Nghiên cứu lựa chọn phương án thiết kế hợp lý hệ thống đường ống cấp nước tưới phun mưa cho vùng sản xuất chuyên rau màu trên địa bàn huyện thanh miện tỉnh hải dương

Việc ứng dụng các tiến bộ kỹ thuật của mô hình tưới tự động trên địa bàn huyện sẽ góp phần hình thành vùng sản xuất rau màu tập trung; giảm chi phí đầu tư xây dựng kênh tưới; tiết kiệm n

LỜI CAM ĐOAN

Tôi là Nguyễn Thị Tú, tôi xin cam đoan bản luận văn này là do bản thân tôi tự thực hiện Kết quả nghiên cứu của luận văn là trung thực với mức độ tin cậy cao, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm với các kết quả nghiên cứu của mình./

Hà Nội, ngày 18 tháng 5 năm 2022

TÁC GIẢ

Nguyễn Thị Tú

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo, gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện luận văn này Đặc biệt, tôi xin gửi lời cảm ơn đến TS Phạm Văn Tùng và PGS.TS Nguyễn Tuấn Anh, những người đã trực tiếp, tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện và hoàn thành luận văn này

Do thời gian có hạn, luận văn của tôi không tránh khỏi thiếu sót, tôi rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của các thầy giáo, cô giáo, các nhà khoa học và đồng nghiệp để luận văn của tôi được hoàn thiện

Xin trân trọng cảm ơn./

Hà Nội, ngày 18 tháng 5 năm 2022

TÁC GIẢ

Nguyễn Thị Tú

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN I LỜI CẢM ƠN II MỤC LỤC III DANH MỤC HÌNH ẢNH V DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU V

MỞ ĐẦU 1

I TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1

II MỤC ĐÍCH VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 2

III CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2

CHƯƠNG I TỔNG QUAN 4

1.1 Tổng quan các vấn đề nghiên cứu 4

1.1.1 Tổng quan các nghiên cứu trên thế giới 4

1.1.2 Tổng quan các nghiên cứu tại Việt Nam 5

1.2 Tổng quan về vùng sản xuất rau của huyện Thanh Miện, tỉnh Hải Dương 9

1.2.1 Điều kiện tự nhiên 9

1.2.2 Các nguồn tài nguyên 13

1.2.3 Cảnh quan môi trường và biến đổi khí hậu 14

1.2.4 Thực trạng phát triển kinh tế xã hội 15

1.3 Đánh giá thực trạng hệ thống cấp nước tưới cho vùng sản xuất rau của huyện Thanh Miện, tỉnh Hải Dương 19

1.3.1 Về hệ thống công trình thủy lợi phục vụ tưới, tiêu nước 19

1.3.2 Về nông nghiệp 23

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 25

2.1 Tính toán nhu cầu nước của cây trồng 25

2.1.1 Nội dung tính toán 25

2.1.2 Phương pháp tính toán nhu cầu nước cho cây trồng cạn .26

2.2 Các bước thiết kế hệ thống tưới phun mưa 28

2.2.1 Những yêu cầu và tài liệu cần thiết khi thiết kế một hệ thống phun mưa 29

2.2.2 Lựa chọn kỹ thuật tưới phun mưa và vòi phun thích hợp 30

2.2.3 Bố trí hệ thống tưới phun mưa 33

2.2.4 Xác định các chỉ tiêu kỹ thuật quản lý khai thác 39

2.2.5 Phương pháp xác định lưu lượng thiết kế của đường ống dẫn nước hệ thống tưới

phun mưa 41

2.2.6 Công tác vận hành quản lý, khai thác kỹ thuật tưới phun mưa 43

2.3 Phương pháp xác định đường kính ống hợp lý của hệ thống tưới phun mưa 44

2.3.1 Thiết lập bài toán 44

2.3.2 Hàm mục tiêu 44

2.3.3 Các điều kiện ràng buộc 46

2.3.4 Các bước giải bài toán 47

CHƯƠNG 3 LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ HỢP LÝ HỆ THỐNG ĐƯỜNG ỐNG CẤP NƯỚC TƯỚI PHUN MƯA CHO VÙNG SẢN XUẤT RAU MÀU TRÊN ĐỊA BÀN HUYỆN THANH MIỆN TỈNH HẢI DƯƠNG 48

3.1 Bố trí hệ thống tưới phun mưa cho vùng nghiên cứu 48

3.1.1 Xác định các khu vực dùng nước 48

3.1.2 Sơ đồ hệ thống 48

3.2 Ứng dụng phần mềm Cropwat tính toán nhu cầu nước cho cây trồng cạn 52

3.3 Xác định lưu lượng thiết kế của hệ thống đường ống 58

3.3.1 Xác định cường độ tưới và chọn vòi tưới phù hợp 58

3.3.2 Xác định lưu lượng thiết kế của hệ thống đường ống 60

3.4 Áp dụng phương pháp đã xác định để lựa chọn đường kính ống hợp lý của hệ thống tưới 61

3.4.1 Tính toán thủy lực mạng lưới cấp, lựa chọn đường kính ống 61

3.4.2 Phân tích kết quả và đề xuất phương án thiết kế hợp lý hệ thống đường ống cấp nước tưới phun mưa 66

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 72

1 Kết luận .72

2 Kiến nghị .72

TÀI LIỆU THAM KHẢO 73

PHỤ LỤC 1 THỜI VỤ CÂY TRỒNG 74

PHỤ LỤC 2 KẾT QUẢ TÍNH TOÁN ĐƯỜNG TẦN SUẤT MƯA VỤ 76

PHỤ LỤC 3 80

PHỤ LỤC 4 BẢNG TÍNH Q VÀ D ỐNG TUYẾN CHÍNH LÔ 2A 90

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Bản đồ hành chính huyện Thanh Miện 10

Hình 1.2 Vị trí vùng nghiên cứu quy hoạch rau màu xã Phạm Kha 11

Hình 1.3 Thực trạng hệ thống thủy lợi vùng nghiên cứu 23

Hình 2.1 Các sơ đồ bố trí vòi phun mưa 38

Hình 3.1 Sơ đồ mạng lưới đường ống lô số 1 khu 2 49

Hình 3.2 Mặt bằng bố trí chi tiết tưới mặt ruộng 50

Hình 3.3 Mặt cắt bố trí chi tiết tưới mặt ruộng 50

Hình 3.4 Nhập số liệu khí tượng 52

Hình 3.5 Bảng nhập dữ liệu mưa vụ Đông 53

Hình 3.6 Bảng nhập dữ liệu mưa vụ Chiêm 53

Hình 3.7 Bảng nhập dữ liệu mưa vụ Mùa 54

Hình 3.8 Bảng nhập dữ liệu cho cây bắp cải vụ Đông 54

Hình 3.9 Bảng nhập dữ liệu cho cây cà chua vụ Chiêm 55

Hình 3.10 Bảng nhập dữ liệu cho cây khoai tây vụ Mùa 55

Hình 3.11 Bảng dữ liệu về đất 56

Hình 3.12 Bảng kết quả tính yêu cầu nước tưới tại mặt ruộng cho cây bắp cải vụ Đông .56

Hình 3.13 Bảng kết quả tính yêu cầu nước tưới mặt ruộng cho cây cà chua vụ Chiêm .57

Hình 3.14 Bảng kết quả tính yêu cầu nước tưới mặt ruộng cho cây khoai tây vụ Mùa .57

Hình 3.15 Một số béc tưới thông dụng 59

Hình 3.16 Thông số giữa lưu lượng và cột nước các loại máy bơm của hãng Ebara 65

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Một số chỉ tiêu kinh tế - xã hội chủ yếu 16

Bảng 1.2 Giá trị sản xuất ngành nông nghiệp 16

Bảng 1.3 Một số cây trồng, vật nuôi chính qua các năm 17

Bảng 1.4 Giá trị sản xuất ngành thương mại - dịch vụ 18

Bảng 1.5 Diện tích, dân số, mật độ dân số 18

Bảng 1.6 Hiện trạng tưới tiêu huyện Thanh Miện 20

Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật chính của các loại vòi phun 32

Bảng 2.2 Trị số H/d thích hợp đối với các loại cây trồng 32

Bảng 2.3 Quan hệ giữa vật liệu làm đường ống với các giá trị f, m và b 42

Bảng 3.1 Kết quả tính toán yêu cầu nước tưới tại mặt ruộng cho cây bắp cải vụ Đông (m3/ha) 56

Bảng 3.2 Yêu cầu nước tưới cho cây cà chua vụ Chiêm (m3/ha) 58

Bảng 3.3 Yêu cầu nước tưới cho cây khoai tây vụ Mùa (m3/ha) 58

Bảng 3.4 Mức độ giảm tốc độ thấm theo độ dốc bề mặt khu tưới 58

Bảng 3.5 Số vòi hoạt động đồng thời trong 1 lần tưới 61

Bảng 3.6 Quan hệ giữa vật liệu làm đường ống với các giá trị f, m và b 62

Bảng 3.7 Các phương án D ống tuyến chính của lô 2a (PA1-9) 64

Bảng 3.8 Các phương án D ống tuyến chính của lô 2a (PA10-18) 64

Bảng 3.9 Chi phí xây dựng 68

Bảng 3.10 Chi phí điện năng cho các phương án 69

Bảng 3.11 Kết quả tính toán hàm mục tiêu (chỉ tiêu kinh tế) của các phương án 70

MỞ ĐẦU

I TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Thanh Miện là huyện thuần nông của tỉnh Hải Dương với tổng diện tích gieo trồng là 16.100 ha, diện tích trồng cây rau màu, cây vụ đông hàng năm đạt 1.500 - 1.600 ha Trong những năm gần đây sản xuất nông nghiệp huyện Thanh Miện có bước phát triển khá, cơ cấu sản xuất nông nghiệp theo hướng sản xuất hàng hóa tập trung có giá trị kinh

tế cao, đáp ứng nhu cầu thị trường, huyện đã và đang tiến hành công tác dồn điền, đổi thửa gắn với chỉnh trang đồng ruộng là điều kiện thuận lợi cho việc quy vùng sản xuất, ứng dụng tiến bộ kỹ thuật, phát triển sản xuất nông nghiệp nói chung và cây rau màu nói riêng

Các vùng sản xuất cây rau màu thực phẩm truyền thống sản xuất hàng hoá tập trung cho giá trị kinh tế cao trên địa bàn huyện tiếp tục được duy trì, phát triển tập trung vào các loài cây có giá trị kinh tế như: hành, su hào, bắp cải, dưa, rau các loại, ở các xã: Phạm Kha, Lam Sơn, Hùng Sơn,

Sản phẩm rau màu của huyện đã được thương lái thu mua tận đầu bờ và đem đi tiêu thụ ở nhiều địa phương trong và ngoài tỉnh, đặc biệt là Thành phố Hà Nội và các tỉnh cận Tuy nhiên, sản xuất rau màu trên địa bàn huyện vẫn còn mang tính chất truyền thống, chưa sản xuất tập trung, chưa ứng dụng nhiều tiến bộ kỹ thuật vào sản xuất nên lượng sản phẩm tạo ra vẫn còn nhỏ lẻ, sản phẩm chưa có sức cạnh tranh cao trên thị trường, sức lao động của người dân chưa được giải phóng, chi phí đầu vào vẫn còn ở mức cao

Việc ứng dụng các tiến bộ kỹ thuật của mô hình tưới tự động trên địa bàn huyện sẽ góp phần hình thành vùng sản xuất rau màu tập trung; giảm chi phí đầu tư xây dựng

kênh tưới; tiết kiệm nước tưới, chi phí lao động, nhân công, năng lượng, nguyên vật

liệu; nâng cao năng suất, chất lượng sản phẩm, tạo ra chuỗi sản phẩm sạch, an toàn,

bền vững theo tiêu chuẩn VietGap, thực hiện thành công kế hoạch hành động "Tái cơ cấu ngành nông nghiệp theo hướng nâng cao giá trị gia tăng và phát triển bền vững" của UBND tỉnh Hải Dương

Mặt khác, hiện nay trong công tác thiết kế các hệ thống đường ống cấp nước tưới nói chung và cấp nước tưới phun mưa cho rau màu nói riêng, việc lựa chọn đường kính ống thiết kế còn phụ thuộc chủ quan của người thiết kế dẫn đến hoặc là lãng phí chi phí đầu tư xây dựng (khi chọn vận tốc thiết kế thiên nhỏ) hoặc là làm tăng chí phí điện bơm nước (khi chọn vận tốc thiết kế thiên lớn) Do đó việc nghiên cứu đề xuất phương pháp lựa chọn đường kính ống dẫn nước của hệ thống tưới phun mưa đảm bảo điều kiện kinh tế - kỹ thuật là có ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Chính vì vậy, việc thực hiện đề tài: “Nghiên cứu lựa chọn phương án thiết kế hợp lý

hệ thống đường ống cấp nước tưới phun mưa cho vùng sản xuất chuyên rau màu trên địa bàn huyện Thanh Miện, tỉnh Hải Dương” là cần thiết

II MỤC ĐÍCH VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

1 Mục đích nghiên cứu:

Nghiên cứu đề xuất phương pháp lựa chọn đường kính ống hợp lý của hệ thống tưới phun mưa và áp dụng cho 01 hệ thống tưới vùng sản xuất chuyên rau màu trên địa bàn huyện Thanh Miện, tỉnh Hải Dương

2 Phạm vi nghiên cứu:

Đường ống cấp nước tưới hệ thống tưới phun mưa có đầu mối là trạm bơm và áp dụng

cho 01 vùng rau của huyện Thanh Miện, Hải Dương

III CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2 Phương pháp nghiên cứu:

- Phương pháp điều tra thực địa, thu thập số liệu

- Phương pháp phân tích thống kê

- Phương pháp ứng dụng mô hình toán

- Phương pháp kế thừa

- Phương pháp ứng dụng lý thuyết tối ưu hóa

CHƯƠNG I TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan các vấn đề nghiên cứu

1.1.1 Tổng quan các nghiên cứu trên thế giới

Công nghệ tưới tiết kiệm nước đã được quan tâm nghiên cứu và ứng dụng từ rất sớm trên thế giới Hiện diện đầu tiên với các bình đất sét đục lỗ cho nước thấm qua hay hệ thống ống dẫn đục lỗ tại Đức (năm 1920) Cuối năm 1940 công nghệ tưới nhỏ giọt được áp dụng trong nhà kính tại nước Anh Đây là mô hình mở đầu một thời kỳ phát triển các nghiên cứu về công nghệ tưới tiết kiệm nước Nhưng phải đến năm 1959, nhờ công sức của hai cha con Simcha Blass và Yeshayahu người Israel, phương pháp này mới được hoàn thiện

Nghiên cứu về công nghệ tưới tiên tiến được nhiều nước quan tâm từ những thập niên

60 của thế kỷ trước, các công nghệ tưới không ngừng được cải tiến nhằm nâng cao khả năng áp dụng và tính hiệu quả trong sử dụng nước Công nghệ tưới phun mưa và tưới nhỏ giọt chính là một trong những thành tựu lớn nhất và là những lựa chọn hàng đầu không chỉ cho việc nâng cao hiệu quả sử dụng nước tưới và giá trị sản xuất mà còn là công cụ thích ứng giải quyết được nhiều khó khăn trong nền nông nghiệp hiện đại, đặc biệt là ở các vùng chịu tác động của biến đổi khí hậu

Những năm gần đây, nền nông nghiệp thế giới đã luôn phải hướng ánh nhìn về Israel - vùng đất tưởng chừng như nhỏ bé nhưng lại là cái nôi sáng tạo ra nhiều công trình khoa học, một trong số đó chính là công nghệ tưới phun mưa - phát minh tiêu biểu cho nền nông nghiệp toàn thế giới Israel vốn không phải là một quốc gia có nhiều lợi thế

tự nhiên để phát triển nông nghiệp Với diện tích lãnh thổ nhỏ hẹp, diện tích đất trồng trọt lại càng ít và không phải là giống đất phì nhiêu, màu mỡ để trồng trọt

Nhìn nhận một cách toàn diện thì Israel hoàn toàn không có thuận lợi về điều kiện tự nhiên để phát triển nông nghiệp Thế nhưng, trên thực tế, họ lại là quốc gia hàng đầu trong phát triển ngành nông nghiệp khi không chỉ đủ cung cấp cho đất nước mà doanh thu từ xuất khẩu nông sản còn đứng đầu thế giới Yếu tố lớn nhất tạo nên những thành tựu đáng kinh ngạc đó chính là công nghệ tưới phun mưa công nghệ Israel

1.1.2 Tổng quan các nghiên cứu tại Việt Nam

1.1.2.1 Tổng quan về tưới tiết kiệm tại Việt Nam

Thủy lợi có vai trò và vị trí quan trọng trong sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá, xây dựng và bảo vệ Tổ quốc, là cơ sở hạ tầng thiết yếu phục vụ phát triển bền vững nông nghiệp, nông thôn, kinh tế - xã hội ở Việt Nam Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn đã xây dựng một chiến lược phát triển KHCN cho nông nghiệp và nông thôn, đến năm 2020 các thành tựu KHCN sẽ đóng góp từ 40 50% GDP nông nghiệp, trong đó sản phẩm nông nghiệp công nghệ cao chiếm 30% giá trị sản xuất của các sản phẩm chủ yếu Theo Đề án “Phát triển ngành trồng trọt đến năm 2020, tầm nhìn đến năm 2030” của Bộ trưởng Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, tổng diện tích cây trồng cạn chủ lực, có thị trường (cà phê, chè, hồ tiêu, điều, mía, cây ăn quả, .) đến năm 2020 là 2.705.000ha; trong đó, diện tích cây ăn quả 910.000ha, cao su 800.000ha,

cà phê 500.000ha, điều 400.000ha, rau 400.000ha, mía 300.000ha, chè 130.000ha,

Một trong những mục tiêu của đề án “Tái cơ cấu ngành Thủy lợi” là phát triển một nền nông nghiệp chủ động tưới, tiêu theo hướng hiện đại, đẩy mạnh trên diện rộng các giải pháp tưới tiên tiến, tiết kiệm nước cho các cây trồng cạn chủ lực: cà phê, hồ tiêu, chè, cây điều, cây mía, cây ăn quả, rau, hoa Đến năm 2020 sẽ có 500.000ha cây trồng cạn chủ lực được tưới tiên tiến, tiết kiệm nước

Công nghệ tưới tiên tiến, tiết kiệm nước cho cây trồng là việc áp dụng quy trình kỹ thuật và thiết bị tiên tiến để tưới theo phương pháp nhỏ giọt, phun mưa, tưới ngầm, bảo đảm cấp nước theo nhu cầu của cây trồng cạn hoặc tưới ướt - khô xen kẽ cho cây lúa phù hợp từng giai đoạn sinh trưởng kết hợp với các biện pháp canh tác tiên tiến trong nông nghiệp

Trong vài năm gần đây, việc áp dụng công nghệ tưới tiên tiến và tiết kiệm nước cho cây trồng cạn đã chứng minh đây là một giải pháp mang tính đột phá Hiện đã xuất hiện không ít mô hình tiêu biểu về áp dụng công nghệ tưới tiên tiến, tiết kiệm nước cho cây trồng cạn như các mô hình tưới chuối trên đất dốc ở Lào Cai; tưới cà phê, hồ tiêu ở Tây Nguyên; tưới rau, hoa ở Lâm Đồng; tưới cây ăn quả ở Bình Dương; mô hình khu nông nghiệp công nghệ cao Unifarm ở Bình Dương

Thực tế qua áp dụng các mô hình công nghệ tưới tiên tiến và tiết kiệm nước, hiệu quả mang lại là khá khả quan, được biểu hiện trên các mặt: Quản lý dinh dưỡng cây trồng, tiết kiệm nước, tiết kiệm phân bón, tăng năng suất, tăng chất lượng, giảm phòng trừ cỏ dại, giảm nấm bệnh, giảm ô nhiễm môi trường, cơ giới hóa, sản xuất hàng hóa quy mô lớn Đồng thời công nghệ tưới tiên tiến và tiết kiệm nước đã làm thay đổi cơ bản tư duy nhận thức của người canh tác nông nghiệp, mang lại hiệu quả kinh tế cao, tạo cơ hội cho nông dân tiếp cận và ứng dụng các tiến bộ khoa học kỹ thuật vào sản xuất Mặc dù có nhiều ưu điểm nổi trội so với tưới truyền thống, việc áp dụng công nghệ tưới tiên tiến, tiết kiệm nước trong nông nghiệp nước ta vẫn còn rất hạn chế Theo thống kê sơ bộ, tính đến thời điểm hiện tại, diện tích cây trồng cạn hiện đang áp dụng tưới tiên tiến, tiết kiệm nước trên cả nước đạt khoảng 276.100 ha (tăng nhiều lần so với thời điểm bắt đầu triển khai kế hoạch) Hầu hết các tỉnh, thành phố đã áp dụng tưới tiết kiệm nước cho cây trồng cạn Trong đó, các vùng phát triển tưới tiên tiến, tiết kiệm nước mạnh mẽ nhất là Đông Nam bộ (117.000ha), Tây Nguyên (78.000ha), đồng bằng sông Cửu Long (46.000ha), Bắc Trung bộ và duyên hải Nam Trung bộ (24.000ha) Nguyên nhân áp dụng tưới tiết kiệm còn hạn chế chủ yếu là do chi phí đầu tư, nhất là đầu tư ban đầu, đối với công nghệ tưới tiên tiến, tiết kiệm nước còn cao so với thu nhập của người dân và đòi hỏi có một kiến thức, trình độ nhất định khi sử dụng, trong khi động lực của người sản xuất chưa đủ lớn (chưa thấy hết được lợi ích, nhất là lợi ích kinh tế của việc áp dụng công nghệ này so với kỹ thuật tưới truyền thống) nên chưa mạnh dạn áp dụng công nghệ tưới tiết kiệm nước Ngoài ra, cơ chế, chính sách hỗ trợ cho người nông dân, tổ chức kinh tế, xã hội để thúc đẩy ứng dụng công nghệ, kỹ thuật tưới tiết kiệm cho cây trồng chủ lực còn chưa hoàn thiện, đồng bộ, chưa tạo động lực cho việc áp dụng công nghệ tưới tiên tiến, tiết kiệm nước trong sản xuất nông nghiệp Một số mô hình cụ thể như:

- Mô hình tưới phun mưa tự động cho cây hành tím tại huyện Vĩnh Châu, tỉnh Sóc Trăng

- Mô hình tưới phun mưa tự động cho các loại cây: hoa, rau màu ở một số vùng ven đô như An Lạc phường Đông Giang, … tỉnh Quảng Trị

- Mô hình tưới phun mưa tự động cho cây mãng cầu ở xã Sông Xoài, Châu Đức, Bà Rịa Vũng Tàu

1.1.2.2 Tổng quan nghiên cứu xác định Dống

* Phương pháp xác định theo nguyên lý chi phí quản lý nhỏ nhất Để xác định được đường kính kinh tế của đường ống có thể sử dụng cách so sánh phương án với các đường kính khác nhau theo nguyên lý chi phí quản lý nhỏ nhất

Theo Giáo trình máy bơm và Trạm bơm của GS Hoàng Lâm Viện và những người khác Ta xác định chi phí quản lý xác định theo công thức:

C = aE + bK Trong đó:

a - Giá thành 1kWh điện;

E - Tổng năng lượng hao tổn hàng năm trên 1m dài đường ống;

K - Vốn đầu tư cho 1 mét đường ống;

b - Tỷ lệ khấu hao hoàn vốn và sửa chữa tính theo % tiền vốn đầu tư K

Tổng năng lượng E được tính theo công thức sau:



tb dt

T tb

K Q

h E

0 3 0

81,981

,9





Q - Lưu lượng đường ống từng thời gian;

htt - Tổn thất cột nước trên 1 mét ống đẩy

T - Thời gian làm việc của ống đẩy trong năm;

Để tính toán cho thuận lợi với các biểu đồ dùng nước bậc thang, biểu thức dưới dấu tích phân:

T

tb T q dt Q

0

3 3

Đưa về dạng sai phân: 3

1

1

3 ) (

i

i i tb

t

t Q q



3 81 , 9

=

Các cách tính toán theo chi phí quản lý nhỏ nhất:

Cmin = (aE + bK)minlập với các đường kính khác nhau theo 2 phương trình sau:

aE = f1(D)

bK = f2(D) tính với nhiều giá trị của D ta được 2 đường biểu diễn bằng phương pháp cộng đồ thị tìm được điểm có Cmin

Sơ đồ chọn đường kính tối ưu

Nhận xét: Phương pháp xác định đường kính tối ưu theo nguyên lý chi phí quản lý min

đã coi vốn đầu tư và các chi phí ở trạng thái tĩnh tức là không kể đến lãi suất

1.1.2.3 Tổng quan các nghiên cứu về bài toán thiết kế tối ưu

Trong những năm gần đây, lý thuyết phân tích hệ thống và lý thuyết tối ưu hoá được

áp dụng nhiều trong các bài toán về quy hoạch, thiết kế, quản lý, vận hành tối ưu các

hệ thống nói chung và hệ thống thuỷ lợi nói riêng Trong đó, bài toán thiết kế tối ưu

các công trình trong hệ thống cấp, thoát nước, tưới, tiêu, đã được một số tác giả trong nước nghiên cứu, điển hình như:

Đề tài “Hệ số tiêu thiết kế tối ưu của trạm bơm cho các vùng trồng lúa đồng bằng Bắc Bộ, Việt Nam” (1997) của TS Dương Thanh Lượng Tác giả áp dụng phương pháp

mô hình mô phỏng và phương pháp tối ưu hoá cho bài toán thiết kế hệ thống tiêu bằng trạm bơm vùng trồng lúa với chỉ tiêu tối ưu là NPV (Giá trị thu nhập ròng quy về thời điểm hiện tại) Giá trị hệ số tiêu thiết kế tương ứng với giá trị NPV max là giá trị hệ số tiêu thiết kế tối

ưu của trạm bơm

Đề tài “Nghiên cứu xác định quy mô đường ống tối ưu cho hệ thống tưới Trung tâm nghiên cứu và sản xuất giống ngô Sông Bôi, Hoà Bình” (2002) của ThS Đỗ Hồng

Quân Sử dụng phương pháp tối ưu hoá, tác giả đã tìm ra phương án đường kính ống tối ưu cho hệ thống ứng với chỉ tiêu tối ưu: IRRmax

Đề tài “Nghiên cứu xác định phương án bố trí và quy mô hợp lý của trạm bơm tưới vùng cao” (2003) của ThS Nguyễn Tuấn Anh Với phương pháp mô hình, mô phỏng

và tối ưu hoá, tác giả đã thiết lập được bài toán tìm phương án thiết kế tối ưu trạm bơm tưới qua chỉ tiêu tối ưu là tổng chi phí quy về năm đầu nhỏ nhất

Đề tài “Nghiên cứu xác định đường kính ống tối ưu trong hệ thống cấp nước bằng bơm”của ThS Đỗ Chí Công Ứng dụng phương pháp mô hình, mô phỏng và tối ưu

hoá, tác giả thiết lập được bài toán xác định đường kính tối ưu trong hệ thống cấp thoát nước bằng bơm

Trong luận văn này, phương pháp tối ưu hoá sẽ được áp dụng để xây dựng bài toán xác định đường kính tối ưu trong hệ thống đường ống cấp nước tưới phun mưa cho vùng sản xuất chuyên rau màu trên địa bàn huyện Thanh Miện, tỉnh Hải Dương

1.2 Tổng quan về vùng sản xuất rau của huyện Thanh Miện, tỉnh Hải Dương

1.2.1 Điều kiện tự nhiên

1.2.1.1 Vị trí địa lý

Thanh Miện là huyện đồng bằng nằm ở phía tây nam của tỉnh Hải Dương Tổng diện tích tự nhiên toàn huyện là 122,321 km² từ 106°7′50″ đến 160°16′20″ kinh Đông và từ

20°40′45″ đến 20°50′55″ vĩ Bắc, là khu vực đồng bằng được bồi đắp bởi phù sa sông Hồng nên thuận lợi cho phát triển nông nghiệp lúa nước và cây trồng mầu

Phía tây bắc giáp huyện Bình Giang; Phía đông bắc giáp huyện Gia Lộc; Phía đông nam giáp huyện Ninh Giang; Phía nam giáp huyện Quỳnh Phụ, Thái Bình với ranh giới là sông Luộc; Phía tây giáp huyện Phù Cừ và Ân Thi thuộc tỉnh Hưng Yên

Hình 1.1 Bản đồ hành chính huyện Thanh Miện Vùng nghiên cứu được chọn là vùng rau của xã Phạm Kha nằm tiếp giáp với xã Đoàn Tùng Thanh Miện, Lê Lợi huyện Gia Lộc qua cầu Đáy trên sông Bắc Hưng Hải, xã Long Xuyên Bình Giang

Hình 1.2 Vị trí vùng nghiên cứu quy hoạch rau màu xã Phạm Kha

1.2.1.2 Địa hình, địa mạo

Thanh Miện là huyện vùng đồng bằng châu thổ sông Hồng, địa hình tương đối bằng phẳng, bị chia cắt bởi hệ thống kênh mương, sông ngòi và đường giao thông Độ dốc tương đối của địa hình theo hướng từ Đông Bắc xuống Tây Nam, độ cao trung bình từ +1,60 m đến +2,60 m

Đất đai hình thành do sự bồi đắp phù sa của hệ thống sông Thái Bình và sông Hồng Tuy vậy, tính chất đất đai cũng như địa hình, địa mạo vẫn mang đặc tính điển hình của đất phù sa sông Thái Bình (phần phía Tây Nam có sự pha trộn giữa phù sa sông Hồng

Khu 2 (22ha)

Vị trí trạm bơm Khu 3 (26ha)

- Mùa hè: Thời tiết nóng ẩm, mưa kéo dài từ tháng 4 đến tháng 10

- Mùa đông: Thời tiết lạnh, khô hanh từ tháng 11 năm trước đến tháng 3 năm sau Theo số liệu điều tra của trung tâm khí tượng thuỷ văn tỉnh Hải Dương, các yếu tố khí hậu được thể hiện:

+ Nhiệt độ: Trung bình năm khoảng 230C Tổng nhiệt độ năm khoảng 8.5000C, nhiệt

độ cao nhất có thể lên đến 36-370C (tháng 6, 7), nhiệt độ thấp nhất là tháng 12 và tháng 01

+ Mưa: Lượng mưa trung bình hàng năm từ (1.350 - 1.600) mm, tập trung và phân bổ theo mùa, mùa hè thường có mưa to, làm ảnh hưởng đến sản xuất nông nghiệp và đời sống dân sinh, mùa đông thời tiết hanh khô, mưa ít, nước ở các ao, hồ cạn, thiếu nguồn nước phục vụ sản xuất nông nghiệp và sinh hoạt

+ Gió bão: 2 hướng gió chính: Đông Bắc và Đông Nam Các tháng 6, tháng 7 xuất

hiện các đợt gió khô nóng; mùa đông từ tháng 12 đến tháng 02 có rét đậm kéo dài Hàng năm còn bị ảnh hưởng trực tiếp hoặc gián tiếp của 3 đến 4 trận bão có gió và

mưa lớn gây thiệt hại cho sản xuất nông nghiệp và dân sinh

+ Độ ẩm: Trung bình năm từ 81 - 87% Vào mùa hè có độ ẩm không khí cao còn mùa đông thời tiết khô hanh, độ ẩm xuống thấp

1.2.1.4 Thuỷ văn

Thuỷ văn chịu ảnh hưởng trực tiếp của 2 con sông chính là sông Luộc và sông Cửu

An Đây là các nhánh sông có nguồn gốc từ hệ thống sông Hồng và sông Thái Bình Với hệ thống sông như trên đã tạo cho huyện nguồn cung cấp nước cho sản xuất và sinh hoạt của nhân dân, đồng thời bồi đắp phù sa hàng năm cho sản xuất nông nghiệp Vào mùa mưa, nước sông Hồng và sông Thái Bình thường dâng cao, gây lũ lụt cho một số vùng, khó khăn cho việc tiêu nước trên các cánh đồng, gây úng cục bộ Vào mùa khô, nước sông Hồng và sông Thái Bình xuống thấp, ảnh hưởng lớn đến sản xuất

và đời sống dân sinh Ngoài ra, huyện còn có hệ thống ao hồ đảm bảo việc tưới tiêu cho diện tích đất canh tác, sản xuất nông nghiệp và nuôi trồng thuỷ sản với năng suất cao

1.2.2 Các nguồn tài nguyên

1.2.2.1 Tài nguyên đất

Theo số liệu thống kê đến ngày 31/12/2020 Tổng quỹ đất tự nhiên của huyện là 12.237,42 ha, toàn bộ diện tích đã được khai thác đưa vào sử dụng Đất đai của huyện chủ yếu được phát triển trên nền phù sa được bồi đắp từ hệ thống sông Hồng và sông Thái Bình

1.2.2.2 Tài nguyên nước

Nguồn nước ở huyện Thanh Miện được lấy từ các nguồn nước mặt, nước ngầm và nước mưa

- Nước mặt: Được cung cấp từ hệ thống sông Luộc và sông Cửu An, cùng hệ thống các ao hồ, đầm, kênh rạch trên địa bàn huyện Đây là nguồn nước quan trọng cung cấp cho mọi hoạt động của huyện

- Nước ngầm: Nguồn nước ngầm của huyện Thanh Miện khá dồi dào Về mùa khô

nước ngầm ở độ sâu 10-15 m, mùa mưa nước ngầm ở độ sâu chỉ 3-5 m Hàm lượng sắt

và mangan trong nước cao, cần được xử lý trước khi sử dụng

- Nước mưa: Lượng mưa trung bình hàng năm từ (1.350 - 1.650) mm, bổ sung cho nguồn nước mặt và nước ngầm Chất lượng nước mưa tương đối đảm bảo nên được người dân khai thác triệt để

1.2.2.3 Tài nguyên khoáng sản

Trên địa bàn huyện có một số nguồn nguyên vật liệu như: sét, cát phân bổ ven sông Cửu An và sông Luộc Tuy trữ lượng không lớn nhưng cũng góp phần giải quyết nguyên liệu xây dựng tại chỗ Trong tương lai cần quy hoạch và quản lý chặt chẽ, hiệu quả, đồng thời bảo vệ đất và môi trường sinh thái

1.2.2.4 Tài nguyên nhân văn

Huyện Thanh Miện là mảnh đất văn hiến, giàu bản sắc văn hóa Trên địa bàn huyện có nhiều di tích lịch sử văn hoá, trong đó nhiều di tích đã được xếp hạng; nhiều di tích lịch sử gắn liền với lịch sử Thanh Miện là huyện có nhiều truyền thống văn hoá hiện vẫn được lưu truyền lại như lễ hội truyền thống,

1.2.3 Cảnh quan môi trường và biến đổi khí hậu

1.2.3.1 Cảnh quan môi trường

Cảnh quan môi trường của huyện phân rõ thành 02 khu vực: Đô thị và nông thôn

- Khu vực đô thị: Là nơi tập trung trụ sở làm việc của khối cơ quan hành chính, doanh nghiệp, các cơ sở công nghiệp, dịch vụ - du lịch, các công trình văn hoá và phúc lợi xã hội, các khối phố, khu dân cư Hệ thống cơ sở hạ tầng kỹ thuật của huyện đang được đầu tư phát triển như: Giao thông, điện lực, cấp thoát nước, thương mại, bưu chính viễn thông, nhà hàng với những kiến trúc đa dạng, hiện đại Tuy nhiên, vấn đề rác thải sinh hoạt và sản xuất cần được quan tâm, giải quyết để tạo một môi trường đô thị hiện đại, sạch đẹp

- Khu vực nông thôn: Là những xã phân bổ dọc theo các tuyến giao thông, các bờ sông, mang sắc thái của vùng đồng bằng Bắc Bộ Trong những năm gần đây, nông thôn đã có sự thay đổi mạnh mẽ, hệ thống cơ sở hạ tầng đã và đang được hoàn thiện, đời sống nhân dân ngày càng được cải thiện về vật chất và tinh thần

Huyện Thanh Miện là vùng chuyên sản xuất nông nghiệp, nhưng bị ảnh hưởng bởi vấn

đề ô nhiễm môi trường nước, rác thải, thuốc bảo vệ thực vật, thuốc trừ sâu, Vì vậy, trong những năm tới, huyện Thanh Miện cần có biện pháp bảo vệ môi trường nhằm bảo đảm sự phát triển bền vững

1.2.3.2 Biến đổi khí hậu

Trong khoảng 50 năm qua tại Việt Nam, diễn biến của khí hậu theo chiều hướng cực đoan Cụ thể, lượng mưa tăng mạnh vào mùa lũ và giảm vào mùa kiệt cùng với nhiệt

độ trung bình năm đã tăng khoảng 0,5-0,70C; mực nước biển đã dâng khoảng 0,2 m Hiện tượng El-Nino, La-Nina ngày càng tác động mạnh mẽ đến Việt Nam Biến đổi khí hậu thực sự đã làm cho các thiên tai, đặc biệt là bão, lũ, hạn hán ngày càng khốc liệt Theo tính toán, nhiệt độ trung bình ở Việt Nam có thể tăng lên 30C và mực nước biển có thể dâng 1,0 m vào năm 2100 Nếu mực nước biển dâng 1,0 m, thì hàng năm

sẽ có khoảng 40 nghìn km2 đồng bằng ven biển Việt Nam sẽ bị ngập

Các lĩnh vực, ngành, địa phương dễ bị tổn thương và chịu tác động mạnh mẽ nhất của

biến đổi khí hậu là tài nguyên nước, nông nghiệp và an ninh lương thực, sức khỏe con người Nó làm tăng các thiên tai lũ lụt và hạn hán, làm cho đời sống của người dân vô cùng khó khăn, sản xuất nông nghiệp thiệt hại to lớn, ảnh hưởng đến sự phát triển kinh

tế xã hội của nước ta

Giai đoạn hiện nay trên địa bàn huyện Thanh Miện, tỉnh Hải Dương với tốc độ đô thị hoá, công nghiệp hoá tăng nhanh, diện tích đất sản xuất nông nghiệp ngày càng bị thu hẹp, thời tiết khí hậu, thuỷ văn biến đổi bất lợi, thời vụ và cơ cấu cây trồng thay đổi làm hệ số tưới, hệ số tiêu tăng lên Hệ thống công trình thuỷ lợi được xây dựng đã lâu, máy móc, thiết bị của nhiều công trình thuỷ lợi đã cũ rão, lạc hậu, hiệu suất thấp; nguồn kinh phí đầu tư xây dựng, cải tạo nâng cấp công trình còn hạn chế, thiếu đồng

bộ và công tác quản lý khai thác công trình còn hạn chế là những nguyên nhân dẫn đến trình trạng thiếu nước về mùa khô và úng ngập về mùa mưa thường xuyên xảy ra Hệ thống sông trục, kênh mương nội đồng bị bồi lắng không được nạo vét thường xuyên dẫn đến việc thu hẹp mặt cắt gây khó khăn trong việc dẫn nước tưới tiêu Nhiều khu vực sông trục bị lấp, xây dựng nhà cửa bị thu hẹp lòng dẫn, bị ngăn dòng để chăn nuôi dẫn đến ảnh hưởng lớn về môi trường và công tác dẫn nước tưới tiêu phục vụ sản xuất nông nghiệp và dân sinh kinh tế trên địa bàn huyện

1.2.4 Thực trạng phát triển kinh tế xã hội

1.2.4.1 Tăng trưởng và chuyển dịch cơ cấu kinh tế

Những năm vừa qua, với sự lãnh đạo, chỉ đạo của Ban chấp hành Đảng bộ huyện, các cấp chính quyền và sự nỗ lực của toàn dân thực hiện Nghị quyết Đại hội Đảng bộ các cấp Nền kinh tế của huyện đạt tăng trưởng ở mức khá, giá trị sản xuất tăng bình quân

là 9,20%/năm (mục tiêu tăng trưởng là trên 10%/năm) trên cả 3 lĩnh vực: nông nghiệp, công nghiệp và dịch vụ

Cơ cấu kinh tế của huyện giai đoạn vừa qua đã chuyển dịch theo hướng tích cực, tỷ trọng các ngành công nghiệp, dịch vụ tăng, tỷ trọng ngành nông nghiệp giảm Giá trị ngành nông nghiệp, thuỷ sản tăng bình quân 2,90%/năm, ngành công nghiệp và xây dựng tăng bình quân 13,90%/năm, ngành thương mại dịch vụ tăng bình quân 14,10%/năm Cơ cấu ngành công nghiệp - xây dựng năm 2020 chiếm 30,17%, tăng

3,54% so với năm 2015; ngành thương mại - dịch vụ năm 2020 chiếm 25,98%, tăng 3,45% so với năm 2015 Nông nghiệp vẫn chiếm vị trí chủ chốt trong cơ cấu kinh tế của huyện với 43,9%

Bảng 1.1 Một số chỉ tiêu kinh tế - xã hội chủ yếu

1 Chỉ tiêu tăng trưởng kinh tế % 9,00 9,15 9,10 9,12 9,32 9,40

- Nông nghiệp, thuỷ sản 2,85 3,81 2,86 3,90 0,62 3,52

- Công nghiệp, xây dựng 13,70 13,52 12,82 10,92 20,09 12,30

- Dịch vụ, thương mại 14,01 12,29 13,50 14,43 15,38 14,98

2 Tổng giá trị sản xuất Tỷ đồng 1.054,3 1.149,0 1.254,7 1.543,6 1.743,1 1.920,1

- Nông nghiệp, thuỷ sản 630,8 660,7 697,5 910,6 957,3 1.014,7

- Công nghiệp, xây dựng 238,6 275,2 310,5 339,4 442,8 502,5

- Dịch vụ, thương mại 184,9 213,1 246,7 293,6 343,0 402,9

- Nông nghiệp, thuỷ sản 59,83 57,50 55,59 58,99 54,92 52,85

- Công nghiệp, xây dựng 22,63 23,95 24,75 21,99 25,40 26,17

a Khu vực kinh tế nông nghiệp

Tổng giá trị sản xuất ngành nông nghiệp, thuỷ sản năm 2020 đạt 1.014,71 tỷ đồng tăng khoảng 1,6 lần so với năm 2015 Cơ cấu nông nghiệp năm 2020: Nông nghiệp 80,01%

(Nguồn: Theo Báo cáo chính trị Đại hội đảng bộ huyện Thanh Miện)

Cơ cấu ngành trồng trọt chuyển dịch theo hướng giảm dần diện tích cây lương thực hiệu quả kinh tế thấp, thay thế bằng các loại rau, cây ăn quả hiệu quả kinh tế cao hơn

Bảng 1.3 Một số cây trồng, vật nuôi chính qua các năm

(Nguồn: Theo Niên giám thống kê huyện Thanh Miện)

b Khu vực kinh tế công nghiệp - xây dựng

Tổng giá trị ngành công nghiệp và xây dựng năm 2020 của huyện đạt 1.002,5 tỷ đồng, tăng 1,86 lần so với năm 2015, chiếm 30,17% trong tổng cơ cấu các ngành của huyện

c Khu vực kinh tế dịch vụ

Tổng giá trị sản xuất của ngành dịch vụ, thương mại năm 2020 đạt 402,91 tỷ đồng, chiếm khoảng 20,98% cơ cấu kinh tế, tăng 2,17 lần so với năm 2015

Bảng 1.4 Giá trị sản xuất ngành thương mại - dịch vụ

Dân số trung bình (người)

Dân số trung bình (người)

Diện tích (Km2)

Mật độ dân

số (người/Km2)

17 Thanh Giang 6.868 7.554 7.788 6,5 1.198

(Nguồn: Theo Niên giám thống kê huyện Thanh Miện)

1.3 Đánh giá thực trạng hệ thống cấp nước tưới cho vùng sản xuất rau của huyện Thanh Miện, tỉnh Hải Dương

1.3.1 Về hệ thống công trình thủy lợi phục vụ tưới, tiêu nước

1.3.1.1 Hệ thống thủy lợi của huyện

Hệ thống công trình thủy lợi nội đồng của huyện với tổng chiều dài kênh tưới và kênh

xả (kênh chính đến kênh cấp III) là 1.195,218 km, trong đó 182 km kênh mương đã được kiên cố hoá Tuy nhiên vẫn có một số tuyến mương đất, lòng dẫn kênh mương không được nạo vét, tu bổ hàng năm nên hạn chế dòng chảy, ảnh hưởng đến việc tiêu thoát nước Toàn huyện có 131 trạm bơm với 214 máy bơm các loại Trong đó:

- Xí nghiệp khai thác công trình thủy lợi quản lý: Tổng 102 kênh với chiều dài 186,572km Tỷ lệ kiên cố hóa kênh tưới: 32,987/52,230 km (bằng 63,31 %), 39 cống dưới đê bờ vùng Bắc Hưng Hải, 44 cống điều tiết trên hệ thống sông trục chính; 34 trạm bơm với 107 máy bơm các loại, Máy có công suất lớn nhất là 8.000m3/h, máy nhỏ nhất là 1.000 m3/h

- Các HTX dịch vụ nông nghiệp quản lý: Tổng 1.418 tuyến kênh với chiều dài 422,177km, có 97 trạm bơm với tổng số 117 máy bơm

- Về tưới: 8.540 ha đất cần tưới của huyện lấy nước chủ yếu từ sông Tây Kẻ Sặt, Hồng Quang, Cửu An, Nam Kẻ Sặt, Đại Phú Giang thuộc hệ thống Bắc Hưng Hải, được cấp nước bởi 27 trạm bơm tưới thuộc XNTN và các trạm bơm HTX Thực tế diện tích tưới được chủ động là 5.269ha chiếm 70% diện tích canh tác và 60% diện tích cần tưới của toàn huyện Nhìn chung công trình đầu mối đảm bảo đủ năng lực tưới nhưng nguồn nước và kênh mương dẫn không đảm bảo yêu cầu Với khoảng 200ha ở các khu vực như Ngô Quyền, Tân Trào, Đoàn Tùng, Thanh Tùng thường bị thiếu nước do vậy địa phương cũng đã dùng mọi biện pháp trữ nước, chuyển dịch thời vụ để đảm bảo tưới

+ Trạm bơm Đông La, Yên Xá, Phạm Lý bị xuống cấp không đáp ứng yêu cầu tưới

- Về tiêu: Diện tích cần tiêu trong đê là 12.039ha Được tiêu bằng:

+ Động lực ra hệ thống Bắc Hưng Hải và sông Luộc bằng 12 trạm bơm xí nghiệp quản

lý, 01 trạm bơm Quang Tiền của Gia Lộc và TB Hợp tác xã với diện tích thiết kế 7.334ha Riêng trạm bơm My Động là TB do công ty Bắc Hưng Hải quản lý, ngoài 1.500ha của huyện còn tiêu cho cả một phần của huyện Phù Cừ Hệ số tiêu thực tế của các trạm bơm đầu mối tương đối cao đa số khoảng 4,5l/s/ha, chỉ có một số lưu vực của

TB Thủ Pháp, Lam Sơn, Phạm Khê, Đò Luồi, chưa đạt hệ số tiêu 4,5 l/s/ha Trạm bơm Thủ Pháp và Gia Cốc xuống cấp cần được sửa chữa

+ Khoảng 4.700ha tự chảy ra các sông trục thuộc BHH tập trung ở phái bắc huyện Trong đó có khu vực các xã Hồng Quang, Đoàn Tùng, Lam Sơn, khu vực xã Tứ Cường, Văn Hội, Chi Bắc hiện tại tiêu tự chảy tuy nhiên rất khó khăn, đặc biệt là những năm gần đây

Diện tích tiêu thiết kế các công trình trong huyện là 12.039ha, thực tế mới chỉ tiêu đảm bảo cho 8.595ha Diện tích úng ngập hàng năm từ 500-5.000ha, đặc biệt năm 2004 ngập 4.900ha trong đó mất trắng 1.400ha Hệ thống kênh mương bồi lắng nghiêm trọng mà đặc biệt là các sông Hồng Quang, Đồng Cỏ- Quang Tiền, Sông Đường 20, kênh Phí Xá, kênh T2 của TB My Động, sông Chùa Đỏ và kênh T6-5 và T6

Bảng 1.6 Hiện trạng tưới tiêu huyện Thanh Miện

TT Tên công trình Quy mô F tưới (ha) F tiêu (ha) Nguồn tưới,

TT Tên công trình Quy mô F tưới (ha) F tiêu (ha) Nguồn tưới,

xã, thị trấn đều triển khai thực hiện kế hoạch nạo vét, sửa chữa các công trình đảm bảo tốt cho công tác tưới, tiêu phục vụ sản xuất và phòng chống thiên tai trên địa bàn Nhìn

chung hệ thống thủy lợi trên địa bàn huyện đã đáp ứng được yêu cầu sản xuất, dân sinh, phòng chống thiên tai và đáp ứng tốt yêu cầu tái cơ cấu nghành nông nghiệp gắn với xây dựng nông thôn mới

1.3.1.2 Hệ thống thuỷ lợi vùng dự án

- Vị trí vùng dự án gồm 3 khu tưới: Khu 1 phía Đông Bắc UBND xã Phạm Kha có diện tích 29 ha, khu 2 diện tích 22 ha, khu 3 diện tích 26 ha nằm ở phía Tây Nam UBND xã Phạm Kha

- Công trình cấp nước: Cấp nước cho vùng dự án hiện nay trạm bơm Phạm Kha A và các trạm bơm dã chiến của xã Hệ thống kênh chính đã được kiên cố hóa, còn lại là kênh mương đất, nguồn nước chỉ đảm bảo cho nhu cầu của cây lúa nước, không phù hợp với cây trồng mầu do không cấp nước được thường xuyên, liên tục Kênh cấp nước không áp nên không có điều kiện áp dụng các công nghệ tưới tiết kiệm cho vùng rau màu, cây ăn quả, mặt khác kênh bị ô nhiễm nguồn do rác hữu cơ cỏ cây, rác vô cơ

là các túi, vỏ chai lọ thuốc bảo vệ thực vật

Năm 2016-2017 xã Phạm Kha đã được đầu tư một phần diện tích đất nông nghiệp trồng rau màu tập trung của xã (100ha) nằm ở khu cánh đồng phía Đông Bắc UNND

xã Phạm Kha, bằng hệ thống tưới tiết kiệm nước đặt công trình đầu mối trạm bơm Đồng Bì Xong dự án không thể mở rộng sang các khu vực trồng rau màu còn lại của

xã do khó khăn nguồn nước và xa vùng trồng màu còn lại

- Kênh tưới mặt ruộng: Hầu hết các hộ dân tự lấy nước từ kênh cấp 1,2 vào mặt ruộng bằng máy bơm xăng dầu nhỏ hoặc lấy nước bằng gầu, xòng thủ công Ruộng canh tác được chia thành các luống để dẫn nước, nước tự thấm vào cây trồng hoặc tưới thủ công lên các cây tốn nhiều công sức và không đáp ứng được nhu cầu nước thích hợp theo thời gian của cây trồng

Hình 1.3 Thực trạng hệ thống thủy lợi vùng nghiên cứu

Mương hở không có nước liên tục cho tưới rau màu

gieo trồng từ 400-600ha Xây dựng nhiều vùng sản xuất rau màu tập trung quy mô 5ha/vùng trở lên

Đặc biệt, xây dựng hệ thống tưới nước theo công nghệ tiên tiến cho các vùng sản xuất chuyên canh rau màu với 170 ha, tập trung ở 4 xã: Lam Sơn 40ha, Thị trấn Thanh Miện 15ha, Hùng Sơn 15ha và Phạm Kha 100ha, hiệu quả kinh tế của các hộ dân đã đạt 500 đến 600 triệu đồng/1ha/năm cao hơn nhiều so với trồng lúa, góp phần cải thiện mức sống người nông dân và ổn định tình hình chính trị của địa phương Ứng dụng mô hình sản xuất nông nghiệp công nghệ cao nhà màng, nhà lưới để hạn chế tác động xấu của điều kiện thời tiết, đảm bảo sản xuất an toàn với diện tích 35.000 m2 nhà màng, nhà lưới được xây dựng tập trung ở các xã như: Phạm Kha, Lam Sơn, Ngô Quyền, Tân Trào, Thanh Giang, Chi Lăng Nam, Các nhà màng nhà lưới chủ yếu trồng các loại cây rau màu trái vụ có giá trị kinh tế cao như cây dưa, cây hoa các loại , các hộ nông dân có nhà màng nhà lưới đều có liên doanh, ký kết hợp đồng với các doanh nghiệp, đơn vị thu mua, các siêu thị để cung cấp sản phẩm rau an toàn

Tăng cường chuyển đổi cơ cấu cây trồng theo Nghị định 35/NĐ-CP của Chính phủ, đã chuyển đổi được trên 550,8 ha từ diện tích cấy lúa sang trồng rau màu tập trung và trồng cây ăn quả Toàn huyện diện tích trồng cây ăn quả 670 ha, các loại cây ăn quả chủ yếu trồng trong vườn của các hộ gia đình, các khu chuyển đổi Một số địa phương

có các mô hình cây ăn quả có diện tích tập trung và cho hiệu quả cao như mô hình trồng cam vinh, cam lòng vàng tại xã Tiền Phong, mô hình trồng cam đường canh tại

xã Chi Lăng Nam, xã Diên Hồng, xã Cao Thắng, mô hình trồng bưởi, ổi ở xã Đoàn Tùng, đã mang lại hiệu quả kinh tế đem lại khá cao, bình quân thu nhập từ 400-500 triệu đồng/1ha

Trong thời gian tới, huyện Thanh Miện nói chung và của xã Phạm Kha nói riêng xác định phát triển nông nghiệp của theo hướng nâng cao giá trị gia tăng và phát triển bền vững nên việc áp dụng các công nghệ tưới tiên tiến, tiết kiệm nước vào sản xuất nông nghiệp là cần thiết Do đó việc nghiên cứu, tính toán, đề xuất phương pháp lựa chọn đường kính ống dẫn nước của hệ thống tưới phun mưa đảm bảo điều kiện kinh tế - kỹ thuật là có ý nghĩa khoa học và thực tiễn

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Tính toán nhu cầu nước của cây trồng

Một ý nghĩa quan trọng khác của chế độ tưới là dựa trên chế độ yêu cầu tưới tiêu nước

mà chúng ta xác định được các chỉ tiêu kỹ thuật để phục vụ công tác quy hoạch, công tác thiết kế và công tác quản lý hệ thống tưới

2.1.1 Nội dung tính toán

Việc tính toán chế độ tưới bao gồm các nội dung chính như sau:

- Thời gian tưới t bao gồm 2 yếu tố là thời điểm tưới và thời gian thực hiện tưới

- Mức tưới là lượng nước cần cung cấp cho 1 đơn vị diện tích Mức tưới có 2 đặc trưng là mức tưới mỗi lần m và mức nước tổng cộng M:

Mức tưới mỗi lần (m): là lượng nước cần cung cấp cho 1 đơn vị diện tích cây trồng của 1 lần nào đó trong giai đoạn sinh trưởng m = 10h (m3/ha), khi h tính bằng (mm) Mức tưới tổng cộng (M): là lượng nước tưới tổng cộng cho một đơn vị diện tích cây trồng trong suốt thời gian sinh trưởng M = m1 + m2 + m3 + … +mn

Hệ số tưới (q): là lưu lượng nước cần tưới cho một đơn vị diện tích (l/s-ha)

q = .8.64

n: số giờ tưới trong 1 ngày

t: số ngày duy trì hệ số tưới q

2.1.2 Phương pháp tính toán nhu cầu nước cho cây trồng cạn

Việc tính toán định mức nước tưới cho cây trồng cạn trong nghiên cứu này sử dụng phần mềm CropWat 8.0 của tổ chức Nông Lương thế giới FAO Nội dung tính toán:

Để tính toán lượng nước cần (IRR) cho cây trồng dựa vào phương trình cân bằng nước Phương trình cân bằng nước tổng quát có dạng như sau:

IRR = (ETc + LPrep + Prep) - Peff (mm/ngày) (2-2)

Trong đó:

IRR: Lượng nước cần tưới cho cây trồng trong thời đoạn tính toán (mm/ngày)

ETc: Lượng bốc hơi mặt ruộng trong thời đoạn tính toán (mm)

Peff: Lượng mưa hiệu quả cây trồng sử dụng trong thời đoạn tính toán

Prep: Lượng nước ngấm ổn định trong đất trong thời đoạn tính toán (mm/ngày)

LPrep: Lượng nước làm đất (mm)

+ Xác định lượng bốc hơi mặt ruộng (ETc):

ETc = Kc x ETo (mm/ngày) (2-3)

Trong đó:

Kc: Hệ số cây trồng, phụ thuộc loại cây trồng và vùng canh tác, giai đoạn sinh trưởng, phát triển của cây trồng

ETo: Lượng bốc thoát hơi nước tiềm năng tính theo công thức

ETo = C [W x Rn + (1-W) x f(u) x (ea-ed)] (mm/ngày) (2-4)

Trong đó:

C: Hệ số hiệu chỉnh về sự bù trừ đối với tốc độ gió và sự thay đổi của bức xạ mặt trời

W: Hệ số có quan hệ với nhiệt độ và cao độ khu tưới

Rn: Lượng bức xạ thực tế được xác định từ số giờ chiếu sáng, nhiệt độ và độ ẩm

f(u): Hàm quan hệ với tốc độ gió

(ea - ed): Chênh lệch giữa áp suất hơi bão hoà ở nhiệt độ trung bình của không khí và

áp suất hơi thực tế

+ Tính toán mưa hiệu quả (Peff):

Tính mưa hiệu quả theo phương pháp tỷ lệ cố định:

Peff = C x Pmưa (mm) (2-5)

Trong đó: Peff : Lượng mưa hiệu quả trong thời đoạn tính toán (mm)

Pmưa: Lượng mưa thực tế trong thời đoạn tính toán theo mô hình MTTK

C: % lượng mưa sử dụng được trong thời đoạn tính toán

Tính mưa hiệu quả phụ thuộc theo cường độ mưa:

Peff = 0,6 * Pmưa - 10 khi Pmưa < 70 mm (2-6)

Peff = 0,8 * Pmưa - 24 khi Pmưa > 70 mm (2-7) + Xác định lượng nước ngấm ổn định (Prep):

Prep = K x t (mm) (2-8)

Trong đó: K: Hệ số ngấm ổn định của đất (mm/ngày)

t: Thời gian tính toán (ngày)

+ Xác định lượng nước làm đất (LPrep):

Lượng nước làm bão hòa tầng đất canh tác (S):

S = (1 - Sm/100) * d * P/100 (mm) (2-9)

Trong đó: d: Độ sâu lớp đất bão hòa nước (mm)

Sm: Độ sâu có sẵn đầu thời đoạn tính toán (%)

P: Độ rỗng đất (% thể tích đất)

Lượng nước tạo thành và duy trì lớp nước trên mặt ruộng trong thời gian làm đất (LPrep)

LPrep = (L/T + S + P + E) - Peff (mm/ngày) (2-10)

Trong đó: L: Tổng lượng nước cần cung cấp trong thời gian làm đất (mm)

T: Thời gian làm đất (ngày)

P, S: Lượng nước thấm đứng và ngang (mm/ngày)

E: Lượng bốc hơi mặt ruộng (mm/ngày)

Peff: Lượng mưa hiệu quả (mm)

Đối với cây trồng cạn, phương trình cân bằng nước có dạng:

IRR = ETc - Peff (2-11)

2.2 Các bước thiết kế hệ thống tưới phun mưa

Để phục vụ công tác tính toán đường ống cần đưa ra giải pháp công nghệ tưới tiết kiệm nước

Hiện nay có 3 công nghệ tưới tiết kiệm nước phổ biến là: (1) tưới nhỏ giọt, (2) tưới phun mưa và (3) tưới ngầm cục bộ Trong đó, tưới ngầm cục bộ có kỹ thuật phức tạp nên ít được áp dụng ở Việt Nam; hai hình thức còn lại là tưới nhỏ giọt và tưới phun mưa là hai hình thức tưới đang được áp dụng phổ biến ở nước ta trong việc tưới cho các loại cây trồng cạn Căn cứ vào thực tế sản xuất tại địa phương lựa chọn giải pháp

tưới phun mưa để tính toán đường ống do phương án này có những ưu điểm sau:

+ Tiết kiệm nước tưới;

+ Chi phí tưới rẻ;

+ Quản lý vận hành không quá phức tạp, phù hợp với trình độ của người dân;

+ Khả năng cơ động cao, ít ảnh hưởng đến sản xuất

+ Năng suất lao động cao

+ Có thể kết hợp tưới nước và bón phân;

+ Tiết kiệm nước tưới;

+ Có khả năng điều hoà tiểu khí hậu;

+ Ít ảnh hưởng bởi điều kiện địa hình;

+ Có thể tưới với lưu lượng trung bình và lớn nên tiết kiệm được thời gian tưới;

+ Hệ thống cơ động, dễ chuyển đổi sang vị trí khác khi cần thiết góp phần giảm chi phí đầu tư

Việc thiết kế, bố trí và tính toán một hệ thống phun mưa là vấn đề mới phức tạp, tổng hợp, phải được tiến hành theo quy định và trình tự nhất định của các bước Vấn đề này

là mới mẻ nên cần được nêu ra có hệ thống một cách tương đối chi tiết Nội dung và các bước việc bố trí, thiết kế và tính toán một hệ thống phun mưa như sau:

2.2.1 Những yêu cầu và tài liệu cần thiết khi thiết kế một hệ thống phun mưa

a Những yêu cầu

- Phải đảm bảo yêu cầu dùng nước của cây trồng theo chế độ tưới quy định và thỏa mãn nhu cầu kết hợp khác khi tưới phun mưa (như kết hợp bón phân hóa học, thuốc trừ sâu, dùng nước cho sinh hoạt )

- Chất lượng tưới phun cần đảm bảo đạt yêu cầu: Không gây lãng phí nước (do chảy đi khi cường độ quá lớn); Không vỡ cấu tượng đất, không làm hỏng cây trồng Hạt mưa

có đường kính trong phạm vi cho phép, (d=13mm)

- Sự phân bố đều hòa trên diện tích tưới (hệ số đều hòa Cu  0,70)

- Phải nhằm tăng năng suất tưới cao và tạo điều kiện thuận lợi cho các khâu canh tác khác đạt năng suất cao trên khu tưới

- Phải đảm bảo tiết kiệm mọi chi phí liên quan: Tổn thất nước tưới và đất tưới là ít nhất, hệ số sử dụng nước và sử dụng đất có giá trị cao, tổn thất năng lượng (điện, dầu) chạy máy là nhỏ, tổn thất về khai thác bảo quản hệ thống là ít

- Phải đảm bảo vốn đầu tư xây dựng ban đầu của hệ thống là nhỏ nhất (tiết kiệm vật tư, thiết bị, công ty xây dựng ), lợi nhuận thu được do việc tưới nước ngày càng lớn, nên thời gian bù hoàn vốn sẽ nhanh Ngoài ra hệ thống tưới xây dựng lên cần đảm bảo để

sử dụng, khai thác thuận tiện và linh hoạt

b Những tài liệu cần thiết

- Bản đồ ghi chi tiết địa hình khu vực cần tưới (thể hiện rõ vị trí, địa hình nguồn nước, cao độ hình dáng, các chướng ngại vật, các công trình nông nghiệp khác, tỷ lệ bản đồ nhỏ)

- Bản đồ đất đai và phân bố cây trồng tại khu cần tưới

- Phải có đầy đủ và nắm vững các tài liệu về điều kiện tự nhiên liên quan như khí hậu (nhất là gió), đất đai, địa hình, nguồn nước (mặt, ngầm) và khả năng khai thác, địa chất thủy văn,

- Nắm vững tình hình, khả năng cung cấp nguyên liệu, thiết bị, vật tư cho xây dựng hệ thống và nguồn năng lượng cung cấp cho hệ thống làm việc

- Xác định chính xác và nắm vững chế độ tưới cho các loại cây trồng cần được tưới trong khu vực và các nhiệm vụ khác mà hệ thống tưới cần đáp ứng

2.2.2 Lựa chọn kỹ thuật tưới phun mưa và vòi phun thích hợp

a Chọn loại hệ thống tưới phun mưa:

Lựa chọn loại hệ thống tưới phun mưa di động hay bán di động, loại đơn chiếc hay tổ hợp hoặc hệ thống phun mưa lớn hay nhỏ là căn cứ vào:

- Ưu nhược điểm, tính năng và phạm vi áp dụng tốt của từng loại máy móc, thiết bị hệ thống

- Điều kiện cây trồng, yêu cầu của cây trồng đối với tưới nước

- Điều kiện địa hình, đất đai, nguồn nước, khí hậu (nhất là gió)

- Căn cứ vào vòi phun mưa sẽ được chọn

- Căn cứ vào quy mô lớn nhỏ của khu tưới, tính chất chia cắt và hình dạng khu tưới

- Căn cứ vào khả năng về kinh tế - kỹ thuật

- Căn cứ vào điều kiện máy móc thiết bị sẽ có, khả năng thiết kế xây dựng và quản lý

và vận hành thiết bị

b Chọn đường ống và vòi phun mưa

- Đường ống dẫn nước của hệ thống phun mưa bao gồm: Đường ống dẫn chính, ống dẫn nhánh, ống dẫn tưới

Nói chung với mỗi hệ thống phun, các linh kiện, thiết bị như động cơ, đường ống các loại, vòi phun và phụ tùng đã được sản xuất đồng bộ theo quy cách và số lượng nhất định Người sử dụng chỉ cần áp dụng tốt các chỉ dẫn trong cataloge (lý lịch) máy phun Ngoài số ống, vòi phun quy định nên chọn thêm một số cần thiết để dự trữ khi hư hỏng Khi chọn ống dẫn chú ý lấy ống thẳng đều, không bẹp cục bộ, không bị nứt hay

rỉ,

Chọn vòi phun cần thử trước khi dùng bằng cách cho vòi làm việc trong một giờ và chú ý đến tốc độ quay đều của vòi, độ phun xa của vòi và sự phân bố điều hòa của hạt mưa trên diện tích tưới Thường chọn loại vòi có áp lực nhỏ và trung bình, độ phun xa trung bình có cường độ mưa trong phạm vi 0,5 ÷ 2mm/phút là loại vòi phun được áp dụng phổ biến trong nông nghiệp

- Lựa chọn loại vòi phun mưa

Theo nguyên lý làm việc, vòi phun chia thành 2 loại chính sau:

+ Vòi phun ly tâm: sử dụng cho máy phun mưa áp lực thấp với tầm phun gần

+ Vòi phun tia: sử dụng cho máy phun mưa áp lực lớn với tầm phun xa

Vòi phun được chia thành 3 loại sau :

Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật chính của các loại vòi phun

Thông số kỹ thuật Vòi phun áp lực thấp Vòi phun áp lực vừa Vòi phun áp lực cao

Bảng 2.2 Trị số H/d thích hợp đối với các loại cây trồng

* Số vòi phun cần thiết để tưới và thời gian tưới của một lần tưới

- Số vòi phun cần thiết để tưới (ký hiệu là N) xác định theo công thức (2-12):

(2-12)

trong đó:

q: là lưu lượng của một vòi phun, m³/h; Q là lưu lượng cần tưới, m³/h:

Q = 10.p.F (2-13)

p là cường độ phun mưa, mm/h;

F là diện tích khu tưới được tưới đồng thời, ha

- Thời gian phun mưa t của mỗi lần tưới xác định theo công thức (2-14):

t = I/p (2-14) trong đó: I là mức tưới mỗi lần, mm

2.2.3 Bố trí hệ thống tưới phun mưa

a Bố trí máy bơm động cơ: Khi bố trí cần chú ý đặt trạm máy ở ngay nguồn nước, ở vị trí tương đối cao s với toàn bộ diện tích tưới để khống chế phân bố áp lực tự chảy trong hệ thống đường ống Vị trí máy nên đặt gần nguồn điện năng, tiện giao thông, dễ chăm sóc, bảo quản, nên ở trung tâm diện tích tưới để dễ khống chế

b Bố trí đường ống chính từ trạm hướng theo độ dốc địa hình để đường mặt nước trong ống được phân bố thuận theo hướng dốc địa hình, đường ống chính nên là trục đối xứng với diện tích do hệ thống phụ trách

Nói chung mỗi hệ thống phun mưa có một đường ống chính Các nguyên tắc bố trí chọn tuyến đường ống chính cũng gần tương tự như ở kênh chính trong việc bố trí kênh mương tưới Tuy nhiên đơn giản hơn và có thể bố trí theo chiều dẫn nước ngược

từ thấp lên cao vì đường ống là có áp

Chiều dài đường ống chính cũng phụ thuộc vào quy mô, diện tích, hình dạng và tính chia cắt của khu tưới, phụ thuộc vào chế độ tưới, thiết bị tưới và tổ chức nhân lực tưới, phụ thuộc vào vị trí, khoảng cách từ nơi đặt máy bơm đến khu tưới Đồng thời còn phụ thuộc vào chiều dài định hình đường ống do nhà máy sản xuất thiết bị cung cấp

c Bố trí đường ống nhánh: Đường ống nhánh là đường ống cấp II trong hệ thống tưới,

có nhiệm vụ lấy nước áp lực từ đường ống chính đưa về các đường ống phun, do vậy tuyến đường ống nhánh thường vuông góc với 2 tuyến đường ống cấp trên và dưới nó,

có thể có nhiều đường ống nhánh trên một hệ thống

Chiều dài đường ống nhánh (Ln) phụ thuộc các yếu tố như: Quy mô hình dạng khu tưới, chế độ tưới cây trồng và tổ chức tưới, điều kiện địa hình, lực lượng và áp lực mà đường ống nhánh phải đạt Do vậy chiều dài đường ống nhánh thay đổi trong phạm vi khá rộng, việc xác định trị số cụ thể của nó được thực hiện khi thiết kế khu tưới cụ thể Còn độ dốc của đường ống nhánh phải đặt sao cho tổn thất áp lực trong đường ống là nhỏ và nằm trong phạm vi cho phép

Bố trí các đường ống nhánh: Đường ống nhánh có hướng vuông góc với đường ống chính và nơi lấy nước, từ đường ống chính vào đường ống nhánh đều có các van khóa nước

d Bố trí đường ống tưới:

Bố trí đường ống tưới trên đó có gắn các vòi phun với khoảng cách và sơ đồ thích hợp Đường ống tưới có thể xuất phát trực tiếp từ đường ống chính nếu diện tích tưới nhỏ (coi là đường ống vượt cấp) hay xuất phát từ ống dẫn phụ cấp trên Tại đầu các đường ống này cũng cần có các van khóa nước, hướng đặt của đường ống tưới vuông góc với đường ống phụ cấp trên, van được đặt theo hướng mặt bằng hay xiên góc với nó một chút hoặc hoàn toàn nằm ngang

Độ dốc đối với ống chính, ống nhánh và ống tưới tốt nhất nên có I > 0 (dốc thuận)

Độ dốc I của đường ống nhánh và đường ống chính được tính theo:

I = (2-15) trong đó:

L - Chiều dài đường ống phun (m);

H - Áp lực nước tại đầu ống (m);