113

Chương 4: 

TÍNH TOÁN TIÊU NƯỚC CHO HỆ THỐNG 

4.1. Khái quát chung

     Hệ thống tiêu tiêu nước cho vùng tiêu nước hỗn hợp. Vùng tiêu nước hỗn hợp là vùng tiêu có nhiều yêu cầu tiêu khác nhau như vùng tiêu cho đất nông nghiệp, khu dân cư, khu đô thị. Nếu bị ngập úng việc đi lại, sinh hoạt của nhân dân gặp nhiều khó khăn, cản trở các hoạt động kinh tế xã hội trong vùng, ảnh hưởng tới công tác vệ sinh phòng bệnh. Nhìn chung việc phát triển kinh tế, xã hội ở vùng úng ngập gặp nhiều khó khăn .

Giải quyết tốt vấn đề úng ngập chẳng những nâng cao đời sống kinh tế mà còn nâng cao đời sống về văn hoá tinh thần của nhân dân vùng. Biến vùng tiêu hỗn hợp thành những vùng giàu đẹp.

Chính vì vậy mà các giải pháp thuỷ lợi nhằm cải tạo và tiêu nước cho vùng tiêu hỗn hợp là công tác vô cùng quan trọng là bước tiên phong để phát triển kinh, xã hội, bảo vệ và cải thiện môi trường của khu vực, nó có một ý nghĩa rất lớn.

      Trong chương này giới thiệu một số phương pháp đã được áp dụng tính toán có hiệu quả cho một số vùng tiêu hỗn hợp, để nghiên cứu áp dụng cho các vùng tiêu khác của nước ta. Các phương pháp này đòi hỏi phải có công cụ tính toán hiện đại và trình độ nhất định vì bài toán tiêu cho vùng tiêu hỗn hợp thường phức tạp và khối lượng tính toán nhiều. Vấn đề đặt ra là phải điều tra, thu thập các số liệu cơ bản cho đầu vào. Việc điều tra, thu thập các số liệu cơ bản này đòi hỏi không những về công sức mà cả tiền của mới có thể đạt được mục tiêu đặt ra. 

4.2. Tính toán tiêu nước cho vùng úng

4.2.1. Nguyên nhân và các biện pháp cải tạo đất vùng úng

Bên cạnh hạn, úng cũng là một thiên tai rất lớn ở nước ta. Ở những vùng úng nước ngập mênh mông, không thể trồng trọt được, nếu có trồng lúa cũng chỉ canh tác được một vụ. 

Do nước ngập sâu và thời gian ngập kéo dài làm ảnh hưởng xấu đến sự sinh trưởng của cây trồng, cây trồng có thể chết hoặc có năng suất cây thấp. 

Nước ngập lâu ngày cũng làm thay đổi tính chất lý, hoá của đất trồng trọt: đất đai trở nên bí chặt, lầy thụt, bị glay hoá, vi khuẩn háo khí không hoạt động được, đất ngày bị thoái hoá, độ phì của đất ngày càng giảm.

Vùng bị ngập úng việc đi lại, sinh hoạt của nhân dân gặp nhiều khó khăn, cản trở các hoạt động kinh tế xã hội trong vùng, ảnh hưởng tới công tác vệ sinh phòng bệnh. Nhìn chung việc phát triển kinh tế, xã hội ở vùng úng gặp nhiều khó khăn .

Tuy nhiên, những vùng úng thường là vùng có địa hình thấp vì vậy tầng đất canh tác thường rất dầy, giầu mùn, giầu đạm là một trong những điều kiện thuận lợi để phát triển trồng trọt. Ngoài ra, vùng úng còn có tiềm năng rất lớn trong việc phát triển nuôi trồng thuỷ sản. Vì thế nếu có quy hoạch tổng thể vùng úng một cách hợp lý, giải quyết một cách chủ động việc tiêu thoát nước thì sẽ biến vùng úng trở thành những cánh đồng phì nhiêu, màu mỡ, giải quyết được úng ngập sẽ tạo điều kiện để tiến hành các biện pháp khác như các biện pháp cải tạo đất, biện pháp phân bón... tạo điều kiện để tăng vụ, tăng năng suất cây trồng, phát triển  nuôi trồng thuỷ sản, phát triển giao thông vận tải thuỷ bộ.

Giải quyết tốt vấn đề úng ngập chẳng những nâng cao đời sống kinh tế mà còn nâng cao đời sống về văn hoá tinh thần của nhân dân vùng. Biến vùng úng thành những vùng giàu đẹp.

Chính vì vậy mà các giải pháp thuỷ lợi nhằm cải tạo vùng úng là công tác vô cùng quan trọng là bước tiên phong để phát triển kinh, xã hội, bảo vệ và cải thiện môi trường của khu vực, nó có một ý nghĩa rất lớn.

4.2.1.1. Các nguyên nhân gây nên úng 

Các vùng úng ngập xuất hiện ở hầu hết các địa phương trên đất nước ta từ các thung lũng ở các tỉnh miền núi đến các tỉnh đồng bằng và vùng ven biển. Sự xuất hiện các vùng úng do mấy nguyên nhân chính sau đây:

1. Lượng mưa năm lớn

Lượng mưa năm ở Việt Nam tương đối lớn lượng mưa bình quân năm từ 1500 mm/năm đến 2500mm/năm. Có thể lấy lượng mưa bình quân năm ở một số khu vực đại diện như sau: 

XHà Nội=1800 mm/năm

XHuế=2500 mm/năm 

XTpHCM=1979 mm/năm

XSaPa=2900 mm/năm

Lượng mưa năm lại phối không đều mưa lớn chủ yếu tập trung vào mùa mưa. Mùa mưa chỉ trong vòng 5  6 tháng nhưng lượng mưa tới 80  85% lượng mưa cả năm thậm chí lượng mưa chỉ tập trung vào các trận mưa rào có cường độ rất lớn, mưa chỉ kéo dài trong     2  3 ngày lượng mưa đã vượt quá 300mm. Đặc biệt có các trận mưa rất lớn kèm theo bão, thí dụ lượng mưa ngày ở Tam Đảo vào năm 1971 là 511mm, trận mưa rào kèm theo bão ở Thái Bình vào mùa mưa năm 2003 chỉ kéo dài 2  3 ngày nhưng lượng mưa đạt tới trên 1000mm.

2. Địa hình thấp, không có hướng tiêu thoát nước

- Ở Miền núi và Trung du: Địa hình phức tạp, nhấp nhô tạo nên những thung lũng xung quanh có núi bao bọc, điều kiện thoát nước khó khăn. Nước mưa từ các sườn dốc tập trung về thung lũng không có đường thoát, trữ lại gây úng ngập các vùng đất trũng.

- Ở vùng Đồng bằng và vùng ven Biển: Các cánh đồng được tạo thành do phù sa của các sông lớn bồi đắp nên địa hình có xu thế dốc từ bờ sông vào trong đồng và có cao trình thấp thậm chí thấp hơn cả mực nước sông trung bình vì thế trong mùa mưa lũ nước trong đồng không thể tự thoát ra ngoài sông được, gây úng ngập trong đồng.

Mặt khác đồng bằng nước ta lại có mạng lưới sông chia cắt và có hệ thống đê sông và đê biển bao bọc tạo thành những cánh đồng hình lòng chảo, khi mưa nước tập trung dồn về chỗ thấp  gây úng ở những rốn trũng.

Nhìn chung vùng đồng bằng và đồng bằng ven biển nước ta có địa hình thấp nên việc tiêu thoát nước bằng tự chảy ra sông và ra biển trong mùa mưa lũ hoặc lúc triều lên là hết sức khó khăn, vì thế khi có mưa lớn thường bị ngập úng.

Lượng mưa lớn và điều kiện địa hình thuỷ văn phức tạp là nguyên nhân chính gây nên úng.

Ngoài ra còn một số nguyên nhân khác gây nên úng ngập như: ở một số vùng do mực nước ngầm quá cao, lại chịu ảnh hưởng của nước mạch (nước ngầm lộ ra ngoài mặt đất) cũng có khả năng bị úng. Một số trường hợp ở những hệ thống tưới do quản lý phân phối nước không tốt cũng tạo ra những vùng úng cục bộ.

4.2.1.2. Vài nét về tình hình úng ở nước ta 

Trước đây các vùng úng ở Việt Nam nằm rải rác ở khắp nơi, ở vùng núi, vùng trung du diện tích bị úng thường nhỏ tập trung ở các thung lũng, các cánh đồng trũng ven núi như Lập Thạch, Vĩnh Tường (Vĩnh Yên), Yên Dũng (Bắc Ninh), Chí Linh (Hải Dương)...

Ở  đồng bằng Bắc bộ diện tích úng tập trung lớn hơn như vùng Bình Lục, Thanh Liêm, Ý Yên (Hà Nam ), Ứng Hoà , Phú Xuyên (Hà Tây). Vùng úng thường tập  trung ven đê sông lớn hoặc ở rốn các cánh đồng lòng chảo. Nói chung những vùng đồng chiêm trước đây là những vùng úng lớn ở nước ta. 

Ở miền Nam hầu hết các tỉnh miền Tây nam bộ đều có những vùng úng lớn như các tỉnh Châu Đốc, Sa Đéc, Đồng Tháp Mười, An Giang, Kiên Giang, Long An, Trà Vinh, Hậu Giang... Những vùng úng hầu hết chỉ trồng trọt được một vụ vào mùa khô, hoặc dể hoang hoá, quanh năm nước ngập trắng không trồng trọt được gì.

Ở những vùng trồng trọt được một vụ, điều kiện canh tác cũng hết sức khó khăn, cày mò hay phải cuốc ruộng nhưng năng suất lúa vẫn rất thấp.

Sau ngày hoà bình lập lại miền Bắc đã chú trọng cải tạo vùng úng. Rất nhiều các trạm bơm tiêu qui mô lớn, những cống tiêu lớn được xây dựng biến những vùng úng trước đây thành những cánh đồng phì nhiêu màu mỡ, tăng vụ tăng năng suất cây trồng ở những vùng úng. Nhiều vùng đồng chiêm trước đây, nay đã trở thành vùng trồng rau màu và có thể đưa cơ giới vào canh tác. Bộ mặt nông thôn vùng úng đã thay đổi một cách căn bản.

Tuy nhiên cho tới nay công tác thuỷ lợi ở vùng úng cũng còn một số hạn chế:

- Chưa có một quy hoạch thật hoàn chỉnh cho vùng úng

- Các công trình đầu mối tiêu chưa đủ năng lực để tiêu úng 

- Xây dựng hệ thống công trình chưa hoàn chỉnh, chưa đồng bộ từ công trình đầu mối đến các cấp kênh mương.

- Phân công phụ trách tiêu cho các công trình chưa rõ ràng.

- Trình độ quản lý tưới tiêu chưa tốt, nước tràn lan từ vùng cao xuống vùng thấp gây úng giả tạo.

Bên cạnh đó do điều kiện tự nhiên của nước ta hết sức phức tạp như điều kiện địa hình địa mạo, tình hình khí tượng thuỷ văn diễn biến phức tạp

Vì vậy, nói chung tình hình úng chưa được giải quyết một cách triệt để. Diện tích được giải quyết tiêu úng còn rất nhỏ so với yêu cầu Song đây cũng là những hạn chế tất yếu. Nhiệm vụ tiêu úng cho các diện tích nông nghiệp và các loại diện tích cần tiêu khác còn hết sức nặng nề, chúng ta còn phải tiếp tục nghiên cứu đề xuất biện pháp  thuỷ lợi cải tạo vùng úng và xây dựng các công trình tiêu úng để giải quyết vấn đề tiêu úng một cách triệt để hơn nữa.

4.2.1.3. Các biện pháp cải tạo vùng úng 

Từ các nguyên nhân gây úng và các đặc điểm về điều kiện tự nhiên ở nước ta chúng ta có thể đề ra các biện pháp thuỷ lợi mang tính chiến lược để giải quyết vấn đề tiêu nước cho các vùng úng ngập của nước ta như sau:  

1. Xử lý nước ngoại lai

Nước ngoại lai có thể là nước ngầm hoặc nước mặt từ nơi khác tập trung về khu vực .

Nước mặt (chủ yếu là nước mưa tạo thành dòng chảy trên mặt đất) ta phải có biện pháp ngăn chặn nước chảy tràn lan từ vùng cao xuống vùng thấp bằng cách:

- Xây dựng hồ chứa nước đầu nguồn

- Đào kênh chắn lũ

- Đắp các bờ vùng ngăn nước giữa vùng cao và vùng thấp 

Có kế hoạch tiêu nước thích hợp, giải quyết tiêu nước độc lập giữa các vùng cao và vùng thấp (cao tiêu cao thấp tiêu thấp) không để nước mặt từ vùng cao chảy dồn về vùng thấp gây úng.

2. Xử lý nước nội bộ

Sau khi xử lý tốt nước ngoại lai ta giải quyết nước nội bộ bằng các biện pháp như:

- Tháo nước theo một hướng tiêu nhất định tiêu nước ra khu nhận nước tiêu

- Bơm nước ra khu nhận nước tiêu (sông, biển)

- Trữ nước vào các ao hồ, khu trũng trong thời gian mưa lớn và tiêu lượng nước này trong những thời gian thích hợp, 

Khi đề xuất và thực hiện các biện pháp tiêu úng phải dựa trên quy hoạch tiêu có kết hợp với các quy hoạch khác như quy hoạch về tưới,về giao thông vận tải, quy hoạch đất đai, cơ cáu cây trồng vật nuôi… bên cạnh đó các biện pháp tiêu úng cần được kết hợp chặt chẽ với các biện pháp khác như biện pháp nông nghiệp (nuôi cá vùng trũng, trồng cây chịu ngập), biện pháp lâm nghiệp, biện pháp công trình nhằm giữ đất giữ nước để không ngừng nâng cao hiệu quả của các biện pháp tiêu úng.

4.2.2. Bố trí hệ thống thuỷ lợi vùng úng 

4.2.2.1. Phương hướng chung quy hoạch vùng úng

Do tình hình địa hình, địa mạo khí tượng, thuỷ văn mỗi nơi mỗi khác nên vấn đề úng ngập diễn biến rất phức tạp theo mỗi vùng.

Có những vùng úng ngập quanh năm

Có những vùng chỉ úng ngập về mùa mưa

Có nơi có thể tiêu tự chảy nếu có hệ thống kênh mương dẫn nước tốt ra khu nhận nước tiêu

Có nơi phải dùng biện pháp bơm để tiêu nước

Có những vùng mang đầy đủ tính chất của các vùng trên

Tuy nhiên dựa vào đặc điểm tự nhiên của từng vùng chúng ta sẽ nghiên cứu khái quát về phương hướng quy hoạch tiêu úng cho các vùng đặc trưng ở nước ta như sau:

1. Vùng núi và vùng trung du

Nguyên nhân ngập úng là do nước từ các sườn dốc cao dồn về khu trũng. Do địa hình phức tạp nước khó thoát ra ngoài sông. Tuy nhiên, khả năng tiêu tự chảy lại nhiều.

Với vùng này biện pháp thuỷ lợi cơ bản để giải quyết vấn đề tiêu nước như sau: 

       - Xây dựng các hồ chứa giữ nước đầu nguồn để kết hợp điều tiết nước cho tưới.

- Đào kênh chắn nước từ các sườn dốc, đưa nước ra các sông, suối chính trong vùng

- Đào hệ thống kênh tiêu dẫn nước tự chảy ra sông 

Tất cả hồ chứa nước, kênh chắn nước và kênh dẫn nước tiêu cần được phối hợp với nhau thành một hệ thống tiêu úng hoàn chỉnh cho khu vực.

2. Vùng đồng bằng

Đặc điểm vùng đồng bằng: địa hình lòng chảo, có sông bao bọc. Về mùa mưa thường bị úng, nước sông lại cao không thể tiêu tự chảy, về mùa khô mực nước sông thấp lấy nước tưới khó khăn.

Biện pháp thuỷ lợi chủ yếu để giải quyết vấn đề úng ngập là:

- Trữ nước vào một số khu trũng

- Xây dựng các bờ vùng ngăn nước giữa các khu cao và thấp

- Xây dựng hệ thống kênh tiêu hoàn chỉnh đưa nước về khu quy định.

- Xây dựng các công trình tiêu nước đầu mối có thể là cống tiêu tự chảy hoặc trạm  bơm tiêu nước ra ngoài sông.

Thường lưu lượng tiêu rất lớn nên quy mô kích thước công trình tiêu như cống tiêu  hoặc trạm bơm tiêu rất lớn, nhưng thời gian hoạt động lại ngắn. Để tăng hiệu quả của công trình người ta thường xây dựng trạm bơm hoặc cống tưới tiêu kết hợp.

Tuy nhiên ở đồng bằng cũng có một số vùng trong mùa lũ cũng có thời gian mực nước sông thấp hơn trong đồng có thể tiêu tự chảy, nên ở cụm công trình đầu mối thường có cả trạm bơm lẫn công trình cống tiêu tự chảy.

3. Vùng ven biển 

Vùng đồng bằng ven biển mực nước ngoài sông thường chịu ảnh hưởng của thuỷ triều, lên xuống theo một chu kỳ nhất định, có thể lợi dụng quy luật này để: 

Tiêu khi mực nước sông thấp, lấy nước tưới khi mực nước ngoài sông cao. Nhưng do chu kỳ lên xuống, mực nước thường ngắn (1 ngày, nửa ngày) nên thời gian có thể tưới hoặc tiêu tự chảy rất ngắn.

Xuất phát tự đặc điểm này, biện pháp thuỷ lợi tiêu úng vùng chịu ảnh hưởng của triều là: Tiêu phân tán bằng nhiều cống tiêu tự chảy ven sông ven biển, với khẩu độ lớn hơn bình thường vì thời gian tiêu tự chảy rất ngắn phải tranh thủ tiêu được lượng nước lớn nhất trong thời gian triều xuống. Hệ thống kênh mương ngắn, mặt cắt lớn để chuyển nước nhanh nhất và thường được sử dụng dẫn nước tưới tiêu kết hợp. Chế độ thuỷ lực trong kênh phức tạp, thường là chế độ dòng chảy không ổn định.

4.2.2.2. Một số cách bố trí hệ thống thuỷ lợi điển hình ở vùng úng

1. Khu vực miền núi và trung du

a) Sơ đồ tổng thể

Hình 4.1

Ngăn nước ngoại lai: Hồ chứa H làm nhiệm vụ điều tiết nước lưu vực thượng nguồn, giữ một phần lớn nước mưa hứng trên lưu vực của hồ không cho chảy về vùng úng, lượng nước giữ lại trong hồ còn để cung cấp cho khu tưới về mùa kiệt. Đồng thời để tiêu nước lũ cho hồ chứa và chắn nước lũ tràn từ các sườn dốc xuống vùng thấp dùng hệ thống kênh chắn lũ L tiêu nước trực tiếp ra sông qua cống A.

ãHệ thống kênh tiêu nước nội bộ được bố trí kết hợp với hệ thống tưới. Đầm D làm nhiệm vụ trữ nước và điều tiết nước cho cống tự chảy C và trạm bơm tại cụm công trình C.

Cụm C bao gồm các công trình:

- Trạm bơm tưới tiêu kết hợp

- Cống tiêu tự chảy (6)

- Các công trình tiêu nước tự chảy khác 

b) Chế độ làm việc của cụm công trình C

ãKhi mực nước sông cao hơn trong đầm tiêu bằng trạm bơm:

- Đóng cống tiêu tự chảy (2), (6) (B)

- Mở các cống (7), (10), (8), (9), (3) và (5) rồi bơm nước tiêu ra sông

ãKhi mực nước sông thấp có thể tiêu tự chảy: mở cống (8), (9) và (B)

ãKhi cần tưới: mở cống (6), (10) và (2) đóng cống (3), (7) và (4) bơm nước từ sông qua cống (2) đưa vào hệ thống tưới.

Hình 4.2

Cụm công trình (B), (C) bảo đảm tiêu nước cho khu vực trong mọi trường hợp khi mực nước sông thấp hoặc cao hơn trong đồng, cũng có thể tiêu cho từng khu vực khi cần thiết. 

Thí dụ muốn tiêu cho khu vực T1 phụ trách mở cống (7), (10), (3) và (5) đóng tất cả các cống khác.

Ngoài ra trạm bơm còn bảo đảm bơm nước tưới hỗ trợ cho hồ (H) khi cần thiết.

2. Khu vực đồng bằng lòng chảo

a) Sơ đồ bố trí tổng thể

Khu vực lòng chảo xung quanh có đê bao bọc

A - Trạm bơm tưới

B - Cụm công trình trạm bơm tưới tiêu kết hợp (có bố trí cống tưới tự chảy, cống tiêu tự chảy)

C - Cụm công trình trạm bơm tiêu có cống tiêu tự chảy

D - Khu đầm trữ nước và điều tiết nước.

b) Chế độ làm việc của cụm công trình B

ãKhi mực nước sông cao hơn trong đồng, cả hai trạm bơm tại cụm B và cụm C cùng hoạt động.

Tại cụm công trình B: đóng cống (6), (2) và (3), mở cống (4), (5) và (7)

Tại cụm công trình C: đóng cống tự chảy, mở cống tiêu từ trạm bơm ra sông.

Hình 4.3

Giả sử: Tại khu I mực nước ngoài sông thấp hơn trong đồng, khu II mực nước sông cao hơn trong đồng. Ta đóng cống (8) không cho nước từ khu I về khu II. Tại B mở cống (7), (6) nước tự chảy ra sông.

ãKhi mực nước sông thấp hơn trong đồng: Trạm bơm tại B, C không hoạt động, ta đóng cống (8), mở cống (7), (6) ở B và cống tự chảy ở C để tiêu nước ra sông.

ãMùa cần tưới: trạm bơm A hoạt động, tại cụm B ta đóng (4), (5) mở (6), (2) và (3) để bơm nước vào hệ thống kênh tưới.

Trong một số trường hợp người ta còn sử dụng lượng nước trữ ở đầm để tưới: đóng cống (4), (6), (5), mở cống (8), (7), (3) và (2) bơm nước từ đầm để tưới.

3. Khu vực vùng triều

Công trình tiêu là cống tự chảy trực tiếp ra sông, biển. Đặc điểm công trình nhiều, phân tán. Kênh mương ngắn làm việc hai chiều.

4.2.3. Tính toán thủy lợi vùng úng 

4.2.3.1. Mục đích và nội dung tính toán

1. Mục đích

Nhằm xác định quy mô kích thước công trình đầu mối tiêu (cống tiêu hoặc trạm bơm tiêu) đồng thời xác định dung tích đầm hồ trữ nước và mặt cắt kênh tiêu chính bảo đảm:

- Trong mùa mưa mực nước trong đồng không được vượt quá mức nước cho phép [Hmax] không ảnh hưởng đến sản xuất và dân sinh.

- Cuối mùa mưa nước được trữ lại kênh tiêu, trong đầm theo yêu cầu sản xuất, giao thông và sinh hoạt trong suốt mùa kiệt.

- Khi cần thiết phải bảo đảm tiêu nước trong đồng đến một yêu cầu nhất định để tiến hành cải tạo đất...

2. Nguyên lý và nội dung tính toán

Nguyên lý tính toán chung là dựa vào phương trình cân bằng nước giữa lượng nước tập trung từ khu tiêu về công trình đầu mối và lượng nước qua công trình đầu mối tiêu ra sông (cống tiêu hay trạm bơm tiêu) lượng nước trữ vào khu trữ. Trên cơ sở tận dụng khả năng trữ nước tối đa của khu trũng và hệ thống kênh tiêu để xác định quy mô kích thước công trình tiêu đầu mối hợp lý nhằm bảo đảm yêu cầu tiêu úng của khu vực như mực nước lớn nhất cho phép, diện tích ngập cho phép.

Nội dung tính toán: Tuỳ hình thức và biện pháp công trình tiêu úng mà nội dung tính toán khác nhau.

ãĐối với cống tiêu tự chảy

Nội dung tính toán là xác định các tham số cho việc tính toán thiết kế cống:

- Kích thước khẩu diện cống (b cống, h cống)

- Cao trình đáy cống

- Mực nước trước và sau cống có liên quan đến an toàn của cống

Ngoài ra, thông qua tính toán tiêu úng còn xác định mặt cắt kênh tiêu nước, quy mô kích thước khu trữ nước (đầm) để phối hợp với cống làm nhiệm vụ trữ nước và tiêu nước theo đúng yêu cầu.

ãĐối với trạm bơm

- Xác định các tham số để thiết kế trạm bơm:

- Lưu lượng trạm bơm 

- Mực nước bể hút, bể xả

- Quy mô, kích thước trạm bơm

- Xác định quy mô kích thước kênh tiêu và khu trữ

ãĐối với khu vực có thể tiêu bằng cả cống tự chảy và cả trạm bơm

Nội dung tính toán là xác định quy mô cống tự chảy, trạm bơm tiêu, quy mô kích thước kênh tiêu và khu trữ nước sao cho tổng vốn đầu tư xây dựng công trình nhỏ nhất nhưng vẫn đảm bảo yêu cầu tiêu.

4.2.3.2. Một số đặc điểm mặt cắt kênh tiêu vùng úng

Khu trữ và kênh tiêu vùng úng ngoài nhiệm vụ chuyển nước tiêu còn làm một số nhiệm vụ sau: 

- Trữ nước tạm thời để giảm quy mô kích thước công trình tiêu.

- Trữ nước để tưới, nuôi cá, giao thông thuỷ.

Hình 4.4

Để làm được nhiệm vụ đó kênh tiêu và khu trữ có những mực nước đặc trưng sau:

Hchết: Mực nước thấp nhất luôn luôn phải có trong kênh hoặc khu trữ để đảm bảo nuôi cá, giao thông thuỷ

Htrữ: Mực nước trữ trong kênh tiêu hoặc kênh tiêu sau khi tiêu

Hmax: Mực nước cao nhất cho phép trên kênh tiêu và khu trữ

Vtiêu: Dung tích cần phải tiêu đi trong thời gian nào đó theo yêu cầu tiêu

Vtrữ: Dung tích cần trữ lại trong khu trữ và kênh tiêu nhằm giảm nhỏ lượng nước cần tiêu ra công trình đầu mối trong thời gian tiêu căng thẳng lượng nước này cũng có thể  dùng để tưới và sinh hoạt khi cần thiết

Vchết: Dung tích để nuôi cá hoặc giao thông thuỷ

Hình 4.5.

Khi kênh tiêu làm nhiệm vụ giao thông thuỷ thì mực nước nhỏ nhất trong kênh phải thoả mãn đủ điều kiện cho thuyền bè đi lại một cách thuận tiện

h = T + h 

Trong đó:

T: Chiều sâu mớn thuyền khi đủ tải

h: Chiều sâu an toàn từ đáy thuyền đến đáy kênh, h = (0,5  0,7)T

b: Đáy kênh tiêu

c: Chiều rộng của thuyền

a: Khoảng cách từ thuyền đến bờ kênh

d: Khoảng cách giữa hai thuyền khi gặp nhau

Hình 4.6. 

Khi thuyền bị gió xoay một góc :

B    2 (ltg  + c)

hoặc

Theo kinh nghiệm   = (2  5)0

4.2.3.3. Tính toán cụ thể

Để tính toán xác định hình thức, kích thước các công trình tiêu úng phải tuỳ vào từng trường hợp cụ thể của sự tương quan giữa mực nước ở khu cần tiêu (trong đồng) và khu nhận nước tiêu (ngoài sông).

Sự tương quan đó thường xuất hiện bốn trường hợp khác nhau:

ãMực nước sông luôn luôn thấp hơn mực nước trong đồng 

ãMực nước sông luôn luôn cao hơn mực nước trong đồng 

ãMực nước sông lúc cao hơn lúc thấp hơn mực nước trong đồng 

ãMực nước sông chịu ảnh hưởng của triều (thay đổi theo một chu kỳ nhất định) .

Sau đây sẽ trình bầy quá trình tính toán tiêu úng cho từng trường hợp cụ thể:

a) Trường hợp mực nước sông lúc cao hơn lúc thấp hơn mực nước trong đồng

Hình 4.7. 

HS ~ t: Đường quá trình mực nước ngoài sông

Hmin: Mực nước thấp nhất trong đồng trước mùa mưa

Hmax: Mực nước cao nhất cho phép trong đầm theo yêu cầu tiêu úng .

T1, T3: Thời gian mực nước ngoài sông cao hơn trong đồng phải đóng cống tự chảy để tiêu bằng động lực (tiêu bằng máy bơm)

T2, T: Thời gian mực nước sông thấp hơn mực nước trong đồng, có thể mở cống tiêu tự chảy.

ãNguyên lý và phương pháp tính toán

Nguyên lý tính toán

Trên cơ sở giả thiết quy mô kích thước các công trình tiêu (cống tiêu, trạm bơm tiêu) tính toán cân bằng lượng nước giữa lượng nước đến và lượng nước được tiêu ra sông từ đó xác định ra quá trình mực nước trong đồng Hđ ~ t.

Nếu có quá trình Hđ ~ t phù hợp với yêu cầu tiêu úng đã đề ra (Hđmax  Hmax) đồng thời đã triệt để tận dụng khả năng trữ nước của khu trữ chứng tỏ quy mô kích thước các công trình tiêu trên là phù hợp dùng để tính toán thiết kế công trình đầu mối.

Phương pháp tính toán

Chia thời gian tiêu T thành nhiều thời đoạn nhỏ T, ở mỗi thời đoạn ta đều có thể tính dung tích nước trong đồng (dung tích chứa ở đầm và kênh tiêu) theo công thức:

Vcuối = Vđầu  V

Vđầu, Vcuối: Dung tích nước chứa trong đầm ở đầu và cuối thời đoạn T

V: Lượng nước tăng giảm trong đầm do sự tương quan giữa lượng nước đến và lượng nước tiêu ra sông trong thời đoạn T

Từ Vcuối dựa vào đường Hđ  Vđ tra ra được Hđ. Tính cho nhiều thời đoạn liên tiếp nhau và lấy Vci = Vđ(i+1), chúng ta sẽ được quá trình Hđ  t. Đem so sánh với yêu cầu tiêu ở vùng úng để rút ra kết luận về tính hợp lý của việc giả thiết quy mô kích thước công trình đầu mối.

Thực tế trên cơ sở quy hoạch bố trí hệ thống tiêu úng ta xác định được khu đầm chứa nước và mạng lưới kênh tiêu, sơ bộ định kích thước mặt cắt, dựa vào tài liệu đo đạc xác định được đường quan hệ đặc trưng của khu trữ nước:

Hđ  Vđ  (mực nước và dung tích đầm )

Hđ  đ  (mực nước và diện tích mặt đầm)

Hình 4.8. 

ãCách giải phương trình cân bằng nước xác định Vcuối trong mỗi thời đoạn T

Vcuối = Vđầu  V(*)

V= (lượng nước đến) – (lượng nước đi)

V= (Wtiêu + Wmưa) - (Wbốc hơi + Wdùng + Wbơm + Wcống)(**)

Trong đó:

Wtiêu: Lượng nước tiêu từ các loại diện tích tiêu tập trung về đầm 

Wtiêu = QtiêuT

Qtiêu: Lưu lượng tiêu được xác định qua quá trình tính toán chế độ tiêu

Wtiêu: Cũng có thể tính toán trực tiếp bằng phương pháp đơn giản

Wtiêu = 10lHl + 10Pmàu

l: Diện tích lúa trong khu tiêu (ha)

màu: Diện tích màu trong khu tiêu (ha)

Hl: Lớp nước cần tiêu trong ruộng lúa (mm)

Hl = P – S

S: Lớp nước có thể trữ (mm)

S = hc - hd + h

hc: Độ sâu lớp nước cho phép trữ trên ruộng lúa (mm)

hđ: Độ sâu lớp nước ruộng đầu thời đoạn (mm)

h: Lớp nước bốc hơi và ngấm (mm)

P: Lượng mưa thiết kế trong thời đoạn (mm)

: Hệ số dòng chảy

Wmưa: Lượng mưa rơi xuống kênh tiêu và đầm

Wmưa = 10đầmP(m3)

đầm: Diện tích mặt nước đầm bình quân trong thời đoạn tính toán 

P: Lượng mưa thiết kế trong thời đoạn tính toán 

Wbốc hơi = 10Eđầm

E: Lượng bốc hơi trong thời đoạn T (mm)

Wdùng: Lượng nước dùng tưới + sinh hoạt trong thời đoạn T 

Wbơm: Lượng nước bơm trong thời đoạn T

Wbơm = 3600nQbơmT 

n: Số giờ chạy máy bơm trong 1 ngày 

Qbơm: Lưu lượng trạm bơm tiêu (m3/s)

T: Thời đoạn tính bằng ngày

Wcống: Lượng nước chảy qua cống tiêu tự chảy 

Wcống = QcốngT 

Qđầu, Qcuối: Lưu lượng chảy qua cống đầu và cuối thời đoạn T được tính bằng công thức chảy qua cống (chảy ngập, tự do tuỳ theo mực nước trước và sau cửa cống để áp dụng công thức tính toán)

ãTrình tự tính toán

Để tính toán Vcuối chúng ta phải xác định V

Trong quá trình tính V phải tính Wmưa, Wbốc hơi, Qcống xác định các đại lượng này phải từ mực nước trong đồng cuối thời đoạn: Hcuối để tìm đầm cuối và Qcuối.

Vì vậy, đây là một bài toán được giải bằng phương pháp thử dần. Chúng ta có thể tính toán theo trình tự sau:

- Tính cho thời gian T1 - Thời gian mực nước sông luôn luôn cao hơn mực nước trong đồng.

+ Giả thiết quy mô kích thước trạm bơm tiêu

+ Chia thời gian T1 thành nhiều thời đoạn nhỏ T

Ở mỗi thời đoạn T ta có mực nước đầm đầu thời đoạn Hđ giả thiết mực nước đầm cuối thời đoạn Hđc

Từ   Hđc tra trên đường quan hệ đ  Hđ    đầm  

Vớiđầm  Wbốc hơi, Wmưa

Từ phương trình (**) chúng ta tìm được V và từ  (*) được Vcuối

TừVcuối tra trên đường quan hệ Hđ ~ Vđ ta được Hđc '

Nếu  Hđc '  =  Hđc  như vậy Hđc   là đúng

Dùng Hđc ở thời đoạn trước làm mực nước đầm đầu thời đoạn 2 và tính toán tương tự cho tất cả các thời đoạn trong thời gian T1 được quá trình Hđ ~ t.

- Tính cho thời gian T2 (thời gian mực nước sông thấp hơn mực nước trong đồng)

+ Giả thiết quy mô cống tiêu

+ Dùng mực nước đầm cuối thời gian T1 làm mực nước đầm đầu thời gian T2.

+ Chia thời gian T2 thành nhiều thời đoạn nhỏ T, trong mỗi thời đoạn T ta có mực nước đầm ở đầu thời đoạn Hđc (mực nước của thời gian T1).

- Giả thiết mực nước đầm ở cuối thời đoạn Hđc và có quá trình mực nước sông HS  t ta có thể tính được:

Zđầu = Hđ0 - HS0  Qđầu

Zcuối = Hđc   - HSc  Qcuối

Từ Zđầu và Zcuối ta đi xác định Qđầu và Qcuối theo công thức  và xác định được Qcống

Từ Hđc tra trên đường quan hệ đ ~ Hđ ta được   đầm và tính được Wmưa, Wbốc hơi

Từ Wmưa, Wbốc hơi và Qcuối kết hợp với phương trình (**) với Qbơm = 0 ta được V

Có V thay vào phương trình (*) ta được Vcuối sau đó từ Vcuối tra trên đường quan hệ   Vđ ~ Hđ ta được Hđc

Nếu Hđc  = Hđc việc giả thiết Hđc là đúng. Chúng ta dùng Hđc ở thời đoạn thứ nhất làm Hđ0 ở thời đoạn thứ 2 và tiếp tục tính toán cho thời đoạn 2.

Tính toán tương tự cho tất cả các thời đoạn trong thời gian T2 được Hđ  t.

Tuỳ từng trường hợp cụ thể giữa HS với Hđ, chúng ta tính toán cho các thời gian T1, T2, T3, T4 ta được đường quá trình mực nước trong đồng trong thời gian tiêu Hđ ~ t

Nếu Hđ  t không vượt quá trị số Hmax và cũng không nằm thấp quá so với Hmax, thì việc giả thiết quy mô kích thước công trình đầu mối tiêu (cống tiêu, trạm bơm) và kích thước mặt cắt kênh tiêu là hợp lý. Sẽ dùng các số liệu đó để thiết kế hệ thống công trình tiêu úng.

Nếu mực nước trong đồng vượt quá Hmax chứng tỏ quy mô công trình giả thiết quá nhỏ không có đủ khả năng để đáp ứng yêu cầu tiêu, ngược lại quá trình mực nước trong đồng quá thấp so với Hmax điều đó chứng tỏ chưa tận dụng được khả năng trữ nước lớn nhất của đầm và kênh tiêu, quy mô công trình đầu mối giả thiết quá lớn chúng ta phải giả thiết lại quy mô, kích thước của trạm bơm, cống tiêu tự chảy, mặt cắt kênh tiêu (khả năng trữ ) và tính toán lại từ đầu.

Trong thực tế thường mặt cắt kênh tiêu được xác định trước theo yêu cầu tiêu, giao thông... và giữ cố định. Ta giả thiết lại quy mô của trạm bơm và cống tiêu tự chảy để bảo đảm yêu cầu tiêu nước.

b) Trường hợp mực nước sông luôn luôn cao hơn mực nước trong đồng

Công trình tiêu nước là trạm bơm:

Nhiệm vụ tính toán là xác định quy mô kích thước của trạm bơm và kích thước kênh tiêu chính.

Nguyên lý tính toán, phương pháp và trình tự tính toán giống như tính toán trong thời gian T1 của trường hợp a) ứng với thời gian mực nước sông luôn luôn lớn hơn mực nước trong đồng, lượng nước tiêu chỉ do trạm bơm bơm nước ra sông, công trình đầu mối không có cống tiêu nước Qcống = 0.

c) Trường hợp mực nước sông thấp hơn mực nước trong đồng

Nhiệm vụ xác định quy mô kích thước cống tiêu tự chảy và kích thước kênh mương.

Nguyên lý, phương pháp, trình tự tính toán giống nhau. Việc tính toán trong thời gian T2 - thời gian mực nước sông thấp hơn mực nước trong đồng. Công trình tiêu chỉ có cống tự chảy, không có trạm bơm, Qbơm = 0  Wbơm = 0

d) Trường hợp mực nước khu nhận nước tiêu chịu ảnh hưởng của triều

Trường hợp này mực nước khu nhận nước tiêu lên xuống theo một chu kỳ nhất định. Có thời gian mực nước cao hơn trong đồng, có thời gian mực nước thấp hơn trong đồng.

Thực tế khả năng tiêu trong thời gian có thể tiêu tự chảy rất lớn. Vì vậy ở những vùng này thường xây dựng các cống tiêu tự chảy phân tán ven sông tiêu cho những khu vực nhỏ.

Mục đích của tính toán là xác định kích thước của cống tiêu và kênh tiêu. Phương pháp tính toán hoàn toàn giống như trường hợp thứ nhất. 

Tuy nhiên cần chú ý: Trong thời gian mực nước triều lên (đóng cống), phương trình (**) có Wbơm = 0 (không có trạm bơm), Wcống = 0 và Wtưới  = 0

Hình 4.9. 

Trong thời gian đóng cống tiêu, nước vẫn tập trung về công trình đầu mối làm dâng mực nước đầm. Đợi đến khi triều xuống cống tiêu mới được mở để tiêu nước, do thời gian tiêu ngắn, vì vậy kích thước cống thường phải rất lớn mới đảm bảo  tiêu hết lượng nước theo yêu cầu.

4.2.3.4. Ví dụ tính toán tiêu úng cho Thành phố Việt Trì  - Phú Thọ

Do đặc điểm địa hình, địa mạo Thành phố Việt Trì được chia thành 4 tiểu khu, việc tiêu thoát nước cho 4 tiểu khu này theo hai hướng chính:

- Tiêu thoát ra sông Hồng

- Tiêu thoát ra sông Lô

Đây là hai con sông lớn, khả năng tiêu thoát lũ rất tốt. Trong mùa lũ mực nước ở các triền sông rất cao, theo tài liệu đo đạc ngày 21/08/1971 thì mực nước tại Bến Gót (ngã ba Bạch Hạc) là 18,17m. Trong khi đó cao trình mặt ruộng bình quân trong khu vực là            12,0  13,0m, những cánh đồng trũng có cao trình từ 8,0  10,0m. Vì vậy không có khả năng tiêu tự chảy ra sông, phải dùng bơm tiêu nước với cột nước bơm tương đối lớn.

Tiểu khu 3 thuộc khu vực gồm ba xã Sông Lô, Trưng Vương, Dữu Lâu và các phường thuộc nội thành như Thanh Miếu, Thọ Sơn, Tiên Cát, Gia Cẩm, Nông Trang, Tân Dân với diện tích tiêu 2098ha. Đây là khu trũng nhất của Thành phố, có nhiều khu vực bị ngập nước như Đầm Cả, Đẫm Vỡ, Đầm Di, Đầm Sải, Đầm Gạo và Đầm Sen... tuy nhiên vẫn có những đồi gò có cao trình từ 25,5  30,0m. Về mặt địa mạo, tiểu khu 3 có nhiều nhà máy, xí nghiệp, đường giao thông lớn, các khu phố tập trung dân cư thuộc nội thành nên khi mưa lớn lượng dòng chảy mặt sinh ra lớn cộng với lượng nước thải thường xuyên của Thành phố cũng tương đối lớn. Chính vì vậy yêu cầu tiêu thoát nước của Tiểu khu là rất lớn và khẩn trương.

Do địa hình thấp so với mực nước sông trong mùa mưa nên chỉ có thể tiêu úng bằng động lực. Để tiêu nước cho Tiểu khu 3, hiện nay đã xây hai Trạm bơm lớn: Trạm bơm Dữu Lâu và trạm bơm Hạ Giáp. Hai trạm bơm này bơm nước từ trong đồng đổ trực tiếp ra sông Lô theo hai hướng về hai vị trí công trình đầu mối ở Dữu Lâu và Hạ Giáp.

Để giải quyết vấn đề tiêu thoát hiện nay của Tiểu khu 3 – Thành phố Việt Trì,  phương án tiêu nước đặt ra là triệt để lợi dụng các khu trũng như Đầm Cả, Đầm Vỡ, Dầm Di để điều tiết nước mưa và nước thải sau khi đã được xử lý. Ngoài mục đích làm giảm lưu lượng tiêu, phương án này còn có tác dụng:

+ Trữ nước ở mùa mưa phục vụ cho tưới ở mùa khô

+ Tận dụng mặt nước để nuôi trồng thủy sản

+ Bảo vệ môi trường sinh thái, tạo cảnh quan cho Thành phố

Trong Tiểu khu 3 này, ta lợi dụng đầm Cả, đầm Vỡ, đầm Di... để điều tiết. Ta sẽ đi xác định hệ số tiêu và lưu lượng tiêu khi kể đến sự điều tiết của khu vực.

a) Các tài liệu cơ bản để tính toán

- Sơ đồ nước đến và tiêu đi của Tiểu khu 3 (hình 15.11)

Trong hệ thống tiêu bao gồm các loại diện tích sau:

+ Diện tích trồng lúa: 319,70 ha

+ Diện tích trồng màu      :   70,00 ha

+ Diện tích thổ cư đường sá         :1306,51 ha

+ Diện tích ao, hồ         : 401,79 ha

Hình 4.10  Sơ đồ nước đến và tiêu đi của Tiểu khu 3

Lượng nước đến khu trữ trong quá trình tiêu (bảng 5.1)

Bảng 4.1 - Lượng nước đến khu trữ trong quá trình tiêu

Ngày tiêu1234567

Wlúa (m3)20716.6244565.9302185.6219043.1126232.946957.526351.5

Wmàu (m3)20829.3142714.77015.728982.015410.30.00.0

Wtcđs (m3)444418.33044214.3149682.1146295.769501.70.00.0

Wao, hồ (m3)147606.71011099.149711.444990.221373.80.00.0

Wthải (m3)52704.052704.052704.052704.052704.052704.052704.0

Tổng686274.94495297.9561298.8492015.0285222.899661.579055.5

- Đường đặc tính khu trũng (hình 4.10)

b) Nguyên lý tính toán

Việc tính toán lưu lượng tiêu có kể đến sự lợi dụng các đầm, hồ, khu trũng để điều tiết dựa trên nguyên lý cân bằng nước:

Wtiêui = Wđếni – Wtrữi(m3)

Trong đó:

i: Thời đoạn tính toán tiêu tính bằng 1 ngày đêm

Wtiêui: Lượng nước tiêu đi trong ngày thứ i (ở đây tiêu bằng hai trạm bơm Dữu Lâu và Hạ Giáp)

Wtiêui = WDữu Lâui + WHạ Giápi

Wtrữi: Lượng nước trữ lại trong khu trũng ở ngày thứ i

Hình 4.11. Đường đặc trưng khu chứa

     Dựa vào phương trình cân bằng nước, giả thiết lượng nước cần tiêu ra ở các thời đoạn từ đó tính được lượng nước trữ vào khu trũng các thời đoạn và xác định ra quá trình mực nước trong đầm, so sánh với mực nước cho phép trong Đầm Cả và Đầm Vỡ (yêu cầu tiêu). Nếu thấy phù hợp thì quá trình lượng nước cần tiêu ra sông trong thời gian tiêu đã giả thiết trên sẽ là kết quả tính toán và chúng ta cũng xác định quá trình lưu lượng yêu cầu cần tiêu ra sông Lô. Trị số lớn nhất sẽ là tổng lưu lượng thiết kế của hai trạm bơm Dữu Lâu và Hạ Giáp.

Mục tiêu trong quá trình tính toán là triệt để lợi dụng khả năng trữ của Đầm Cả và Đẫm Vỡ và quá trình lưu lượng yêu cầu tiêu ra sông có độ đồng đều cao, nói như vậy cũng có nghĩa lưu lượng thiết kế của Trạm bơm là nhỏ mà vẫn bảo đảm yêu cầu tiêu nước cho Thành phố

Cách tính toán như sau:

Ta giả thiết lưu lượng tiêu đi của ngày tiêu thứ i là Wtiêui, dùng phương trình cân bằng nước xác định được dung tích trữ Wtrữi tương ứng.

Dung tích trữ này phải thỏa mãn:

Wtrữmax  [Wtrữ](1)

Wc = Wđ(2)

Điều kiện (1) nhằm khống chế cao trình ngập tối đa của khu trữ không vượt quá cao trình ngập cho phép

Điều kiện (2) nhằm đảm bảo tiêu thoát hết lượng nước cần tiêu

Trong đó:

Wtrữmax: Lượng nước trữ lớn nhất trong thời gian tiêu nước

Wc: Lượng nước trong khu trữ cuối thời gian tiêu nước

Wđ: Lượng nước đầu thời gian tiêu nước

[Wtrữ]: Dung tích trữ cho phép được xác định với một phương án cao trình ngập cho phép [Zngập] nào đấy của khu trữ (xác định từ quan hệ Z ~ W của khu trữ).

Nếu Wtiêu giả thiết thỏa mãn hai điều kiện (1) và (2) thì ta tính lưu lượng tiêu và hệ số tiêu tương ứng theo công thức:

(m3/s)

(l/s-ha)

Kết quả tính toán như trong bảng từ bảng 3 đến bảng 8.

  Bảng 4.2 - Kết quả tính toán xác định lưu lượng và hệ số tiêu

Trường hợp [Zngập] = 8,00m

Ngày tiêu1234567

Wđến (m3)686274.94495297.9561298.8492015.0285222.899661.579055.5

Wtiêu (m3)686274.94495297.9561298.8492015.0285222.899661.579055.5

Wtrữ (m3)0.00.00.00.00.00.00.0

Ztrữ (m)8.008.008.008.008.008.008.00

Qtiêu (m3/s)7.9452.036.505.693.301.150.91

qtiêu (l/s-ha)3.7924.803.102.711.570.550.44

    Bảng 4.3 - Kết quả tính toán xác định lưu lượng và hệ số tiêu

Trường hợp [Zngập] = 9,00m

Ngày tiêu1234567

Wđến (m3)686274.94495297.9561298.8492015.0285222.899661.579055.5

Wtiêu (m3)686274.94314824.1741772.6492015.0285222.899661.579055.5

Wtrữ (m3)0.0180473.80.00.00.00.00.0

Ztrữ (m)8.009.008.008.008.008.008.00

Qtiêu (m3/s)7.9449.948.595.693.301.150.91

qtiêu (l/s-ha)3.7923.804.092.711.570.550.44

    Bảng 4.4 - Kết quả tính toán xác định lưu lượng và hệ số tiêu

Trường hợp [Zngập] = 10,00m

Ngày tiêu1234567

Wđến (m3)686274.94495297.9561298.8492015.0285222.899661.579055.5

Wtiêu (m3)686274.93477493.11579103.5492015.0285222.899661.579055.5

Wtrữ (m3)0.01017804.80.00.00.00.00.0

Ztrữ (m)8.0010.008.008.008.008.008.00

Qtiêu (m3/s)7.9440.2518.285.693.301.150.91

qtiêu (l/s-ha)3.7919.188.712.711.570.550.44

     Bảng 4.5 - Kết quả tính toán xác định lưu lượng và hệ số tiêu

Trường hợp [Zngập] = 10,50m

Ngày tiêu1234567

Wđến (m3)686274.94495297.9561298.8492015.0285222.899661.579055.5

Wtiêu (m3)686274.92358059.62358059.6832492.4285222.899661.579055.5

Wtrữ (m3)0.02137238.3340477.40.00.00.00.0

Ztrữ (m)8.0010.509.278.008.008.008.00

Qtiêu (m3/s)7.9427.2927.299.643.301.150.91

qtiêu (l/s-ha)3.7913.0113.014.591.570.550.44

Bảng 4.6 - Kết quả tính toán xác định lưu lượng và hệ số tiêu

Trường hợp [Zngập] = 10,85m

Ngày tiêu1234567

Wđến (m3)686274.94495297.9561298.8492015.0285222.899661.579055.5

Wtiêu (m3)686274.91117577.51117577.51117577.51117577.51117577.5424664.2

Wtrữ (m3)0.03377720.52821441.82195879.31363524.6345608.70.0

Ztrữ (m)8.0010.8510.6910.2810.159.289.32

Qtiêu (m3/s)7.9412.9312.9312.9312.9312.934.92

qtiêu (l/s-ha)3.796.176.176.176.176.172.34

Bảng 4.7 - Kết quả tính toán xác định lưu lượng và hệ số tiêu

Trường hợp [Zngập] = 10,90 m

Ngày tiêu1234567

Wđến (m3)686274.94495297.9561298.8492015.0285222.899661.579055.5

Wtiêu (m3)686274.9940365.7940365.7940365.7940365.7940365.7940365.7

Wtrữ (m3)0.03554932.23175865.32727514.52072371.61231667.4370357.1

Ztrữ (m)8.0010.9010.7910.6710.4710.109.32

Qtiêu (m3/s)7.9410.8810.8810.8810.8810.8810.88

qtiêu (l/s-ha)3.795.195.195.195.195.195.19

Từ các kết quả trên ta lập được quan hệ Qtiêumax ~ Z

Trên đường quan hệ Qtiêumax ~ Z ta sẽ tìm được một giá trị Qbơm thích hợp sao thỏa mãn được cả hai điều kiện kinh tế và kỹ thuật, diện tích bị ngập không lớn Z  Zn và yêu cầu lưu lượng tiêu ra sông nhỏ và tương đối đồng đều. Hay nói một cách khác bảo đảm diện tích ngập nhỏ hơn diện tích ngập cho phép và khối lượng xây dựng công trình bơm tiêu ra sông là nhỏ nhất.

Hình 4.12.  Quan hệ lưu lượng tiêu (lưu lượng bơm) lớn nhất với cao trình ngập

4.3. Tính toán tiêu nươc mặt theo mô hình thủy lực 

4.3.1. Mô hình hóa việc tiêu nước từ đồng ruộng ra kênh tiêu ( ra sông )

     Ta thường phải giảI quyết bài toán tiêu úng do mưa rào từ đồng ruộng xuống hệ thống kênh tiêu và sông, Hệ số tiêu q được tính theo phương pháp thông thường, không chịu ảnh hưởng ngược của dòng chảy trên sông. Nhưng ở nhiều vùng do nước trên kênh tiêu dâng cao vì lũ nguồn, do chính lưu lượng tiêu hoặc do ảnh hưởng của thủy triều sẽ ảnh hưởng đến việc tháo nước từ đồng ruộng. Do vậy việc tính hệ số tiêu phải gắn với việc tính toán dòng chảy trên kênh và sông. Điều kiện biên của bài toán phải được mở rộng đến mặt ruộng và lượng mưa rơi xuống.

1. Trường hợp đồng ruộng kề bên sông, không có đê ngăn cách 

    Lưới sông được chia thành từng đoạn. Đồng ruộng được chia thành từng ô riêng biệt không tràn nước qua nhau. 

    Giả thiết biết quy luật phân bố diện tích theo cao độ F = f(z) , diện tích mỗi ô ruộng Fr, quy luật phân bố của mưa theo thời gian là P=P(t). (Nếu chỉ có mưa ngày thì xem là phân bố đều trong ngày)

    Xét ô ruộng ( r ) kề bên nút i kề bên lưới sông . Vào thời điểm tính toán , mực nứoc sông tại nút i là Zi , làm ngập diện tích ô ruộng một phần là Fn và dịên tích ô ruộng không bị ngập là Fkn=Fr-Fn ( Xem hình )

Tại thời điểm này , diện tích khu chứa nước ven sông tham gia phương trình cân bằng nước tại nút i là Fi là phần đồng ruộng bị ngập Fn

Hình 4.13. Khi sông không có đê

Lưu lượng do mưa trên ô ruộng tiêu vào sông tại nút I gồm hai phần: Một phần rơI trực tiếp trên ruộng bị ngập và phần khác là do hệ số tiêu phần ô ruộng không bị ngập 

  , m3/s                         (6.53)

P : Cường độ mưa , mm/h

q : Hệ số tiêu, l/s/ha

Fn : Diện tích phần ô ruộng bị ngập, ha

Fkn : Diện tích phần ô ruộng không bị ngập

Hệ số tiêu q và độ sâu mực nước trên mặt ruộng được chia theo bước thời gian cùng với dòng chảy trên sông

2. Trường hợp đồng ruộng có đê bao và nước tháo ra sông qua cống 

Chế độ làm việc của cống : Khi mực nước ngoài sông lớn hơn mực nứoc trong đồng thì cống đóng lại và ngược lại thì cống được mở để tiêu tự chảy ra sông

Hình 4.14. Khi sông tiêu có đê bao

Hình 4.15. Quá trình đóng, mở cống khi sông tiêu có đê bao

Lưu lượng do mưa tại ô ruộng được xác định : 

                   (6.54)

Mực nước trên phần ruộng bị ngập biến đổi theo thời gian và được xác định theo phương trình cân bằng:

                     (6.55)

Trong đó : Zr , Zr Mực nước cuối và đầu thời doạn tính

Lưu lượng qua cống được xác định :

Đặt : 

Thay vào phương trình trên và giải phương trình bậc 2 theo Qco ta sẽ có :

         (6.56)

      Với điều kiện  cống được mở để tháo nước trông đồng ra sông

Khi Zr < Zi cống phải đóng lại

Khi tiêu động lực thì phụ thộc vào lưu lưọng bơm 

Qbơm = f(Zr,Zi,đặc tính máy bơm và công trình tram )

Mối quan hệ giữa Zi, Fn, Qp, và Qco được xử lý trong quá trình tính toán  

4.3.2. Lựa chọn mụ hỡnh tớnh toỏn thuỷ lực. 

Nội dung chủ yếu của cỏc mụ hỡnh thuỷ lực là giải hệ phương trỡnh Saint - Venant bằng phương pháp số theo sơ đồ ẩn hoặc hiện. Nhiều nhà khoa học trong và ngoài nước đó nghiờn cứu giải quyết vấn đề này.

Ở Việt Nam nhiều nhà khoa học đó đưa ra một số cách giải như:

- Mụ hỡnh VRSAP của PGS. Nguyễn Như Khuê.

- Mô hinh SAL của PGS. Nguyễn Tất Đắc.

- Mụ hỡnh KOD của GS. Nguyễn Ân Niờn.

- Mụ hỡnh HYDROGIS của TS. Nguyễn Hữu Nhõn.

Dưới đây là một số mô hỡnh tớnh toỏn thuỷ lực được tính toán áp dụng của Việt Nam và Thế giới.

1. Mụ hỡnh KOD của GS.TS Nguyễn Ân Niên, ra đời từ năm 1974 trong bài toán phân lũ sông Đáy, sau đó phối hợp với Cục dự báo KTTV trong việc tính lũ và tiêu úng cho toàn mạng sông Hồng và sông Thái Bỡnh. Mụ hỡnh cũng cú thể dựng để xem xét đánh giá nguồn nước, kiểm định hệ thống thuỷ nông, giải quyết các bài toán quy hoạch thuỷ lợi... Mô hỡnh được lập ra để giải bài toán thuỷ lực nói chung và bài toán lũ nói riêng cho mạng lưới kênh sông.

Mụ hỡnh dựng phương pháp giải theo sơ đồ hiện, về mặt cấu trúc có thể xem đó là sơ đồ sai phân hỗn hợp: Phương trỡnh liờn tục sai phõn theo tam giỏc thuận (Lax) phương trỡnh chuyển động sai phân theo sơ đồ tam giác ngược không cân. Theo cách tính của mô hỡnh, sụng được chia thành các ô chứa bởi các mặt cắt, lưu lượng được tính tại các mặt cắt này cũn mực nước được tính ở tâm ô chứa.

Ưu điểm chính của mô hỡnh KOD là cú thể tớnh cho mọi lưới sông ô chứa phức tạp nhất, độ chính xác cao tính toán đơn giản, gọn nhẹ, kết quả đáp ứng tốt các bài toán thực tế đặt ra. Nhược điểm chính của mô hỡnh là bước thời gian t bị hạn chế bởi điều kiện Courant - Lewy, nhưng mô hỡnh khụng phải tớnh lặp cỏc hệ số nờn tốc độ tính toán vẫn nhanh chóng, không mất thời gian thành lập và giải hệ đại số tuyến tớnh tổng thời gian mỗi lớp tớnh cũng nhỏ. 

Mặt khác, việc mô phỏng hệ thống tiêu cũng chưa thật đầy đủ ví dụ như quá trỡnh trao đổi nước trên khu vực tiêu. Các công trỡnh trao đổi nước cũng như phương thức điều kiển chưa được xem xét đầy đủ nhất là các thực trạng tiêu úng trong những điều kiện tác động của con người trong quá trỡnh điều khiển hệ thống.

2. Mụ hỡnh VRSAP (Viet Nam river Systerm and plains) của PGS.TS Nguyễn Như Khuê trên cơ sở cải tiến mô hỡnh KRSAL xõy dựng từ năm 1978 là mô hỡnh toỏn dũng chảy lũ và thuỷ triều trờn hệ thống sụng ngoài, hồ chứa và đồng ruộng được cải tiến và phát triển trên sơ đồ sai phân ẩn của Dronker - Hà Lan. Mô hỡnh mụ tả chuyển động sông thiên nhiên khá tốt (Như hệ thống sông Hồng và sông Thái Bỡnh). Sau đó đến  MEKRSAL (Uỷ ban sông Mê Công quốc gia) rồi tiếp tục cải tiến đến VRSAP cơ sở lý luận của mụ hỡnh là hệ phương trỡnh vi phõn đạo hàm riêng Saint - Venant đầy đủ:

Trong đó: 

x: Biến số chỉ vị trớ mặt cắt trờn tuyến dũng chảy.

t: Thời gian.

Q: Lưu lượng, được coi là dương nếu theo chiều dương của x.

Z: Độ cao mặt nước so với mặt chuẩn nằm ngang.

: Diện tớch mặt cắt dũng chảy và khu chứa nước bên bờ.

K: Mô đun lưu lượng dũng chảy 

q: Lưu lượng bổ sung trên mỗi đơn vị chiều dài ven sông, được coi là dương nếu từ ngoài sông chảy vào.

Biên dưới (cửa ra) thường là quá trỡnh mực nước theo thời gian (Z~t).

Biên trên (cửa vào) thường là đường quá trỡnh lưu lượng theo thời gian (Qt).

Hệ phương trỡnh trờn được giải theo sơ đồ sai phân ẩn cho hệ thống sụng kờnh. Dũng chảy tràn trờn vựng ngập được mô phỏng theo tư tưởng của mô hỡnh SOGREAH thành cỏc ụ trao đổi nước qua nhau bởi các công trỡnh đập tràn giả định. Các ô ngập nước được chia thành hai loại: Ruộng kín và ruộng hở tương đương với các ô chứa nước kề sông như dũng bổ sung ngang kớn được liên hệ với nút sông qua một cống điều tiết, sự chuyển nước từ sông vào khu ngập diễn ra từ từ có sự điều tiết. Mô hỡnh VRSAP cú sự mụ phỏng hoạt động của các công trỡnh thuỷ cụng như các loại đập tràn, cống xi phông... và xét lượng mưa rơi trực tiếp trên ô ruộng. Mô hỡnh coi cụng trỡnh trờn kờnh như một đoạn sông đặc biệt mà mặt cắt đầu là thượng lưu, mặt cắt cuối là hạ lưu công trỡnh, nỳt được đồng nhất với mặt cắt các công trỡnh thuỷ cụng.

Mụ hỡnh VRSAP được ứng dụng rộng rói, cú hiệu quả cao, giải quyết được nhiều bài toán thông thường và một số bài toán lớn riêng của đồng bằng sông Hồng cũng như đồng bằng sông Cửu Long (Có bổ sung thêm phần xâm nhập mặn). 

Hiện nay mụ hỡnh VRSAP được sử dụng trong quỏ trỡnh tớnh toỏn cỏc phương án quy hoạch thuỷ lợi của Viện Quy hoạch Thuỷ lợi - Bộ Nông Nghiệp và PTNT. Tuy nhiên mô hỡnh cũn cú nhược điểm sau:

- Giao diện đơn giản, phần khai thác kết quả mất rất nhiều công sức, đồ hoạ cũn yếu, khụng đồng bộ với hiệu quả quy mụ của mụ hỡnh. 

- Các thửa ruộng hai bên đều được coi là đổ trực tiếp vào kênh, chia thành nhiều cấp cao độ. Trong nội bộ ô ruộng kín không cho phép chảy tràn từ cao xuống thấp. Điều này chỉ đúng trong điều kiện hệ thống thuỷ nông được hoàn chỉnh từ đầu mối đến mặt ruộng có bờ vùng, bờ kênh đến khoảng bờ ruộng canh tác cao đủ sức chống tràn.

- Xét đến hoạt động của các trạm bơm tiêu vào hệ thống một cách đơn giản thông qua hệ số tiêu và diện tích vùng bơm, mà hệ số tiêu thỡ khụng thể hiện được quá trỡnh bơm một cách hợp lý, khoa học và phự hợp với thực tiễn vận hành cỏc trạm bơm tiêu hiện nay.

Chương trỡnh gốc được viết bằng ngôn ngữ FORTRAN. Qua quá trỡnh ỏp dụng trong tớnh toỏn quy hoạch thiết kế của vựng đồng bằng sông Hồng, đồng bằng sông Cửu Long… chương trỡnh đó được cải tiến nâng cấp dần. Hiện nay chương trỡnh được viết lại bằng VisualBasic trong môi trường Windows, có giao diện thuận tiện hơn tuy nhiên giao diện chưa trực quan và chưa có kết nối GIS. Việc áp dụng mô hỡnh tương đối phức tạp, cần nhiều kinh nghiệm xử lý cụ thể. Mụ hỡnh dựa trờn bài toỏn một chiều nờn việc ứng dụng cũng cú những hạn chế nhất định.

3. Mụ hỡnh WENDY (của Delft Hydraulics - Hà Lan xõy dựng).

Là mụ hỡnh thuỷ động lực học sử dụng sơ đồ sai phân ẩn, mô hỡnh cho phộp tớnh: Thuỷ lực dũng hở xúi lan truyền, phự xa lơ lửng và xâm nhập mặn.

Tớnh toỏn thuỷ lực dũng hở: Mụ hỡnh tớnh cỏc đặc trưng thuỷ lực lũng dẫn như lưu lượng, mực nước, độ sâu dũng chảy, vận tốc trung bỡnh mặt cắt, hệ số chezy... Mụ hỡnh sử dụng thuận tiện, truy nhập số liệu dễ dàng, cho phép thay đổi mạng sông, các công trỡnh thuỷ lực trờn mạng. Tuy nhiờn mụ hỡnh chỉ quản lý mạng sụng nhỏ hơn 400 mặt cắt và cũn hạn chế khõu tớnh lượng mưa gia nhập vào dũng chảy, chưa xét đến sự điều tiết của các ô đồng ruộng như mô hỡnh VRSAP, SOGREAH...

Ngoài ra mụ hỡnh cho phộp tớnh toỏn xúi mũn do mất cõn bằng phự sa trong lũng dẫn như ảnh hưởng của đập. Tính lượng phù sa tưới cho đồng ruộng, tính nồng độ muối  tại các vị trí khác nhau trên mạng sông.

Ưu điểm của mô hỡnh WENDY là cú tớnh chất quản lý lưu vực, người sử dụng có thể đưa thêm trên sơ đồ hỡnh thỏi những kờnh mương, cầu cống, trên sơ đồ hỡnh thỏi những kờnh mương, cầu cống, công trỡnh thuỷ lợi, giả định các tỡnh huống về nguồn nước và khai thác nguồn nước. Tuy nhiờn mụ hỡnh WENDY khụng mụ phỏng dũng bổ sung ngang từ mưa trên lưu vực như mô hỡnh SSARR, lượng mưa  gia nhập khu giữa chỉ có thể được tính trực tiếp từ dũng chảy trờn cỏc sụng con. Mụ hỡnh khụng mụ tả khối lượng mưa rơi trực tiếp trên các ô ruộng, không có hệ thống liên kết các ô ruộng như trong các mô hỡnh SOGREAH, VRSAP và một điều quan trọng là dùng mô hỡnh WENDY phải cú PLUG (một bộ phận khoỏ cứng do Delft Hydraulics độc quyền chế tạo) và chính điều đó là nguyên nhân cũn cho WENDY mang tớnh thương mại và không được phổ biến rộng rói.

Trong dự án quy hoạch tổng thế đồng bằng sông Hồng (VIE 89/034) Công ty tư vấn SMEC (UC) phối hợp với Delft Hydraulics (Hà Lan) cùng các chuyên gia của Việt Nam đó đưa mô hỡnh WENDY vào ứng dụng cho toàn mạng Sụng Hồng - Thỏi Bỡnh. Do bộ nhớ của mụ hỡnh cú hạn, chỉ đưa được tối đa 400 mặt cắt, cấu trúc mạng sông của đồng bằng sông Hồng có bị giảm bớt đi.

4. Giới thiệu túm tắt một số mụ hỡnh tớnh toỏn thuỷ lực 2 chiều và khả năng áp dụng.

a. Mụ hỡnh kết hợp TL1D + ECOMOD-2D.

Đây là kết quả nghiên cứu trong dự án FLOCODS giữa Trung tâm khoa học tự nhiên và công nghệ Quốc gia (Viện Cơ học Việt Nam) và Giáo sư Nguyễn Kim Đan, Khoa toán cơ (Viện đại học Caen, Pháp) thực hiện trong năm 2004. Đây là mô hỡnh kết nối giữa mụ hỡnh thuỷ lực 1 chiều và 2 chiều, dùng tính toán cho một hệ thống sông tại một số điểm cục bộ (như đoạn sông cong bị xói lở, vùng cửa sông, khu phân chậm lũ...) có thể tính toán bằng mô hỡnh thuỷ lực 2 chiều. Mụ hỡnh kết hợp bao gồm :

- Mụ hỡnh TL1D: Là mụ hỡnh thuỷ lực 1 chiều (Viện Cơ học), hiện đó được áp dụng tính toán cho hệ thống sông Hồng, sông Thái Bỡnh.

- Mụ hỡnh ECOMOD-2D: Mụ hỡnh thuỷ lực 2 chiều, là kết quả nghiờn cứu của 10 luận văn Tiến sỹ trong khoảng thời gian 18 năm tại Khoa toán cơ, Viện đại học Caen, Phỏp. 

Hiện nay cả 2 mụ hỡnh đều có chương trỡnh nguồn, khi sử dụng cú thể bổ xung cho phự hợp với yờu cầu bài toỏn nghiờn cứu (tuy nhiờn đũi hỏi người lập trỡnh phải cú kinh nghiệm và chuyờn sõu). 

b. Mụ hỡnh MIKE 21, MIKE 21C (2D) và MIKE FLOOD (1D-2D).

* Mụ hỡnh MIKE 21.

      Phần mềm ứng dụng MIKE 21 được phát triển bởi Viện thuỷ lực Đan Mạch (Denmark Hydraulic Institute). Mô hỡnh 2 chiều lưới thẳng MIKE 21 (bao gồm các module thuỷ lực, thuỷ văn, chất lượng nước, vận chuyển bùn cát, vỡ đập...). Hiện nay mụ hỡnh đó được chuyển giao, đào tạo và ứng dụng có hiệu quả tại một số cơ quan trong Bộ NN & PTNT. Hiện đó được ứng dụng trong các nghiên cứu về Hệ thống mô hỡnh dự bỏo dũng chảy tại cỏc nước trên thế giới như: Anh, Ba Lan, Đức, Ấn Độ, Bangladest, Trung Phi, Thỏi Lan, Trung Quốc, Indonesia...   

Mụ hỡnh thuỷ lực 2 chiều MIKE 21-HD là mụđun thủy động lực dùng để mô hỡnh húa dũng chảy tràn. Được dùng để mô phỏng sự biến động mực nước, lưu lượng ứng với các thay đổi về chế độ thủy lực trong sông, hồ và các vùng chảy tràn. Mực nước, lưu lượng được tính trong lưới hỡnh chữ nhật chứa khu vực nghiờn cứu khi cú dữ liệu địa hỡnh, độ nhám đáy, điều kiện biên, trường gió...

* Mụ hỡnh MIKE 21C.

Mike 21C, “C” được viết tắt của từ tiếng Anh Curvilinear (nghĩa là đường cong), cho thấy ngay điểm nổi bật và khác biệt với những mô hỡnh hai chiều khỏc về việc tạo lưới cong tính toán.

Mụ hỡnh MIKE 21C được xây dựng dựa trên việc giải hệ phương trỡnh Saint Vernant cho dũng chảy 2 chiều (hướng dọc sông và hướng ngang), theo chiều sõu dũng chảy cỏc yếu tố thuỷ lực và bựn cỏt được lấy trung bỡnh. 

Lưới cong trực giao sử dụng trong MIKE 21C có được từ việc giải hệ phương trỡnh:

Trong đó:  x, yTọa độ Đề Các.

s, nTọa độ cong (ngược chiều kim đồng hồ).

gHàm tỉ trọng.

Hàm tỉ trọng là tỉ lệ giữa độ dài ô lưới theo phương s và độ dài ô lưới theo phương n. Hàm này được xác định như sau:

Mụ hỡnh Mike 21C được cấu trúc bởi 2 mô đun chính:

- Mô đun thuỷ động lực HD trong đó có xét tới tác động của dũng chảy vũng.

- Mô đun tính toán hỡnh thỏi M, bao gồm:

+ Tớnh toỏn dũng chảy vũng.

+ Tớnh toỏn vận chuyển bựn cỏt.

+ Tính toán sự thay đổi độ cao đáy của lũng sụng.

+ Tính toán diễn biến xói lở đường bờ sông.

MIKE 21C gồm đầy đủ cỏc phản hồi về sự thay đổi cao trỡnh đáy sông và sự vận động  của đường bờ trong tớnh toỏn dũng chảy. Nú thực sự là một mụ hỡnh động học về hỡnh thỏi sụng. Đối với mụ phỏng thời đoạn dài, những giả thiết về dũng đều được chấp nhận. Đơn vị tính toán này được ứng dụng để khảo sỏt sự thay đổi hỡnh thỏi sụng, bao gồm những tác động của cỏc cụng trỡnh trờn sụng như kè, đập mỏ hàn, đập dõng, mố trụ cầu và việc nạo vột lũng sụng. Những nghiờn cứu điển hỡnh bao trựm khảo sỏt hỡnh thỏi sụng ngắn hạn, trung hạn, dài hạn, từ hàng tuần đến hàng năm trên toàn bộ cỏc nhỏnh sụng dài từ 5 đến 100 km.

Mụ hỡnh gồm 3 mô đun chính: Mô đun tính thuỷ lực, tính bùn cát và mô đun tính hỡnh thỏi. Ngoài ra cũn nhiều mô đun nhỏ mụ phỏng cỏc cụng trỡnh sụng, bói giữa...

* Mụ hỡnh MIKE FLOOD.

    Mụ hỡnh MIKE FLOOD chỉ là kết nối giữa mụ hỡnh 1 chiều MIKE11 và mụ hỡnh 2 chiều MIKE21. Thụng thường khi nghiên cứu một lưu vực sông lớn do điều kiện số liệu địa hỡnh hạn chế khi ỏp dụng mụ hỡnh 2 chiều, hoặc với một vựng tớnh toỏn quỏ lớn vượt quá khả năng bộ nhớ và tốc độ của máy tính PC. Sử dụng mụ hỡnh MIKE FLOOD, khi cần ta cú thể mụ tả bài toỏn 1 chiều cho một hệ thống sụng, và tại những nơi cần thiết kết hợp với mô hỡnh 2 chiều. 

5. Mụ hỡnh thuỷ lực một chiều MIKE 11.

    Mụ hỡnh thủy lực một chiều MIKE 11 của Viợ̀n thủy lực Đan Mạch DHI Water & Environment phát triển, là phần mềm dùng để mô phỏng dũng chảy, lưu lượng, chất lượng nước và vận chuyển bùn cát ở các cửa sông, sông, kênh tưới và các vật thể nước khác. 

    Ứng dụng mụ hỡnh thuỷ lực một chiều MIKE 11 tớnh toỏn thuỷ lực mùa lũ cho mạng sông trong vùng nghiên cứu, trên cơ sở đó mô tả được tình hình hiện trạng cũng như thể hiện được diễn biến của dòng chảy cũng như sự hình thành và lan truyền lũ trong mạng sông.

   Mụ hỡnh Mike 11 là một mụ hỡnh mạnh và có nhiều điểm thuận lợi trong quá trỡnh tớnh toỏn thuỷ lực, mụ hình thủy động lực MIKE11 áp dụng với chế độ sóng động lực hoàn toàn ở cấp độ cao, trong chế độ này MIKE11 có khả năng tính toán với:

-Dòng chảy biến đổi nhanh.

-Lưu lượng thủy triều.

-Hiệu quả nước đọng thay đổi nhanh.

-Sóng lũ. 

-Lòng dẫn có độ dốc lớn.

*  Mụ tả cấu trỳc và cỏc module của mụ hỡnh MIKE 11:

     Đặc trưng cơ bản của mô hỡnh MIKE 11 là cấu trỳc mụ đun tổng hợp với nhiều loại mô đun được thêm vào mỗi mô phỏng các hiện tượng liên quan đến hệ thống sông. Các module trong bộ MIKE 11 bao gồm:

- Module HD Thủy động lực học là phần cốt lừi của MIKE 11, cú khả năng:

+ Giải bài toán thủy động lực học St. Venant cho kênh hở.

+ Giải bài toỏn súng khuyếch tán, sóng động học cho một số nhánh định trước.

+ Giải bài toán Muskingum cho một số nhánh định trước.

+ Tự động hiệu chỉnh cho điều kiện dũng chảy ờm, dũng chảy xiết.

+ Mụ phỏng hầu hết cỏc loại cụng trỡnh trờn sụng như cầu, cống, trạm bơm, đập...

- Cỏc ứng dụng liên quan đến mô đun MIKE 11 AD bao gồm:

Nghiên cứu truyền tải vật chất một chiều như quá trỡnh xõm nhập mặn, chất lượng nước, hiện tượng phỡ dưỡng trong sông...

Ngoài mô đun HD và AD đó mụ tả ở trờn, MIKE bao gồm cỏc mụ đun bổ sung về các vấn đề:

- Thủy văn (Mike - NAM).

- Chất lượng nước (Mike WQ).

- Vận chuyển bựn cỏt cú cố kết (cú tớnh dớnh) (Mike -ST).

- Vận chuyển bựn cỏt khụng cú cố kết (khụng cú tớnh dớnh) (Mike -ST).

Chế độ dòng chảy cho một đoạn sông đơn được mô tả bằng hệ phương trình vi phân đạo hàm riêng Saint - Vernant (bao gồm phương trình liên tục và phương trình động lượng). 

Hệ phương trình cơ bản mô tả chế độ thuỷ lực như sau: 

- Phương trình liên tục: 

 (1)

+ Phương trình động lượng:

(2)

Trong đó:

B: Chiều rộng mặt nước ở thời đoạn tính toán (m).

Z: Cao trình mực nước ở thời đoạn tính toán (m).

t: Thời gian tính toán (giây).

Q: Lưu lượng dòng chảy qua mặt cắt (m3/s).

X: Không gian (dọc theo dòng chảy) (m).

: Hệ số phân bố lưu tốc không đều trên mặt cắt.

W: Diện tích mặt cắt ướt (m2).

q: Lưu lượng ra nhập dọc theo đơn vị chiều dài (m2/s).

C: Hệ số Chezy, được tính theo công thức:

C = Ry/n

n: Hệ số nhám. 

            R: Bán kính thuỷ lực (m).

            y: Hệ số, theo Maninh y=1/6.

g: Gia tốc trọng trường = 9,81 m/s2.

: Hệ số động lượng.

: Hệ số động năng.

Để giải hệ phương trỡnh St. Venant sử dụng phương pháp số gần đúng sai phân. Đầu vào mô hỡnh là cỏc số liệu về đặc tính hệ thống cùng với số liệu của nguồn nước vào ra trên toàn hệ thống. 

Hệ phương trỡnh vi phõn (1) và (2) là hệ phương trỡnh vi phõn phi tuyến, cú hệ số biến đổi. Các nghiệm cần tỡm là Q và Z là hàm số của cỏc biến độc lập x, t. Nhưng các hàm A và v lại là hàm phức tạp của Q và Z nên không giải được bằng phương pháp giải tích, mà giải gần đúng theo phương pháp sai phân.

Từ hệ phương trỡnh Saint Venant, ta cú hai phương trỡnh viết theo Q và h: 

  (3)

 (4)

     Giải hệ phương trình vi phân trên theo phương pháp sai phân hữu hạn 6 điểm ẩn (Abbott - Ionescu 6 - point) sẽ xác định được giá trị lưu lượng, mực nước tại mọi đoạn sông, mọi mặt cắt ngang trong mạng sông và mọi thời điềm trong khoảng thời gian nghiên cứu. 

    Theo phương pháp này thì mạng sông nghiên cứu được chia thành các đoạn sông đơn bằng các mặt cắt ngang, các đoạn sông được nối tiếp với nhau theo đúng trạng thái tự nhiên, bằng phương pháp trên và quá trình sai phân tuyến tính hoá sẽ thu được hệ phương trình sai phân viết cho toàn mạng sông thông qua mắt lưới sai phân, giải hệ phương trình sai phân sẽ thu được nghiệm cần tìm tại các mắt lưới, cụ thể là tìm được cao trình mực nước tại các vị trí có mặt cắt và vị trí có mặt cắt + 2*dx, Lưu lượng tại các vị trí có mặt cắt + dx và các vị trí công trình như cống, đập... trên toàn bộ mạng sông sau mỗi bước thời gian tính toán.  

    Như vậy sau mỗi bước tính toán sẽ thu được giá trị lưu lượng Q (m3/s) và cao trình mực nước Z (m) tại các vị trí đã nêu trên.

* Giải phương trỡnh theo phương pháp sai phân 6 điểm như sau:

Xét một đoạn sông dài 2x trong thời gian t:

Sơ đồ sai phân ẩn 6 điểm trung tâm

Phương trỡnh liờn tục được sai phân hoá tại bước thời gian  như sau: 

Trong đó: Chỉ số bên dưới trong phương trỡnh biểu thị vị trớ dọc theo nhỏnh, và chỉ số bờn trờn chỉ khoảng thời gian.

Ao,j : Diện tích khống chế bởi hai điểm lưới j -1 và j

Ao,j+1 : Diện tớch khống chế bởi hai điểm lưới j và j +1

2x : Khoảng cách giữa hai điểm j -1 và j +1

Thế vào phương trỡnh (3) ta được phương trỡnh:

       +   = qj

Hay: 

 (5)

Trong đó: ,, = f (bs,) = f (Qn, hn, Qn+1/2)

   Phương trỡnh động lượng được sai phân hoá tại bước thời gian () như sau:

Trong đó tính gần đúng với: 

Thay vào phương trỡnh (4) ta được một phương trỡnh cú dạng: 

 (6)

Trong đó:

j = f(A)

j = f(Qjn, t, x, C, A, R )

j = f(A)

j = f( A, , x, t, , q, v,  )

      Như vậy, nhờ phương pháp sai phân và tuyến tính hoá, biến đổi hai phương trỡnh Saint-Venant (3) và (4) thành hai phương trỡnh đại số bậc nhất (5) và (6). Các hệ số của hệ phương trỡnh này đều có quan hệ với các ẩn số Q, h. 

Thuật toán cho công trình.

*. Các dạng công trình được mô phỏng tính toán trong MIKE11 gồm:.

- Đập đỉnh rộng, đập tràn.

- Cống (cống hình chữ nhật, hình tròn...).

- Bơm.

- Hồ chứa.

- Công trình điều tiết.

- Môdun cầu.

*. Các điều kiện bên trong:

- Các công trình đều có điều kiện chung bên trong là:

Q = f(mực nước thượng lưu và hạ lưu của công trình).

Thay phương trình mô men bằng cân bằng năng lượng cục bộ:

HTL - HHL = Htổn thất

Trong đó:

      HTL: Mực nước thượng lưu công trình.

      HHL: Mực nước hạ lưu công trình.

      Htổn thất: Mực nước tổn thất do sự thu hẹp hay mở rộng dòng chảy.

Ngăn cách giữa các tổn thất dòng vào và dòng ra.

*. Các đặc điểm chung bên trong công trình.

- Tất cả các công trình đều nằm ở điểm Q.

- Các mặt cắt thượng lưu và hạ lưu phải có trong cơ sở dữ liệu với khoảng cách <dx-max từ công trỡnh.

- Hệ số lưu lượng tự do được nhân lên bằng cách tính lưu lượng tự do (nghĩa là dũng chảy tới hạn)

- Điều tiết valve cho phép dũng chảy chỉ theo 1 hướng, ví dụ: Đối với việc vận hành/ điều tiết cửa lưỡi gà (flap gate operation).

Trên cơ sở phân tích ưu nhược điểm và các thế mạnh của các mô hỡnh thủy lực, để giải quyết bài toán lũ của sông Hoàng Long chọn mụ hỡnh thuỷ động lực MIKE 11 của Viện thuỷ lực Đan Mạch (DHI). Mô hỡnh MIKE 11 là mụ hỡnh động lực một chiều và thân thiện với người sử dụng, linh hoạt và tốc độ, MIKE 11 cung cấp một môi trường thiết kế hữu hiệu về kỹ thuật công trỡnh, tài nguyờn nước và các ứng dụng quy hoạch.

4.3.3. Cỏc tài liệu sử dụng trong tớnh toỏn

1. Tài liệu địa hình

+ Địa hình lòng sông bao gồm mặt cắt dọc, ngang của tất cả các sông trong phạm vi tính toán theo hệ cao độ Quốc Gia. 

+ Bản đồ tỷ lệ 1/50.000 toàn vùng nghiên cứu.

+ Thụng số cỏc cụng trỡnh đầu mối, công trỡnh điều tiết lớn trên dũng chớnh.

+ Bỡnh đồ tỷ lệ 1/5000 khu vực đặc trưng 

2. Tài liệu thủy văn

Tớnh toỏn thuỷ lực lũ mạng sụng.

a) Dũng chảy từ cỏc lưu vực trên thượng lưu được sử dụng như các biên trên của mô hỡnh thuỷ lực.

b) Biên tính toán trong phạm vi lưu vực sông.

+ Các đường quá trình lưu lượng, mực nước thực đo tại các trạm: 

+ Các đường quá trình lưu lượng, mực nước thực đo tại các trạm: phục vụ công việc kiểm định mô hỡnh.

+ Biên trên là đường quá trỡnh lưu lượng lũ (Q~t) tại trạm phục vụ công việc tính toán các phương án.

+ Biên dưới đường quá trình mực nước (H~t) tại trạm phục vụ công việc tính toán các phương án.

         c) Sơ đồ tính toán thuỷ lực toàn mạng sông : 

4.3.4.  Kiểm nghiệm và xác định bộ thông số của mô hỡnh toỏn 

1. Mụ phỏng lũ 

Mô phỏng chế độ thuỷ với một trận lũ thực tế nhằm tìm ra một bộ thông số phù hợp với mạng sông cần triển khai tính toán cho các phương án sử dụng và phát triển nguồn nước vùng nghiên cứu. Sau nhiều lần tính toán hiệu chỉnh đã thu được kết quả quá trình lưu lượng, mực nước toàn bộ mạng sông. Tại các vị trí có trạm quan trắc đường quá trình của đại lượng thực đo và tính toán mô phỏng bám khá sát nhau, như vậy quá trình mô phỏng đạt yêu cầu, bộ thông số thu được trong mô phỏng đã phản ánh sát thực chế độ thuỷ lực tiêu thoát nước trong mùa lũ của mạng sông nghiên cứu. Với kết quả này mô hình thuỷ lực sẽ cho kết quả đủ độ tin cậy để tiến hành tính toán các phương án khai thác, sử dụng và phát triển nguồn nước của dự án.

2. Kiểm định mô hỡnh 

     Trên cơ sở bộ thông số của mô hỡnh thủy lực trong việc mụ phỏng, tiến hành kiểm định bộ thông số đó với một trận lũ lớn thực tế đó xảy ra. Từ đó có thể đánh giá được độ tin cậy của mô hỡnh thủy lực. Qua tớnh toỏn kiểm định với trận lũ thực tế cho thấy sai số tại cỏc trạm kiểm tra. Với kết quả kiểm định này mô hình thuỷ lực sẽ cho kết quả đủ độ tin cậy để tiến hành tính toán các phương án.

4.3.5. Các trường hợp tính toán để lựa chọn phương án tiêu cho hệ thống

1. Phương án 1

2. Phương án 2

3. Phương án 3 

4.3.6. Phân tích kết quả tính toán lựa chọn phương án tiêu cho hệ thống

* Nhận xột kết quả tớnh toỏn thuỷ lực

 * Luận chứng lựa chọn phương án

Trên cơ sở tính toán kinh tế kỹ thuật các phương án, nhận xét về các ưu nhược điểm của các phương án:

1. Phương án 1

a. Ưu điểm: 

b. Nhược điểm:

2. Phương án 2: 

a. Ưu điểm: 

b. Nhược điểm:

3. Phương án 3.

a. Ưu điểm: 

b. Nhược điểm:

Kết luận chung về Phương án 

4.3.7. Đánh giá hiệu quả khi thực hiện cỏc giải phỏp tiêu cho hệ thống

4.4. Thiết kế hệ thống kờnh  tiờu

4.4.1. Hệ số tiêu - Giản đồ hệ số tiêu

1. Hệ số tiêu

Ở chương 4 chúng ta đã tính được hệ số tiêu cho từng loại diện tích khác nhau: Diện tích trồng lúa, các loại cây trồng khác, diện tích không canh tác... Để có chỉ tiêu thiết kế kênh mương và các công trình tiêu chung cho toàn khu vực bao gồm nhiều loại diện tích tiêu khác nhau. Người ta dùng chỉ tiêu hệ số tiêu cho toàn hệ thống qTK 

Hệ số tiêu đại diện cho toàn hệ thống trong một thời gian nhất định được tính bằng:

qi = qAiA + qBiB + qCi + ...

qi: Hệ số tiêu của khu vực trong thời gian i

qAi, qBi, qCi: Hệ số tiêu cho các loại diện tích A, B và C

,  ,  

A, B, C: Tỷ lệ diện tích của các loại diện tích tiêu A, B và C

A, B, C: Diện tích tiêu các loại

: Tổng diện tích của toàn khu tiêu

Dựa vào công thức tính toán chung ta sẽ tính được quá trình hệ số tiêu của khu vực trong thời gian tiêu nước.

Biểu diễn bằng đồ thị quá trình hệ số tiêu chúng ta được giản đồ hệ số tiêu.

Giản đồ hệ số tiêu thường mang nhiều đặc tính của sự phân bố mưa. Trong trận mưa có thời gian hệ số tiêu rất nhỏ có thời gian hệ số tiêu rất lớn. Đặc điểm này gây rất nhiều khó khăn cho việc chọn một trị số hệ số tiêu đại diện làm tiêu chuẩn thiết kế các công trình tiêu. Vì vậy đòi hỏi chúng ta phải điều chỉnh giản đồ hệ số tiêu.

2. Điều chỉnh giản đồ hệ số tiêu

Để làm giảm bớt mức độ không đồng đều của giản đồ hệ số tiêu. Dựa vào điều kiện địa hình địa mạo trong khu vực, chúng ta lợi dụng khả năng trữ nước của các vùng trũng trong khu tiêu, trữ lại một phần lượng nước trong thời gian tiêu căng thẳng (thời gian xuất hiện hệ số tiêu lớn).

Giả sử lượng nước trữ được là Wtrữ thì hệ số tiêu của khu vực sẽ được giảm một lượng là:

Wtrữ: Lượng nước trữ lại

t: Thời gian trữ

: Tổng diện tích khu tiêu  

(l/s-ha)

Htrữ: Lớp nước trữ  lại (mm)

t: Thời gian trữ nước (ngày)

trữ: Diện tích trữ nước (ha)

: Tổng diện tích khu tiêu (ha)

Muốn xác định được q chúng ta phải xác định được Htrữ, trữ, t

a) Xác định diện tích trữ trữ

trữ là tổng diện tích ao hồ, khu trũng trong khu tiêu phải điều tra thực tế để xác định ra. 

b) Chiều sâu trữ nước Htrữ

Htrữ là chiều sâu trữ nước trên khu trữ. Việc xác định chiều sâu trữ nước Htrữ khá phức tạp. Vì lượng nước trữ phải được đưa vào và tháo khỏi khu trữ bằng tự chảy, vì thế mực nước trữ phải bảo đảm điều kiện: 

- Mực nước trữ cao nhất phải thấp hơn mực nước kênh dẫn vào khu trữ 

- Mực nước nhỏ nhất của khu trữ phải lớn hơn mực nước kênh tháo khỏi khu trữ

Do hai điều kiện này mà hạn chế rất nhiều khả năng trữ nước của khu trữ. Khi xác định trữ và Htrữ chúng ta phải căn cứ vào điều kiện địa hình, địa mạo cụ thể của khu trữ.

c) Thời gian trữ nước

Căn cứ vào sự phân bố của giản đồ hệ số tiêu mà chọn thời gian trữ nước sao cho hiệu quả trữ nước là lớn nhất, có hai hình thức trữ:

- Trữ dàn đều: Có thời gian trữ bằng thời gian tiêu. Các trị số trong giản đồ hệ số tiêu đều được giảm một lượng q. Cách trữ này không có tác dụng làm đồng đều giản đồ hệ số tiêu.

Hình 9.14 - Trường hợp trữ dàn đều

- Trữ có trọng điểm: Trữ vào những ngày tiêu căng thẳng, tiêu lượng nước đó vào những ngày sau, có hệ số tiêu nhỏ. Với hình thức hiệu chỉnh này có tác dụng làm tăng tính đồng đều của giản đồ hệ số tiêu.

Hình 9.15 - Trường hợp trữ trọng điểm

4.4.2. Tính lưu lượng tiêu ở đầu hệ thống

Khi chuyển nước từ mặt ruộng về công trình đầu mối phải cần một thời gian nhất định. Vì vậy, sự xuất hiện lưu lượng lớn nhất của các khu vực về đầu mối không xuất hiện đồng thời ở đầu hệ thống. Nhất là đối với những hệ thống lớn. Hiện tượng này gọi là hiện tượng chậm tới.

1. Đối với hệ thống tiêu nhỏ

Lưu lượng từ các điểm trong khu tiêu chuyển về đầu hệ thống trong một thời gian rất ngắn. Vì vậy, có thể coi lưu lượng các nơi chuyển về cùng một lúc, quá trình lưu lượng tiêu của hệ thống có dạng quá trình hệ số tiêu.

qmax: Hệ số tiêu lớn nhất trong giản đồ tiêu đã hiệu chỉnh (l/s-ha)

tiêu: Diện tích khu vực tiêu (ha)

2. Đối với hệ thống tiêu lớn

Hiện tượng chậm tới có ảnh hưởng lớn tới quá trình lưu lượng ở đầu hệ thống. Việc tính toán lưu lượng Qmax khá phức tạp phải dựa vào đường quá trình lưu lượng tiêu.

Đường quá trình lưu lượng tiêu tại mặt cắt nào đó sẽ là tổng cộng các đường quá trình lưu lượng của các mặt cắt phía trên nó có kể đến hiện tượng chậm tới.

Cụ thể xác định quá trình lưu lượng tại mặt cắt A.

Dựa vào đường quá trình lưu lượng tổng cộng chọn trị số lưu lượng lớn nhất làm lưu lượng thiết kế QTK.

Do hiện tượng chậm tới mà QTK <  Qmax

Chú ý: Khi tính lưu lượng tiêu người ta không kể đến lượng tổn thất

Hình 9.16 - Xác định lưu lượng tiêu đối với hệ thống lớn

4.4.3. Các điều kiện phải thỏa mãn khi thiết kế kênh tiêu

Cũng như kênh tưới, mục đích và yêu cầu thiết kế kênh tiêu là xác định các kích thước cơ bản của kênh bảo đảm:

- Có khả năng tiêu nước tự chảy lớn nhất.

Mực nước kênh cấp lớn bao giờ cũng thấp hơn mực nước kênh cấp nhỏ. Để có thể tiêu tự chảy cho một khu vực, cao trình yêu cầu tiêu tự chảy của kênh tiêu được tính theo công thức:

yc tiêu = A0 + h - li - i

Trong đó:

A0: Cao trình ruộng tiêu tự chảy

h: Lớp nước cho phép lớn nhất trên mặt ruộng 

li: Tổng tổn thất cột nước dọc đường kênh 

i: Tổng tổn thất cột nước cục bộ qua công trình

- Tiêu nước một cách thuận tiện, nhanh chóng và kịp thời

- Kênh làm việc ổn định, không bồi lắng xói lở và phục vụ được lâu dài

- Kênh phải đáp ứng yêu cầu lợi dụng tổng hợp như giao thông thuỷ, nuôi cá.

- Ngoài ra kênh phải được thiết kế sao cho khối lượng đào đắp, xây dựng kênh nhỏ nhất

4.4.4. Trình tự thiết kế kênh tiêu

Trình tự thiết kế kênh tiêu cũng như thiết kế kênh tưới. Thiết kế mặt cắt dọc và mặt cắt ngang đồng thời với nhau để điều chỉnh các chỉ tiêu của kênh như i, b, h thỏa mãn các yêu cầu đã nêu. Thiết kế kênh tiêu được tiến hành qua các bước sau:

1.Dựa vào tài liệu địa hình vẽ mặt cắt dọc mặt đất tự nhiên mà tuyến kênh đi qua, trên đó ghi vị trí của tất cả các công trình trên tuyến kênh như cửa tiêu vào của kênh cấp dưới, công trình vượt chướng ngại vật...

2.Xác định các cao trình yêu cầu tiêu tự chảy ở đầu kênh cấp dưới là các kênh tập trung nước tiêu vào kênh được thiết kế, ghi các cao trình yêu cầu tiêu tự chảy vào đúng vị trí của chúng trên kênh

3.Dựa vào chất đất, lưu lượng chảy trong kênh xác định độ dốc kênh i.

4.Vẽ đường mặt nước thiết kế kênh

Dựa vào đường mặt đất tự nhiên nơi tuyến kênh đi qua, các cao trình yêu cầu tiêu tự chảy của các kênh cấp dưới, sơ bộ vẽ đường mặt nước thiết kế của kênh thỏa mãn các yêu cầu:

- Nằm dưới cao trình yêu cầu tiêu tự chảy 

- Tương đối phù hợp với mặt đất tự nhiên để khối lượng đào đắp ít

- Có độ dốc mặt nước như độ dốc đã chọn

Xác định đường mực nước yêu cầu hay đường mặt nước thiết kế của kênh là một bước vô cùng quan trọng vì vị trí của đường mặt nước thiết kế quyết định diện tích khống chế tiêu tự chảy của kênh, quyết định đến cao trình đáy kênh sau này, cũng có nghĩa là ảnh hưởng tới khối lượng đào đắp của kênh. Vì vậy, cần phải nghiên cứu, phân tích, so sánh thật kỹ giữa khả năng phục vụ tiêu tự chảy của kênh và khối lượng đào đắp kênh mương, để xác định được vị trí của đường mực nước thiết kế thoả mãn các điều kiện  kinh tế kỹ thuật.

5.Dựa vào QTK, i, m, n tiến hành tính toán thủy lực xác định kích thước mặt cắt ngang của kênh: bTK, hTK

Chúng ta có thể sử dụng các phương trình cơ bản trong dòng chảy đều để giải các bài toán cụ thể. Trong tính toán thường dùng phương pháp so sánh với mặt cắt lợi nhất về mặt thủy lực để tính toán mặt cắt ngang của kênh. Thông thường bài toán tính mặt cắt ngang kênh bao giờ cũng có hai ẩn là bK, hK. Chúng ta phải dựa vào kinh nghiệm hay dựa vào một số điều kiện mà kênh mương phải thỏa mãn để sơ bộ xác định một số đặc trưng của mặt cắt như bK, , [V]K để xác định các đặc trưng khác như hK, bK... Với kênh tiêu thường được bố trí ở các rạch trũng hoặc lợi dụng các kênh lạch tự nhiên, vì vậy thường chọn hệ số hình dạng  của kênh  rồi tính toán các kích thước khác của kênh như hK, bK  . 

Sau khi tính toán chúng ta tiến hành kiểm tra lại tốc độ chảy trong kênh hay các yêu cầu khác mà kênh phải thỏa mãn như giao thông thuỷ.

6.Tính cao trình đáy kênh 

ĐK  =yc -  hTK

7.Tính cao trình bờ kênh

BK =ĐK + hmax + '

BK =ĐK + hTK +  

,  độ vượt cao an toàn ứng với trường hợp thiết kế và trường hợp kiểm tra được lấy trong quy phạm thiết kế kênh.

8.Kiểm tra điều kiện khống chế tiêu tự chảy ứng với Qmax

max = ĐK + hmax

So sánh với cao trình yêu cầu tiêu  của kênh cấp dưới.

9.Vẽ mặt cắt dọc, mặt cắt ngang kênh mương

10.Tính toán khối lượng và giá thành kênh mương

11.Thống kê vị trí, hình thức và kích thước cơ bản của các công trình trên kênh

Chú ý: Kênh tiêu thường nhận nước tiêu dọc theo chiều dài chuyển nước vì thế mực nước và lưu lượng kênh tiêu thường thay đổi dọc theo chiều dài kênh, nếu ảnh hưởng nhiều thì chúng ta phải tính toán theo trạng thái chảy không đều, hoặc chảy không ổn định trong kênh. Để tính toán kích thước cơ bản của kênh trong trường hợp này thường phải giả thiết kích thước của kênh, sau đó tính toán thuỷ lực để kết luận về tính hợp lý của các kích thước kênh đã giả thiết.