hệ thống phải xây dựng trạm bơm tưới Việt Hoà mới

Hệ thống thuỷ nông Sông Cầu - Thác Huống do Pháp thiết kế và xây dựng từ năm 1922, hoàn thành năm 1936. Nhiệm vụ thiết kế chính ban đầu là tưới cho 28.000 ha diện tích canh tác thuộc các huyện Phú Bình (tỉnh Thái Nguyên), Tân Yên, Việt Yên, Hiệp Hoà và một phần thị x• Bắc Giang (tỉnh Bắc Giang). Khu tưới kênh 4/3 thuộc hệ thống thuỷ nông Sông Cầu - Thác Huống có diện tích phụ trách là 2365 ha bao gồm đất đai của các x• Tiên Sơn, Trung Sơn, Ninh Sơn, Quảng Minh (huyện Việt Yên) và một phần đất đai của x• Đông Lỗ (huyện Hiệp Hoà). Từ trước tới nay khu tưới kênh 4/3 được tưới bằng nước lấy từ kênh 3 của hệ thống thuỷ nông Sông Cầu - Thác Huống; sau này được tiếp nước thêm bởi trạm bơm Trúc Núi lấy nước từ sông Cầu. Trạm bơm này là trạm bơm tưới tiêu kết hợp. Tuy nhiên hiện nay khu tưới kênh 4/3 có hiện tượng thiếu nước nghiêm trọng, nhất là về vụ chiêm xuân, mà các nguyên nhân là: - Hệ thống Sông Cầu - Thác Huống qua nhiều năm sử dụng công trình xuống cấp,... đ• làm cho hệ thống này từ nhiều năm nay chỉ đáp ứng được 64% diện tích tưới thiết kế ban đầu. Kênh 4/3 lại nằm cuối nguồn nước, nên đ• từ lâu không còn khả năng cung cấp nước cho khu vực này, nhất là vào vụ Chiêm Xuân. - Trạm bơm tiếp nước cũng có nhiều tồn tại.Trạm bơm Trúc Núi xây dựng năm 1986, nay cũng cần sửa chữa. - Các kênh chính như: kênh 4/3, kênh tưới Trúc Núi là kênh đất, được đắp bằng loại đất có hệ số thấm cao, mất nước nhiều lại thường xuyên bị sạt lở và bồi lấp bởi đất ở trên sườn đồi... - Do nhu cầu thâm canh và tăng vụ nên hệ số tưới và mức tưới ngày càng nâng cao nên lượng nước cần đ• vượt quá khả năng thiết kế của hệ thống Sông Cầu - Thác Huống. Hậu quả của các tình trạng trên là trong 2365 ha đất canh tác của khu vực, hiện nay chỉ có khoảng 500 - 600 ha được tưới chủ động, phần diện tích còn lại khoảng 1700?1800 ha vẫn thường xuyên bị hạn nặng, dẫn tới năng suất, sản lượng nông nghiệp của khu vực đạt thấp. Đời sống nhân dân trong vùng gặp khó khăn. Vì vậy, để cung cấp đủ nước phục vụ cho hệ thống phải xây dựng trạm bơm tưới Việt Hoà mới

Tuy nhiên hiện nay khu tới kênh 4/3 có hiện tợng thiếu nớc nghiêm trọng, nhất

là về vụ chiêm xuân, mà các nguyên nhân là:

- Hệ thống Sông Cầu - Thác Huống qua nhiều năm sử dụng công trình xuống cấp, đã làm cho hệ thống này từ nhiều năm nay chỉ đáp ứng đợc 64% diện tích tới thiết kế ban đầu Kênh 4/3 lại nằm cuối nguồn nớc, nên đã từ lâu không còn khả năng cung cấp nớc cho khu vực này, nhất là vào vụ Chiêm Xuân

- Trạm bơm tiếp nớc cũng có nhiều tồn tại.Trạm bơm Trúc Núi xây dựng năm

1986, nay cũng cần sửa chữa

- Các kênh chính nh: kênh 4/3, kênh tới Trúc Núi là kênh đất, đợc đắp bằng loại đất có hệ số thấm cao, mất nớc nhiều lại thờng xuyên bị sạt lở và bồi lấp bởi đất

ở trên sờn đồi

- Do nhu cầu thâm canh và tăng vụ nên hệ số tới và mức tới ngày càng nâng cao nên lợng nớc cần đã vợt quá khả năng thiết kế của hệ thống Sông Cầu - Thác Huống

Hậu quả của các tình trạng trên là trong 2365 ha đất canh tác của khu vực, hiện nay chỉ có khoảng 500 - 600 ha đợc tới chủ động, phần diện tích còn lại khoảng

1700ữ1800 ha vẫn thờng xuyên bị hạn nặng, dẫn tới năng suất, sản lợng nông nghiệp của khu vực đạt thấp Đời sống nhân dân trong vùng gặp khó khăn

Vì vậy, để cung cấp đủ nớc phục vụ cho hệ thống phải xây dựng trạm bơm tới Việt Hoà mới

- Phía Bắc giáp núi Con Voi và Rộc Trũng Khả Lý.

- Phía Đông giáp đờng sắt Hà Nội - Lạng Sơn

- Phía Nam giáp đê Sông Cầu

Diện tích canh tác của toàn khu vực là 2365 ha

1.1.2 Địa hình, địa thế

Địa hình khu vực thuộc địa hình trung du, có:

- Cao độ phổ biến: +3,0 ữ +5,0 m

- Cao độ cao nhất: +6.5 ữ +10 m

- Cao độ thấp nhất: +2,0 ữ +3,0 m

- Hớng dốc từ Bắc xuống Nam, từ núi Con Voi và kênh 4/3 (cao độ +5,0ữ10 m) xuống cánh đồng Mai Vũ và cánh đồng Hữu Nghị (cao độ +2,0ữ+3,0 m)

Nhìn chung địa hình khu vực tơng đối bằng phẳng, ngoại trừ một số diện tích

ở ven đồi núi và vùng gò cao

1.1.3 Khí tợng

a) Nhiệt độ

Khí hậu của vùng nói riêng và của tỉnh Bắc Giang nói chung nằm trong miền nhiệt đới gió mùa của miền Bắc Việt Nam Với đặc trng mùa Đông là lạnh, khô hanh

và ít ma Mùa Hè nắng nóng và ma nhiều

Nhiệt độ trung bình: 23,30 C, tổng nhiệt độ cả năm khoảng 8500 0C, hàng năm

có 4 tháng (Từ tháng XII năm trớc đến tháng III năm sau) nhiệt độ giảm xuống dới

200 C, tháng I lạnh nhất có nhiệt độ trung bình khoảng 150C Mùa hè nhiệt độ trung bình từ tháng V đến tháng IX là 250C, tháng VIII là tháng nắng nóng nhất có nhiệt

độ trung bình trên dới 300C.

b) Độ ẩm

Độ ẩm tơng đối trung bình nhiều năm là 92%, độ ẩm thấp nhất là tháng I vào khoảng 88% ữ 90%, các tháng mùa Thu và đầu mùa Đông là thời kỳ khô lạnh, độ

ẩm trung bình thờng xuống dới 80% Độ ẩm cao nhất trong năm có ngày lên tới 98%

và thấp nhất có ngày xuống tới 64%

c) Bốc hơi

Lợng bốc hơi trung bình năm vào khoảng 1000 ữ 1100mm, các tháng đầu mùa ma (V, VI, VII) lại là những tháng có lợng bốc hơi lớn nhất trong năm Lợng bốc hơi trong tháng V đạt trên 100mm Các tháng mùa xuân(II- IV) có lợng bốc hơi nhỏ nhất là những tháng có ma phùn và độ ẩm tơng đối cao

d) Gió bão

- Hớng gió thịnh hành trong mùa hè là gió Nam, gió Đông Nam và mùa Đông thờng có gió Bắc và Đông Bắc

- Tốc độ gió trung bình khoảng 2 ữ 3 m/s

- Từ tháng VII đến tháng IX là những tháng có bão hoặc áp thấp nhiệt đới, tốc

độ gió bão lớn nhất đạt cấp 10 đến cấp 11 (khoảng 30 ữ 40 m/s)

1.1.6 Địa chất công trình

Nhìn chung điều kiện địa chất công trình của khu vực tốt Các kênh tới đợc

đắp bằng loại đất ở trạng thái chặt, có khả năng chịu lực tốt, điều kiện địa chất công trình cũng rất tốt, cấu trúc địa tầng đơn giản, đất chặt cứng, chịu lực tốt

1.1.7 Giao thông

Trong khu vực có đờng quốc lộ 1A chạy qua và đờng liên huyện nối từ đờng 1A đến phố Thắng, Hiệp Hoà và nối với quốc lộ 3 Nhìn chung giao thông trong khu vực thuận tiện

1.1.8 Vật liệu xây dựng

- Gạch có thể mua từ lò sản xuất gạch của t nhân trong vùng

- Vôi, cát đen, cát vàng đợc khai thác tại chỗ

- Xi măng, thép mua từ thị xã Bắc Ninh

1.1.9 Điện

Trong khu vực có đờng dây cao thế 35Kv chạy qua

1.2 Điều kiện dân sinh kinh tế

Khu vực gồm 4 xã: Tiên Sơn, Trung Sơn, Ninh Sơn và Quảng Minh của huyện Việt Yên và một phần của xã Đông Lỗ của huyện Hiệp Hoà Đời sống của nhân dân trong vùng còn gặp nhiều khó khăn

Dân số của khu vực: 35.000 ngời, số lao động 12.000 ngời, số hộ: 7.100 hộ Tỷ lệ tăng dân số tự nhiên là 1,59 %

Ngành nghề chính của nhân dân trong vùng là sản xuất nông nghiệp, trong đó trồng lúa là chủ yếu Do nguyên nhân chính là thiếu nớc tới vào vụ chiêm và cuối vụ mùa, nên năng suất cây trồng trong khu vực đạt thấp Năng suất trung bình vụ chiêm

là 2,1 T/ha, vụ mùa là 2,3 T/ha

a) Về vụ Chiêm (Đông Xuân)

- Kênh 4/3 tới đợc khoảng 425 ha, có năm không có nớc tới

- Trạm bơm Trúc Núi tới đợc 200 ha

- Trạm bơm Việt Hoà tới đợc 400 ha,

Diện tích còn lại ở cuối kênh 4/3 không đợc tới, bị hạn Trớc kia để tới cho diện tích này, ngời dân phải bơm tát từ hồ nớc đợc tạo bởi 400 ha ruộng đất trũng bị ngập úng gần thôn Nội Ninh Từ khi trạm bơm tiêu Nội Ninh hoàn thành đi vào vận hành, khai thác (năm 1997) đã giải quyết tiêu cho 1.350 ha ruộng đất của khu vực trong đó có 400 ha đất bị trũng tạo thành hồ nói trên, để biến diện tích này thành diện tích canh tác Do vậy mà diện tích bị hạn này không còn nớc để tới nữa

b) Về vụ mùa

- Kênh 4/3 tới khoảng: 1000 ha

- Trạm bơm Trúc Núi tới khoảng: 200 ha

- Trạm bơm Việt Hoà tới khoảng : 400 ha

Diện tích còn lại ở cuối kênh 4/3 không đợc tới, bị hạn và khu vực này không còn nguồn nớc tới do nguyên nhân nói trên

Thác Huống Cống đầu kênh 4/3 có nhiệm vụ lấy nớc từ kênh 3 vào kênh 4/3.

- Cống đầu kênh 4/3 là cống tròn φ100, có máy đóng mở và cửa van, hiện nay vẫn còn tốt

- Kênh 4/3 là kênh đất, có chiều dài 7,5 km, nhiệm vụ thiết kế ban đầu là tới cho 2.000 ha

Do các nguyên nhân:

+ Từ năm 1954 đến nay kênh cha đợc đầu t sửa chữa đại tu

+ Tuyến kênh đi theo ven chân đồi, về mùa ma có hiện tợng nớc lũ từ trên núi dội xuống mang theo nhiều đất cát bồi lấp vào lòng kênh và phá hỏng bờ kênh

+ Kênh đợc đắp bằng loại đất có hệ số thấm cao, dẫn tới lợng nớc tổn thất dọc trên kênh lớn

Nên kênh 4/3 không còn đáp ứng tốt yêu cầu dẫn nớc đợc nữa

Các công trình trên kênh 4/3 cũng xuống cấp nghiêm trọng không đáp ứng

đ-ợc việc dẫn nớc và lấy nớc theo yêu cầu thiết kế

+ Trạm biến áp: có 2 máy biến áp: 1 máy 320 KVA và 1 máy 180KVA

Cống lấy nớc qua đê kết cấu còn tốt Do đáy cống đặt cao (-0,3m) nên khả năng lấy nớc của cống không đảm bảo Vào mùa kiệt, có thời kỳ cống không lấy đủ nớc cho trạm bơm Trúc Núi chạy 4 máy Đáy cống cần phải hạ thấp xuống cao trình -0,8m

Kênh t ới Trúc Núi

Kênh tới Trúc Núi dài 2030m, làm nhiệm vụ dẫn nớc từ trạm bơm Trúc Núi

t-ới cho 200 ha dọc kênh và tiếp nớc cho kênh 4/3 Kênh tt-ới Trúc Núi đi ven theo sờn

đồi nên cũng bị nớc lũ từ trên đồi đổ xuống mang theo nhiều đất cát lấp vào lòng kênh, phá hỏng bờ kênh Kênh tới Trúc Núi cũng đợc đắp bằng loại đất có hệ số thấm cao nên lợng nớc thẩm lậu trên kênh lớn, kênh lại bị bồi lắng nhiều do không

đợc nạo vét thờng xuyên Vì vậy kênh tới Trúc Núi không còn đáp ứng đợc yêu cầu dẫn nớc nữa

c) Trạm bơm Việt Hoà và kênh Việt Hoà

Đợc xây dựng từ năm 1966, làm nhiệm vụ tới tiêu kết hợp Trải qua mấy chục năm hoạt động, tơi nay đã bị xuống cấp nghiêm trọng không còn đáp ứng đợc các nhu cầu về nớc

2.1.2 Tình hình tiêu

Nhìn chung tình hình tiêu trong khu vực đã đợc giải quyết tốt Các trạm bơm Trúc Núi, Nội Ninh đảm bảo tiêu úng cho khu vực

2.2 Đánh giá nguyên nhân hạn hán

2.2.1 Nguyên nhân thứ nhất là do các nguồn nớc cấp không đảm bảo

Khu tới kênh 4/3 đợc cấp bởi 3 nguồn nớc:

- Nguồn của kênh 4/3 từ hệ thống sông Cầu - Thác Huống

- Nguồn nớc từ trạm bơm Trúc Núi

- Nguồn nớc từ trạm bơm Việt Hoà

+ Do thống thuỷ nông Sông Cầu - Thác Huống xuống cấp, mặt khác nhu cầu dùng nớc trong hệ thống này ngày càng tăng do việc tới thâm canh và tăng số vụ gieo trồng Các nguyên nhân này làm cho nguồn nớc từ hệ thống Thác Huống không đến đợc tới kênh 4/3, hoặc chỉ đến với lu lợng nhỏ

+ Trạm bơm Trúc Núi không đảm bảo đợc lu lợng thiết kế và thời gian tới mà nguyên nhân là:

- Đáy cống lấy nớc qua đê đặt cao, nên không lấy đợc nớc liên tục, những ngày mực nớc Sông Cầu xuống thấp thì không lấy đủ nớc cho trạm bơm

- Một số máy bơm, động cơ đã bị h hỏng nhng cha đợc đầu t sửa chữa + Nguồn nớc ở khu ruộng trũng Nội Ninh không còn do trạm bơm Nội Ninh

đi vào hoạt động chuyển diện tích úng ngập này thành đất canh tác

+ Trạm bơm Việt Hoà xây dựng lâu năm, lại không đợc tu bổ sửa chữa thờng xuyên nên không đảm bảo đợc lu lợng thiết kế

2.2.2 Nguyên nhân thứ hai là do kênh và công trình trên kênh xuống cấp nghiêm

trọng

- Kênh 4/3 xuống cấp nhiều, nhiều đoạn bị lũ núi bồi lấp, nớc tổn thất trên

kênh lớn.

- Kênh tới Việt Hoà và Trúc Núi đi trên sờn cao lại đắp bằng loại đất có hệ số thấm cao nên lợng nớc tổn thất trên kênh nhiều Vả lại kênh lại bị bồi lắng nghiêm trọng không đợc nạo vét, tu bổ thờng xuyên, nếu dẫn lu lợng lớn sẽ bị tràn kênh

- Các công trình trên kênh xuống cấp nhiều, khả năng dẫn nớc, lấy nớc kém Tóm lại, nguyên nhân gây ra hạn trong vùng là do công trình đầu mối không

đảm bảo đợc lu lợng thiết kế và hệ thống kênh, công trình trên kênh xuống cấp không còn khả năng dẫn nớc đợc theo yêu cầu Để giải quyết hạn hán cho vùng cần phải xây dựng Trạm bơm Việt Hoà mới, phá bỏ trạm bơm Trúc Núc

2.3 biện pháp công trình thuỷ lợi và nhiệm vụ trạm bơm đầu mối

Dự án xây dựng trạm bơm tới Việt Hoà thuộc hệ thống thuỷ nông Sông Cầu

nhằm mục đích đảm bảo cung cấp nớc tới đủ, kịp thời và chủ động cho 2365 ha đất canh tác của 4 xã Trung Sơn, Nội Sơn, Tiên Sơn, Quang Minh (huyện Việt Yên) và một phần đất của xã Đông Lỗ (huyện Hiệp Hoà), đa năng suất cây trồng tăng cao và

ổn định, góp phần nâng cao đời sống của nhân dân trong vùng

b) Phơng án 2

Công trình đặt trong thân đê, ống đẩy chui qua đê

• Ưu điểm: Nớc từ sông bơm trực tiếp vào khu tới không cần xây cống ngầm qua đê, giảm giá thành xây dựng kênh tháo

• Nhợc điểm: Không đảm bảo cho công trình trong mùa lũ, áp lực thấm lu lợng thấm tăng ảnh hởng đến sự làm việc an toàn của đê Hiện trờng thi công hẹp do đó

sẽ gặp nhiều khó khăn Nhà máy đặt trong thân đê, trên mặt đê kết hợp làm đờng giao thông nên phải xử lí nền móng phức tạp để chống lún, đứt gẫy cục bộ Chống rung ở tầng trên thông gió cho toàn nhà máy sẽ gặp trở ngại Vận chuyển, lắp đặt các

thiết bị, thời gian xây dựng, quản lí, sửa chữa không thuận lợi.

c) Phơng án 3

Công trình bố trí trong đê, xây dựng kênh dẫn và cống ngầm qua đê dẫn nớc tới bể hút

• Ưu điểm: Về mùa lũ công trình làm việc đợc đảm bảo an toàn, không bị ngập

do đó chiều cao nhà máy giảm Nền địa chất, điều kiện địa chất thuỷ văn tốt, xử lí nền móng không tốn kém Mặt bằng thi công rộng, vận chuyển lắp đặt các thiết bị thuận lợi, kênh tháo ngắn, hệ số sử dụng nớc đợc nâng lên

• Nhợc điểm:

- Mất diện tích canh tác

- Kênh dẫn dài, khối lợng đào đắp tăng, nạo vét bùn cát hàng năm lớn

- Xây dựng cống ngầm qua đê

Kết luận: Căn cứ vào những u nhợc điểm của 3 phơng án đã nêu ra ta chọn phơng

án 3 làm phơng án xây dựng trạm bơm Việt Hoà Tuyến công trình vuông góc với thân đê

3.2 Xác định cấp công trình , tần suất thiết kế

Muốn công trình đạt đợc hai yếu tố là kinh tế và kĩ thuật thì việc tính toán các mực nớc sông ứng với tần suất kiểm tra tại vị trí xây dựng trạm bơm ta phải dựa vào cấp bậc công trình

Các trạm bơm nằm trong hệ thống thuỷ nông thì dựa vào diện tích tới, tiêu để xác

định cấp bậc công trình

Trạm bơm Việt Hoà tới cho 2365 ha theo quy phạm TCVN 5060 – 90 qui định công trình này thuộc công trình cấp IV ứng với cấp công trình qui định tần suất để tính toán nh sau:

+ Mực nớc sông ứng với tần suất thiết kế: Ptk = 75%

+ Mực nớc sông ứng với tần suất phòng lũ: P = 1% (mực nớc lớn nhất)

Mực nớc lớn nhất trong tập hợp thống kê là mực nớc có trị số lớn nhất xuất hiện trong từng năm

Mực nớc thấp nhất là mực nớc ứng với tần suất kiểm tra: P = 90%

Mực nớc thấp nhất là mực nớc trung bình ngày có trị số thấp nhất xuất hiện trong từng năm thống kê

3.3 Tính toán xác định các yếu tố thuỷ văn khí tợng

3.3.1 Phơng pháp tính toán

Các yếu tố thuỷ văn khí tợng cần tính toán ở đây gồm các lợng ma thiết kế và các loại mực nớc thiết kế, đợc xác định theo phơng pháp phân tích thống kê trên cơ sở số liệu đo đợc nhiều năm Trình tự đợc xác định nh sau:

1 Vẽ đ– ờng tần suất kinh nghiệm

- Chọn liệt số liệu thống kê tơng ứng X (Xvụ, Xnăm, Hvụ, Hnăm, H1 ngày max)

Xvụ: Tổng lợng ma vụ (từ tháng I đến tháng V) của năm

Xnăm: Tổng lợng ma năm

Hvụ: Mực nớc trung bình vụ của năm

Hnăm: Mực nớc trung bình của năm

H1 ngày max: Mực nớc trung bình ngày lớn nhất trong năm

- Sắp xếp số liệu theo thứ tự giảm dần (từ lớn đến nhỏ)

- Tính tần suất kinh nghiệm Pi theo công thức:

i – Số thứ tự của số liệu thống kê tơng ứng trong bảng sau khi sắp xếp

n- Số năm của liệt số liệu

Chấm các điểm có toạ độ (Xi, Pi) lên giấy tần suất đợc các điểm tần suất kinh nghiệm

2 Vẽ đ– ờng tần suất lí luận

Dựa vào liệt số tài liệu thống kê đã có nh giới thiệu ở trên, tính các tham số thống

kê theo phơng pháp mômen bằng các công thức sau:

X =

n

X n 1

1 n (

) X X (

n 1 i

2 i

3 n

1

i i

X C ).

3 n (

) X X (

X : Trị số bình quân của đại lợng thống kê cần tính toán

Xi : Giá trị của đại lợng thống kê năm thứ i

n : Số năm của chuỗi số liệu

Cs : Hệ số thiên lệch

Cv : Hệ số phân tán

Dựa vào các thông số này, sử dụng công thức phân phối xác suất của Pearson III để tính toạ độ của các đờng tần suất lí luận Từ tần suất P tra phụ lục I trong giáo trình thuỷ văn công trình đợc trị số Kp, với Kp =

Sử dụng bảng tra lập sẵn ở phụ lục 2 giáo trình thuỷ văn công trình Sử dụng phần mềm tính toán “ DFC” (của Nguyễn Mai Đăng – Trờng Đại học Thuỷ Lợi)

Trong đồ án này sử dụng cách thứ hai là cách sử dụng phần mềm “DFC”

+ Bớc nhảy của liệt tài liệu.

+ Độ dài của liệt tài liệu

Số liệu đợc thể hiện ở bảng 2 – Phụ lục

2 Xác định tần suất các lợng ma ứng với tần suất 75 %.

74

Bảng III-1

a- H1 ngày max: Số liệu đợc thể hiện ở bảng 3 – Phụ lục.

b- Hvụ : Số liệu đợc thể hiện ở bảng 4 – Phụ lục

2 Xác định các mực nớc

a- Xác định H75 %

vu , H90 %

vu :

Tra trên đờng tần suất lí luận Hvu của trạm thuỷ văn Đáp Cầu (Hình 3 – Phụ lục) đợc:

H75 %

vu = 96.74 (cm)

H90 %

vu = 87.45 (cm) b- Xác định H1 %

max

1ngay :Tra trên đờng tần suất lí luận H1 ngày max của trạm thuỷ văn Đáp Cầu (Hình 4 – Phụ lục) đợc:

K = 1

4 96

74 96

=Bảng III-2

Tháng Tuần Số ngày Cao trình mực nớc (cm)

2 3

10 10 10

80.9 99.6 84.2

2 3

10 10 10

51 87.6 100.4

2 3

10 10 10

46.6 73.6 77.2

2 3

10 10 10

84.4 93.1 72.1

2 3

10 10 10

75 129.2 196.9

b- H1 ngày max: Số liệu đợc thể hiện ở bảng 6 – Phụ lục.

97 =Kết quả ở bảng III-3

Bảng III-3

Tháng Tuần Số ngày Cao trình mực nớc (cm)

23

101010

113.75113.4597

23

101010

88.7114.25102.25

23

101010

74.874.6787.78

23

101010

84.7693.4685.22

2

1010

106.3129.56

3 10 197.263.4 Tính toán lu lợng trạm bơm

3.4.1 Tính toán chế độ tới cho lúa chiêm xuân

ở miền Bắc nớc ta, chế độ canh tác gieo cấy lúa thờng là chế độ làm ải, tức là sau khi gặt mùa xong, cày ruộng, phơi ải cho đất htật khô và thoáng Sau đó cho nớc vào bừa, ngâm ruộng rồi gieo cấy Thời gian này gọi là thời gian làm ải Thời gian làm ải

là thời gian cần nớc căng thẳng nhất, mức độ cần nớc không những phụ thuộc vào

điều kiện khí hậu, đất trồng, loại cây trồng mà điều quan trọng hơn là nps còn phụ thuộc vào hình thức làm ải, cụ thể là hình thức gieo cấy, hình thức đa nớc vào ruộng Việc đa nớc vào ruộng trong vụ chiêm có thể chia làm hai thời kỳ rõ rệt:

- Thời kỳ làm ải, là thời gian đa nớc vào ruộng, bừa ngâm ruộng và cấy đồng loạt trong ngày cuối cùng

- Thời kỳ dỡng lúa là thời gian sau khi cấy xong, toàn bộ cây trồng bớc vào thời

kỳ sinh trởng và phát triển

Nh vậy, mức tới toàn bộ đợc xác định theo :

M = M1 + M2

M1: Mức tới thời kỳ làm đất (mức tới ải) (m3/ha)

M2: Mức tới thời kỳ dỡng lúa (m3/ha)

1 Các tài liệu cho trớc

a- Chỉ tiêu cơ lí của đất:

Chỉ số ngấm

α

Độ rỗng A (% thể tích đất)

Độ ẩm sẵn có trong đất

βo (% A)

Độ sâu tầng đất canh tác H = 0.45 (m)

b- Các tài liệu về nông nghiệp

- Thời gian làm đất : ta = 13 ngày

- Thời vụ và công thức tới :

+

(m3/ha)K: Hệ số thấm, K = 2 mm/ ngày

ta : Thời gian làm ải, ta = 13 ngày

tb:Thời gian cần thiết để làm bão hoà tầng đất canh tác

K1: Tốc độ ngấm hút ở cuối đơn vị thời gian thứ nhất (mm/ ngày)

α : Chỉ số ngấm của đất α = 0,45

Ko = 72 , 73

45 , 0 1

−

tb = 2 , 34

73 , 72

) 4 , 0 1 (

450 43 ,

hc: §é s©u líp níc mÆt ruéng cuèi ngµy tÝnh to¸n (mm)

hd: §é s©u líp níc mÆt ruéng ®Çu ngµy tÝnh to¸n (mm)

P : Lîng ma trong ngµy (mm)

m : Lîng níc tíi trong ngµy (mm)

∑(e + K) : Tæng lîng bèc tho¸t h¬i níc vµ ngÊm trong ngµy (mm)

Bèc h¬i : e = Kc.eo

C: Lîng níc th¸o ®i trong ngµy (mm)

Trong hai ph¬ng tr×nh nµy cã hai Èn sè hc vµ m §Ó gi¶i ta gi¶ thiÕt m vµ t×m hc kiÓm tra theo ®iÒu kiÖn :

kết quả tính toán chế độ tới cho lúa chiêm thời kỳ tới dỡng

Tháng Ngày

Giai

đoạn sinh trởng

Công thức tới

Lợng ớc hao (mm)

n-Lơng

ma (mm)

Mức tới (mm)

Sự thay

đổi lớp nớc

MR (mm)

Lớp nớc tháo đi (mm)

n : Sè giê tíi trong mét ngµy (n = 24 giê).

t : Thêi gian tíi

α : Tû lÖ diÖn tÝch mçi lo¹i c©y trång

1 TÝnh to¸n s¬ bé hÖ sè tíi

Dựa vào bảng III-4 ta có bảng tính toán sơ bộ hệ số tới :

tính toán sơ bộ hệ số tới Bảng III- 5.

STT Loại cây

trồng

Từ ngày

Đến ngày

Số ngày

2 Hiệu chỉnh giản đồ hệ số tới

Giản đồ hệ số tới sơ bộ còn nhiều chỗ bất hợp lí vì vậy ta tiến hành hiệu chỉnh để cho hệ số tới tơng đối đồng đều nhau

Ta thấy hệ số tới trong những ngày làm ải quá cao vì thời gian làm ải ngắn mà ợng nớc yêu cầu lớn, nên ta hiệu chỉnh bằng cách tăng thời gian làm ải lên 20 ngày

Đến ngày

Số ngày

+ Có thời gian tới dài nhất.

Từ giản đồ hệ số tới sau khi hiệu chỉnh ta có:

q

q

m ht

m tk tk

− +

=

α η α

ω η

ω

α

ηht: Hệ số lợi dụng nớc của hệ thống, ηht= 0,7

ηα :Hệ số lợi dụng kênh mơng ứng với các thời kỳ kết quả ghi ở bảng III-7

Theo bảng III-7 với qtk = 1,16 (l/s/ha), ta có lu lợng thiết kế là:

Qtk = 3 , 92

1000 7 , 0

2365 16 ,

HÖ sè tíi q(l/s-ha) α= q i /q tk η α Qi(m 3 /s)

Tõ ngµy §Õn ngµy Sè ngµy

ZVH = ZPLP – LPLP-VH {(ZPLP – ZĐC)/ (LPLP - ĐC)} (IV – 1)

ZVH: Cao trình mực nớc sông tại vị trí xây dựng trạm bơm Việt Hoà

ZPLP: Cao trình mực nớc sông tại vị trí trạm thuỷ văn Phúc Lộc Phơng

ZVH: Cao trình mực nớc sông tại vị trí trạm thuỷ văn Đáp Cầu

LPLP-VH : Khoảng cách từ trạm thuỷ văn Phúc Lộc Phơng đến trạm bơm Việt Hoà; LPLP-VH = 16 (km)

LPLP-ĐC : Khoảng cách từ trạm thuỷ văn Phúc Lộc Phơng đến trạm thuỷ văn

Đáp Cầu; LPLP-ĐC = 30 (km)

Quá trình mực nớc sông Cầu mùa kiệt tai vị trí xây dựng trạm bơm Việt Hoà

Tháng Tuần Số ngày Cao trình mực nớc (cm)

2 3

10 10 10

97.32 106.52 90.6

2 3

10 10 10

69.85 100.92 101.32

2 3

10 10 10

60.7 74.35 82.49

2 3

10 10 10

84.58 93.28 75.66

2

10 10

90.65 129.38

3 10 197.08

4.1.2 Tính mực nớc lớn nhất và nhỏ nhất (Z max , Z min ).

- Mực nớc lớn nhất ở bể hút có ý nghĩa rất quan trọng trong việc thiết kế trạm bơm Nó ảnh hởng trực tiếp đến cao trình đặt sàn động cơ Ngoài ra nó có liên quan

đến vấn đề chống thấm, chống ẩm ngập lụt trong mùa ma bão

- Mực nớc nhỏ nhất ở bể hút quyết định quá trình làm việc ổn định của trạm bơm , dùng để tính toán cột nớc địa hình lớn nhất phục vụ công tác kiểm tra máy bơm hoạt động ở vùng hiệu suất thấp, có khí thực xuất hiện và quá tải động cơ

1 Mực nớc nhỏ nhất ứng với tần suất kiểm tra :Với P = 90%

Bằng phơng pháp nội suy theo công thức IV - 1 ta đợc :

Nội suy đợc : Zmax = 8,49 (m)

4.2 Thiết kế kênh dẫn kênh tháo

Để thiết kế kênh cho trạm bơm Việt Hoà ta phải thiết kế hai loại kênh đó là kênh dẫn nớc từ sông tới bể hút và kênh tháo Khi thiết kế phải đảm bảo kênh ổn

định, nhà máy vận hành phải chuyển đợc lu lợng thiết kế

Trong tính toán kênh ta dùng phơng pháp đối chiếu với mặt cắt lợi nhất về mặt thuỷ lực

4.2.1 Thiết kế kênh tháo.

1 Nhiệm vụ:

Kênh tháo có nhiệm vụ dẫn nớc từ bể tháo tới mặt ruộng Kênh phải đảm bảo dẫn

đủ nớc, ổn định, không bị bồi lắng và xói lở Thông qua tính toán thuỷ lực để xác định kích thớc mặt cắt kênh

Phần trên ta đã có các lu lợng :

QTK = 3,92 (m3/s).

Qgc = 4,704 (m3/s)

Qmin = 3,23 (m3/s)

Đối với địa hình đồng bằng ven sông tơng đối bằng phẳng ta chọn : i = 2.10-4

QTK = 3,92 (m3/s) đất thịt pha sét nặng và vừa tra trong giáo trình thuỷ nông:

10 2 312 , 7

= 0,026Với n = 0,0225 tra phụ lục 8-1 bảng tra thuỷ lực ta có : Rln = 0,94 (m)

94 0

26 1

, ,

, R

ω = (b+ m.h).h = (4,1 + 1.1,26).1,26 = 6,75 (m2)

3 Kiểm tra điều kiện xói lở bồi lắng.

a) Đảm bảo điều kiện xói lở.

Kênh tháo không bị xói lở khi đảm bảo điều kiện : Vmax < [VKX]

Vmax : Lu tốc dòng chảy trong kênh ứng với QGC

[VKX] : Lu tốc dòng chảy không xói cho phép

Tính hmax :

Tính f(Rln) =

704 , 4

10 2 312 , 7

= 0,022

Với n = 0,0225 tra phụ lục 8-1 bảng tra thuỷ lực ta có : Rln = 0,99 (m)

99 0

1 4

, ,

, R

704 4

, ,

, Q

Vậy Vmax < [VKX] kênh không bị xói lở

b) Đảm bảo điều kiện bồi lắng.

10 2 312 , 7

877 , 0

24 , 3

ωmin = (b+ m.hmin).hmin = (4.1 + 1.1,133).1,133 = 5,928 (m2)

Tính đợc : Vmin = 0 544

928 5

23 3

, ,

, Q

min

Nhận thấy Vmin > 0,3 (m/s) nên lòng kênh không bị mọc cỏ

c) Kiểm tra ổn định của kênh:

Muốn cho lòng kênh đợc ổn định thì không những không để cho mặt cắt kênh

không bị bồi lắng hoặc xói lở mà đồng thơì phải giữ cho tuyến kênh không bị xê dịch sang bên trái hoặc bên phải vì bên xói bên bồi Do vậy trị số β = b/h phải hợp lí

để kênh không bị bồi lắng, xói lở, tuyến kênh không bị xê dịch, đồng thời khối lợng

đào đắp là nhỏ nhất Để thoả mãn điều kiện trên thì β > [β]:

Theo kết quả thiết kế kênh ở trên thì có: β= 14,26,1 = 3.25

A0 : Cao trình mặt ruộng trung bình của khu vực tới, A0 = 5 m

h : Chiều sâu lớp nớc nớc mặt ruộng, h = 0,3 m

Σi.l : Tổng tổn thất dọc đờng, với i là độ dốc bình quân của kênh tới

i = 0,0002, l là chiều dài đoạn kênh tới l = 9 km

Σhc : Tổng tổn thất đầu nớc qua các công trình trên hệ thống kênh

Zyc = 5 + 0,3 + 1,8 + 0,4 = 7,5 (m)

htk:Độ sâu dòng chảy trong kênh khi dẫn lu lợng thiết kế : htk = 1,26 (m)

 Zđk = 7,5 -1,26 = 6,24 (m)+ Cao trình bờ kênh tháo :

Zbk = Zđk + hGC + a

hGC: Độ sâu dòng chảy trong kênh khi dẫn lu lợng gia cờng : hGC = 1,37 (m)

a : Chiều cao an toàn của đỉnh bờ kênh

Với QGC = 4,704 (m3/s) chọn a = 0,4 (m)

Zbhmax: Cao trình mực nớc lớn nhất ở bể hút.

Đối với trạm bơm đặt trong đê, cao rtình mặt đất thấp, về mùa lũ phải dùng cửa cống khống chế mực nớc trong kênh Để ổn định bờ kênh, ổn định cửa cống ta quy

định mực nớc bể hút lớn nhất Zbhmax = 2,2 (m)

Zbk = 2,2 + 0,4 = 2,6 (m)

i i i t Q

t h Q

Để dễ dàng xác định đợc cột nớc địa hình (hi) và thời gian bơm tới (ti) Vẽ lên cùng một hệ trục toạ độ đờng quan hệ mực nớc bể hút với thời gian là: (Zbh~t) Và đ-ờng quan hệ mực nớc bể tháo với thời gian là (Zbt~t) Rồi lập bảng thống kê và tính toán nh ở bảng IV-2.

+ Tính các trị số trong bảng IV-2 nh sau:

- Qi là lu lợng yêu cầu ở đầu kênh tới

- Zbti là mực nớc ở bể tháo ứng với lu lợng yêu cầu Qi Bảng IV-3

- Zbhi là mực nớc ở bể hút ứng với mực nớc sông Cầu tai vị trí xây dựng trạm bơm Việt Hoà trừ đi tổn thất cột nớc qua cống điều tiết là 0,15 m kết quả tính nh ở bảng IV-1

Bảng IV-1

Tháng Tuần Số ngày Cao trình mực nớc (cm)

23

101010

97.17106.3790.45

23

101010

69.7100.77101.17

23

101010

60.5574.282.34

23

101010

84.4393.1375.51

23

101010

90.5129.23197.93

- hdhi là cột nớc địa hình thứ i đợc tính theo công thức:

hdhi = Zbti – Zbhi

Bảng IV-2: Tính toán cột nớc địa hình bình quân

- Tổng hms là tổn thất cột nớc trong ống hút và ống đẩy do ma sát Gồm

có tổn thất cục bộ và tổn thất dọc đờng vì cha chọn đợc máy bơm nên cha thiết kế

đ-ợc ống hút và ống đẩy Chọn tổng hms theo kinh nghiệm Theo giáo trình hớng dẫn

đồ án trạm bơm thờng chọn:

Tổng hms = 1- 1,5 m Chọn Tổng hms = 1,4 m

Vậy: HTK = 6,6 + 1,4 = 8 (m)

4.3.2 Tính toán cột nớc lớn nhất và nhỏ nhất

1 Cột nớc thiết kế lớn nhất (H TK max ).

HTKmax = hđhmax + ∑hms

hđhmax : Cột nớc địa hình lớn nhất ứng với tần suất thiết kế P = 75%

hđhmax = 6,88 (m)

Chọn ∑hms = 1,3 (m)

Thay vào công thức đợc : HTKmax = 6,88 + 1,3 = 8,18 (m)

2 Cột nớc thiết kế nhỏ nhất (H TK min ).

HTKmin = hđhmin + ∑hms

hđhmin : Cột nớc địa hình nhỏ nhất ứng với tần suất thiết kế P = 75%

hđhmin = 6,44 (m)

Chọn ∑hms = 1,4 (m)

Thay vào công thức đợc : HTKmax = 6,44 + 1,4 = 7,84 (m)

4.3.3 Tính toán cột nớc lớn nhất nhỏ nhất ứng với tần suất kiểm tra

Vậy kết quả tính toán thoả mãn bất đẳng thức:

HminTK < HTK < HmaxTK < HmaxKT

4.4 Chọn máy bơm và động cơ

4.4.1 Chọn máy bơm chính

1 Chọn số máy bơm (n).

n là số máy của một trạm bơm Có ý nghĩa kinh tế, kỹ thuật rất lớn Cả về mặt thiết

kế cũng nh mặt quản lý, vận hành của trạm bơm sau này Nó quyết định trực tiếp

đến loại máy bơm và loại nhà máy bơm

Khi chọn máy bơm phải làm sao đảm bảo cung cấp đủ nớc theo biểu đồ lu lợng yêu cầu một cách chính xác với hiệu quả kinh tế cao nhất Vậy phải dựa vào biểu đồ lu l-ợng yêu cầu để chọn số máy bơm Hai là qua kinh nghiệm vận hành, quản lý cho thấy tốt nhất cho tháy số máy bơm của một trạm bơm sao cho :

s m n

Q Tram

TK = = + Phơng án 2 chọn n = 6 máy

QTK1 máy = 0 , 653 ( / )

6

92 ,

n

Q Tram

TK = =

Về mặt lu lợng yêu cầu mà phân tích, thì thấy ngay :

+ Phơng án 1 có 5 máy thì lu lợng thừa thiếu lớn hơn phơng án 2

Khi lu lợng yêu cầu là 3,23 m3/s thì phải vận hành 4 máy là 4 x 0,784 = 3,136 m3/s

sẽ thiếu 0,094 m3/s Còn khi lu lợng yêu cầu là 3,92 m3/s thì vận hành 5 máy là phù hợp với lu lợng yêu cầu và thừa 0,03 m3/s so với lu lợng yêu cầu Q = 3,89 m3/s

+ Phơng án 2 có n = 6 máy sẽ tốt hơn Vì nó phù hợp với khả năng cung cấp lu lợng

đòi hỏi của cây trồng qua từng thời kỳ Lu lợng thừa thiếu ở các thời kỳ rất nhỏ

Với lu lợng yêu cầu là 3,23 m3/s thì vận hành 5 máy là 5 x 0,65 = 3,25 m3/s Lu ợng thừa chỉ là 0,02 m3/s Khi lu lợng yêu cầu là 3,92 m3/s thì phải vận hành 6 máy

l-Lu lợng máy bơm cung cấp vừa đủ lu lợng yêu cầu và thừa 0,03 m3/s so với lu lợng yêu cầu Q = 3,89 m3/s

Trong thực tế để chọn ra đợc một phơng án số máy bơm có lợi nhất, còn phải so sánh nhiều mặt khác nhau nữa Nh vậy sẽ chọn loại máy bơm cho cả hai phơng án

để so sánh tìm ra một phơng án có lợi nhất

2 Chọn loại máy bơm

Máy bơm đợc chọn phải đảm bảo các yêu cầu sau:

- Với cột nớc thiết kế HTK đảm bảo cung cấp đủ lu lợng QTK

- Có hiệu suất cao nhất trong các thời kỳ làm việc

- Khả năng chống khí thực cao để không phải xây nhà máy quá sâu

- Có chất lợng tốt (lắp ráp thuận lợi, các bộ phận nh ổ bi, vòng đệm chống rò rỉ, thiết bị chống lực dọc trục đủ chất lợng yêu cầu)

- Có số vòng quay lớn sẽ giảm đợc trọng lợng của máy bơm và động cơ

Hiện nay trên thị trờng có nhiều loại máy bơm khác nhau Cả máy bơm nội địa do nhà máy chế tạo bơm Hải Dơng sản xuất Và cả máy bơm nhập ngoại của các nớc trên thế giới.

*Về máy bơm nội địa:

+ Ưu điểm: Không phải nhập từ nớc ngoài về Cho nên có thể chủ động về thời gian xây dựng công trình Giá thành rẻ và phụ tùng thay thế lại có sẵn ở trong nớc + Nhợc điểm : Cha có nhiều trủng loại khác nhau Nhất là các loại máy bơm có lu lợng lớn mà dùng máy bơm nội thì số máy sẽ nhiều Số máy bơm nhiều thì quản lý vận hành cũng phức tạp Hơn nữa do trình độ kỹ thuật sản xuất chế tạo máy bơm còn nhiều hạn chế, nên chất lợng máy còn thấp, máy bơm hay hỏng và khả năng chống khí thực kém

* Về máy bơm ngoại:

+ Ưu điểm: Có nhiều loại máy bơm kích cỡ khác nhau, thiết kế đồng bộ Khi trạm bơm có lu lợng lớn thì không cần phải dùng nhiều máy Do đó kết cấu nhà máy ngắn, thuận lợi cho việc quản lý vận hành Hai là chất lợng máy tốt ít h hỏng và khả năng chống khí thực cao

+ Nhợc điểm: Do máy bơm phải nhập từ nớc ngoài về, do đó không chủ động về thời gian xây dựng công trình Giá thành đắt (nh đối với máy bơm của Thuỵ

Điển ),vật t thiết bị thay thế khi cần cũng khó khăn

Qua phân tích u nhợc điểm các máy bơm nội địa và máy bơm ngoại nhập Để trạm bơm hoạt động lâu dài, đảm bảo an toàn khi vận hành, thuận lợi trong quản lý thì đối với trạm bơm Việt Hoà nên chọn máy bơm của Liên Xô cũ chế tạo

a Xác địng thông số kỹ thuật của các máy bơm

Từ biểu đồ sản phẩm máy bơm ( trong sổ tra cứu máy bơm và thiết bị) căn cứ vào

HTK , QTK chọn đợc loại máy bơm và các thông số theo các phơng án nh bảng IV.4:

Bảng IV.4