Bài giảng Quy hoạch cơ sở hạ tầng

Trang 7 Nhiệm vụ của QHHTTL Trang 10 Nội dung cơ bản của QHHTTLĐể giải quyết được những nhiệm vụ trên, nội dung chính củaQHHTTL bao gồm:- Nghiên cứu các quy luật vận chuyển của nước và

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

BỘ MÔN KỸ THUẬT HẠ TẦNG

BÀI GIẢNG MÔN HỌC

QUY HOẠCH CƠ SỞ HẠ TẦNG

Hà Nội, 10-2021

QUY HOẠCH

HỆ THỐNG THỦY LỢI

CHƯƠNG 1 KHÁI QUÁT CHUNG VỀ QHHTTL

1 Khái niệm về hệ thống thủy lợi

2 Khái niệm về quy hoạch hệ thống thủy lợi

3 Nhiệm vụ, nội dung cơ bản của QHHTTL

Khái niệm về hệ thống thủy lợi

Hệ thống thuỷ lợi là hệ thống công trình hạ tầng kỹ thuật thủy lợi bao gồm: Đập, hồ chứa nước, cống, trạm bơm, hệ thống dẫn chuyển nước, kè, bờ bao thủy lợi và công trình khác phục vụ quản lý khai thác thủy lợi.

Bản đồ vị trí một số HTTL ở Miền Bắc

Khái niệm về QHHTTL

Quy hoạch hệ thống Thuỷ lợi là nghiên cứu quy luật thay đổi của nguồn nước cũng như yêu cầu về nước trong một vùng lớn cũng như tại một khu vực từ đó đề ra những ý đồ chiến lược và biện pháp công trình để điều tiết và sử dụng nguồn nước một cách hiệu quả nhất đáp ứng yêu cầu của các ngành kinh tế, xã hội, đồng thời hạn chế đến mức tối thiểu những tác hại của nước gây ra.

Nói một cách khác, QHHTTL là nghiên cứu các biện pháp phát triển nguồn nước một cách bền vững nhằm đáp ứng yêu cầu phát triển kinh tế xã hội của khu vực.

Nhiệm vụ của QHHTTL

Nước trong thiên nhiên phân bố không đều theo không gian và thời gian, thường không phù hợp với yêu cầu dùng nước của các ngành kinh tế trong đó có nông nghiệp là một ngành có yêu cầu sử dụng nước chiếm một tỷ trọng rất lớn.

Nước cho

nông nghiệp?

Nước cho thủy điện?

Nước cho thủy sản?

Nước cho sinh hoạt?

Nước cho công nghiệp?

???

???

1 Nghiên cứucác yêu cầu vềnước của khu vực,

đề xuất những ý

đồ chiến lược vàcác biện pháp cầnthiết nhằm điềutiết dòng chảytheo không gian

và thời gian đểđáp ứng các yêucầu đó

Nhiệm vụ của QHHTTL

2 Bố trí vàtính toán thiết kế

hệ thống côngtrình cấp, thoátnước nhằm thoảmãn các yêu cầu

về nước của khuvực, phát triểnnguồn nước mộtcách bền vững

Nhiệm vụ của QHHTTL

Nội dung cơ bản của QHHTTL

Để giải quyết được những nhiệm vụ trên, nội dung chính củaQHHTTL bao gồm:

- Nghiên cứu các quy luật vận chuyển của nước và nguyên lý cơ bảncủa việc điều tiết nước

- Nghiên cứu nhu cầu cấp nước và thoát nước của các ngành, đặc biệt

là nông nghiệp, thông qua đó xác định chế độ cung cấp nước và tháonước thích hợp

- Thiết kế Quy hoạch và tính toán thiết kế hệ thống công trình nhằmbảo đảm chế độ cung cấp nước và tháo nước thích hợp đạt hiệu quả kinh

tế cao tại các vùng khác nhau

- Nghiên cứu phân tích kinh tế trong dự án

Tóm lại:

Thông qua nội dung của QHHTTL, chúng ta sẽ được trang bị một khối lượng kiến thức để có khả năng:

hoạch và thiết kế;

thủy lợi cho khu vực;

CHƯƠNG 2YÊU CẦU TƯỚI VÀ CHẾ ĐỘ TƯỚI CHO CÁC LOẠI CÂY TRỒNG

2.1 Khái quát chung

2.2 Bốc hơi mặt ruộng

2.3 Tính toán chế độ tưới cho lúa

2.4 Tính toán chế độ tưới cho cây trồng cạn

CHƯƠNG 2YÊU CẦU TƯỚI VÀ CHẾ ĐỘ TƯỚI CHO CÁC LOẠI CÂY TRỒNG

2.1 Khái quát chung

- Nước có ảnh hưởng đến khả năng hút nước

của cây trồng

- Nước có ảnh hưởng đến chế độ thoáng khí

của đất trồng

- Nước có ảnh hưởng đến chế độ nhiệt của đất

- Nước có ảnh hưởng đến chế độ thức ăn của

cây trồng

- Nước có ảnh hưởng đến độ phì nhiêu của đất

Quan hệ Đất – Nước – Cây trồng có quan hệ khăng khít, có đất –nước thì cây trồng phát triển, cây trồng phát triển có tác dụng làm chođất mầu mỡ thêm vì không những bổ sung từ các nguồn thân, lá câymục mà rễ cây còn góp phần vào quá trình phong hóa tạo ra đất trồngtrọt Nếu cây tốt hạn chế xói mòn, tăng khả năng giữ nước, thậm chí làm

độ phì nhiêu của đất tăng lên

2.1.1 Quan hệ Đất – Nước – Cây trồng

Trong phương diện lý học, quan hệ đất – nước thường dùng chỉ tiêu về độ

ẩm trong đất (), có thể tính theo phần trăm (%) độ rỗng đất (A) hoặc theo phần trăm (%) trọng lượng đất khô (k).

Để đặc trưng cho quan hệ đất – nước có các chỉ tiêu sau:

min (ch): Độ ẩm nhỏ nhất (độ ẩm cây héo), nếu  < ch thì cây không hút được nước

max (đr): Độ ẩm lớn nhất trong

đất (độ ẩm tối đa đồng ruộng) đây là

khả năng giữ nước tối đa của đất, nếu 

> đr thì sinh ra nước trọng lực

0: Độ ẩm sẵn có trong đất (độ ẩm

trước khi tính toán cân bằng nước, chế

độ tưới…)

bh: Độ ẩm bão hòa trong đất (độ

ẩm ứng với trường hợp nước chiếm toàn

bộ lỗ rỗng của đất)

2.1 Khái quát chung

2.1.1 Quan hệ Đất – Nước – Cây trồng

Nhu cầu nước cho nông nghiệp chính là nhu cầu nước của cácloại cây trồng bao gồm lúa và các loại cây trồng cạn Tính toán nhucầu nước cho nông nghiệp là đi xác định chế độ tưới cho lúa và các

nước cho cây trồng đểthỏa mãn yêu cầu về nướccho quá trình sinh trưởng

và phát triển của cây Đây

là một công tác điều tiếtnhằm tạo ra chế độ nướcthích hợp trên tầng đấtcũng như trong tầng đấtnuôi cây đối với một loạicây trồng nào đó

2.1.2 Ý nghĩa, nội dung tính toán, các yếu tố ảnh hưởng:

2.1 Khái quát chung

Chế độ tưới là yêu cầucung cấp nước cho câytrồng trong suốt quá trìnhsinh trưởng và phát triểncủa cây trồng với một điềukiện tự nhiên nhất định (khíhậu, đất đai, địa chất, địa chấtthuỷ văn ).

2.1.2 Ý nghĩa, nội dung tính toán, các yếu tố ảnh hưởng:

2.1 Khái quát chung

4 Thời gian tưới mỗi lần: t1, t2, t3, , tn (thời gian cần thiết để thực hiện mức tưới

mi);

5 Mức tưới toàn vụ: M (Mức tưới toàn vụ là mức tưới tổng cộng cho một đơn vị diện

tích trong suốt thời gian sinh trưởng của cây trồng (m 3 /ha)); M = mi

6 Hệ số tưới: q (là lưu lượng cần cung cấp cho một đơn vị diện tích cây trồng (l/s-ha)).

Nếu một lần tưới nào đó có mức tưới mi (m 3 /ha) và thời gian tưới là ti (ngày) thì hệ số tưới của lần đó sẽ là qi (l/s-ha); qi = mi/(86,4ti)

Từ chế độ tưới ta tính ra: Lưu lượng tưới, thời gian tưới chúng có ý nghĩa trong việc quy hoạch, thiết kế các hệ thống tưới, lập kế hoạch dùng nước trong quá trình quản lý khai thác các hệ thống đó.

Chế độ tưới bao gồm:

1 Thời điểm tưới (ngày tưới chính);

2 Mức tưới mỗi lần: m1, m2 m3, , mn (là

lượng nước cần cung cấp cho một đơn vị diện

tích cây trồng, có thứ nguyên là m 3 /ha hoặc mm

(1 mm = 10 m 3 /ha));

3 Số lần tưới (n) trong thời gian sinh trưởng;

2.1.2 Ý nghĩa, nội dung tính toán, các yếu tố ảnh hưởng:

2.1 Khái quát chung

2.1.2 Ý nghĩa, nội dung tính toán, các yếu tố ảnh hưởng:

Nhu cầu nước cho nông nghiệp phụ thuộc vào:

1 Các yếu tố khí hậu: Mưa, nhiệt độ, độ ẩm

2 Các yếu tố phi khí hậu: Chất đất, địa chất thủy văn, loại cây

trồng, thời gian sinh trưởng của cây trồng

Các yếu tố này luôn luônthay đổi và thường không phù hợp với yêu cầu nước của cây trồng  Cần điều tiết nhằm tạo ra một chế độ nước thích hợptrên tầng đất cũng nhưtrong tầng đất nuôi cây

2.1 Khái quát chung

ETc = Kc.ETo

ETo Lượng bốc hơi cây trồng tham khảo (mm),

tính theo các công thức thực nghiệm ETc Lượng bốc hơi mặt ruộng thực tế (mm)

Kc Hệ số cây trồng, phụ thuộc vào loại cây

trồng và giai đoạn sinh trưởng, xác định qua thực nghiệm.

2.2.1 Bốc hơi mặt ruộng và phương pháp xác định

2.2 Bốc hơi mặt ruộng

Phương pháp Thornthwait:

T Nhiệt độ trung bình tháng (oC);

I Chỉ số nhiệt năm của khu vực;

i Chỉ số nhiệt tháng của khu vực;

2.2.1 Bốc hơi mặt ruộng và phương pháp xác định

Phương pháp bốc hơi chậu:

ETo = Kpan x Epan

Epan Lượng bốc hơi chậu (mm/ngày);

Kpan Hệ số chậu, phụ thuộc: Loại chậu, môi trường

đặt chậu, khí hậu (độ ẩm và tốc độ gió) Đối với chậu bốc hơi kiểu A (hình tròn), hệ số Kpan = 0.35 – 0.85, trung bình 0.70; đối với chậu bốc hơi Sunken Colorado (hình vuông), Kpan = 0.45 – 1.10, trung bình 0.80

Hệ số Kpan cao nếu: Hệ số Kpan thấp nếu:

- Chậu đặt ở nơi không

có cây trồng - Chậu đặt ở nơi đã cócây trồng

- Độ ẩm không khí cao (ẩm ướt) - Độ ẩm không khí thấp(khô, hanh)

- Tốc độ gió nhỏ - Tốc độ gió lớn

2.2.1 Bốc hơi mặt ruộng và phương pháp xác định

Ví dụ tính toán ETo theo phương pháp bốc hơi chậu:

2.2.1 Bốc hơi mặt ruộng và phương pháp xác định

Phương pháp Blaney – Criddle:

ETo = p(0.46Tmean + 8)

Tmean Nhiệt độ bình quân ngày ( o C);

p Số phần trăm giờ chiếu sáng ban ngày so với

giờ chiếu sáng trong năm, phụ thuộc vĩ độ và tháng trong năm (%)

Bảng tra hệ số p trong công thức Blaney - Criddle

Latitude North Jan Feb Mar Apr May June July Aug Sept Oct Nov Dec

South July Aug Sept Oct Nov Dec Jan Feb Mar Apr May June 60° 15 20 26 32 38 41 40 34 28 22 17 13

Số liệu, yêu cầu Kết quả

Xác định lượng bốc hơi cây trồng

tham khảo ETo bình quân ngày

của tháng 4 bằng mm/ngày theo

phương pháp Blaney – Criddle

Kết quả:

Theo công thức Blaney - Criddle:

ETo = p (0.46 T mean + 8) Bước 1: Xác định T mean:

Tmean = (29.5 + 19.4)/2 = 24.5 0 C Bước 2: Xác định p:

Vĩ độ: 35 0 Bắc, tháng 4  tra bảng được

p = 0.29 Bước 3: Tính ETo:

ETo = 0.29 (0.46 × 24.5 + 8) = 5.6 mm/ngày

Ví dụ tính toán ETo theo phương pháp Blaney - Criddle:

2.2.1 Bốc hơi mặt ruộng và phương pháp xác định

Phương pháp FAO Penman-Monteith:

Rn Bức xạ mặt trời thực tại bề

mặt cây trồng (MJ/m 2 /ngày) es Áp suất hơi nước bão hòa (kPa)

G Mật độ thông lượng nhiệt vào

đất (MJ/m 2 /ngày) ea Áp suất hơi nước thực tế (kPa)

T Nhiệt độ trung bình ngày ( o C)  Độ nghiêng của đường cong áp suất

hơi nước bão hòa tại nhiệt độ T (kPa/ o C)

u2 Tốc độ gió ở độ cao 2 m (m/s)  Hằng số biểu nhiệt độ (kPa/ o C)

2.2.1 Bốc hơi mặt ruộng và phương pháp xác định

Phương pháp FAO Penman-Monteith:

Rns Bức xạ thực (bức xạ sóng ngắn), MJ/m 2 /ngày

Rs Lượng bức xạ tính toán hay thực đo, hoặc

lượng bức xạ sóng ngắn nhận được trên bề mặt trái đất (MJ/m 2 /ngày)

n Số giờ nắng thực tế (giờ)

N Số giờ nắng cực đại (giờ)

Ra Bức xạ biên của lớp khí quyển (MJ/m 2 /ngày)

dr Bình phương nghịch đảo của khoảng cách

tương đối từ trái đất đến mặt trời

1

dr

T 2732

273 T

17,27T 0,6108exp

s = arccos[-tan()tan()] s Góc mặt trời lúc lặn (rađian),

 Vĩ độ địa lý (rađian), J: Số TT theo ngày tính

 Độ lệch của mặt trời (rađian)

Rnl Lượng bức xạ sóng dài rời khỏi bề mặt trái

Phương pháp FAO Penman-Monteith:

Tmax, Tmin Nhiệt độ lớn và nhỏ nhất trong ngày ( o C)

z Cao độ mặt đất so với mực nước biển (m)

Rso Lượng bức xạ tính toán trong điều kiện trời

không có mây (MJ/m 2 /ngày)

G Thông lượng nhiệt của đất (MJ/m 2 -ngày)

0,14 0,34

2

273 (T

273) T

σ 4,903.10

R

so

s a

4 min

4 max

9 nl

17,27T 0,6108exp

10

2z 0,75

Phương pháp FAO Penman-Monteith:

2.2.1 Bốc hơi mặt ruộng và phương pháp xác định

Hệ số cây trồng Kc thay đổi theo loại cây trồng, điều kiện khí hậu và điều kiện bốc hơi mặt thoáng và được xác định theo thức nghiệm Với một loại cây trồng nhất định, hệ số này thay đổi theo từng giai đoạn phát triển của cây.

- Phương pháp tưới ngập có ưu điểm phù hợp với sự phát triển của

cây lúa, cho năng suất cao và dễ thực hiện

- Nhược điểm: phá vỡ cấu tượng của đất do tưới ngập làm cho độ

thoáng khí giảm, đất chặt lại, tổn thất nước lớn, lượng nước ngấmlớn nên mức tưới lớn

Lúa là cây trồngnước, trên mặt ruộng cầngiữ 1 lớp nước thíchhợp cho từng thời kỳ sinhtrưởng của cây lúa.Phương pháp tưới này gọi

là tưới ngập, đây làphương pháp tưới cho lúaphổ biến hiện nay

2.3 Tính toán chế độ tưới cho lúa

2.3.1 Công thức tưới tăng sản cho lúa:

- Công thức tưới tăng sản được xác định theo thực nghiệm, nó thay

đổi theo mỗi loại lúa, biện pháp kỹ thuật nông nghiệp và các điềukiện tự nhiên như: Khí hậu, thổ nhưỡng

- Công thức tưới tăng sản cho biết lớp nước mặt ruộng tối đa

(amax) và tối thiểu (amin) cần phải giữ trên ruộng lúa qua cácthời kỳ sinh trưởng để đạt được sản lượng cao và ổn định

Lớp nước mặt ruộnglúa qua các thời kỳ sinhtrưởng có tác dụng tạonên một năng suất cao và

ổn định gọi là công thứctưới tăng sản (amax,

amin)

2.3 Tính toán chế độ tưới cho lúa

2.3.2 Ngấm trên ruộng lúa

Ngấm trên ruộng lúa bao gồm những thành phần nào?

Ngấm trên mặt ruộng lúa

Ngấm qua

bờ kênh

2.3.2 Ngấm trên ruộng lúa

a) Giai đoạn ngấm hút (ngấm bão hòa):

- Lượng nước cần đưa vào để làm bão hòa tầng đất là:

Wbh = AH(1 - 0) (mm)

A Độ rỗng của đất (% thể tích đất)

H Chiều sâu tầng đất canh tác (mm)

0 Độ ẩm sẵn có trong tầng đất canh tác (%A)

- thời gian cần để làm bão hòa tầng đất là:

K1 Hệ số ngấm hút ở cuối đơn vị thời gian thứ nhất, theo thực nghiệm

 Chỉ số ngấm, phụ thuộc vào loại đất và độ ẩm ban đầu trong đất,

K

0

b) Giai đoạn ngấm ổn định:

H

aH

Jt  

2.3.2 Ngấm trên ruộng lúa

- Giai đoạn này lượng nước được đưa vào tầng đất chủ

a Lớp nước trên mặt ruộng (mm)

t Thời gian ngấm ổn định (ngày)Thường a << H, nên H + a  H, do vậy Jt  1

Vậy Wôđ  Kôđ.t (mm)

2.3.3 Tính toán chế độ tưới cho lúa

a) Tài liệu tính toán

- Tài liệu về khí tượng: Mô hình mưa, mô hình bốc hơi, nhiệt độ, độ

ẩm, ánh sáng theo yêu cầu tính toán

- Tài liệu về cây trồng: Loại cây trồng (Lúa Chiêm, lúa Mùa), Giai

đoạn sinh trưởng của cây lúa

- Đặc trưng đất tưới: Loại đất, các chỉ tiêu cơ lý của đất (độ ẩm, độ

rỗng, dung trọng )

- Các tài liệu về thí nghiệm tưới: Hình thức tưới, công thức tưới

tăng sản (lớp nước amax, amin)…

2.3.3 Tính toán chế độ tưới cho lúa

đó cho nước vào ruộng, bừa, ngâm ruộng rồi gieo cấy, thời gian này gọi

là thời gian làm ải ta

- Vụ Mùa do đặc điểm mưa nhiều nên khó làm ải, hình thứcgieo cấy là làm dầm tức là sau khi gặt vụ trước xong người ta giữtrong ruộng một lớp nước nhất định để cày bừa và gieo cấy

c) Tính toán chế độ tưới cho lúa vụ Chiêm

Phương pháp tính toán:

- Phương pháp tính toán chế độ tưới với hình thức gieo cấy

đồng thời: Trong thời kỳ làm ải do sau khi phơi ải cho nước vàotoàn bộ cánh đồng nên việc cung cấp nước quá căng thẳng, lượngnước cần cung cấp rất lớn Lượng nước hao vô ích do ngấm và bốchơi quá lớn mặt khác đòi hỏi nhiều nhân lực trong gieo cấy và đưanước vào ruộng

- Phương pháp tính toán chế độ tưới với hình thức gieo cấy

tuần tự: Việc gieo cấy tuần tự tiến hành trong thời gian tg bằngcách mỗi ngày gieo cấy một phần diện tích Chuẩn bị gieo cấy đếnđâu cho nước vào đến đấy, không cho nước tràn lan vào toàn bộcánh đồng Như vậy, việc cung cấp nước không quá căng thẳng,tránh được tổn thất nước do ngấm và bốc hơi một cách vô ích ở cácthửa ruộng chưa cấy

c) Tính toán chế độ tưới cho lúa vụ Chiêm

Trường hợp lúa Chiêm gieo cấy đồng thời:

Gieo cấy đồng thời: Đầu thời gian làm ải, cho nước từ từ vào cácthửa ruộng đã được cày và phơi ải, bừa ruộng và ngâm ruộng một thờigian dài cho đến ngày cuối cùng của thời gian làm ải ta Sau đó cấy xongtoàn bộ diện tích cánh đồng trong thời gian 1 ngày sang ngày hôm sautoàn bộ cây trồng trên đồng ruộng đồng loạt bước vào thời kỳ sinhtrưởng

Với giả thiết đó, việc đưa nước vào ruộng được chia thành hai thờikỳ:

- Thời kỳ làm ải: là thời gian đưa nước vào ruộng, bừa, ngâm ruộng

và cấy đồng loạt trong ngày cuối cùng

- Thời kỳ dưỡng lúa: là thời gian sau khi cấy xong, toàn bộ cây trồngtrồng trên đồng bước vào thời kỳ sinh trưởng và phát triển

c) Tính toán chế độ tưới cho lúa vụ Chiêm

Mức tưới tổng hợp của một vụ gieo cấy được xác định theo phươngtrình:

M = M1 + M2 (m3/ha)

M1 Mức tưới thời kỳ làm đất (m3/ha) (lấy ở mục 3 của TCVN 8641-2011)

M2 Mức tưới dưỡng cho lúa (m3/ha)

Trường hợp lúa Chiêm gieo cấy đồng thời:

Phương pháp giải tích xác định chế độ tưới dưỡng:

Phương trình cân bằng nước mặt ruộng:

hci = h0i + mi + Pei - (Ki + ei) - Ci

- Lúa chiêm gieo cấy đồng thời

Phương pháp giải tích xác định chế độ tưới dưỡng:

- Lúa chiêm gieo cấy đồng thời

Phương trình cân bằng nước mặt ruộng:

hci = h0i + mi + Pei - (Ki + ei) – Ci

hci Lớp nước mặt ruộng cuối thời đoạn tính toán (mm)

h0i Lớp nước mặt ruộng đầu thời đoạn tính toán (mm)

mi Lượng nước tưới trong thời đoạn tính toán (mm)

Pei Lượng nước mưa sử dụng được trong thời đoạn tính toán (mm)

Ki Lượng nước ngấm xuống đất trong thời đoạn tính toán(mm/ngày)

ei Lượng bốc hơi mặt ruộng trong thời đoạn tính toán (mm/ngày)

Ci Lượng nước tháo đi trong thời đoạn tính toán (mm) Khi lớpnước mặtruộng lớn hơn [amax] phải tháo đi, Ci = hi – amaxi để đảmbảo [amin]i  hci  [amax]i