Giáo trình thủy nông - Chương 3 ppt

Hiện nay có 4 phương pháp tưới sau: .Phương pháp tưới mặt đất: .Phương pháp tưới phun mưa: .Phương pháp tưới ngầm: .Phương pháp tưới nhỏ giọt: 3-2: PHƯƠNG PHÁP TƯỚI VÀ KỸ THUẬT TƯỚI

CHƯƠNG 3

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP TƯỚI VÀ KỸ THUẬT TƯỚI

3-1: KHÁI NIỆM

Phương pháp tưới và kỹ thuật tưới là yếu tố có ảnh hưởng rất lớn đến nhu cầu nước của cây trồng và quyết định năng suất cây trồng

*Phương pháp tưới: là cách đưa nước vào ruộng và biến nước đó thành nước trong đất cung cấp cho cây trồng

*Kỹ thuật tưới: là biện pháp kỹ thuật cụ thể, được áp dụng để thực hiện các phương pháp tưới đã đề ra

Hiện nay có 4 phương pháp tưới sau:

.Phương pháp tưới mặt đất:

.Phương pháp tưới phun mưa:

.Phương pháp tưới ngầm:

.Phương pháp tưới nhỏ giọt:

3-2: PHƯƠNG PHÁP TƯỚI VÀ KỸ THUẬT TƯỚI MẶT ĐẤT

*Ưu điểm:

-Thiết kế, thi công và quản lý tương đối đơn giản

-Tưới trong mọi điều kiện khí hậu

-Có tác dụng thau chua- rữa mặn và phù hợp với hệ thống tưới tự chảy

*Nhược điểm:

-Năng suất tưới không cao, tổn thất nước lớn

-Phân bố nước không đồng đều trên ruộng

-Tốn công san bằng mặt ruộng và diện tích chiếm đất lớn

3-2-1: Kỹ thuật tưới d·i:

Nước được chuyển đến kênh cố định cấp cuối cùng, sau đó đưa vào mương tưới thông qua các thiết bị lấy nước Nước được đưa vào d·i và ngấm xuống đất theo chiều thẳng đứng

Mương tưới tạm thời

A

50÷ 100 m

a.Điều kiện áp dụng của tưới d·i:

-Dùng tưới cho các loại cây hẹp hàng như : rau, lạc

-Thuận lợi đối với vùng có độ dốc mặt đất trung bình (0.005÷ 0.02)

-Điều kiện nguồn nước phong phú

b.Các yếu tố của kỹ thuật tưới giải: Xác định kỹ thuật tưới d·i là xác định các yếu tố

-Lưu lượng lấy vào đầu d·i, q0

-Tốc độ nước chảy vào đầu d·i, v0

-Chiều dài lấy nước vào d·i, l

-Chiều dài của d·i L

-Thời gian lấy nước vào d·i, t

-Chiều rộng d·i, b

c.Phương pháp xác định các yếu tố của kỹ thuật tưới d·i:

Dựa trên cơ sở hình thành dòng chảy trên d·i với các giả thiết sau:

-Dòng chảy trên d·i là dòng đều

-Các yếu tố đặc trưng của đất: độ dốc, hệ số nhám xem như không thay đổi

Xét cho một đơn vị chiều rộng d·i

α.Xác định tốc độ và lưu lượng lấy vào đầu d·i:

Để xác định v0; q0 ta thiết lập công thức xác đinh vận tốc và lưu lượng tại mặt cắt x bất kỳ nào đó

dy

x

y

q 0

v 0

x dx

y-dy

y

h

Tốc độ nước chảy tại mặt cắt cách đầu d·i một đoạn là x

R

R C

Bazanh CT

Theo

RI C

v x

+

=

−

=

δ

87

:

1

1

δ: hệ số nhám hay hệ số gồ ghề mặt d·i, thường khoảng (1.5÷4.0)

Xem chiều sâu lớp nước trên d·i y rất nhỏ so với chiều rộng d·i thì R≈ y (mặt cắt ngang hình chử nhật)

Mặt khác xem y<< δ nên

δ

y

C1 ≈87

Vậy tốc độ nước chảy qua mặt cắt x trong một đơn vị thời gian là:

y

I

v x

δ

87

=

Nếu gọi c là hệ số đặc trưng cho trạng thái của đất

2

:

87

y

c

q

x mc tai luong

luu

y c v

I c

x

x

=

−

−

−

=

⇒

=

δ

Vậy tại đầu giải (x= 0; y= h) ta có: v0= c.h; q0= c.h2 , với h là lớp nước đầu d·i

CHƯƠNG 3

β Xác định chiều dài lấy nước vào d·i l:

Từ phương trình cân bằng nước trên đoạn dx:

q ngam; dx

q x

q x+dx

q x - q x+dx = q ngấm,dx (1)

Trong đó:

qngấm,dx: lưu lượng ngấm bình quân trên đoạn dx, xác định theo công thức Koschiacốp (chương 2)

dx t

k q

dx k v q

dx

ngam

t dx

ngam

α

β

ω

0 ,

=

=

=

Trong đó:

k0: tốc độ ngấm hút bình quân trong đơn vị thời gian thứ nhất

t: thời gian tính từ khi bắt đầu lấy nước

α: hệ số phụ thuộc vào tính chất và độ ẩm trong đất (0.3÷ 0.8)

β: hệ số hiệu chỉnh ảnh hưởng của việc ngập nước đối với tốc độ ngấm hút, β>1

dx t

k dy

y

c

dx t

k dy

y c y c

α

α β

β 0

0 2

2

.

.

2

.

1

−

=

⇒

−

=

−

−

⇒

Dấu (-) biểu thị hai đại lượng x; y luôn biến thiên ngược chiều nhau

Khi x= 0 thì y= h; x= l thì y= 0, tích phân 2 vế ta có:

0 0 0 2

0 2

0 0 0

2

k

t q k

t h c

l

l t

k h

c

dx t

k dy

y

c

l

h

β β

β β

α α

α α

=

=

⇒

−

=

−

⇒

−

∫

γ.Xác định chiều dài d·i L:

Khi ngừng cung cấp nước vào d·i ở thời gian t, thì trên chiều dài lấy nước vẫn còn một lớp nước có chiều sâu ở đầu là h và ở cuối là 0 Để lợi dụng lượng nước còn lại thì chiều dài của d·i L cần dài hơn chiều dài lấy nước l môt đoạn (L- l) Sao cho lượng nước còn lại này tiếp tục chảy đi và ngấm vào đoạn (L- l) và làm cho độ ẩm trong đoạn này đạt đến độ ẩm qui định mà không phải tháo đi

W L-l

W C

l Wngấm,l L-l h

Phương trình cân bằng nước trên 1 đơn vị chiều rộng: W L-l = W c - W ngấm, l (2)

Trong đó:

Wc: lượng nước còn lại trên chiều dài lấy nước l sau khi đã đóng cống; Wc= µ.h.l

µ : hệ số hình dạng đường mặt nước, µ = 2/3 ÷ 3/4

WL- l: lượng nước còn lại chảy về và ngấm xuống trên đoạn (L- l) nhưng phải đảm bảo mức tưới m đã qui định WL- l= m (L- l)

Wngấm,l: lượng nước Wc tiếp tục ngấm trên đoạn l

' '

,l ngam.l l

Trong đó:

2

c

k

=

Với kc= 0; kd= kt = (β.k1)/tα

t: thời gian từ khi cho nước vào cho đến khi đóng cống

t’

l: thời gian nước tiếp tục chảy hết đoạn l sau khi đã đóng cống

h c

l v

l

t l

2

( )h l W

h c

k l t

k

k

k

t

h

c

l

khac

Mat

l h c

l t

k W

x ngam

l ngam

1

1

1

:

2 2

,

2 1

1 0

0 2

1 ,

α α β α β

β

α

α α

−

=

−

=

⇒

−

=

=

−

=

⇒

a

Thay các giá trị vào biểu thức ta có:

(L−l).m=µ.h.l+(1−α)h.l

Chia 2 vế cho m.l ta có:

m

h l

1+ µ− −α

=

δ.Xác định thời gian lấy nước vào d·i:

Thời gian lấy nước vào d·i t được xác định từ 2 điều kiện sau:

-Trong thời gian t này phải lấy đủ lượng nước tưới cho toàn d·i để đạt mức tưới m đã qui định

⇒ m.L= q0.t

0

.

q

L m

t=

⇒

-Đủ thời gian để lượng nước ngấm ở đầu d·i vừa bằng mức tưới m đã qui định

α α

β

β

−

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛

=

⇒

=

=

1 1

0

0

k

m t

m t

t

k

m

t

k

φ.Xác định chiều rộng d·i:

CHƯƠNG 3

Chiều rộng d·i thay đổi phụ thuộc vào một số yếu tố như: tính ngấm của đất, lưu lượng tưới, địa hình, độ dốc của d·i và điều kiện vun xới bằng máy

Nếu chỉ xét về điều kiện nước ngấm đồng đều trên toàn d·i thì:

i

h h

b max − min

=

hmax; hmin: lớp nước mặt d·i lớn nhất và nhỏ nhất trên chiều ngang của d·i

i: độ dốc ngang của d·i

Theo kinh nghiệm về tưới thì hmin không nên nhỏ hơn 2÷ 3 cm

⎟

⎟

⎠

⎞

⎜

⎜

⎝

⎛

−

=

⇒

=

−

−

=

min

min max

2

2

h c

q i b

c

q h

khac Mat

h h h

bq

bq bq

bq

Nếu canh tác bằng cơ giới thì b= n bmáy

n= 1, 2,3

bmáy= chiều rộng của máy

3-2-2: Kỹ thuật tưới rãnh

Rảnh tưới ở đất nặng

Rảnh tưới ở đất nhẹ Mặt cắt A-A

a

a

Mương phân phối Mương dẫn nước

Kênh

cấp 5

A

Nước được phân phối từ mương dẫn nước vào các rảnh, cho nước ngấm đều vào đất theo chiều ngang để cung cấp cho cây trồng

Tưới rảnh thường được áp dụng tưới cho các loại cây trồng cạn, rộng hàng như : ngô, mía, khoai tây và các loại cây họ đậu

Khoảng cách giữa các rảnh phụ thuộc vào tính ngấm của từng loại đất

Đối với đất nhẹ : a= 50÷ 60 cm

Đối với đất trung bình: a= 60÷ 75 cm

Đối với đất nặng : a= 80÷ 100 cm

Chiều sâu của rảnh tưới h phụ thuộc từng loại rảnh

Rảnh cạn : h= 8÷ 12 cm

Rảnh trung bình: h= 12÷ 18 cm

Rảnh sâu : h= 18÷ 22 cm

Chiều dài của rảnh l phụ thuộc vào độ dốc của rảnh

Với i= 0.0005 thì l= 50÷80 m

Với i= 0.001 thì l= 40÷60 m

Với i= 0.02 thì l= 30÷40 m

Chiều rộng trung bình của rảnh thường b= (30÷40) cm

Rảnh tưới được chia làm 2 loại: Rảnh kín và rảnh hở

-Rảnh kín: cuối rảnh được đắp kín và nước được giử lại trong rảnh rồi ngấm dần vào đất Loại này thường áp dụng cho các loại đất nặng và độ dốc mặt đất nhỏ (i< 0.002)

-Rảnh hở: không đắp kín ở cuối rảnh, thường dùng cho vùng có độ dốc trung bình trở lên (0.002÷ 0.006)

A Kỹ thuật tưới rảnh hở:

*Các yếu tố kỹ thuật tưới rảnh hở:

-Tốc độ nước chảy trên rảnh v và lưu lượng lấy vào đầu rảnh q0

-Chiều dài lấy nước trên rảnh l

-Chiều dài rảnh L

-Thời gian lấy nước vào rảnh t

1.Xác định tốc độ nước chảy trên rảnh và lưu lượng lấy vào đầu rảnh q 0:

-Tốc độ nước chảy trên rảnh được xác định theo công thức Sêzi:

RI C

C1: hệ số tốc độ nước chảy trên rảnh, thực nghiệm đã xác đinh được phạm vi thay đổi trong khoảng

Do đó tốc độ nước chảy trên rảnh thay đổi trong phạm vi

R c

v

I c

Voi

R I v

50 20 :

50 20

=

⇒

÷

=

÷

=

-Lưu lượng lấy vào rảnh q= ω.v= ω.c.R

ω: diện tích mặt cắt ướt của rảnh, ω= b.y

b: chiều rộng bình quân mặt cắt ướt

R: bán kính thuỷ lực, R= ω /χ

χ: chu vi ướt, χ= λ.b (chứng minh)

b

+

1 2 1

λ

( )

2

2 2

y b c q

b

y b c c

q

λ

λ χ

ω

=

⇒

=

=

⇒

Tại đầu rảnh thì x= 0, y= h ta có:

CHƯƠNG 3

h

c

v

h b

c

q

λ

λ

=

=

0

2 2 0

2.Xác định chiều dài lấy nước vào rảnh:

dx

q ngam

q x+dx

q x

W C

W L- l

l

W ng

L

h

Phương trình cân bằng nước cho đoạn dx: q x - q x+dx = q ngấm,dx (1)

Trong đó:

qngấm,dx: lưu lượng ngấm (qua bờ và đáy rảnh) trên đoạn dx

b

y m m

dx b t

k dx k

− + +

=

=

=

2 0

0 0 ,

1 2 1

.

.

.

γ λ

λ

β

γ: hệ số hiệu chỉnh có kể đến ảnh hưởng ngấm chéo bờ rảnh (1.5÷ 2.5)

dx b t

k ydy

c

dx b t

k dy

y y b c

0 0

0 0 2

2

.

.

2

.

1

λ

β λ

λ

β λ

α

α

−

=

⇒

=

−

−

⇒

Dấu (-) biểu thị 2 đại lượng x và y luôn thay đổi ngược chiều nhau

Khi x= 0 thì y= h; x= l thì y= 0

0 0

2

0 0 0 0

2

λ λ β

λ

β λ

α α

k

t h c l

dx t

k dy

y

h

=

⇒

−

∫

3.Xác định chiều dài rảnh:

Khi ngừng lấy nước thì trên đoạn l vẫn còn một lượng nước Wc, một phần lượng nước này sẽ

ngấm xuống đoạn l, phần còn lại sẽ chảy tiếp xuống dưới đoạn l Để lợi dụng lượng nước này thì

chiều dài của rảnh L phải lớn hơn chiều dài lấy nước một đoạn (L-l) Sao cho lượng nước này

ngấm hết vào đoạn (L-l) theo đúng mức tưới m đã qui định

Phương trình cân bằng nước cho đoạn dx: W L- l = W c - W ngấm,l (2)

Trong đó:

Wc= µ.b.h.l

µ: hệ số hình dạng đường mặt nước

WL- l= m.ω= m (L-l).a

a: khoảng cách giữa hai rảnh

( )b h l

W ngam,l = 1 −α .

Phương trình (2) trở thành: m(L-l).a= µ.b.h.l- (1-α).b.h.l

⇒m.a(L-l)= [µ-(1-α)]b.h.l

Chia 2 vế cho (m.a)

[µ− −α ]

+

.

1

a m

h b l

L

4.Xác định thời gian lấy nước vào rảnh:

Thời gian lấy nước vào rảnh t phải đảm bảo 2 điều kiện:

-Đủ nước tưới cho toàn rảnh theo đúng mức tưới m đã qui định: q0.t= m.a.L

0

.

q

L a

m

t=

-Đủ thời gian để nước ngấm ở đầu rảnh đạt được mức tưới m

L a m L t

k tχn =

⎯kt: tốc độ ngấm hút bình quân trong thời gian t

α α

λ β

β

−

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛

=

⇒

=

1 1

0 0

0

b k

a m t

t

k

k t

B Kỹ thuật tưới rảnh kín:

Nước được đưa vào đầu rảnh và cuối rảnh được giử lại để ngấm dần vào trong đất do đó việc xác định các yếu tố trong kỹ thuật tưới rảnh kín đơn giản hơn rảnh hở

1.Lưu lượng lấy vào đầu rảnh:

q0= v.ω (m3/s)

Trong đó

v: tốc độ nước chảy trong rảnh đảm bảo không gây xói lỡ, v< [v]kx

ω: diện tích mặt cắt ướt, ω= b.h0

b: chiều rộng trung bình của rảnh

h0: độ sâu lớp nước trong rảnh không gây chảy tràn ruộng, h0= (1/3÷1/4)h

2.Chiều dài rảnh:

i

h h

L 0 − 1

=

h1; h0: độ sâu lớp nước đầu rảnh và cuối rảnh Thường để đất đạt độ tơi xốp cần thiết thì h0-

h1< (6÷7)cm

i: độ dốc bình quân của rảnh

3.Thời gian lấy nước vào rảnh:

Đủ nước tưới cho toàn rảnh theo đúng mức tưới m đã qui định: q0.t= m.a.L

0

.

.

q

L a

m

t =

3-2-3: Kỹ thuật tưới ngập

Tưới ngập là tạo nên trên mặt ruộng một lớp nước nhất định và nước ngấm dần thấm vào đất Tưới ngập chỉ áp dụng cho cây trồng chịu ngập như: lúa, cói hoặc áp dụng trong trường hợp rửa mặn

a.Yêu cầu về kỹ thuật tưới ngập:

-Luôn duy trì lớp nước trên mặt ruộng với những độ sâu khác nhau tuỳ theo từng thời kỳ sinh trưỡng của cây trồng

CHƯƠNG 3

-Không tưới tràn từ ruộng này sang ruộng khác, nhằm tránh trôi màu và truyền sâu bệnh -Tạo điều kiện thuận lợi cho việc cơ giới hoá đồng ruộng

b.Kích thước thửa ruộng:

Kênh cấp 5

Kênh cấp 4

100 m Bờ thửa Thửa ruông

20÷50 m

500 m

Thửa ruộng: là đơn vị canh tác nhỏ nhất trên đồng ruộng, có ảnh hưởng đến năng suất tưới, tiêu, kỹ thuật canh tác và quản lý đồng ruộng

Diện tích thửa ruộng canh tác cơ giới là: ωcg= 500.100= 50000 (m2) hay ωcg= 5 (ha) Tuy nhiên để phù hợp với điều kiện nhân lực thì thửa ruộng canh tác cơ giới được chia thành nhiều thửa nhỏ với diện tích ω= (1/4 ÷ 1/2) ha

c.Bố trí thửa ruộng:

Có 2 hình thức bố trí thửa ruộng: kiểu thông nhau và kiểu độc lập

Kênh dẫn

Kênh dẫn

Kênh tháo

Kênh tháo

Bố trí kiểu độc lập Bố trí kiểu thông nhau

*Kiểu thông nhau có số lượng của lấy nước và tháo nước ít, tuy nhiên dễ là trôi màu và truyền sâu bệnh, cung cấp nước chậm

*Kiểu độc lập khắc phục được nhược điểm trên tuy nhiên số cửa lấy nước và tháo nước chiếm số lượng lớn

3-3: PHƯƠNG PHÁP TƯỚI VÀ KỸ THUẬT TƯỚI PHUN MƯA

Tưới phun mưa là dùng hệ thống gồm: máy bơm, đường ống, vòi phun cung cấp nước cho cây trồng dưới dạng mưa rơi Đây là một kỷ thuật tưới hiện đại, chí phí rất tốn kém

3-3-1 Đặc điểm và phạm vi sử dụng:

*Ưu điểm:

-Yêu cầu san bằng mặt ruộng không cao và tưới cho mọi địa hình phức tạp

-Giảm diện tích kênh và công trình trên kênh

-Năng suất tưới cao và hiệu chỉnh mức tưới với biên độ rộng (50÷ 800 m3/ha)

*Nhược điểm:

-Kinh phí đầu tư lớn và yêu cầu về trình độ kỹ thuật- quản lý cao

-Chịu ảnh hưởng của gió, nhiệt độ và bốc hơi

*Phạm vi sử dụng:

Tưới phun mưa chỉ áp dụng cho loại cây trồng cạn, cây đặc sản và cây công nghiệp, ngoài ra kỹ thuật tưới này còn được áp dụng cho những vùng có địa hình đặc biệt

3-3-2 Phân loại và cấu tạo máy phun mưa:

a.Phân loại theo cấu tạo vòi phun: Thường được chia thành 2 loại sau

-Vòi phun ly tâm: Dưới tác dụng của áp lực, dòng nước được phun lên và đập vào kim phun, tạo thành những hạt mưa phân bố trên diện tích tưới hình tròn, phun gần và áp lực thấp -Vòi phun tia: Dưới áp lực dòng nước qua bộ phận điều tiết rồi phân thành những tia nhỏ, phun xa và áp lực phun cao Để mật độ tưới phun đồng đều thường lắp thêm vòi phun phụ

Vòi phun tia Vòi phun ly tâm

Kim phun

Vòi phun chính

Vòi phun phụ Mâm xoay

b.Phân loại theo áp lực phun: Chia làm 3 loại

-Máy phun áp lực thấp: áp lực phun từ (1.5÷ 2.5) at; bán kính phun R< 12m

-Máy phun áp lực trung bình: áp lực phun từ (2.5÷ 5) at; bán kính phun R= (12÷ 35)m -Máy phun áp lựccao: áp lực phun từ > 5 at; bán kính phun R= (35÷ 80)m

c Cấu tạo hệ thống phun mưa:

Hệ thống tưới phun mưa thường bao gồm các bộ phận sau:

-Máy bơm nước

-Ống dẫn nước và phân phối nước

-Vòi phun

3-3-3 Xác định các yếu tố trong kỹ thuật tưới phun mưa:

a.Bán kính phun: Lấy theo công thức kinh nghiệm

-Đối với máy phun ly tâm:

d

R=2.4

d:là đường kính vòi phun (mm)

-Đối với máy phun tia:

g

v

R 2.sin 2

2 2 sin

2

α

=

α: là góc nghiêng của vòi phun với mặt phẳng ngang

v: vận tốc ban đầu của luồng nước phun ra từ vòi phun

h g c

v= 2

c= (0.96 ÷ 0.98)

h: tổng cột nước phun; h= hp+hv

hp: cột nước áp lực chổ miệng phun

hv: cột nước tốc độ

b.Cường độ và đường kính hạt mưa:

-Cường độ phun biểu thị cho lớp nước mưa được phun xuống trong 1 phút

CHƯƠNG 3

t

h

=

ρ

h: lớp nước mưa (mm)

t: thời gian tưới (phút)

-Đường kính hạt mưa được xác định sao cho không làm rách lá cây trồng, thông thường đường kính hạt mưa thích hợp là: d= (1÷ 2)mm

c.Sơ đồ đặt vòi phun:

Thường thì trên diện tích tưới, ở vị trí giữa luôn có độ ẩm phù hợp với yêu cầu, vị trí xa thì thừa độ ẩm, vị trí gần lại thiếu Do đó để đảm bảo mức độ đồng đều thì vị trí của vòi phun phải được đặt theo một qui tắc nhất định

Việc bố trí các vòi phun có ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả phun mưa, thường người ta bố trí theo các dạng sau:

Dạng hình vuông: F h = 2.R 2

1.5 R

1.73R

Dạng hình tam giác: F=2.6 R 2

1.73 R

Dạng hình chử nhật: F=1.73 R 2

Với 3 dạng bố trí trên, thì dạng hình tam giác cho diện tích tưới hửu ích lớn nhất Tuy nhiên khi tốc độ gió lớn thì dạng hình chử nhật cho mức độ đồng đều hơn

d.Năng suất tưới:

Năng suất tưới phun được đánh giá bằng diện tích do máy phun có thể phụ trách tưới trong thời gian nhất định

m

T K Q

Trong đó:

W: năng suất tưới (ha)

Q: lưu lượng phun (giờ)

K: hệ số sử dụng thời gian = số giờ làm việc của máy / số giờ trong một ngày đêm

T: thời gian tưới (giờ)

3-4: PHƯƠNG PHÁP TƯỚI NGẦM

3-4-1 Đặc điểm và phạm vi sử dụng:

*Ưu điểm:

-Năng suất tưới cao, tiết kiện nước và diện tích mặt ruộng

-Không tốn công để san bằng mặt ruộng

*Nhược điểm:

-Kinh phí đầu tư lớn và yêu cầu về trình độ kỷ thuật- quản lý cao

-Quản lý phức tạp, khó bảo quản và sữa chữa

*Phạm vi sử dụng:

Tưới ngầm chỉ áp dụng cho loại cây trồng cạn, cây đặc sản và cây công nghiệp Phương pháp này chỉ áp dụng cho những vùng khan hiếm nước mặt