Nghiên cứu đề xuất các phương án vận hành hệ thống thủy lợi quản lộ phụng hiệp để phù hợp với tình hình sản xuất nông nghiệp trong hệ thống

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

TRẦN MẠNH THỨ

NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT CÁC PHƯƠNG ÁN VẬN HÀNH
HỆ THỐNG THỦY LỢI QUẢN LỘ - PHỤNG HIỆP ĐỂ
PHÙ HỢP VỚI TÌNH HÌNH SẢN XUẤT NƠNG NGHIỆP
TRONG HỆ THỐNG
Chun ngành: Kỹ Thuật Tài Nguyên Nước
Mã số: 60580212

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 02 năm 2018


Cơng trình được hồn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS. TS. Châu Nguyễn Xuân Quang

Cán bộ chấm nhận xét 1: TS. Trương Chí Hiền

Cán bộ chấm nhận xét 2: PGS.TS. Lê Song Giang

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp.HCM
ngày 02 tháng 02 năm 2018
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

1. PGS.TS. Huỳnh Thanh Sơn
2. TS. Hồ Tuấn Đức

3. TS. Trương Chí Hiền
4. PGS.TS. Lê Song Giang
5. PGS.TS. Huỳnh Cơng Hồi
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận Văn và Trưởng Khoa quản lý
chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa.
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: Trần Mạnh Thứ

MSHV: 1570086

Ngày tháng năm sinh: 06/03/1990

Nơi sinh: Hà Tĩnh

Chuyên ngành: Kỹ Thuật Tài Nguyên Nước

Mã số: 60580212

I. TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu đề xuất các phương án vận hành hệ thống thủy lợi

Quản Lộ - Phụng Hiệp để phù hợp với tình hình sản xuất trong hệ thống.
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Nhiệm vụ chính của luận văn là: Nghiên cứu
phương án vận hành cấp đủ mặn cho vùng nuôi trồng thủy sản và vẫn đảm bảo
kiểm soát mặn cho vùng trồng lúa.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:
V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS. Châu Nguyễn Xuân Quang

Tp.HCM, ngày … tháng … năm 20..
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG


LỜI CÁM ƠN
Luận văn thạc sỹ khoa học: “Nghiên cứu đề xuất các phương án vận hành hệ
thống thủy lợi Quản Lộ - Phụng Hiệp để phù hợp với tình hình sản xuất trong hệ
thống” hồn thành tại khoa Tài Nguyên Nước thuộc trường Đại Học Bách KhoaĐHQG-TP.HCM vào tháng 12 năm 2017 dưới sự hướng dẫn trực tiếp của PGS.TS
Châu Nguyễn Xuân Quang.
Tôi xin chân thành cảm ơn đến Thầy PGS.TS Châu Nguyễn Xuân Quang,
người đã hướng dẫn tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp cũng như hỗ trợ và động
viên tơi trong suốt q trình làm luận văn.
Đồng thời tôi xin gửi lời tri ân đến tất cả q thầy cơ bộ mơn Tài Ngun
Nước đã có ý kiến đóng góp cũng như truyền đạt kiến thức trong suốt quá trình học
tập và thực hiện luận văn.
Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn đồng nghiệp, đơn vị và các cá nhân
công tác tại Viện Quy Hoạch Thủy Lợi Miền Nam, Viện Kỹ Thuật Biển đã giúp
đỡ, hỗ trợ tôi trong suốt thời gian thực hiện đồ án, đặc biệt là về mặt số liệu.

Tp.Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 20..
HỌC VIÊN THỰC HIỆN

Trần Mạnh Thứ


TÓM TẮT
Hệ thống thủy lợi Quản Lộ - Phụng Hiệp (QL-PH) nằm trong dự án “Ngọt
hóa bán đảo Cà Mau”, với diện tích đất tự nhiên và đất sản xuất hơn 300.000 ha, đi
qua địa bàn ba tỉnh Sóc Trăng, Bạc Liêu, Cà Mau, Kiên Giang, và Hậu Giang.
Mặc dù đã được Chính phủ hỗ trợ đầu tư xây dựng trong nhiều năm qua,
nhưng đến nay hệ thống thủy lợi vùng Quản Lộ - Phụng Hiệp, vẫn chưa được khép
kín hồn tồn. Trong điều kiện thủy lợi “cịn hở” cùng với yếu tố phức tạp của nhu
cầu nước ứng với nhiều loại hình sản xuất trong vùng QL-PH. Cơng tác vận hành
cơng trình để kiểm sốt phân phối nguồn nước trên địa bàn còn nhiều hạn chế, dẫn
đến những bất cập trong hệ thống như mặn xâm nhập vào vùng ngọt, mặn khơng
đủ cho vùng ni trồng thủy sản... Vì vậy trong nghiên cứu này đề xuất phương
án vận hành cơng trình thủy lợi trong hệ thống QL-PH để có thể khắc phục, hoặc
giảm thiểu được những tác động xấu nêu trên.
Mơ hình Mike 11 được dùng để mơ phỏng chế độ thủy lực, và lan truyền
mặn của các phương án vận hành cơng trình. Do thời gian có hạn, và quy mô
nghiên cứu khá lớn, nên không xem xét đến các phương án biến đổi khí hậu nước
biển dâng trong tương lai.
Kết quả mô phỏng các phương án sẽ được phân tích, đánh giá mức độ tác
động lên hệ thống thủy lợi QL-PH của từng phương án. Từ đó chọn ra phương án
vận hành tối ưu nhất cho hệ thống.

Từ khóa: Cơng trình thủy lợi, hệ thống thủy lợi QL-PH, xâm nhập mặn, vận hành, Mike 11

ABSTRACT
The irrigation system of Quan Lo - Phung Hiep (QL-PH) is one component
of the project "Freshen Ca Mau Peninsula". Its natural area is of about 300,000 ha
including parts of Soc Trang, Bac Lieu, and Ca Mau province.
Although the Government has supported the investment for many years, the
irrigation system of Quan Lo - Phung Hiep has not been completely closed yet.
Under "unclosed" conditions and the complexity of water demand from many types
of production in the QL-PH area, the operation of the hydraulic works to distribute
water sources is still limited. This leads to some problems such as salinity intrusion
in the fresh areas and inadequate saline water in aquaculture areas, etc. Because of
the mentioned reason, this study aims to propose the operational regulations for the
hydraulic works in this irrigation system to overcome and mitigate those
disadvantages.
Mike 11 model is used to simulate the hydraulic regime and salinity
transmission in different operational options. Due to the time limitation and the
complexity of the study irrigation system, sea level rise in the future is not taken
into account.
The results of hydraulic simulation are analyzed to understand the impacts
of different operational options on the QL-PH irrigation system. The best
operational option is identified for those assessment.

Key words: Hydraulic works, the QL-PH irrigation system, salinity intrusion, operation, Mike 11.


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan:
Những nội dung trong luận văn cao học này là do tôi thực hiện dưới sự trực
tiếp hướng dẫn của PGS.TS Châu Nguyễn Xuân Quang.
Mọi tham khảo dùng trong luận văn cao học này được trích dẫn rõ ràng tên
tác giả, tên cơng trình, thời gian và địa điểm cơng bố. Các số liệu có nguồn gốc rõ

ràng.
Kết quả của đề tài là hoàn toàn trung thực. Mọi sao chép không hợp lệ hay
gian trá tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 20..
HỌC VIÊN THỰC HIỆN

Trần Mạnh Thứ


CÁC TỪ NGỮ VIẾT TẮT

ĐBSCL: Đồng bằng sông Cửu Long
BĐCM: Bán đảo Cà Mau
QL-PH: Quản Lộ Phụng Hiệp
NTTS: Nuôi trồng thủy sản

-i-


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.

Lượng mưa mùa và tỷ lệ của nó so với lượng mưa năm ở một số nơi ......................... 12

Bảng 2.

Lượng bốc hơi (Piche-mm) trung bình tháng tại các trạm gần vùng nghiên cứu. ........ 13

Bảng 3.

Danh sách biên đầu vào cho mơ hình ........................................................................... 32

Bảng 4.

Danh sách trạm đo mặn bổ sung mùa khô năm 2015 ................................................... 39

Bảng 5.

Kết quả hiệu chỉnh mực nước tại các trạm vùng QL-PH .............................................. 44

Bảng 6.

Kết quả hiệu kiểm định mực nước tại các trạm vùng QL-PH....................................... 49

Bảng 7.

Kết quả kiểm định lưu lượng tại các trạm vùng QL-PH ............................................... 52

Bảng 8.

Mực nước lớn nhất tại các điểm đánh giá ..................................................................... 60

Bảng 9.

Giá trị lớn nhất và thời gian giá trị mặn lớn hơn 7g/l tại các điểm đánh giá ................ 68

Bảng 10. Các phương án tính tốn đánh giá năng lực cống vùng mặn ........................................ 70
Bảng 11. Các phương án vận hành cấp mặn ................................................................................ 73
Bảng 12. Giá trị lớn nhất tháng 2 và số ngày có giá trị mặn lớn hơn hoặc bằng 7g/l ở các
phương án tính ............................................................................................................................... 77

Bảng 13. Các phương án vận hành khống chế xâm nhập mặn ..................................................... 80
Bảng 14. Giá trị lớn nhất tháng 4 và số ngày có giá trị mặn lớn hơn hoặc bằng 7g/l ở các
phương án tính ............................................................................................................................... 85
Bảng 15. Các phương án vận hành rút mặn ................................................................................. 86
Bảng 16. Giá trị mặn sau 2 ngày tiêu mặn tại các điểm đánh giá trong nhóm phương án rút
mặn

....................................................................................................................................... 89

Bảng 17. Phương án vận hành tối ưu cho vùng nghiên cứu ......................................................... 90

-ii-


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.

Bản đồ sử dụng đất vùng QL-PH năm 2012 ................................................................... 2

Hình 2.

Bản đồ hệ thống cơng trình phân ranh mặn ngọt vùng QL-PH năm 2012 ..................... 3

Hình 3.

Vùng nghiên cứu ............................................................................................................ 5

Hình 4.

Bản đồ hành chính vùng nghiên cứu ............................................................................... 9

Hình 5.

Bản đồ địa hình vùng nghiên cứu ................................................................................. 10

Hình 6.

Bản đồ hệ thống sơng kênh vùng nghiên cứu ............................................................... 11

Hình 7.

Bản đồ mưa lũy tích trung bình năm vùng ĐBSCL ...................................................... 13

Hình 8.

Màn hình giao diện chính của mơ hình Mike 11 .......................................................... 17

Hình 9.

Màn hình giao diện chính của mơ hình VRSAP ........................................................... 18

Hình 10. Màn hình giao diện chính của mơ hình SOBEK ........................................................... 19
Hình 11. Màn hình giao diện chính của mơ hình Delta ............................................................... 20
Hình 12. Màn hình giao diện chính của mơ hình HEC-RAS....................................................... 21
Hình 13. Sơ đồ thủy lực vùng nghiên cứu ................................................................................... 32
Hình 14. Mặt cắt đại diện một số sơng kênh trong vùng nghiên cứu .......................................... 34
Hình 15. Bản đồ hệ thống sơng kênh và cơng trình thủy lợi vùng QL-PH.................................. 36
Hình 16. Lịch vận hành năm 2012 tại cống Giá Rai, Láng Trâm và Hộ Phòng .......................... 36
Hình 17. Lịch vận hành năm 2012 một số cống huyện Long Phú tỉnh Sóc Trăng ...................... 37
Hình 18. Tổng nhu cầu nước mặn và ngọt mùa khô vùng BĐCM .............................................. 38

Hình 19. Nhu cầu nước mặn tháng 2 năm 2012 vùng BĐCM ..................................................... 38
Hình 20. Nhu cầu nước ngọt tháng 4 năm 2012 vùng BĐCM .................................................... 38
Hình 21. Trạm tủy văn phục vụ hiệu chỉnh kiểm định mơ hình .................................................. 39
Hình 22. Mực nước thực đo với tính tốn mùa kiệt trạm Cần Thơ năm 2012............................. 42
Hình 23. Mực nước thực đo với tính tốn mùa kiệt trạm Tân Hiệp năm 2012............................ 43
Hình 24. Mực nước thực đo với tính tốn mùa kiệt trạm Vị Thanh năm 2012 ........................... 43
Hình 25. Mực nước thực đo với tính tốn mùa kiệt trạm Phước Long năm 2012 ....................... 43
Hình 26. Mực nước thực đo với tính tốn mùa kiệt trạm Phụng Hiệp năm 2012........................ 44
Hình 27. Mực nước thực đo với tính tốn mùa kiệt trạm Cà Mau năm 2012 .............................. 44
Hình 28. Mặn thực đo với tính tốn trạm Cầu Quan năm 2012................................................... 45
Hình 29. Mặn thực đo với tính tốn trạm Đại Ngải năm 2012 .................................................... 45
Hình 30. Mặn thực đo với tính tốn trạm Trà Kha năm 2012 ..................................................... 45
Hình 31. Mặn thực đo với tính tốn trạm Sóc Trăng năm 2012 .................................................. 46
Hình 32. Mặn thực đo với tính tốn trạm Cà Mau ....................................................................... 46
Hình 33. Mặn thực đo với tính tốn trạm Phước Long năm 2012 ............................................... 46
Hình 34. Mặn thực đo với tính tốn trạm Ninh Quới (9K) năm 2012 ......................................... 47

-iii-


Hình 35. Mặn thực đo với tính tốn trạm Gị Quao năm 2012 .................................................... 47
Hình 36. Mặn thực đo với tính tốn trạm An Ninh năm 2012 ..................................................... 47
Hình 37. Mặn thực đo với tính tốn trạm Xẻo Rơ năm 2012 ...................................................... 48
Hình 38. Mực nước thực đo và tính tốn tại trạm Cần Thơ mùa khơ 2015 ................................. 48
Hình 39. Mực nước thực đo và tính tốn tại trạm Vị Thanh mùa khơ 2015 ................................ 49
Hình 40. Mực nước thực đo và tính tốn tại trạm Phước Long mùa khơ 2015 ........................... 49
Hình 41. Lưu lượng thực đo và tính tốn tại cống Giá Rai mùa khơ 2015 .................................. 50
Hình 42. Lưu lượng thực đo và tính tốn tại cống Nọc Nạng mùa khơ 2015 .............................. 50
Hình 43. Lưu lượng thực đo và tính tốn tại cống Hộ Phịng mùa khơ 2015 .............................. 50
Hình 44. Lưu lượng thực đo và tính tốn tại cống Sư Son mùa khơ 2015 .................................. 51

Hình 45. Lưu lượng thực đo và tính tốn tại cống Cây Gừa mùa khơ 2015 ................................ 51
Hình 46. Lưu lượng thực đo và tính tốn tại cống Láng Trâm mùa khơ 2015 ............................ 51
Hình 47. Lưu lượng thực đo và tính tốn tại cống Tắc Vân mùa khơ 2015 ................................ 52
Hình 48. Lưu lượng thực đo và tính tốn tại cống Cà Mau mùa khơ 2015 ................................. 52
Hình 49. Lưu lượng thực đo và tính tốn tại cống Bạch Ngưu mùa khơ 2015 ............................ 52
Hình 50. Mặn tính toán và thực đo tại điểm 7 K trên kênh QLPH .............................................. 53
Hình 51. Mặn tính tốn và thực đo tại điểm Ninh Quới (9 K) trên kênh QLPH ......................... 54
Hình 52. Mặn tính tốn và thực đo tại điểm 10 K trên kênh Ngàn Dừa Bạc Liêu ...................... 54
Hình 53. Mặn tính tốn và thực đo tại điểm 11 K trên kênh Ngàn Dừa Bạc Liêu ...................... 54
Hình 54. Mặn tính tốn và thực đo tại điểm 13 K trên kênh QLPH ............................................ 55
Hình 55. Mặn tính tốn và thực đo tại điểm 14 K trên kênh QLPH ............................................ 55
Hình 56. Vị trí các điểm đánh giá kết quả mơ phỏng .................................................................. 57
Hình 57. Các cụm cơng trình trong hệ thống QL-PH .................................................................. 59
Hình 58. Mực nước lớn nhất tháng 2 năm 2012 .......................................................................... 61
Hình 59. Mực nước nhỏ nhất đo đạc tháng 2 năm 2012. ............................................................. 62
Hình 60. Vị trí trạm đo mặn tạm thời trên vùng nghiên cứu ....................................................... 63
Hình 61. Diễn biến mặn trên kênh QL – PH năm 2012 ............................................................... 63
Hình 62. Mặn tháng 4 trên tuyến Năm Ngã - Phú Lộc và Năm Ngã - Trà Cú ........................... 64
Hình 63. Mặn lớn nhất theo tháng đo trên tuyến Ngàn Dừa - Ninh Quới .................................. 64
Hình 64. Mặn lớn nhất theo tháng đo khu vực xã Lộc Ninh huyện Hồng Dân ........................... 65
Hình 65. Mặn lớn nhất mùa kiệt năm 2012 khu vực BĐCM ....................................................... 66
Hình 66. Mặn thực đo Ngã 5 và tính tốn tại Ngã 5 (điểm A4) .................................................. 67
Hình 67. Mặn lớn nhất tháng 2 khu vực BĐCM.......................................................................... 68
Hình 68. Thời gian mặn có giá trị >= 7g/l tháng 2 khu vực BĐCM ............................................ 69
Hình 69. Mặn tháng 2, 3 và 4 tại điểm A6 trên kênh Ngàn Dừa ................................................. 69

-iv-


Hình 70. Lưu lượng qua cống Hộ Phịng và Giá Rai ở trường hợp PA1 ..................................... 71

Hình 71. Mặn trên kênh Ngàn Dừa điểm đánh giá A5 ở các phương án ..................................... 72
Hình 72. Mặn tại Phước Long điểm đánh giá A1 ở các phương án ............................................ 72
Hình 73. Diễn biến mặn lớn nhất tháng 2 tại điểm A5 nhóm phương án cấp mặn ...................... 76
Hình 74. Mặn lớn nhất tháng 2 vùng BĐCM phương án D-Opt.1-13 ......................................... 78
Hình 75. Thời gian duy trì mặn >=7g/l tháng 2 phương án D- Opt.1-13 .................................... 78
Hình 76. So sánh diện tích mặn lớn nhất và thời gian có giá trị mặn >=7g/l .............................. 79
Hình 77. Mặn tại điểm A5 trên kênh Ngàn Dừa trong nhóm phương án khống chế mặn ........... 82
Hình 78. Mặn tại Ngã 5 (A4) trên kênh QLPH trong nhóm phương án khống chế mặn ............. 83
Hình 79. Mặn lớn nhất tháng 4 trong phương án D-Opt.2-12 ..................................................... 83
Hình 80. Thời gian mặn duy trì >=7g/l tháng 2 phương án D-Opt.2-12 ..................................... 84
Hình 81. Quá trình mặn tại Ngã 5 trong 2 ngày vận hành rút mặn so với hiện trạng .................. 87

DANH MỤC PHỤ LỤC
Phụ lục 1. Danh mục các cống lớn trong vùng Quản Lộ - Phụng Hiệp ......................................... 95

-v-


MỤC LỤC
CHƯƠNG 1.

MỞ ĐẦU ............................................................................................................... 1

1.1

ĐẶT VẤN ĐỀ ..................................................................................................................... 1

1.2

MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU ................................................................................................ 3

1.2.1 Mục tiêu chung .................................................................................................................... 3
1.2.2 Mục tiêu cụ thể .................................................................................................................... 3
1.3

Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN.......................................................................... 3

1.3.1 Ý nghĩa khoa học ................................................................................................................. 4
1.3.2 Ý nghĩa thực tiễn.................................................................................................................. 4
1.4

ĐỐI TƯỢNG VÀ VÙNG NGHIÊN CỨU .......................................................................... 4

1.4.1 Đối tượng nghiên cứu .......................................................................................................... 4
1.4.2 Vùng nghiên cứu .................................................................................................................. 4
1.5

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ....................................................................................... 5

1.6

TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC VÀ THẾ GIỚI ...................................... 5

1.6.1 Nghiên cứu trong nước ........................................................................................................ 6
1.6.2 Nghiên cứu ngoài nước ........................................................................................................ 6
CHƯƠNG 2.
2.1

TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU .................................................... 8

ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN VÙNG NGHIÊN CỨU ............................................................... 8

2.1.1 Vị trí địa lý ........................................................................................................................... 8
2.1.2 Địa hình ............................................................................................................................... 9
2.1.3 Mạng lưới sơng, kênh, rạch ............................................................................................... 10
2.1.4 Đặc điểm khí hậu ............................................................................................................... 11
2.1.5 Đặc điểm thủy văn ............................................................................................................. 13
CHƯƠNG 3.
3.1

CƠ SỞ LÝ THUYẾT .......................................................................................... 16

GIỚI THIỆU MỘT SỐ MƠ HÌNH THỦY LỰC .............................................................. 16

3.1.1 Mơ hình MIKE 11 ............................................................................................................. 16
3.1.2 Mơ hình VRSAP ................................................................................................................ 17
3.1.3 Mơ hình SOBEK................................................................................................................ 18
3.1.4 Mơ hình SAL ..................................................................................................................... 19
3.1.5 Mơ hình Delta .................................................................................................................... 19
3.1.6 Mơ hình HEC-RAS............................................................................................................ 20
3.1.7 Mơ hình Telemac (2D/3D) ................................................................................................ 21
3.2

LỰA CHỌN MƠ HÌNH .................................................................................................... 22

3.3

CƠ SỞ LÝ THUYẾT MƠ HÌNH MIKE 11 ...................................................................... 22

3.3.1 Hệ phương trình Saint Venant ........................................................................................... 22

-vi-


3.3.2 Thuật tốn giải hệ phương trình Saint Venant ................................................................... 24
3.3.3 Các điều kiện ổn định của mơ hình ................................................................................... 29
CHƯƠNG 4.
HIỆP
4.1

THIẾT LẬP MƠ HÌNH THỦY LỰC CHO VÙNG QUẢN LỘ - PHỤNG
............................................................................................................................. 31

THIẾT LẬP MƠ HÌNH ..................................................................................................... 31

4.1.1 Phạm vi sơ đồ tính ............................................................................................................. 31
4.1.2 Biên sơ đồ tính ................................................................................................................... 32
4.1.3 Tài liệu địa hình ................................................................................................................. 33
4.1.4 Số liệu cơng trình, và lịch vận hành cơng trình ................................................................. 34
4.1.2. Nhu cầu nước ..................................................................................................................... 37
4.1.3. Tài liệu trạm thủy văn ........................................................................................................ 39
4.2.

HIỆU CHỈNH VÀ KIỂM ĐỊNH MƠ HÌNH ................................................................ 41

4.2.1. Đánh giá sai số mơ hình..................................................................................................... 41
4.2.2. Hiệu chỉnh mơ hình mùa khơ năm 2012 ............................................................................ 42
4.1.5 Kết quả hiệu chỉnh mực nước ............................................................................................ 42
4.1.6 Kết quả hiệu chỉnh mặn ..................................................................................................... 45
4.2.3. Kiểm định mơ hình mùa khơ năm 2015 ............................................................................ 48

4.1.7 Kiểm định mực nước ......................................................................................................... 48
4.1.8 Kiểm định Lưu lượng ........................................................................................................ 49
4.1.9 Kiểm định Mặn .................................................................................................................. 53
CHƯƠNG 5.

TÍNH TỐN CÁC PHƯƠNG ÁN VẬN HÀNH CƠNG TRÌNH ...................... 56

5.1

MỤC TIÊU VẬN HÀNH CƠNG TRÌNH ........................................................................ 56

5.2

CÁC ĐIỂM PHÂN TÍCH KẾT QUẢ ............................................................................... 56

5.3

CÁC BÀI TOÁN CẦN THỰC HIỆN ĐỂ ĐẠT ĐƯỢC MỤC TIÊU ............................... 57

5.3.1 Bài toán đánh giá cơng tác vận hành cơng trình, diễn biến xâm nhập mặn hiện trạng
năm 2012 (BT1) ................................................................................................................. 57
5.3.2 Bài toán đánh giá năng lực cống (BT2) ............................................................................. 69
5.3.3 Bài toán vận hành cấp mặn (BT3) ..................................................................................... 73
5.3.4 Bài toán vận hành khống chế xâm nhập mặn (BT4) ......................................................... 79
5.3.5 Bài toán vận hành rút mặn (BT5) ...................................................................................... 86
CHƯƠNG 6.

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................. 91

6.1

KẾT LUẬN ....................................................................................................................... 91

6.2

KIẾN NGHỊ ....................................................................................................................... 92

6.3

HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO.............................................................................. 92

TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................................. 93
PHỤ LỤC ...................................................................................................................................... 95

-vii-


CHƯƠNG 1.
1.1

MỞ ĐẦU

ĐẶT VẤN ĐỀ
Nước là một dạng tài nguyên hữu hạn, đặc biệt quan trọng đối với sự tồn tại và

phát triển của con người. Nước cần thiết cho tất cả các ngành kinh tế, ngành sử dụng
nhiều nước nhất là ngành nơng nghiệp, trong đó nghề trồng lúa, và nuôi thủy sản cần
nhiều nước nhất trong ngành nông nghiệp.
Đối với vùng Đồng Bằng Sông Cửu Long (ĐBSCL), trong những năm gần đây
chịu ảnh hưởng nặng nề do hạn hán và xâm nhập mặn. Mùa khô kéo dài, lượng mưa ít,

cộng với việc xây dựng nhiều cơng trình thủy điện thượng nguồn sơng Mê Kơng là
những ngun nhân chính dẫn tới hạn hán và xâm nhập mặn trên ĐBSCL. Dòng chảy
thượng nguồn về ĐSCL nhỏ, khá năng đẩy mặn kém, thời gian nắng kèo dài, dẫn đến
lượng bốc hơi cao, làm nồng độ mặn trong nước vào mùa khô tăng lên đáng kể.
Việc nghiên cứu giải pháp sử dụng nguồn nước một cách hợp lý trong vùng
ĐBSCL nói chung và trong các hệ thống thủy lợi nói riêng đang ngày càng trở nên cấp
thiết, khi nguồn nước đang ngày càng khan hiếm và chất lượng nước ngày càng xấu đi
do tác động của biến đổi khí hậu và vận hành cơng trình dịng chính sơng Mê Cơng.
Theo tài liệu nghiên cứu của nhiều tổ chức và các nhà khoa học trong nước và trên thế
giới, biến đổi khí hậu (BĐKH) đang diễn biến ngày một phức tạp trên phạm vi toàn
cầu sẽ ảnh hưởng trực tiếp và gián tiếp đến nguồn tài nguyên nước, trong đó Việt Nam
được cảnh báo sẽ là một trong năm quốc gia bị ảnh hưởng nặng nề. BĐKH gây ra sự
thay đổi về nhiệt độ, lượng mưa và mực nước biển dâng cao, v.v… từ đó dẫn đến
những thay đổi về chế độ dịng chảy, chất lượng nước trên sông, cụ thể như mực nước
trên sông giảm mạnh, xâm nhập mặn tăng lên vào mùa khô, gây ảnh hưởng xấu đến
sản xuất nông nghiệp.
Vùng Quản Lộ - Phụng Hiệp (QL-PH) nằm trong dự án “Ngọt hóa bán đảo Cà
Mau”, diện tích đất tự nhiên và đất sản xuất hơn 300.000 ha, qua địa bàn năm tỉnh Sóc
Trăng, Bạc Liêu, Cà Mau, Kiên Giang, và Hậu Giang. Những cơng trình đê bao, cống
ngăn mặn phục vụ cho việc ngọt hóa đã được xây dựng nhằm ngăn nước mặn vào sâu
trong đất liền, giữ ngọt ổn định và thau chua, xổ phèn...

-1-


Mặc dù đã được Chính phủ hỗ trợ đầu tư xây dựng hàng chục năm qua, hoàn
thành việc mở rộng nạo vét hơn 1.000 Km kênh trục loại lớn và hàng trăm cống, đập
phân ranh mặn - ngọt. Nhưng đến nay hệ thống thủy lợi vùng Quản Lộ - Phụng Hiệp
vẫn chưa được khép kín hồn tồn. Trong điều kiện thủy lợi “còn hở” cùng với yếu tố
phức tạp của nhu cầu nước ứng với nhiều loại hình sản xuất trong vùng như trồng lúa,

nuôi thủy sản, trồng lúa kết hợp nuôi thủy sản,… nên yêu cầu về việc phân phối nguồn
nước, kiểm soát chất lượng nước trong hệ thống được là rất quan trọng. Tuy nhiên
công tác vận hành cơng trình hiện nay đang cịn đơn lẻ, tự phát theo từng địa phương,
chưa có một quy trình vận hành hiệu quả có cơ sở khoa học, nên dẫn tới những bất cập
trong việc phân phối nguồn nước, kiểm soát chất lượng nước trong hệ thống, những
bất cập nổi cộm trong hệ thống thủy lợi QL-PH hiện nay là: Mặn xâm nhập lên vùng
trồng lúa thuộc huyện Ngã Năm tỉnh Sóc Trăng, và thiếu mặn cho vùng ni trồng
thủy sản thuộc huyện Hồng Dân tỉnh Bạc Liêu... Vì thế cần có những giải pháp vận
hành hệ thống thủy lợi để giải quyết những bất cập trên. Chính vì vậy đề tài luận văn
cao học: “Nghiên cứu đề xuất các phương án vận hành hệ thống thủy lợi Quản Lộ Phụng Hiệp để phù hợp với tình hình sản xuất trong hệ thống” là cần thiết.

Nguồn: Viện QHTL Miền Nam

Hình 1. Bản đồ sử dụng đất vùng QL-PH năm 2012
-2-


Nguồn: Viện QHTL Miền Nam

Hình 2. Bản đồ hệ thống cơng trình phân ranh mặn ngọt vùng QL-PH năm
2012
1.2

MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

1.2.1

Mục tiêu chung
Nghiên cứu lựa chọn ra phương án vận hành cơng trình thủy lợi nhằm khắc

phục những bất cập còn tồn tại trong hệ thống QL-PH như mặn xâm nhập lên khu vực
trồng lúa, nồng độ mặn không đủ cho vùng nuôi trồng thủy sản… Phương án đề xuất
phải khai thác được tối đa năng lực phục vụ của cơng trình thủy lợi trong hệ thống, đáp
ứng nhu cầu sản xuất và sinh hoạt của người dân.
1.2.2

Mục tiêu cụ thể
Vận hành hợp lý hệ thống cống phân ranh mặn ngọt để có thể ngăn mặn cho

vùng trồng lúa ở khu vực huyện Ngã Năm tỉnh Sóc Trăng, nhưng vẩn cấp đủ mặn cho
vùng nuôi trồng thủy sản cho khu vực huyện Hồng Dân tỉnh Bạc Liêu.
1.3

Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN

-3-


Ý nghĩa khoa học

1.3.1

Đánh giá một cách tương đối diễn biến nguồn nước và chất lượng nước cấp cho
các loại hình sản xuất nơng nghiệp trong hệ thống. Từ đó cho thấy được mức độ hiệu
quả của phương án vận hành.
Đóng góp cơ sở khoa học, giải pháp vận hành cơng trình ngăn mặn, cũng như
cấp mặn cho những vùng sản xuất nơng nghiệp có nhu cầu sử dụng cả nước mặn và
nước ngọt thuộc vùng ven biển trong nước cũng như trên thế giới…
Ý nghĩa thực tiễn

1.3.2

Các kết quả của nghiên cứu có thể đem ra kiểm nghiệm thực tế và sau khi thấy
hiệu quả thì có thể cơng bố đưa vào sử dụng nhằm đáp ứng nhu cầu sản xuất cho các
năm tới. Mặt khác nghiên cứu này còn làm tiền đề cho các nghiên cứu sau, đặc biệt là
những nghiên cứu liên quan đến thủy lợi phục vụ nuôi trồng thủy sản và tưới tiêu nông
nghiệp.
1.4

ĐỐI TƯỢNG VÀ VÙNG NGHIÊN CỨU

1.4.1

Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của luận văn là mực nước và nồng độ mặn trên khu vực

trồng lúa và nuôi trồng thủy sản trong hệ thống thủy lợi QL-PH.
1.4.2

Vùng nghiên cứu
Vùng nghiên cứu là hệ thống thủy lợi QL-PH, nằm trong dự án “Ngọt hóa bán

đảo Cà Mau”, đi qua địa bàn 5 tỉnh Sóc Trăng, Bạc Liêu, Cà Mau, Kiên Giang, và Hậu
Giang.

-4-


Hình 3. Vùng nghiên cứu
1.5

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Phương pháp thống kê: Phương pháp này được thực hiện dựa trên quá trình

khảo sát thu thập, tổng hợp, và trình bày các số liệu như số liệu dịng chảy, địa hình, số
liệu khí tượng thủy văn...
Phương pháp kế thừa: Phương pháp này được thực hiện dựa trên cơ sở nghiên
cứu, sử dụng có chọn lọc các kết quả nghiên cứu khoa học trước đây kể cả trong và
ngoài nước.
Phương pháp sử dụng mơ hình tốn: sự phát triển của phương pháp tính và
máy tính điện tử ngày nay đã tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của mơ hình
tốn, cấu trúc của mơ hình ngày càng đa dạng, phức tạp giúp cho mô phỏng hiện tượng
sát thực hơn.
Trong luận văn sẽ ứng dụng mơ hình thủy lực Mike 11 cho việc mô phỏng diễn
biến nồng độ mặn ứng với các phương án vận hành cơng trình.
1.6

TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC VÀ THẾ GIỚI

-5-


Nghiên cứu trong nước

1.6.1

1. Quy trình kỹ thuật quản lý, duy trì, vận hành hệ thống tưới tiêu trên địa bàn
Thành phố Hà Nội do công ty TNHH Một thành viên ĐTPT thủy lợi sông đáy thực
hiện năm 2015. Trong báo cáo đề cập tới việc vận hành cơng trình để cấp nước phục
vụ ni trồng thủy sản, quy trình vận hành tiêu úng bằng máy bơm, quy trình vận hành

cống dưới đê trong mùa lũ [5].
2. Quy hoạch tổng thể thủy lợi vùng ĐBSCL trong điều kiện biến đổi khí hậunước biển dâng, do Viện Quy hoạch Thủy lợi Miền Nam thực hiện giai đoạn 20092011, báo cáo đã đề ra các phương án quy hoạch các ô thủy lợi sản xuất tập trung, kết
hợp xây dựng hệ thống cơng trình thủy lợi bao kín để chủ động làm vụ 3 [6].
3. Giám sát, dự báo chất lượng nước trong hệ thống cơng trình thủy lợi Quản
Lộ - Phụng Hiệp, phục vụ lấy nước sản xuất nông nghiệp, do Viện kỹ thuật Biển thực
hiện. Đây là nhiệm vụ hàng năm, báo cáo kết quả giám sát dự báo chất lượng nước
năm 2016 cho thấy, tình hình xâm nhập mặn và một số chỉ số ô nhiễm vi sinh ở mức
cao [7].
4. Quyết định của Bộ trưởng Bộ Thủy lợi về việc ban hành quy trình vận hành
hệ thống thủy nông Bắc Hưng Hải, năm 1985. Quyết định đề cập tới quy trình vận
hành các cơng trình thủy lợi theo mực nước, để đảm bảo nước cung cấp cho nông
nghiệp và xã ơ nhiễm mơi trường [8].
1.6.2

Nghiên cứu ngồi nước
1. United Uations Educational, Scientific and Cultural Organization

(UNESCO), 2005 đã thực hiện nghiên cứa “Water Resources Systems Planning &
Management” [9], bài báo trình bày phương pháp quy hoạch quản lý hệ thống tài
nguyên nước các lưu vực sông thế giới, bằng các mơ hình mưa dịng chảy, mơ hình
thủy lực.
Kết quả đã nêu ra được các cách thức quản lý quy hoạch tài nguyên nước cho
các hệ thống, nhằm đảm bảo tính bền vững của tài nguyên nước.
2. Tổ chức ACIAR, (2011 - 2014), đã thực hiện dự án “Climate Change
affecting Land Use in the Mekong Delta: Adaption of Rice-based Cropping Systems
-6-


(CLUES)” [10], báo cáo đã cho thấy tác động của biến đổi khí hậu lên sử dụng đất trên
vùng ĐBSCL của Việt Nam, và sự thích ứng của các hệ thống canh tác trên nền lúa.

3. Tổ chức JICA, (2012), đã thực hiện dự án “Climate Change Adaptation For
Sustainable Agriculture And Rural Development In The Coastal Mekong Delta In
Vietnam” [11], báo cáo đề cập về phương phá thích ứng với BĐKH cho phát triển bền
vững nông nghiệp và nông thôn vùng ven biển ĐBSCL của Việt Nam.
4. Mohamed Mahgoub, Reinhard Hinkelmann năm 2014 đã thực hiện nghiên
cứu "Three-Dimensional Flow and Transport Simulation of the Nile Estuary
Taking into Account the Sea Level Rise" [12], bằng mô phỏng phần mềm thủy lực
mô phỏng dịng chảy dịng chảy khơng gian ba chiều lan truyền mặn ở sông Nile xem
xét đến nước biển dâng.
Các mô phỏng thủy động lực học cho thấy vận tốc dịng chảy tương đối chậm
qua miền tính và độ dốc bề mặt tự do gần như bằng không. Các mô phỏng lan truyền
mặn cho thấy nước mặn đang xâm nhập vào sông Nile cho khoảng cách khác nhau,
11,3 đến 12 km ở bề mặt và khoảng 16 km gần phía dưới đáy, lưỡi nước mặn được
dao động trong một hình thức chu kỳ giống nhau (cycle-like). Nồng độ muối được tìm
thấy là biến thiên theo chiều dọc, chiều ngang và theo chiều thẳng đứng.
Bài báo còn nhận xét: Mực nước biển dâng gây xâm nhập mặn nhiều hơn. Để
duy trì chiều dài xâm nhập hiện tại trong trường hợp mực nước biển dâng, xả nước ở
thượng lưu cũng phải được tăng lên, tuy nhiên điều này có thể có tác động tiêu cực đối
với ngân sách của một quốc gia.

-7-


CHƯƠNG 2.

TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU

2.1

ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN VÙNG NGHIÊN CỨU

2.1.1

Vị trí địa lý
Vùng nghiên cứu hệ thống thủy lợi Quản Lộ - Phụng Hiệp nằm trong vùng Bán

đảo Cà Mau, là vùng giáp ranh giữa 3 tỉnh Bạc Liêu, Sóc Trăng và Cà Mau (phần lớn
thuộc vào tỉnh Bạc Liêu). Vị trí nằm từ Kinh độ 105009’00’’ đến 106010’00’’ và vĩ độ
09010’00’’ đến 09022’00’’. Phía Đơng giáp tỉnh Sóc Trăng; Phía Tây giáp thành phố
Càu Mau; phía Nam giáp biển Đơng; phía Bắc giáp vùng U Minh Thượng của tỉnh
Kiên Giang.
Vùng nghiên cứu đi qua địa phận các huyện thuộc năm tỉnh: Tỉnh Cà Mau (Bao
gồm một phần diện tích của huyện Thới Bình, và TP. Cà Mau); Tỉnh Bạc Liêu (Bao
gồm tồn bộ diện tích của các huyện Hồng Dân, huyện Phước Long, huyện Giá Rai,
huyện Vĩnh Lợi, và một phần diện tích của huyện Hịa Bình, TP. Bạc Liêu); Tỉnh Sóc
Trăng (Bao gồm tồn bộ diện tích của các huyện Mỹ Tú, Ngã Năm, Thạnh Trị, Trần
Đề, và một phần diện tích của các huyện Mỹ Xuyên, TP. Sóc Trăng, Long Phú, Châu
Thành); Tỉnh Kiên Giang (Một phần diện tích của huyện Vĩnh Thuận); Tỉnh Hậu
Giang (Một phần diện tích của huyện Phụng Hiệp).

-8-


Hình 4. Bản đồ hành chính vùng nghiên cứu
Địa hình

2.1.2

Địa hình vùng nghiên cứu mang đặc trưng của địa hình vùng Bán đảo Cà Mau, là
vùng bồi tích từ phù sa sơng và phù sa biển, hình thành các dải đất cao ven các sông

rạch lớn, ven bờ biển. Khu vực tiếp giáp với biển có nhiều bãi bồi, ven biển có rừng
ngập mặn, rừng tràm phân bố dọc bờ biển của các tỉnh Bạc Liêu, Cà Mau và Kiên
Giang.
Địa hình vùng nghiên cứu có dạng địa hình trũng, nhưng tương đối bằng phẳng
có cao độ phổ biến từ 0,2 – 0,6 m với hướng dốc chính là Đơng Bắc – Tây Nam. Khu
vực đất cao hơn tập trung ở các huyện ven sông lớn và ven biển thuộc tỉnh Bạc Liêu và
Sóc Trăng, với cao độ ở mức 1,0 – 1,2 m.
Địa hình bằng phẳng và thấp nên hầu hết hệ thống tưới tiêu trong vùng QL-PH là
tươi tiêu áp lực, cụ thể là sự dụng hệ thống bơm điện.

-9-


Hình 5.
2.1.3

Bản đồ địa hình vùng nghiên cứu

Mạng lưới sơng, kênh, rạch
Do địa hình thấp, bằng phẳng, và nằm gần cửa sơng, cửa biển nên vùng QL-PH

có hệ thống sơng, kênh, rạch khá dày đặc.
Hệ thống sông chảy vào vùng nghiên cứu gồm: Sông Mỹ Thanh, sông Bạc
Liêu, sông Gành Hào, sông Bảy Háp, sông Cửa Lớn, sông Đốc, sông Trẹm với tổng
chiều dài khoảng 450 km. Đây là các sơng có khả năng cung cấp nước mặn và tiêu
nước chính cho vùng QL-PH nói riêng, cũng như cho vùng BĐCM nói chung.
Trong vùng nghiên cứu có khoảng 80 tuyến kênh trục và kênh cấp 1, với tổng
chiều dài khoảng 1000 Km, có nhiệm vụ quan trọng trong việc chuyển nước từ các
sơng chính vào nội đồng như kênh Quản Lộ – Phụng Hiệp, kênh Cà Mau – Bạc Liêu,
Kênh Chắc Băng–rạch Xẻo Chít, Kênh Ngàn Dừa…

Ngồi ra trong vùng nghiên cứu cịn có khoảng 500 tuyến kênh cấp 2 và nội
đồng với tổng chiều dài khoảng 3000 Km, có nhiệm vụ chuyển nước vào khu vực sản
xuất nông nghiệp và ngược lại.

-10-


Hình 6. Bản đồ hệ thống sơng kênh vùng nghiên cứu
2.1.4

Đặc điểm khí hậu

2.1.4.1 Nhiệt độ và độ ẩm
Nhiệt độ trung bình hàng năm vùng nghiên cứu khá cao, biến thiên từ 26,4 đến
27,5oC. Nhiệt độ cao nhất là 40oC và thấp nhất là 14oC.
Độ ẩm khơng khí bình qn trong vùng nghiên cứu khá cao, độ ẩm khơng khí
bình quân năm là: 80%, cao nhất 95% và thấp nhất 60%.
2.1.4.2 Nắng
Vùng nghiên cứu trung bình có khoảng 2.500 giờ nắng trong năm và trung bình
có từ 5 đến 6 giờ nắng trong ngày, vùng nghiên cứu đã tiếp nhận một lượng bức xạ lớn
(157 kcalo/cm2/năm).
2.1.4.3 Mưa
Lượng mưa trong vùng nghiên cứu chủ yếu tập trung vào mùa mưa từ khoảng
tháng V đến tháng XI, đây là giai đoạn gió mùa Tây Nam hoạt động mạnh chính là
-11-