Đồ Án môn học kỹ thuật tài nguyên nước vị trí Địa lý lưu vực ngòi lai nằm Ở phía Đông bắc của tỉnh hòa bình thuộc trung du bắc bộ

P Ai: lượng mất đất của trận mưa thứ i trong mô hình mưa thiết kế tấn/ha Ri: hệ số xói mòn do mưa của trận mưa thứ i MJ.mm/ha.h Tính toán lượng mất đất của tiểu vùng theo năm thiết kế: A

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI KHOA KĨ THUẬT TÀI NGUYÊN NƯỚC

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

KỸ THUẬT TÀI NGUYÊN NƯỚC

Sinh viên: Nguyễn Quang Nhật

A – TÌNH HÌNH CHUNG

1 Vị trí địa lý: Lưu vực Ngòi Lai nằm ở phía Đông Bắc của tỉnh Hòa Bình thuộc Trung

du Bắc bộ. 

- Phía Bắc và Tây Bắc giáp dãy núi Ma San 

- Phía Đông giáp quốc lộ số 3. 

- Phía Nam và Tây Nam giáp sông Bình Long. 

2 Đặc điểm địa hình lưu vực:  

Căn cứ vào bản đồ địa hình khu vực đã cho Ta biết được: Cao độ lớn nhất 600, cao độ nhỏ nhất 330, cao độ trung bình về hướng dốc 450, về tính chất địa hình: đồi núi   

3 Tình hình khí hậu 

a) Mưa 

Lưu vực mang tính chất mưa của vùng Bắc bộ, lượng mưa hàng năm tương đối lớn nhưng phân bố không đều theo các tháng trong năm Lượng mưa trung bình nhiều năm là 1.820 mm (Bảng 9) 

Cho nên nhiệm vụ quan trọng hàng đầy hiện nay của nhân dân trong khu vực là đẩy mạnh các biện pháp kỹ thuật để bảo vệ tài nguyên đất, nước cho lưu vực  

5 Thực trạng của lưu vực 

- Trong khu vực từ trước cho đến nay chưa có biện pháp kỹ thuật tài nguyên nước nào phục vụ cho nên sản xuất nông nghiệp chậm phát triển, năng suất cây trồng, thiên tai, xói mòn đất thường xuyên xảy ra. 

B - Những tài liệu cho trước phục vụ cho tính toán từng phần cho đồ án 

1 Đặc điểm địa hình: Bản đồ địa hình của lưu vực xem hình 1; 

2 Đặc điểm đất đai: Bản đồ đất của lưu vực xem hình 2 và số liệu chi tiết của các loại đất xem bảng 1b. 

3  Hiện trạng sử dụng đất: Bảng đồ hiện trạng sử dụng đất của lưu xem ở hình 3

và thống kê chi tiết hiện trạng sử dụng đất xem ở bảng 2a và bảng 3, 4, 5; 

4 Số liệu mưa:  

a Số liệu mưa tháng 41 năm (từ năm 1979 đến 2019) trạm Ngòi Lai (Bảng 9) 

b Số liệu lượng mưa đo được trong thời đoạn 5 phút tại trạm đo mưa trên địa bàn lưu vực

Hình 1: BẢN ĐỒ ĐỊA HÌNH LƯU VỰC NGÒI LAI

TỶ LỆ: 1/10.000

600

570

540 510

600

540

480 510

450

420 390

480 450

330 360 390 420 450 480 510

Hình 2: BẢN ĐỒ ĐẤT LƯU VỰC NGÒI LAI

TỶ LỆ: 1/10.000

Hình 3: BẢN ĐỒ SỬ DỤNG ĐẤT LƯU VỰC NGÒI LAI

TỶ LỆ: 1/10.000

Bảng 1a: Tính chất đất đai của lưu vực

Chấthữu cơ (%)

Mức độthấm

Cấutrúc đất

Nhómđất thủyvăn

Chất hữu

cơ (%)

đất

Nhóm đấtthủy văn

đến nhanh

Trungbình đếnthô

B

Trungbình đếnthô

C

Bảng 1c: Tính chất đất đai của lưu vực

Bảng 1d: Tính chất đất đai của lưu vực

Bảng 2a: Thống kê hiện trạng sử dụng đất của lưu vực

Cát(%)

Chất hữu

cơ (%)

Mức độ

Nhómđất thủyvăn

Cát(%)

Chất hữu

cơ (%)

Mức độthấm

Cấu trúcđất

Nhómđất thủyvăn

B Cây bụi, chiều cao

Bảng 2b: Thống kê hiện trạng sử dụng đất của lưu vực

Bảng 2c: Thống kê hiện trạng sử dụng đất của lưu vực

B Đồng cỏ chăn thả Thưa Không áp dụng

Bảng 2d: Thống kê hiện trạng sử dụng đất của lưu vực

Bảng 3: Thời gian sinh trưởng và mật độ che phủ của các loại cây hàng năm

Câyhàngnăm

Trồng cây theo băng

và tưới theo rãnh

Làm ruộng bậc thang

dụng đất 

0 -  2%

2 -  6% >6%  

0 -  2%

2 -  6% >6%  

0 -  2%

2 -  6% >6%  

0 -  2%

2 -  6% >6% Đất canh tác 0.08a 0.13 0.1

6   0.11 0.15 0.21   0.14 0.19 0.26   0.18 0.23 0.31

2   0.16 0.21 0.28   0.2 0.25 0.34   0.24 0.29 0.41 Đồng cỏ chăn 

7   0.23 0.34 0.45   0.3 0.42 0.52   0.37 0.5 0.62 Đồng cỏ tự 

C - QUY TRÌNH TÍNH TOÁN

1 Tính toán chỉ số xói mòn do mưa R

1.1.1 Tính toán I30 thiết kế

Chọn tần suất thiết kế P = 5% (20 năm lặp lại)

Từ số liệu về các trận mưa năm, tổng hợp được lượng mưa lớn nhất trong 30 phút

Sử dụng phần mềm FFC 2008 vẽ đường tần suất lý luận:

Hình 1: Đường tần suất dòng chảy lũ

Xác định trị số thiết kế:

Tra trên đường tần suất lý luận được giá trị thiết kế I30’maxP ứng với tần suất thiết kế

P = 5% được I30’maxP = 114,63 (mm)

Xác định mô hình mưa điển hình:

+ Mô hình mưa được chọn phải là mô hình đã xảy ra trong thực tế, tức là nằm trong miền thống kế.

+ Là mô hình có lượng mưa gần bằng với lượng mưa ứng với tần suất thiết kế đã chọn.

Chọn được năm điển hình là năm 1981 vì I30 = 126,2 gần bằng I30’maxP = 114.63

Thu phóng mô hình mưa điển hình thành mô hình mưa thiết kế:

Thu phóng mô hình mưa của năm điển hình thành mô hình mưa năm thiết kế theo

hệ số thu phóng K:

K= I 30 P

I 30 ĐH = 114, 63 126 ,2 = 0,908

Thu phóng mô hình mưa của năm thiết kế: lấy giá trị mưa của năm điển hình nhân hệ số thu phóng K:

P itk =K P iđh

1.1.2 Xác định chỉ số R của từng trận mưa

Theo công thức Mutchler và Murphree, 1985:

R=∑ (E I30) R: chỉ số xói mòn do mưa (MJ.mm/ha.h)

E: Năng lượng của từng trận mưa (MJ/ha)

E = e.P

P: Lượng mưa của trận mưa (mm)

e: Năng lượng gây xói đơn vị của cường độ mưa trên một đơn vị diện tích

(MJ/ha/mm)

e=0.0119+0.0873 log10I Khi I  76 mm/h

I: cường độ mưa của trận mưa (mm/h)

I30: cường độ mưa lớn nhất trong 30 phút (mm/h) của trận mưa

Bảng 2: Kết quả tính toán chỉ số xói mòn do mưa

Trận mưa P(30max) I(30max) E R

b=4: kết cấu khối tảng, dạng phiến hoăc cột.

c :là thông số biểu thị tính thấm của đất.

c=1: thấm nhanh.

c=2: thấm trung bình đến nhanh.

Ki: Chỉ số xói mòn đất của tiểu lưu vực thứ i.

Kj: Chỉ số xói mòn đất của loại đất j.

Fj: Diện tích của loại đất j trong tiểu lưu vực i.

Sau khi tính toán, tổng hợp được bảng sau đây:

Bảng 2: Chỉ số K theo các loại đất khác nhau

độ thấm

Cấu trúc đất

Nhóm đất thủy văn

Trungbìnhđếnnhanh

Trungbìnhđến thô

L: yếu tố độ dài sườn dốc (đại lượng không thứ nguyên)

l: chiều dài sườn dốc (m) - Chiều dài sườn dốc được đo từ điểm nơi xói mòn đất bắt đầu (thường gần trên đỉnh của đường sống trâu) tới điểm ra của rãnh hoặc tại điểm độ dốc giảm nơi bắt đầu sự lắng đọng đối với công thức tính lượng mất đất phổ dụng USLE.

b= sinθ

sinθ+0,269(sin θ)0 , 8

+0 ,05

θ: góc dốc của sườn dốc

θ=¿ arctag(s) trong đó

s là độ dốc của sườn dốc (m/m)

s = ∆ H

l

Yếu tố S phụ thuộc vào chiều dài và thể loại độ dốc của sườn dốc

Đối với những sườn dốc có chiều dài nhỏ hơn 4m:

Chiều dài sườn dốc l (m)

Độ dốc sườn dốc (m/m)

Góc dốc θ

Chỉ số C xác định tùy thuộc loại cây trồng, thời vụ cây trồng… tra bảng 3 và 4 của tài liệu đã cho

Chỉ số P xác định tùy thuộc vào biện pháp canh tác, tra bảng 5 của tài liệu đã cho.

Bảng 5: Chỉ số C,P

Ký hiệu sử dụng đất Loại hinh Mật độ che phủ Chỉ số C Hình thức làm đất P

trưởng

Theo thờigian sinhtrưởng

Ci: Chỉ số cây trồng của nhóm đất thứ i

Pi: Chỉ số bảo vệ đất của nhóm đất

Fi: diện tích của nhóm đất thứ i trong tiểu vùng

F i (ha)

Thời gian Chỉ số

C i

từng nhóm đất

Nhóm đất

Diện tích nhóm đất

Chỉ số P i

từng nhóm đất

P i F i

Chỉ số P từng tiểu

1.5 Tính toán lượng mất đất của từng tiểu vùng:

Lượng mất đất của từng tiểu vùng được tính theo lượng mất đất của từng trận mưa thiết

kế

Tính toán lượng mất đất của tiểu vùng theo từng trận mưa:

A i =R i K L S C P

Ai: lượng mất đất của trận mưa thứ i trong mô hình mưa thiết kế (tấn/ha)

Ri: hệ số xói mòn do mưa của trận mưa thứ i (MJ.mm/ha.h)

Tính toán lượng mất đất của tiểu vùng theo năm thiết kế:

A tiểu vùng=∑

i=1

n

A i

n: tổng số trận mưa của năm thiết kế

Tính toán lượng mất đất của lưu vực:

Ai: lượng mất đất của tiểu lưu vực thứ i (tấn/ha/năm)

Fi: diện tích của tiểu lưu vực thứ i (ha)

Chỉ số thảm phủ C

Chỉ số P Chỉ số địa

hình LS

Lượng mất đất (T/ha/năm)

phủ C Chỉ số P

Chỉ số địa hình LS Lượng mất đất (T/ha/năm)

54 0.066 0.042 0.419 0.857 36.831 0.037

Bảng 11: Lượng mất đất của A3

Tiểu vùng 3 ( Xanh lá) Trận Thời gian (MJ.mm/ha.h) R trận Chỉ số xói mòn K Chỉ số thảm

phủ C Chỉ số P

Chỉ số địa hình LS Lượng mất đất (T/ha/năm)

phủ C Chỉ số P

Chỉ số địa hình LS Lượng mất đất (T/ha/năm)

2 Đánh giá mức độ xói mòn hiện trạng

Dựa vào bảng phân câp mức độ xói mòn:

Xác định được mức độ hiện trạng xói mòn trên toàn bộ lưu vực theo bảng:

Bảng 14: Hiện trạng mức độ xói mòn lưu vực

Tiểu

Lượng mất đất của tiểu vùng (tấn/ha)

Mức độ xói mòn

Lượng mất đất của cả lưu vực (Tấn/ha/năm)

Mức

độ xói mòn

- Nhóm đất A: rừng sản xuất sẽ trồng thêm cây để tăng độ che phủ lên 70% và thay đổi biện pháp tưới theo rãnh.

- Nhóm đất B: cây ăn quả tăng độ che phủ lên 80% và sử dụng biện pháp trồng theo băng.

- Nhóm đất C: cây bụi thì sẽ trồng thêm rừng và sử dụng biện pháp làm đất theo đường đồng mức.

- Nhóm đất D: vì lúa theo thời gian sinh trưởng và biện pháp canh tác hợp lý nên sẽ giữ nguyên.

- Nhóm đất E: ngô sẽ thay đổi hình thức làm đất trồng theo băng.

- Nhóm đất F: tăng độ che phủ của đồng cỏ lên 70% và theo đường đồng mức.

- Nhóm đất G: Rừng phòng hộ thay đổi biện pháp canh tác là tưới theo rãnh.

Bảng 15: Chỉ số C và P sau khi thay đổi

Ký hiệu sử dụng đất Loại hinh Mật độ che phủ Chỉ số C Hình thức làm đất P

Theo thờigian sinhtrưởng

Theo thờigian sinhtrưởng

Lượng mất đất của từng tiểu vùng sau khi có biện pháp phi công trình

Chỉ số thảm phủ C

Chỉ số P Chỉ số địa

hình LS

Lượng mất đất (T/ha/năm)

37 0.231 0.045 0.037 0.448 40.863 0.00738

mòn K

Chỉ số thảm

Chỉ số địa hình LS

Lượng mất đất (T/ha/năm)

Tiểu vùng 3 ( Xanh lá)

Trận Thời gian (MJ.mm/ha.h) R trận Chỉ số xói

mòn K

Chỉ số thảm

Chỉ số địa hình LS

Lượng mất đất (T/ha/năm)

mòn K

Chỉ số thảm

Chỉ số địa hình LS

Lượng mất đất (T/ha/năm)

22 2.711 0.017 0.652 0.488 44.574 0.65423

Mức độ xói mòn

 A3' 16.012 Cao

So sánh lượng mất đất sau khi có biện pháp phi công trình (A1' ; A2' ; A3' ; A4') và hiện trạng

(A1; A2; A3; A4):

- Sau khi sử dụng biện pháp phi công trình ta thấy rằng tiểu lưu vực A1' và A2' mức độ xói

mòn từ cao xuống mức độ xói mòn nhẹ.

- Tiểu lưu vực A3' và A '4 tuy có giảm nhưng mức độ xói mòn vẫn cao.

- Vì vậy chúng ta phải kết hợp thêm biện pháp công trình để giảm mức độ xói mòn của 2

tiểu lưu vực A3' và A '4.

3.2 Kết hợp giải pháp phi công trình và giải pháp công trình

Đề xuất bố trí số lượng mương cắt dốc

Lấy đại diện tiểu lưu vực A3' để áp dụng biện pháp công trình vì lượng mất đất của tiểu

lưu vực A3' và A '4 sấp sỉ bằng nhau.

Lượng mất đất của tiểu lưu vực A3'=16.012 tấn/ha, vì muốn giảm lượng mất đất này về

mức trung bình (5-10 tấn/ha/năm) thì cần giảm khoảng 50% lượng đất bị mất Gọi lượng

mất đất của tiểu vùng 3 sau khi kết hợp cả biện pháp công trình và phi công trình là A3¿,

như vậy A3} =0, 5 {A} rsub {3} rsup {'¿

=>

A3}} over {{A} rsub {3} rsup {'}} = {{L} rsub {3} rsup {

L3' =(l3}} over {22} right )} ^ {b}} over {{left ({{l} rsub {3} rsup {'}} over {22} right )} ^ {b}} = {left ({{l} rsub {3} rsup {

=0 ,5¿

=> l3} = {l} rsub {3} rsup {'} × {0,5} ^ {{1} over {b}} = {l} rsub {3} × {0,5} ^ {{1} over {b}} = 763,056 × {0,5} ^ {{1} over {0, 673}} = 272,4¿ (l1' =l1

vì biện pháp phi công trình không làm thay đổi chiều dài sườn dốc)

Số lượng mương cắt dốc trên sườn dốc 

Ntt = ¿

Nchọn = Ntt làm tròn lên = 2

Tính lại l3¿ theo Nchọn: l3} = {{l} rsub {3}} over {{N} rsub {chọn} +1} = {763, 056} over {2+1} =254,352¿

Bảng 21: Chiều dài các mương cắt dốc

Chiều dài (m) 254,352 254,352

Chênh cao ΔH (m)

Độ dốc sườn dốc (m/m)

Góc dốc

Chỉ số địa hình LS

Lượng mất đất (T/ha/năm)

Bảng 24: Mức độ xói mòn tiểu lưu vực 3 khi có biện pháp phi công trình kết hợp với

công trình

Lượng mất đất 

So sánh lượng mất đất sau khi có biện pháp và hiện trạng:

- Sau khi áp dụng biện pháp phi công trình kết hợp với công trình cho tiểu lưu vực 3, ta thấy được lượng mất đất đã giảm xuống mức độ trung bình so với mức độ cao ban đầu.

4 Tính toán thiết kế mương cắt dốc

Tính điển hình cho 01 tiểu vùng

4.1 Xác định thông số kỹ thuật của mương cắt dốc

Xác định lưu lượng thiết kế kênh (mương cắt dốc) của tiểu vùng 1

Qtk= C I30 F

360 = 0 , 41× 114 ,59 ×9 942

360 =1,297(m3/s) Trong đó:

Qtk: lưu lượng thiết kế kênh (mương cắt dốc) (m3/s)

C: hệ số dòng chảy, tra từ Bảng 8 Đề bài, tính bình quân gia quyền theo diện tích (dựa vào diện tích canh tác loại hình thức cây trồng, nhóm đất thủy văn và độ dốc của khu vực tính toán) Nhưng để đơn giản cho việc tính toán ta chọn C lớn hơn.

I30: Cường độ mưa lớn nhất 30 phút thiết kế (mm/h)

F: diện tích phụ trách của mương cắt dốc (ha)

Xác định lưu lượng lớn nhất Qmax

Qmax = K Qtk = 1,15×1,297 = 1,49 (m3/s) Trong đó:

K: hệ số phụ vào thuộc vào Qtk, được lấy theo bảng 3 – TCVN 4118 – 2012

Bảng 3 (TCVN 4118 – 2012): Xác định hệ số K ứng với lưu lượng thiết kế

RlnRln = 2 , 76× 0 , 59 = 1,63

Chọn lại bk = 1,7 (thuận tiện cho việc triển khai thi công, xây dựng)

Lập lại tỷ số R b k

ln = 0 ,59 1 ,7 = 2,88

Tiếp tục tra bảng K3 TCVN 4118 - 2012 tương ứng với tỷ số R b k

ln mới ta được R h k

ln = 1,603 Tính hk ¿ h k

bk/

Rln ( tra bảng)

bk (Tính)

bk (Chọn ) bk/Rln

hk/Rln ( tra bảng)

hk ( tính) ω  v

Từ Qmax, m, i ta tính f(Rln) = 4 m Q max

0√i = 1, 49

4 × 2 ,1√0,0002 = 12,51 với m0 = 2√1+m2

ln mới ta được h R max

ln = 1,65 Tính được hmax = h max

Rln Rln =1,65× 0,63 =1,04 Vmax = h Q max

max (b k +m ×h max) =

1 , 49

1, 04 (1 ,7 +1 ,5 ×1 , 04) = 0,44

[v]kx tính theo công thức Ghieckan: [v]kx = KQ max 0 , 1 = 0 , 62 ×1 , 49 0 ,1 = 0,6

Q: Lưu lượng chảy trên kênh (m3/s),

K: Hệ số phụ thuộc vào đất lòng kênh, theo bảng 15 TCVN 4118 – 2012

⇒ Kênh mương không bị xói lở

Xác định chiều cao kênh:

H = hmax + δ

δ = 0,3: Chiều cao an toàn của kênh ứng với lưu lượng lớn nhất Qmax (xác định theo bảng

12 TCVN 4118 – 2012)

Kênh đất Kênh được bọc bằng bê tông, bê tông cốt

thép, vật liệu atphan và bitum

Bảng 11 TCVN 4118 – 2012 - Chiều rộng bờ kênh khi không kết hợp làm đường giao thông

⇒ S đắp =S hìnhthang −S tam giác = 4,37 – 3,43= 0,94 (m2)

Căn cứ các kích thước mặt cắt ngang mương cắt dốc, thiết kế với khối lượng đào bằng khối lượng đắp, tính diện tích mặt cắt đào/đắp

Khối lượng đào đắp: W = S.L (m3)

Trong đó:

S: Diện tích phần đào/đắp trên mặt cắt ngang (m2);

L: Chiều dài mương cắt dốc (m)

Bảng 28: Bảng tính khối lượng đào/đắp mương cắt dốc

Mương L (m) S đào (m2) S đắp (m2) W (m3)

5 Kết luận

Đồ án đã giải quyết được các vấn đề:

 Tính toán được lượng mất đất do xói mòn của khu vực Ngòi Lai tỉnh Hòa Bình theo phương trình mất đất phổ dụng là 33,763 tấn/ha/năm

 Đánh giá mức độ hiện trạng xói mòn trên toàn bộ lưu vực theo bảng phân cấp mức

độ xói mòn: Mức độ xói mòn của cả khu vực ở cấp độ cao Trong đó các tiểu vùng 1,2,3,4 mức độ xói mòn ở mức cao.

 Đề xuất giải pháp công trình và phi công trình để giảm mức độ xói mòn cụ thể là biện pháp thay đổi quy hoạch sử dụng đất ở cả 4 tiểu vùng và làm bờ mương cắt dốc thay đổi độ dài sườn dốc trên tiểu vùng 3.

 Sau khi áp dụng biện pháp phi công trình lượng mất đất do xói mòn trên tiểu vùng 1-2-3-4 đã giảm từ mức độ cao-cao-cao-cao xuống mức độ nhẹ-nhẹ-cao-cao.

 Sau khi áp dụng tiếp giải pháp công trình mà cụ thể là làm bờ mương cắt dốc trên tiểu vùng 3, lượng mất đất do xói mòn đã giảm xuống từ mức độ cao xuống trung bình.

 Bố trí hệ thống công trình trên mặt bằng : bố trí kênh cắt dốc.

 Tính toán và xác định được các thông số thiết kế của bờ mương cắt dốc (như trên bảng thống kê thông số ở trên)

 Tính toán được khối lượng đào đắp lần lượt bằng Wđào = 302,68 (m 3); Wđắp= 239,09 (m3).

LỜI CẢM ƠN

Em cảm ơn thầy Trần Việt Bách đã hướng dẫn em chi tiết để giúp em có thể hoàn thành xong đồ án môn Kỹ thuật tài nguyên nước Qua môn học này đã giúp em có thêm một kiến thức mới về chuyên ngành Tuy nhiên vì kiến thức em chưa đủ nên có những sai xót trong đồ án, em mong được nhận ý kiến đóng góp từ thầy để em có thể biết lỗi sai của mình và thay đổi bản bản thân Em xin chân thành cảm ơn thầy!