Góp ý báo cáo tính toán thủy lực hệ thống thủy lợi Thành phố Hồ Chí Minh.[27/01/10]

GÓP Ý BÁO CÁO TÍNH TOÁN THỦY LỰC HỆ THỐNG THỦY LỢI
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

 
TS.Tô Văn Trường

 

Chiều xuống trên sông Sài Gòn

 Đầu thập niên 90, tôi may mắn được Ban thư ký Ủy ban quốc tế sông Mê Công cử làm trưởng đoàn cùng nhóm chuyên gia Việt Nam sang Thụy Điển 2 thời kỳ 4 tháng để nghiên cứu về mô hình đất chua phèn dưới sự hướng dẫn của GS viện sĩ Erik Erison nằm trong khuôn khổ dự án quản lý đất chua phèn do GS.TSKH. Nguyễn Ân Niên làm chủ nhiệm dự án. Trong quá trình làm việc, nhóm chúng tôi chia riêng ra để thực hiện các nhiệm vụ cụ thể mô hình lý trong kênh, mô hình hóa trong kênh, mô hình lý trong đất và mô hình hóa trong đất rồi liên kết 4 mô hình nhỏ thành mô hình chính. Không ít lần nhóm chuyên gia gặp khó khăn trở ngại cả về mặt lý luận, số liệu và kinh nghiệm thực tế. Qua đào tạo « leaning by doing » cả nhóm theo năm tháng đều trưởng thành và sau này dù đã đi khắp bốn phương trời nhưng không ai quên những ngày gian khó và đầy thách thức của bài toán thủy lực và hóa lý trong các đợt công tác dài hạn ở Thụy Điển năm xưa. Sau đó, tôi và anh Võ Khắc Trí tiếp tục theo học về mô hình ở đại học nông nghiệp Thụy Điển theo các chuyên ngành mà mình lựa chọn dưới sự hướng dẫn của GS.TS Erik Janson. Ngày nay, trong nhóm chuyên gia thời ấy, tôi và TS Phan thị Bình Minh (Trung tâm nghiên cứu dầu khí) đã nghỉ hưu, GS.TS. Nguyễn Tất Đắc công tác ở Viện quy hoạch thủy lợi miền Nam, PGS.TS Võ Khắc Trí Viện Khoa học thủy lợi miền Nam, TS. Ngô Đăng Phong giảng viên đại học Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh, TS. Nguyễn Văn Danh giảng viên đại học ở Canada vv...Sở dĩ tôi phải nhắc lại kỷ niệm xưa để thấy rằng bài toán thủy lực là nghiệp gắn bó với nhiều người trong nhóm trên bước đường phấn đấu tu nghiệp, trưởng thành về chuyên môn.

Nhận được báo cáo tính toán thủy lực mới cập nhật của dự án thủy lợi thành phố Hồ Chí Minh do Viện Khoa học thủy lợi miền Nam chủ trì, đọc lướt nhanh, tôi định « No comment » bởi vì rất bận, lại rất khó góp ý do đây là báo cáo của tập thể chuyên gia nghiên cứu có kinh nghiệm, đã được nhiều lần góp ý bổ sung của các chuyên gia thủy lực, thủy văn đầu ngành. Đêm khuya, có điều kiện đọc kỹ hơn, tôi hiểu đây không phải chỉ là nghiên cứu khoa học thuần túy mà là dự án sẽ áp dụng vào thực tế cho việc xây dựng 12 cống lớn và hàng loạt hệ thống công trình thủy lợi ở thành phố Hồ Chí Minh, tác động lớn đến kinh tế, xã hội và môi trường của thành phố đông dân lớn nhất cả nước. Ý thức với nghề nghiệp lại trỗi dậy nhưng vẫn không khỏi e ngại vì mình như người « cưỡi ngựa xem hoa » phải góp ý ra sao cho chính xác và có trách nhiệm với những người thực hiện. Để khách quan, mang những băn khoăn của mình trao đổi với một vị chuyên gia quốc tế có kinh nghiệm làm việc lâu năm ở Châu Âu, sau khi thảo luận chúng tôi có một số ý kiến như sau :

Nhận xét chung :

Mục đích của báo cáo để đưa ra các kết quả trình duyệt :

- Các Tiêu chuẩn kỹ thuật phục vụ tính toán thủy văn, thủy lực (phần chỉnh sửa QĐ 3348 nếu có);

- Các Tiêu chuẩn kỹ thuật phục vụ thiết kế công trình (mực nước thiết kế cho đê, cho cống ứng với  mọi tần suất ứng với các cấp công trình quy định ở TCXDVN 285 và Quy phạm phân cấp đê), đề xuất về phân cấp công trình cho các đoạn đê, cống cụ thể;

- Quy mô mặt cắt tối thiểu của 12 cống ứng với các trường hợp tiêu, trường hợp bảo đảm gần như nguyên trạng về môi trường và trường hợp đảm bảo an toàn cho giao thông thủy qua từng cống (tính trước cho các trường hợp giả định vận tốc an toàn là 1,0 m/s; 1,5 m/s; 2,0 m/s ....) có sự thỏa thuận bằng văn bản của ngành giao thông.

- Phía tư vấn thừa nhận là không có khả năng đưa ra được tổ hợp tần suất hợp lý cho bài toán chống ngập với tần suất 95%!?. Không biết đây có phải là một tin buồn đối với ngành khoa học thống kê của nước nhà? Bởi vì Lý thuyết tính toán theo tần suất đã được nghiên cứu từ lâu và được đưa vào thành tiêu chuẩn tính toán của tất cả các quy phạm thiết kế của nhiều nước trên thế giới.

Nhận xét cụ thể :

Do báo cáo mới chỉ đưa ra kết quả tính toán thủy lực nên các nhận xét sẽ chỉ tập trung vào bài toán thủy lực.

1. Về sơ đồ tính: Có 2 sơ đồ. Sơ đồ để calibrate với điều kiện địa hình 2009. Sơ đồ này vừa dùng để calibrate và tính toán với các điều kiện của 20 năm gần đây;

- Sơ đồ 2025: Đây là sơ đồ dùng để tính theo quy hoạch khi bổ xung các điều kiện phát triển cho năm 2025, trong đó số khu trữ nước bị giảm và các khu nông nghiệp được xem là khu trữ kín tương tự như mô hình thủy lực kiểu VRSAP của cố PGS.TS Nguyễn Như Khuê. Trong sơ đồ này có nối các kênh giả để tiêu nước ra sông.

- Trong cả 2 sơ đồ đều dùng 213 ô trữ, tuy nhiên, trong sơ đồ 2009 các ô trữ đều hở, mưa rơi trên các ô này làm dâng mực nước và tiêu trực tiếp ra kênh.

- Trong sơ đồ 2025 có một số ô không còn đóng vai trò trữ (do san lấp) và không trữ nước mưa nhưng có một số ô nông nghiệp có trữ nước nhưng tiêu ra sông qua công trình, mà kích thước công trình và quy luật vận hành do người tính toán đặt ra.

2. Về điều kiện biên ở biển :

-      Theo thông báo cuộc họp ngày 09/12/2009 “Do có nhiều phức tạp khó khăn trong việc lựa chọn được tổ hợp tần suất hợp lý như đã nêu, cuộc họp thống nhất trước tiên cần tính theo dữ liệu thực tế 20 năm gần đây để đối chiếu lựa và chọn mức đảm bảo thiết kế phù hợp với điều kiện thực tế”.

-      Trong báo cáo không nêu rõ cơ sở khoa học và căn cứ nào để đưa ra khái niệm về “tần suất cho mực nước biển” và độ tin cậy khi xây dựng tương quan mực nước ở Xoài-Rạp và Vũng-Tàu.

-      Nếu tính theo dữ liệu thực tế 20 năm gần đây để đối chiếu lựa chọn mức đảm bảo thiết kế phù hợp với điều kiện thực tế, thì chưa thể đủ để có những kết luận, đặc biệt cho vùng quan trong như Tp. HCM. Phải đưa ra xu hướng biến đổi phù hợp thì mới có thể thiết kế khả năng của các công trình có thể đáp ứng trong điều kiện tương lai.

-      Về triều Vũng Tầu: Bản thân triều là do sức hút mặt trăng mặt trời, không phải yếu tố ngẫu nhiên, nhưng triều đo hoặc ghi được lại là yếu tố ngẫu nhiên do có tác động của các yếu tố ngẫu nhiên khác về khí tượng thủy văn (gió, dòng chảy,....). Triều Vũng Tầu và triều tại cửa Soài Rạp khác nhau về biên độ và pha. Vì thế, nếu lấy triều Vũng Tầu làm biên sẽ dẫn đến sai sót. Sơ bộ có thể phải dùng tương quan Soài Rạp-Vũng Tầu để làm biên nếu có số liệu đo đạc trong một số ngày của năm 2008 với bước đo 15 phút. Theo tôi hiểu các Cửa Đồng Tranh, Cái Mép đành phải dùng cùng tương quan..

-      Cách lập tương quan trong báo cáo cũng dịch pha, sau đó tính tương quan chân triều tại Soài Rạp cao hơn 16cm và đỉnh thấp 7,7cm theo cách lập của PGS Lê Song Giang . Vậy lấy theo cách nào ? Vì sao ? Tạm thời có thể khắc phục bằng cách lấy tương quan như trong báo cáo và sau đó kiểm tra lại như ý kiến của anh Giang. Việc chọn chân triều cao là an toàn cho tiêu khi chọn kích thước cống, còn cao trình đỉnh cống, đỉnh đê có thể khắc phục khi cần thiết. Xin lưu ý cả 2 cách đều có hệ số R2 trên 0,95 ? Cách tốt nhất vẫn phải tính lại vì đây là yếu tố liên quan đến việc chọn kích thước cống và cao trình đỉnh đê.

-      Chúng tôi thực sự không hiểu khái niệm về « tần suất cho mực nước biển » ở cửa Xoài-Rạp và về « tương quan » giữa mực nước ở Xoài-Rạp và Vũng-Tàu .

-      Chắc chúng ta đều dễ dàng thống nhất với nhau là chỉ dùng « tần suất » cho các giá trị biến đổi ngẫu nhiên, như « lượng mưa », « cường độ gió » hay « mực nước » và « lưu lượng » trên sông. Nếu tôi không lầm và nếu ta loại trừ yếu tố « nước biển dâng » (mang nhiều tính ngẫu nhiên) thì mực nước biển ở Vũng-Tàu không biến đổi một cách ngẫu nhiên. Nó biến đổi theo quy luật vật lý (sức hút giữa trái đất, mặt trăng và mặt trời) và hoàn toàn có thể dự báo được bằng phương pháp giải tích điều hòa.

-      Chúng ta cũng hiểu là thủy triều sẽ truyền từ Biển Đông vào cửa sông Xoài-Rap, vì vậy từ mực thủy triều ở Biển Đông, chúng ta có thể tính truyền triều để có được mực nước ở Xoài-Rạp. Gió, áp suất khí quyển có thể ảnh hưởng đến quá trình truyền triều này. Vì vậy, mực nước Xoài-Rạp sẽ biến đổi ngẫu nhiên. Chúng ta thường nói tới « tương quan giữa các biến ngẫu nhiên », nhưng một khi mực nước Vũng-Tàu không phải là biến ngẫu nhiên thì liệu chúng ta có thể nói gì về mối quan hệ này ? 

3.Tài liệu cơ bản

Cần lý giải việc sử dụng tài liệu thực tế trong 20 năm từ 1988-2008 có phù hợp với lý thuyết xác xuất thống kê ?

Người đọc dễ nhận xét băn khoăn về số liệu thủy văn dùng cho mô hình (tần suất vv...) nhưng một phần quan trọng của mô hình là số liệu địa hình lại phụ thuộc vào tốc độ đô thị hóa quá nhanh nên gặp nhiều khó khăn khi cập nhật đưa vào các phương án phát triển như giao thông, xây dựng trong tương lai. Nỗ lực nâng cao mức tin cậy của số liệu thủy văn có bù đắp được sai số khi mô phỏng địa hình có nghĩa là mô hình sẽ test sensitive analysis như thế nào ?

-      Trong báo cáo có 2 cụm số liệu cho năm địa hình năm 2009 và năm 2025.  Việc dự đoán mức độ thay đổi của địa hình căn cứ vào đâu và cơ bản khác nhau vấn đề gì để làm rõ tác động sau này, nhằm tránh yếu tố hiểu theo kiểu “ 1 chiều chủ quan” của người thiết lập.

-      Muốn rõ ràng cần có phần dự báo tốc độ phát triển của các ngành như : Giao thông, Xây dựng, Kinh tế....để đưa ra nhận định có tính khoa học và logic hơn.

4.  Về vấn đề hiệu chỉnh mô hình

-      Cả 4 tổ hợp tần suất đều tính với mưa 10%, địa hình 2025, kết quả cho diện tích bị ngập lớn hơn rất nhiều so với thực tế 20 năm địa hình 2009. Trường hợp nhỏ nhất tính cho triều 2000 và lũ 2000  cũng ngập 66.865 ha, chắc là do hai yếu tố triều và lũ có quy mô bất hợp lý, quá lớn.

-      Kết quả calibrate còn nhiều sai số, như với lưu lượng và còn những bất hợp lý, đặc biệt chưa có nhiều điểm chuẩn trong nội vùng (khu vực dọc đường Nguyễn Văn Linh).

-      Chênh lệch giữa kết quả mô hình và đo đạc là quá lớn : Báo cáo cho rằng « nhìn chung kết quả là chấp nhận được» là không thỏa đáng. Bằng chứng là Hình 41 cho thấy chênh lệch lưu lượng tính toán và đo đạc ở trạm Nhà-Bè là quá lớn, lưu lượng đo đạc -15 000 m3/s so với tính toán là khoảng -11 000 m3/s, chênh 4 000 m3/s (sai số trên 35% ) !?.

-      Hình 43-44 so sánh kết quả tại Thủ-Bộ và Kinh-Bộ (2 trạm chưa phải nằm sâu trong nội địa) cho thấy sai lệch giữa tính toán và đo đạc là 30 cm ở chân triều và 20 cm ở đỉnh triều.

-      Lệch pha ở Kinh-Lộ quá lớn dẫn đến chênh lệch mực nước cực kỳ lớn : ngày 06/06/2009 lệch pha tới 3 giờ dẫn tới sai lệch về mực nước tới 1 m .

-      Vào sâu trong nội đồng 1 chút, kết quả ở Mường-Chuối càng xấu, đặc biệt về lưu lượng.

-      Cần so sánh các thành phần sóng M2, K2, S2 vv...giữa kết quả thực đo và tính toán (cho cả mực nước và lưu lượng) mới cho phép hiệu chỉnh mô hình chính xác.

-      Tại sao lại  kết luận : “nếu muốn chuyển về cao độ địa hình của vùng dự án, cần phải cộng thêm 0,23m”, dựa trên cơ sở nào? Vì kết quả, hiệu chỉnh hay xử lý địa hình đều đã phải kết thúc trong phần mô hình rồi, vì nếu Datum trong mô hình không phù hợp thì không thể hiện đúng tác động của dòng chảy trong vùng.

KẾT LUẬN:

Bài toán thủy lực phức tạp như thành phố Hồ Chí Minh về nguyên tắc Calibrate và Validate model mà cho kết quả tốt thì có thể an tâm sử dụng.

Thông thường đối với bài toán thủy lực, số liệu đo đạc thiếu và không đồng bộ, nên để xây dựng được mô hình tương đối sát với thực tế mà không quá phức tạp cần dựa thêm vào các suy luận logic, liên ngành trong đó quan trọng nhất là sự ổn định tương đối của tương tác nguồn-dòng chảy-lòng dẫn.

Theo chúng tôi nghĩ, cách tốt nhất để xác định mực nước Xoài-Rạp là dùng mô hình toán 2 chiều để tính sự truyền triểu từ biển Đông tới cửa sông Xoài-Rạp (mà không chỉ tính từ mực nước ở Vũng-Tàu mà từ nhiều điểm khác ngoài Biển Đông nữa).

Ở đây có vấn đề « Uncertainty » cho « trường ứng suất gió » và « trường áp suất ». Vấn đề này cần được xét tới và bổ xung trong tính toán..

Khi xác định khẩu diện cống cần lưu ý chọn mặt cắt mô phỏng/đối chiếu phù hợp. Tại cửa ra mặt cắt phải đồng thời thỏa mãn hai điều kiện (a) ổn định tương đối với tương tác dòng chảy trong lưu vực-lòng dẫn và (b) nối tiếp ổn định với đáy sông (thường rất sâu) nên thường rất lớn và thu hẹp rất nhanh khi đi vào trong nội đồng. Nếu không phân tích kỹ có thể dẫn đến việc chọn mặt cắt lớn, gây lãng phí về kinh tế. Tôi rất băn khoăn về số liệu mặt cắt chọn trình bày trong báo cáo.

Quan trọng của phần hiệu chỉnh là: Mass Total Volume, Mass Q (Low flow and Peak Flow), Phase and the trend of the water. Nhưng mô hình tính toán trong báo cáo chưa đáp ứng được các yêu cầu nói trên.

Nếu bài toán mô hình thủy lực chưa giải đáp, khắc phục các tồn tại nêu ở trên, chắc chắn chất lượng sẽ ảnh hưởng lớn đến việc thiết kế xây dựng các công trình thủy lợi ở thành phố Hồ Chí Minh.

     Kiến nghị: Tổ tư vấn cung cấp số liệu giống nhau cho các chuyên gia mô hình thủy lực sử dụng các mô hình SAL của GSTS Nguyễn Tất Đắc, mô hình KOD của GS.TSKH Nguyễn Ân Niên, mô hình VRSAP của cố PGS.TS Nguyễn Như Khuê hoặc sử dụng bất cứ mô hình nào khác để chạy thử hiện trạng, và 1 scenario về thay đổi mực nước, sau đó so sánh kết quả với một số trạm chủ chốt. Các kết quả tính toán của mô hình cần được chuyển cho chuyên gia mô hình độc lập phân tích, đánh giá.

Trao đổi ý kiến bổ sung: Tôi vừa mới nhận được ý kiến phản hồi của một số anh chị quan tâm đến bài toán thủy lực và câu hỏi liên quan. Rất  ấn tượng với các nhận xét, đánh giá chân tình về công tác phản biện đối với sự nghiệp phát triển của ngành nước. Tôi bổ sung, nói cho rõ hơn một số ý quan điểm của người viết: : 

- Tính theo chuỗi thực tế 20 năm cũng có thể tạm chấp nhận được - dĩ nhiên là chưa đủ để kết luận. Có thể lấy điều kiện hạ tầng kết cấu như năm 1999 tính với các đầu vào thủy văn, thủy lực thay đổi sau đó phân tích tần suất xảy ra ngập,  thực tế bước phân tích kết quả cũng sẽ rất phức tạp ví dụ như tiêu chuẩn thế nào gọi năm bị ngập.

- Kiến nghị sử dụng cùng chung bộ số liệu để TEST cho các mô hình khác là cần thiết. Đây là công việc sẽ tốn công sức và có thể gây tranh luận khi so sánh kết quả tính từ các mô hình khác nhau, cần chọn chuyên gia độc lập phân tích, đánh giá cho khách quan. 

- Cần phân tích và so sánh các thành phần sóng M2, S2, O1, K1 vv...(và các sóng nước nông khác) giữa các kết quả thực đo và tính toán cho cả mực nước và lưu lượng mới cho phép hiệu chỉnh mô hình chính xác. Tôi trao đổi với các GS ở  Mỹ và Thụy Điển đều cho rằng đây là điều bắt buộc phải làm để hiệu chỉnh một bài toán triều.

- Báo cáo góp ý tính toán thủy lực hệ thống thủy lợi TP.HCM của tư vấn thiết kế chỉ mới là những nhận xét sơ bộ cho phần thủy lực trên hệ thống sông. Xin lưu ý là phần kết nối mô hình này với các mô hình "mưa-dòng chảy" ở thượng  nguồn  và mô hình URBAN ở nội thành không thấy đề cập đến trong báo cáo thủy lực!? Bởi vậy, không đủ cơ sở để tìm hiểu, phân tích đánh giá mặc dù các mô hình này có tương tác mật thiết với mô hình trên hệ thống sông để  quyết định đến kích thước cống tiêu nước.