Tài liệu ứng dụng công nghệ đo mưa tự động thời gian thực trong vận hành tưới cho hệ thống thủy lơi bắc hưng hải

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