Giáo trình QHTKHTTL chuong 6- ĐHBKĐN - Quản lý nguồn nước của hệ thống

Chương 6 QUẢN LÝ NGUỒN NƯỚC CỦA HỆ THỐNG 6.1 ĐÁNH GIÁ NGUỒN NƯỚC ĐẾN TẠI CÔNG TRÌNH ĐẦU MỐI 6.1.1 Động thái nguồn nước 6.1.2 Chất lượng nguồn nước 6.2 BIỆN PHÁP PHÂN PHỐI NGUỒN NƯỚC C

Chương 6 QUẢN LÝ NGUỒN NƯỚC CỦA HỆ THỐNG

6.1 ĐÁNH GIÁ NGUỒN NƯỚC ĐẾN TẠI CÔNG TRÌNH ĐẦU MỐI

6.1.1 Động thái nguồn nước

6.1.2 Chất lượng nguồn nước

6.2 BIỆN PHÁP PHÂN PHỐI NGUỒN NƯỚC CỦA CÔNG TRÌNH ĐẦU MỐI

Dùng nước có kế hoạch là một công tác rất quan trọng trong nhiệm vụ quản lý khai thác các hệ thống thủy nông Muốn dùng nước có kế hoạch và đạt hiệu quả cao cần phải lập được kế hoạch dùng nước

Mục đích của việc lấp kế hoạch dùng nước là : Để lợi dụng tài nguyên nước một cách thống nhất, điều phối lượng nước kịp thời và hợp lý, phát huy đầy đủ hiệu ích của công trình, thỏa mãn được yêu cầu thâm canh tăng năng suất

Nhiệm vụ của kế hoạch dùng nước là căn cứ vào nguyên lý cân bằng nước, tình hình thực tế của từng thời gian, giải quyết tốt mối quan hệ giữa lượng nước đến và lượng nước cần để xác định đước qui trình dùng nước một cách hợp lý trong khu tưới

6.2.1 CÁC LOẠI KẾ HOẠCH DÙNG NƯỚC :

Gồm 2 loại

+ Kế hoạch dùng nước của đơn vị dùng nước : Nông trường, hợp tác xã, cấp kênh

nhánh

+ Kế hoạch dùng nước của hệ thống thủy nông: Là tập hợp các kế hoạch dùng

nước của các đơn vị dùng nước

6.2.1.1Kế hoạch dùng nước của đơn vị dùng nước:

1 Hình thức tổ chức tưới :

Việc dùng dùng nước trong nội bộ các đơn vị dùng nước hầu hết đều thực hiện tưới luân phiên : Để nâng cao hệ số sử dụng nước và tạo điều kiện cho việc kết hợp một cách chặt chẽ giữa công tác tưới và các công việc đồng áng khác, để nâng cao hiệu suất lao động và hiệu suất tưới nước

Tưới nước đồng thời chỉ thực hiện khi lưu lượng nguồn nước đủ Khi nguồn nước không cung cấp đủ phải tiến hành tưới luân phiên

a/ Tưới luân phiên tập trung :

Tưới luân phiên từng con kênh, như vậy lưu lượng tập trung và độ dài cùng làm việc của đường kênh ngắn nên lượng tổn thất nhỏ do đó hệ số sử dụng nước của kênh cao Song do lưu lượng tập trung nên công tác tưới khẩn trương ( thời gian phân phối nước vào mương chân rết quá ngắn ) Vì vậy khi nào lưu lượng nước đến thiếu mới sử dụng hình thức này

b/ Phân tổ tưới luân phiên :

Kênh mương chia thành các tổ, tuần tự tiến hành từ dưới lên Công tác tưới không quá khẩn trương, song do đường kênh cùng làm việc dài hơn nên hệ số sử dụng nước của kênh mương cũng thấp hơn Đây là hình thức tưới thường dùng trong thực tế sản xuất

c/ Tưới luân phiên xen kẽ (cài răng lược):

Với hình thức này việc tổ chức tưới được thực hiện dễ dàng, điều hòa được 1 phần quyền sử dụng nước kịp thời của các đơn vị sản xuất nhưng diện tích tưới bị phân tán, hệ

số sử dụng nước của kênh mương nhỏ hơn 2 hình thức trên

*Khi tưới luân phiên cần chú ý các điểm sau đây:

2 Lập tờ trình dùng nước của đơn vị sản xuất:

Dựa vào :

+ Tình hình ruộng đất trong khu tưới

Tưới luân phiên xen kẽ

-Số tổ tưới luân phiên không nên quá 3 tổ vì lưu

lượng tập trung không có lợi cho công tác tưới

-Diện tích các tổ tưới nên bố trí gần bằng nhau

vì lưu lượng giữa các tổ không chênh lệch nhiều

-Xét đến tổ chức tưới, tổ chức lao động của đơn

vị dùng nước

+ Yêu cầu nước của đơn vị dùng nước

Tờ trình dùng nước là kế hoạch dùng nước đơn giản nhất của đơn vị sản xuất ( trong

tờ trình dùng nước của đơn vị sản xuất cần niêu rõ : Diện tích cần tưới, yêu cầu về nước của từng loại cấy trồng)

Mẫu tờ trình dùng nước của đơn vị sản xuất

3 Lập kế hoạch dùng nước của đơn vị sản xuất :

Trên cơ sở các tài liệu cơ bản trên tiến hành lập kế hoạch dùng nước cho đơn vị sản xuất ( trong đó cần nêu rõ yêu cầu về tưới nước (t,m,n) lưu lượng cung cấp cho các đường kênh và thời gian cung cấp lưu lượng đó )

Mẫu kế hoạch dùng nước của đơn vị dùng nước

Loại cây Thời kỳ Tổ Kênh Dt Thời gian M W cần mr ΣWΣ cần mr Hệ số W cần N2 Q cần N2

tưới Cấp3 (ha) T ng Đ.Ng (m 3 /ha) 10 3 m 3 10 3 m 3

Số lần tưới

6.2.1.2 Kế hoạch dùng nước của hệ thống :

Kế hoạch dùng nước của hệ thống là cơ sở để ban quản lý hệ thống lấy nước từ nguồn nước phân phối cho các đơn vị dùng nước

1 Phân tích nguồn nước đến :

a/ Phân tích tình hình cấp nước khi nguồn nước là nguồn nước sông

• Công trình lấy nước không có đập dâng : (cống lấy nước)

Phải phân tích lưu lượng của nguồn nước và tình hình thay đổi mực nước trước cống

• Công trình lấy nước có đập dâng : Trong trường hợp này mực nước được đảm bảo, chủ yếu phân tích lưu lượng của nguồn nước

• Công trình lấy nước là trạm bơm : Phân tích tình hình thay đổi của mực nước, của nguồn nước sau khi bơm nước, từ đó xác định lưu lượng của máy bơm qua các thời kỳ Hải Dương :

1000 m3/h Hbơm=9.00 m

4000 m3/h Hbơm=4.50 m

2500 m3/h Hbơm=3.75 m

b/ Phân tích tình hình cấp nước khi nguồn nước là các hồ chứa:

Khi phân tích tình hình cấp nước của hồ chứa phải xét đến dòng chảy cơ bản của dòng sông, dòng chảy mặt đất do mưa gây ra, dung tích hồ chứa và khả năng điều tiết của

nó Đồng thời phải xác định lượng mưa năm thiết kế, hệ số dòng chảy mặt đất và lượng tổn thất của hồ

c/ Phân tích chất lượng nước tưới của nguồn nước:

Để đảm bảo cây trồng sinh trưởng bình thường, chất lượng nước phải thỏa mãn một

số yêu cầu nhất định, nên ta phải phân tích kỹ chất lượng nước tưới của nguồn nước Khi bùn cát có đường kính bình quân dbq=0.01 mm thì có thể lấy vào ruộng, khi d> 0.1 mm không nên dẫn nước vào kênh Thông thường khi hàm lượng muối trong nước λ

>4 g/lít không được dùng để tưới

2 Lập kế hoạch dùng nước của hệ thống :

Bước 1: Dựa trên cơ sở kế hoạch dùng nước của các đơn vị dùng nước, tính toán

các lưu lượng cần lấy qua các thời kỳ của đơn vị dùng nước, đồng thời xét đến tổn thất khi chuyển nước trên kênh, ta lập bảng kế hoạch dùng nước của hệ thống

Bảng kế hoạch dùng nước của hệ thống

Từ ngày Đến

ngày

Tên kênh

1/8

24/

15/8

N1 N2 N3

100 90.74

150

1,79 1,33 1,26

2,30 1,91 1,81

Trong đó:

Lượng tổn thất trên 1 km dài S= (1/100)A.Ql-m (m3/s)

Lưu lượng tổn thất trên 1 km dài Qtt= S*L= (1/100)A.Ql-m L (m3/s-km)

A,m: hệ số phụ thuộc vào tính chất của đất làm kênh (A= 1.9 ,m = 0.5 )

Bước 2: Phối hợp vẽ biểu đồ lưu lượng có thể lấy vào đầu hệ thống và lưu lượng cần

lấy ở đầu hệ thống theo kế hoạch :

Q (m3/s)

Qúa trình lưu lượng có thể

Qúa trình lượng nước cần

Bước 3: Trên cơ sở phối hợp đó, lập kế hoạch phân phối nước cho các kênh cấp

dưới, các đơn vị dùng nước và xác định quy trình đóng mở, làm việc của công trình đầu

hệ thống

Kết quả tính toán có thể cho các trường hợp xảy ra như sau:

a-Khả năng cung cấp của nguồn nước thỏa mãn yêu cầu lấy nước của hệ thống :

Dựa vào yêu cầu dùng nước thực tế của đơn vị mà tiến hành phân phối

b-Khả năng cung cấp của nguồn nước dồi dào hơn yêu cầu lấy nước của hệ thống :

Không thể đưa hết nước vào hệ thống được, cần lập các phương án về quy trình quản lý các công trình đầu mối và chọn phương án tốt nhất

• Công trình đầu mối là trạm bơm: Cần lập quy trình chạy máy, xác định số máy, số giờ chạy máy

• Công trình đầu mối là cống lấy nước trực tiếp : Xác định quy trình đóng mở cống

• Công trình đầu mối là hồ chứa: Lập quy trình đóng mở cống lấy nước và đường tràn lũ

c- Khả năng cung cấp của nguồn nước không thỏa mãn yêu cầu lấy nước của

hệ thống: (lưu lượng nguồn nước thiếu)

Phải hiệu chỉnh lại yêu cầu nước tùy theo từng trường hợp cụ thể

6.3 HIỆU CHỈNH VÀ THỰC HIỆN KẾ HOẠCH DÙNG NƯỚC CỦA HỆ THỐNG

6.3.1 Hiệu chỉnh kế hoạch dùng nước khi lưu lượng nguồn nước thiếu:

Gọi Qbr : Lưu lượng cần lấy vào đầu kênh theo kế hoạch dùng nước

Qbr’ : Lưu lượng cần lấy vào đầu kênh sau khi đã hiệu chỉnh lại

Gọi δ là tỷ số % lưu lượng nguồn nước giảm đi so với kế hoạch: 100%

'

br

br br

Q

Q

Q −

=δ

6.3.1.1 Khi lưu lượng của nguồn nước giảm đi nhỏ hơn 5% so với kế hoạch :

% 5

% 100

δ : Thì lấy lưu lượng nước đến đó phân phối cho các

kênh cấp dưới (không cần hiệu chỉnh, xem như vẫn có sự cân bằng )

6.3.1.2.Khi lưu lượng của nguồn nước giảm đi từ (5÷ 25)% theo kế hoạch:

δ = 5 ÷ 25 % hiệu chỉnh lại bằng cách giảm nhỏ mức tưới và phân phối lại lưu lượng cung cấp theo công thức :

η

ηn

Q n

=

Qbr

br Q

n

'

=

n: Hệ số hiệu chỉnh (0,75 ÷ 0,95)

η: Hệ số sử dụng nước trong trường hợp bình thường

ηn: Hệ số sử dụng nước khi chuyển lưu lượng Q’br

Q : Lưu lượng cần cung cấp cho đầu kênh cấp dưới trước khi hiệu chỉnh

Q’ : Lưu lượng cần cung cấp cho đầu kênh cấp dưới sau khi hiệu chỉnh

*Chứng minh công thức

η

ηn

Q n

Q' = * *Cho một hệ thống như hình vẽ :

Theo kế hoạch lưu lượng lấy vào đầu kênh chính Qbr và lưu lượng tại A là

N

Q Q

Q

2 1

1 1

η

N n

br

br N n A

br N

Q

Q Q Q

Q Q

Q' 1 = 1* ' * = 1* ' * = * 1*

η

ηη

N n

br

br N

Q

Q Q

Q' 2 = 2* ' * = * 2*

Ví dụ :

Theo kế hoạch, từ ngày 1/6 ÷2/6 tại công trình đầu mối của hệ thống cần lấy vào một lưu lượng Qbr = 14,44 m3/s và phân phối cho các kênh nhánh QN1=5,85 m3/s, QN2= 7,51m3/s Nhưng thực tế lưu lượng chỉ có thể lấy vào Q’br= 11,6 m3/s Như vậy giảm đi 19,7% so với kế hoạch, nên cần phân phối lại lưu lượng tại đầu các kênh nhánh với chỉ số ngấm m=0,5

m m n

n

n −1+

Bài giải :

Vì δ= 19,7% > 5% nên phải hiệu chỉnh lại kế hoạch phân phối nước

Khi chuyển nước với lưu lượng Qbr= 14,44 m3/s hệ số sử dụng nước của kênh chính:

925 , 0 44 , 14

51 , 7 85 , 5

A

Q

Q Q Q

Q

η

Khi chuyển Q’br = 11,6m3/s hệ số sử dụng nước của kênh chính:

915 , 0 8

, 0

1 8 , 0 925 , 0 1

5 , 0

5 , 0

=

− +

=

− +

m n

6,11

915,0

*85,5

*8,0

915,0

*51,7

*8,0

6.3.1.3 Khi lưu lượng của nguồn nước giảm đi 25% theo kế hoạch :

Khi δ >25% thì phải tổ chức tưới luân phiên ở các kênh cấp trên ( kênh chính, kênh nhánh), (vì lưu lượng qua các kênh nhánh quá nhỏ nên ta phải dồn tất cả nước lại cung cấp cho một kênh, sau đó cho các kênh khác )

a/ Hệ số sử dụng nước trong trường hợp tưới luân phiên :

n

K n

K: Số tổ tưới luân phiên

β: Tỷ số giữa chiều dài kênh công tác khi tưới luân phiên Ll và khi tưới đồng thời L

= < 1

L

L l

β

Thường số tổ luân phiên 2 hay 3 tổ

Khi K= 2 : β= 0,6

Khi K= 3 : β= 0,4 ÷ 0,5

Hay : ηl=K1-m*β*ηn+1-K1-m*β

*Chứng minh công thức hệ sô lợi dụng nước luân phiên:

Cho một hệ thống kênh như hình vẽ:

Khi tưới đồng thời với lưu lượng Q

Q

L S

−

=

η

Q’br= Ql

Ll : Tổng chiều dài kênh trong nhóm tưới luân phiên

S: Tổn thất trên một đơn vị chiều dài S= 10*A*q1-m (l/s-km)

Sl: Tổn thất trên một đơn vị chiều dài khi tưới luân phiên,

Sl= 10*A*ql1-m (l/s-km)

Trong đó :

q: Lưu lượng phân phối vào kênh khi tưới đồng thời

ql: Lưu lượng phân phối vào kênh khi tưới luân phiên

Ta có :

L

L q

q Q Q

Q

L q A Q

L q A

Q

L S Q

L S

l m l br br

br

m l br

l m l

br

br

l l

*

*

*10

*

*

*10

*

*1

' 1

'

1 '

Gọi P : Số kênh trong một tổ tưới luân phiên

K: Số tổ tưới luân phiên

Ta có :

P

Q

q br l

'

= và

P K

KP Q P Q

Q

m

br br

br

br

11

1 '

η

*)

*(

*

11

K n n

m

m m

m l

n

K n

η

− +

=

m m n

n

n −1+

=ηη

Ta có : η= nm* ηn-nm+1 thay giá trị η vào công thức ηn ta có

ηl= ηn* K1-m * β+1- K1-m * β

b/ Tính thời gian tưới luân phiên :

Thời gian tưới cung cấp cho mỗi tổ luân phiên được xác định như sau :

• Trường hợp 1: Có 2 tổ luân phiên (K=2)

Q’net1, Q’net2: Lưu lượng thực cần của các tổ tưới khi tưới luân phiên

Qnet1, Qnet2: Lưu lượng thực cần của các tổ tưới khi tưới bình thường

t : Thời gian tưới khi tưới đồng thời

t1,t2 :Thời gian tưới luân phiên ở tổ 1 & 2

Theo yêu cầu tưới : t= t1+t2

Do điều kiện tỷ số phân phối nước vào các tổ tưới trong trường hợp bình thường và thiếu nước (luân phiên) phải bằng nhau

1

t Q

t Q

t Q

t Q

l l

l l net

1

t

t Q

Q

l l net

net

ηη

=

Với Ql= Q’br1+ Q’br2

η1l, η2l : Hệ số sử dụng nước của kênh nhánh N1,N2 khi tưới luân phiên

Q Q

Q t

l net l net

1

2 1 1

ηη

η

+

=

t Q

Q

Q t

l net l net

1

1 2 2

ηη

η

+

=

• Trường hợp 2: Chia làm 3 tổ luân phiên( K = 3)

Cùng một nguyên lý tượng tự như trên :

l l net l l net l l net

l l net

Q Q

Q

t Q

t

2 1 3 3

1 2 3

2 1

3 2 1 1

ηη

η

ηη

+ +

=

l l net l l net l l net

l l net

Q Q

Q

t Q

t

2 1 3 3

1 2 3

2 1

3 1 2 2

ηη

η

ηη

+ +

=

l l net l l net l l net

l l net

Q Q

Q

t Q

t

2 1 3 3

1 2 3

2 1

2 1 1 3

ηη

η

ηη

+ +

=

Khi K = n :

t MSC

Q

1

ηηη

=

t MSC

l l net nl l l

Q MSC = 1*η1 *η3 η + 2*η1 *η3 η + *η1 *η3 η

Bài tập :

Có một hệ thống tưới gồm hai kênh nhánh Qn1 = 5,0 m3/s, η1 = 0,73, Qn2 = 6,0

m3/s η2 = 0,74 trong một đợt tưới 10 ngày Nhưng thực tế lưu lượng tại điểm A chỉ đạt được 8,1 m3/s Bởi thế phải tiến hành tưới luân phiên giưã hai kênh Hãy xác định lượng nước lấy vào mỗi kênh và thời gian tưới luân phiên, khi m = 0,5 , β = 0,5

II Hiệu chỉnh kế hoạch dùng nước khi lượng nước cần thay đổi :

Gọi QNet : Lưu lượng cần theo kế hoạch dùng nước

QNet’ : Lưu lượng cần bị thay đổi

Gọi δ là tỷ số % lưu lượng cần giảm đi so với kế hoạch: 100%

'

Net

Net Net

Q

Q

=δ

Trường hợp này không cần phải hiệu chỉnh mà chỉ cần :

-Thay đổi lưu lượng lấy vào đầu kênh

- Rút ngắn hay kéo dài thời gian tưới ( chủ yếu )

- Điều tiết tương hỗ giữa các đường kênh với nhau

2 Khi lưu lượng nước cần thay đổi δδδδ > ± 10% so với kế hoạch :

Trường hợp này phải điều chỉnh lại lưu lượng lấy vào đầu kênh theo công thức :

Q’br = d * Qbr

Trong dó :

Q’br: lưu lượng đầu kênh đã hiệu chỉnh

Qbr: lưu lượng đầu kênh theo kế hoạch

br

Q

Q Q

Q d

ηα : hệ số sử dụng nước khi Qnet thay đổi ,

1

1

−+

=

m m

αη

α

ηα

α = Q`net/ Qnet

ηαη

αηα

η

αη

αη

αη

ηα

− +

=

− +

=

− +

m

m

m m

m

* 1

* 1

1

* 1

*

αη

ηαηη

*

)

*1(

Một khu tưới có diện tích ω = 3200 ha, hệ số sử dụng nước của hệ thống ηht = 0,8 trong một đợt tưới 8 ngày, với q = 1 l/s-ha Trong thời gian đó có một trận mưa đột xuất P

= 22mm Nếu lợi dụng trận mưa đó để tưới thì lưu lượng lấy vào đầu mối là bao nhiêu? Biết rằng m = 0,5 ( Qbr giảm xuống Q`br)

Bài giải :

+ Lượng nước mưa lợi dụng trên 1 ha :

mmưa = 10*P = 10*22 = 220 m3/ha

+ Hệ số mưa ( môdyn mưa):

qmưa = mmưa/ 86,4 * t = 220/86,4 *8 = 0,32 l/s-ha

δ = ( q - q`)/q = qmưa /q = 0,32/1 = 32% > 10% : Phải thay đổi lưu lượng lấy vào đầu kênh

6.2.1 Khi nguồn nước đến thiếu

6.2.2 Khi nhu cầu nước bị thay đổi

6.4 BIỆN PHÁP NÂNG CAO HỆ SỐ SỬ DỤNG NƯỚC CỦA HỆ THỐNG TƯỚI

Hệ số sử dụng nước của một hệ thống tưới phụ thuộc chủ yếu với lượng tổn thất nước trên một hệ thống đó Lượng tổn thất càng lớn hệ số sử dụng nước càng nhỏ và ngược lại Lượng tổn thất nước trên hệ thống gồm : tổn thất do bốc hơi, do ngấm, rò rỉ,

Trong đó lượng tổn thất do ngấm là chủ yếu

Trong hệ thống tưới nếu lượng nước tổn thất nhiều sẽ gây nhiều tác hại:

- Giảm nhỏ diện tích tưới (nếu nguồn nước thiếu)

- Tăng khối lượng kênh mương công trình (nếu nguồn nước phong phú)

- Nâng cao mực nước ngầm trong khu tưới để sinh ra hiện tượng tái mặn và thoái hóa đất

Bởi vậy chống tổn thất nước, để nâng cao hệ số sử dụng nước của mạng lưới kênh mương là nhiệm vụ hàng đầu trong công tác quản lý khai thác hệ thống thủy nông

Ta có thể áp dụng các biện pháp sau đây để chống tổn thất nước :

* Biện pháp quản lý :

Bao gồm các vấn đề sau :

- Thực hiện dùng nước có kế hoạch

- Hoàn chỉnh công trình lấy nước, đo nước, hiện đại hóa công tác phân phối nước,

đo nước

- Tổ chức tưới luân phiên

- Cải tiến kỹ thuật tưới, dùng các phương pháp tưới hiện đại

* Biện pháp phòng thấm trên đường kênh :

Đây là biện pháp quan trọng để chống tổn thất nước, nâng cao hệ số sử dụng nước + Đầm nện đất lòng kênh cho thật tốt

+ Muối hóa đất lòng kênh ( để chống thấm )

+ Lát mặt kênh bằng đá, bê tông,

+ Làm tầng chống thấm trong chu vi ướt của kênh

6.4.1 Thực hiện tưới luân phiên để nâng cao hệ số sử dụng nước:

1 Trường hợp lưu lượng đầu nguồn đủ cung cấp:

Việc tiến hành tưới luân phiên chỉ thực hiện trong nội bộ các đơn vị dùng nước

Khi tưới đồng thời : η = 1-Qtt /Qbr = 1-S*L/Qbr

Khi tưới luân phiên : η1= 1-S1*L1/Qbr

Do tưới luân phiên nên L1 < L, S1 < S => η1 > η

Như vậy thông qua việc tưới luân phiên mà hệ số sử dụng nước được nâng lên

2 Trường hợp lưu lượng đầu nguồn thiếu :