Tài liệu Nghiên cứu, đánh giá khả năng cấp nước tưới và đề xuất giải pháp tưới cho hệ thống thủy lợi nam nghệ an

LỜI CẢM ƠN Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật với đề tài: “Nghiên cứu, đánh giá khả năng cấp nước tưới và đề xuất giải pháp tưới cho hệ thống thuỷ lợi Nam Nghệ An” được hoàn thành tại Trường Đại học Thủy lợi Hà Nội với sự giúp đỡ, chỉ bảo, hướng dẫn nhiệt tình của các thầy giáo, cô giáo, của các đồng nghiệp và bạn bè. Học viên xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy TS. Trần Dũng Tiến và TS. Nguyễn Lương Bằng, người hướng dẫn khoa học đã rất chân tình hướng dẫn học viên hoàn thành luận văn này. Xin chân thành cảm ơn: Ban giám hiệu, các thầy cô giáo trong Khoa Kỹ thuật tài nguyên nước, các thầy giáo cô giáo các bộ môn – Trường Đại học Thủy lợi. Xin chân thành cảm ơn đến các cơ quan đoàn thể, đồng nghiệp, bạn bè đã giúp đỡ và góp những ý kiến quý báu trong luận văn này. Cuối cùng xin cảm tạ tấm lòng của những người thân trong gia đình, đã tin tưởng động viên và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn này. Do đề tài giải quyết vấn đề mới mẻ, cũng như thời gian và tài liệu thu thập chưa thực sự đầy đủ, luận văn chắc chắn không thể tránh khỏi các thiếu sót, học viên rất mong nhận được sự thông cảm, góp ý chân tình của các thầy cô và đồng nghiệp quan tâm tới vấn đề này. Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2018 Học viên Chantha INTA i LỜI CAM ĐOAN Học viên xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân học viên. Các kết quả nghiên cứu và những kết luận trong luận văn là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào và chưa từng được ai công bố trong bất cứ công trình nào khác. Việc tham khảo, trích dẫn các nguồn tài liệu đã được ghi rõ nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định. Học viên Chantha INTA ii MỤC LỤC MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1 I. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI .......................................................................... 1 II. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU .................................................................................. 2 III. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU ...................................................... 2  Đối tượng nghiên cứu:..................................................................................... 2  Phạm vi nghiên cứu: ........................................................................................ 2 IV. CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................................. 2 1. Cách tiếp cận: ..................................................................................................... 2 2. Phương pháp nghiên cứu: .................................................................................. 3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU VÀ VÙNG NGHIÊN CỨU ............................................................................................................... 4 1.1. Tổng quan về hệ thống thuỷ lợi Nam Nghệ An. .................................................. 4 1.1.1. Tổng quan về điều kiện tự nhiên, dân sinh, kinh tế-xã hội của vùng. ......... 4 1.1.2 Hiện trạng hệ thống thuỷ lợi Nam Nghệ An ................................................ 22 1.1.3. Hiện trạng cấp nước tưới và quản lý vận hành hệ thống thuỷ lợi Nam Nghệ An .......................................................................................................................... 29 1.2. Các nghiên cứu trong và ngoài nước có liên quan đến đề tài ............................ 31 1.2.1. Nghiên cứu ngoài nước ............................................................................... 31 1.2.2. Nghiên cứu trong nước ............................................................................... 33 CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN YÊU CẦU TƯỚI CỦA HỆ THỐNG THUỶ LỢI NAM NGHỆ AN .......................................................................................................... 35 2.1. Tính toán các yếu tố khí tượng........................................................................... 35 2.1.1. Mục đích, ý nghĩa và nội dung tính toán .................................................... 35 2.1.2. Chọn trạm, tần suất thiết kế và thời đoạn tính toán ................................... 36 2.1.3. Tính toán các đặc trưng khí tượng thiết kế ................................................. 38 2.2. Tính toán chế độ tưới cho các loại cây trồng. .................................................... 53 2.2.1. Nội dung tính toán chế độ tưới. .................................................................. 53 2.2.2. Mục đích, ý nghĩa và nội dung tính toán .................................................... 54 2.2.3. Phương pháp xác định chế độ tưới cho cây trồng. ..................................... 55 2.2.4. Nội dung tính toán ...................................................................................... 56 2.2.5. Kết quả tính toán......................................................................................... 61 2.3. Kết quả tính toán yêu cầu tưới cho vùng nghiên cứu. ....................................... 64 2.3.1. Tính toán nhu cầu nước cho nuôi trồng thủy sản ....................................... 64 2.3.2. Kết quả tính toán nhu cầu nước tưới cho cây trồng. .................................. 66 CHƯƠNG 3: ĐỀ XUẤT VÀ LỰA CHỌN CÁC GIẢI PHÁP TƯỚI NƯỚC CHO HỆ THỐNG THUỶ LỢI NAM NGHỆ AN .............................................................. 70 3.1. Phân tích lựa chọn mô hình phù hợp với bài toán tưới cho hệ thống. ............... 70 3.1.1. Mô hình VRSAP (Vietnam river systerm and plains) ................................. 70 iii 3.1.2. Mô hình SOBEK ......................................................................................... 71 3.1.3. Mô hình kết hợp TL1D + ECOMOD-2D ................................................... 72 3.1.4. Mô hình thuỷ lực một chiều MIKE 11 ........................................................ 72 3.2. Thiết lập mô hình thủy lực cho bài toán tưới nước cho hệ thống. ..................... 74 3.2.1. Hiệu chỉnh mô hình..................................................................................... 77 3.2.2. Kiểm định mô hình...................................................................................... 79 3.3. Các kịch bản tính toán tưới cho hệ thống thủy lợi Nam Nghệ An trong điều kiện suy giảm mực nước sông Lam ...................................................................................... 80 3.3.1. Các điều kiện biên khi tính toán ................................................................. 80 3.3.2. Kịch bản cấp nước ................................................................................ 82 3.4. Kết quả và giải pháp tưới cho hệ thống thủy lợi Nam Nghệ An ....................... 83 3.4.1. Kết quả tính cân bằng nước cho hệ thống thuỷ lợi Nam Nghệ An. ............ 83 3.4.2. Đề xuất các giải pháp tưới cho hệ thống thuỷ lợi Nam Nghệ An ............... 93 3.5. Kết luận và kiến nghị ......................................................................................... 94 3.5.1. Kết luận....................................................................................................... 94 3.5.2. Kiến nghị..................................................................................................... 95 PHỤ LỤC I................................................................................................................... 97 TÍNH TOÁN CÁC YẾU TỐ KHÍ TƯỢNG ............................................................. 97 PHỤ LỤC II ............................................................................................................... 110 TÍNH TOÁN NHU CẦU TƯỚI CHO VÙNG NGHIÊN CỨU ............................. 110 iv DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Số lượng gia súc, gia cầm các nam 2007-2011…………………………....18 Bảng 1.2: Thông số thiết kế kênh Hoàng Cần……………………………………...…29 Bảng 2.1: Bảng thống kê chọn mô hình mưa điển hình - Trạm Nam Đàn................... 46 Bảng 2.2: Bảng thống kê chọn mô hình mưa điển hình - Trạm Vinh .......................... 46 Bảng 2.3: Mô hình mưa thiết kế vụ Chiêm – Trạm Nam Đàn ...................................... 47 Bảng 2.4: Mô hình mưa thiết kế vụ Mùa – Trạm Nam Đàn ......................................... 48 Bảng 2.5: Mô hình mưa thiết kế vụ Đông – Trạm Nam Đàn ........................................ 49 Bảng 2.6: Mô hình mưa thiết kế vụ Chiêm – Trạm Vinh ............................................. 50 Bảng 2.7: Mô hình mưa thiết kế vụ Mùa – Trạm Vinh ................................................. 51 Bảng 2.8: Mô hình mưa thiết kế vụ Đông – Trạm Vinh ............................................... 52 Bảng 2.9: Kết quả tính toán lượng bốc hơi tiềm năng ET 0 Error! Bookmark not defined. Bảng 2.10: Tính toán lượng mưa hiệu quả – Trạm VinhError! Bookmark not defined. Bảng 2.11: Kết quả tính toán chế độ tưới cho cây trồng huyện Nam Đàn (m3/ha)....... 66 Bảng 2.12: Kết quả tính toán chế độ tưới cho cây trồng huyện Hưng Nguyên (m3/ha)67 Bảng 2.13: Kết quả tính toán chế độ tưới cho cây trồng Thành phố Vinh (m3/ha)....... 68 Bảng 2.14: Kết quả tính toán chế độ tưới cho cây trồng huyện Nghi Lộc (m3/ha) ....... 69 Bảng 3.1: Tóm tắt một số mô hình toán thường được sử dụng ở Việt Nam ................. 73 Bảng 3.2: Các mặt cắt trên hệ thống thủy lợi Nam Nghệ An ........................................ 74 Bảng 3.3: Tổng hợp chiều dài kên tưới của các trạm bơm trong hệ thống (Công ty TNHH MTV Nam Nghệ An) ........................................................................................ 75 Bảng 3.4: Kết quả kiểm định mô hình ........................................................................... 80 Bảng 3.5: Thống kê kết quả tính toán cho các kịch bản ................................................ 86 Bảng 3.6: Yêu cầu nước cho hệ thống và tổng lượng nước lấy được qua cống Nam Đàn theo các kịch bản và phương án (*10^6 m3). ......................................................... 93 v DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Số liệu thuỷ văn từ năm 1995 đến năm 2014 ................................................ 14 Hình 1.2: Mực nước nhỏ nhất từng tháng theo năm ..................................................... 14 Hình 1.3: Cống Nam Đàn .............................................................................................. 23 Hình 1.4: Bản đồ hiện trạng công trình và phân vùng tưới ........................................... 25 Hình 1.5: Trạm Bơm tiêu Hưng Châu ........................................................................... 26 Hình 3.1: Sơ đồ thủy lực hệ thống Nam Nghệ An ........................................................ 77 Hình 3.2: Kết quả hiệu chỉnh mô hình Mike 11 ............................................................ 78 Hình 3.3: Kết quả kiểm định mô hình Mike 11 ............................................................ 80 Hình 3.4: Diễn biến mực nước theo kịch bản 1 ............................................................ 84 Hình 3.5: Diễn biến mực nước và lưu lượng tại TB Hưng Châu theo kịch bản 1 ........ 85 Hình 3.6: Diễn biến mực nước và lưu lượng tại TB Thanh Hà theo kịch bản 1 ........... 85 Hình 3.7: Đường quá trình mực mước tại một số vị trí trên hệ thống (Kịch bản 7 – vụ Đông Xuân) ................................................................................................................. 889 Hình 3.8: Đường quá trình mực nước tại một số vị trí trên kênh Hoàng Cần và kênh Khe Cái (kịch bản 8 – Pa1) ........................................................................................... 89 Hình 3.9: Đường quá trình mực nước, lưu lượng tại cống Nam Đàn cũ, Nam Đàn mới và trạm bơm Thanh Hà (kịch bản 8 – Pa1) ................................................................... 90 Hình 3.10: Đường quá trình mực nước tại một số vị trí trên kênh Hoàng Cần và kênh Khe Cái (kịch bản 8 – Pa2) ........................................................................................... 90 Hình 3.11: Đường quá trình mực nước, lưu lượng tại cống Nam Đàn cũ, Nam Đàn mới và trạm bơm Thanh Hà (kịch bản 8 – Pa3) ................................................................... 91 Hình 3.12: Đường quá trình mực nước tại một số vị trí trên hệ thống (kịch bản 10 – Pa4) ................................................................................................................................ 91 Hình 3.13: Đường quá trình mực nước tại một số vị trí trên hệ thống (kịch bản 11 – Pa4) ................................................................................................................................ 92 vi MỞ ĐẦU I. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Nam Nghệ An là vùng đất nằm kẹp giữa các khối địa hình lớn như dãy núi Sông Mã ở phía Bắc và dãy Trường Sơn ở phía Tây Nam; bao gồm các huyện Nam Đàn, Hưng Nguyên, Nghi Lộc, thành phố Vinh và thị xã Cửa Lò. Địa hình vùng này có thể chia làm hai vùng khác biệt là vùng đồi núi và vùng đồng bằng. Các dãy núi có các đỉnh núi cao khoảng 450m÷500m. Các dãy đồi thấp có cao độ từ 30m÷50m. Đồi núi cao có cây cối thấp, thưa, còn đại bộ phận là đồi trọc. Đồi núi đã chia cắt nơi này thành những dải đồng bằng nhỏ hẹp,có nhiều khe suối chảy qua. Thế đất giữa các vùng có hình lòng chảo, có xu thế thấp dần từ Tây sang Đông. Hệ thống thủy lợi Nam Nghệ An bao gồm các công trình: Các cống đầu mối, trạm bơm, kênh... Cống đầu mối Nam Đàn có nhiệm vụ lấy nước từ sông Lam để đảm bảo nhu cầu nước cho nông nghiệp, thủy sản, sinh hoạt và phụ vụ sản xuất. Theo thiết kế, công Nam Đàn mới được xây dựng để thay thế cống Nam Đàn cũ làm nhiệm vụ cấp nước tưới cho 19.472 ha diện tích đất canh tác, nuôi trồng thủy sản, công nghiệp và sinh hoạt của vùng dự án. Vùng Nam Nghệ An có tầm quan trọng đặc biệt đối với tỉnh Nghệ An, nhu cầu cấp nước phục vụ nông nghiệp, công nghiệp, sinh hoạt đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển kinh tế-xã hội của tỉnh. Tuy nhiên, do sự gia tăng diện tích canh tác so với thiết kế, quá trình biến đổi khí hậu và sự hạ thấp mực nước bất thường trên sông Lam trong những năm gần đây đã làm suy kiệt nguồn nước trên sông Lam dẫn đến giảm khả năng cấp nước cho hệ thống qua cống Nam Đàn. Vấn đề này đặc biệt nghiêm trọng vào các tháng mùa khô; mực nước sông Lam xuống thấp, lượng mưa trong khu vực ít và trùng với kế hoạch sản xuất nông nghiệp của địa phương. Thực tế gần đây cho thấy, vào các tháng từ 12 đến tháng 2, nhiều vùng trong khu vực bị thiếu nước tưới phục vụ sản xuất nông nghiệp, một số nơi bị khô hạn cục bộ, ảnh hưởng lớn đến việc sản xuất nông nghiệp và năng suất cây trồng. 1 Do vậy, việc nghiên cứu yêu cầu tưới của hệ thống thủy lợi Nam Nghệ An và tính toán khả năng lấy nước qua cống Nam Đàn trong điều kiện không thuận lợi, như: mực nước sông Lam xuống thấp, lượng mưa nội đồng ít là rất cần thiết, phù hợp với thực tế và tình hình biến đổi khí hậu trong vùng dự án. Qua đó đề xuất các biện pháp (kỹ thuật, quản lý) hợp lý để tăng cường khả năng lấy nước qua cống Nam Đàn để giảm thiểu thấp nhất vấn đề thiếu nước, hạn hán cục bộ ảnh hưởng đến sản xuất nông nghiệp là rất cần thiết để đáp ứng các đòi hỏi của thực tiễn trong điều kiện phát triển kinh tế - xã hội và biến đổi khí hậu hiện nay. II. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Đánh giá hiện trạng cấp nước của hệ thống thủy lợi Nam Nghệ An trong điều kiện thay đổi diện tích tưới và mực nước sông Lam xuống thấp; Đề xuất các giải pháp kỹ thuật, quản lý hiệu quả để tăng cường khả năng lấy nước qua cống Nam Đàn đảm bảo cấp nước cho hệ thống Nam Nghệ An trong điều kiện mực nước sông Lam xuống thấp. III. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU  Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống thủy lợi Nam Nghệ An.  Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu đánh giá hiện trạng, khả năng lấy nước tưới qua cống Nam Đàn đảm bảo cấp nước cho hệ thống thủy lợi Nam Nghệ An trong điều kiện thay đổi diện tích tưới và mực nước sông Lam xuống thấp. IV. CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1. Cách tiếp cận: - Tiếp cận thực tế: Điều tra, khảo sát và thu thập số liệu; - Tiếp cận hệ thống: Phân tích, đánh giá hiện trạng hệ thống; 2 - Tiếp cận tổng hợp và liên ngành; - Tiếp cận kế thừa có chọn lọc và bổ sung; - Tiếp cận các phương pháp, công cụ hiện đại trong nghiên cứu: Đề tài này ứng dụng mô hình thủy lực Mike 11. 2. Phương pháp nghiên cứu: - Phương pháp điều tra, khảo sát, tổng hợp số liệu, thu thập tài liệu thực tế, tài liệu tham khảo, phân tích, xử lý số liệu; - Phương pháp thống kê, xác suất: Thu thập, tổng hợp và phân tích số liệu để đánh giá hiện trạng hệ thống; - Phương pháp kế thừa; - Phương pháp phân tích hệ thống: Là tập hợp những phương pháp phân tích nhằm tìm ra lời giải tối ưu cho các bài toán quản lý hệ thống thủy nông và điều khiển các hệ thống thủy lợi; - Phương pháp mô hình toán: sử dụng phần mềm tính tưới Cropwat và tính toán thủy lực Mike11; 3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU VÀ VÙNG NGHIÊN CỨU 1.1. Tổng quan về hệ thống thuỷ lợi Nam Nghệ An. 1.1.1. Tổng quan về điều kiện tự nhiên, dân sinh, kinh tế-xã hội của vùng. 1.1.1.1. Điều kiến tự nhiên a) Vị trí địa lý. - Tỉnh Nghệ An thuộc bắc trung bộ nước cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam, toạ độ địa lý từ 18o33'10" đến 19o24'43" vĩ độ Bắc và từ 103o52'53" đến 105o45'50" kinh độ Đông. - Cống Nam Đàn mới nằm tại nơi giao nhau giữa Kênh Cụt và đê tả Sông Lam, vị trí công trình thuộc địa bàn xã Xuân Hòa, huyện Nam Đàn, tỉnh Nghệ An. Tuyến cống mới cách cống Nam Đàn cũ khoảng 2 km về phía hạ lưu. Tọa độ địa lý khu đầu mối: 30’53” kinh độ đông o + 105 + 18 o 41’18” vĩ độ Bắc Vùng dự án được giới hạn bởi: + Phía Bắc giáp huyện Diễn Châu; + Phía Nam giáp sông Cả (sông Lam); + Phía Tây giáp vùng đồi núi của hai huyện Thanh Chương và Đô Lương; + Phía Đông giáp biển; - Nghệ An nằm trong hành lang kinh tế Đông – Tây nối liền My-an-ma, Thái Lan, Lào, Việt Nam và Biển Đông theo đường 7 đến cảng Cửa Lò. Nằm trên các tuyến du lịch quốc gia và quốc tế. Với vị trí như vậy, Nghệ An đống vai trò quan trọng trong giao lưu kinh tế, thương mại, du lịch, vận chuyển hàng hoá với cả nước và các nước khác trong khu vực, đó là điều kiện thuận lợi để kêu gọi đầu tư phát triển kinh tế xã hội. 4 b) Đặc điểm địa hình - Nam Nghệ An là vùng đất nằm kẹp giữa các khối địa hình lớn như dãy núi Sông Mã ở phía Bắc và dãy Trường Sơn ở phía Tây Nam. Địa hình vùng này có thể chia làm hai vùng khác biệt: vùng đồi núi và vùng đồng bằng cao. - Vùng đồi núi có các dãy núi và dồi thấp, tổng diện tích 177km2. Các dãy núi có các đỉnh núi cao khoảng 450m÷500m. Các dãy đồi thấp có cao độ từ 30m÷50m.Đồi núi cao có cây cối thấp, thưa, còn đại bộ phận là đồi trọc. Đồi núi đã chia cắt nơi này thành những dải đồng bằng nhỏ hẹp,có nhiều khe suối chảy qua. Thế đất giữa các vùng có hình lòng chảo, có xu thế thấp dần từ Tây sang Đông. - Vùng đồng bằng và vùng cao nằm chủ yếu phía Đông và Đông Nam của vùng, có tổng diện tích là 495km2. Vùng đồng bằng có cao độ 5÷15m nằm xen kẽ các chân núi Đại Vạc, Đại Huệ và thường bị chia cắt bởi các khe suối nhỏ nên diện tích không lớn. Vùng đồng bằng bao gồm vùng đất thịt sông Lam thuộc Nam Đàn, Hưng Yên, phía Tây quốc lộ 1A của huyện Nghi Lộc có cao độ +7m÷0.3m. Vùng đất cát pha ở phía Đông đường quốc lộ 1A thuộc huyện Nghi Lộc và bắc thành phố Vinh có diện tích tự nhiên khoảng 15000ha, cao độ +1,55m÷5,0m. Vùng ven biển hạ lưu sông Cấm và đông thành phố Vinh đất thấp, cao trình 0,5÷1,5m. - Vùng đồng ruộng phía Bắc đường 46 và Tây quốc lộ 1 có cao độ từ +0,5m÷6,0m thấp dần về phía kênh Thấp và kênh Gai cao độ +1,5m÷2,0m tạo thành một số vùng trũng như vùng Bãi Nón, Tây-Yên-Trung. Vùng kẹp giữa quốc lộ 46 và đê 42 đồng ruộng có xu hướng thấp dần từ Tây sang Đông. Tại Nam Đàn có chỗ cao độ +5,0m÷6,8m, thấp dần xuống Hưng Nguyên vùng Châu, Lợi (1,0÷0,7)m, trong đó vẫn nhiều vùng trũng cục bộ. c) Đặc điểm về thổ nhưỡng, địa chất,  Đặc điểm thổ nhưỡng 5 - Các vùng có cao độ từ +3 trở lên là đất thịt nhẹ, thịt pha cát, là đất ít chua (PH = 5,5÷6,5). - Vùng trũng thấp thường bị ngập lụt, thành phần cơ giới là đất thịt nặng, thịt pha sét là đất chua có độ PH < 5,5. - Đất cát ven biển thành phần chủ yếu là cát hạt vừa, cát hạt mịn, hạt sét rất ít. Đất kém giữ nước, khi đào sâu có cát chảy. - Đất ven đồi là đất thịt pha cát bị xói mòn, bạc màu. - Các vùng ven sông Cấm là đất nhiễm mặn nhưng từ khi có cống Nghi Quang đã được ngọt hóa.  Địa chất công trình khu vực đầu mối Theo tài liệu Báo cáo khảo sát địa chất công trình, địa tầng khu vực công trình đầu mối (cống lấy nước và âu thuyền) từ trên xuống bao gồm các lớp đất phân bố như sau: - Lớp 1: Sét, sét pha xám nâu, xám vàng, trạng thái dẻo cứng, nửa cứng. Lớp có bề dày mỏng nhưng tương đối đều, có sức chịu tải trung bình đến nhỏ, tính nén lún trung bình, không thấm nước – thấm nước yếu (K tb 3.8.10-5cm/s, φ=9o19’, C=0.15kg/cm2, a 12 2 =0.041cm /kg). Áp lực xuyên tiêu chuẩn (SPT) N/30=5 búa; - Lớp 2: Cát hạt nhỏ, hạt mịn, màu xám, xám vàng, xám đen, xốp bão hòa nước kẹp các lớp bùn sét pha. Đây là lớp đất rất dẽ gây mất ổn định, hiện tượng cát chảy, đất chảy sẽ xảy ra tại lớp này. Tuy nhiên lớp này thấm nước nhỏ (K tb =2.4.10-4cm/s, φ=2049’,C=0.06kg/cm2, a 1-2 =0.045cm2/kg), áp lực xuyên tiêu chuẩnN/30=2 búa; - Lớp 4: Sét màu xám, xám nâu, xám đen chứa hữu cơ, trạng thái dẻo chảy – chảy, phía dưới xen kẹp các lớp và ổ cát nhỏ. Đây là lớp đất yếu có thành phần tính chất đặc biệt: độ ẩm lớn, dung trọng nhỏ, tính nén lún lớn và lâu dài. Lớp này dễ gây hiện tượng mất ổn định như lún, trượt sạt, thấm nước nhỏ (K tb =5,1.10-5cm/s, φ=3049’, C=0.088kg/cm2/kg, a 1-2 =0.112cm2/kg), áp lực xuyên tiêu chuẩn N/30=2 búa; - Lớp 4a: Cát, cát pha kẹp các lớp bùn sét, sét pha trạng thái xốp (cát), chảy (bùn sét). Áp lực xuyên tiêu chuẩn N/30=6búa; 6 - Lớp 5: Sét xám , xám đen, xám ghi, dẻo chảy – chảy. Sét xám, xám xanh, xám đen, trạng thái chảy. Đây cũng là lớp đất yếu dễ gây mất ổn định khi mở hố móng. Hệ số thấm K tb =5,5.10-5cm/s, φ=2024’, C=0.072kg/cm2, a 1-2 =0.078cm2/kg, áp lực xuyên tiêu chuẩn N/30=5.5 búa; - Lớp 6a: Cát pha xám, xám trắng, xám vàng, trạng thái chảy, đôi chỗ lẫn ít dăm sạn, đây là lớp đất yếu. Hệ số thấm K tb =6,3.10-4cm/s, a 1-2 =0.0283cm2/kg, áp lực xuyên tiêu chuẩn N/30=6 .3 búa; - Lớp 6b: Dăm sạn, cát sỏi lẫn sét, xám vàng. Lớp có sức chịu tải đáng kể nhưng chỉ gặp duy nhất trong mặt cắt hố khoan KT33. Áp lực xuyên tiêu chuẩn N/30= 17 búa; - Lớp 7: Sét màut xám xanh, xám vàng lẫn kết vón Laterit trạng thái nửa cứng đến cứng. Đây là lớp đất có sức chịu tải chịu tải đáng kể nhưng có bề dày không đều và trong lớp có cường độ phân bố không đều, không thích hợp cho việc đặt móng cầu cống. Hệ số thấm K tb =3,2.10-7cm/s, φ=1902’, C=0,627kg/cm2, a 1-2 =0,0244cm2/kg, áp lực xuyên tiêu chuẩn N/30=25 búa; - Lớp 8: Sét màu nâu vàng, nâu đỏ, xám trắng loang lổ dăm sạn phong hóa, trạng thái cứng. Đây là lớp đất chịu tải tương đối lớn nhưng không đồng đều trong toàn mặt cắt vì vậy không nên dung lớp này đặt móng công trình cầu. Hệ số thấm K tb =1,7.10-8cm/s, φ=19002’, C=0.672kg/cm2, a 1-2 =0,0244cm2/kg, áp lực xuyên tiêu chuẩn N/30=25 búa; - Lớp 9: Hòn mảnh vụn phong hóa lẫn sét, sét pha màu vàng, xám trắng trạng thái cứng (sản phẩm phong hóa từ đá cát bột kết sét kết). Lớp này có sức chịu tải tốt nhưng có bề dày mỏng. Áp lực xuyên tiêu chuẩn N/30>50 búa; - Lớp 10: Đá két bột kết màu xám vàng, nâu vàng, trạng thái cứng, nứt nẻ vỡ vụn. Lớp này có sức chịu tải rất lớn thích hợp cho việc đặt móng công trình. C = 6.0kg/cm2; φ=35°45’; d) Đặc điểm khí tượng thủy văn  Khí tượng  Chế độ nhiệt: 7 - Trên lưu vực sông Cả chia làm hai thời kỳ rõ rệt. Nhiệt độ mùa đông và nhiệt độ mùa lũ, nhiệt độ bình quân năm trên lưu vực có ít biến đổi. Vùng đồng bằng cao hơm trung du và miền núi, thể hiện theo nhiệt độ bình quân: Vinh 23,8°C, Đô Lương 23,7°C, Tương Dương 23,6°C, Tây Hiếu 23,2°C; - Mùa đông có thể tính từ tháng 11 đến tháng 3 năm sau trùng với thời kỳ hoạt động mạnh của khối không khí lạnh lục địa Châu Á. Nhiệt độ thấp nhất là tháng 1. Nhiệt độ tức thời thấp nhất tại Quỳ Châu là -0,5°C (1974), Tương Dương 1,7°C, Đô Lương 4°C, Vinh 4°C. Chênh lệch nhiệt độ ngày trong mùa đông từ 6°C đến 8°C; - Mùa hè có thể tính bắt đầu từ tháng 4 đến tháng 10 khi khối không khí xích đạo-Thái Bình Dương ảnh hưởng lớn tới lưu vực. Nhiệt độ trung bình ngày các tháng mùa lũ đạt từ 26°C – 28°C. Tháng có nhiệt độ cao nhất là tháng 7 bình quân ngày đạt đến 39°C. Nhiệt độ tối cao đo được tuyệt đối tại Tương Dương 42.7°C (tháng 5/1996), Vinh 42,1°C (tháng 5/1902). Chênh lệch nhiệt độ trong ngày về màu lũ đạt tới 12-14°C;  Chế độ mưa: - Mưa là loại hình thời tiết nhìn chung là có lợi cho các hoạt động kinh tế trên lưu vực. Mưa à tác nhân điều chỉnh khí hậu rất tốt trên lưu vực. Cũng như chế độ mưa vùng miền Bắc lượng mưa bình quân năm trên lưu vực dao động từ1.100 ÷ 2.500 mm/năm, có các trung tâm mưa lớn như thượng nguồn sông Hiếu, lưu vực sông La, lưu vực sông Giăng lượng mưa bình quân năm đạt 2.000 ÷ 2.400 mm/năm. Trung tâm mưa nhỏ dọc theo dòng chính sông Cả, tại Cửa Rào, Mường Xén đạt từ 1.100 ÷ 1.400 mm/năm. Vùng đồng bằng hạ du sông Cả có lượng mưa bình quân năm từ 1.700 ÷ 1.800 mm/năm. - Mưa phân bố theo thời gian trong năm có 2 mùa rõ rệt: màu mưa ít và màu mưa nhiều. Ở thượng nguồn sông Cả, sông Hiếu mùa mưa có thể tính từ tháng 5 đến tháng 10 nhưng ở hạ du và phía sông La mùa mưa có thể tính từ tháng 6 đến tháng 11. Diễn biến mưa trong năm cũng mang tính đặc thù của miền Trung. Mưa lớn trong năm thường có 2 đỉnh, đỉnh mưa lớn thứ nhất xuất hiện vào cuối tháng 5 đầu tháng 6 khi gió giao mùa. Đỉnh mưa này nguyên nhân chính xuất hiện lũ tiểu mãn. Đỉnh mưa lớn 8 nhất trong năm thường xuất hiện cuối tháng 9, 10 hàng năm. Đầu mùa hạ lượng mưa tháng đạt cực đại vào tháng 5, 6 sau đó mưa giảm nhỏ vào tháng 7, 8. Tổng lượng mưa tháng 5, 6 đạt tới 20% tổng lượng mưa năm. Trong 2 tháng mưa lớn tháng 9, 10 lượng mưa đạt tới 40÷50% tổng lượng mưa năm, cường độ trong mùa mưa rất lớn. Trong 1 ngày lượng mưa có thể đạt đến từ 700 mm đến 800 mmm, mưa 3 ngày đạt trên 1000mm điển hình như trận mưa ngày 20/8/1965 thành phố vinh chỉ trong 1 giờ lượng mưa đạt 142 mm/giờ. Những trận mưa lớn như trên thường gây lũ nghiêm trọng trên lưu vực sông Cả. - Tổng lượng mưa 6 tháng mùa khô lại rất nhỏ chỉ chiếm 15 ÷ 20% tổng lượng mưa năm. Lượng mưa nhỏ nhất thường vào tháng 2, 3. Nhiều trạm đo trong vùng lượng mưa hai tháng này chi đạt 1÷2% lượng mưa năm. - Lưu vực sông Cả so với các lưu vực Bắc Bộ ảnh hưởng của gió mùa Đông Bắc đã giảm đi nhiều. Nhưng số ngày có mưa phùn trong các tháng mùa khô cũng khá nhiều . Vùng đồng bằng số ngày mưa phùn có thể tới 30÷40ngày/năm. Lượng mưa mùa đông từ tháng 12 đến tháng 4 có thể đạt tới 130 ÷ 300 mm/tháng, đây là loại hình mưa thuận lợi cho canh tác vụ Đông Xuân.  Độ ẩm không khí: - Độ ẩm bình quân năm trên lưu vực sông Cả biến động từ 82% đến 85%. Vùng có độ ảm bình quân cao là Con Cuông 86,5%, Đô Lương 85,5%, Tương Dương 81,5%, Quỳ Châu 86,6%, Vinh83,5%. Độ ẩm cũng phù hợp với lượng bốc hơi năm. Vùng trung lưu có độ ẩm lớn- độ bốc thoát hơi nước nhỏ và vùng miền núi, đồng bằng có lượng bốc hơi lớn-độ ẩm không khí nhỏ. Tháng có độ ẩm cao nhất là tháng 1, 2 độ ảm cao đạt tới 94%, tháng có độ ẩm thấp nhất là tháng 7, có ngày độ ẩm chỉ còn 36-38%;  Chế độ gió: - Hoạt động trên lưu vực sông Cả có hai mùa rõ rệt gió mùa Đông và gió mùa hè. Vào mùa đông hướng gió thịnh hành là Tây Bắc – Đông Nam và gió Đông Bắc. Tốc độ gió trung bình đạt 1,9÷3,0 m/s. Một năm có thể có khoảng 3÷4 đợt gió mùa gây lạnh trên lưu vực; 9 - Gió mùa hè có hướng thịnh hành là gió Đông và Đông Nam. Tốc độ gió trung bình 1,5 ÷ 3,0 m/s giữa mùa Đông và mùa Hè có gió Tây và Tây Nam hoạt động. Trên toàn lưu vực gió có tốc độ từ 2,0÷4,0 m/s. Đặc trưng của gió này là khô, nóng, thổi theo từng đợt từ 5-7 ngày mà nhân dân thường gọi là gió Lào.  Bốc thoát hơi nước: - Thiết bị đo bốc hơi trên lưu vực sông Cả hầu hết bằng ống Piche. Riêng trạm Vinh đo bốc thoát hơi nước bằng thiết bị GGI-3000. Theo tính toán thuỷ văn lượng bốc hơi nước trên lưu vực sông Cả khoảng 940 mm/năm. Trạm Vinh do theo thiết bị GGI3000 lượng nước bốc hơi bình quân năm 954 mm/năm. Khu vực có lượng bốc hơi năm bình quân nhỏ nhất là lưu vực sông Hiếu. Tại Quỳ Châu là 701 mm/năm. Lượng nước bốc hơi bình quân năm đồng bằng nhỏ hơn miền núi nhưng phần trung lưu giữa lưu vực lại có lượng bốc hơi nhỏ hơn cả. Lượng nước bốc hơi bình quân tháng lớn nhất vào tháng 7 khi gió Lào và nắng hoạt động lớn trên lưu vực. Tại Vinh tháng 7 đạt 172 mm/tháng. Tháng có lượng bốc hơi nhỏ nhất vào tháng 2 chỉ đạt 29,7 mm/tháng. Bốc hơi 4 tháng lớn nhất là 5, 6, 7, 8 tổng lượng bốc hơi đạt tới 541 mm chiếm gần 60% tổng lượng bốc hơi năm. Bốc hơi ngày lớn nhất tại Vinh đạt tới 5,4 mm/ngày. Lượng bốc hơi bình quân tháng các khu vực trên lưu vực sông Cả đạt được như sau: Bão: - Vùng đồng bằng sông Cả mở rộng theo hướng nhìn ra phía Đông lại sát bờ biển chịu ảnh hưởng nhiều của các đợt mưa bão càng đi lên phía Tây Bắc và phía Tây lưu vực ảnh hưởng của bão càng giảm nhỏ. Vào đầu tháng 7 khi hoạt động của các hình thái thời tiết gây mưa tăng lên ở vùng Thái Bình Dương. Khối áp cao Thái Bình Dương lớn mạnh lên, hoạt động mạnh ở vùng rìa vịnh Bắc Bộ lấn áp dần khối áp thấp Sibêri dịch dần vào bờ biển phía ngbắc Việt Nam gây ra bão hoặc áp thấp nhiệt đới kèm theo mưa to vùng ven biển phía bắc trong đó có lưu vực sông Cả. Hằng năm lưu vực sông Cả chịa ảnh hưởng của bão và bão đổ bộ trực tiếp từ 1,0÷1,5 cơn bão trong năm. Tốc độ gió do bão sinh ra đạt tới cấp 9÷10 khi giật lên tới cấp 12. Bão thường đổ bộ vào lưu vực sông Cả từ cuối tháng 9, 10 và đầu tháng 11. Tốc độ gió lớn nhất đã quan trắc được tại Tương Dương 25 m/s hướng N.W (1975). Tại Quỳ Châu lớn hơn 20 m/s 10 hướng N.W năm 1973, tại Đô Lương 28 m/s hướng E.N.E (1965), tại Vinh 40 m/s xuất hiện năm 1982, 1987, 1989, 1990. Thông thường bão và áp thấp nhiệt đới đổ bộ vào lưu vực sông Cả là gây mưa lớn ngập lụt trên diện rộng. Bão là một hình thái thời tiết bất thường khó chống nhưng nếu có biện pháp phòng chống tốt sẽ giảm đi thiệt hại về người và của nhà nước và nhân dân trên lưu vực.  Các hiện tượng thời tiết khác: - Là tỉnh có diện tích rộng, có đủ các dạng địa hình: miền núi, trung du, đồng bằng và ven biển nên khí hậu tỉnh Nghệ An đa dạng, đồng thời có sự phân hoá theo không gian và biến động theo thời gian. Bên cạnh những yếu tố chủ yếu như nhiệt độ, lượng mưa, gió, độ ẩm không khí thì Nghệ An còn là một tỉnh chịu ảnh hưởng của bão và áp thấp nhiệt đới. Trung bình mỗi năm có 2 - 3 cơn bão, thường tập trung vào tháng 8 và 10 và có khi gây ra lũ lụt. - Sương muối chỉ có khả năng xảy ra ở các vùng núi cao và một vài vùng trung du có điều kiện địa hình và thổ nhưỡng thuận lợi cho sự thâm nhập của không khí lạnh và sự mất nhiệt do bức xạ mạnh mẽ của mặt đất như khu vực Phủ Quỳ. - Nhìn chung, Nghệ An nằm trong vùng khí hậu có nhiều đặc thù, phân dị rõ rệt trên toàn lãnh thổ và theo các mùa, tạo điều kiện cho nhiều loại cây trồng phát triển. Khí hậu có phần khắc nghiệt, đặc biệt là bão và gió Tây Nam gây trở ngại không nhỏ cho sự phát triển chung, nhất là sản xuất nông nghiệp.  Thủy văn sông ngòi - Tỉnh Nghệ An có 7 lưu vực sông (có cửa riêng biệt), tuy nhiên 6 trong số này là các sông ngắn ven biển có chiều dài dưới 50 km, Sông lớn nhất là sông Cả (sông Lam) bắt nguồn từ huyện Mường Pẹc tỉnh Xieng Khoảng (Lào), có chiều dài là 532 km (riêng trên đất Nghệ An có chiều dài là 361 km), diện tích lưu vực 27.200 km2 (riêng ở Nghệ An là 17.730 km2). Tổng lượng nước hàng năm khoảng 28.109 m3 trong đó 14,4.109 là nước mặt. - Đặc trưng hình thái lưu vực sông Cả được thể hiện qua các chỉ tiêu đánh giá lưu vực sau: 11 + F= 27.200 ( km2) + L sông =532 km + Độ cao bình quân: 294 (m) + Độ dốc bình quân lưu vực: 1,83 (‰) + Mật độ lưới sông : 0,6 (km/km2) + Hệ số không đối xứng: -0,14 + Hệ số hình dạng lưu vực: 0,29 - Sông Cả là con sông lớn thuộc vùng Bắc Trung Bộ có hình dạng lưu vực phát triển lệch về phía Tây Bắc, diện tích lưu vực đa phần là miền núi và núi cao, hệ thống sông Cả bao gồm nhiều sông nhánh hợp thành, có một cửa thoát duy nhất vuông góc với bờ biển. Lưới sông phát triển đều trên các vùng địa hình rất thuận lợi cho công tác phát triển tưới và cấp nước. Là một lưu vực sông rộng nằm trên nhiều vùng mưa tiểu địa hình khác nhau lại đối mặt trực tiếp với hướng gió Đông nam do vậy các loại hình thiên tai trên sông Cả rất đa dạng xảy ra thường xuyên cả về không gian lẫn thời gian. Có những vùng rất khan hiếm nước trong mùa kiệt, đồng thời có những vùng bị lũ uy hiếp thường xuyên. - Địa hình núi thấp và gò đồi chiếm tỷ trọng lớn nên mạng lưới sông suối trong khu vực khá phát triển với mật độ trung bình đạt 0,62 km/km2 nhưng phân bố không đều trong toàn vùng. Vùng núi có độ dốc địa hình lớn, chia cắt mạnh, mạng lưới sông suối phát triển mạnh trên 1 km/km2, còn đối với khu vực trung du địa hình gò đồi nên mạng lưới sông suối kém phát triển, trung bình đạt dưới 0,5 km/km2. - Lưu vực sông Cả có lượng dòng chảy khá dồi dào nhưng phân bố không đều, thiên lệch mạnh theo thời gian và không gian nên việc khai thác sử dụng nguồn nước sông cho sản xuất và đời sống gặp nhiều khó khăn. Mô đuyn dòng chảy năm tăng dần từ Tây sang Đông và Tây Bắc xuống Đông Nam. Mô duyn dòng chảy trung bình năm vùng thượng nguồn sông Cả đạt 20 l/s.km2, vùng trung lưu đạt 25 l/s.km2 và hạ du đạt 25 ÷ 30 l/s.km2. 12 - Dòng chảy trên lưu vực sông Cả cũng chia làm 2 mùa theo với 2 mùa của biến trình mưa năm. Dòng chảy mùa khô và dòng chảy mùa kiệt trên các sông nhánh thuộc lưu vực sông Cả cũng có sự khác nhau về thời gian bắt đầu và thời gian kết thúc. - Tổng lượng dòng chảy trung bình năm trên sông Cả khoảng 21÷ 24.109 m3/năm. Tổng lượng dòng chảy năm nhiều nước gấp 2,7÷ 2,9 lần năm ít nước, ở những sông nhánh tỷ lệ này còn biến động nhiều hơn. Sự xuất hiện những năm nhiều nước trên lưu vực sông Cả thường không xuất hiện đồng thời giữa các nhập lưu. Trên dòng chính sông Cả năm nhiều nước xuất hiện vào năm 1973. Sự phân bố nguồn nước trên lưu vực sông Cả biến động nhiều theo không gian và thời gian. Nhưng nó cũng có quy luật riêng của mình đó là: Ít khi xuất hiện 2 năm liên tiếp đều kiệt và 2 năm liên tiếp đều là năm nước lớn. Sau những năm nước lớn, năm tiếp theo thường là bị kiệt và ngược lại. Dù là năm nước lớn hay năm kiệt nước thì phần trung và hạ du sông cũng tương đối điều hoà và đây cũng là một thuận lợi cho việc sử dụng nước phục vụ cho các ngành kinh tế quốc dân trên lưu vực. - Mùa kiệt bắt đầu từ tháng 1 và kết thúc vào cuối tháng 8 hàng năm, giữa mùa kiệt vào tháng 5, 6 có xuất hiện lũ tiểu mãn và chính vì có thời gian lũ chen giữa mùa kiệt này mà dòng chảy trên sông Cả có 2 thời kỳ kiệt khác biệt nhau: Kiệt vào tháng 3 ÷ 4 và kiệt vào tháng 7 ÷ 8. Trong những năm qua kiệt vào tháng 3 ÷ 4 ảnh hưởng tới sản xuất nhiều hơn kiệt vào tháng 7 ÷ 8. - Thời gian bắt đầu và kết thúc mùa kiệt trên toàn lưu vực sông Cả không giống nhau. Vùng thượng nguồn dòng chính sông Cả thời gian bắt đầu kiệt từ tháng 11 đến tháng 5 năm sau giống như thời gian kiệt của các sông miền Bắc. Vùng trung lưu sông Cả thời gian kiệt lại bắt đầu từ cuối tháng 11 đầu tháng 12 và kết thúc vào cuối tháng 7 và nửa đầu tháng 8. - Dòng chảy kiệt phân bố trên toàn lưu vực rất không đều nhau Số liệu thủy văn được thu thập tại trạm Nam Đàn từ các năm 1995 đến 2014 cho thấy xu hướng thay đổi của mực nước sông Lam. 13 Hình 1.1: Số liệu thuỷ văn từ năm 1995 đến năm 2014 Mực nước TB theo các năm có sự biến động lớn giữa các năm, tuy nhiên hình 1.1 cho thấy một xu hướng hạ thấp của MN TB năm.. Qua đó ta thấy được sự xụt giảm nguồn nước từ thượng lưu về sông Lam, điều này ảnh hướng rất lớn đến việc cấp nước cho hệ thống Nam Nghệ An. Hệ thống được lấy nước hoàn toàn bằng trọng lực qua cống Nam Đàn. Vụ Đông xuân diễn ra từ tháng 12 đến tháng 5, đây là thời điểm nhu cầu cấp nước tưới cao để đảm bảo sản xuất nông nghiệp khi lượng mưa trong nội đồng thường rất thấp. Việc mực nước sông Lam xuống thấp trong những tháng này gây nhiều khó khăn cho việc lấy nước qua cống Nam Đàn. Hình 1.2: Mực nước nhỏ nhất từng tháng theo năm 14