 3. Bốc hơi trung bình tháng (mm) (Đo bằng ống Piche) .............................16
TU
6

T
6
U

Bảng 2. 4. Đặc trưng tốc độ gió trung bình và lớn nhất nhiều năm (m/s) ................16

TU
6

T
6
U

Bảng 2. 5. Tổng số giờ nắng trung bình tháng nhiều năm trạm Bắc Giang (giờ) .....16
TU
6

T
6
U

Bảng 2. 6. Thống kê lượng mưa trung bình nhiều năm tại các trạm (mm)...............17
TU
6

T
6
U

Bảng 2. 7. Lưu lượng nước trung bình nhiều năm theo tài liệu thực đo ...................19
TU
6

T
6
U

Bảng 2. 8. Lưu lượng lớn nhất theo các tháng mùa lũ (m3/s) ...................................19
TU
6

Học viên: Bùi Văn Cường

P
U

U
P

T
6
U


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

Bảng 2. 9. Lưu lượng nhỏ nhất trong các tháng mùa kiệt (m3/s) ..............................20
TU
6

P
U

U
P

T
6
U

Bảng 2. 10. Năng suất một số cây trồng chủ yếu như sau: .......................................21
Bảng 2. 11. Thống kê số lượng gia súc, gia cầm trong vùng nghiên cứu (con) .......22
TU
6

T
6
U

TU
6

T
6
U

Bảng 2. 12. Đặc trưng của đập ..................................................................................26
TU
6

T
6
U

Bảng 2. 13. Thống kê kênh chính trên hệ thống thuỷ nông Cầu Sơn .......................29
TU

6

T
6
U

Bảng 2. 14. Hiện trạng công trình tiêu ra sông Thương ...........................................34
TU
6

T
6
U

Bảng 2. 15. Các công trình tiêu hiện có tiểu khu Ngòi Mân - Chản .........................35
Bảng 3. 1. Hệ số Kc một số cây trồng trong điều kiện vận tốc gió U 2 = 2m/s và độ
ẩm RHmin = 45%.....................................................................................................39
TU
6

T
6
U

TU
6

R
U

RU

T
6
U

Bảng 3. 2. Một số phương pháp xác định ETo theo FAO ........................................40
Bảng 3. 3. Các số liệu đầu vào cho phần mềm IRR_2006........................................48
Bảng 3. 4. Thông số về cơ cấu cây trồng và thời vụ cây trồng .................................49
TU
6

T
6
U

TU
6

T
6
U

TU
6

T
6
U

Bảng 3. 5. Lượng nước tưới cho 1 ha đất canh tác tại mặt ruộng (m3/ha) ................50
Bảng 3. 6. Hiệu quả tưới ...........................................................................................51
TU
6

TU
6

P
U

U
P

T
6
U

T
6
U

Bảng 3. 7. Nhu cầu nước cho cây trồng tại đầu hệ thống (106 m3/ha) ......................51
TU
6

P
U

U

P

P
U

U
P

T
6
U

Bảng 3. 8. Phân bố diện tích cây trồng tương lai ......................................................52
Bảng 3. 9. Hiệu quả tưới ...........................................................................................53
TU
6

TU
6

T
6
U

T
6
U

Bảng 3. 10. Nhu cầu nước cho cây trồng tại đầu hệ thống tính năm 2020 ...............53
TU

6

T
6
U

Bảng 3. 11. Tiêu chuẩn dùng nước cho chăn nuôi (lít/đầu vật nuôi/ngày) ...............53
Bảng 3. 12. Thống kê diện tích nuôi trồng thủy sản trong vùng nghiên cứu ............54
TU
6

T
6
U

TU
6

T
6
U

Bảng 3. 13. Tiêu chuẩn dùng nước đối với từng loại đô thị .....................................55
Bảng 3. 14. Nhu cầu nước cho các ngành thời đoạn hiện tại và năm 2020 ..............56
TU
6

T
6
U

TU
6

T
6
U

Bảng 3. 15. Lưu lượng nước thiết kế 75% đến đập Cấm Sơn và Cầu Sơn ...............57
TU
6

T
6
U

Bảng 3. 16. Cân bằng nước tại đập Cầu Sơn ............................................................60
Bảng 3. 17. Cân bằng nước tại hồ Cấm Sơn (z = 51m) ............................................61
TU
6

T
6
U

TU
6

T
6

U

Bảng 3. 18. Cân bằng nước tại đập Cầu Sơn đến năm 2020 .....................................62
TU
6

T
6
U

Bảng 3. 19. Cân bằng nước tại hồ Cấm Sơn (z = 51m) ............................................63
Bảng 3. 20. Cân bằng nước tại hồ Cấm Sơn .............................................................64
TU
6

TU
6

T
6
U

T
6
U

Bảng 4. 1. Quan hệ Z~F và Z~W hồ Cấm Sơn 74
Bảng 4. 2. Kết quả tính diện tích và năng suất cây trồng khu Cầu Sơn ....................77
Bảng 4. 3. Kết quả tính toán diện tích cây trồng cho từng khu tưới ........................77
TU

6

T
6
U

TU
6

TU
6

T
6
U

T
6
U

Bảng 4. 4. Kết quả tính toán lượng nước phân phối cho các đoạn kênh chính ........81
TU
6

Học viên: Bùi Văn Cường

T
6
U

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
ĐBSH

: Đồng bằng sông Hồng

HTTL

: Hệ thống thủy lợi

HTX

: Hợp tác xã

KTCTTL

: Khai thác công trình thủy lợi

LBHMR

: Lượng bốc hơi mặt ruộng

NXB

: Nhà xuất bản

NN&PTNT : Nông nghiệp và phát triển nông thôn
GDP

: Thu nhập bình quân đầu người

GAMS

: General Algebraic Modelling System

Học viên: Bùi Văn Cường


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

1

MỞ ĐẦU
I. Tính cấp thiết của Đề tài
Các nghiên cứu về lĩnh vực tài nguyên nước trên thế giới đã chỉ ra rằng, nhu
cầu nước cho sản xuất và sinh hoạt ngày càng căng thẳng dưới áp lực của sự gia
tăng dân số, sự phát triển của các ngành công, nông nghiệp và dịch vụ; sự ô nhiễm
môi trường và tác động của biến đổi khí hậu toàn cầu. Bên cạnh đó, nhiều nhà khoa
học trong và ngoài nước cho rằng tình trạng thiếu nước trong nhiều trường hợp là
do trình độ quản lý kém, chế độ vận hành hệ thống và chính sách phân phối nước
không phù hợp (Vũ Thế Hải, Đặng Thế Phong, 2007; Bùi Hiếu, 2008). Điều đó lý
giải tại sao, hiện nay xu hướng hiện đại hoá công trình đang dần bị thay thế bởi xu
hướng hiện đại hoá quản lý. Đối với nước ta, nhu cầu hiện đại hoá công tác quản lý,
vận hành càng trở nên cấp bách khi mà tổng tài sản đầu tư cho thuỷ lợi ở nước ta
chiếm một lượng kinh phí rất lớn so với nhiều lĩnh vực khác và sản xuất nông
nghiệp vẫn chiếm tỷ trọng cao trong cơ cấu kinh tế quốc dân. Việc nghiên cứu, xây
dựng quy trình vận hành đã được áp dụng tại rất nhiều hệ thống thủy nông ở nước
ta. Tuy nhiên, việc nghiên cứu, vận hành tối ưu về mặt kinh tế trên hệ thống tưới

còn chưa được phổ biến và áp dụng rộng rãi.
Hệ thống Cầu Sơn - Cấm Sơn là một hệ thống thuỷ nông liên tỉnh nằm trên địa
bàn tỉnh Bắc Giang và Lạng Sơn, phục vụ tưới cho 4 huyện thị và một thành phố.
Đây là hệ thống liên hoàn khai thác bậc thang, phía trên là hồ chứa nước Cấm Sơn
điều tiết nhiều năm, xả lưu lượng xuống sông Thương đưa về đập dâng Cầu Sơn,
phục vụ tưới tự chảy và cung cấp nước cho các trạm bơm. Đây là vùng có diện tích
nông nghiệp tập trung và có tiềm năng phát triển cây lúa, hoa màu và cây công
nghiệp với khả năng mở rộng diện tích, mức độ thâm canh và đa dạng hóa trong sản
xuất được coi là gần sát với tối đa. Tuy nhiên, lượng mưa phân bố không đều trong
năm, hoặc quá cao hoặc quá thấp so với nhu cầu nước của cây trồng nên công tác
thủy lợi đóng vai trò rất quan trọng. Tuy đã được đầu tư về công trình đầu mối và

Học viên: Bùi Văn Cường


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

2

hệ thống kênh chính (dự án VWRAP), toàn hệ thống vẫn chưa đáp ứng được nhu
cầu tưới ngày càng tăng do quá trình thâm canh hóa, đa dạng hóa trong sản xuất
nông nghiệp ngày càng tăng cùng với diễn biến về khí hậu thủy văn luôn bất lợi cho
việc đáp ứng nhu cầu nước cho sản xuất. Hơn nữa, quy trình quản lý vận hành đang
áp dụng tại hệ thống vẫn theo một quy trình quy phạm cụ thể và theo kinh nghiệm
thực tế tại vùng. Tuy đã được kiểm nghiệm bởi thực tế, giải pháp được lựa chọn phụ
thuộc hoàn toàn vào ý kiến chủ quan của người quản lý và do vậy chưa hẳn đã là
giải pháp tối ưu. Do vậy, việc nghiên cứu cơ sở khoa học quản lý vận hành tưới
tối ưu hệ thống thủy nông Cầu Sơn – Cấm Sơn trong điều kiện hạn chế nguồn
nước là vấn đề rất thiết thực và cần thiết.
II. Mục đích của Đề tài

Nghiên cứu cơ sở khoa học quản lý vận hành tưới tối ưu hệ thống thủy nông
Cầu Sơn – Cấm Sơn nhằm tối đa hoá lợi ích sản xuất nông nghiệp trong hệ thống
trong điều kiện hạn chế nguồn nước.
III. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là hệ thống thủy nông Cầu Sơn - Cấm Sơn bao
gồm hệ thống công trình đầu mối là hồ chứa nước Cấm Sơn và hệ thống khu tưới
Cầu Sơn. Phạm vi khu tưới có tổng diện tích đất canh tác 24.257 ha, kẹp giữa 2 con
sông là sông Thương và sông Cầu bao gồm toàn diện tích canh tác huện Lạng
Giang, một phần diện tích của các huyện Yên Dũng, Lục Nam và TP. Bắc Giang.
IV. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
a) Cách tiếp cận
Để đạt được mục tiêu đã đặt ra, trên cơ sở nhiệm vụ cần giải quyết trong quá
trình thực hiện đề tài, hướng tiếp cận chính mà tác giả sử dụng sẽ là:
−

Kế thừa, ứng dụng những kiến thức khoa học và công nghệ về quản lý vận
hành tối ưu hệ thống thủy nông: Đối tượng nghiên cứu giải quyết của đề tài là
lập quy trình vận hành tưới tối ưu hệ thống thủy nông ít nhiều đã được nghiên
cứu trong và ngoài nước như đã trình bày ở trên. Trong lúc trình độ khoa học và
công nghệ quản lý trên lĩnh vực tài nguyên nước cho các hệ thống thủy lợi ở

Học viên: Bùi Văn Cường


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

3

nước ta còn khá thấp so với các nước tiên tiến trên thế giới. Do đó cần phải kế
thừa tối đa các kết quả nghiên cứu có liên quan ở trong và ngoài nước.

Tiếp cận thực tiễn vùng nghiên cứu: Quy trình quản lý vận hành tưới tối ưu

−

trên vùng nghiên cứu trong điều kiện hạn chế nguồn nước cần phải phù hợp với
điều kiện kinh tế trong vùng nghiên cứu với các điều kiện đặc thù về điều kiện
tự nhiên, những đặc thù về kinh tế và văn hóa xã hội để có được kết quả mong
đợi.
Tiếp cận yếu tố con người tác động lên hệ thống: Đây là cách tiếp cận đang

−

được phổ biến rộng rãi trong nhiều lĩnh vực đặc biệt là trong lĩnh vực phát triển
nông nghiệp, nông thôn. Cần đặc biệt chú ý đến các khía cạnh về thể chế, chính
sách, tổ chức và xã hội trong công tác thủy lợi.
Tiếp cận theo hướng đa ngành: Hướng tiếp cận này xem xét đối tượng nghiên

−

cứu trong một hệ thống quan hệ phức tạp, vì thế cần đề cập đến nhiều vấn đề
khác nhau. Đề tài sử dụng cách tiếp cận này nhằm xem xét đánh giá kết quả
nghiên cứu trên nhiều mặt khác nhau như thủy lợi, nông nghiệp, kinh tế cũng
như mối liên hệ giữ chúng.
b) Phương pháp nghiên cứu
Các phương pháp chính được sử dụng trong đề tài này bao gồm:
T
0

−

Phương pháp khảo sát, điều tra thu thập tổng hợp tài liệu: Điều tra về điều kiện
T
0

tự nhiên, dân sinh kinh tế, lấy ý kiến dân địa phương, ý kiến của các cơ quan
liên quan khi xây dựng phương án; khảo sát, thu thập các số liệu về địa hình,
thủy văn, dòng chảy;
−

Phương pháp mô hình mô phỏng và phương pháp tối ưu: Mô hình mô phỏng và
T
0

T8
0

T8
1

Mô hình tối ưu có mục đích không giống nhau nhưng trong thực tế chúng có thể
phối hợp để giải quyết vấn đề về tranh chấp, phân chia các nguồn tài nguyên
hạn hẹp nói chung và tài nguyên nước nói riêng. Việc kết hợp Mô hình mô
phỏng và Mô hình tối ưu tính toán hiệu quả kinh tế trong công tác quản lý và
khai thác hệ thống công trình thuỷ lợi có tính khả thi cao, để khai thác tối ưu hệ
thống công trình thuỷ lợi đồng thời đảm bảo phát triển bền vững, hiệu quả

Học viên: Bùi Văn Cường


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

4

nguồn tài nguyên nước;
−

Phương pháp phân tích tổng hợp: Để phân tích các kịch bản, tổng hợp đánh giá
T
1

các phương án;
−

Ứng dụng hệ thông tin địa lý (GIS): Sử dụng GPS và phần mềm chuyên ngành
T
1

nhằm hệ thống hóa và bản đồ hóa các dữ liệu.

Học viên: Bùi Văn Cường


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

5

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ CÁC NGHIÊN CỨU CÓ LIÊN QUAN
1.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
Theo Keith W. H (1992), nghiên cứu vận hành (operation research) được ra đời

từ những năm đầu của thế kỷ trước và được áp dụng đầu tiên trong không quân Mỹ.
Hiện nay nghiên cứu vận hành là một trong những lĩnh vực nghiên cứu đang được
quan tâm trên thế giới. Điều đó được thể hiện ở chỗ Hội những nhà nghiên cứu vận
hành trên thế giới đã được thành lập và những tạp chí chuyên đề về nghiên cứu vận
hành đã được xuất bản thường kỳ tại châu Âu và tại Mỹ (Operational Research
Journal).
Cũng theo tác giả trên, nghiên cứu vận hành được phân ra làm nhiều loại tùy
theo số lượng người ra quyết định và mục đích của vận hành và từ đó các phương
pháp cũng thay đổi theo đối với từng loại. Khi số lượng người ra quyết định và mục
đích của vận hành đều là một, phương pháp được áp dụng phổ biến là phương pháp
tối ưu hóa (optimization) tức tìm giải pháp đáp ứng mục đích giữa các tác nhân đã
xuất hiện và giải pháp tối ưu có thể không được tất cả các tác nhân chấp nhận hay
nói cách khác là giải pháp đó không khả thi. Trong trường hợp này, những biện
pháp mang tính xã hội đi kèm thỏa thuận hay đối thoại cần được thực hiện. Trong
trường hợp khác khi số người ra quyết định vẫn là một nhưng số lượng của mục
đích vận hành đã tăng lên lớn hơn 1, phương pháp quy đổi các mục tiêu riêng rẽ
thành một mục tiêu chung hay phương pháp phân tích đa chỉ tiêu thường được áp
dụng.
Về thực chất, nghiên cứu vận hành là sử dụng các công trình điều tiết trong hệ
thống để phân phối nước theo thời gian và không gian một cách tối ưu nhất đối với
từng điều kiện khí hậu, thủy văn cụ thể. Theo nhiều nhà nghiên cứu, nó đóng vai trò
quan trọng trong công tác vận hành hệ thống vì những lý do sau:
− Hệ thống có thể không được xây dựng đúng như mong đợi do những lỗi thiết
kế hoặc xây dựng. Khi đưa vào sử dụng, hệ thống thực tế sẽ khác rất nhiều so
Học viên: Bùi Văn Cường


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

6

với hệ thống trên lý thuyết;
− Hệ thống được thiết kế cho một điều kiện cụ thể (mực nước sông thiết kế,
nhu cầu nước ứng với tần suất thiết kế …) nhưng được khai thác sử dụng
trong điều kiện khí hậu thủy văn khác nhau. Với từng điều kiện cụ thể, hệ
thống cần được vận hành theo những cách riêng nhằm khai thác hệ thống
một cách hiệu quả nhất;
− Trải qua quá trình khai thác vận hành, hầu hết các thông số kỹ thuật của hệ
thống sẽ thay đổi so với khi mới xây dựng (mặt cắt kênh thay đổi do xói lở,
bồi lắng; năng lực các công trình xuống cấp; một số hạng mục công trình
mới được xây thêm; nhu cầu nước thay đổi do diện tích và cơ cấu cây trồng
thay đổi …). Việc xác định phương án vận hành mới ứng với hiện trạng hệ
thống sẽ giúp khai thác hệ thống hiệu quả hơn.
Theo Nelen Jesus (1992), những phương pháp được áp dụng trong vận hành hệ
thống có thể được chia làm hai loại:
Thứ nhất là phương pháp vận hành theo kinh nghiệm: Đây là phương pháp mà
giải pháp đưa ra được đúc kết từ thực tế khai thác hệ thống. Tuy đã được kiểm
nghiệm bởi thực tế, giải pháp được chọn phụ thuộc hoàn toàn vào ý kiến chủ quan
của người quản lý và do vậy chưa hẵn đã là giải pháp tối ưu. Hơn nữa, những kinh
nghiệm của người quản lý thu được rất khó nhân rộng cho những nơi khác với điều
kiện tự nhiên, kinh tế xã hội hoàn toàn khác cũng như cơ chế chính sách cũng khác
nhau.
Theo nhóm phương pháp thứ hai là xây dựng phương án vận hành bằng cách
xây dựng các công cụ toán học như phương pháp tối ưu hóa, vận hành theo kịch bản
soạn trước.
Trong hai phương pháp trên, phương pháp thứ hai hiện được nhiều nước trên thế
giới áp dụng vì nó mang tính biện minh cao và cho phép nhân rộng kết quả một
cách rộng rãi (Keith W. H., 1992). Theo ngôn ngữ toán học, phương pháp này chính
là tìm các biến mô tả hoạt động của các công trình điều tiết (Z) nhằm tối ưu hóa một
hàm mục đích (C) của các biến mô tả hệ thống (X), các biến mô tả điều kiện biên

Học viên: Bùi Văn Cường


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

7

(Y) và các biến mô tả hoạt động của các công trình điều tiết (Max C = f(X,Y,Z)).
Như vậy, việc tiến hành nghiên cứu vận hành cho một hệ thống bao gồm 3 bước là
xây dựng hàm mục tiêu, xác định các hàm ràng buộc liên kết các biến và giải bài
toán tối ưu.
Việc giải bài toán tối ưu cũng có những phương pháp khác nhau tùy tính chất
của từng hàm. Trong nhiều trường hợp hàm mục tiêu và hàm ràng buộc là các hàm
tuyến tính, khi đó bài toán tối ưu có thể giải bằng các phương pháp cổ điển như quy
hoạch tuyến tính, quy hoạch động hoặc các phương pháp dò tìm khác. Tuy nhiên
các phương pháp trên không thể áp dụng được khi các hàm ràng buộc là hàm cho
phép diễn toán hoạt động của hệ thống (mô hình mô phỏng hoạt động của hệ thống)
vì đây không phải là hàm tuyến tính, hàm hiện hay hàm có thể đạo hàm được. Để
giải quyết khó khăn trên, các nhà khoa học đã xây dựng phương pháp tối ưu hóa
dựa trên nguyên tắc thống kê được phát biểu như sau: Đối với bất kỳ một giá trị ε
nhỏ tùy ý nào đó, ta luôn có một xác suất P nào đó để tồn tại một nghiệm (Cop =
f(Xop, Yop, Zop) trong những nghiệm đã thử (Ci = f(Xi, Yi, Zi), trong đó X, Y, Z lần
lượt là hàm mục tiêu, các biến mô tả hệ thống, các biến mô tả điều kiện biên và các
biến mô tả hoạt động của các công trình điều tiết; op và i lần lượt là các chỉ số biểu
thị trạng thái tối ưu hay bất kỳ, sao cho Cop tuyệt đối – Cop < ε.
Với nguyên tắc trên, việc giải bài toán tối ưu được thực hiện theo các bước:
− Bước 1: Lựa chọn một giá trị bất kỳ sao cho biến cần tìm (biến mô tả hoạt
động của các công trình điều tiết);
− Bước 2: Tính giá trị của các hàm mục tiêu ứng với giá trị đó của hàm cần

tìm;
− Bước 3: Cho biến cần tìm một giá trị biến thiên nào đó trong khoảng cho
phép;
− Bước 4: Lặp lại bước 3 đối với giá trị mới của biến cần tìm;
− Bước 5: Lặp lại bước 3 và bước 4 một số lần đủ lớn để đạt được mục đích
của bài toán tối ưu đặt ra.

Học viên: Bùi Văn Cường


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

8

Như vậy, phương pháp giải này cho phép tìm nghiệm gần đúng ngay cả trong
điều kiện hàm mục tiêu và hàm ràng buộc là những hàm rất phức tạp như đối với
bài toán vận hành các hệ thống thủy nông cũng như trong điều kiện hàm mục tiêu
có nhiều giá trị cực trị cục bộ. Ngoài ra, nó còn tránh được những sai số nhất định
khi đơn giản hóa các hàm ràng buộc vì nó cho phép sử dụng những mô hình phức
tạp.
Bên cạnh phương pháp tối ưu hóa nói trên, nhiều nghiên cứu đã sử dụng phương
pháp vận hành theo các kịch bản soạn trước (Scenario – base method). Theo
phương pháp này, trước tiên chúng ta sẽ xây dựng các kịch bản về điều kiện biên
(Khí hậu, thủy văn) cũng như các phương án vận hành (thời gian đóng mở các công
trình điều tiết) khác nhau với những giá trị rời rạc thay vì xét đến toàn miền giá trị
có thể có của chúng. Dựa trên những giá trị rời rạc được xác định trước này, chúng
ta có thể đánh giá kết quả các kịch bản đưa ra và từ đó lựa chọn kịch bản tốt nhất
theo mục đích của nhà quản lý. Phương pháp này không đưa ra được giải pháp tối
ưu mà chỉ đưa ra được giải pháp tốt nhất trong số các giải pháp được xét đến vì các
giá trị đầu vào là các giá trị rời rạc. Tuy nhiên nó vẫn được sử dụng rộng rãi do tính

đơn giản của nó (Nelen J., 1992).
Tại các nước tiên tiến trên thế giới, nhiều cách tiếp cận khác nhau liên quan đến
mô hình hóa hoạt động của hệ thống. Đó là các mô hình xác định, mô hình khái
niệm và mô hình thống kê.
Việc xây dựng và áp dụng các chương trình vận hành quản lý hệ thống thủy lợi
đã được thực hiện tại nhiều nước trên thế giới trong hai chục năm gần đây, nhất là
tại các nước phát triển tại Bắc Mỹ, Châu Âu, Nhật Bản, Australia còn ở các nước
đang phát triển vùng Đông Nam Á như Trung Quốc, Ấn Độ, Thái Lan, Malaysia,
Srilanca... cũng đang được bước đầu thực hiện mạnh mẽ cho kết quả tốt, đem lại
hiệu quả rất đáng kể.
Một số mô hình, phần mềm và hệ thống SCADA/MAC được sử dụng khá phổ
biến trên thế giới là CROPWAT, INCA, FQM, EAO, OPDM, CANALMAN,
IMSOP, SIMIS, WASAMTC/TM System...

Học viên: Bùi Văn Cường


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

9

− Mô hình INCA được xây dựng bởi công ty Wallingford (Anh) đang được
ứng dụng rộng rãi cho việc vận hành và quản lý các hệ thống thủy nông ở
Châu Á như Srilanca, Bangladesh, Thổ Nhĩ Kỳ, Thái Lan, Ấn Độ,
Philippines và một số nước châu phi như Zimbawe, Sudan, Kenya… Mục
đích của INCA là nhằm trợ giúp cho người quản lý phân tích nhanh chóng
một lượng lớn các dữ liệu để có các thông tin cần thiết cho việc ra quyết định
điều khiển hợp lý trong các công tác vận hành hệ thống tưới.
− Mô hình và phần mềm SIMIS do ban quản lý và phát triển tài nguyên nước
của FAO thiết lập. SIMIS là một công cụ trợ giúp rất hiệu quả trong việc

quản lý các hệ thống tưới . Mô hình này cho phép giải quyết khá hoàn chỉnh
bài toán vận hành phân cấp, đa mục tiêu. Ngoài chức năng chính trợ giúp
công tác quản lý, SIMIS còn hỗ trợ nhiều cho công tác quản lý hệ thống như
kinh tế, thủy lợi phí, duy tu bảo dưỡng…Mô hình SIMIS cũng đã được dùng
phổ biến trên thế giới cũng như châu Á.
1.2. Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam
Ở nước ta, việc mô hình hóa hoạt động của hệ thống thủy nông đã được đề cập
đến từ vài thập kỷ nay. Điển hình là việc xây dựng các phần mềm sử dụng các
phương pháp hiệu hữu hạn theo sơ đồ Preismann để giải bài toán dòng chảy không
ổn định được mô phỏng bởi hệ phương trình Saint Venant. Bên cạnh đó, nhiều phần
mềm của thế giới cũng đã được sử dụng rộng rãi như MIKE, mô hình IMSOP...
Trong vài năm trở lại đây, mới được nghiên cứu thiết lập một vài mô hình phân
tích điều khiển các hệ thống thủy lợi (HTTL) như: Mô hình điều hành HTTL Đan
Hoài (1995), mô hình quản lý điều hành HTTL Thạch Nham, mô hình quản lý điều
hành HTTL Bắc Hưng Hải, mô hình IMSOP được áp dụng thuộc tổ hợp HTTL La
Khê, HTTL Sông Chu - Thanh Hóa, Sông Quao, Đồng Cam, Yazun Hạ, Đồng Mô Hà Tây.
Từ năm 2001 trở lại đây, với sự hỗ trợ của chương trình “Nghiên cứu, nâng cấp
hiện đại hóa và đa dạng hóa mục tiêu sử dụng các công trình thủy lợi” đã có một số
đề tài nghiên cứu ứng dụng công nghệ SCADA trong quản lý điều hành các hệ

Học viên: Bùi Văn Cường


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

10

thống thủy lợi như: hệ thống thủy nông Ấp Bắc (Đông Anh), hệ thống Nam Thái
Bình, hệ thống thủy nông Đồng Cam (Phú Yên), hệ thống thủy nông Bắc sông Mã
(Thanh Hóa), hệ thống thủy nông Liễn Sơn (Vĩnh Phúc).

Tuy nhiên, những nghiên cứu về khả năng ứng dụng của phần mềm trên trong
điều kiện thực tế phức tạp tại các hệ thống thủy nông còn chưa được đề cập đến một
cách thỏa đáng.
Đối với các mô hình mô phỏng hoạt động của hệ thống trong giai đoạn tiêu,
nhiều tác giả còn mô phỏng hoạt động của một trạm bơm bằng cách cho lưu lượng
bơm bằng không khi trạm bơm không hoạt động và bằng công suất của trạm khi
trạm hoạt động trong khi lưu lượng bơm thực tế của các trạm biến động theo thời
gian và thường thấp hơn 70% công suất trạm. Một số những nghiên cứu khác
thường thay cho một khu ruộng thực bằng một ô chứa phẳng giả định duy nhất
trong khi khu ruộng thực có cao trình biến động lớn và hoạt động của nó rất phức
tạp.
Đối với những mô hình mô phỏng hoạt động của hệ thống trong giai đoạn tưới,
nhiều tác giả còn coi các biến cần mô phỏng là các điều kiện biên (ví dụ lưu lượng
vào đầu các kênh cấp dưới). Điều đó làm cho mô hình hoạt động theo chủ quan của
mô hình chứ không phản ánh đúng hoạt động của hệ thống trước những điều kiện
cụ thể. Ngoài ra, nó không cho phép tìm ra những giải pháp vận hành cần thiết vì
đối tượng mà ta cần quan tâm khi vận hành (lưu lượng nước cấp cho các kênh cấp
dưới) đã được nhận giá trị mặc định ngay từ ban đầu (điều kiện biên).
Như vậy, sử dụng các phần mềm mô phỏng hoạt động của hệ thống trong
nghiên cứu vận hành là hợp lý nhưng cần lưu ý hơn khi sử dụng mô hình khái niệm
để mô phỏng những thành phần có đặc trưng vật lý không thể xác định được như bờ
ruộng, bờ vùng, bờ thửa, kênh cấp thấp.
Một số bài toán về vận hành các hệ thống vùng ĐBSH:
Trước những tác động tiêu cực của việc thiếu nước đối với các hệ thống thủy
nông ĐBSH, chúng ta cần có những giải pháp vận hành hệ thống phù hợp với đặc
điểm cụ thể của từng hệ thống và ở những quy mô khác nhau, ngoài những biện

Học viên: Bùi Văn Cường

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

11

pháp công trình như cải tạo rừng thượng nguồn, cải tạo nâng cấp hệ thống công
trình,… hay những biện pháp ở tầm vĩ mô chẳng hạn như xây dựng quy trình vận
hành hợp lý cho các hồ chứa đầu nguồn. Những bài toán vận hành có thể được xây
dựng dựa trên các nguyên tắc chính dưới đây:
− Tận dụng tối đa khả năng cung cấp nước của các hồ chứa, đập dâng ở thượng
lưu nhằm tránh tình trạng khan hiếm nước khi các trạm bơm không hoạt
động được hoặc hoạt động được nhưng với công suất thấp do mực nước sông
thấp. Ví dụ như đối với đập dâng Liễn Sơn, việc xả nước vào trữ trong các
kênh tiêu, ao, hồ, đầm lầy ,…trước khi cần nước cho đổ ải có thể giúp giảm
tình hình khan hiếm nước. Đối với hồ chứa Núi Cốc, tận dụng nguồn nước
phong phú của hồ để tiếp nước cho hệ thống Thác Huống thuộc tỉnh Bắc
Giang sẽ giúp cải thiện tình hình cung cấp nước cho hệ thống Thác Huống.
Tuy nhiên, cần quan tâm nguy cơ thiếu nước vào cuối vụ nếu tiếp nước cho
hệ thống Thác Huống quá nhiều.
− Đối với những hồ chứa có khả năng cung cấp nước thấp so với nhu cầu như
hồ Đồng Mô, cần tận dụng khả năng cấp nước của các trạm bơm khi mực
nước sông đủ cao và dành nước của hồ cho những lúc thực sự cần thiết, điều
đó có nghĩa tranh thủ sử dụng trạm bơm Phù Sa để cung cấp nước cho phần
diện tích cho phần hạ lưu ngã ba Bùng thuộc huyện Quốc Oai. Tuy chi phí
cho điện năng sẽ tăng nhưng nguy cơ thiếu nước cho diện tích phụ trách của
hồ vào cuối vụ sẽ giảm.
− Điều phối hoạt động giữa các trạm bơm sử dụng chung nguồn nước từ một
cống lấy nước dưới đê và một mạng lưới kênh chìm nhằm tránh tình trạng
thiếu nước quá nghiêm trọng tại một số khu vực nào đó trong hệ thống. Việc
này rất quan trọng đối với những hệ thống nằm ở trung tâm đồng bằng hay
vùng ven biển như các hệ thống Nam Sách, Bắc Đuống, Bắc Thái Bình v.v…

− Lựa chọn phương án luân phiên hợp lý trong từng đơn vị tưới (diện tích tưới
bởi một trạm bơm) khi trạm bơm không hoạt động được đúng như công suất
lắp đặt nhằm tránh tình trạng cung cấp mất cân đối giữa các vùng có vị trí địa

Học viên: Bùi Văn Cường


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

12

lý, điều kiện địa hình khác nhau.
Việc giải quyết những bài toán vận hành nói trên sẽ giúp giảm bớt áp lực về
cung cấp nước trước việc tình hình nguồn nước tại ĐBSH đang trong tình trạng
khan hiếm như trong những năm gần đây (Vũ Thế Hải, Đặng Thế Phong, 2007).
Những phân tích trên cho thấy, vận hành hệ thống là một biện pháp rất được
quan tâm trên thế giới cũng như trong nước. Biện pháp này giúp khai thác hệ thống
một cách hiệu quả hơn mà không đòi hỏi những chi phí quá lớn về cơ sở vật chất
cũng như chi phí gián tiếp. Những nghiên cứu trong và ngoài nước đã đưa ra nhiều
phương pháp giải quyết bài toán vận hành khác nhau đối với những bài toán hàm
mục tiêu hay hàm giàng buộc khác nhau. Bên cạnh đó, nhiều công cụ tiêu biểu là
công cụ mô hình hóa, tối ưu hóa …cũng đã được xây dựng và sử dụng rộng dãi.
Đối với ĐBSH, một trong những đặc trưng về nguyên tắc hoạt động của các hệ
thống là tính đa dạng cao. Những nguyên tắc nói trên phụ thuộc vào nhiều yếu tố
như điều kiện nguồn nước, điều kiện địa hình, điều kiện kinh tế - xã hội, lịch sử, …
Chúng thay đổi theo từng vùng từ thượng lưu, trung tâm đến vùng ven biển, vì lý do
đó nên bài toán vận hành cũng rất đa dạng. Có những hệ thống như hệ thống hồ Núi
Cốc – Thác Huống chẳng hạn, chúng ta cần giải quyết bài toán liên quan đến điều
kiện biên của hệ thống như nguồn nước hồ cũng như mực nước sông ngòi. Trong
khi đó, bài toán vận hành, điều tiết nước bên trong hệ thống trong điều kiện nguồn

nước khan hiếm lại hết sức cần thiết đối với những hệ thống như hệ thống Phù Sa Đồng Mô hay các hệ thống khác ở trung tâm đồng bằng hay vùng ven biển.

Học viên: Bùi Văn Cường


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

13

CHƯƠNG 2
ĐẶC ĐIỂM KHU VỰC NGHIÊN CỨU
2.1. Đặc điểm tự nhiên
2.1.1. Vị trí địa lý
Hệ thống thuỷ nông Cầu Sơn nằm ở giữa lưu vực hai sông là sông Thương và
sông Lục Nam. Hệ thống nằm ở phía Bắc thành phố Bắc Giang, có vị trí địa lý từ
21000’ đến 21018’ vĩ độ Bắc và từ 106010’ đến 106025’ kinh độ Đông. Phía Bắc và
P

P

P

P

P

P

P

P

phía Tây giáp sông Thương; phía Đông giáp sông Lục Nam; phía Nam giáp sông
Thương và sông Lục Nam.

Hình 2. 1. Vị trí địa lý vùng nghiên cứu

Diện tích phục vụ của hệ thống bao gồm 4 huyện thị là Lạng Giang, Lục Nam
(16 xã nằm ở hữu sông Lục Nam), Đông Bắc Yên Dũng (8 xã nằm ở phía tả sông
Thương) và một phần thành phố Bắc Giang. Tổng diện tích đất tự nhiên của khu
vực nghiên cứu là 56.096 ha.

Học viên: Bùi Văn Cường


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

14

2.1.2. Đặc điểm địa hình địa mạo
Hệ thống Thủy lợi Cầu Sơn nằm trên sông Thương là một trong 3 con sông lớn
thuộc hệ thống sông Thái Bình ở vùng Đông Bắc Việt Nam. Sông Thương chảy
theo hướng Đông Bắc - Tây Nam, đến ngã ba sông Sỏi (trên Bến Tuần 4 Km), sông
đổi hướng chảy theo hướng Bắc Nam. Kể từ đầu nguồn đến đập Cầu Sơn, sông dài
80 Km, đến Bến Tuần dài 100 Km, đến thị xã Bắc Giang dài 120 Km; đến cửa sông
tại ngã 3 nhập lưu với sông Lục Nam dài 145 Km. Ở đầu nguồn, độ dốc sông lớn,
càng về xuôi, độ dốc giảm dần. Cao độ đáy sông ở Cầu Sơn + 6m, Bến Tuần - 3m,
ngã ba sông Lục Nam - 5m.
Lưu vực sông Thương đến đập Cầu Sơn có dạng hình quạt, khống chế diện tích
hứng nước 2.273 Km2. Phần hữu ngạn chiếm 3/4 diện tích, có lực vực sông Trung

P

P

gia nhập, địa hình hầu hết là núi đá vôi - Karst, có nhiều suối cụt chảy vào các hang
ngầm, thảm thực vật rừng còn tương đối dày do đó khả năng điều tiết dòng chảy tốt,
lũ nhỏ, dòng chảy kiệt khá. Phần tả ngạn chiếm 1/4 diện tích, có lưu vực sông Hoá
gia nhập, địa hình chủ yếu là núi đất, độ dốc lớn, thảm phủ rừng nghèo nàn, rừng
rậm còn lại rất ít, phần lớn là cỏ tranh, khả năng điều tiết dòng chảy kém, lũ tập
trung nhanh, dòng chảy kiệt nhỏ.
Địa hình khu tưới là vùng bán sơn địa. Phía Bắc và Tây Bắc là địa hình vùng
núi đồi nối tiếp nhau. Phía Tây, phía Nam, Tây Nam là vùng đồng bằng nối liền với
sông Thương và sông Lục Nam. Xen kẹp giữa đồng bằng là các kênh tiêu và suối
cùng đổ ra sông Thương và sông Lục Nam.
Nhìn chung do địa hình khu tưới được bố trí 4 kênh cấp I và các kênh cấp II
cộng với phía bắc khu tưới là vùng đồng bằng ven chân đồi có cao độ cao nên
không thể tưới tự chảy được, do đó khu này được tưới bằng trạm bơm Bảo Sơn với
kênh Bảo Sơn chạy men chân đồi là hoàn toàn hợp lý.
2.1.3. Đặc điểm khí tượng thuỷ văn
2.1.3.1. Điều kiện khí hậu
- Nhiệt độ: Chế độ nhiệt ở trong lưu vực tương đối ổn định. Theo số liệu theo dõi tại
trạm khí tượng Hữu Lũng và Bắc Giang, nhiệt độ trung bình tháng nhiều năm là

Học viên: Bùi Văn Cường


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

15

23,3oC; nhiệt độ trung bình tháng lớn nhất là 39,1oC (tháng VI); nhiệt độ tháng nhỏ
P

P

P

P

nhất là 2,8 C (tháng XII); nhiệt độ lớn nhất trung bình tháng nhiều năm là 32,89oC,
o
P

P

P

P

trong tháng V, tháng VI; nhiệt độ nhỏ nhất trung bình tháng nhiều năm là 14,75 C.
o
P

P

Nhiệt độ trung bình tháng vào mùa khô (từ tháng X đến tháng IV năm sau) là
19,8oC và vào mùa mưa là 28oC.
P

P

P

P

Như vậy nhiệt độ vùng dao động theo mùa, vào mùa hè đôi khi nhiệt độ lên quá cao
còn về mùa đông thì lại có những đợt rét đậm.
Bảng 2. 1. Nhiệt độ trung bình, lớn nhất, nhỏ nhất tháng (oC)
Tháng
Yếu
P

Trạm
Bắc
Giang

tố

I

T0C

IV

V

VI

VII VIII IX

X

XI

XII

Năm
23,4

Tmax 30,8 31,3 33,6 34,5 37,9 39,1 37,6 36,8 35,8 33,5 32,7 30,0

39,1

P

6,7

2,8

2,8

27 24,2 20,8

17

23,2

Tmax 27,2 28,6 31,3 33,8 36,6 36,6 36,4 36,1 35,4 33,4 31,3

28

36,6

Tmin

5,6

5,4

0

Lũng

III

16,0 17,1 19,9 23,6 27,2 28,9 29,0 28,4 27,3 24,6 21,2 17,8

P

Tmin
Hữu

II

P

TC
P

3,4

4,6

15,8 16,9

P

5,4

9,4 13,0 16,9 19,2 21,8 21,6 17,8 10,3
20 23,9 27,4 28,7 28,8 28,3

7,7 11,1 15,8 18,8 21,9 23,1 22,9 19,7 14,4 10,6

- Độ ẩm: Theo số liệu thực đo tại trạm Hữu Lũng và Bắc Giang cho thấy, độ ẩm
trung bình nhiều năm là 82%, độ ẩm trung bình tháng lớn nhất là 87% vào tháng
VIII (Hữu Lũng), vào tháng IV (Bắc Giang); độ ẩm thấp nhất là 78% rơi vào tháng
XII (Hữu Lũng), và vào tháng XI, XII (tại Bắc Giang). Do đặc điểm địa hình, địa
mạo, đặc trưng khí hậu dẫn đến có sự khác nhau về độ ẩm giữa các thời điểm trong
năm (Bảng 2.2). Tuy nhiên, nhìn chung độ ẩm trung bình nhiều năm như vậy thích
hợp với phát triển các loại cây lương thực, cây thực phẩm, cây ăn quả và cây công
nghiệp dài ngày.
Bảng 2. 2. Độ ẩm không khí trung bình tháng (%)

Tháng

I

II

III

IV

V VI VII VIII IX

X

XI

XII Năm

Hữu Lũng 79

81

84

85 82 83

85

87

84

82

80

78

82

Bắc Giang 79

81

86

87 84 83

85

85

83

81

78

78

82

Học viên: Bùi Văn Cường


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

16

- Bốc hơi: Lượng bốc hơi hàng năm thay đổi phụ thuộc vào chế độ nắng, gió, mưa,
v.v. Lượng bốc hơi trung bình nhiều năm đo được tại Hữu Lũng là 813,3 mm, tại
Bắc Giang là 991,7 mm; lượng bốc hơi cao nhất tại Hữu Lũng vào các tháng V
(82,1 mm), tại Bắc Giang là 101,8 mm (tháng VII); lượng bốc hơi thấp nhất tại Hữu
Lũng vào tháng II (55,9 mm), tại Bắc Giang là 60,5 mm (tháng III).
Bảng 2. 3. Bốc hơi trung bình tháng (mm) (Đo bằng ống Piche)
I
II
III IV
V
VI VII VIII IX
X
XI

Tháng

XII Năm

Hữu Lũng 64,5 55,9 57,6 59,2 82,1 72,5 71,8 61,4 68,4 76,7 74,6 73,3 813,3
Bắc Giang 76,3 63,6 60,5 64,6 93,8 97,6 101,8 81,5 82,7 92,1 90,0 87,2 991,7

- Gió và bão: Lưu vực hồ Cấm Sơn nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa. Về mùa hè,
hướng gió thịnh hành là gió Nam, Đông Nam và Tây Nam; về mùa Đông, hướng
gió thịnh hành là gió Đông Bắc
Tháng

Bảng 2. 4. Đặc trưng tốc độ gió trung bình và lớn nhất nhiều năm (m/s)

I
II
III IV
V
VI VII VIII IX
X
XI XII Năm
Trạm Hữu Lũng

Vtb

1,12 1,17 0,98 0,95 0,98 0,86 0,91 0,75 0,78 0,78 0,88 0,97 0,93

Vmax 8,39 7,92 8,59 10,39 11,38 11,00 12,22 11,03 9,89 9,30 9,41 8,92 9,87
Trạm Bắc Giang
Vtb

1,8

1,9

1,8

1,9

2,0

1,9

2,0

1,5

1,4

1,4

1,4

1,5

1,7

- Nắng: Tổng số giờ nắng trung bình nhiều năm đo được tại Hữu Lũng là 1.705
giờ/năm. Tổng số giờ nắng trung bình lớn nhất tháng là 205,1 giờ (tháng VIII). Mùa
nắng từ tháng V đến tháng X với tổng số giờ nắng trung bình tháng là 191 giờ. Số
giờ nắng tháng thấp nhất thường xảy ra vào tháng II và tháng III hàng năm.
Tháng

Bảng 2. 5. Tổng số giờ nắng trung bình tháng nhiều năm trạm Bắc Giang (giờ)
I
II
III
IV
V
VI VII VIII IX
X
XI XII Năm

TBNN 81,7 48,2 50,2 88,7 187,9 175,9 197,0 205,1 194,8 183,5 157,3 133,2 1.705

- Mưa: Tổng lượng mưa bình quân nhiều năm trong khu vực là 1.375mm. Qua
thống kê thấy rằng lượng mưa trong vùng phân bố không đều và được chia thành 2
mùa rõ rệt: Mùa mưa và mùa khô. Mùa mưa thường bắt đầu từ tháng 5 - 9, tuy

Học viên: Bùi Văn Cường


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

17

nhiên cũng có năm mưa sớm hoặc mưa muộn. Lượng mưa mùa mưa chiếm khoảng
80 - 85% tổng lượng mưa năm, riêng 2 tháng 7 và 8 lượng mưa chiếm tới 55 - 70%.
Mùa khô từ tháng 10 đến tháng 4 năm sau, chiếm khoảng 15 - 20% tổng lượng mưa
năm. Trong mùa này thường là mưa phùn, lượng mưa nhỏ, tháng có lượng mưa nhỏ
nhất thường rơi vào tháng 1 – 2.
Bảng 2. 6. Thống kê lượng mưa trung bình nhiều năm tại các trạm (mm)
Tháng
Trạm

I

II

III

IV

V

VI

VII

VIII

IX

X

XI

XII TB năm

Bắc Giang

24,3 26,8 50,6 110,4 177,2 243,7 267,2 301,6 193,2 117,8 39,0 16,1

1558

Yên Thế

16,4 21,9 39,9 111,4 174,4 220,0 266,4 269,0 180,5 119,5 26,4 12,3

1458

Chũ

19,9 20,3 31,3 110,8 153,7 179,3 210,8 219,4 178,7 96,9 31,0 11,5

1264

Lạng Giang 11,8 13,6 57,9 64,8 169,4 205,2 228,8 226,4 146,1 71,6 35,2 20,8

1252

Lục Nam

1342

12,5 16,1 28,4 113,2 165,9 212,3 215,0 254,2 177,8 106,4 29,6 10,1

2.1.3.2. Đặc điểm sông ngòi
Vùng nghiên cứu kẹp giữa 2 con sông đó là sông Thương và sông Lục Nam:
− Sông thương:
Sông Thương bắt nguồn từ vùng núi có cao độ từ 500 ÷ 700m của huyện Chi
Lăng tỉnh Lạng Sơn. Sông chảy theo hướng Đông Bắc - Tây Nam đến gần Phả Lại
nhập với sông Thái Bình. Sông có chiều dài 87 km, diện tích lưu vực là 3.600 km2.
P

P

Độ dốc lòng sông nhỏ, thung lũng sông tương đối rộng. Hữu ngạn sông Thương là
vùng núi đá vôi Bắc Sơn, phía bờ tả là dãy núi diệp thạch có sườn thoải. Sông
Thương có 2 chi lưu đáng kể đó là sông Trung, sông Hoá. Sông Trung bắt nguồn từ
Phương Bắc ở độ cao 500m, còn sông Hoá bên tả vùng Cấm Sơn chảy gần như song
song với sông Thương và nhập lưu với sông chính ở dưới Chi Lăng.
So với các sông khác thì lũ sông Thương vào loại nhỏ. Nguyên nhân chính là do
lượng mưa ở khu vực sông Thương cũng bé hơn nhiều. Lưu lượng lớn nhất tại Cầu

Sơn là 1.830 m3/s (năm 1937). Lượng nước trung bình tại Cầu Sơn là 0,89.109m3.
P

P

P

P

P

P

Riêng 2 tháng VII và VIII có tổng lượng nước là 0,527.109 m3 chiếm gần 61% tổng
P

P

P

P

lượng nước mùa lũ. Các nhánh cấp I của sông Thương tính đến đập Cầu Sơn gồm
có sông Trung phía hữu ngạn và sông Hóa phía tả ngạn.
Học viên: Bùi Văn Cường