nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số kỹ thuật đến lưu lượng và độ cao nâng nước của bơm xoắn ốc dùng sức nước dòng chảy sông suối

Tôi đã quyết định chọn đề tài tốt nghiệp là: “Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số kỹ thuật đến lưu lượng và độ cao nâng nước của bơm xoắn ốc dùng sức nước dòng chảy sông suối”.. Hộ có

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

- -

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

LỜI CAM ĐOAN

Tôi là Lê Hữu Hùng, học viên lớp Cao học K13 – CN CTM Sau hai năm học tập nghiên cứu, được sự giúp đỡ của các thầy cô giáo và đặc biệt là sự giúp đỡ của TS Nguyễn Sỹ Hiệt, thầy giáo hướng dẫn tốt nghiệp của tôi Tôi đã đi đến cuối chặng đường để kết thúc khóa học

Tôi đã quyết định chọn đề tài tốt nghiệp là: “Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số kỹ thuật đến lưu lượng và độ cao nâng nước của bơm xoắn ốc dùng sức nước dòng chảy sông suối”

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi dưới sự hướng dẫn của TS Nguyễn Sỹ Hiệt và chỉ tham khảo các tài liệu đã được liệt kê Tôi không sao chép công trình của các cá nhân khác dưới bất cứ hình thức nào Nếu

có tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

NGƯỜI CAM ĐOAN

Lê Hữu Hùng

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên tôi xin được cảm ơn TS Nguyễn Sỹ Hiệt – Thầy hướng dẫn khoa học của tôi về định hướng đề tài, sự hướng dẫn của thầy trong việc tiếp cận và khai thác các tài liệu tham khảo cũng như chỉ bảo trong quá trình tôi viết luận văn

Tôi cũng muốn cảm ơn những ý kiến chỉ bảo của GS TSKH Phạm Văn Lang, cũng như các thầy cô đã trực tiếp giảng dạy tôi và các thầy cô khoa sau đại học Trường ĐH KTCN Thái Nguyên đã giúp đỡ tôi hoàn thành khóa học

Cuối cùng tôi muốn bày tỏ lòng cảm ơn đối với gia đình tôi, các thầy cô giáo, các bạn đồng nghiệp đã ủng hộ và động viên tôi trong suốt quá trình học cũng như quá trình làm luận văn này

Tác giả

Lê Hữu Hùng

MỤC LỤC

Trang

Lời cam đoan 1

Lời cảm ơn 2

Mục lục 3

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt 6

Danh mục các bảng 8

Danh mục các hình vẽ, đồ thị 9

MỞ ĐẦU 11

1 Tính cấp thiết của đề tài 11

2 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài 11

3 Tổng quan nội dung nghiên cứu của đề tài 11

4 Mục đích nghiên cứu, đối tượng nghiên cứu, phạm vi nghiên cứu 12

Chương I 13

NĂNG LƯỢNG DÒNG CHẢY SÔNG SUỐI VÀ VIỆC SỬ DỤNG NGUỒN NĂNG LƯỢNG THIÊN NHIÊN PHỤC VỤ SẢN XUẤT VÀ ĐỜI SỐNG Ở MIỀN NÚI 1.1 Dòng chảy sông suối – nguồn năng lượng sạch của thiên nhiên 13

1.1.1 Mạng lưới sông suối ở nước ta 13

1.1.2 Thủy chế của sông ngòi Việt nam 14

1.1.3 Dòng chảy sông suối 14

1.1.4 Dòng chảy sông suối Việt Nam và các yếu tố địa lý tác động tới nó 15

1.2 Nhu cầu cung cấp nước cho sản xuất ở vùng cao 27

1.3 Sử dụng năng lượng dòng chảy sông suối phục vụ đời sống và sản xuất 29

1.4 Các loại phương tiện cung cấp nước tưới dùng năng lượng dòng chảy 29 1.4.1 Cọn nước truyền thống 30

1.4.2 Bơm thủy luân 32

1.4.3 Bơm va 33

1.4.4 Bơm cuộn - xoắn ốc 34

1.4.5 Ưu, nhược điểm của bơm xoắn ốc và sự lựa chọn để cung cấp nước tưới cây trồng vùng cao 36

1.5 Nghiên cứu và ứng dụng bơm xoắn ốc trên thế giới và trong nước 37

1.5.1 Nghiên cứu, ứng dụng bơm cuộn và bơm xoắn ốc trên thế giới 37

1.5.2 Nghiên cứu và ứng dụng bơm cọn xoắn ốc trong nước 41

1.6 Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của luận văn 44

MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu 45

2.1.1 Mục tiêu chung 45

2.1.2 Nội dung nghiên cứu 45

2.2 Phương pháp nghiên cứu 45

2.3 Thiết bị khảo sát dòng chảy và các phương pháp đo 46

2.3.1 Lưu tốc dòng chảy và phương pháp đo 46

2.3.2 Các phương pháp đo lưu tốc 48

2.4 Các dụng cụ đo vận tốc 49

2.4.1 Lưu tốc kế - phân loại lưu tốc kế 49

2.4.2 Các bộ phận chủ yếu của lưu tốc kế 49

2.4.3 Ống đo thủy văn 49

2.4.4 Xác định vận tốc bằng xác định lực tác động của dòng chảy lên vật trôi 52

2.5 Lưu lượng dòng chảy và phương pháp đo 53

2.6 Trang thiết bị đo khảo sát dòng chảy và thí nghiệm bơm 56

Chương III 60

NGHIÊN CỨU CƠ SỞ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ LÝ THUYẾT XÁC ĐỊNH MỘT SỐ THÔNG SỐ CHÍNH CỦA BƠM XOẮN ỐC 3.1 Cơ sở nguyên lý hoạt động của bơm xoắn ốc 60

3.2 Lý thuyết về quá trình hoạt động của bơm 64

3.2.1 Nguyên lý bơm - áp kế tầng 64

3.2.2 Sự chuyển động của phân đoạn chứa khí và nước 65

3.2.3 Đổ nước ngược 68

3.2.4 Mực nước dâng lên trong các cuộn ống 69

3.2.5 Ống dẫn xả nước 71

3.3 Xây dựng công thức tính thông số kỹ thuật của bơm xoắn ốc 73

3.3.1 Lượng nước gầu múc 73

3.3.2 Lưu lượng bơm 74

3.3.3 Công thức tính độ cao nâng nước tối đa của bơm xoắn ốc 75

3.4 Kết luận 75

Chương IV 77

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

BƠM XOẮN ỐC QUAY BẰNG SỨC NƯỚC DÒNG CHẢY

4.1 Điều tra khảo sát tình hình cây trồng, lượng mưa, sông suối ở một số

tỉnh miền núi phía Bắc, đánh giá khả năng ứng dụng bơm xoắn ốc 77

4.1.1 Điều tra khảo sát tình hình cây trồng hai bên bờ suối 77

4.1.2 Điều tra khảo sát tình hình thời tiết khí hậu mùa khô Nhu cầu và khó khăn trong việc tưới nước mùa khô 78

4.1.3 Khảo sát lưu lượng dòng chảy sông suối 78

4.1.4 Đánh giá khả năng ứng dụng ứng dụng bơm xoắn ốc chạy bằng sức nước dòng chảy 79

4.1.5 Khả năng đưa nước lên cao 81

4.2 Thiết kế và chế tạo bơm xoắn ốc 81

4.2.1 Kết cấu các bộ phận kết cấu bơm xoắn ốc đặt trên phao nổi 82

4.2.2 Tính toán các thông số kỹ thuật của bơm xoắn ốc 86

4.3 Thí nghiệm xác định mối quan hệ giữa các thông số kỹ thuật của bơm 87 4.4 Khảo nghiệm thực tế sử dụng 93

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 98

Tài liệu tham khảo 99

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

A n - Dấu hiệu nhận dạng phần không khí trong ống xả

A n - Dấu hiệu nhận dạng lượng không khí trong bơm

d t - Mức chìm sâu trong nước cửa bơm

H D - Độ cao nâng nước của bơm

H n - Áp lực tuyệt đối đầu chứa khí ứng với LA.n

H T - Áp lực tuyệt đối đầu ra của bơm

h n - Mức nước ứng với phân đoạn nước W.n

L A - Độ dài đoạn ống chứa khí trong bơm dưới áp lực của HA

L A.n - Độ dài đoạn ống chứa khí trong bơm dưới áp lực Hn

L W.n - Độ dài đoạn ống chứa nước theo sau phần ống lọt khí

K W - Độ dài đoạn ống chứa nước Wn tại vị trí n trong đường ống xả

K A.n - Độ dài đoạn ống chứa khí An tại vị trí n trong đường ống xả

M - Số lượng đoạn ống chứa nước trong ống xả

N - Số cuộn ống của bơm

N s - Vận tốc quay của bơm (số vòng quay)

P - Áp suất tuyệt đối

Q P - Dung lượng bơm

R - Khoảng cách từ trục của bơm đến đường tâm của ống xoắn ốc

r - Đường kính ống nước

t P - Thời gian để lượng A0 và W0 đi vào ống nước

t q - Thời gian để lượng khí Am-1 rời khỏi ống nước

V n - Khối lượng không khí dưới áp lực Pn

V a - Vận tốc tương đối của một đoạn ống khí đến đoạn ống nước di chuyển lên ống xả

W n - Dấu hiệu nhận dạng của đoạn ống xả nước

W n - Dấu hiệu nhận dạng về đoạn ống nước của bơm

W.s - Dấu hiệu nhận dạng của đoạn ống nước tiếp theo phân đoạn nước tràn

∆n - Mômen tương đối của đoạn ống nước tiến đến

D - Đường kính cuộn ống

v - Vận tốc dòng chảy sông, suối

n - Vòng quay của bơm

k - Hệ số hiệu suất sử dụng dòng chảy

z - Số vòng ống trong một cuộn ống

d - Đường kính của ống

d gm - Đường kính gầu múc

q - Lưu lượng nước bơm được trong một vòng quay

H - Độ cao nâng nước lên cao tối đa

Q - Lưu lượng bơm

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1 Kết quả thí nghiệm thay đổi số vòng ống của cuộn bơm

Bảng 2 Kết quả thí nghiệm thay đổi kích thước gầu múc d gm

Bảng 3 Kết quả thí nghiệm thay đổi vòng quay của bơm (n)

Bảng 4 Kết quả thí nghiệm quan hệ giữa lưu lượng một vòng quay của bơm (q)

với độ cao xả nước (H)

Bảng 5 Kết quả thí nghiệm thay đổi số cuộn ống của bơm (N)

Bảng 6 Kết quả thí nghiệm thay đổi đường kính ống d

Bảng 7 Kết quả thí nghiệm thay đổi đường kính bánh xe bơm nước D (thay đổi

đường kính của cả cuộn ống)

Bảng 8 Kết quả khảo nghiệm bơm xoắn ốc

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Đường phân nước và giới hạn của lưu vực sông (suối)

Hình 1.2 Đồ thị biễu diễn mặt cắt ngang khác nhau dọc theo một con sông

(suối) và mối liên hệ giữa lưu lượng và các yếu tố dòng chảy theo các mặt cắt ngang

Hình 1.3 Các tỉnh miền núi phía Bắc và tiểu lưu vực sông

Hình 1.4 Cọn nước được sử dụng ở các tỉnh miền núi

Hình 1.5 Bơm thủy luân

Hình 1.6a Thiết bị bơm va

Hình 1.6b Công trình bơm va

Hình 1.7 Bơm cuộn

Hình 1.8 Bơm xoắn ốc

Hình 1.9a Bơm cuộn đạp chân

Hình 1.9b Bơm cuộn súc vật quay

Hình 1.9c Bơm cuộn dùng năng lượng gió

Hình1.10 Bơm cuộn đặt trên phao nổi quay bằng sức nước dòng chảy sông

suối

Hình 1.11 Guồng bơm xoắn ốc quay bằng sức nước dòng chảy (Philippine)

Hình 1.12 Guồng bơm xoắn ốc đặt trên phao nổi đang làm việc

Hình 2.1 Phân bố vận tốc trên thủy trực

Hình 2.2 Máy lưu tốc kế LS25-1A

Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý đo vận tốc bằng ống thủy văn

Hình 2.4 Mặt cắt ngang của dòng chảy

Hình 2.5 Máy đo lưu tốc dòng chảy MODEL OSS-B1

Hình 2.6 Máy đo lưu tốc dòng chảy AEM1-D

Hình 2.7 Khảo sát dòng chảy

Hình 2.8 Dòng chảy mùa cạn ở một con suối

Hình 3.1 Sơ đồ một cuộn ống bơm xoắn ốc

Hình 3.2 Áp kế chữ U

Hình 3.3 Áp kế cuối khép kín

Hình 3.4 Trường hợp áp kế cuối mở

Hình 3.5 Các áp kế mắc nối tiếp

Hình 3.6 Sơ đồ các vòng ống chứa các phân đoạn nước và khí liên kết với

nhau kiểu các áp kế nối tiếp

Hình 3.7 Sự di chuyển của các phân đoạn nước và khí trong cuộn ống bơm

Hình 3.8a Mức nước trong cuộn ống khi chưa chảy tràn

Hình 3.8b Mức nước trong cuộn ống khi chảy tràn

Hình 3.9 Vị trí các phân đoạn nước và khí trong đường ống xả

Hình 3.10 Xác định lượng nước gầu múc

Hình 4.1 Suối Thia – dòng chảy mùa cạn

Hình 4.2 Bơm xoắn ốc đặt trên phao nổi

Hình 4.3 Bánh xe bơm

Hình 4.4 Cuộn ống nước - nhựa PVC

Hình 4.5 Trục bơm ( đồng thời là ống thu gom nước)

Hình 4.6 Khớp nối ống kín quay

Hình 4.7 Cụm phao nổi

Hình 4.8 Ảnh hưởng của số vòng cuộn đến độ cao nâng nước

Hình 4.9 Ảnh hưởng của số vòng cuộn đến lưu lượng nước một vòng quay

Hình 4.10 Ảnh hưởng của vòng quay bơm đến độ cao nâng nước

Hình 4.11 Thí nghiệm bơm xoắn ốc trên dòng suối

Hình 4.12 Thí nghiệm xác định độ cao nâng nước của bơm

Hình 4.13 Nước thoát ra khỏi đường ống bơm

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Hàng năm vào mùa khô cánh đồng bên các bờ sông suối thường thiếu nước nghiêm trọng, nên việc canh tác sản xuất gặp khó khăn do nguồn nước sông suối ở dưới thấp Vào thời kỳ này bình độ các cánh đồng so với mặt nước sông suối thường cao từ 5-15 mét Để lấy nước sông suối tưới cho cây trồng phải lội xuống sông gánh nước rất khó khăn vất vả Hộ có điều kiện phải dùng bơm cao áp chạy động cơ nhưng chi phí tốn kém, lại gây ô nhiễm môi trường Việc sử dụng bơm nước xoắn ốc dùng sức nước dòng chảy sông suối để tưới cho cây trồng vào mùa khô có ý nghĩa thực tiễn và hiệu quả kinh tế cao, không những cung cấp nước tưới liên tục mà bơm còn không dùng nhiên liệu nên thân thiện với môi trường

Đề tài được chọn là: “Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số kỹ thuật đến lưu lượng và độ cao nâng nước của bơm xoắn ốc dùng sức nước dòng chảy sông suối”

2 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài

*Ý nghĩa khoa học:

- Phát triển bổ xung thêm về loại hình bơm xoắn ốc ứng dụng trong thực tế

- Sử dụng nguồn năng lượng sạch thiên nhiên phục vụ đời sống, là xu hướng đang được quan tâm và phát triển

- Nghiên cứu khoa học gắn kết với phát triển kinh tế, xã hội vùng cao

*Ý nghĩa thực tiễn:

Tạo ra sản phẩm, kết quả nghiên cứu và sản phẩm mới phục vụ thiết thực cho

sản xuất nông nghiệp và phục vụ đời sống đồng bào vùng cao (miền núi)

3 Tổng quan nội dung nghiên cứu của đề tài

- Đánh giá tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực của đề tài trong và ngoài nước So sánh ưu nhược điểm của các loại bơm nước đã nghiên cứu và ứng dụng trong nước

- Kết quả của những công trình nghiên cứu về thiết kế chế tạo các loại bơm phục vụ

cho nông nghiệp và đời sống của đồng bào vùng cao

- Vấn đề cần nghiên cứu liên quan đến bơm nước xoắn ốc dùng sức nước dòng chảy sông suối

4 Mục đích nghiên cứu, đối tƣợng nghiên cứu, phạm vi nghiên cứu

* Mục đích đề tài:

- Nghiên cứu, chế tạo được bơm cuộn xoắn ốc dùng sức nước dòng chảy, phục

vụ tưới cây trồng, nuôi thuỷ sản cho đồng bào vùng cao Sử dụng nguồn năng lượng tự nhiên vốn có của dòng chảy sông suối Không dùng các nguồn năng lượng khác và đặc biệt không gây ô nhiễm môi trường

* Đối tượng nghiên cứu:

- Nghiên cứu khảo sát dòng chảy sông suối vùng cao

- Nghiên cúu thiết kế chế tạo bơm cuộn xoắn ốc lắp đặt trên phao nổi

* Phương pháp nghiên cứu:

- Phương pháp thống kê, điều tra khảo sát

- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết

- Phương pháp thí nghiệm đơn và đa yếu yếu tố xác định các yếu tố ảnh hưởng đến vận tốc dòng chảy và đặc tính làm việc của bơm

- Ứng dụng AutoCAD và Inventor trong thiết kế

* Nội dung nghiên cứu, phạm vi nghiên cứu của đề tài:

- Phân tích tổng hợp điều kiện của dòng chảy sông suối tại nơi đặt bơm

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết, xây dựng mô hình làm việc của bơm xoắn ốc dùng sức nước dòng chảy sông suối lắp đặt trên phao nổi

- Lựa chọn các thông số hợp lý, bố trí hợp lý các bộ phận làm việc của máy bơm nước xoắn ốc

- Lựa chọn chế độ làm việc hợp lý để tiến hành lắp đặt bơm xoắn ốc

Chương I NĂNG LƯỢNG DÒNG CHẢY SÔNG SUỐI VÀ VIỆC SỬ DỤNG NGUỒN NĂNG LƯỢNG THIÊN NHIÊN PHỤC VỤ

SẢN XUẤT VÀ ĐỜI SỐNG Ở MIỀN NÚI 1.1 Dòng chảy sông suối – nguồn năng lượng sạch của thiên nhiên

1.1.1 Mạng lưới sông suối ở nước ta

Địa hình Việt nam chủ yếu là đồi núi được Tân Kiến Tạo làm trẻ lại do đó có

độ dốc lớn, trên đó lại được nhận lượng mưa khá lớn tập trung vào mùa hạ đã tạo nên mạng lưới sông ngòi (nước chảy tràn) bao gồm hàng ngàn sông suối lớn nhỏ với hình dạng, tính chất, hướng chảy khác nhau

Nước ta có mật độ sông suối dày đặc với 2360 con sông Trung bình cứ 1km sông/1km2 Tuy nhiên có sự phân bố không đồng đều giữa các nơi: những vùng núi

đá rắn, đá vôi mưa ít có mật độ sông ngòi thấp 0,5km sông/1km2 Tại các sườn núi đón gió, có lượng mưa nhiều, mật độ sông suối khoảng 1,5km sông/1km2 Riêng ở khu vực đồng bằng mật độ khá lớn khoảng 3-4 km sông/1km2

Sông có lưu lượng lớn do ở nước ta có lượng mưa lớn, lưu lượng bình quân là 26.200m3/s, tương ứng với tổng lượng nước là 839 tỉ m3/năm (trong số này chỉ có 38,5% được sinh ra trong lãnh thổ Việt Nam) Trong tổng lượng nước nói trên thì nước chảy tràn trên mặt chiếm 637 tỷ m3/năm (76%), còn lại là nước ngầm Lượng nước trên mặt phân bố không đồng đều:

+ Sông Cửu Long chiếm 60,4%

+ Sông Hồng chiếm 15,1%

+ Các sông còn lại 24,5%

Mođun (Module) ở nước ta khá lớn, khoảng 30 lít/s/km2 nhưng cũng có sự phân bố không đều Vùng mưa nhiều mođun đạt 75 lít/s/km2, vùng mưa ít như cực Nam Trung Bộ 10 lít/s/km2

M (mođun ) = ( Q x 10^3 ) / F ( F: diện tích lưu vực Q: tổng lượng nước )

Địa hình Việt Nam (VN) có 2 hướng chính là hướng vòng cung và hướng Tây

VN có 2 hướng chính: hướng vòng cung và hướng Tây bắc – Đông nam và đổ thẳng

ra biển Đông Ngoài ra sông VN còn vô vàn phức tạp như chia thành nhiều bậc khi chảy qua địa hình bậc thang hoặc có đoạn lòng sông mở rộng, có đoạn thu hẹp (thác ghềnh)

Sông VN thường bắt nguồn từ những vùng núi cao: [ sông Hồng bắt nguồn từ dãy Nguỵ Sơn ( 1766m ở Vân Nam )], hầu hết các sông còn lại đều bắt nguồn từ vùng núi cao trên dưới 1000m làm cho sông ngòi VN có độ dốc lớn Sông Hồng ở Việt trì có độ dốc 23cm/km, sông Lô có độ dốc 33cm/km, sông Đà 71cm/km, các sông ở đông Trường Sơn có độ dốc trên 100cm/km

1.1.2 Thủy chế của sông ngòi Việt nam

Thủy chế của sông ngòi Việt nam phù hợp với chế độ khí hậu Khí hậu Việt nam có 2 mùa rõ rệt là mùa mưa và mùa khô tương ứng với mùa khô là mùa cạn còn mùa mưa là mùa lũ Tuy nhiên do tính phúc tạp của khí hậu Việt nam đó là sự phân hoá theo khu vực (nơi mưa ít, nơi mưa nhiều, nơi mưa vào mùa hạ, nơi mưa vào mùa đông) làm cho mùa lũ không thống nhất trong cả nước

Mùa lũ ở Việt nam thường dài 4 -5 tháng (tháng 5-10 ), chiếm 70 – 80% lượng nước của cả năm

Mùa cạn từ tháng 11 đến tháng 4 lượng nước chiếm 20-30%, thậm chí vào mùa cạn có sông không có nước như ở Cực Nam Trung Bộ Vì vậy làm cho độ chênh lệch nước giữa đỉnh lũ và đỉnh cạn rất lớn, lên đến 15-20 lần Mùa cạn cũng

có khuynh hướng chậm dần từ Bắc đến Nam (Ở Đông Bắc từ tháng 10 đến tháng 5, Bắc Bộ và Bắc Trung Bộ từ tháng 11 đến tháng 5, ở miền Nam mùa cạn ngắn từ tháng 11 đến tháng 4)

1.1.3 Dòng chảy sông suối

Dòng chảy là lượng nước trong lưu vực chảy qua mặt cắt cửa ra sau khoảng một thời gian nhất định cùng với sự thay đổi của nó trong thời gian đó

Xét theo xuất phát điểm của dòng chảy, người ta chia dòng chảy thành hai phần:

- Dòng chảy mặt: Là dòng chảy hình thành do nước trên bề mặt lưu vực tạo ra (do mưa hoặc tuyết tan) và tập trung về tuyến cửa ra Dòng chảy mặt chỉ hình thành trong thời gian có mưa hoặc khi tuyết tan

- Dòng chảy ngầm: dòng chảy do nước ngầm cung cấp cho sông, suối Dòng chảy ngầm hình thành trong cả hai thời kỳ có mưa và không có mưa Các con sông, suối có nước ngay khi cả trong mùa khô hạn là nhờ vào dòng chảy ngầm

Một trong những đặc thù của dòng sông là sự tồn tại tính chu kỳ Xét trong một khoảng thời gian dài nhiều năm, có những năm liên tục dòng chảy dồi dào nhưng cũng có năm mực nước hạ thấp Nếu xét trong thời đoạn một năm thì thời kỳ

có nhiều nước trong sông suối là vào các tháng mùa mưa (dòng chảy lũ) và thời kỳ dòng chảy yếu là vào các tháng mùa khô (dòng chảy kiệt) Trong mùa mưa, dòng chảy sinh ra chủ yếu từ dòng chảy mặt, còn trong mùa kiệt nước ngầm là nguồn bổ xung nước chủ yếu cho sông suối Thời gian bắt đầu và kết thúc cho mỗi mùa khác nhau phụ thuộc vào điều kiện khí hậu của từng vùng

1.1.4 Dòng chảy sông suối Việt Nam và các yếu tố địa lý tác động tới nó

Việc trị thủy và khai thác các dòng sông, ngoài những hiểu biết về mạng lưới địa lý thủy văn và những đặc trưng hình thái của nó, còn phải có những hiểu biết đầy đủ về những yếu tố địa lý ảnh hưởng đến dòng chảy, quá trình hình thành và diễn biến dòng chảy trên lưu vực sông Trên cơ sở đó, chúng ta mới hiểu biết một cách chi tiết bản chất vật lý của những đặc trưng thủy văn, mới giải thích được sự hình thành và diễn biến của dòng chảy một cách định lượng, chính xác thông qua việc lựa chọn phương pháp, xây dựng các công thức tính toán đặc trưng của dòng chảy cũng như cân bằng của sông suối

Đặc trưng hình thái thủy văn sông suối được hình thành dưới ảnh hưởng của tổng hợp các yếu tố địa lý Những yếu tố đó có mối quan hệ chặt chẽ và ảnh hưởng lẫn nhau Những yếu tố địa lý quan trọng nhất là khí hậu, thổ nhưỡng và nham thạch Ngoài ra, địa hình, cấu tạo địa chất, độ đầm lầy, độ ao hồ cũng ảnh hưởng rõ rệt Cuối cùng là sự hoạt động kinh tế của con người ảnh hưởng rất lớn và ngày

Hình 1.1 Đường phân nước và giới hạn của lưu vực sông (suối)

Mối quan hệ tương hỗ giữa dòng chảy và môi trường địa lý rất phức tạp khó phân biệt một cách chính xác vai trò ảnh hưởng của mỗi yếu tố địa lý với dòng chảy

1).Mưa Đặc điểm khí hậu nhiệt đới ẩm, gió mùa của nước ta thể hiện rất rõ rệt

lượng mưa trung bình trong nhiều năm và tương quan giữa lượng mưa và lượng bốc hơi năm Xét trên toản lãnh thổ nước ta, lượng mưa trung bình nhiều năm khoảng

1960 mm So với lượng mưa trung bình cùng vĩ độ (100

- 200 Bắc) thì ở nước ta có lượng mưa khá dồi dào, gấp 2,4 lần Ở những nơi khuất gió ẩm thì lượng mưa trung bình hàng năm mới giảm xuống dưới 1000 mm

Quy luật phân bố của lượng mưa trung bình nhiều năm không đều trong không gian, phụ thuộc vào độ cao địa hình và hướng gió ẩm Các vùng mưa lớn được hình thành trên lãnh thổ như: Móng Cái 2800 mm - 3000 mm, Bắc Quang 4765 mm, Hoàng Liên Sơn 2600 mm -3000 mm, Mường Tè 2600 - 2800 mm [2]… Vùng có lượng mưa lớn kéo dài từ vĩ tuyến 150B - đến 160B, gọi là vĩ tuyến nước

Ngược lại, những vùng mưa nhỏ được hình thành ở những vùng thấp, khuất, hoặc nằm song song với hướng gió ẩm, đó là các vùng An Châu 1000 mm -1200

mm, Sơn La 1000 - 1300 mm, Mường Xén 800 - 1000 mm, đặc biệt ở Phan Rang, Phan Rí chỉ đạt 650 mm Vùng có lượng mưa nhỏ kéo dài ở Duyên hải cực nam Trung Bộ từ vĩ tuyến 100B đến vĩ tuyến 120B là vùng ít mưa khá điển hình ở nước

ta

Nhìn chung, lượng dòng chảy của sông suối ở nước ta khá phong phú Độ sâu dòng chảy nhiều năm đạt 998 mm So với độ sâu dòng chảy ở vĩ độ 100 – 120B cùng vĩ độ với nước ta (207 mm) thì lượng mưa dòng chảy ở nước ta gấp 5 lần Quy luật phân bố của dòng chảy cũng tương tự như phân bố của mưa Trên toàn lãnh thổ các trung tâm dòng chảy lớn, nhỏ thường trùng với các trung tâm mưa lớn, mưa nhỏ

Những vùng mưa lớn thì dòng chảy lớn như ở vùng Vài Lài thuộc tâm mưa lớn Móng Cái, độ sâu dòng chảy năm trung bình đạt tới 2334 mm; vùng Hoàng Liên Sơn, độ sâu dòng chảy năm cũng đạt tới 2180 mm tại Tà Thàng, vùng Bắc Quang trên 3000 mm, Mường Tè trên 2000 mm, vùng Hoành Sơn tại sông Rào Cái,

độ sâu dòng chảy tới 1800-2400 mm Vùng mưa lớn Bắc đèo Hải Vân, độ sâu dòng chảy cũng xấp xỉ 2000 mm, tại sông Hữu Trạch là 1973 mm, vùng mưa lớn Trà My- Ba Tơ, Ba Na, độ sâu dòng chảy đều vượt trên 2000 mm, sông Bùng 2070 mm, sông Tranh 2303 mm và sông Vệ 2372 mm Quá vào phía Nam có sông Hinh cũng đạt trên 1500 mm Sự lập lại phân bố của mưa cũng thể hiện khá rõ đối với các trung tâm dòng chảy nhỏ như tại Chi Lăng 470 mm, ThácVai 391 mm, Cửa Rào

583 mm, Sông Lũy 316 mm

Như vậy, lượng dòng chảy và sự phân bố của nó trên lãnh thổ nước ta phụ thuộc chủ yếu vào sự phân bố của lượng mưa Đặc điểm của tính quy luật đó được phản ánh rất rõ trên thực tế và trên bản đồ đường đồng mức và dòng chảy trung bình nhiều năm

Yếu tố mưa không những hưởng đến dòng chảy mặt phân bố trong không gian như đề cập trên, mà còn ảnh hưởng đến tính biến động của dòng chảy theo thời gian

Thật vậy, chế độ mưa ảnh hưởng lớn đến chế độ dòng chảy sông suối nước ta Khí hậu nước ta có sự phân hóa theo mùa rõ rệt, trên toàn lãnh thổ, ở đâu cũng có mùa khô với lượng nước thấp hơn lượng bốc hơi và một mùa mưa Do đó dòng chảy sông suối cũng tăng lên theo mùa, mùa lũ ứng với mùa mưa và mùa cạn ứng với mùa khô

Chế độ nước sông điều hòa hay ác liệt có ý nghĩa quan trọng đối với sản xuất

và đời sống Trong điều kiện khí hậu nhiệt đới gió mùa như ở nước ta vấn đề chế độ dòng chảy trong năm lại là vấn đề quan trọng hơn nhiều so với tổng lượng

Nhìn chung, trên toàn lãnh thổ mùa mưa và chế độ dòng chảy cũng phân hóa theo không gian khá rõ:

Mùa mưa nhiều có xu thế chậm dần từ bắc xuống nam tính đến Phan Rí:

Bắc Bộ mùa mưa từ tháng IV, V đến tháng IX, X

Bắc Trung Bộ, mùa mưa từ tháng VIII đến tháng XII

Nam Trung Bộ từ Phan Rí mùa mưa từ tháng IX đến tháng XII

Phan Rí và Nam Bộ mùa mưa từ tháng IV, V đến tháng X-XI

Trung và nam Tây Nguyên mùa mưa từ tháng V đến tháng X

Trừ vùng duyên hải Trung bộ có mùa mưa bắt đầu muộn nhất do địa hình của dãy Trường Sơn phối hợp với hoàn lưu đông bắc tạo nên, còn phần lớn lãnh thổ có mùa mưa bắt đầu từ tháng IV, V và kết thúc vào tháng X- XI

Mùa mưa tuy dài ngắn khác nhau, dao động từ 4 đến 6 tháng, nhưng có tới 70 -90% lượng mưa cả năm tập trung vào mùa mưa

Xét trên toàn lãnh thổ, sự chi phối của chế độ mưa đối với chế độ dòng chảy là

rõ ràng, nhưng dòng chảy sông suối còn chịu ảnh hưởng của cấu trúc mặt đệm lưu vực Tùy thuộc vào khả năng điều tiết của lưu vực nhiều hay ít mà chế độ dòng chảy sông suối phụ thuộc vào chế độ mưa với mức độ khác nhau

Nhìn chung, mùa lũ thường ngắn hơn mùa mưa 1-2 tháng và xuất hiện chậm hơn mùa mưa khoảng 1 tháng Nhưng trong nhiều trường hợp, các nhân tố của mặt đệm có ảnh hưởng trội đối với chế độ dòng chảy Đó là trường hợp các lưu vực sông vừa và nhỏ, lòng sông không thu nhận được toàn bộ nước ngầm Ở những vùng đá vôi nhiều hoặc đất bazan có tầng phong hóa sâu, khả năng thấm lớn thì chế

độ dòng chảy thể hiện sự ảnh hưởng của mặt đệm rất rõ rệt Như ở Tây Nguyên, do khả năng thấm của đất vào cuối mùa khô rất lớn, trong khi đó mưa đầu mùa lại cách đoạn, cường độ nhỏ, đã tạo ra một mùa lũ chậm hơn mùa mưa tới 1,5-2 tháng Ảnh hưởng của nhân tố khí hậu giảm nhưng ảnh hưởng của mặt đệm tăng lên, trở thành nhân tố trội trong sự hình thành chế độ dòng chảy của sông suối, sông ngòi

2).Bốc hơi Ngoài yếu tố mưa, yếu tố bốc hơi từ bề mặt lưu vực cũng tham gia trực

tiếp vào cán cân nước của sông suối, ảnh hưởng rõ rệt đến sự hình thành của dòng chảy

Ở nước ta có nền nhiệt độ cao, trên toàn lãnh thổ nhiệt độ trung bình năm đều vượt quá 210

C ở miền Bắc, và 250C ở miền Nam Nhiệt độ cao đã làm cho quá trình bốc hơi trên lưu vực sông từ Bắc vào Nam đều khá lớn Lượng bốc hơi trung bình năm toàn lãnh thổ là 953 mm, so với lượng mưa trung bình năm thì hệ số bốc hơi là 0,48, nhỏ hơn khoảng 35% so với cùng vĩ độ

Tóm lại mưa và bốc hơi là hai yếu tố quan trọng nhất của khí hậu ảnh hưởng đến dòng chảy, nó quyết định tiềm năng dòng chảy sông suối ở nước ta Nhân tố khí hậu có ảnh hưởng quyết định đến sự phân bố của dòng chảy trong không gian và phân bố theo thời gian

Quy luật về sự ảnh hưởng của khí hậu đến dòng chảy ở nước ta đã được khẳng định khá rõ thông qua quan hệ giữa mưa và dòng chảy So với các nhân tố khác thì

sông suối ở nước ta thì mưa đóng vai trò quyết định về cả lượng và chế độ dòng chảy trong năm cũng như phân bố trong không gian Sự ảnh hưởng của phân bố khí hậu tới dòng chảy được định liệu qua thực tế tài liệu đo đạc và tính toán thường chiếm khoảng 80 - 90% Các yếu tố ảnh hưởng khác thuộc mặt đệm của lưu vực ảnh hưởng đến dòng chảy khoảng từ 10 - 20%

Từ kết quả nghiên cứu quy luật ảnh hưởng của khí hậu đối với dòng chảy đã cho phép thiết lập quan hệ giữa lượng mưa và lượng dòng chảy cho các khu vực trên toàn lãnh thổ Nhìn chung hệ số tương quan đều rất cao, phần lớn đều đạt trên 0,85

1.1.4.2 Thổ nhưỡng và nham thạch

Chúng ta biết rằng, lưu vực sông được cấu tạo từ thổ nhưỡng và nham thạch Thổ nhưỡng và nham thạch là yếu tổ ảnh hưởng quan trọng đến dòng chảy Thực tế cho thấy một lưu vực có lượng mưa lớn chưa đủ sản sinh một dòng chảy mặt phong phú, vì dòng chảy còn phụ thuộc vào khả năng thấm nước của thổ nhưỡng và kiến trúc địa chất của lưu vực sông nữa

Theo kết quả phân tích và so sánh trên một số cặp trạm thủy văn thì ảnh hưởng của thổ nhưỡng và nham thạch đối với dòng chảy sông suối theo hai chiều hướng:

có thể làm tăng hoặc giảm lượng dòng chảy, điều hòa hoặc thất thường hóa chế độ dòng chảy Trên toàn bộ lãnh thổ nước ta có hai loại thổ nhưỡng và nham thạch có ảnh hưởng rõ và quan trọng nhất đối với dòng chảy sông suối và chế độ của nó là đá vôi và chất phong hóa từ bazan

Đá vôi chiếm một diện tích khá lớn và phân bố rộng khắp ở miền Bắc nước ta

Nó có đặc điểm là dễ hòa tan, nhất là lượng nước mưa có nhiều CO2 tự do, thường

có các hang động sông ngầm…làm giảm dòng chẳy mặt; mật độ sông suối ở những vùng đá vôi thường nhỏ hơn 0,5 km/km2, lượng dòng chảy sông suối thường bị giảm do mất nước vì đường phân lưu của lưu vực sông ở đây không khép kín Quy luật giảm dòng chảy trong các lưu vực sông có nhiều đá vôi đã thể hiện khá rõ Kết quả so sánh ở một số cặp trạm thủy văn có tỷ lệ đá vôi khác nhau rõ rệt, các yếu tố diện tích, độ cao và mưa gần tương tự cho thấy tỷ lệ đá vôi trong lưu vực tăng lên

khoảng 10% thì lượng dòng chảy mặt bị giảm bình quân là 8% Đặc điểm này thường xuất hiện trong các vùng núi đá vôi chủ yếu là các phễu hứng nước, cửa biển, cửa hiện Dòng chảy khi ẩn hiện có thể gặp ở Trà Lĩnh, Đồng Văn, cao nguyên Sơn La và khối núi đá vôi Kẻ Bàng…

Rõ ràng đá vôi đã tạo ra ở nước ta một kiểu chế độ dòng chảy sông suối đặc biệt, thủy văn vùng núi đá vôi với những đặc điểm sau:

Dòng chảy mặt giảm đi rõ rệt, mật độ sông suối thưa thớt, dưới 0,5 km/km2 Lượng nước ngầm phong phú, thường chiếm từ 40 - 40% lượng dòng chảy cả năm,

có ảnh hưởng rõ rệt đến phân bố dòng chảy trong năm, có tác dụng điều hòa dòng chảy do khả năng điều tiết rất lớn trong khu vực Các lưu vực sông vùng đá vôi có

hệ số hình dạng ngọn lũ thường bé (0,5-1,0), mô đun dòng chảy đỉnh lũ cũng thiên

bé rõ rệt, nói chung lũ lên chậm và đỉnh lũ kéo dài

1.1.4.3 Địa hình

Sau khí hậu, thổ nhưỡng và nham thạch là những yếu tố ảnh hưởng trực tiếp tới lượng dòng chảy và sự phân bố trong không gian cùng chế độ của dòng chảy, yếu tố địa hình ở nước ta cũng có ảnh hưởng khá rõ đến lượng dòng chảy và chế độ của nó

Lãnh thổ nước ta có diện tích đồi núi chiếm tới 3/4 trong đó chủ yếu là đồi núi thấp, những đỉnh cao nhất mới đạt tiêu chuẩn núi trung bình Độ cao 100-150 m chiếm 50% diện tích, núi cao trên 1000 m chỉ chiếm tới 10% diện tích Như vậy, đồi núi thấp là tính chất chủ yếu của địa hình nước ta

Ảnh hưởng của địa hình có tác dụng nhất định tới dòng chảy thông qua việc tăng cường tính địa đới của khí hậu Nhìn chung, trên toàn lãnh thổ nước ta sự gia tăng độ cao tuyệt đối của địa hình thường biểu hiện ở sự gia tăng của lượng mưa, độ dốc lưu vực, nhiệt độ giảm, mật độ sông suối tăng Trong điều kiện đó lượng dòng chảy cũng được gia tăng theo độ cao khá rõ

Kết quả tính toán cho thấy lượng mưa và lượng dòng chảy gia tăng theo độ cao Sự gia tăng lớn nhất xuất hiện trong khoảng độ cao từ 300 - 600 m và giới hạn

độ cao mà quy luật mưa tăng theo độ cao không tồn tại nữa thường được ước lượng

từ độ cao 2000m trở lên

Hình 1.2 Đồ thị biễu diễn mặt cắt ngang khác nhau dọc theo một con sông (suối)

và mối liên hệ giữa lưu lượng và các yếu tố dòng chảy theo các mặt cắt ngang

Như vậy, độ cao bình quân lưu vực sông ở nước ta đều nằm trong giới hạn tác động của quy luật tăng theo độ cao của lượng mưa và dòng chảy Sự gia tăng của lượng mưa và dòng chảy được tính như sau: đối với lượng mưa tăng khoảng từ 20 -

300 mm cho 100m tăng độ cao, đối với dòng chảy thì tăng ít hơn chỉ 5 - 40mm cho 100m tăng độ cao Kết quả so sánh một số cặp trạm thủy văn có độ chênh lệch rõ rệt, thì thấy lượng mưa và lượng dòng chảy đều tăng theo độ cao Tính cho 1100m tăng lên độ của độ cao thì sự tăng lượng dòng chảy giữa các trạm không đồng nhất, nơi tăng nhiều đến 23%, nơi ít tăng khoảng 10% Tính trung bình thì lượng dòng chảy tăng theo độ cao khoảng 16% cho 100m Trên toàn bộ lãnh thổ, những trung tâm mưa lớn và dòng chảy lớn đều nằm trên các vùng núi có độ cao nhưng hướng

về phía gió ẩm thịnh hành Ngoài quy luật tăng theo độ cao của lượng mưa và lượng dòng chảy năm, chúng ta còn thấy sự ảnh hưởng của địa hình khá rõ rệt đối với

lượng và sự phân bố dòng chảy do đặc điểm hướng sườn của địa hình Theo quy

luật này thì ở sườn đón gió có lượng mưa và lượng dòng chảy lớn hơn ở phía khuất gió Sự chênh lệch này khá rõ ràng, nhất là ở phía đông bắc và tây nam núi Đông Triều; giữa hai trạm Bình Liêu và Cấm Đàn lượng dòng chảy chênh lệch nhau tới 35% Như vậy, độ cao và hướng sườn đón gió ẩm của địa hình đều làm tăng lượng dòng chảy năm, trung bình thì lượng gia tăng đó khoảng 22%

Đối với chế độ dòng chảy, nhân tố địa mạo cũng ảnh hưởng rõ rệt Nói chung những vùng địa hình cao, mưa nhiều thì tỷ số phân phối dòng chảy trong năm điều hòa hơn vùng thấp có lưu lượng ít, nguyên nhân chủ yếu là do mùa mưa kéo dài Sự hình thành của địa hình đối với cơ chế dòng chảy thể hiện rõ nhất ở phía đông dãy núi Trường Sơn Tại đây địa hình đã phối hợp với hướng của gió mùa, hình thành kiểu chế độ dòng chảy đặc sắc nhất ở nước ta - mùa lũ lệch về mùa đông, từ tháng IX-X đến tháng XI- XII; mô hình phân phối dòng chảy trong năm có pha nước lớn, nước nhỏ rõ rệt, khác biệt hẳn so với các vùng khác trên lãnh thổ

1.1.4.4 Rừng

Từ thực tế nước ta cho thấy ảnh hưởng của rừng đối với dòng chảy lệ thuộc vào rất nhiều yếu tố, trong đó tỷ lệ che phủ và loại rừng là những yếu tố quan trọng nhất

Rừng cây làm biến đổi thổ nhưỡng rất mạnh nên khi tình hình che phủ của rừng thay đổi thường kéo theo sự thay đổi về loại rừng và chế độ dòng chảy của sông suối

Ở nước ta quá trình biến đổi đó thường biến đổi qua rừng nguyên thủy đến rừng mọc lại, rừng tre nứa cỏ tranh, bụi rậm và cuối cùng là đồi trọc Chiều hướng biến đổi ngược lại tuy có song rất ít và rất chậm Sự biến đổi tương ứng của dòng chảy là khô kiệt về mùa cạn, chế độ sông ngòi từ điều hòa trở nên thất thường, ác liệt hóa, lũ lụt, khô cạn thường xuyên xảy ra nhiều hơn khi còn rừng

Ở nước ta, rừng còn lại không nhiều, tỷ lệ che phủ của rừng hiện nay chỉ còn khoảng 24% diện tích toàn lãnh thổ, tức là đã suy tàn quá mức cho phép tới 26%

So với năm 1945 thì năm 1985 nước ta chỉ còn 7,8 triệu ha rừng Như vậy, sau 40 năm đã mất 65 triệu ha rừng Riêng từ năm 1975 đến nay hàng năm mất 225000 ha rừng

Những vùng còn nhiều rừng (tỷ lệ đất có rừng chiếm từ 35% trở lên) ở Bắc Bộ chỉ còn có hai tỉnh Hà Giang, Tuyên Quang, các tỉnh thuộc Bắc Trung Bộ, Ninh Thuận, Bình Thuận và Tây Nguyên Trong đó có hai tỉnh Lâm Đồng và Đắc Lắk, tỷ

lệ rừng còn nhiều nhất đạt từ 45- 68% diện tích Vùng còn ít rừng nhất là Tây Bắc chỉ còn có 9%

Về loại rừng trong tổng diện tích rừng là 7,8 triệu ha có các loại như sau:

Lá rộng thường xanh chiếm 5,362 triệu ha, rừng rụng lá là 371,6 nghìn ha, lá kim 135 nghìn ha, rừng hỗn giao gỗ, tre nứa 395 nghìn ha, rừng tre nứa 1 triệu ha Trong khi đó diện tích không còn rừng là 13 triệu 787 nghìn ha, trong đó đồi trọc chiếm gần 1 triệu ha, còn lại là cây bụi, gỗ rải rác

Tỷ lệ rừng còn lại và loại rừng của nước ta như trên đã có ảnh hưởng quan trọng đến dòng chảy sông ngòi cũng như chế độ của nó Theo số liệu nghiên cứu thực nghiệm dòng chảy và chống xói mòn, kết quả so sánh một số cặp trạm thủy văn có sự khác nhau rõ rệt về tỷ lệ rừng, bước đầu chúng ta có thể nêu lên một số nhận xét sau:

Rừng làm tăng hay giảm lượng dòng chảy năm Thực tế cho thấy rằng, vùng

có độ cao địa hình dưới 500m thì sự tăng hay giảm lượng dòng chảy năm không rõ rệt Song, xu thế chung là lượng dòng chảy ở đây thường bị giảm đi Ngược lại, những vùng địa hình cao hơn 500 m thì xu thế chung làm tăng lượng dòng chảy năm, càng lên cao xu thế càng rõ rệt Điều đó phù hợp với quy luật: tổn thất giảm và mưa tăng theo độ cao

Trong điều kiện mưa nhiều, dòng chảy phong phú, ở nước ta ảnh hưởng của rừng có ý nghĩa hơn cả là tác dụng điều hòa chế độ dòng chảy và chống xói mòn đất Riêng về dòng chảy mặt trên sườn núi thì rừng có tác dụng làm giảm đi rất

nhiều Tài liệu thực nghiệm dòng chảy đã chứng minh điều đó, tức là lượng dòng chảy sát mặt của sườn dốc phủ rừng chiếm một tỷ lệ đáng kể trong quá trình hình thành dòng chảy lũ

Ảnh hưởng của rừng đối với dòng chảy kiệt qua kết quả nghiên cứu thực nghiệm ở nước ngoài và ở nước ta đều khẳng định là rừng làm tăng lượng dòng chảy kiệt một lượng đáng kể Ở những vùng rừng còn nhiều thì dòng chảy kiệt có thể tăng từ 30-100% Trị số môđun dòng chảy nhỏ nhất bình quân nhiều năm của vùng còn nhiều rừng lớn hơn rõ rệt vùng không còn rừng

Tác dụng ảnh hưởng này của rừng ở nước ta thể hiện rất rõ, điều đó rất có ý nghĩa đối với sản xuất và đời sống Có thể khai thác quy luật này một cách triệt để

và tích cực để biến đất rừng thành một hồ chứa nước ngầm Chuyển nước mặt thừa thải thành nước ngầm để dùng trong mùa kiệt thông qua sự điều tiết của rừng là một phương thức cần được khai thác

Chúng ta cần thấy rằng, khả năng điều tiết tự nhiên lớn nhất khi tỷ lệ che phủ của rừng trên lưu vực lớn hơn 50% diện tích Thực tế ở nước ta cho thấy những lưu vực có trị số môđun dòng chảy mùa kiệt đạt từ 20 đến 40 l/skm2

đều thấy suất hiện

ở những lưu vực có tỷ lệ che phủ của rừng đạt lớn hơn 50% diện tích, có thể kể một

số ví dụ như ở Nghĩa Đô, Ngòi Thia, Sông Hiếu, Ngàn Phố, Thu Bồn, sông Vệ, Bắc

và Nam Tây Nguyên Ngược lại những vùng đồi núi trọc thì mất luôn cả nguồn nước thường xuyên, dòng chảy chỉ tồn tại khi có mưa, mùa cạn lòng sông suối cạn trơ sỏi đá

Rừng cây, một “bàn tay” khổng lồ giữ đất Đối với dòng chảy rắn, rừng có tác dụng làm giảm rõ rệt xói mòn mặt đất Trong điều kiện địa lý tự nhiên tương tự, lưu vực nào còn nhiều rừng thì xâm thực giảm đi rõ rệt Thực tế đã chỉ rõ nếu đất không còn rừng cây che phủ thì lượng đất màu mất đi sẽ tăng gấp 120 lần so với đất còn rừng, lượng đất bị bào mòn hàng năm 0,14 - 1,03 tấn/ha ở những nơi rừng tự nhiên còn tương đối tốt và tăng lên tới 124 tấn/ha nếu ở đó khai thác rừng thành đồi trọc

Trên đây đã chỉ rõ vai trò bảo vệ và cải tạo điều kiện thủy văn của rừng, trong tình hình của nước ta rừng đang ở trong tình trạng bị tàn phá ghê gớm thì càng phải

đề cao việc bảo vệ và khôi phục thảm rừng

“ Rừng là một bộ phận của môi trường sống, là tài sản quý báu của nước ta, có giá trị lớn đối với nền kinh tế quốc dân và văn hóa công cộng”

1.1.4.5 Sự hoạt động kinh tế của con người

Ngoài những yếu tố tự nhiên trên có ảnh hưởng tích cực hoặc tiêu cực đối với dòng chảy, trong thời đại hiện nay sự phát triển cực kỳ nhanh chóng của sản xuất,

đã xuất hiện một khả năng tác động của con người có ảnh hưởng sâu sắc và nhanh chóng đến dòng chảy sông suối Trên lãnh thổ nước ta hiện nay có hai chiều hướng thể hiện rất rõ nét

Những ảnh hưởng tích cực của hoạt động kinh tế đối với dòng chảy sông suối nước ta ngày càng trở thành mặt chủ yếu Yêu cầu dùng nước trong sản xuất và sinh hoạt Bằng các công trình thủy lợi, thủy điện giúp con người đang phân bố và phân phối lại nguồn nước cho phù hợp với yêu cầu dùng nước trong sản xuất và sinh hoạt Nhiều công trình thủy lợi, thủy điện đã giúp con người chinh phục các dòng sông, hạn chế, xóa bỏ bất lợi do chế độ dòng chảy của nó gây nên, tranh thủ khai thác nguồn thủy lợi giầu có của sông, suối nước ta

Một tác động tích cực khác đến dòng chảy sông suối cũng khá rộng khắp là phong trào trồng cây gây rừng, thực hiện canh tác theo khoa học nông lâm kết hợp

để bảo vệ đất, bảo vệ nước

Tình hình thảm rừng bị thu hẹp nhiều trong những năm gần đây có thể là những nguyên nhân dẫn đến lũ lụt, hạn hán có chiều hướng xảy ra nhiều hơn và nghiêm trọng hơn Nhiều sông suối ở các miền nước ta có hiện tượng mực nước trung bình thấp hơn hẳn với trước kia và mực nước ngầm ở nhiều nơi cũng bị hạ thấp Nhiều bản làng ở Tây bắc đã phải di dời đi nơi khác vì các sông suối đã cạn sau khi rừng đầu nguồn bị phá hủy

Trên đây là một số yếu tố ảnh hưởng đến dòng chảy sông suối trên lãnh thổ nước ta Việc tách bạch từng yếu tố chỉ là xem xét những ảnh hưởng của chúng theo

hướng nào mà thôi Các yếu tố môi trường địa lý có thể tác động riêng rẽ như trên, nhưng đồng thời chúng cũng phối hợp thành một tổng thể tự nhiên hoặc một hệ sinh thái để tác động dòng chảy sông suối

Chúng ta biết rằng, dòng chảy sông suối trên một vùng cụ thể là hệ quả tất yếu của sự tác động tổng hợp của cả hệ sinh thái trong đó có dòng chảy sông suối, ở các kiểu cảnh quan khác nhau thì lượng dòng chảy sông suối có thể chênh nhau tới 60-70% Điều đó đã chỉ rõ sự ảnh hưởng tổng hợp của môi trường tới dòng chảy sông suối là rất rõ rệt

1.2 Nhu cầu cung cấp nước cho sản xuất ở vùng cao

Trung du và miền núi phía Bắc bao gồm vùng núi Tây Bắc và vùng đồi núi Đông Bắc là một vùng gồm chủ yếu là núi trung bình và núi cao Đây là nơi có địa hình cao nhất, bị chia cắt nhất và hiểm trở nhất Việt Nam Các dạng địa hình phổ biến ở đây là các dãy núi cao, các thung lũng sâu hay hẻm vực, các cao nguyên đá vôi có độ cao trung bình Vùng giàu có về tài nguyên khoáng sản và tiềm năng thủy điện dồi dào nhất nước ta Ngoài ra, vùng còn giàu có tài nguyên du lịch, tài nguyên đất đai, khí hậu để phát triển nông nghiệp (trồng cây công nghiệp, chăn nuôi gia súc lớn…)

Hoạt động sản xuất nông nghiệp chính của các tỉnh vùng cao là trồng cây công nghiệp, cây làm thuốc, cây ăn quả và chăn nuôi trâu, bò Lúa, ngô được trồng nhiều

ở các cánh đồng giữa núi, thung lũng, trên các ruộng bậc thang hoặc sườn núi Tại đây vẫn còn tồn tại những hình thức canh tác đốt rừng làm rẫy, du canh, sản xuất bị ảnh hưởng nhiều bởi khí hậu và thời tiết

Hàng năm ở các vùng cao miền núi, vào mùa khô lượng mưa ít nên lưu lượng

và tốc độ dòng chảy ở các dòng sông, suối giảm Trong khi đó nhu cầu nước tưới cho cây trồng rất lớn nhưng việc đưa nước để tưới cho cây trồng rất khó khăn nặng nhọc Vì vậy tiềm năng ứng dụng các loại bơm sử dụng dòng chảy tự nhiên để tưới cho cây trồng là rất lớn

Hình 1.3 Các tỉnh miền núi phía Bắc và tiểu lưu vực sông

Tổng lượng mưa hàng năm rất lớn vào khoảng 2.000 mm, nhưng lại tập trung vào mùa mưa (80-85%) còn mùa khô lượng mưa rất ít (15-20%), nên cây trồng thiếu nước nghiêm trọng, hạn chế việc mở rộng sản xuất trong mùa khô

Trong mùa khô lượng mưa rất nhỏ, nhưng lượng bốc hơi lớn, lượng mưa không đủ bù cho lượng bốc hơi, khô nhất trong tháng 4 Lượng mưa trung bình mùa khô ở miền núi là 188 mm còn lượng bốc hơi là 217 mm, do đó thường gây ra hạn hán nặng

Như vậy vào mùa khô nhu cầu tưới nước là rất lớn ở hầu hết các cánh đồng ở hai bên bờ sông suối trung du, miền núi vùng cao

Về bình độ cánh đồng, qua số liệu thống kê của các trạm thủy văn cho thấy độ chênh lệch mức nước sông suối giữa mùa mưa và mùa khô phổ biến 4-5 mét, có nơi đến 10 mét Như vậy vào mùa khô bình độ các cánh đồng 2 bên bờ sông, suối là rất cao, nên việc đưa nước tưới lên ruộng rất khó khăn vất vả, do vậy cần phải có biện pháp kỹ thuật để giải quyết vấn đề này

Để cung cấp nước tưới phục vụ sản xuất vào mùa khô hạn cần phải sử dụng các loại bơm chạy điện hoặc động cơ nổ Tuy nhiên đối với những vùng sâu vùng

xa việc sử dụng các loại bơm dùng các nguồn năng lượng này còn gặp nhiều khó khăn do điện lưới quốc gia chưa tới được và việc sử dụng máy bơm dùng nhiên liệu xăng dầu thường có chi phí cao hơn dùng điện, ngoài ra, nhiều nông dân nghèo cũng không thể sắm được máy bơm chạy điêzen Đó là chưa kể tới việc bảo hành sửa chữa máy cũng là vấn đề khá nan giải tại các vùng kém phát triển

Để giải quyết tình trạng khó khăn này, phương án sử dụng nguồn năng lượng dòng chảy và sức nước để chạy các loại công cụ phục vụ đời sống, máy bơm nước

để sản xuất và nhu cầu sinh hoạt ở vùng cao miền núi là phương án hữu hiệu, trong

đó có việc sử dụng các loại cọn nước truyền thống, bơm va, bơm thuỷ luân, bơm xoắn ốc

1.3 Sử dụng năng lượng dòng chảy sông suối phục vụ đời sống và sản xuất

Năng lượng dòng nước chảy đã được sử dụng cách đây hàng ngàn năm bằng các "bánh xe nước" Từ thời xa xưa con người đã biết lợi dụng sức nước để thay thế một số công việc nặng nhọc như đưa nước từ suối lên ruộng bằng các cọn nước, giã gạo bằng sức nước mà hiện nay các dân tộc miền núi nước ta vẫn đang dùng Ngày nay khoa học đã phát triển, việc lợi dụng sức nước để chạy các loại máy móc thiết

bị phục vụ sản xuất và đời sống càng thuận lợi và kỹ thuật ngày càng hoàn thiện hơn

Kinh nghiệm của nước ta cũng như các nước đang phát triển cho thấy: ở những vùng dân cư miền núi thì không nhất thiết phải dùng điện làm năng lượng chạy máy bơm nước, máy xát gạo … Vì như vậy sẽ đòi hỏi lắp đặt máy phát điện có công suất lớn, dùng các động cơ điện cho máy công tác, thiết bị dây dẫn, … và đòi hỏi vốn đầu tư ban đầu lớn Để tiết kiệm người ta lắp đặt các máy bơm nước trực tiếp, máy xay xát gần turbin, đấu trực tiếp hoặc qua dây đai để turbin kéo máy công tác quay Sử dụng các loại bơm nước dùng năng lượng dòng chảy không cần đến nhiên liệu truyền thống, chạy suốt ngày đêm đem lại hiệu quả kinh tế cao

1.4 Các loại phương tiện cung cấp nước tưới dùng năng lượng dòng chảy

1.4.1 Cọn nước truyền thống

Cọn nước truyền thống – vẻ đẹp độc đáo của vùng núi Tây Bắc, Cao Bằng Cọn được ví như trợ thủ đắc lực của đồng bào các dân tộc người Thái, người Mường, người Tày… trong việc dẫn nước từ nguồn về phục vụ lao động sản xuất và đời sống sinh hoạt của bà con, đặc biệt cọn còn được xem như một nét đẹp văn hóa của đồng bào miền núi phía Bắc

Đã từng gắn bó như là không thể thiếu được trong cuộc sống hàng ngày của bà con miền núi những ngày còn gian khó, cọn nước mang sứ mệnh thiêng liêng, giúp con người duy trì sự sống và các hoạt động sản xuất Cái thời chưa điện chưa đường, cối nước hoạt động được nhờ sức nước do cọn nước tạo ra, đã giúp người dân bớt đi bao mỏi mệt của những đêm nhẫn nại từng nhịp cối giã chân để bữa hôm sau có gạo tra nồi Nhờ cọn dẫn nước mà con người giảm được bao công sức nhọc nhằn, các cô gái chẳng phải sáng sáng dậy sớm đi xa hàng chục cây số gùi nước về dùng, việc đồng áng cũng được cọn đưa nước đến tận nơi…Mùa đến, cọn cõng nước lên đồng cho người cày cấy cho xanh tươi bờ bãi ngút ngàn

Bên dòng suối, những cọn nước như những bánh xe khổng lồ nhẹ nhàng quay hết ngày này sang ngày khác, cần mẫn, miệt mài đưa nước từ suối tưới đẫm các chân ruộng bậc thang, những cánh đồng Từ mùa này sang mùa khác, bất kể ngày hay đêm, bất kể mưa hay nắng, cọn nước vẫn quay đều, quay đều như một cỗ máy không ngừng nghỉ, góp phần đem đến một vụ mùa bội thu, cuộc sống no đủ cho bà con thôn bản Cọn nước được ví như “động cơ vĩnh cửu”, quay suốt ngày đêm và có thể đưa nước lên cao tới hàng 7 đến 8 mét, giúp bà con các dân tộc vùng Tây Bắc đưa nước vào các ruộng trồng lúa nước, đưa nước về tận chái nhà để sinh hoạt Cùng với những phong cảnh tự nhiên, cọn nước đã góp phần tô điểm thêm vẻ đẹp của vùng núi Tây Bắc

Cọn nước thể hiện sự sáng tạo, tài hoa của đồng bào miền núi trong chinh phục thiên nhiên, gắn với sự hình thành và phát triển của nền văn minh lúa nước miền núi đã có từ lâu đời Không ầm ầm tiếng máy, không hao tốn nhiên liệu hay điện năng như những chiếc máy bơm, cọn dùng sức nước để vận hành guồng đảm

bảo nước tưới cho lúa ngô khoai, rau màu trên các thửa ruộng bậc thang làm nên những mùa vụ bội thu (hình 1.4)

Hình 1.4 Cọn nước được sử dụng ở các tỉnh miền núi

xe khổng lồ có đường kính từ 5 mét đến 10 mét có cấu tạo giống như bánh xe đạp Trục quay làm bằng loại gỗ dổi chắc chắn, có khả năng chịu mài mòn Nan hoa làm bằng tre đằng ngà, loại tre rất khó mục trong môi trường ẩm ướt Vành guồng rộng khoảng 80cm đến 1 mét đặt các phên nứa, xen kẽ có gắn các ống bương bằng tre cắt vát Nước chảy, đẩy những phên nứa làm guồng quay Những ống bương khi chìm xuống nước sẽ đong đầy nước và tiếp tục quay đến tầm cao cho phép thì đổ nước

1 chiếc guồng thì phải dùng sức của 2-3 người đàn ông Vào dịp đầu năm, dân bản vào rừng lấy cây, lấy dây làm vật liệu dựng cọn nước Làm guồng khó nhất là độ tròn đều của vành, độ đặt vát của ống bương để nước bắt đầu đổ và đổ xong vào máng ở vị trí nhất định Cọn nước thể hiện sự sáng tạo, tài hoa của đồng bào miền núi trong chinh phục thiên nhiên Không ầm ầm tiếng máy, không hao tốn nhiên liệu hay điện năng như những chiếc máy bơm, cọn dùng sức nước để vận hành guồng đảm bảo nước tưới tiêu cho sản xuất nông nghiệp Chính vì vậy, nó được ví như “động cơ vĩnh cửu” cần mẫn làm việc suốt ngày, suốt đêm mà không cần ngơi nghỉ

1.4.2 Bơm thủy luân

Bơm thủy luân còn gọi là bơm tua-bin nước là tổ hợp của tua bin hướng trục

và bơm ly tâm Lợi dụng năng lượng dòng nước để đưa nước lên cao tới các ruộng vườn hoặc cấp nước sinh hoạt Thiết bị bơm thủy luân có các ưu điểm: không tiêu hao nhiên liệu (không dùng điện, than, dầu ) tự động làm việc suốt ngày đêm Thiết bị có cấu tạo đơn giản, dễ sử dụng, công tác quản lý vận hành đơn giản, tuổi thọ cao

Bơm thủy luân thích hợp cho cấp nước sạch, tưới vườn đồi, tưới ruộng bậc cao Diện tích tưới tới vài chục hecta tại những nơi xa nguồn điện lưới

Cấu tạo và nguyên lý làm việc của bơm thủy luân

Cấu tạo: Bao gồm các cụm chính

- Cụm tua bin hướng trục – bánh công tác tua bin - buồng tua bin

- Cụm bơm ly tâm – bánh công tác bơm - buồng bơm

- Cụm ổ bi, ổ bạc đỡ trục

Nguyên lý làm việc: Bơm thủy luân thường làm việc ngập dưới nước Nước chảy qua tua bin làm quay bánh công tác tua bin đồng thời cũng làm quay bánh công tác bơm ly tâm (do tuabin và bơm nối liền trục) – bơm quay tạo sức ly tâm đưa nước lên cao

Cột nước làm việc của tua bin từ 1 – 4m; nước được đẩy lên cao theo chiều thẳng đứng khoảng 20-50m và tưới được tới vài chục hecta Để phục vụ nhu cầu

cấp nước đa dạng ở các vùng miền núi, địa hình có cột nước khác nhau, nhu cầu tưới khác nhau

Hình 1.5 Bơm thủy luân

1.4.3 Bơm va

Bơm va là thiết bị lợi dụng năng lượng của dòng nước để đưa nước từ nguồn suối lên vùng đồi cao, phục vụ nước tưới và nước sinh hoạt, thiết bị bơm va có các

ưu điểm: Không (điện, dầu, than ) tự động đưa nước lên cao suốt ngày đêm Bơm

va có cấu tạo đơn giản, dễ sử dụng, chi phí xây dựng công trình thấp không cần nhà trạm, công tác quản lý đơn giản, tuổi thọ cao

Cấu tạo và nguyên lý làm việc: Bơm va vận hành dựa trên nguyên lý hiệu ứng nước va Dòng nước qua đường ống vào bị chặn đột ngột bởi một chi tiết đặc biệt (van va đập) làm sinh ra áp lực nước va rất lớn Bơm va được chế tạo để lợi dụng áp lực này đưa nước lên qua ống đẩy với chiều cao cột nước gấp chục lần cột nước làm việc của bơm Bơm va có thể bơm lên độ cao 80m và cung cấp lượng nước đến 2,5m3/h Bơm va được chế tạo để hiệu ứng nước va xảy ra liên tục, có chu kỳ và nước được bơm lên suốt ngày đêm

Hình 1.6a Thiết bị bơm va

Hình 1.6b Công trình bơm va 1.4.4 Bơm cuộn - xoắn ốc

Bơm cuộn (Tiếng Anh - Coil pump): Bơm có cấu tạo đơn giản bao gồm cuộn ống hình trụ, trục bơm là trục rỗng đặt nằm ngang hay nghiêng một góc, vừa là trục quay nhưng đồng thời là ống dẫn nước thoát ra khỏi bơm Một đầu cuộn ống là gầu múc nước, đầu kia nạp nước vào ống trục

Nguyên lý‎ làm việc: Khi bơm quay, cứ mỗi vòng quay có một lượng nước và

một lượng không khí được múc vào cuộn ống, cứ như vậy lượng nước và không khí

bị dồn ép tạo áp lực cao nâng đẩy nước thoát ra theo đường ống trục đẩy nước lên cao

Bơm xoắn ốc (Tiếng Anh- spiral pump) Bơm có cấu tạo bao gồm các ống được cuộn lại thành vòng xoắn ốc Đầu múc nước là đầu ống của vòng ngoài cùng, đầu nước ra là đầu ống vòng trong cùng được nối với trục rỗng bơm đồng thời là ống xả nước Trục rỗng đóng vai trò trục quay của bơm, đồng thời là đường ống xả nước, do vậy giữa ống trục và phần ống cố định dẫn nước được liên kết với nhau bằng khớp nối Khớp này có cấu tạo đặc biệt đảm bảo cho trục quay trong quá trình vận hành bơm nhưng đồng thời cũng đảm bảo kín không cho nước thoát ra ở vị trí khớp quay này

b) Nguyên lý làm việc: Tương tự như bơm cuộn, vì thế có tên chung cho cả hai loại

bơm này là: bơm cuộn –xoắn ốc (Spiral-coil pump)

Hình 1.7 Bơm cuộn

Hình 1.8 Bơm xoắn ốc

Ống khít quay Chiều quay

Trục bơm

Ống xả nước

Chiều quay

Đầu nước ra

1.4.5 Ưu, nhược điểm của bơm xoắn ốc và sự lựa chọn để cung cấp nước tưới cây trồng vùng cao

Bơm cuộn xoắn ốc là loại bơm có nguyên lý làm việc đơn giản quay bằng sức dòng chảy sông, suối có những hiệu quả sau:

- Bơm có lưu lượng nhỏ (9-10 m3/giờ, nhưng hoạt động suốt ngày đêm nên lưu lượng nước bơm được khá lớn đạt 200-250 m3/ngày đêm, do đó khả năng tưới đạt công suất khá lớn Nếu cần tăng lưu lượng theo nhu cầu tưới có thể đặt thêm 2-3 bơm gần nhau

- Bơm xoắn ốc chạy bằng năng lượng sức nước dòng chảy của sông, suối nên không cần điện, xăng dầu, không cần công nhân thường trực.Việc vận hành, chăm sóc, bảo quản guồng bơm cũng rất đơn giản nên chi phí cho tưới rất thấp

- Bơm xoắn ốc có kết cấu đơn giản, nguyên vật liệu dễ kiếm, rẻ tiền, giá thành chế tạo không cao và hoàn toàn chế tạo được tại địa phương

- Bơm sử dụng năng lượng sức nước dòng chảy nên rất thân thiện với môi trường, một xu thế đang được thế giới khuyến khích

So sánh với các phương tiện tưới nước khác cho chúng ta thấy:

1) So với guồng nước thông thường

- So với guồng nước bằng tre truyền thống: Để đưa được nước từ dưới sông suối lên tưới cho cánh đồng, guồng nước bằng tre truyền thống phải có đỉnh bánh xe cao hơn độ cao nâng nước (cao hơn so với mặt ruộng nơi cần tưới, hoặc nơi cần cung cấp nước) cho nên kích thước guồng rất cồng cềnh Guồng thường được đặt cố định nên về mùa lũ dễ bị phá hỏng, hàng năm phải tu bổ, sữa chữa rất tốn kém (hình 1.4)

- Đối với bơm xoắn ốc, có đường kính nhỏ nhưng vẫn đưa được nước lên cao nhiều lần so với đường kính bánh xe Nhờ có cấu tạo đặc biệt nên guồng bơm xoắn

ốc có tính năng ưu việt vượt trội so với guồng nước truyền thống, có cột áp cao, kích thước nhỏ gọn hơn nên dễ vận chuyển Bơm xoắn ốc có thể bố trí cố định, hoặc đặt trên phao nổi dễ di chuyển tới nơi cần bơm nước

- Hiệu suất sử dụng sức dòng chảy của bơm xoắn ốc lớn hơn hẳn so với guồng

thông thường nên lưu lượng và độ cao nâng nước của guồng bơm xoắn ốc hơn hẳn guồng thông thường trong cùng điều kiện của dòng suối

2) So với công trình thủy lợi tưới nước

Bơm xoắn ốc có ưu thế phù hợp với những cánh đồng nhỏ phân tán Ở những nơi này, nếu xây dựng công trình thủy lợi sẽ rất tốn kém, hiệu quả kinh tế thấp và không an toàn khi gặp lũ quét lớn

3) So với bơm thuỷ luân

Bơm thuỷ luân cần có vận tốc và lưu lượng dòng chảy sông suối lớn Bơm lắp đặt cần phải xây dựng công trình chắc chắn để cấp nước, cố định bơm và tạo vận tốc và lưu lượng dòng chảy cần thiết cho bơm hoạt động Vì vậy cần phải đầu tư xây dựng đập lấy nước chắn ngang suối, kênh dẫn, buồng đặt bơm thủy luân, ống đẩy và kênh dẫn nước (hoặc bể chứa nước), hàng năm cần phải duy trì bão dưỡng

Để chế tạo bơm thủy luân cần phải có trang thiết bị, phương tiện và yêu cầu

kỹ thuật cao

4) So với bơm va

Tương tự như bơm thuỷ luân, bơm va đòi hỏi dòng chảy có động năng lớn, do

đó cần phải xây dựng công trình tạo mức chênh lệch nước lớn để đặt bơm Trong thực tế ít có dòng suối có dòng chảy lớn đáp ứng yêu cầu lắp đặt của bơm va Việc chế tạo bơm này cũng đòi hỏi về trang thiết bị và yêu cầu kỹ thuật

1.5 Nghiên cứu và ứng dụng bơm xoắn ốc trên thế giới và trong nước

1.5.1 Nghiên cứu, ứng dụng bơm cuộn và bơm xoắn ốc trên thế giới

Bơm cuộn và guồng bơm xoắn ốc được phát minh từ rất lâu, nhiều thế kỷ trước đây, nhưng cho đến nay vẫn chưa xác định được tác giả và thời điểm của phát minh này Theo Oliuthus Greory và Abraha đều quy sáng chế này cho Andreas Wirts, một thợ gò hàn ở thành phố Zurichs Thụy Điển – người đã chế được một bơm cuộn vào năm 1746 Tuy nhiên dư luận đều cho rằng bơm cuộn xoắn ốc đã được phát minh từ nhiều thế kỷ trước đây nữa và cũng có nguồn tin rằng nó được bắt nguồn từ Trung Quốc (Theo TS.D.J Hilton, người Úc)

thiên nhiên sạch là các nguồn năng lượng mặt trời, năng lượng gió, thủy triều, sức nước của các dòng sông suối, địa nhiệt…Bơm xoắn ốc và bơm cuộn có lợi thế là có kết cấu đơn giản, chiều cao nâng nước gấp nhiều lần đường kính cuộn ống, tốc độ quay không lớn (3-10 vòng /phút), nên gần đây nhiều chuyên gia, cơ quan khoa học trên thế giới đã trở lại nghiên cứu phát minh cổ đại này và đi đến kết luận: “ Bơm cuộn xoắn ốc rất thích hợp dùng năng lượng dòng chảy sông suối để làm quay bơm đưa nước lên cao tưới cây trồng” Nhiều kiểu bơm cuộn xoắn ốc đã được sáng chế đưa vào ứng dụng trong đời sống Dưới đây mô tả một số ứng dụng điển hình về loại bơm này

1) Bơm cuộn thủ công quay bằng sức đạp, sức kéo và sức gió (hình 1.9)

Tác giả: TS.D.J.Hilton (Đại học Darling, Úc) đã giới thiệu tại ĐH Công nghệ châu Á, AIT ở Thái Lan (hình 1.9)

Cấu tạo và nguyên l‎y làm việc của các loại bơm này: Bơm bao gồm cuộn ống cuốn bao quanh thùng phuy Trục bơm nằm nghiêng nên không cần ống khớp nối kín quay Tốc độ quay: 20-30 vòng/ phút Độ cao đưa nước lên đạt độ cao 3-4 mét Bơm có lưu lượng 5-11,5 m3/giờ

Hình 1.9a Bơm cuộn đạp chân

Hình 1.9b Bơm cuộn súc vật quay

Hình 1.9c Bơm cuộn dùng năng lượng gió

2) Bơm xoắn ốc quay bằng sức nước dòng chảy

Bơm cuộn đặt trên phao nổi quay bằng sức chảy dòng nước (hình 1.10)

Loại bơm này đã được ứng dụng ở một số nước ở châu Phi được các tổ chức quốc tế tài trợ (trên sông Tana ở Kenya do tổ chức DANIDA tài trợ, sông White ở Suđan do Cty Danysh Boy tài trợ, sông Niger ở Mali do Công ty Đức BORDA tài trợ) Độ cao bơm nước đạt tới: 10-15m, lưu lượng: 6-7 lít/phút

Các tác giả: TS Naegel (Người Đức, làm việc tại ĐH.UPLB Philippine); G.Real và A.M Mazaedo (Viện lúa Quốc tế IRI tại Philippine)