Nghiên cứu cơ sở khoa học và thực tiễn đề xuất vị trí hợp lý của cửa lấy nước vào sông Đáy đảm bảo yêu cầu cấp nước và tạo dòng chảy thường xuyên cho sông Đáy (Luận án tiến sĩ)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

TRẦN KHẮC THẠC

NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN ĐỀ XUẤT VỊ TRÍ
HỢP LÝ CỦA CỬA LẤY NƯỚC VÀO SÔNG ĐÁY ĐẢM BẢO YÊU CẦU
CẤP NƯỚC VÀ TẠO DÒNG CHẢY THƯỜNG XUYÊN CHO SÔNG ĐÁY

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI, NĂM 2019


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

TRẦN KHẮC THẠC

NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN ĐỀ XUẤT VỊ TRÍ
HỢP LÝ CỦA CỦA LẤY NƯỚC VÀO SÔNG ĐÁY ĐẢM BẢO YÊU CẦU
CẤP NƯỚC VÀ TẠO DÒNG CHẢY THƯỜNG XUYÊN CHO SÔNG ĐÁY

Chuyên ngành: Thủy văn học
Mã số: 9440224

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

1.GS.TS Phạm Thị Hương Lan

2.GS.TS Tan Soon Keat

HÀ NỘI, NĂM 2019


LỜI CAM ĐOAN
Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả. Các kết quả
nghiên cứu và các kết luận trong luận án là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một
nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào. Việc tham khảo các nguồn tài liệu (nếu có) đã
được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định.
Tác giả luận án

Trần Khắc Thạc

i


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, NCS xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến tập thể các thầy hướng dẫn
cho em trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu đó là GS.TS Phạm Thị Hương Lan,
GS.TS Tan Soon Keat đã luôn định hướng và sát sao cùng NCS trong quá trình học
tập và nghiên cứu, không những thế tập thể các Thầy hướng dẫn còn tạo điều kiện về
kinh phí để NCS được tham gia các hội thảo quốc tế về ngành nước tại Singapore,
tham gia nhiều đề tài nghiên cứu khoa học các cấp.
NCS cũng xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các Thầy/Cô trong Ban Giám Hiệu,
Phòng Đào tạo ĐH&SĐH, Bộ môn Kỹ thuật sông và Quản lý thiên tai – Khoa Thủy
văn và Tài nguyên nước, Phòng Hợp tác Quốc tế - Trường Đại học Thủy lợi đã tạo
điều kiện để NCS được đi học tập nâng cao trình độ tại Singapore và Nhật Bản cũng
như đã tạo điều kiện về thời gian cũng như luôn động viên để NCS hoàn thành quá
trình học tập và nghiên cứu của mình.

Từ đáy lòng mình em xin được cảm ơn đến GS, PGS, TS và các nhà khoa học trong và
ngoài Trường đã luôn góp ý về chuyên môn cho NCS trong suốt quá trình nghiên cứu
và đặc biệt gian đoạn hoàn thiện luận án.
Và đặc biệt, NCS cũng xin bày tỏ lòng biết ơn đến gia đình, bạn bè đã luôn động viên,
khích lệ để NCS hoàn thành luận án tiến sĩ của mình.

ii


MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH..................................................................................... vi
DANH MỤC BẢNG BIỂU ............................................................................................ ix
MỞ ĐẦU……………………………………………………………………………….1
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ CÔNG TRÌNH LẤY
NƯỚC TRÊN SÔNG ...................................................................................................... 8
1.1

Các nghiên cứu trên thế giới ..............................................................................8

1.1.1

Về nghiên cứu phân loại các CTLN ............................................................8

1.1.2

Về nghiên cứu diễn biễn bồi lắng đoạn sông cửa vào CTLN: ....................9

1.1.3

Về nghiên cứu xác định vị trí cửa lấy nước: .............................................12

1.1.4

Về nghiên cứu giải pháp nâng cao hiệu quả lấy nước: .............................13

1.1.5 Nhận xét chung về các nghiên cứu trên thế giới có liên quan đến nội dung
của luận án .............................................................................................................14
1.2

Các nghiên cứu trong nước ...........................................................................15

1.2.1

Về nghiên cứu diễn biễn bồi lắng đoạn sông cửa vào CTLN: ..................15

1.2.2

Về nghiên cứu giải pháp nâng cao hiệu quả lấy nước: .............................16

1.2.3

Các nghiên cứu có liên quan trên đoạn sông Hồng qua Hà Nội ...............17

1.2.4 Nhận xét chung về các nghiên cứu trong nước có liên quan đến nội dung
của luận án .............................................................................................................27
1.3

Tổng quan khu vực nghiên cứu ....................................................................28

1.3.1

Vị trí khu vực nghiên cứu .........................................................................28

1.3.2

Đặc điểm địa hình .....................................................................................30

1.3.3

Đặc điểm địa chất, địa mạo .......................................................................30

1.3.4

Đặc điểm khí tượng, thủy văn ...................................................................31

1.3.5

Cụm công trình cống Cẩm Đình – Hiệp Thuận ........................................33

1.4

Định hướng nghiên cứu của luận án ............................................................35

1.5

Kết luận chương 1 ..........................................................................................37

CHƯƠNG 2
NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN LỰA CHỌN VỊ

TRÍ LẤY NƯỚC HỢP LÝ ĐẢM BẢO YÊU CẦU LẤY NƯỚC MÙA KIỆT VÀ THOÁT
LŨ……………………………………………………………………… .................. …38
2.1 Đánh giá hiện trạng một số công trình lấy nước dọc sông Hồng trên địa
bàn Hà Nội ................................................................................................................38

iii


2.1.1

Hiện trạng một số công trình lấy nước trên địa bàn Hà Nội .....................38

2.1.2 Nguyên nhân và các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng lấy nước của các
công trình lấy nước của một số cống trong những năm gần đây trên địa bàn Hà
Nội
44
2.2

Cơ sở lý thuyết dòng phân tầng/dòng dị trọng tại khu vực cửa lấy nước 50

2.2.1

Hệ phương trình cơ bản về dòng phân tầng/dòng dị trọng .......................50

a. Phương trình chuyển động .................................................................................50
b. Phương trình liên tục .........................................................................................55
c. Phương trình hoàn lưu của dòng phân tầng .......................................................55
2.2.2 Phân tích lựa chọn mô hình toán mô phỏng dòng chảy và diễn biến lòng
dẫn khu vực cửa lấy nước ......................................................................................56
2.3

Đề xuất bộ tiêu chí xác định vị trí cửa lấy nước thích hợp ........................64

2.4

Kết luận chương 2 ..........................................................................................70

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN VỊ TRÍ CỬA LẤY NƯỚC VÀO
SÔNG ĐÁY…………………………………………………………………………..72
3.1 Thiết lập mô hình và mô phỏng các kịch bản tính toán phục vụ xác định
vị trí lấy nước hợp lý khu vực cửa vào sông Đáy .................................................72
3.2 Ứng dụng mô hình toán MIKE3FM mô phỏng chế độ thủy lực, diễn biến
lòng dẫn khu vực cửa vào sông Đáy .......................................................................76
3.2.1

Xác định phạm vi và miền tính toán của khu vực nghiên cứu ..................76

3.2.2

Thiết lập hệ thống lưới tính toán ...............................................................77

3.2.3

Thiết lập địa hình tính toán .......................................................................77

3.2.4

Thiết lập các CSDL biên và CSDL hiệu chỉnh, kiểm định mô hình .........80

3.2.5 Thiết lập mô hình MIKE11 mô phỏng dòng chảy và bùn cát làm số liệu

đầu vào tính toán cho mô hình MIKE3FM ...........................................................85
3.2.6

Kết quả hiệu chỉnh, kiểm định mô hình thủy động lực MIKE3FM ..........96

3.2.7 Kết quả mô phỏng diễn biến lòng dẫn khu vực cửa vào sông Đáy với điều
kiện các công trình hiện trạng .............................................................................102
3.2.8

Kết quả đánh giá khả năng lấy nước của cống Cẩm Đình hiện trạng .....106

3.2.9 Định hướng giải pháp bổ sung cấp nước mùa kiệt và cấp nước thường
xuyên cho lưu vực sông Đáy, nâng cao khả năng thoát lũ ..................................111
3.3 Kết quả tính toán diễn biến lòng dẫn và đánh giá khả năng lấy nước khu
vực cửa vào sông Đáy theo các kịch bản lấy nước khác nhau ...........................113

iv


3.3.1 Kết quả đánh giá khả năng lấy nước tại các vị trí công trình lấy nước khác
nhau…………………………………………………………………………….113
3.3.2

Đánh giá diễn biến lòng dẫn theo kịch bản vị trí lấy nước khác nhau ....118

3.4 Đề xuất vị trí lấy nước hợp lý đảm bảo yêu cầu lấy nước và thoát lũ khu
vực cửa vào sông Đáy ............................................................................................128
3.4.1

Xác định vị trí cửa lấy nước ổn định cấp nước theo yêu cầu ..................128

3.4.2 Đề xuất vị trí lấy nước thích hợp theo tiêu chí đảm bảo về hàm lượng bùn
cát………………………………………………………………………………131
3.4.3 Kiến nghị đề xuất vị trí lấy nước hợp lý vùng cửa vào sông Đáy đảm bảo
yêu cầu lấy nước mùa kiệt và thoát lũ. ................................................................132
3.5 Kiến nghị một số giải pháp nâng cao khả năng cấp nước mùa kiệt và
thoát lũ cống Cẩm Đình ........................................................................................134
3.5.1

Các giải pháp phi công trình ...................................................................135

3.5.2

Giải pháp công trình ................................................................................138

3.6

Kết luận chương 3 ........................................................................................140

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ…………………………………………………….. 141
DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ ......................................................... 144
TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................................... 145

v


DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình 1. 1. Lưu vực sông Đáy và vị trí khu vực nghiên cứu ..........................................29
Hình 1. 2. Hình Cụm công trình đầu mối phân lũ sông Đáy ........................................33
Hình 2.1. Vị trí và địa hình cống Liên Mạc…………………………………………...39

Hình 2.2. Vị trí và địa hình cống Xuân Quan ................................................................41
Hình 2.3. Vị trí và địa hình cống Cẩm Đình .................................................................42
Hình 2.4. Vị trí cống và trạm bơm Phù Sa ...................................................................43
Hình 2.5. Mặt cắt dọc dòng phân tầng không đều theo hai chiều và ba chiều ..............51
Hình 2.6. Lưu vực sông Đáy và vị trí khu vực nghiên cứu ...........................................29
Hình 2.7. Cụm công trình đầu mối phân lũ sông Đáy ...................................................33
Hình 3.1. Kịch bản tính toán .........................................................................................73
Hình 3.2. Vị trí cửa lấy nước Cẩm Đình cũ (vị trí 1), Cẩm Đình mới (vị trí 2), cách vị
trí Cẩm Đình cũ 600m về phía hạ lưu theo các kịch bản tính toán được mô phỏng trong
mô hình MIKE3FM .......................................................................................................75
Hình 3.3. Vị trí cửa lấy nước (vị trí 3) theo các kịch bản tính toán được mô phỏng
trong mô hình MIKE3FM .............................................................................................75
Hình 3.4. Phạm vi miền tính toán và các biên của mô hình ..........................................76
Hình 3.5. Lưới tính toán khu vực nghiên cứu ...............................................................77
Hình 3.6. Địa hình mô phỏng đoạn sông Hồng và khu vực cửa vào sông Đáy ............78
Hình 3.7. Mô phỏng các công trình trong mô hình MIKE3FM khu vực nghiên cứu ...79
Hình 3.8. Phân giải theo chiều sâu dòng chảy của mô hình MIKE3 ............................80
Hình 3.9. Sơ đồ vị trí các mặt cắt hiệu chính, kiểm định trong mô hình ......................81
Hình 3.10. Sơ đồ mạng thủy lực mùa kiệt sông Hồng – Sông Thái Bình .....................86
Hình 3.11. Sơ đồ mạng thủy lực mùa lũ sông Hồng – Sông Thái Bình ........................92
Hình 3.12. Kết quả hiệu chỉnh lưu lượng bùn cát tại trạm Thượng Cát và Hà Nội cho
trận lũ năm 1996. ...........................................................................................................95
Hình 3.13. Kết quả kiểm định lưu lượng bùn cát tại trạm Thượng Cát và Hà Nội cho
trận lũ năm 2002 ............................................................................................................95
Hình 3.14. Tương quan giữa lưu lượng nước và lưu lượng bùn cát tính toán và thực đo
tại mặt cắt MC-1 trong thời đoạn lũ năm 1996 ...........................................................101

vi

Hình 3.15. Tương quan giữa lưu lượng nước và lưu lượng bùn cát tính toán và thực đo
tại mặt cắt MC-1 trong thời đoạn lũ năm 2002 ...........................................................101
Hình3.16. Thay đổi cao trình lòng dẫn theo chiều dọc đoạn sông nghiên cứu trường
hợp lấy nước mùa kiệt .................................................................................................104
Hình3.17. Thay đổi cao trình lòng dẫn theo chiều dọc đoạn sông nghiên cứu. ..........106
Hình 3.18. Mực nước nhỏ nhất tính toán dọc sông Đáy ứng với các mức đưa nước vào
sông Đáy từ 30 - 100m3/s - Trường hợp kiệt 2003 - 2004. .........................................107
Hình 3.19. Quá trình mực nước tại cống Cẩm Đình trong năm kiệt 2003 - 2004......107
Hình 3.20.Mực nước sông Hồng tại cửa cống Cẩm Đình và lưu lượng vào sông Đáy
.....................................................................................................................................108
Hình 3.21. Mực nước nhỏ nhất tính toán dọc sông Đáy ứng với các mức đưa nước vào
sông Đáy từ 450m3/s....................................................................................................110
Hình 3.22. Mực nước tính toán dọc sông Đáy ứng với trường hợp tính toán cống lấy
nước tại Cẩm Đình.......................................................................................................113
Hình 3.23. Mực nước tính toán dọc sông Đáy ứng với trường hợp tính toán cống lấy
nước tại Vân Cốc .........................................................................................................114
Hình 3.24. Mực nước tính toán dọc sông Đáy ứng với trường hợp tính toán cống lấy
nước tại Hát Môn .........................................................................................................114
Hình3.25. Mực nước lớn nhất tính toán tại một số vị trí dọc sông Đáy khi đưa nước với
Q = 450m3/s +sông Tích 60m3/s, lòng dẫn sông đã cải tạo. ........................................115
Hình 3.26. Phân bổ trường vận tốc tại khu vực kênh Cẩm Đình thời điểm 8h ngày
20/04, dòng chảy kiệt năm 2004 (trường hợp cải tạo lòng dẫn + CTLN mới, Q =
100m3/s) .......................................................................................................................119
Hình 3.27. Phân bố trường vận tốc tại khu vực cống đầu mối Cẩm Đình thời điểm 8h
ngày 20/04, dòng chảy kiệt năm 2004 (trường hợp cải tạo lòng dẫn + CTLN mới,
Q=100m3/s) ..................................................................................................................119
Hình 3.28. Mức độ bồi xói lòng dẫn trên đoạn kênh Cẩm Đình và khu vực cửa vào
sông Đáy ngày 20/03, dòng chảy kiệt 2004 (trường hợp cải tạo lòng dẫn + CTLN mới,
Q = 100m3/s) ................................................................................................................120

vii


Hình 3.29. Mức độ bồi xói lòng dẫn trên đoạn kênh Cẩm Đình thời điểm 16h ngày
20/04, dòng chảy kiệt 2004 (trường hợp cải tạo lòng dẫn + CTLN mới, Q=100m3/s)
.....................................................................................................................................120
Hình 3.30. Phân bố trường vận tốc tại khu vực kênh Cẩm Đình thời điểm 8h ngày
20/04, trường hợp đưa nước thường xuyên Q = 450m3/s – năm 1996 ........................121
Hình 3.31. Phân bố trường vận tốc tại khu vực cống đầu mối Cẩm Đình thời điểm 8h
ngày 20/04, trường hợp đưa nước thường xuyên Q = 450m3/s – năm1996 ................122
Hình 3.32. Mức độ bồi xói lòng dẫn trên đoạn kênh Cẩm Đình thời điểm 16h ngày
20/03 (Q = 450m3/s) ....................................................................................................122
Hình 3.33. Mức độ bồi xói lòng dẫn trên đoạn kênh Cẩm Đình thời điểm 16h ngày
20/04 (Q = 450m3/s) ....................................................................................................123
Hình 3.34. Tốc độ bồi xói lòng dẫn sông đoạn sông Hồng, khu vực cửa vào kênh Cẩm
Đình thời điểm 8h ngày 20/04 (Q = 450m3/s). ...........................................................124
Hình 3.35. Vận chuyển bùn cát lơ lửng tại cống Cẩm Đình và dọc kênh Cẩm Đình
(Q=450m3/s). ...............................................................................................................124
Hình 3.36. Mức độ xói bồi lòng dẫn đoạn kênh Cẩm Đình thời điểm 8h ngày
10/7/1996 .....................................................................................................................125
Hình 3.37. Mức độ xói bồi lòng dẫn đoạn kênh Cẩm Đình thời điểm 8h ngày
10/08/1996 ...................................................................................................................126
Hình 3.38. Phân bố trường vận tốc tại khu vực cống Cẩm Đình, công trình phân lũ mới
Hát Môn, cống Hiệp Thuận thời điểm 8h ngày 10/07 .................................................127
Hình 3.39. Thay đổi mặt cắt tại vị trí mặt cắt, khu vực cửa vào kênh Cẩm Đình .......128
Hình 3.40. Tương quan lưu lượng nước lấy vào cống Cẩm Đình - mực nước sông
Hồng tại cửa cống - Góc lấy nước trong mùa kiệt ......................................................129
Hình 3.41. Tương quan lưu lượng nước lấy vào cống Cẩm Đình - Mực nước sông
Hồng tại cửa cống - Chiều dài đoạn sông cong trong mùa kiệt ..................................130
Hình 3.42. Tương quan lưu lượng nước lấy vào cống Cẩm Đình - Mực nước sông

Hồng tại cửa cống - Chiều dài kênh dẫn .....................................................................131
Hình 3.43. Tương quan lưu lượng nước lấy vào cống Cẩm Đình - Mực nước sông
Hồng tại cửa cống – Lưu lượng bùn cát trong mùa lũ.................................................131
Hình 3.44. Tương quan lưu lượng mực nước tại Cống Cẩm Đình trong mùa kiệt .....134

viii


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1. Bộ tiêu chí lựa chọn vị trí cửa lấy nước ........................................................68
Bảng 3.1. Vị trí các mặt cắt hiệu chỉnh và kiểm định mô hình .....................................81
Bảng 3.2. Kết quả hiệu chỉnh thông số mô hình trong mùa kiệt 2001 ..........................89
Bảng 3.3. Kết quả kiểm định mô hình trong mùa kiệt 2003 .........................................90
Bảng 3.4. Kết quả hiệu chỉnh thông số mô hình thủy lực với trận lũ 1996 .................92
Bảng 3.5. Kết quả kiểm định thông số mô hình thủy lực với trận lũ 2002 ...................93
Bảng 3.6. Kết quả kiểm định mô hình MIKE 3FM, trường hợp dòng chảy kiệt 2001 .98
Bảng 3.7. Kết quả kiểm định mô hình MIKE 3FM, trường hợp dòng chảy kiệt 2003 .98
Bảng 3.8.Kết quả hiệu chỉnh mô hình MIKE 3FM, trường hợp lũ 1996: .....................99
Bảng 3.9.Kết quả kiểm định mô hình MIKE 3FM, trường hợp lũ 2002 .....................100
Bảng 3.10. Khả năng lấy nước tại các vị trí công trình khác nhau trong 5 tháng mùa
kiệt năm 2003-2004 (từ 1/12 đến 30/4 năm sau) .....................................................11508
Bảng 3.11. Khả năng lấy nước tại các vị trí công trình khác nhau trong 5 tháng mùa
kiệt năm 2003-2004 (từ 1/12 đến 30/4 năm sau) .........................................................115
Bảng 3.12.Thay đổi mực nước tại các vị trí dọc sông Đáy trong các phương án đưa
nướcthường xuyên .......................................................................................................116

ix


MỞ ĐẦU

1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA LUẬN ÁN
Trong thời gian qua, do tác động của biến đổi khí hậu và các hoạt động khai thác sử
dụng nước trên lưu vực sông Hồng đã làm suy giảm nguồn nước, gây bồi lắng, xói lở
lòng dẫn đặc biệt tại các khu vực cửa lấy nước. Mực nước sông Hồng vào mùa kiệt
thường xuyên hạ thấp, nhất là năm 2010 mực nước tại Hà Nội chỉ còn +0,1m. Thời tiết
biến đổi bất thường và có xu hướng ngày càng cực đoan đang làm cho hàng trăm ha
đất nông nghiệp của Hà Nội không đủ nước tưới vào mùa kiệt. Diễn biến bất thường
của mực nước sông Hồng đã làm ảnh hưởng lớn đến các cửa lấy nước và các trạm
bơm tưới trên sông Hồng.
Sông Hồng là sông lớn nhất chảy qua thành phố Hà Nội với chiều dài là 37km có lưu
lượng trung bình năm đạt 2.640 m3/s với tổng lượng nước trung bình nhiều năm là
83,5 triệu m3. Trên tuyến sông Hồng hiện nay có nhiều công trình lấy nước tưới. Do
đặc điểm có lượng phù sa cao nên tại các cửa lấy nước thường có diễn biến bồi lắng rất
phức tạp. Diễn biến mực nước, lưu lượng trong mùa kiệt cũng như mưa lũ sau khi các
công trình hồ chứa phía thượng nguồn đi vào hoạt động có sự thay đổi đáng kể ảnh
hưởng khá lớn đến diễn biến lòng dẫn cũng như khả năng cấp nước của hạ lưu nói
chung và khu vực Hà Nội nói riêng. Sông Đáy có thể coi là một chi lưu của sông Hồng
với chiều dài 240km có cửa vào tại Hát Môn trên sông Hồng, trước kia sông Đáy
chuyển nước trực tiếp từ sông Hồng ra biển qua cửa Như Tân. Từ năm 1937, chính
quyền Đông Dương đã cho xây dựng đập Đáy với mục đích ngăn lũ không cho vào
sông Đáy để bảo vệ các vùng đô thị và sản xuất nông nghiệp của các tỉnh Hà Tây (cũ),
Hà Nam, Nam Định. Và chỉ phân lũ từ sông Hồng vào sông Đáy bảo vệ choHà Nội
trong trường hợp xảy ra lũ đặc biệt lớn khi mực nước tại Hà Nội lên trên mức +11m.
Kể từ khi đưa vào vận hành, đập Đáy đã hai lần phân lũ cho các trận lũ tháng 8/1945
và tháng 8/1971. Sau trận lũ 1971, đập Đáy đã được cải tạo lại nhằm đảm bảo lưu
lượng phân lũ qua công trình tối đa là 5.000m3/s. Tuy nhiên, theo nghiên cứu năm
2002 của một số cơ quan khoa học, khả năng phân lũ qua đập Đáy hiện nay chỉ vào

1

khoảng 2.800-4.000m3/s. Nguyên nhân dẫn đến sự thay đổi về khả năng thoát lũ có thể
chỉ ra rằng: Từ năm 1937 đến nay do không được chuyển nước thường xuyên dẫn đến
lòng sông Đáy bị chết dần, hầu như không còn dòng chảy trên đoạn 23km từ đập Đáy
đến cầu Mai Lĩnh. Không những thế, lưu vực sông Đáy đã có những thay đổi đáng kể
về cơ cấu kinh tế, đô thị hóa, sự phát triển của cụm công nghiệp, trung tâm thương
mại, du lịch, giao thông vận tải. Năm 2011, Chính phủ đã ban hành Nghị định
04/2011/NĐ-CP quy định về việc xóa bỏ khu phân chậm lũ trên lưu vực sông
Đáytrong đó có nội dung cải tạo lòng dẫn sông Đáy để chủ động đưa nước từ sông
Hồng vào sông Đáy với lưu lượng mùa kiệt từ 30-100m3/s; mùa lũ từ 500-800m3/s;
đồng thời sử dụng sông Đáy làm cầu chì để chuyển lưu lượng tối đa 2.500m3/s từ sông
Hồng vào sông Đáy. Bên cạnh đó, trên sông Đà từ năm 2007-2009, các hồ chứa phía
Trung Quốc đã giữ lại một lượng nước khoảng 10-20%. Cụ thể hơn, vào thời kỳ đầu
mùa lũ, cuối mùa kiệt (tháng 5, tháng 6) năm 2009 thiếu nước xảy ra trên hệ thống
sông Hồng và sông Thái Bình, do phía Trung Quốc đã giữ lại hơn 30% lượng nước
làm ảnh hưởng đến nguồn nước về hạ lưu, ngay cả đoạn sông Hồng qua cầu Long
Biên cũng bị kiệt. Mức độ đô thị hóa ngày càng cao ở Hà Nội, nhất là sau khi Hà Nội
mở rộng và quy hoạch Hà Nội đến năm 2030 được duyệt thì diện tích đất nông nghiệp,
cơ cấu cây trồng cũng thay đổi nhiều so với trước đây. Điều này cũng tác động lớn đến
nhu cầu cấp nước cho nông nghiệp và sinh hoạt vào mùa kiệt tại Hà Nội, đòi hỏi phải
nâng cao yêu cầu lấy nước phục vụ phát triển kinh tế xã hội.
Cụm công trình cống Cẩm Đình Hiệp Thuận thuộc cụm công trình đầu mối Hát Môn đập Đáy gồm cống lấy nước Cẩm Đình (cống Hát Môn), kênh dẫn Cẩm Đình – Hiệp
Thuận (kênh dẫn Hát Môn – đập Đáy) và cống lấy nước Hiệp Thuận (cống đập Đáy)
được khởi công xây dựng năm 2002 và hoàn thành vào năm 2004. Cống có nhiệm vụ
lấy nước từ sông Hồng theo kênh Cẩm Đình - Hiệp Thuận dài 11.295m, chiều rộng
đáy kênh là 22m dẫn nước từ sông Hồng vào sông Đáy, khôi phục lại dòng chảy về
mùa kiệt của sông Đáy và cấp bổ sung nguồn nước cho hạ du phục vụ sản xuất nông
nghiệp, công nghiệp, cải tạo môi trường và sinh hoạt. Tuy nhiên, từ khi đưa vào vận
hành đến nay việc dẫn nước sông Hồng qua cống Cẩm Đình vào kênh Cẩm Đình Hiệp Thuận vào mùa kiệt hầu như không đảm bảo yêu cầu thiết kế và gần như không
lấy được nước về mùa kiệt.Kênh dẫn thượng lưu cống Cẩm Đình dài 700m từ cửa

2


cống ra sông Hồng có bề rộng đáy kênh là 22m.Theo điều tra của NCS,năm 2014 lòng
dẫn đã bị đất cát bồi lắng tương đối lớn trung bình so với thiết kế là 1,03m. Tuyến
kênh Cẩm Đình – Hiệp Thuận cũng bị bồi, hiện tượng bồi lắng trong kênh không đều,
có vị trí bồi lắng lớn, có vị trí không bồi lắng, nguyên nhân do từ khi đưa vào hoạt
động chưa được nạo vét.
Theo nghị định 04/2011 của Chính phủ, với mục tiêu làm sống lại sông Đáy quy định
yêu cầu cấp nước thường xuyên:
-

Mùa kiệt từ 30-100m3/s;

-

Mùa lũ là 500-600m3/s;

Và đảm nhiệm phân lũ với lưu lượng 2.500m3/s nên cụm công trình đầu mối cửa vào
sông Đáy là một cụm công trình rất lớn. Có nhiều nghiên cứu của các nhà khoa học về
khu vực cửa vào sông Đáy nhưng chủ yếu là nghiên cứu đưa ra giải pháp chỉnh trị, ổn
định lòng dẫn khu vực cửa Đáy mà chưa có nghiên cứu nào xem xét vị trí lấy nước
thích hợp khu vực cửa vào sông Đáy để từ đó đưa ra những giải pháp hợp lý đảm bảo
yêu cầu lấy nước và thoát lũ. Đặc biệt hệ thống CTLN Cẩm Đình - Hiệp Thuận được
thiết kế, xây dựng với QTK=36,24m3/s (đối với mùa kiệt) và QTK=70m3/s (đối với mùa
lũ) hiện không hoàn thành nhiệm vụ đề ra.
Mặc dù đã có nhiều báo cáo về hiện tượng bồi lắng tại các cửa lấy nước và các giải
pháp giảm thiểu, nhưng hiện chưa có một nghiên cứu toàn diện về vấn đề này, làm cơ
sở trong quy hoạch và thiết kế công trình lấy nước. Cửa lấy nước tại cửa sông Đáy
theo quy hoạch sẽ có lưu lượng thiết kế lớn hơn nhiều so với những cửa lấy nước trên

sông Hồng, biên độ lưu lượng giữa các thời điểm lấy nước mùa lũ và mùa kiệt cũng rất
lớn. Do đó, diễn biến lòng dẫn tại cửa lấy nước sông Đáy cũng sẽ rất phức tạp so với
những công trình lấy nước hiện có trên sông Hồng.
Chính vì vậy việc “Nghiên cứu cơ sở khoa học và thực tiễn đề xuất vị trí hợp lý của
cửa lấy nước hợp lý vào sông Đáy đảm bảo yêu cầu lấy nước và tạo dòng chảy thường
xuyên cho sông Đáy” là cần thiết và cấp bách làm cơ sở cho các giải pháp nâng cao
hiệu quả lấy nước của các công trình lấy nước đã có trên sông Hồng.
2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

3


- Nghiên cứu đề xuất các tiêu chí lựa chọn vị trí cửa lấy nước hợp lý, đảm bảo yêu cầu
lấy nước mùa kiệt và thoát lũ;
- Nghiên cứu xác định vị trí cửa lấy nướchợp lý khu vực cửa vào sông Đáy đảm bảo
yêu cầu phát triển kinh tế xã hội.
3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Đối tượng nghiên cứu: Cửa lấy nước trên sông Hồng đoạn qua Hà Nội và các tiêu chí
xác định vị trí của lấy nước thích hợp.
Phạm vi nghiên cứu: Đoạn sông Hồng dài 27km từ Km30 ÷ Km47 +500 (khu vực cửa
vào sông Đáy).
4. CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Để đạt được các mục tiêu đề ra, NCS lựa chọn cách tiếp cận và phương pháp nghiên
cứu như sau:
a. Tiếp cận hệ thống
Tiếp cận từ thực tế: Thu thập, cập nhật thông tin, đo đạc, quan sát, đánh giá thực tế.
Thu thập các tài liệu thiết kế, xây dựng các cống lấy nước dọc hệ thống sông Hồng,
đặc biệt các CTLN trên địa bàn Hà Nội.
Khai thác, sử dụng có chọn lọc các kết quả nghiên cứu của những đề tài, dự án trước
đây có liên quan đến nội dung nghiên cứu của luận án.

Nghiên cứu của luận án phải đặt trong điều kiện toàn tuyến sông Hồng, đặc biệt trong
điều kiện địa hình lòng dẫn có nhiều thay đổi và tình hình phát triển kinh tế xã hội trên
lưu vực cũng có nhiều thay đổi.
Tiếp cận từ những thông tin trên cơ sở nắm bắt được các phương pháp mới, công nghệ
hiện đại. Tiếp cận từ các công trình ứng dụng thực tế.
b. Phương pháp nghiên cứu

4


Thu thập, điều tra hiện trường phân tích đánh giá tổng hợp các tài liệu đã có. Điều tra
và khảo sát hiện trường là phương pháp nghiên cứu đáng tin cậy phục vụ việc nghiên
cứu của luận án. Công tác khảo sát thực địa chỉ tập trung vào các khu vực có các biến
động mạnh về lòng dẫn hoặc có khả năng sạt lở bờ sông, đặc biệt tại khu vực cửa tiếp
nhận lượng phân lũ từ sông Hồng sang sông Đáy, nội dung và khối lượng khảo sát
thực địa chỉ thực hiện khi các khu vực đó không có hoặc thiếu tài liệu. Tận dụng các
kết quả mới nhất về địa hình, thủy văn, địa chất từ các đề tài, từ các dự án, luận án có
liên quan đến nội dung nghiên cứu của luận án.
Phương pháp thống kê: Thống kê các giải pháp công trình ổn định cửa vào và lòng
dẫn đã áp dụng ở các nước trên thế giới để lựa chọn áp dụng vào Việt Nam; thống kê
các công trình chỉnh trị sông bảo vệ bờ đã và đang xây dựng ở nước ta để thấy được
những tồn tại, trong đó tập trung vào các vấn đề liên quan đến thoát lũ và cấp nước.
Trên cơ sở các số liệu thống kê đề xuất giải pháp khắc phục các tồn tại. Thống kê khả
năng lấy nước của các CTLN dọc sông Hồng đoạn qua Hà Nội.
Phương pháp phân tích, kế thừa các tài liệu, các công trình khoa học đã được công
nhận có liên quan đến nội dung của luận án, từ đó lựa chọn đề xuất được giải pháp
công nghệ phù hợp với điều kiện tự nhiên và khả năng thiết bị, con người và nguồn
vốn xây dựng cho các công trình bảo vệ bờ ổn định lòng dẫn trên sông Đáy, các công
trình chỉnh trị đảm bảo yêu cầu lấy nước của các cống lấy nước, góp phần phát triển
thủ đô.

Trong nội dung nghiên cứu, NCS có kế thừa kết quả nghiên cứu của đề tài độc lập cấp
nhà nước do trường Đại học Thủy Lợi, do GS Hà Văn Khối làm chủ nhiệm thực hiện
với phương án đưa nước vào sông Đáy 2.500m3/s, với kết quả của Viện Quy hoạch và
kết quả nghiên cứu dự án tưới, tiêu cải tạo sông Tích, tiêu hỗ trợ cho Hà Nội và dự án
nạo vét sông Đáy do trường Đại học Thủy lợi thực hiện và đặc biệt đề tài cấp bộ
“Nghiên cứu giải pháp ổn định cửa vào và lòng dẫn sông Đáy đảm bảo yêu cầu lấy
nước mùa kiệt và thoát lũ” mà tác giả luận án cũng là thành viên chínhtham gia thực
hiện đề tài.

5


Phương pháp mô hình toán: Đề tài sử dụng mô hình MIKE 11, MIKE3FM để tính
toán cho nhiều trường hợp, nhiều kịch bản, làm cơ sở đưa ra những luận cứ khoa học
chắc chắn cho việc xác lập cơ sở khoa học xác định vị trí lấy nước thích hợp, đặc biệt
trường hợp nghiên cứu điển hình trên khu vực cửa vào sông Đáy đảm bảo yêu cầu lấy
nước và thoát lũ phục vụ phát triển kinh tế xã hội.
Phương pháp chuyên gia: Thông qua các hội thảo khoa học để lấy ý kiến đóng góp và
tham khảo kinh nghiệm của các chuyên gia. Đặc biệt có sự góp ý về mặt học thuật,
phương pháp luận của các chuyên gia trường DHI-NTU (NanyangTechnological
University), Singapore, các GS, PGS Khoa Thủy văn và TNN - Trường Đại học Thủy
Lợi đã giúp đỡ trong việc thiết lập mô hình toán và xây dựng bộ tiêu chí xác định vị trí
cửa lấy nước.Các nhà khoa học đã hướng dẫn cụ thể về phương pháp xác định vị trí
của lấy nước hợp lý đảm bảo yêu cầu lấy nước và thoát lũ phục vụ phát triển kinh tế xã
hội.
5. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA LUẬN ÁN
a. Ý nghĩa khoa học
Việc đề xuất các tiêu chí lựa chọn vị trí cửa lấy nước trên sông hợp lý và phương pháp
xác định có vai trò quan trọng và mang ý nghĩa khoa học lớn khi đảm bảo các công
trình sau khi xây dựng hoạt động ổn định, an toàn về lấy nước và thoát lũ.

Bổ sung phương pháp luận khi quy hoạch thiết kế các cửa lấy nước và thoát lũ trên hệ
thống sông.
b. Ý nghĩa thực tiễn
Kết quả áp dụng thành công của luận án cho xác định vị trí cửa lấy nước vào sông Đáy
là tài liệu tham khảo tốt cho các cơ quan quản lý trong việc quy hoạch, thiết kế, duy tu,
nâng cấp công trình lấy nước trên sông, đặc biệt cần sử dụng mô hình toán trong
nghiên cứu xác định vị trí cửa lấy nước vì những tính ưu việt về khả năng thay đổi
phương án nghiên cứu, về thời gian và kết quả mô phỏng phục vụ phân tích.
6. CẤU TRÚC CỦA LUẬN ÁN

6


Ngoài phần mở đầu và kết luận, luận án được trình bày theo 3 chương:
Chương 1: Tổng quan các nghiên cứu về công trình lấy nước trên sông.
Chương 2: Nghiên cứu cơ sở khoa học và thực tiễn xác định vị trí lấy nước hợp lý
đảm bảo yêu cầu lấy nước về mùa kiệt và thoát lũ.
Chương 3: Nghiên cứu lựa chọn vị trí cửa lấy nước vào sông Đáy.

7


CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ CÔNG TRÌNH
LẤY NƯỚC TRÊN SÔNG
1.1 Các nghiên cứu trên thế giới
Ở nước ta cũng như một số nước trên thế giới đã xây dựng nhiều CTLN trên sông. Các
nước đi đầu trong công cuộc xây dựng các hệ thốngCTLN phải kể đến như: Nga, Hà
Lan, Trung Quốc, Nhật Bản,… Trung Quốc có trên 55 triệu cống, trạm bơm lớn nhỏ
đảm nhận việc tưới tiêu cho hơn 6 triệu ha đấtnông nghiệp.Cáctrạmbơmlớnphải kể đến
như: Jiangdu, Yingquan, Tao Dam Niyaz Yingshang, Yingshang Three Mile,…Tuy

nhiên trong những năm gần đây hiệu quả hoạt động của các trạm bơm, cống lấy nước
không cao gây hạn hán và lãng phí điện. Nga, Mỹ, Nhật cũng là những nước có nhiều
hệ thống lấy nước đang hoạt động phục vụ cho nông nghiệp và sinh hoạt. CTLN được
xây dựng để lấy nước từ sông, hồ chứa vào các hệ thống công trình thủy lợi kênh,
mươngphục vụ các yêu cầu phát triển kinh tế xã hội như: tưới, phát điện, cung cấp
nước sinh hoạt, công nghiệp, du lịch, cải tạo môi trường cảnh quan. Tùy thuộc vào
từng điều kiện thực tế về địa hình lưu vực, hình dạng của sông cũng như yêu cầu lấy
nước để thiết kế các CTLN khác nhau.
Có rất nhiều các nghiên cứu về các công trình lấy nước trên thế giới như Ramamurthy,
A.S. and M.G. Satish, (1988); Ingle, R.N. and A.M. Mahankal, (1990); Raudkivi, A.J.,
(1993); Alireza Masjedi and Amir Taeedi (2011), Averty (1989), Cho (1985), Lindnet
(1952), Neary (1995), Karami (2009), Yang (2009), Karami (2010), Hamsanpour
(2006), Neary (1999), Barkdral (1999), BHRH (1989), Bourard (1992), Shafai (1999),
Omidbeigi (2009). Cụ thể các nội dung nghiên cứu của các nhà khoa học này tập trung
vào các vấn đề sau:
1.1.1 Về nghiên cứu phân loại các CTLN
Avery, P(1989)[1] đã phân loại các CTLN như sau: CTLN bên cạnh là các CTLN có
phương của dòng chảy vào CTLN hợp với phương của dòng chảy trong sông chính
một góc xấp xỉ 900; CTLN chính diện là CTLN có phương của dòng chảy vào công
trình lấy nước gần như song song với phương của dòng chảy trong sông chính; CTLN
có đập; CTLN không đập; CTLN có cửa điều tiết, CTLN không có cửa điều tiết.

8


GTZ(1989) [2] phân loại cửa lấy nước theo cửa lấy nước ở bên (Lateral Intake) có
hoặc không có đập dâng; cửa lấy dạng Chi Rôn/ở đáy (Tyrolean/Bottom Intake) và chỉ
ra các yêu cầu đối với CTLN: Lấy đủ nước theo biểu đồ đã định (số lượng); Đảm bảo
chất lượng nước lấy vào kênh (ngăn bùn cát có thô, vật nổi); Kiểm soát được ảnh
hưởng đến môi trường chung; Các yêu cầu chung khác: ổn định, thuận tiện thi công,

quản lý, tạo cảnh quan hài hòa, giữ gìn bảo vệ môi trường, phát triển du lịch, sử dụng
tổng hợp nguồn nước, có kết cấu đơn giản và giá thành hợp lý.
Abbasi (2003)[4]phân loại cửa lấy nước theo cửa lấy nước bao gồm cửa lấy nước có
đập dâng; cửa lấy nước ở đáy. Cửa lấy nước có đập dâng thường bao gồm 2 bộ phận
chính, đập dâng và cửa lấy nước, trong đó đập dâng có nhiệm vụ dâng mực nước đảm
bảo một mực nước tối thiểu ở thương lưu đập dâng và cho phép lấy một lượng nước
Qp từ sông trong bất kỳ thời kỳ nào. Cửa lấy nước ở đáy chỉ thích hợp cho những sông
ở vùng đồi núi có độ dốc cao từ 1% đến 10%. Tại những đọan sông này, tốc độ dòng
chảy lớn dẫn đến bùn cát đáy tương đối thô nên các hạt không thể lọt qua các khe chắn
rác ở cửa lấy nước.Cửa lấy nước loại này thường được thiết kế cắt ngang qua sông và
được bao phủ bởi một tấm sàng hoặc tấm phẳng được đục lỗ. Các tấm sàng thường
được thiết kế có khả năng tự lọc, tuy nhiên trên thực tế thường khó đảm bảo như thiết
kế.
1.1.2 Về nghiên cứu diễn biễn bồi lắng đoạn sông cửa vào CTLN:
Qua phân tích các nghiên cứu trên thế giới cho thấy, hiện nay để nghiên cứu đánh giá
diễn biến lòng dẫn nói chung và khu vực cửa lấy nước nói riêng thường thực hiện theo
4 phương pháp như sau:
- (1) Phương pháp đo đạc, thu thập phân tích các tài liệu thực đo: Sử dụng các tài liệu
về địa hình, các tài liệu không ảnh, viễn thám, các số liệu có được trong nhiều năm
tiến hành phân tích vị trí, quy mô, tốc độ xói, bồi trên mặt bằng, trên mặt cắt dọc, mặt
cắt ngang, tìm ra quy luật thống kê và xu thế phát triển của đoạn sông nghiên cứu. Đối
với phương pháp này cần có những thiết bị đo đạc hiện đại, nhanh chóng chính xác.
Xác định được trường vận tốc dòng chảy ở các độ sâu khác nhau, xác định được độ
sâu lòng dẫn theo các tọa độ địa lý mong muốn tuy nhiên đòi hỏi đầu tư về thời gian,
kinh phí thực hiện.
9


- (2) Phương pháp công thức kinh nghiệm: Từ những số liệu thực tế đo đạc hiện
trường và trong phòng thí nghiệm thiết lập các công thức kinh nghiệm và bán kinh

nghiệm để sử dụng các công thức kinh nghiệm để tính toán diễn biến lòng dẫn.
Phương pháp này đơn giản nhưng áp dụng cho từng trường hợp cụ thể.
- (3) Phương pháp mô hình vật lý: Mô phỏng thu nhỏ đoạn sông nghiên cứu lại trong
một khu vực có trang thiết bị thí nghiệm, tái diễn dòng chảy trong sông thiên nhiên
theo các định luật tương tự để quan sát, đo đạc và từ các số liệu đo đạc tìm ra quy luật
diễn biến của đoạn sông. Phương pháp mô hình vật lý có hạn chế là rất khó thỏa mãn
các điều kiện tương tự, nhất là các điều kiện tương tự về bùn cát nên có thể có những
sai lệch nhất định giữa mô hình và nguyên hình, đặc biệt trong điều kiện nước ta các
nghiên cứu mới dừng ở mức mô phỏng xu thế diễn biến, chưa lượng hóa được diễn
biến vận chuyển và bồi lắng bùn cát đặc biệt khu vực cửa lấy nước như thế nào. Mặt
khác chi phí xây dựng mô hình vật lý rất lớn, khó đáp ứng trong điều kiện của Việt
Nam, đặc biệt trong nghiên cứu thực hiện luận án.
- (4) Phương pháp mô hình toán: Dựa vào các hệ phương trình toán mô tả quy luật của
dòng chảy và bùn cát tại đoạn sông nghiên cứu, xác định các điều kiện biên, điều kiện
ban đầu hợp lý, tìm các lời giải giải tích, lời giải số trị cho các vấn đề nghiên cứu.
Phương pháp này, với sự giúp đỡ của máy tính điện tử đã cho phép mô tả những gì xảy
ra trong quá khứ, những gì xảy ra trong tương lai với những điều kiện thay đổi theo
các kịch bản khác nhau, nhưng phương pháp này chỉ có độ tin cậy khi số liệu đầu vào
phải có đủ độ tin cậy.
Bosman D.E. và nnk (2002)[5] đã nghiên cứu điều tra thực địa, đánh giá bồi lắng bùn
cát tại các kênh dẫn nước vào các trạm bơm lấy nước ven sông ở vùng South Africa,
nơi việc lấy nước từ sông gặp nhiều trở ngại do vấn đề bồi lắng, do các kênh dẫn nước
thường nhỏ hơn sông rất nhiều lần. Việc đưa ra các giải pháp giảm thiểu bồi lắng tại
cửa hút cho các trạm bơm là cần thiết.
Mehdi Karami Moghadam(2010)[6] đã nghiên cứu chế độ thủy động lực và vận
chuyển bùn cát của sông Ohio ảnh hưởng đến cống lấy nước trên cơ sở sử dụng mô
hình vật lý.Trong nghiên cứu này, kênh lấy nước hợp với kênh chính một góc 30 o sẽ

10

cho kết quả tốt nhất về việc lấy nước với lưu lượng lớn nhất và hàm lượng bùn cát là
nhỏ nhất. Tuy nhiên nghiên cứu hạn chế cho tính toán với dòng chảy có hệ số Froude
từ 0,35 đến 0,4 và không tính toán cho dòng chảy kiệt.
Neary V.S và nnk(1999)[7] đã sử dụng mô hình số trị 3D để mô phỏng dòng chảy
đoạn ngay cửa vào cống lấy nước. Sử dụng phương trình Navier-Stokes trong đó xem
xét hệ số Reynolds trung bình với mô hình rối của Wilcox, trong đó xem xét dòng
chảy tại kênh hở chữ T.
Moussa (2010) [8]áp dụng mô hình 2-D (CCHE2D) phân tích và giải quyết vấn đề bồi
lắng tại của lấy nước của trạm bơm Rowd El-Farag. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng có sự
thay đổi về mặt hình thái theothời gian do lượng bùn cát bị bồi lắng tại khu vực cửa
lấy nước vào trạm bơm.
R.Goudarzizadeh (2010) [9]đã sử dụng phương pháp thể tích – khối lượng mô phỏng
ba chiều dòng chảy tại cửa vào kênh dẫn CTLN bằng cách giải phương trình NavierStokes và mô hình rối κ−(RNG). Phương trình được giải theo phương pháp phần tử
hữu hạn. Các kết quả cho thấy giá trị lưu lượng vào kênh dẫn CTLN phụ thuộc vào
chiều dài và chiều rộng của kênh dẫn lấy nước.
Ashraf. M. Elmoustafa (2011) [10]đã sử dụng mô hình thủy lực 2-D (RMA2) để đánh
giá vị trí lấy nước thích hợp bên bờ Tây sông Nile ở Assuit. Tuy nhiên, mô hình mô
phỏng theo lưới chữ nhật với độ phân giải thô 20x20m, vì vậy không mô phỏng chi tiết
được công trình lấy nước như nào trong mô hình.
Noor F.N. Shahidanvà nnk (2012)[11] đã nghiên cứu ứng dụng mô hình HEC-RAS và
mô hình CCHE2D để mô phỏng dòng chảy và diễn biến lòng dẫn khu vực cửa lấy
nước Ijok trên sông Ijok của Malaysia. Kết quả từ mô hình HEC-RAS đã được sử
dụng như là đầu vào cho mô hình CCHE2D.Kết quả cho thấy lưu lượng dòng chảy ảnh
hưởng đến phân phối và sự tích tụ trầm tích khu vực nghiên cứu.Vận tốc dòng chảy ở
phía trước của cửa lấy nước nhỏ có thể góp phần tích tụ bùn cát và gây nên những bãi
bồi trước cửa lấy nước, làm giảm khả năng lấy nước của kênh dẫn.

11

Adel A.Asharivà nnk(2015)[12] đã tính toán phân bố vận tốc tại cửa lấy nước theo
phương pháp khối lượng hữu hạn, kết quả so sánh với thí nghiệm là khá hợp lý.Dòng
chảy được mô phỏng trong kênh hình chữ nhật và phương trình Navier-Stokes được
giải bằng phương pháp khối lượng hữu hạn (FVM).Các tính toán dòng chảy đã được
thực hiện trong mô hình ba chiều bằng cách sử dụng K-ε-RNG và các mô hình rối K-εtiêu chuẩn.
Martin (2015)đã xây dựng mô hình thủy động lực học 2D tính toán chế độ dòng chảy
tại khu vực cửa vào cửa lấy nước ở British Columbia. Các kết quả của nghiên cứu mô
hình số 2D này cho thấy nếu bổ sung một cửa cống thứ hai ở phía cuối của đập dẫn
dòng có thể tăng vận tốc ở vị trí cửa vào cống lấy nước, tăng cường sự vận chuyển bùn
cát ở khu vực đó. Khi cả hai phía bắc và phía nam cống được mở, vận tốc ở khu vực
phía nam của cửa lấy nước tăng lên nhiều so với mô hình hiện trạng.
Margriet M. (2006):Đã có những nghiên cứu về diễn biến lòng dẫn và các giải pháp
chỉnh trị ổn định lòng dẫn trên sông Rhine. Sông Rhine dài 3200km và có diện tích lưu
vực là 185.000 km2. Có rất nhiều các biện pháp kiểm soát lũ, tăng khả năng thoát lũ
được thực hiện như xây dựng hệ thống đê, nạo vét lòng dẫn tăng khả năng thoát lũ, các
công trình thoát lũ thông qua việc tạo dòng mới ở phía thượng lưu. Tuy nhiên việc xây
dựng lấn chiếm khai thác bãi dọc sông Rhine vào những năm đầu thế kỷ 20 đã khiến
nhiều thành phố dọc theo sông Rhine, Moselle và Meuse bị ngập lụt vào những năm
1993, 1995, gây sạt lở, xói lở bờ và tạo ra những bãi bồi làm hạn chế việc cấp nước
cho thành phố trong mùa kiệt. Chính vì vậy việc bảo vệ sông, ổn định bờ lòng dẫn đã
được đầu tư nghiên cứu, đặc biệt sau lũ 1993. Các giải pháp được đề ra bao gồm kè
bảo vệ bờ kết hợp cảnh quan sinh thái môi trường.
Ngoài ra còn một số các nghiên cứu về diễn biến lòng dẫn và đề xuất giải pháp chỉnh
trị như nghiên cứu của Barkdrai (1999), Omidbeigi (2009), Karami (2009).
1.1.3 Về nghiên cứu xác định vị trí cửa lấy nước:
Gango Schmid (2000)[3]đã nghiên cứu một số cửa lấy nước trên sông Río Mameyes,
cửa lấy nước Miradero nằm trên sông Añasco, cửa lấy nước trên sông Fajardo, CTLN
trên sông Blancovà cho thấy cửa lấy nước thường được bố trí ở bờ lõm của sông cong.

12


S. Ali Akbar Salehi (2008)[13] nghiên cứu thí nghiệm trên mô hình vật lý xác định vị
trí cửa lấy nước với các đoạn sông thẳng, sông cong. Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng
các cống lấy nước nên bố trí ở bờ sông cong, góc lấy nước là 600 ÷900.
Alireza Masjedi (2011) [14] đã nghiên cứu bằng mô hình vật lý xác định hiệu quả lấy
nước tại các cống lấy nước, kết quả cho thấy các cống lấy nước có kênh dẫn nước hợp
với dòng chính một góc khoảng 450 sẽ cho hiệu quả lấy nước cao hơn cả.
Afrouza (2015) [15]đã nghiên cứu xác định góc lấy nước thích hợp của CTLN trên
đoạn sông thẳng, với góc lấy nước thích hợp là trong khoảng từ 300 – 450 để giảm
lượng bùn cát đi vào kênh dẫn gây bồi lắng kênh dẫn lấy nước của CTLN.
Montaseri (2015) [16]đã xác định vị trí thích hợp của công trình cống lấy nước và lựa
chọn góc tốt nhất của cửa lấy nước để giảm lượng phù sa vào kênh. Sử dụng phần
mềm Fluent để mô phỏng số mô hình dòng chảy 3D xung quanh cửa lấy nước ở vị trí
phía trước, thượng và hạ lưu của CTLN. Tínhtoán được thực hiện bằng cách sử dụng
mô hình Reynolds Stress.Sau khi hiệu chỉnh mô hình, xem xét ảnh hưởng của các vị trí
khác nhau của cửa lấy nước đối với phía hạ lưu và thượng lưu.Vị trí thích hợp tương
ứng với góclấy nướclà khoảng 150-300 so với dòng chính và giá trị tối ưu cho góc lấy
nước là khoảng 170-200 với mục đích hạn chế tối đa bùn cát vào kênh.
1.1.4 Về nghiên cứu giải pháp nâng cao hiệu quả lấy nước:
Avery, P. (1989) [1]đưa ra một số giải pháp kiểm soát sự bồi lắng tại một số vị trí lấy
nước thông qua việc đo đạc, khảo sát và tính toán bồi lắng tại vị trí cống lấy nước và
các trạm bơm nhằm nâng cao hiệu quả lấy nước của các công trình.
Ettema R. and Nakato T. (1998)[17]đã chỉ dẫn một số giải pháp công trình làm giảm
thiểu việc vận chuyển bùn cát vào cửa lấy nước, trong đó có giải pháp đẩy dòng chủ
lưu ra khỏi bờ, từ đó làm giảm bồi lắng khu vực cửa vào cửa lấy nước.
Ma You guo (2001) [18]đã nghiên cứu biện pháp kiểm soát bùn cát cho các cống lấy
nước dựa trên việc điều tra phân tích bồi lắng bùn cát tại một số cống của sông Yili
Hashi.Các giải pháp kiểm soát bùn cát như bẫy bùn cát, góc chọn hợp lý từ 300-600.

13


Azade Jamshidi và nnk (2016)[19] đã nghiên cứu phân dòng chảy vào tại các cửa lấy
nước bằng các tấm lái phân dòng.Kết quả cho thấy việc lắp đặt tấm lái phân dòng ngập
nước tại cửa vào CTLN là một phương pháp thường được áp dụng.Trong nghiên cứu
này, góc lệch của tấm lái phân dònglà 150, 200, 250 và 300 ở khu vực cửa vào kênh
chính. Kết quả cho thấy lượng dòng chảy vào cống lấy nước tăng từ 36,34%, 32,53%,
34,37%, 30,72% so với khi không có tấm lái phân dòng.
Trước tình hình hạn hán và không lấy được nước tại các cống và trạm bơm, Bộ Thủy
lợi Trung Quốc (2006) đã đưa ra một số giải pháp khắc phục như: Biên soạn và cải
tiến lại các tiêu chuẩn thiết kế, hướng tầm nhìn chiến lược và quy hoạch thủy lợi, nâng
cao hiệu quả sử dụng của các cống đầu mối lấy nước, cải cách phân cấp quản lý, giám
sát chặt chẽ quy trình vận hành cống lấy nước.
1.1.5 Nhận xét chung về các nghiên cứu trên thế giới có liên quan đến nội dung
của luận án
- Các nghiên cứu sử dụng mô hình toán mô phỏng diễn biến khu vực cửa lấy nước có
từ những năm thập kỷ 90, tuy nhiên mới sử dụng mô hình 1D mô phỏng cho kênh dẫn
nước, các mô hình 2D lại sử dụng lưới chữ nhật, lưới thô 20x20m, phần nào hạn chế
trong việc mô phỏng công trình. Với mô hình 2D sẽ không mô phỏng được dòng chảy
các lớp theo chiều sâu nên đánh giá khả năng lấy nước còn hạn chế.
- Các nghiên cứu xác định vị trí cửa lấy nước được dựa trên kết quả từ mô hình vật lý,
nhưng chú yếu xem xét tính toán với dòng chảy có hệ số Froude từ 0,35 đến 0,4 và
không tính toán cho dòng chảy kiệt, góc lấy nước đưa ra dao động trong phạm vi lớn
từ 450÷900, có những nghiên cứu chỉ ra góc lấy nước khoảng 15 o -30o hay khoảng
300÷600 do đó khó xác định khoảng nào là hợp lý cho một công trình cụ thể.
- Việc xem xét vị trí lấy nước thích hợp của các cống lấy nước chưa được chú trọng
nhiều mà chỉ nêu vị trí đặt cửa lấy nước nên xem xét đặt ở đoạn sông cong phía bờ
lõm, nhưng ở vị trí nào là có lợi nhất thì chưa chỉ rõ. Theo kết quả nghiên cứu của N.F.

Danheliia vị trí thích hợp của cống lấy nước phụ thuộc vào bán kính cong là chưa đủ
vì đoạn sông cong luôn luôn biến đổi lòng dẫn, vì vậy bán kính cong cũng sẽ thay đổi
theo thời gian.

14