Nghiên cứu lựa chọn tấn suất thiết kế để nâng cao hiệu quả trong xây dựng- quy hoạch các công trình thủy lợi

Nghiên cứu lựa chọn tấn suất thiết kế để nâng cao hiệu quả trong xây dựng- quy hoạch các công trình thủy lợi

NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN TẦN SUẤT THIẾT KẾ ĐỂ NÂNG CAO HIỆU QUẢ TRONG XÂY DỰNG-QUY HOẠCH CÁC CTTL

Sinh viên :NGUYỄN TOÀN VẸN

Lớp : S3-42N Khoa : Quy hoạch & Quản lý HTCT Thủy Lợi

I.Đặt vấn đề :

Ở nước ta vừa qua đã xảy ra liên tiếp nhiều đợt hạn hán kéo dài ở Tây Nguyên và Nam Trung Bộ làm 3000 người phải chịu đói, 300 người chịu thiếu nước và 7000ha đất nông nghiệp không thể canh tác được Những con số đó đã nhắc nhở cho ngành thủy lợi của chúng ta rằng trong quy hoạch và xây dựng các công trình thủy lợi cần phải đảm bảo cung cấp nước được nhiều hơn và đầy đủ hơn nữa

Việc tính toán tần suất thiết kế (TSTK) là một khâu quan trọng trong nhiệm vụ chung đó Tính toán được TSTK là một tài liệu quan trọng để xác định lượng nước cần tưới và chế độ cung cấp nước cho cây trồng Để tính toán TSTK phụ thuộc nhiều vào các yếu tố :khí tượng, tài liệu quan trắc của các trạm khí tượng(bảng đo mưa), thời vụ cây trồng và loại cây trồng Có nhiều cách xác định tần suất thiết kế, và tìm ra mức tưới ứng với các tần suất P% khác nhau.Từ đó sẽ xây dựng nên mô hình phân phối lượng mưa năm thiết kế Trên cơ sở phân tích ảnh hưởng của lượng mưa tưới đến kết quả tính toán chế độ tưới, tác giả sẽ khuyến nghị lựa chọn tần suất thiết kế để đạt hiệu quả thủy lợi cao trong xu thế hội nhập và trên đà đất nước phát triển hiện nay Trong khuôn khổ bài báo cáo này sẽ sử dụng lập trình phần mềm Vẽ Đường Tần Suất để xác định ra lượng mưa tưới thiết kế M (m3/ha) hoặc qtk cho lúa hè thu ứng với các mô hình mưatheo tần suất P khác nhau(75%,85%,95%)

II Phương Pháp nghiên cứu :

Dựa trên tài liệu mưa thu thập được của vùng, tác giả sẽ đi tính toán mưa tưới thiết kế và xác định chế độ tưới cho lúa Hè Thu theo ba tần suất thiết kế được đặt

ra So sánh kết quả tính hệ số tưới, mức tưới, cũng như ước lượng sơ bộ giá thành công trình, tác giả sẽ khuyến nghị lựa chọn tần suất thiết kế trong xu thế phát triển của đất nước hiện nay

III Nội dung :

III.1.Tài liệu tính :

Việc tính toán sẽ được áp dụng cho vùng Vụ Bổn thuộc tỉnh ĐakLak với trạm khí tượng thủy văn M’Dark làm cở sở để tính toán với số lượng quan trắc 23 năm từ năm 1979 đến năm 2001 làm tài liệu tính toán cho vụ lúa Hè Thu có thời vụ rơi vào những tháng có lượng mưa nhiều nhất (tháng 5,6,7,8,9) Trong xu thế phát triển hiện nay, tác giả đưa ra ba tần suất thiết kế : 75%, 85%, 95%

* Chỉ tiêu cơ lý canh tác :(tài liệu thu thập)

-Độ rỗng A : 47 %

-Độ ẩm ban đầu βo (lấy theo % A):53%

-Hệ số ngấm ban đầu Kbđ :18 mm/ng.đ

-Chỉ số ngấm của đất :0,5

-Độ sâu tầng đất canh tác :hct = 0,5 m -Hệ số ngấm ổn định Kođ :3 mm/ng.đ

-Dung trọng khô của đất γk = 1.4 (T/m3)

* Tài liệu về nông nghiệp:

-Thời gian gieo cấy tuần tự tg :15 ngày

-Thời gian ngâm ruộng :1 ngày

Bảng (III.1.1) : Giai đoạn sinh trưởng của lúa Hè Thu và công thức tưới

Thời gian

TT Giai đoạn sinh

trưởng Từ ngày Đến ngày

Số ngày Công thức tưới Kc

III.2.Nội dung tính toán :

Với tài liệu mưa ngày của trạm khí tượng thủy văn M’Dark đã có ở bảng báo

cáo thực tập tốt nghiệp, sau khi sắp xếp ta được bảng tính toán tần suất kinh nghiệm

của từng năm dưới đây:

Bảng (III.2.1) :Tài liệu tính toán tần suất kinh nghiệm mưa tưới thiết kế cho

Bảng (III.2.2) : Tính toán tần suất kinh nghiệm mưa tưới thiết kế đã sắp xếp

Ở đây, ta sử dụng phần mềm Vẽ Đường Tần Suất Muốn vậy, trước hết phải có

Phần mềm vẽ đường tần suất, sau đó ta sẽ tạo một file số liệu, và cho chạy phần

mềm, nhập tên file số liệu với đuôi (.sl) và nhập tên file kết quả với đuôi (.kq) Mỗi

thao tác nhấn phím enter, kết quả sẽ được hiển thị trên nền Winsdow 98.Nhấn phím

F2 để lưu kết quả

TT Năm Xi (Sắp xếp theo

File số liệu được tạo như sau :

-

-Lượng mưa năm thiết kế tại trạm M’Dark (1979-2001)

- Cột (1) : tổng số năm tính toán

- Cột (2) : số biến

- Cột (3) : Ghi số năm tính toán từ năm đầu tiên đến năm cuối cùng

- Cột (4) : Ghi giá trị ứng với từng năm

BẢNG (III.2.3) :LUONG MUA NAM TRAM M'DARK (1979-2001)

CAC THAM SO THONG KE

ΣX = 46684.4 mm Xtb = 2029.8 mm

Cv = 0.315

Cs = 0.712 -

Bảng (III.2.4)

Tần suất P(%)

Với kết quả đó ta tra vào bảng SỐ LIỆU ta được kết quả Bảng (III.2.5):

Tần suất P(%) Lượng mưa X_ Năm tương ứng

III.2.1.Tính lượng bốc hơi mặt ruộng :

Xác định E theo Blaney-Cridle :

Công thức có dạng :

ET0 = 0,457.P.C.(toc + 17,8) (mm/ngày)

ET =ET0.Kc

Trong đó :

- P : là số % giờ nắng trong thời đoạn tính toán so với cả năm

P = (số giờ nắng thời đoạn)/(số giờ nắng cả năm).100%

- Kc : hệ số sinh lá của cây trồng

- toc : Nhiệt độ trung bình ngày trong thời đoạn tính toán (oC)

Bảng (III.2.1.1) : Nhiệt độ trung bình ngày trong thời đoạn

Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII

Nhiệt

độ

bq( o C)

21.1 22.3 24.5 25.7 25.3 24.5 24.0 23.0 23.6 23.1 22.2 20.0

Bảng (III.2.1.2) : Tính bốc hơi mặt ruộng cho lúa vụ Hè Thu

Hè Thu

Giai đoạn sinh

trưởng GĐI GĐII GĐIII GĐIV GĐV ETc(mm/ngày) 5.37 6.61 5.49 4.65 4.35

III.2.2.Xác định chế độ tưới cho Lúa Hè Thu :

Đặc điểm :

Đối với vụ lúa Hè Thu của vùng ta thấy đầu vụ không có mưa,nắng nhiều Vì vậy đối với vụ lúa Hè Thu thì chế độ canh tác là làm ải,tức là sau khi gặt mùa xong cày ruộng ,phơi ải cho đất thật khô và thoáng khoảng 1 tháng Sau đó cho nước vào bừa ,ngâm ruộng rồi gieo cấy ,thời gian này gọi là thời gian làm ải ta Ngày hôm sau cấy xong toàn bộ diện tích cánh đồng trong 1 ngày Sang ngày tiếp theo toàn bộ cây trồng trên cánh đồng đồng loạt bước vào thời kỳ sinh trưởng

Tính toán chế độ tưới cho lúa Hè Thu theo nguyên lý cân bằng nước ,với quan điểm gieo cấy tuần tự ,tính theo phương pháp giải tích

III.2.2.1.Tính cường độ hao nước mặt ruộng:

a.Cường độ ngấm bảo hoà :t b

-Xác định thời gian ngấm bảo hoà: tb

o

o K

H

1 36

23 , 0 1 500 47 ,

A Độ rỗng tính theo phần % thể tích đất :A = 0.47

H : Độ sâu tầng đất canh tác H = 0.5 m = 500 mm

βo : Độ ẩm sẵn có trong đất (%A) : βo = 0.23

α : Chỉ số ngấm của đất = 0.5

Ko : Hệ số ngấm hút bình quân được xác định như sau :

Ko =

α

− 1 1

5,01

18

− = 36 mm/ngày Với K1 : hệ số ngấm hút ban đầu :K 1 = 18 mm/ngày

Cường độ ngấm bảo hoà ebh :

25

23 , 0 1 500 47 , 0 1

.

b

o t

H

b.Cường độ hao nước trong thời gian gieo cấy (t g ):

Cường độ hao nước trong thời gian gieo cấy bao gồm : Lượng nước cần làm bảo hoà tầng đất canh tác + Lượng nước tạo thành lớp nước mặt ruộng để gieo cấy + Lượng nước ngấm ổn định + Lượng nước bốc hơi mặt ruộng trong thời gian gieo cấy

Trong đó lớp nước mặt ruộng để gieo cấy ao = 50 mm,ta chọn bằng lớp nước amin

Vì thời gian ngâm ruộng chỉ có 1 ngày nên lượng bốc hơi là rất nhỏ nên trong tính toán ta có thể bỏ qua

Cường độ hao nước bình quân trong thời gian gieo cấy được xác định như sau:

1

∑

g

g bhmr b

g od o b bh

ebh : Cường độ ngấm bảo hoà đã được tính ở trên

tb : Thời gian ngấm bảo hoà : tb = 25 ngày

tg : Thời gian gieo cấy : tg = 15 ngày

ao : lớp nước mặt ruộng để gieo cấy :ao = 50 mm,ứng với thời gian đưa nước vào ruộng là to = 1 ngày

eođ : Cường độ ngấm ổn định eođ = 3 mm/ngày

ebhmr : Cường độ bốc hơi mặt ruộng trong thời gian gieo cấy

ebhmr = ETo.Kc = 5,37.1,1 = 5.907 mm/ngày.( vì lượng bốc hơi này rơi vào tháng 5)

c.Cường độ hao nước trong thời gian gieo cấy (từ đầu cho đến hết thời gian tg):

ebq :Cường độ bốc hơi bình quân trong thời gian gieo cấy vừa tính toán ở trên

Kết quả được thể hiện ở bảng sau:

Bảng (III.2.2.1) : Tính toán cường độ hao nước trong thời gian gieo cấy

Ngày αti =

g

i t

Ở thời kỳ này αti = 1

Hệ số ngấm ổn định Kođ = 3 mm/ngày

Bốc hơi mặt ruộng ETo và hệ số cây trồng Kc

Kết quả được thể hiện ở bảng sau:

Bảng (III.2.2.2) : Tính cường độ hao nước trong thời kỳ giữa vụ

Đứng cái – Làm đồng 24/7 12/8 20 1.42 10.7958

Trổ bông – Phơi màu 13/8 21/8 9 1.30 9.045

e.Cường độ hao nước cuối ngày(t n + Σt st ) đến cuối ngày ( t n + Σt st + t g ):

Cường độ hao nước được xác định theo công thức :

e hi = α ti e bhi = α ti (ET o Kc+K ođ )

Kết quả tính toán được thể hiện ở bảng:

Bảng (III.2.2.3)

TT Tháng Ngày αti =1- g

i t

III.2.2.2.Tính toán lượng mưa sử dụng được:(P=75%)

a.Thời kỳ đầu vụ :

Thời kỳ đầu vụ lượng mưa sử dụng được như sau:

P sdi = α i P i

Trong đó :

Pi :Lượng mưa rơi xuống trong thời đoạn tính toán (mm)

αi : Tỷ lệ diện tích gieo cấy trong thời đoạn Δt : αi =

g

i t

t Kết quả được thể hiện ở bảng sau

Bảng (III.2.2.3) :Kết quả tính toán lượng mưa sử dụng ở đầu vụ từ ngày (15/5

TT Tháng Ngày Pi (mm) αi Psdi (mm)

b.Thời kỳ giữa vụ :

Từ ngày tg+1 (31/5) đến ngày th = tn + Σtstr = 5 + 79 = 84 ngày (14/9)

P sdi = α i P i với α i = 1

Kết quả thể hiện ở bảng sau :

Bảng (III.2.2.4) : Tính toán lượng mưa sử dụng thời kỳ giữa vụ

TT Tháng Ngày Pi (mm) αi Psdi (mm)

c.Thời kỳ cuối vụ :

Bắt đầu từ ngày 15/9 đến hết ngày th + tg tức là ngày 29/9

P sdi = α i P i với α i = ( 1 -

g

i t

t )

Bảng (III.2.2.5) : Tính toán lượng mưa sử dụng thời kỳ cuối vụ

TT Tháng Ngày Pi (mm) αi Psdi (mm)

aot : Lớp nước mặt ruộng đã có đầu thời đoạn tính toán trên các diện tích đã

gieo cấy.Đầu thời đoạn do chưa có nước nên aot = 0 mm

'

ot

a : Lớp nước sẵn có trên diện tích sẽ gieo cấy trong thời đoạn Δt,ở đây ta

chọn lớp nước gieo cấy bằng lớp nước amin = 50 mm

15

1 = 0.07

Thay tất cả vào ta được kết quả :

hoi = 0 + 50.0,07 = 3,33 mm

III.2.2.4.Công thức tưới tăng sản :

Công thức tưới tăng sản được xác định như sau :

( h min ÷h max ) = α i ( [ h min ]÷[h max ])

Thời kỳ giữa vụ : αi = 1

Thời kỳ cuối vụ : αi = 1 -

g

i t t

Kết quả tính toán được thể hiện ở bảng sau

Bảng (III.2.2.6) :Lớp nước khống chế cho phép thời kỳ đầu vụ

TT Tháng

Ngày αti =

g

i t

Lớp nước khống chế giữa vụ

( hmin÷hmax) = αi ( [ hmin]÷[hmax]) = [ hmin]÷[hmax] = 50 ÷ 100

Bảng (III.2.2.7) :Lớp nước khống chế cuối vụ

TT Tháng Ngày αti =1- g

i t

III.2.2.5.Lượng nước tháo cạn cuối vụ :

Ci = ai ( 1 -

g

i t

t ) (mm)

Ci : Lượng nước tháo đi khi lớp nước mặt ruộng vượt quá công thức tưới tăng sản

tương ứng với ngày cần tháo (mm)

Kết quả tính chế độ tưới cho lúa Hè Thu ứng với các tần suất P=75%; P=85%;

P=95%.được ghi ở phụ lục bảng 9;10;11

Tính toán hệ số tưới cho lúa Hè Thu

Từ mức tưới tính tốn được ở trên ta tính được hệ số tưới của lúa Vụ Hè Thu theo bảng dưới đây :

Với cơng thức tính tốn hệ số tưới là :

qi =

i

i t

m

4 , 86

.

α (l/s/ha) Trong đó :

+) α : Tỷ lệ diện tích cây trồng lấy bằng 1.0

+) mi : mức tưới mỗi lần được lấy từ kết quả ở trên ứng với các ngày cần tưới (m3/ha);

+) ti : Thời gian cần tưới (ngày).Ta chọn ti sao cho nhỏ hơn hay bằng số ngày của 1 chu kỳ tưới τi (thời gian hao nước) trong giai đoạn đĩ

Sau khi tính được hệ số tưới (xem phụ lục bảng 12;13;14) ,ta lập giản đồ hệ số tưới

sơ bộ và hiệu chỉnh Từ đó chọn ra được hệ số tưới thiết kế ,kết quả :

Bảng (III.2.2.8)

Số năm không đảm bảo cấp nước

Ước tính giá thành công trình (106)tăng lên

PHUÏ LUÏC

Bảng 1 : thống kê mô hình mưa tưới thiết kế năm 1994

Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII

Bảng 2 : Tính toán mưa năm thiết kế ứng với tần suất P=75%

Max 9.2 4.3 7.8 9.2 92.3 49.2 17.2 12.8 32.7 92.6 28.3 32.4

Bảng 3 : Thống kê mô hình mưa tưới thiết kế năm 1997

Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII

Bảng 4 : Thống kê mô hình mưa tưới thiết kế năm 1982

Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII

Bảng 5 : Tính toán mưa năm thiết kế ứng với tần suất P=85%

31 1.8 0.1 1.2 2.6

Toång 18.5 1.5 37.5 74.2 107.0 136.1 53.3 34.0 129.7 288.7 188.6 53.0 Max 10.2 1.2 30.7 38.2 29.3 30.9 30.1 14.4 32.5 73.5 38.0 18.8

Bảng 7 :Tính toán lượng mưa sử dụng (P=85%)

Tính toán lượng mưa sử dụng thời kỳ giữa vụ

TT Tháng Ngày Pi (mm) αi Psdi (mm)

Tính toán lượng mưa sử dụng thời kỳ cuối vụ

TT Tháng Ngày Pi (mm) αi Psdi (mm)

Bảng 8 : Tính toán lượng mưa sử dụng được (P=95%)

Tính toán lượng mưa sử dụng thời kỳ giữa vụ

TT Tháng Ngày Pi (mm) αi Psdi (mm)

59 11 12.5 1 12.5

Tính toán lượng mưa sử dụng thời kỳ cuối vụ

TT Tháng Ngày Pi (mm) αi Psdi (mm)

Bảng 9 : Kết quả tính toán chế độ tưới cho lúa Hè Thu(P=75%)

Tháng Ngày đoạn Giai

sinh trưởng

Công thức tưới Lượng nước

hao (mm)

Lượng mưa (mm)

Mức tưới (mm)

Sự thay đổi lớp nước mặt ruộng(mm)

Lớp nước tháo

đi (mm)

Kiểm tra lại kết quả tính toán :

Dùng phương trình cân bằng nước để kiểm tra lại:

hc = hoi + Σmi + ΣPsdi - Σ(Ki + ei) - ΣC

Theo kết quả tính toán ở bảng trên ta có :

Lớp nước đầu vụ hoi = 3.33 mm

Tổng lượng nước cần tưới :Σmi = 906 mm

Tổng lượng nước mưa sử dụng được : ΣPsdi = 348.24 mm

Tổng lượng nước hao trong cả vụ : Σ(Ki + ei) = 1169.429 mm

Tổng lượng nước tháo đi : ΣC = 88.141 mm

Thay tất cả vào công thức trên ta được :

hc =( 3.33 + 906+348.24) – (1169.429 + 88.141) = 0.0 mm

Theo kết quả tính toán ở bảng trên ta được hc = 0.00 mm

Vậy kết quả tính toán được là chính xác

Bảng 10 : Kết quả tính toán chế độ tưới cho lúa Hè Thu(P=85%)

Tháng Ngày

Giai đoạn sinh trưởng

Công thức tưới

Lượng nước hao (mm)

Lượng mưa (mm)

Mức tưới (mm)

Sự thay đổi lớp nước mặt ruộng(mm)

Lớp nước tháo

đi (mm)

hc = hoi + Σmi + ΣPsdi - Σ(Ki + ei) - ΣC

hc =( 3.33 + 963+273.2) – (1169.429 + 43.001) = 0.0 mm

Theo kết quả tính toán ở bảng trên ta được hc = 0.00 mm

Vậy kết quả tính toán được là chính xác

Bảng11 : Kết quả tính toán chế độ tưới cho lúa Hè Thu(P=95%)

Tháng Ngày

Giai đoạn sinh trưởng

Công thức tưới

Lượng nước hao (mm)

Lượng mưa (mm)

Mức tưới (mm)

Sự thay đổi lớp nước mặt ruộng(mm)

Lớp nước tháo đi (mm)

Theo kết quả tính toán ở bảng trên ta được hc = 0.00 mm

Vậy kết quả tính toán được là chính xác

Bảng 12 : Tính toán hệ số tưới của lúa Hè Thu

Thời gian tưới

Loại cây

trồng Từ ngày Đến ngày

Số ngày tưới ti Ngày tưới

chính

Mức tưới

mi (m3/ha)

Hệ số tưới qi (l/s/ha) (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7)

Bảng 13 : Tính toán hệ số tưới của lúa Hè Thu(P=85%)

Thời gian tưới

Loại cây

trồng Từ ngày Đến ngày

Số ngày tưới ti Ngày tưới

chính

Mức tưới

mi (m3/ha)

Hệ số tưới qi (l/s/ha) (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7)

15/5 15/5 15/5 1 40 0.46 16/5 16/5 16/5 1 90 1.04 17/5 18/5 17/5 2 100 0.58 19/5 20/5 19/5 2 250 1.45 21/5 22/5 21/5 2 300 1.74 27/5 29/5 23/5 3 530 2.04 30/5 3/5 28/5 5 550 1.27 5/6 9/6 1/6 5 540 1.25 12/6 16/6 7/6 5 540 1.25 17/6 20/6 13/6 4 580 1.68 21/6 24/6 17/6 4 540 1.56 25/6 28/6 21/6 4 520 1.50 29/6 2/7 25/6 4 510 1.48 3/7 7/7 29/6 5 520 1.20

12/7 14/7 7/7 3 290 1.12 19/7 23/7 11/7 5 620 1.44 24/7 28/7 19/7 5 520 1.20 29/7 2/7 24/7 5 530 1.23 6/7 10/8 28/7 5 590 1.37 11/8 15/8 5/8 5 540 1.25 17/8 17/8 9/8 1 100 1.16

Bảng 14 : Tính toán hệ số tưới của lúa Hè Thu(P=95%)

Thời gian tưới

Loại cây

trồng Từ ngày Đến ngày

Số ngày tưới ti Ngày tưới

chính

Mức tưới

mi (m3/ha)

Hệ số tưới qi (l/s/ha) (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7)