Tổng quan nghiên cứu

Hệ thống tiêu trạm bơm Thạc Quả, huyện Đông Anh, Hà Nội, có nhiệm vụ tiêu thoát nước cho khoảng 1.100 ha diện tích, trong đó có 870 ha đất nông nghiệp và 230 ha đất thổ cư. Trong những năm gần đây, sự phát triển kinh tế xã hội, đô thị hóa và công nghiệp hóa đã làm tăng nhu cầu tiêu thoát nước, đồng thời làm thu hẹp diện tích đất sản xuất nông nghiệp, gây ra hiện tượng ngập úng nghiêm trọng. Hệ thống tiêu hiện tại đã xuống cấp, nhiều công trình bị bồi lắng, hư hỏng, không đáp ứng được yêu cầu tiêu nước hiện tại và tương lai. Tình trạng ngập úng kéo dài ảnh hưởng lớn đến năng suất cây trồng và đời sống nhân dân.

Mục tiêu nghiên cứu là đánh giá thực trạng khả năng tiêu nước của hệ thống tiêu trạm bơm Thạc Quả và đề xuất các giải pháp cải tạo, nâng cấp nhằm đáp ứng yêu cầu tiêu nước trong tương lai. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào hệ thống tiêu trạm bơm Thạc Quả và các tiểu vùng phụ cận thuộc huyện Đông Anh, với dữ liệu thu thập từ trạm khí tượng Đông Anh trong giai đoạn 1961-2001. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc giảm thiểu thiệt hại do ngập úng, nâng cao hiệu quả sản xuất nông nghiệp, cải thiện môi trường và đời sống dân cư, đồng thời góp phần ổn định kinh tế xã hội khu vực.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

  • Lý thuyết cân bằng nước: Xác định hệ số tiêu dựa trên cân bằng giữa lượng nước đến (mưa, nước thải) và lượng nước đi (tiêu thoát, tồn thất).
  • Mô hình mưa tiêu thiết kế: Sử dụng phương pháp thống kê xác suất để xác định lượng mưa thiết kế với tần suất 10%, dựa trên chuỗi số liệu mưa 39 năm của trạm Đông Anh.
  • Mô hình mô phỏng dòng chảy SWMM: Mô phỏng hiện trạng hệ thống kênh tiêu và đánh giá khả năng tiêu thoát nước.
  • Các khái niệm chính: hệ số tiêu, hệ số dòng chảy, hệ số chịu ngập của cây lúa, giản đồ hệ số tiêu, mô hình mưa điển hình, hiệu chỉnh hệ số tiêu.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Số liệu khí tượng thủy văn từ trạm Đông Anh (1961-2001), khảo sát thực địa hệ thống tiêu trạm bơm Thạc Quả, số liệu địa chất công trình, hiện trạng kênh tiêu và công trình trên kênh.
  • Phương pháp phân tích: Phân tích thống kê xác suất lượng mưa, tính toán hệ số tiêu cho từng loại đất và toàn bộ hệ thống, mô phỏng dòng chảy bằng phần mềm SWMM, hiệu chỉnh giản đồ hệ số tiêu dựa trên điều kiện thực tế.
  • Timeline nghiên cứu: Thu thập số liệu và khảo sát thực địa trong năm 2010, phân tích và mô phỏng trong quý đầu năm 2011, đề xuất giải pháp và hoàn thiện luận văn trong quý II năm 2011.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiện trạng hệ thống tiêu trạm bơm Thạc Quả: Trạm bơm được xây dựng năm 1977 với 4 máy bơm, công suất chỉ đạt khoảng 50% nhu cầu tiêu hiện tại. Thiết bị đã xuống cấp nghiêm trọng, nhiều công trình trên kênh bị bồi lắng, thu hẹp mặt cắt, gây cản trở dòng chảy. Hệ thống kênh chính dài 4.258 m, lòng kênh thay đổi từ 3,5 đến 40,5 m, nhiều đoạn bị sạt lở và bồi lắng. Tình trạng ngập úng xảy ra thường xuyên, ảnh hưởng đến 870 ha đất nông nghiệp và 230 ha đất thổ cư.

  2. Lượng mưa thiết kế và mô hình mưa điển hình: Lượng mưa thiết kế 5 ngày với tần suất 10% là 305 mm, dựa trên chuỗi số liệu mưa lớn nhất trong 5 ngày tại trạm Đông Anh. Mô hình mưa điển hình được chọn là trận mưa 5 ngày max năm 1972 với lượng mưa 295,2 mm, có dạng bất lợi nhất cho hệ thống tiêu.

  3. Hệ số tiêu sơ bộ và hiệu chỉnh: Hệ số tiêu cho ruộng lúa được tính với bậc 0,2 m/ha, hệ số tiêu cho các đối tượng không phải lúa dao động từ 0,5 đến 1,0 tùy loại đất. Sau khi hiệu chỉnh giản đồ hệ số tiêu, hệ số tiêu trung bình ngày thứ 4 (ngày mưa lớn nhất) dao động từ 6,45 đến 9,85 (1/s.ha) tùy tiểu vùng, cho thấy khả năng tiêu thoát nước chưa đồng đều và cần cải tạo.

  4. Mô phỏng dòng chảy và đánh giá khả năng tiêu: Mô phỏng bằng SWMM cho thấy mực nước trong kênh chính vượt mức tiêu tự chảy tại nhiều vị trí, đặc biệt trong các ngày mưa lớn, gây ngập úng cục bộ. So sánh mực nước mô phỏng với mực nước yêu cầu cho thấy hệ thống hiện tại không đáp ứng được nhu cầu tiêu thoát nước trong điều kiện mưa thiết kế.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của tình trạng ngập úng là do hệ thống tiêu trạm bơm Thạc Quả đã xuống cấp, công suất máy bơm không đáp ứng nhu cầu, kênh tiêu bị bồi lắng, thu hẹp mặt cắt và nhiều công trình trên kênh hư hỏng. Kết quả mô phỏng dòng chảy minh họa rõ ràng sự không đồng bộ giữa công suất tiêu và lượng nước mưa thiết kế, dẫn đến ngập úng kéo dài.

So sánh với các nghiên cứu trong khu vực đồng bằng Bắc Bộ cho thấy tình trạng xuống cấp hệ thống tiêu thoát nước là phổ biến, nhưng việc áp dụng mô hình mưa điển hình và hiệu chỉnh hệ số tiêu giúp nâng cao độ chính xác trong đánh giá và đề xuất giải pháp. Việc hiệu chỉnh giản đồ hệ số tiêu dựa trên khả năng trữ nước của ao hồ và điều chỉnh cơ cấu sử dụng đất là cần thiết để giảm áp lực tiêu thoát nước.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ đường tần suất mưa thiết kế, bảng hệ số tiêu theo ngày và biểu đồ so sánh mực nước mô phỏng với mực nước yêu cầu tiêu tự chảy, giúp minh họa rõ ràng hiệu quả và hạn chế của hệ thống hiện tại.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Cải tạo, nâng cấp trạm bơm Thạc Quả: Thay thế các máy bơm cũ bằng 6 máy bơm HTD 4000-6 có công suất phù hợp, đảm bảo công suất tiêu thoát nước đạt 100% nhu cầu hiện tại và tương lai. Thời gian thực hiện: 1-2 năm. Chủ thể thực hiện: Công ty TNHH một thành viên đầu tư phát triển thủy lợi Hà Nội.

  2. Nạo vét, mở rộng và gia cố hệ thống kênh tiêu: Nạo vét các tuyến kênh chính và kênh nhánh có diện tích phụ trách trên 80 ha, gia cố mái kênh, xử lý sạt lở, đảm bảo mặt cắt kênh đạt thiết kế. Thời gian thực hiện: 1 năm. Chủ thể thực hiện: Đơn vị quản lý thủy lợi phối hợp với chính quyền địa phương.

  3. Cải tạo, sửa chữa các công trình trên kênh tiêu: Sửa chữa các cống đầu kênh, cầu máng bị hư hỏng, đảm bảo khả năng điều tiết nước và an toàn giao thông. Thời gian thực hiện: 6-12 tháng. Chủ thể thực hiện: Đơn vị quản lý thủy lợi.

  4. Hiệu chỉnh cơ cấu sử dụng đất và phát triển ao hồ điều hòa: Chuyển đổi một phần diện tích đất trũng, ao hồ kém hiệu quả thành ao hồ điều hòa kết hợp nuôi trồng thủy sản, tăng khả năng trữ và điều tiết nước, giảm áp lực tiêu thoát nước. Thời gian thực hiện: 2-3 năm. Chủ thể thực hiện: UBND huyện Đông Anh phối hợp với các xã liên quan.

  5. Xây dựng quy trình quản lý vận hành hệ thống tiêu nước: Áp dụng tiêu nước đệm, phân vùng tiêu hợp lý, nâng cao hiệu quả quản lý vận hành hệ thống tiêu. Thời gian thực hiện: 6 tháng. Chủ thể thực hiện: Đơn vị quản lý thủy lợi và chính quyền địa phương.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quy hoạch và quản lý tài nguyên nước: Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học để lập kế hoạch cải tạo, nâng cấp hệ thống tiêu thoát nước, giúp tối ưu hóa nguồn lực và nâng cao hiệu quả quản lý.

  2. Các kỹ sư thủy lợi và công trình thủy: Tham khảo phương pháp tính toán hệ số tiêu, mô hình mưa tiêu thiết kế và mô phỏng dòng chảy, áp dụng trong thiết kế và cải tạo công trình thủy lợi.

  3. Chính quyền địa phương và các cơ quan quản lý nông nghiệp: Hiểu rõ hiện trạng và giải pháp cải tạo hệ thống tiêu thoát nước, từ đó xây dựng chính sách hỗ trợ phát triển nông nghiệp bền vững và giảm thiểu thiệt hại do ngập úng.

  4. Các nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành quy hoạch và quản lý tài nguyên nước: Tài liệu tham khảo thực tiễn về ứng dụng mô hình thủy văn, phân tích hệ số tiêu và đề xuất giải pháp kỹ thuật trong lĩnh vực thủy lợi.

Câu hỏi thường gặp

  1. Hệ số tiêu là gì và tại sao quan trọng trong nghiên cứu này?
    Hệ số tiêu là lượng nước cần tiêu thoát trên một đơn vị diện tích trong một đơn vị thời gian để đảm bảo điều kiện sinh trưởng cây trồng và tránh ngập úng. Nó quyết định công suất và quy mô thiết kế công trình tiêu thoát nước, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả hệ thống.

  2. Tại sao chọn trạm khí tượng Đông Anh làm cơ sở tính toán mưa thiết kế?
    Trạm Đông Anh nằm gần khu vực nghiên cứu, có chuỗi số liệu đo đạc dài trên 39 năm, được xử lý chỉnh biên đảm bảo tính chính xác, phù hợp để xác định lượng mưa thiết kế và mô hình mưa điển hình cho hệ thống tiêu.

  3. Phương pháp mô phỏng dòng chảy SWMM có ưu điểm gì?
    SWMM cho phép mô phỏng chi tiết dòng chảy trong hệ thống kênh tiêu, đánh giá mực nước, lưu lượng và khả năng tiêu thoát nước trong các điều kiện mưa khác nhau, giúp xác định điểm nghẽn và đề xuất giải pháp cải tạo hiệu quả.

  4. Giản đồ hệ số tiêu được hiệu chỉnh như thế nào?
    Hiệu chỉnh giản đồ hệ số tiêu dựa trên khả năng trữ nước của ao hồ điều hòa, khả năng chịu ngập của cây lúa và điều chỉnh cơ cấu sử dụng đất nhằm giảm áp lực tiêu thoát nước, làm cho quá trình tiêu nước được điều hòa hơn và phù hợp với điều kiện thực tế.

  5. Các giải pháp đề xuất có thể áp dụng cho các khu vực khác không?
    Các giải pháp cải tạo, nâng cấp trạm bơm, nạo vét kênh, hiệu chỉnh hệ số tiêu và quản lý vận hành có thể áp dụng cho nhiều hệ thống tiêu thoát nước tương tự trong vùng đồng bằng Bắc Bộ, tùy thuộc vào đặc điểm địa phương và điều kiện thực tế.

Kết luận

  • Hệ thống tiêu trạm bơm Thạc Quả hiện tại đã xuống cấp nghiêm trọng, không đáp ứng được nhu cầu tiêu thoát nước cho 1.100 ha diện tích, gây ngập úng kéo dài và thiệt hại sản xuất.
  • Lượng mưa thiết kế 5 ngày với tần suất 10% là 305 mm, mô hình mưa điển hình năm 1972 có lượng mưa 295,2 mm được sử dụng để tính toán và mô phỏng hệ thống.
  • Hệ số tiêu sơ bộ và hiệu chỉnh cho thấy khả năng tiêu thoát nước chưa đồng đều, cần cải tạo hệ thống kênh và công trình tiêu để nâng cao hiệu quả.
  • Đề xuất các giải pháp cải tạo, nâng cấp trạm bơm, nạo vét kênh, sửa chữa công trình trên kênh, phát triển ao hồ điều hòa và xây dựng quy trình quản lý vận hành phù hợp.
  • Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học và kỹ thuật quan trọng cho việc quy hoạch, cải tạo hệ thống tiêu thoát nước tại huyện Đông Anh và các khu vực tương tự.

Next steps: Triển khai thực hiện các giải pháp cải tạo theo đề xuất, đồng thời tiếp tục theo dõi, đánh giá hiệu quả vận hành hệ thống sau cải tạo để điều chỉnh kịp thời.

Call to action: Các cơ quan quản lý, nhà đầu tư và chuyên gia thủy lợi cần phối hợp chặt chẽ để triển khai các giải pháp nâng cấp hệ thống tiêu trạm bơm Thạc Quả, góp phần phát triển bền vững kinh tế nông nghiệp và cải thiện đời sống nhân dân.