Nghiên cứu ứng dụng mô hình Mike 11 trong thiết kế vận hành hệ thống thủy nông Thác Huống

Tài liệu Nghiên cứu ứng dụng mô hình Mike 11 trong thiết kế vận hành hệ thống thủy nông Thác Huống: Nghiên cu Tp chí Khoa hc Tài nguyên và Môi trng - S 22 - nm 2018 27 NGHIÊN CU NG DNG MÔ HÌNH MIKE 11 TRONG THIT K VN HÀNH H THNG THY NÔNG THÁC HUNG Cn Th Thanh Hin1, Trng Vân Anh2, Lê Thu Trang2 1 Vin Quy hoch Thit k Nông Nghip 2 Trng ai hc Tài nguyn và Môi trng Hà Ni Tóm tt H thng thy nông Thác Hung là mt trong tng s 75 công trình thy nông ln trên c nc, có nhim v ti cho 52.520 ha t canh tác. Tuy nhiên do yêu cu phát trin giai on hin ti và trong tng lai, ã bc l nhng hn ch trong vn hành gây nên vic lãng phí nc mà vn không m bo yêu cu ti trong các giai on trng im. Bài báo này tp trung vào vic ng dng mô hình thy lc MIKE 11 mô phng và thit k phng án vn hành h thng công trình thuc h thng thy nông Thác Hung. Kt qu ã xác nh c phng án vn hành hiu qu m bo cp nc trong thi k ti trng im ca vùng. T khóa: Vn hành h thng; H thng thy n...

pdf11 trang | Chia sẻ: quangot475 | Lượt xem: 164 | Lượt tải: 0download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Nghiên cứu ứng dụng mô hình Mike 11 trong thiết kế vận hành hệ thống thủy nông Thác Huống, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Nghiên cu Tp chí Khoa hc Tài nguyên và Môi trng - S 22 - nm 2018 27 NGHIÊN CU NG DNG MÔ HÌNH MIKE 11 TRONG THIT K VN HÀNH H THNG THY NÔNG THÁC HUNG Cn Th Thanh Hin1, Trng Vân Anh2, Lê Thu Trang2 1 Vin Quy hoch Thit k Nông Nghip 2 Trng ai hc Tài nguyn và Môi trng Hà Ni Tóm tt H thng thy nông Thác Hung là mt trong tng s 75 công trình thy nông ln trên c nc, có nhim v ti cho 52.520 ha t canh tác. Tuy nhiên do yêu cu phát trin giai on hin ti và trong tng lai, ã bc l nhng hn ch trong vn hành gây nên vic lãng phí nc mà vn không m bo yêu cu ti trong các giai on trng im. Bài báo này tp trung vào vic ng dng mô hình thy lc MIKE 11 mô phng và thit k phng án vn hành h thng công trình thuc h thng thy nông Thác Hung. Kt qu ã xác nh c phng án vn hành hiu qu m bo cp nc trong thi k ti trng im ca vùng. T khóa: Vn hành h thng; H thng thy nông; Tài nguyn nc; Thác Hung; MIKE 11. Abstract Researching for application MIKE 11 in designing the operation of Thac Huong irrigation system Thac Huong irrigation system is one of the 75 large irrigation schemes in Vietnam which is responsible for irrigating 52,520 hectares of cultivated land. However, due to current and future development requirements, its operation did not meet the demand during critical periods and also wasted water during other times. This paper focuses on applying MIKE 11 model to simulate and design the operation of Thac Huong irrigation system. The results identies an ecient operation plan to ensure adequate water supply during the major irrigation period of the region. Keywords: System operation; Irrigation system; Water resources; Thac Huong; MIKE 11. 1. M u H thng thy nông Thác Hung c xây dng t nm 1922 và i vào vn hành nm 1936. H thng gm các huyn: Tân Yn, Vit Yn, Hip Hòa, mt s x phía nam sông Thng ca thành ph Bc Giang tnh Bc Giang và 9 x ven knh ti chính ca huyn Phú Bnh, tnh Thái Nguyn. ây là mt trong 6 khu ti ng thi cng là mt trong 9 khu tiu thuc lu vc sông Cu. n thi im hin nay, h thng này ti cho 52.520 ha t canh tác (trong knh t chy 28.000 ha, các trm bm ly nc sông Cu 12.190 ha, các trm bm a phng qun lý 9.409 ha và các h p nh là 2.921 ha. Tuy nhin vic vn hành h thng trong thi gian va qua bc l nhiu yu km, gây lng phí ngun nc ng thi li không nc trong thi k ti trng im t tháng 1 n tháng 5 hàng nm. T tài nghin cu xây dng phng án vn hành h thng thy nông Thác Hung thông qua vic xác nh quy trnh vn hành ca các công trnh iu khin trong h thng s dng module công trnh iu khin (control structures) trong MIKE 11. Nghiên cu Tp chí Khoa hc Tài nguyên và Môi trng - S 22 - nm 2018 28 2. Tài liu thu thp và phng pháp nghiên cu 2.1. Tng quan khu vc nghiên cu Khu vc nghin cu nm kp gia sông Cu và sông Thng, nm trong h thng Sông Cu thuc a bàn hành chính huyn Phú Bnh tnh Thái Nguyn; các huyn Hip Hòa, Tân Yn, Vit Yn và mt phn thành ph Bc Giang tnh Bc Giang nh th hin hnh 1. Hình 1: Bn ranh gii h thng thy nông Thác Hung Hình 2: Mng li sông tính toán thy lc h thng thy nông Thác Hung H thng thy nông Thác Hung là công trnh u mi c cp nc t sông Cu. Sông Cu bt ngun t dy núi cao khong 1000 m tnh Bc Cn c chiu dài L = 290 km, phn chy qua tnh Bc Giang c chiu dài 41 km. Din tích lu vc 6030 km2 c 2 nhánh ln là sông Công, sông Cà L. Lu lng l ln nht quan trc c ti Thác Bi là 34900m3/s ngày 10/8/1968. H s dòng chy l ln nht t 0.5 - 0.6. Lng nc l ln nht ti Thác Bi trung bnh nhiu nm là 1150.109m3/ nm [3]. Nghiên cu Tp chí Khoa hc Tài nguyên và Môi trng - S 22 - nm 2018 29 H thng thy nông Thác Hung c phân thành 3 hng mc công trnh chính gm: tuyn knh Chính (ly nc t công trnh u mi trn sông Cu); knh Trôi và knh N5 là knh cp I (gi là knh nhánh, ly nc t knh chính phc v cho 1 huyn hoc lin huyn); knh nhánh N3 là knh cp II (gi là mng cái, ly nc t knh nhánh phc v nc cho din tích t ai ti 1 x hoc lin x) ngoài ra còn c các p, tràn và h thng cng). H thng này có nhim v ti cho 52.520 ha t canh tác [1]. Trn knh Chính c h thng công trnh bao gm: Cng 10 ca á Gân, cng L Yn, cng L Vân c nhim v vn hành m bo cp nc cho các khu ti thng L Yn, thng L Vân và h L Vân, ng thi cp nc cho knh nhánh cp 1 là knh N5 và knh Trôi. Trn knh Trôi c h thng công trnh bao gm: Cng Lng Trnh, cng An Cp, c nhim v vn hành ti cho thng An Cp và h An Cp, ng thi cp nc cho knh cp 2 là knh N3. Trn knh N5 c h thng công trnh bao gm: Cng u knh N5 làm nhim v cp nc cho N5. Trn knh N5 c h thng công trnh bao gm: Cng u knh N3 làm nhim v cp nc cho N5. Tm li, các công trnh s c vn hành m bo ti cho toàn h thng. 2.2. Thu thp s liu phc v cho công vic tính toán s liu cn thu thp bao gm: - D liu a hnh: + Bn h thng thy nông Thác Hung. + Mt ct ngang các tuyn knh c mô phng. - D liu thy vn cho iu kin bin: + S liu mc nc thc o thng lu, h lu, ti v trí các cng dc các knh thuc h thng thy nông Thác Hung trong 2 nm 2014 và 2015. - D liu v công trnh chính trn knh và chui s liu vn hành các cng. 2.3. Gii thiu mô hình MIKE 11 a. Gii thiu chung MIKE11 là mô hnh thy ng lc hc mt chiu và thân thin vi ngi s dng nhm mô phng cng nh phân tích chi tit, thit k, qun lý và vn hành cho sông và h thng knh dn n gin hay phc tp. b. Cu trúc ca mô hình Mô-un mô hnh thy ng lc (HD) là mt phn trng tâm ca h thng lp mô hnh MIKE 11 và hnh thành c s cho hu ht các mô un bao gm d báo l, ti khuch tán, cht lng nc và các mô un vn chuyn bùn lng không c c kt. Mô un MIKE11 (DH) gii các phng trnh tng hp theo phng ng m bo tính lin tc và ng lc (momentum), ngha là phng trnh Saint Venant. Các phng trnh toán hc s dng trong mô hnh MIKE 11: - Phng trnh lin tc: Q A q x t ∂ ∂ + = ∂ ∂ - Phng trnh ng lng: 2 2 0 Q QQ Q z gw g t x W x C RW α β  ∂ ∂ ∂ × + + + =  ∂ ∂ ∂  c. Công trình iu khin trong h thng (kim soát h thng)/Control Structures Trong mô hnh MIKE 11, công trnh iu khin c th s dng khi dòng chy qua mt công trnh c iu tit Nghiên cu Tp chí Khoa hc Tài nguyên và Môi trng - S 22 - nm 2018 30 bng cách vn hành ng m ca mt ca cng. Theo mc ích ca bài toán tác gi thit lp các công trnh iu khin s dng module này. Theo mt công trnh c thit lp và c gán vi mt chin lc kim soát. Chin lc kim soát c xây dng bng cách thit lp le cha thông tin v các thi gian ng và m cng. Chi tit ây thit lp 2 giá tr 0 và 1 tng ng vi ng và m cng phc v ti luân phin cho ni ng. 3. Kt qu và tho lun Cn c vào phm vi mô phng ngun nc trn h thng thy nông Thác Hung c cu to bi knh Chính và các knh cp I, II, cn c vào mc tiu ca bài toán và ng thi da vào s liu thu thp c tác gi thit lp mng li tính toán thy lc bao gm knh Chính, ly nc t sông Cu qua công trnh cng á Gân; 2 knh cp 1 là knh N5 và knh Trôi, ly nc t knh Chính qua cng u knh N5 và cng Lng Trnh; 1 knh cp 2 là knh N3 ly nc t knh Trôi qua cng u knh N3. Ngoài ra còn các cng iu tit trng im nh các công trnh iu tit dâng mc nc dc knh Chính và Knh Trôi, các p tràn ngn dòng nc thoát ra khi h thng. Hnh 7 th hin mng tính toán trong MIKE 11, trong các v trí màu th hin cho các cng iu tit nc trong h thng knh, các cng này c nhim v ng hoc m a ngun nc t phía trn xung vùng cn s dng nc. V trí màu xanh lá m th hin cho các p tràn, các p tràn này ngn dòng chy thoát ra khi h thng do ây là thi k ti trng im nn lng nc ly vào h thng s c s dng ti ch tr khi c lng nc d tha so vi nhu cu nc mi tiu thoát ra khi h thng. V trí hnh ch nht th hin các bin trn, bin di và bin khu gia ca h thng. ây bin khu gia s là nhng im ly nc ti cho các khu dùng nc ven knh. Hình 3: Mng sông tính toán thy lc h thng thy nông Thác Hung Nghiên cu Tp chí Khoa hc Tài nguyên và Môi trng - S 22 - nm 2018 31 3.1. Hiu chnh và kim nh mô hình a) Hiu chnh Vic hiu chnh b thông s (thông s nhám) c tin hành bng cách thay i h s nhám Manning (n) bao gm: h s nhám bi trái, bi phi và lòng chính trong h thng sông. Các v trí tin c s dng hiu chnh và kim nh mô hnh gm v trí mt ct thng lu ca các cng L Vân, L Yn và An Cp. Da vào tài liu mc nc do Công ty trách nhim hu hn mt thành vin khái thác công trnh thy li sông Cu cp t nm 2014 n nm 2015. Do nhim v ca bài toán là tính nhu cu nc phc v cho ti trong thi k i v chim xuân t tháng 1 n tháng 5, do thi gian hiu chnh kim c chn nh trong bng 1 di ây: Bng 1. Biu thi gian tính toán c s dng trong mô hình Nm 2014 2015 Hiu chnh Kim nh Thi gian tính toán 03/01/2014 7:00:00AM - 31/5/2014 19:00:00PM 02/01/2015 7:00:00AM - 30/5/2015 19:00:00PM Các bin ca h thng c xác nh nh sau: Bin trn h thng là lu lng thng ngun cng á Gân nm trn knh Chính. Bin di ca h thng c t ti cui v trí các knh Chính, knh Trôi, knh N3, knh N5, ti v trí cui ca các knh c thit lp các p tràn c cao phù hp nâng nc trong sông và x lng nc tha khi cn thit. C hai loi bin khu gia: bin gia nhp vào h thng và bin ly ra khi h thng. Trong nghin cu này ch s dng loi bin ly nc ra khi h thng c th mô t c lng nc cp cho ti các khu dc h thng. Kt qu hiu chnh mô hnh ti các v trí trn h thng thy nông Thác Hung c th hin hnh v t hnh 4 n hnh 6. Hình 4: Kt qu tính toán và thc o quá trình mc nc ti cng L Yên (03/01/2014 - 30/05/2014) Nghiên cu Tp chí Khoa hc Tài nguyên và Môi trng - S 22 - nm 2018 32 Hình 5: Kt qu tính toán và thc o quá trình mc nc ti cng L Vân (03/01/2014 - 30/05/2014) Hình 6: Kt qu tính toán và thc o quá trình mc nc ti cng An Cp (03/01/2014 - 30/05/2014) Bng 2. Ch tiêu ánh giá cht lng hiu chnh b thông s ca mô hình STT Tên công trình Ch s Nash ánh giá 1 Cng L Yn 0.8 Khá 2 Cng L Vân 0.72 Khá 3 Cng An Cp 0.85 Khá Kt qu cho ta thy ng quá trnh tính toán và thc o khá phù hp. H s NASH m bo trong gii hn cho php c thng k trong bng 2. Nh vy, vi kt qu hiu chnh ca mô hnh s b xác nh c b thông s (thông s nhám) ca mô hnh cho h thng thy nông Thác Hung (chi tit h s nhám c thng k trong bng 3). Bng 3. B thông s (thông s nhám) ca mô hình cho h thng thy nông Thác Hung STT Tên kênh V trí H s nhám 1 KENHCHINH 11219 0,035 2 KENHCHINH 21449 0,035 3 KENHCHINH 26530 0,038 4 KENHCHINH 9215 0,04 5 KENHCHINH 26407 0,038 6 KENHN5 7785 0,011 7 KENHN5 17000 0,038 8 KENHTROI 7910 0,038 9 KENHTROI 8062,97 0,038 Nghiên cu Tp chí Khoa hc Tài nguyên và Môi trng - S 22 - nm 2018 33 b) Kim nh Kim nh mô hnh là ánh giá tính i biu ca b thông s ca mô hnh, s dng b thông s này tin hành chy kim tra trong thi gian t ngày 02/01/2015 n ngày 30/05/2015. Bng 4. Ch tiêu ánh giá cht lng kim nh b thông s ca mô hình STT Tên công trình Ch s Nash ánh giá 1 Cng L Yn 0.94 Tt 2 Cng L Vân 0.85 Tt 3 Cng An Cp 0.96 Tt Kt qu kim nh thu c th hin qua bng ch tiu ánh giá cht lng kim nh bng 4 và các hnh v t hnh 7 n hnh 9. Hình 7: Kt qu tính toán và thc o quá trình mc nc ti cng L Yên (02/01/2015 - 30/05/2015) Hình 8: Kt qu tính toán và thc o quá trình mc nc ti cng L Vân (02/01/2015 - 30/05/2015) Hình 9: Kt qu tính toán và thc o quá trình mc nc ti cng An Cp (02/01/2015 - 30/05/2015) Nghiên cu Tp chí Khoa hc Tài nguyên và Môi trng - S 22 - nm 2018 34 Kt qu kim nh cho thy giá tr mc nc tính toán và s liu thc o ti các v trí c s ng dng, cùng pha, ch s NASH nm trong gii hn cho php t 0,85 n 0,96. Vi kt qu kim nh nh vy th b thông s ca mô hnh (h s nhám) hoàn toàn c th ng dng mô phng ngun nc phc v vn hành h thng thy nông Thác Hung. Nh vy sau khi hiu chnh và kim nh mô hnh cho kt qu ch s NASH m bo cho thy tính n nh ca b s nhám c th s dng xây dng phng án vn hành h thng thy nông Thác Hung. 3.2. Xây dng phng án vn hành h thng Sau khi hiu chnh, kim nh và xây dng b s nhám cho mô hnh, ng thi da vào kt qu vn hành thc t nm 2014 tác gi thit lp phng án vn hành h thng. Thi gian xây dng phng án da trn c s lch ti do Công ty TNHH MTV KTCTTL Sông Cu cp, lch ti c th tp trung cho giai on trng im t ngày 06/01/2014 n ngày 03/3/2014 c th hin bng 5. Bng 5. Lch ti giai on trng im t ngày 06/01/2014 n ngày 03/3/2014 Bng 6. Phng án vn hành cng theo lch ti Cng Khu Ti Cng á Gân Cng L Yên Cng L Vân Cng Lng Trình Cng An Cp Cng u Kênh N3 Cng u Kênh N5 Khu ti I (T Cng 10 Ca n u cng L Yn) M ng ng ng ng ng ng Khu ti II.1 (T sau cng L Yn n u cng L Vân) M M ng ng ng ng ng Nghiên cu Tp chí Khoa hc Tài nguyên và Môi trng - S 22 - nm 2018 35 Khu ti II.2 (T u knh N5 tr xung ht knh N5) M M ng ng ng ng M Khu ti II.3 (T u cng L Vân n ht knh chính) M M M ng ng ng ng Khu ti III.1 (t sau cng Lng trnh n u cng knh N3) M M ng M ng ng ng Khu ti III.2 (t u cng knh N3 n ht knh N3) M M ng M ng M ng Khu ti III.3 (u cng An Cp n ht knh Trôi) M M ng M M ng ng Phng án vn hành s c xây dng bng xây dng các chin lc kim soát các cng c mô phng trong h thng da trn yu cu ct nc cp hoc lu lng dc h thng nh bng lch ti 5. Phng án ti là ti luân phin. Sau khi phng án vn hành c thit lp kt qu tính toán s so sánh vi tnh hnh ti thc t. Theo , giai on ti cho Khu ti I (vùng ti t cng 10 ca n u cng L Yn) th cng 10 ca á Gân s m a nc xung khu ti, các cng phía di s ng nhm mc ích nâng cao ct nc phía trn cng luôn m bo so vi ngng yu cu trong thi gian ti. Tng t khu ti khác cng nh vy. Da vào phng án ti , tác gi xây dng chin lc kim soát cho tt c các công trnh trn h thng m bo các tiu chí trong lch ti. Ví d: Ti khu ti Thng L Yn trong vào các ngày t 06/01/2014 n 08/01/2014, t ngày 20/10/2014 n ngày 22/0/2014, t ngày 03/02/2014 n ngày 05/02/2014 và t ngày 17/02/2014 n ngày 19/02/2014 ti nn ct nc cn m bo t 20 - 20,2m. Kt qu ca phng án c th hin t hnh 10 n hnh 14 cho thy ng màu xanh nc bin là ng quá trnh mc nc tính toán ti các v trí dao ng trong ngng m bo so vi ct nc yu cu ti (ng màu ), còn ng màu xanh lá cây là ng quá trnh thc o th giá tr ct nc nm di ngng ct nc yu cu và không m bo ngng ti. Ti v trí Thng L Yn (Hnh 10): mc nc tính toán dao ng t 20 - 21,9m trong thi k yu cu ti vi ct nc t 20 - 20,2m. Nh vy ct nc này m bo ti cho toàn b khu, trong khi kt qu thc o thc t c nhng ngày ct nc ch t 18,4m không m bo ct nc yu cu. Ti v trí Thng L Vân (Hnh 11): mc nc tính toán tính toán dao ng t 16,4 - 17,5m trong thi k yu cu ti vi ct nc dao ng t 16,4 - 16,5m. Nh vy, ct nc này m bo ti cho toàn b khu, trong khi kt qu thc o thc t c nhng ngày ct nc ch t 16,1m không m bo ct nc yu cu. Ti v trí H L Vân GD1 (Hnh 12): mc nc tính toán tính toán dao ng t 13,8 - 14,3m trong thi k yu cu ti vi ct nc t 12,8 - 13m. Nh vy ct nc này m bo ti cho toàn b khu, trong khi kt qu thc o thc t c nhng ngày ct nc ch t 12,5m không m bo ct nc yu cu. Nghiên cu Tp chí Khoa hc Tài nguyên và Môi trng - S 22 - nm 2018 36 Hình 10: Biu ng quá trình mc nc thc o (màu xanh lá cây) và tính toán (màu xanh nc bin) ti khu Thng L Yên GD1; ng màu là ct nc yêu cu Hình 11: Biu ng quá trình mc nc thc o (màu xanh lá cây) và tính toán (màu xanh nc bin) ti khu Thng L Vân GD1; ng màu là ct nc yêu cu Hình 12: Biu ng quá trình mc nc thc o (màu xanh lá cây) và tính toán (màu xanh nc bin) ti khu H L Vân GD1; ng màu là ct nc yêu cu Hình 13: Biu ng quá trình mc nc thc o (màu xanh lá cây) và tính toán (màu xanh nc bin) ti khu Thng An Cp GD1; ng màu là ct nc yêu cu Nghiên cu Tp chí Khoa hc Tài nguyên và Môi trng - S 22 - nm 2018 37 Ti v trí Thng An Cp GD1: mc nc tính toán tính toán dao ng t 14,4 - 14,9m trong thi k yu cu ti vi ct nc t 14,4 - 14,5m. Nh vy ct nc này m bo ti cho toàn b khu, trong khi kt qu thc o thc t c nhng ngày ct nc ch t 14m không m bo ct nc yu cu. Ti v trí H An Cp GD1: mc nc tính toán tính toán dao ng t 13,3 - 14,9m trong thi k yu cu ti vi ct nc t 12,9 - 13m. Nh vy ct nc này m bo ti cho toàn b khu, trong khi kt qu thc o thc t c nhng ngày ct nc ch t 12,5m không m bo ct nc yu cu. 4. Kt lun và kin ngh Vi mc tiu ca nghin cu là ng dng mô hnh MIKE 11 mô phng ngun nc phc v vn hành h thng thy nông Thác Hung, nghin cu ng dng thành công mô hnh MIKE 11 cho h thng thy nông Thác Hung, xây dng c b thông s nhám và xây dng c phng án vn hành h thng vi kt qu m bo và c th tham kho trong tác nghip. Ngoài ra kt qu ca nghin cu là tin cho các c quan qun lý nghin cu thm và sâu hn c th áp dng thc tin cho h thng thy nông Thác Hung ni ring và các h thng thy nông trn c nc ni chung trong thi gian tip theo sao cho phù hp vi thc tin. TÀI LIU THAM KHO [1]. Công ty TNHH MTV KTCTTL sông Cu (2010). Báo cáo D án: Sa cha, nâng cp h thng thy li sông Cu tnh Bc Giang. [2]. Trung tâm T vn Khí tng Thy vn và Môi trng (2006). Tính toán cht lng nc cho 3 lu vc sông Cu, Nhu - áy và Sài Gòn - ng Nai. [3]. Vin Quy hoch thy li (2016). Báo cáo giám sát cht lng nc trong h thông công trình thy li Thác Hung, phc v ly nc sn xut nông nghip. [4]. DHI (2014). MIKE 11 reference manual. BBT nhn bài: 27/8/2018; Phn bin xong: 10/9/2018 Hình 14: Biu ng quá trình mc nc thc o (màu xanh lá cây) và tính toán (màu xanh nc bin) ti khu H An Cp G1; ng màu là ct nc yêu cu

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdf40411_128209_1_pb_5933_2145517.pdf
Tài liệu liên quan