Ứng dụng công nghệ đo mưa tự động thời gian thực trong vận hành tưới cho hệ thống thủy nông bắc hưng hải
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.3 MB, 99 trang )
LỜI CAM ĐOAN
Tác giả xin cam đoan đề tài luận văn là do tôi làm và được sự hướng dẫn khoa học của
PGS.TS Lê Văn Chín.Trong q trình làm tơi có tham khảo các tài liệu liên quan nhằm
khẳng định thêm sự tin cậy và cấp thiết của đề tài. Các tài liệu trích dẫn rõ nguồn gốc
và các tài liệu tham khảo được thống kê chi tiết. Những nội dung và kết quả trình bày
trong Luận văn là trung thực, khách quan và phù hợp với thực tiễn của cơng trình. Nếu
vi phạm tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm.
Hà Nội, ngày 5 tháng 11năm 2017
TÁC GIẢ
Nguyễn Quốc Việt
i
LỜI CẢM ƠN
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành Kỹ thuật tài nguyên nước với đề tài “Ứng
dụng công nghệ đo mưa tự động trong thời gian thực vận hành tưới cho hệ thống
thủy nông Bắc Hưng Hải” là q trình nghiên cứu, cố gắng khơng ngừng của bản
thân và được sự giúp đỡ, động viên khích lệ của các thầy, cô, bạn bè đồng nghiệp và
người thân. Qua trang viết này tác giả xin gửi lời cảm ơn tới những người đã giúp đỡ
tôi trong thời gian học tập, nghiên cứu khoa học vừa qua.
Đặc biệt, xin chân thànhbày tỏ lời cảm ơn trân trọng đến PGS.TS Lê Văn Chín đã tận
tình hướng dẫn, tạo điều kiện tốt nhất cho tơi hồn thành làm luận văn. Xin chân thành
cảm ơn tồn thể q thầy, cơ trong Bộ mơn Kỹ thuật và Quản lý tưới, khoa Kỹ thuật
tài nguyên nước, Trường Đại học Thuỷ lợi đã tận tình truyền đạt những kiến thức và
kinh nghiệm quý báu trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn.
Xin chân thành cảm ơn Công ty TNHH MTV KTCTTL Bắc Hưng Hải; Các đơn vị
liên quan đã giúp đỡ tôi rất nhiều từ q trình khảo sát, xây dựng bài tốn đến góp ý
hiệu chỉnh hệ thống; đặc biệt là đã phối hợp kiểm tra, thử nghiệm, sử dụng đánh giá
kết quả nghiên cứu cho tơi trong q trình làm luận văn.
Cuối cùngtơi xin chân thành cảm ơn gia đình, đơn vị công tác và các đồng nghiệp đã
hỗ trợ tôitrong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn.
Hà Nội, ngày 5 tháng 11năm 2017
TÁC GIẢ
Nguyễn Quốc Việt
ii
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................................i
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................. ii
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
1. Sự cần thiết của đề tài ..................................................................................................1
1.1. Sơ lược hệ thống Bắc Hưng Hải ..............................................................................1
1.2. Sự cần thiết của đề tài ..............................................................................................1
2. Mục tiêu nghiên cứu ....................................................................................................2
3. Phạm vi nghiên cứu .....................................................................................................3
4. Phương pháp nghiên cứu .............................................................................................3
4.1. Cách tiếp cận ............................................................................................................3
4.2. Phương pháp nghiên cứu ..........................................................................................3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ...........................................................................................4
1.1. Tổng quan hệ thống thủy lợi Bắc Hưng Hải ............................................................4
1.1.1. Đặc điểm tự nhiên..................................................................................................4
1.1.2. Đặc điểm địa hình ..................................................................................................4
1.1.3. Đặc điểm đất đai, thổ nhưỡng ...............................................................................5
1.1.4. Đặc điểm khí hậu ...................................................................................................5
1.1.5. Hệ thống kênh chính ..............................................................................................8
1.1.6. Hệ thống các cơng trình chính ...............................................................................9
1.2. Tổng quan các nghiên cứu đo mưa và giải pháp đo mưa trên thế giới ..................11
1.3. Tổng quan về các nghiên cứu và giải pháp đo mưa trong ngành thủy lợi Việt Nam
.......................................................................................................................................14
1.4. Tổng quan về giải pháp đo mưa thực tế trong hệ thống Bắc Hưng Hải .................17
1.4.1. Sơ lược về thiết bị đo mưa thủ công đang sử dụng trong Bắc Hưng Hải (vũ
lượng kế). .......................................................................................................................17
1.4.2. Cách lắp đặt và hướng dẫn sử dụng ....................................................................18
CHƯƠNG 2: ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG VẬN HÀNH TƯỚI CỦA HỆ THỐNG
BẮC HƯNG HẢI ..........................................................................................................21
2.1. Cách vận hành cấp nước trong mùa khô ................................................................21
2.1.1. Nguyên tắc chung cấp nước: ...............................................................................21
iii
2.1.2. Đánh giá về cách vận hành:................................................................................. 21
2.2. Cách vận hành hệ thống trong mùa mưa: ............................................................... 25
2.2.1. Nguyên tắc chung: ............................................................................................... 25
2.2.2. Đánh giá về cách vận hành:................................................................................. 25
2.3. Đánh giá những tồn tại trong quá trình vận hành hiện nay của hệ thống khi có
mưa: ............................................................................................................................... 31
CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ ĐO MƯA TỰ ĐỘNG THỜI GIAN THỰC
TRONG VẬN HÀNH TƯỚI CHO HỆ THỐNG ......................................................... 33
3.1. Giới thiệu công nghệ đo mưa tự động do công ty Bắc Hưng Hải sản xuất ........... 33
3.1.1. Thiết bị cơ khí ..................................................................................................... 34
3.1.2. Thiết bị điện tử .................................................................................................... 40
3.1.3. Nguyên lý làm việc ............................................................................................. 45
3.2. Bố trí lắp đặt các thiết bị đo mưa tự động trong hệ thống...................................... 47
3.2.1. Hiện trạng các trạm khí tượng thủy văn trong khu vực ...................................... 47
3.2.2. Chế độ mưa trên lưu vực ..................................................................................... 47
3.2.3. Kiểm định lại các điểm lắp đặt tại các trạm của Công ty.................................... 54
3.3. Xây dựng quan hệ giữ lượng mưa và mực nước cho các điểm chốt trong thời gian
có mưa ........................................................................................................................... 57
3.3.1. Sơ lược về phân vùng tiêu của hệ thống ............................................................. 57
3.3.2. Sơ lược về quan hệ lượng mưa và mực nước tại các điểm đại diện ................... 59
3.3.3. Xây dựng quan hệ giữa lượng mưa và mực nước tại mặt ruộng........................ 62
3.4. Đề xuất những giải pháp vận hành tưới cho vùng Hải Dương thời gian có mưa .. 65
3.4.1. Hướng dẫn cài đặt ............................................................................................... 66
3.4.2. Hướng dẫn sử dụng ............................................................................................. 67
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ....................................................................................... 69
1. Kết luận ..................................................................................................................... 69
2. Kiến nghị ................................................................................................................... 69
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 71
PHỤ LỤC 1: KẾT QUẢ TÍNH TỐN ......................................................................... 72
PHỤ LỤC 2. CHƯƠNG TRÌNH PHẦN MỀM CHO THIẾT BỊ ĐO MƯA TỰ ĐỘNG
....................................................................................................................................... 85
iv
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Nhiệt độ trung bình tháng, nhiều năm tại khu vực Bắc Hưng Hải ................. 6
Bảng 1.2. Độ ẩm tương đối trung bình tháng trong nhiều năm lưu vực Bắc Hưng Hải . 6
Bảng 1.3. Số giờ nắng trung bình tháng, năm tại khu vực Bắc Hưng Hải ...................... 7
Bảng 1.4. Tốc độ gió trung bình tháng, năm tại khu vực Bắc Hưng Hải ........................ 7
Bảng 2.1.Bảng thống kê mực nước trung bình, max, min các điểm chốt trong thời đoạn
cấp nước tưới trước năm 2004....................................................................................... 21
Bảng 2.2.Bảng thống kê mực nước trung bình, max, min các điểm chốt trong thời đoạn
cấp nước tưới sau năm 2004 .......................................................................................... 23
Bảng 2.3.Bảng thống kê mực nước và lượng mưa tại thời điểm đổ ải năm 2007 ......... 24
Bảng 2.4.Bảng thống kê mực nước trung bình thượng lưu tại các điểm chốt trong hệ
thống từ ngày 1/3 đến ngày 3/5/2007 ............................................................................ 24
Bảng 2.5.Bảng thống kê mực nước max, min, và TB nhiều năm tại các điểm chốt của
hệ thống vào mùa mưa trước năm 2004 ........................................................................ 25
Bảng 2.6.Bảng thống kê mực nước TB tại thượng lưu các điểm chốt trong hệ thống
thời đoạn từ ngày 18/7 đến ngày 20/7/2004 .................................................................. 26
Bảng 2.7.Bảng thống kê lượng mưa, mực nước max, min, và TB nhiều năm tại các
điểm chốt của hệ thống vào mùa mưa trước năm 2004................................................. 27
Bảng 2.8.Bảng thống kê mực nước Max, Min và TB nhiều năm tại các điểm chốt của
hệ thống vào mùa mưa sau năm 2004 ........................................................................... 28
Bảng 2.9.Bảng thống kê mực nước từ ngày 2/8/2016 đến ngày 6/8/2016 .................... 29
Bảng 2.10.Bảng thống kê lượng mưa từ ngày 03/8/2016 đến ngày 06/8/2016............. 30
Bảng 2.11.Bảng thống kê hoạt động của cống .............................................................. 30
Bảng 3.1. Các trạm khí tượng trông khu vực Bắc Hưng Hải ........................................ 47
Bảng 3.2. Lượng mưa ngày lớn nhất thực đo tại một số trạm trên lưu vực .................. 51
Bảng 3.3. Mật độ lưới trạm nhỏ nhất cần phải có trên lưu vực (theo WMO) ............... 54
(Minimum density of precipitation stations (WMO) .................................................... 54
Bảng 3.4. Kết quả tính tốn chiều sâu mực nước tại mặt ruộng tương ứng với lượng
v
mưa thiết kế trạm Hải Dương trong vụ chiêm .............................................................. 63
Bảng 3.5. Kết quả tính tốn chiều sâu mực nước tại mặt ruộng tương ứng với lượng
mưa thiết kế trạm Hải Dương trong vụ mùa ................................................................. 63
vi
DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Thiết bị đo cường độ mưa .............................................................................11
Hình 1.2. Thiết bị đo mưa kiểu khối lượng ...................................................................12
Hình 1.3. Thiết bị đo mưa kiểu tự ghi ...........................................................................12
Hình 1.4. Thiết bị đo mưa thủ công của người nông dân trong ruộng ..........................13
Hình 1.5. Thiết bị đo mưa bánh xe ................................................................................13
Hình 1.6. Thiết bị đo mưa quang học có 1 ống khói .....................................................13
Hình 1.7. Thiết bị đo mưa khơng dây ............................................................................14
Hình 1.8. Thiết bị đo mưa hiện đại ................................................................................14
Hình 1.9. Thùng đo mưa thủ cơng .................................................................................15
Hình 1.10. Thiết bị đo mưa bằng Laser .........................................................................16
Hình 1.1. Thiết bị đo mưa bằng thủ cơng ......................................................................17
Hình 1.2. Thiết bị đo mưa được lắp đặt ngồi thực tế ..................................................19
Hình 3.1. Sơ đồ ngun lý vi điều khiển AVR .............................................................42
Hình 3.2. Sơ đồ nguyên lý khối nguồn điện ..................................................................42
Hình 3.3. Sơ đồ nguyên lý khối đo tín hiệu vào 1 .........................................................43
Hình 3.4. Sơ đồ ngun lý khối đo tín hiệu vào 2 .........................................................43
Hình 3.5. Sơ đồ nguyên lý khối truyền tin SIM800A (sms hoặc gprs) .........................44
Hình 3.6. Bảng điện tử hồn thành ................................................................................44
Hình 3.7. Lượng mưa các tháng trung bình nhiều năm tại Gia Lâm - TP.Hà Nội ........48
Hình 3.8. Lượng mưa các tháng trung bình nhiều năm tại TP. Hưng Yên ...................48
Hình 3.9. Lượng mưa các tháng trung bình nhiều năm tại Ân Thi- Hưng Yên ............49
Hình 3.10. Lượng mưa các tháng trung bình nhiều năm tại Cẩm Giàng - Hải Dương .49
Hình 3.11. Lượng mưa các tháng trung bình nhiều năm tại TP. Hải Dương ................50
Hình 3.12. Lượng mưa các tháng trung bình nhiều năm tại Lương Tài - Bắc Ninh .....50
Hình 3.13. Bản đồ bố đẳng trị mưa năm2004 ...............................................................52
Hình 3.14. Bản đồ bố đẳng trị mưa trung bình nhiều năm ............................................53
Hình 3.15. Bản đồ bố trí trạm đo mưa trong lưu vực ....................................................56
Hình 3.16. Quan hệ lượng mưa Xuân Quan và mực nước thượng lưu Kênh Cầu ........59
tháng 1 năm 2004 đến tháng 5 năm 2004. .....................................................................59
vii
Hình 3.17. Quan hệ lượng mưa Xuân Quan và mực nước thượng lưu Kênh Cầu ........ 60
năm 2004 ....................................................................................................................... 60
Hình 3.18. Quan hệ lượng mưa Cầu Xe và mực nước thượng lưu Cầu Xe .................. 60
(từ ngày 30/8/2013 đến 6/9/2013) ................................................................................. 60
Hình 3.19. Quan hệ lượng mưa Cầu Xe và mực nước thượng lưu Cầu Xe .................. 61
năm 2013 ....................................................................................................................... 61
Hình 3.20. Biểu đồ quan hệ giữa chiều sâu mực nước tại mặt ruộng và lượng mưa trạm
Hải Dương vào vụ chiêm .............................................................................................. 64
Hình 3.21. Biểu đồ quan hệ giữa chiều sâu mực nước tại mặt ruộng và lượng mưa trạm
Hải Dương vào mùa ...................................................................................................... 64
Hình 3.22. Sơ đồ tính tốn vận hành cống theo lượng mưa .......................................... 65
Hình 3.23. Sơ đồ khối tính tốn vận hành đóng mở cống ............................................. 66
Hình 3.23. Hình ảnh bảng nhập số liệu đầu vào cho bảng tính tốn chế độ tưới ......... 66
Hình 3.24. Nhập số liệu thời gian ................................................................................. 67
Hình 3.25. Sơ đồ vận hành tưới tự động trong tương lai .............................................. 70
viii
MỞ ĐẦU
1. Sự cần thiết của đề tài
1.1. Sơ lược hệ thống Bắc Hưng Hải
Hệ thống thuỷ lợi Bắc Hưng Hải nằm ở trung tâm đồng bằng Bắc Bộ, được bao bọc
bởi 4 con sông lớn: Sông Đuống, Sông Luộc, Sơng Thái Bình, Sơng Hồng. Bao gồm
địa giới hành chính của 4 tỉnh: toàn bộ tỉnh Hưng Yên, 7 huyện thành phố thuộc tỉnh
Hải Dương, 3 huyện thuộc tỉnh Bắc Ninh và quận Long Biên và huyện Gia Lâm thuộc
thành phố Hà Nội.
Diện tích tự nhiên là 192.045ha, đất nơng nghiệp là 146.756ha; dân số khoảng 3 triệu
người.
Hệ thống được khởi cơng xây dựng tháng 10/1959 đến nay đó qua 59 năm vận hành
khai thác và xây dựng bổ sung, hệ thống đã tương đối hồn chỉnh. Các cơng trình
chính trong hệ thống:
- Cụm cơng trình đầu mối cống Xn Quan, cống Báo Đáp;
- 235km kênh trục chính;
- 13 cơng trình điều tiết trên kênh chính, âu thuyền và cống đầu kênh;
- Trên 300 trạm bơm lớn, nhỏ (và khoảng 300 trạm bơm do dân tự làm);
- Trên 800 cống tưới tiêu cho phạm vi ≥ 250hecta;
- Hàng ngàn km kênh các loại và hàng ngàn cống nhỏ.
1.2. Sự cần thiết của đề tài
Bắc Hưng Hải là hệ thống lớn tưới tiêu kết hợp, việc vận hành hệ thống dựa trên cơ sở
quy trình vận hành, xong do quy trình vận hành mang tính tổng quát và phù hợp với
thời đoạn dài.Với các thời đoạn ngắn điều kiện khí tượng thủy văn diễn biến phức tạp,
việc vận hành không đạt được hiệu quả cao nhất do thiếu nhiều thông tin và chủ yếu
dựa vào kinh nghiệm của bộ phận điều hành.
1
Qua đánh giá tổng kết công tác điều hành hệ thống Bắc Hưng Hải nhiều năm qua, việc
điều hành hệ thống gặp rất nhiều khó khăn vừa đảm bảo nhiệm vụ tưới lại chủ động
phòng úng hiệu quả:
- Rất nhiều trường hợp trong vụ mùa, thời tiết đang nắng nóng hệ thống tập trung lấy
nước căng thẳng, khi có thơng tin dự báo có mưa lớn, việc lấy nước phải dừng lại và
tiến hành gạn tháo hạ thấp mực nước trong hệ thống xuống mức thấp nhất phịng úng,
thì sau đó lại khơng có mưa và dẫn đến hệ thống cạn kiệt hạn thiếu nước, phải lấy
nước với cường độ cao để chống hạn, làm ảnh hưởng lớn đến công trình cũng như sản
xuất;
- Ngồi ra cịn khó đối phó và dễ gây ra ngập úng thiệt hại hơn là các trận mưa bắt đầu
nhỏ và lớn dần thành trận mưa lớn, ngồi sơng mực nước triều đang lên như năm
2004, 2008;
- Việc thiếu thông tin lượng mưa liên tục, người điều hành không nắm được diễn biến
xu thế mưa để đưa ra phương án điều hành kịp thời (theo quy định hiện tại, hàng ngày
lượng mưa được báo về trung tâm 2 lần vào 7h và 19h) dẫn đến việc tiêu nước chưa
được phù hợp, hiệu quả điều hành thấp.
Từ thực tế trên yêu cầu thông tin, đặc biệt là lượng mưa phục vụ công tác điều hành
các hệ thống thủy lợi nói chung, hệ thống thủy lợi Bắc Hưng Hải nói riêng rất cần
thiết. Có được thơng tin lượng mưa liên tục tức thời sẽ là đầu vào cho việc diễn tốn
mơ hình mưa dịng chảy, hoặc hỗ trợ tích cực cho việc nhận định dự báo diễn biến
thủy văn trong hệ thống các giờ tiếp theo, trợ giúp đưa ra các phương án điều hành
được kịp thời và như vậy mới phát huy tốt năng lực của hệ thống, nâng cao hiệu quả
điều hành tưới tiêu. Chính vì vậy việc “Ứng dụng cơng nghệ đo mưa tự động thời
gian thực trong vận hành tưới cho hệ thống thủy lơi Bắc Hưng Hải” giải quyết
vấn đề rất thực tế và cần thiết trợ giúp cho công tác điều hành tại hệ thống thủy lợi Bắc
Hưng Hải.
2. Mục tiêu nghiên cứu
- Đánh giá hiện trạng vận hành và những tồn tại trong vận hành tưới của hệ thống thủy
lợi Bắc Hưng Hải;
2
- Xây dựng được mối quan hệ giữa lượng mưa và mực nước trong hệ thống khi lắp các
thiết bị đo lượng mưa tự động thời gian 1h/lần;
- Ứng dụng công nghệ đo mưa tự động thời gian thực trong vận hành tưới cho hệ
thống.
3. Phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu: các cơng trình lấy nước, tháo nước và điều tiết nước chính của
hệ thống thủy lợi Bắc Hưng Hải;
Phạm vi nghiên cứu: Hệ thống thủy lợi Bắc Hưng Hải.
4. Phương pháp nghiên cứu
4.1. Cách tiếp cận
- Tiếp cận thực tế: Khảo sát, phân tích các tài liệu, số liệu, quy trình vận hành, quy
hoạch hệ thống;
- Tiếp cận các thiết bị đã lắp đặt trong hệ thống và các đơn vị thủy lợi khác;
- Tiếp cận hệ thống: Coi các cơng trình lấy nước, tháo nước, hệ thống kênh dẫn và các
cơng trình điều tiết trong hệ thống là một hệ thống các cơng trình có liên kết và quan
hệ với nhau trong quá trình vận hành.
4.2. Phương pháp nghiên cứu
- Kế thừa;
- Phương pháp điều tra, phân tích ngun nhân hình thành;
- Phương pháp thống kê tốn học và thống kê thực nghiệm;
Phương pháp phân tích tương tự và phân tích tổng hợp.
3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan hệ thống thủy lợi Bắc Hưng Hải
1.1.1. Đặc điểm tự nhiên
Hệ thống Thuỷ lợi Bắc Hưng Hải có vị trí địa lý nằm ở giữa đồng bằng sông Hồng,
được xác định theo toạ độ: 20º30’ đến 21º07’ vĩ độ Bắc; 105º50’ đến 106º36’ kinh độ
Đông, được bao bọc bởi 4 con sông lớn:
- Sông Đuống ở phía Bắc với độ dài phần chảy qua hệ thống là 67km;
- Sơng Luộc ở phía Nam với độ dài phần chảy qua hệ thống là 72km;
- Sông Thái Bình ở phía Đơng với độ dài phần chảy qua hệ thống là 73km;
- Sơng Hồng ở phía Tây với độ dài phần chảy qua hệ thống là 57km.
Toàn khu vực rộng: 214.932ha, diện tích phần trong đê là 192.045ha, ngoài đê
22.887ha (Quy hoạch 2009) bao gồm đất đai của toàn bộ tỉnh Hưng Yên (10 huyện), 7
huyện thị của Hải Dương, 3 huyện của tỉnh Bắc Ninh và 2 quận, huyện của thành phố
Hà Nội.
Dân số trong vùng 2.709.362 người (Hải Dương chiếm 35% , Hưng Yên 41%, Bắc
Ninh 13%, Hà nội 10%): Mật độ dân số bình qn tồn vùng từ 1000 người/km2 đến
1200 người/km2, trong đó thành thị 2980 - 3800 người/km2, nông thôn 1242
người/km2.
1.1.2. Đặc điểm địa hình
Địa hình có xu hướng dốc dần từ Tây Bắc xuống Đơng Nam hình thành 3 vùng chính:
Vùng ven sông Hồng , sông Đuống cao độ phổ biến (+4,0), chỗ cao nhất +8,0÷ +9,0.
Thành phần gồm: đất pha cát, đất thịt nhẹ, ít chua, đất thấm nước cao, mực nước ngầm
nằm sâu.
Vùng trung tâm với cao độ +2,0 đến +2,5;
Vùng ven sơng Luộc, sơng Thái Bình, cao độ phổ biến + 1,0 đến +1,5. Nơi thấp nhất
4
+0,5, đất chua, nước ngầm nằm cao.
1.1.3. Đặc điểm đất đai, thổ nhưỡng
Đất đai được hình thành do phù sa sơng Hồng - Thái Bình, thành phần cơ giới của đất
từ thịt nhẹ đến thịt pha nhiễm chua và nghèo lân, chia ra thành các loại sau:
1 - Loại đất phù sa sông Hồng không được bồi màu nâu thẫm trung tính, ít chua, đây là
loại đất tốt rất thích hợp cho trồng màu và lúa cao sản.
2 - Loại đất phù sa sông Hồng không được bồi lắng trung tính ít chua glây trung bình,
loại đất này có tầng phù sa dày, thành phần cơ giới đất thịt trung bình đến thịt nặng,
loại đất này thích hợp cho cấy lúa 2 vụ.
3 - Loại đất phù sa sông Hồng có tầng loang lổ khơng được bồi lắng, màu đất nâu nhạt,
tầng phù sa mỏng, thành phần cơ giới từ trung bình đến nặng, bị sét hố mạnh, chất
hữu cơ phân huỷ chậm thường bị chua, cần được cải tạo.
Trong đó, chủ yếu là đất phù sa Glây của hệ thống sơng Hồng (Phg) chiếm tỷ lệ diện
tích lớn nhất.
1.1.4. Đặc điểm khí hậu
Lưu vực Bắc Hưng Hải nằm trong vùng đồng bằng Bắc Bộ, tuy không giáp với biển
nhưng vẫn chịu ảnh hưởng của khí hậu miền duyên hải, hàng năm chia hai mùa rõ rệt:
mùa nóng từ tháng 4 đến tháng 10, thời tiết nóng ẩm mưa nhiều. Mùa đơng lạnh, ít
mưa từ tháng 11 đến tháng 3.
1.1.4.1. Mưa năm
Lượng mưa năm trung bình nhiều năm trong vùng nghiên cứu đạt 1.400 - 1.600 mm.
Vùng mưa lớn thường xuất hiện ở khu vực phía Nam và Đơng Nam của hệ thống với
lượng mưa trung bình năm đạt 1.548 mm tại Ninh Giang, 1.648 mm tại Hưng Yên,
1.523 mm tại Hải Dương, 1423,4mm tại Thuận Thành.
1.1.4.2. Nhiệt độ
- Nhiệt độ trung bình năm 23,3 0C và phân bố khá đồng nhất;
- Nhiệt độ thấp nhất: 7,10 oC năm 1996;
5
- Nhiệt độ cao nhất: 32,60 oC năm 1980;
- Mùa hè nền nhiệt độ trung bình nhiều năm 27,3oC;
- Mùa đơng nền nhiệt độ trung bình nhiều năm 19,1oC;
- Tổng nhiệt trung bình năm 8.400 - 8.500 oC;
- Tổng nhiệt trung bình mùa nóng 4.800 - 5.000 oC;
- Tổng nhiệt trung bình mùa lạnh 3.300 - 3.500 oC.
Bảng 1.1. Nhiệt độ trung bình tháng, nhiều năm tại khu vực Bắc Hưng Hải
Đơn vị: oC
1.1.4.3. Độ ẩm
- Độ ẩm tương đối trung bình năm 80-89%.
- Độ ẩm khơng khí cao nhất
: 91 %.
- Độ ẩm khơng khí thấp nhất
: 26%.
- Độ ẩm cao nhất trong năm xuất hiện vào tháng 2.
- Độ ẩm nhỏ nhất trong năm xuất hiện vào tháng 11 và tháng 12.
Bảng 1.2. Độ ẩm tương đối trung bình tháng trong nhiều năm lưu vực Bắc Hưng Hải
Đơn vị: %
6
1.1.4.4.Bốc hơi
Lượng bốc hơi trong toàn năm ở trong vùng từ 700 ÷ 800mm. Lớn nhất là tháng 10 và
11 và nhỏ nhất là tháng 3.
Tổng lượng bốc hơi theo trung bình nhiều năm là 8730mm, lớn nhất tuyệt đối 144,9
mm (tháng 7 năm 1961), nhỏ nhất tuyệt đối 20,8 mm (tháng 2 năm 1988).
1.1.4.5.Nắng
Trung bình năm đạt 1.623 giờ tại Hải Dương, 1.473 giờ tại Hưng Yên, 1.589 giờ tại
Hà Nội.
Bảng 1.3. Số giờ nắng trung bình tháng, năm tại khu vực Bắc Hưng Hải
Đơn vị: h
Tháng
Trạm
Hải Dương
Hưng Yên
Bắc Ninh
I
II
III
IV
V
VI
VII
VIII
IX
X
XI
XII
1,34
2,17
2,24
1,54
1,60
1,50
1,08
1,49
1,55
2,50
2,67
2,90
5,24
5,35
5,78
5,25
5,19
5,89
5,57
5,89
6,25
5,03
5,25
5,37
4,98
5,35
5,89
4,21
5,32
5,22
4,34
4,17
5,05
3,02
3,51
3,44
1.1.4.6.Gió
Trung bình tháng năm đạt 1,1-2,4m/s .Tốc độ gió lớn nhất khi có bão đạt trên 40m/s,
23/8/1980 tại Hải Dương, 40,0m/s tại Hưng Yên, 33m/s tại Bắc Ninh;
- Có 2 mùa gió chính: Mùa đơng có gió mùa Đơng Bắc, thường từ tháng 9 đến tháng 3
năm sau. Mùa hè có gió Đơng Nam thường từ tháng 3 đến tháng 7;
- Gió đơng nam chiếm ưu thế trong năm, sau đó là gió Đơng Bắc. Các hướng khác
xuất hiện đan xen nhau với tần xuất thấp không thành hệ thống;
- Tốc độ gió cực đại là 40m/s, hướng thổi Tây Nam.
Bảng 1.4. Tốc độ gió trung bình tháng, năm tại khu vực Bắc Hưng Hải
Đơn vị: m/s
Tháng
Trạm
Hải Dương
Hưng Yên
Bắc Ninh
I
II
III
IV
V
VI
VII
VIII
2,33
3,10
2,2
2,43
2,60
2,2
2,30
2,30
2,1
2,40
2,40
2,1
2,47
2,50
2,2
2,35
2,40
2,1
2,38
2,50
2,2
1,96
2,00
1,9
7
IX
X
XI
1,99 2,09 2,05
2,00 2,30 2,30
1,9 2,0 2,0
XII
2,70
2,30
2,1
1.1.4.7.Bão và áp thấp nhiệt đới
Mưa to do ảnh hưởng của bão gây ngập lụt khá nghiêm trọng, lượng mưa do bão
chiếm tỷ trọng lớn tới 15 ÷ 20% tổng lượng mưa cả năm, tháng 8 lượng mưa do bão
chiếm tới 30 ÷ 50% tổng lượng mưa tháng.
1.1.5. Hệ thống kênh chính
Tổng số có 235km kênh trục chính bao gồm:
- Kênh Kim Sơn từ Xuân Quan đến Cầu Cất dài 63,7km , địa phận tỉnhHưng Yên dài
26,7km , địa phận Hải Dương 37km;
- Kênh Cửu An từ Sài Thị đến ngã ba Cự Lộc dài 50,8km; địa phận tỉnh Hưng Yên dài
17,8km , địa phận Hải Dương 33km;
- Kênh Điện Biên từ Lực Điền đến Bằng Ngang dài 15km thuộc tỉnh Hưng Yên;
- Kênh Tây Kẻ Sặt Sặt từ cống Tranh đến ngã ba Tịng Hóa dài 20,4km; ranh giới giữa
tỉnh Hải Dương và Hưng Yên;
- Kênh Đình Đào từ Bá Thuỷ đến ngã ba Cự Lộc dài 44,7km; thuộc địa phận tỉnh Hải
Dương;
- Kênh Đình Dù từ ngã ba Tăng Bảo đến TB Như Quỳnh dài 2,3km; thuộc tỉnh Hưng
Yên;
- Kênh Tràng Kỹ từ ngã ba Phúc Cầu đến cầu Guột dài 12,7km thuộc tỉnh Hải Dương;
- Kênh Cái từ Cự Lộc đến Lộng khê dài 2,3km thuộc địa phận tỉnh Hải Dương;
- Kênh Lộng Khê Cầu Xe từ ngã ba Lộng Khê đến sơng Thái Bình dài 7,4km thuộc địa
phận tỉnh Hải Dương;
- Lộng Khê An Thổ từ ngã ba Lộng Khê đến sông Luộc dài 4,7km thuộc địa phận tỉnh
Hải Dương;
- Kênh Nam Kẻ Sặt từ ngã 3 Pháo Đài đến cống Vàng Hai dài 8,8km là ranh giới giữa
2 tỉnh Hải Dương và Hưng Yên;
8
- Kênh Lạc Cầu từ Kênh Cầu đến cống Lạc Cầu dài 1,65km thuộc địa phận tỉnh Hưng
Yên;
- Kênh Đồng Than từ Kênh Cầu đến cống Đồng Than dài 0,85km thuộc địa phận tỉnh
Hưng Yên;
- Tổng chiều dài bờ kênh Bắc Hưng Hải: 471,4km; Hải Dương: 314,8km; Hưng
Yên:156,2km.
1.1.6. Hệ thống các cơng trình chính
1.1.6.1. Cụm cơng trình đầu mối
(1).Cống Xn Quan (cống ngầm qua đê sơng Hồng)
Cống Xn Quan hồn thành tháng 5 năm 1959. Có 4 cửa bxh = 3,5 x 4m và một âu
thuyền bxh = 5 x 8,5m. Cao trình đáy cống Zđc = - 1,00m. Là cơng trình lấy nước
chính của hệ thống Bắc Hưng Hải.
(2).Cống Báo Đáp
Cống gồm 4 cửa lấy nước; kích thước bxh = 5mx 4m và 1 cửa thông thuyền 9m, cao
độ đấy cống -1,0. Cống Báo Đáp mới được xây dựng lại năm 2013 nhiệm vụ chủ yếu
là dâng mực nước hạ lưu Xuân Quan về mùa lũ đảm bảo an tồn cho cống Xn Quan
(giảm độ chênh mực nước sơng Hồng với mực nước hạ lưu cống Xuân Quan).
1.1.6.2. Cụm cơng trình tiêu
(1).Cống Cầu Xe
Cống Cầu Xe xây dựng năm (1966-1969) làm nhiệm vụ ngăn triều tiêu úng cho hệ
thống Bắc Hưng Hải với diện tích tiêu thiết kế 151.600ha kết hợp giao thống thủy.
Cống dài 12,5m, rộng 56m gồm 6 cửa tiêu và một cửa âu thuyền chiều rộng mỗi cửa là
8m, âu thuyền có kích thước 8 x 5,8m.
(2). Cống An Thổ
Cống xây dựng và hoàn thành năm 1977. Nhiệm vụ của cống: cùng với cống Cầu Xe
ngăn triều tiêu úng cho 151.600ha của Băc Hưng hải, kết hợp giao thông thủy.
Cống An Thổ là cống bê tông cốt thép và đá xây, cống dài 12m, rộng 5 cửa có bxh=
9
8m x 6m, và một âu thơng thuyền có kích thước b = 8m.
1.1.6.3. Các cơng trình điều tiết trên kênh
(1).Cống Kênh Cầu
Xây dựng năm 1961, cống gồm 6 cửa kích thước b x h= 3,2m x 3,7 m và 1 cửa thông
thuyền b x h =5 x8m. Cánh cống bằng thép kiểu van phẳng 2 tầng đóng mở bằng tời 6
tấn. Đây là cống điều tiết chính phân phối nước cho khu vực cao của hệ thống Bắc
Hưng Hải, cống này thường hoạt động theo lệnh khống chế mực nước thượng lưu hoặc
hạ lưu.
(2).Cống Bá Thuỷ
Xây dựng năm 1962 gồm 5 cửa mỗi cửa có kích thước b x h = 8m x5,15m, cao trình
đáy cống -2,0, cánh cống bằng thép kiểu hình cung. Là cống điều tiết 1 chỉ khống chế
thượng lưu.
(3).Cống Neo
Xây dựng năm 1962, gồm 5 cửa có kích thước bxh= 8m x 4,5m và 1 cửa âu tách riêng
kích thước b x h = 5m x 6m, cao trình đáy cống -2,0, cánh cống bằng thép kiểu hình
cung. Là cống điều tiết 1 chỉ khống chế thượng lưu.
1.1.6.4. Cống phân vùng tưới tiêu
(1).Cống âu thuyền Lực Điền:
Xây dựng năm 1971 ; qui mô 1 cửa b x h = 5m x 5m; âu thuyền Lực Điền hiện tại làm
việc như một cống phân vùng tưới tiêu.
(2).Cống Tranh cũ:
Xây dựng năm 1960 qui mô 1 cửa chính bxh=3,0x4,5m và 2 cửa bên bxh= 2x 3,15m;
(3).Cống Tranh mới:
Xây dựng năm 1964; qui mô 1 cửa bxh = 5,0 x 5,0m.
Cống Lực Điền và cống Tranh làm nhiệm vụ phân vùng thường hoạt động ở chế độ
mở thông hoặc đóng kín.
10
1.2. Tổng quan các nghiên cứu đo mưa và giải pháp đo mưa trên thế giới
Theo hồ sơ, việc ghi chép về lượng mưa đầu tiên được làngười Hy Lạp cổ đại, khoảng
năm 500 TCN, còn những người sống ở Ấn Độ bắt đầu ghi lại lượng mưa vào khoảng
năm 400 TCN.
Năm 1441, dưới triều vua Sejong Đại Đế của triều đại Joseon của Triều Tiên thước đo
mưa chuẩn hóa là thước đo mưa đầu tiên.
Bộ đo mưa tiêu chuẩn, được phát triển vào đầu thế kỷ 20, bao gồm một phễu đổ vào
một ống xi-lanh, bán kính 2 cm, nằm trong một thùng lớn hơn có đường kính 20 cm và
cao 50 cm. Nếu nước mưa tràn vào xi lanh bên trong, thùng chứa bên ngoài lớn hơn sẽ
bắt được nó. Khi đo được thực hiện, chiều cao của nước trong xi lanh nhỏ được đo, và
tràn quá mức trong bình chứa lớn được cẩn thận đổ vào một xi-lanh khác và đo đếm
tổng lượng mưa.
Vào năm 1921, sản xuất ra thiết bị đo mưa: Đo cường độ của mưa (Pluviometer of
intensities).
Dụng cụ đo cường độ (hoặc thiết bị đo độ
dày của Jardi) là công cụ đo cường độ
trung bình của lượng mưa trong một
khoảng thời gian nhất định.
Nó sử dụng nguyên tắc thông tin phản
hồi. Nước đi đẩy phao lên trên, làm cho
"kim conic kim điều chỉnh" thấp hơn để
vượt qua cùng một lượng nước đi vào
trong bình chứa, theo cách này .. kim ghi
trên trống số lượng lượng nước chảy qua
nó ở mỗi thời điểm -trong mm lượng mưa
trên mét vng
Hình 1.1. Thiết bị đo cường độ mưa
Sau đó trải qua rất nhiều nghiên cứu đã đưa ra đươc các thiết kế về thiết bị đo mưa:
+ Kiểu khối lượng: Một máy đo lượng mưa kết hợp bao gồm một thùng chứa, được
11
cân để ghi lại khối lượng. Một số mơ hình đo khối lượng sử dụng một cây bút trên một
trống quay, hoặc bằng cách sử dụng một dây rung gắn liền với một người ghi dữ liệu.
Thiết bị đo mưa kiểu khối lượng
+Funnel and out cover: Phễu thu
+ Collecting bucket: Xô đựng
+ Balance linkage mechanism: Thanh
cân bằng
+ Pen arm: bút vẽ
+ Rotating chart: giấy vẽ biểu đồ
+ Extension spring: Lo xo
Hình 1.2. Thiết bị đo mưa kiểu khối lượng
+ Kiểu đo nước tự ghi:
Hình 1.3. Thiết bị đo mưa kiểu tự ghi
Trải qua rất nhiều thời kỳ nghiên cứu các thiết bi đo mưa đến nay các nước trên thế
giới đã hồn thành các sản phẩm đo mưa cơng nghệ cao, hiện đại như chao lật, đo khối
lượng, nhỏ giọt tự ghi …. các thiết bị đo mưa này ngày càng đơn giản, gọn nhẻ, dễ sử
dụng, giá thành hợp lý.
Sau đây là một số hình ành các thiết bị đo mưa đã chế tạo trên thế giới:
12
Thiết bị đo lượng mưa thủ công
của nông dân trong ruộng
Hình 1.4. Thiết bị đo mưa thủ cơng của người nông dân trong ruộng
Thiết bị đo mưa bánh xe.
Sử dụng 100 hộp bánh CD /
DVD.
+ Plastic funnel: Phễu thu nước
+ Vessel to collect rain water: Bộ
phận thu nước mưa
+ Measuring cylinder: Xi lanh đo
Hình 1.5. Thiết bị đo mưa bánh xe
Bộ đo quang học có một ống khói ở trên
cùng của một photodiode hoặc một
diode laser. Lượng mưa được đo bằng
cách phát hiện những bất thường quang
học. Kênh hướng dẫn các giọt ở chùm
tia sáng, sau đó bằng cách đo cường độ
của ánh sáng nhấp nháy, nó có thể xác
định điện tử tốc độ lượng mưa
Hình 1.6. Thiết bị đo mưa quang học có 1 ống khói
13
AcuRite 00899 Dụng cụ đo
mưa không dây.
Bộ đo mưa không dây của
AcuRite 00899 sẽ truyền dữ
liệu mỗi 16 giây với tín hiệu
433 MHz nâng cao
Hình 1.7. Thiết bị đo mưa khơng dây
Thiết bị đo mưa hiện đại (rain
gauge)
Độ chính xác: ± 0,2mm
Hình 1.8. Thiết bị đo mưa hiện đại
1.3. Tổng quan về các nghiên cứu và giải pháp đo mưa trong ngành thủy lợi Việt
Nam
Trong ngành thủy lợi Việt Nam chỉ có duy nhất một đơn vị Viện khoa học thủy lợi
Việt Nam, trung tâm công nghệ phần mềm nghiên cứu và lắp đặt các thiết bị đo tự
động, trong đó có cả thiết bị đo mưa tự động. Tuy nhiên các thiết bị này chỉ chủ yếu là
các thiết bị nhập khẩu từ nước ngoài, đến nay các thiết bị chưa được nhân rộng vì các
nguyên nhân:
14
- Các thiết bị chủ yếu là nhập ngoại, nên giá thành cho một trạm đo tương đối cao
(khoảng từ 150 triệu đến 300 triệu tuỳ thuộc vào dải đo trên hệ thống kênh hay đầu
mối hồ chứa). Nếu một hệ thống thuỷ nơng có 20 điểm cần đo thì kinh phí mất khoảng
3 tỷ đồng. Đây là một vấn đề lớn rất khó giải quyết về bài tốn kinh tế;
- Các thiết bị khi bị hỏng khơng có kỹ thuật hoặc CBCNV nào có thể sửa chữa được
(chưa làm chủ được công nghệ). Đây sẽ là gánh nặng rất lớn cho các cơng ty KTCTTL
trong q trình sử dụng khai thác;
- Các hệ thống được đầu tư trước đây như hệ thống Bắc Hưng Hải, Bắc Nghệ An,
Sông Chu... đã không chú ý đến vấn đề chống sét lan truyền qua đường điện thoại,
đường điện và tín hiệu từ đầu đo mà chỉ quan tâm đến chống sét trực tiếp. Vì vậy các
hệ thống chỉ hoạt động trong thời gian ngắn là hỏng không hoạt động được. Việc này
đã làm cho lãnh đạo Bộ, ngân hàng ADB cho rằng việc đầu tư công nghệ SCADA trên
các hệ thống thuỷ nông là không hiệu quả.
Các thiết bị đo mưa hiện tại được dùng trong ngành thủy lợi:
Thùng đo mưa thủ cơng
Hình 1.9. Thùng đo mưa thủ cơng
15
Thiết bị đo mưa bằng Laser precipitation
monit
Laser Distrometer được thiết kế đặc biệt
trong nhiều ứng dụng và đặc tính của
lượng mưa
Một lợi thế chính của Distrometer là để
đo các hạt xuống đường kính 0,16 mm.
Nguyên lý đo: Tia laser 785nm
Diện tích đo mưa: 46 cm² (23 x 2,0 cm)
Kích thước hạt mưa: 0,16 đến > 8 mm
Vận tốc hạt: 0,2 đến 20 m / s
Phân biệt cho loại mưa phùn, mưa, mưa
đá, tuyết: > 97% trong so sánh, synopt
và quan sát
Cường độ mưa tối thiểu: 5mm/h mưa
phùn
Cường độ mưa tối đa: 250mm/h
Tầm nhìn trong mưa: MOR 0 ... 99,999
m
Độ phản xạ radar: Z = -9,9 ..99,9 DBZ
Hình 1.10. Thiết bị đo mưa bằng Laser
Các thiết bị đo mưa do đơn vị này sử dụng để lắp đặt chủ yếu là các thiết bị chao lật
hiện đại nhập khẩu từ Mỹ, sau thời gian lắp đặt các thiết bị cũng bị lãng qn.
Ngồi ra trên cả nước các Cơng ty KTCTTL khơng có đơn vị nào nghiên cứu và chế
tạo, vì các nguyên nhân:
- Các công ty KTCTTL và các hộ dùng nước chưa có khái niệm cấp nước theo m3.
Hiện tại các công ty KTCTTL và các hộ dùng nước ký hợp đồng cấp nước theo ha, các
hộ dùng nước yêu cầu tưới là công ty KTCTTL phải đáp ứng.
- Các đơn vị thủy nơng chưa có nhân sự thực sự cho mảng cơng nghệ;
- Nhà nước chưa có chính sách khuyến khích rõ ràng để các cơng ty KTCTTL nâng
cao hiệu quả công tác quản lý điều hành tưới, tiêu;
Như vậy trong ngành thủy lợi Việt Nam chưa thực sự trú trọng đến công tác nghiên
cứu các sản phẩm, để làm chủ được công nghệ nên hầu hết các thiết bị đo mưa trong
16
ngành thủy lợi hầu hết là đo bằng thủ công.
1.4. Tổng quan về giải pháp đo mưa thực tế trong hệ thống Bắc Hưng Hải
Hệ thống Bắc Hưng Hải trải qua gần 60 năm quản lý vận hành,đã có rất nhiều dự án
Scada được xây dựng lắp đặt trong đó có kể đến thiết bị đo mưa: Như dự án của Hàn
Quốc; dự án của cổ phần viễn thông Viettel. Tuy nhiên các thiết bị này chỉ hoạt động
được 1 thời gian sau đó khơng hoạt động được nữa ngun nhân do:
- Các thiết bị này chủ yếunhập khẩu, nên không làm chủ được công nghệ;
- Công nhân vận hành chưa được đào tạo về cơng nghệ, do đó chưa đảm nhận được
công việc sửa chữa;
- Các dự án như của Viettel cũng chỉ mới dừng lại là thí nghiệm;
Chính vì những khó khăn trên, trong hệ thống Bắc Hưng Hải vẫn dùng thiết bị đo mưa
bằng thủ công. Năm 2013 với sự phát động phong trào đẩy mạnh việc đưa công nghệ
vào công tác quản lý vận hành hệ thống. Tác giả đã nghiên cứu, sản xuất thiết bị đo
mưa tự động.
1.4.1. Sơ lược về thiết bị đo mưa thủ công đang sử dụng trong Bắc Hưng Hải (vũ
lượng kế).
Hình 1.1. Thiết bị đo mưa bằng thủ cơng
Thiết bị đo mưa thủ cơng gồm có 3 phần chính: (i) bộ phận hứng mưa; (ii) bộ phận giá
đỡ để hứng mưa; (iii) cốc đo mưa thủ công.
17
