Bài giảng đồ án kỹ thuật tưới hiện đại

1/26/2022 TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI Khoa Kỹ thuật tài nguyên nước Bộ môn Kỹ thuật tài nguyên nước ĐỒ ÁN KỸ THUẬT TƯỚI HIỆN ĐẠI (PROJECT OF MODERN IRRIGATION ENGINEERING) TS Nguyễn Quang Phi Email: quangphi_nguyen@tlu.edu.vn Điện thoại: 0913050625 TS Nguyễn Quang Phi Bộ môn Kỹ thuật Quản lý tưới Khoa Kỹ thuật tài nguyên nước, Trường Đại học Thuỷ lợi TS Nguyễn Quang Phi Mobile: 0913 050 625 Email: quangphi_nguyen@tlu.edu.vn 1/26/2022 – TỔNG QUAN VÙNG DỰ ÁN Tổng quan chung nhiệm vụ dự án • ▪ ▪ ▪ ▪ Bản đồ vị trí vùng dự án Vùng dự án nằm khu vực xã Yên Mỹ, huyện Thanh Trì cách trung tâm Hà Nội khoảng km phía Đơng Nam Phía Bắc giáp xã Yên Sở Phía Tây xã Tứ Hiệp, Ngũ Hiệp Phía Nam giáp xã Duyên Hà Phía Đơng giáp sơng Hồng CÁC TÀI LIỆU CẦN THIẾT Quy mơ dự án Diện tích gieo trồng vào diện tích đo đạc từ bình đồ địa hình khu vực dự án 50.0000 § - ng Bê Tô ng m Kê n h t i ª u Tài liệu khí tượng Kª n h t i ª u Tài liệu liên quan đến đặc trưng khí tượng mưa, gió, bốc nước (bảng file số liệu có liờn quan) Đ - ng Bê Tô ng m Đ - ng Bê Tô ng 3.5m Khu x l ý n- í c 1/26/2022 CÁC TÀI LIỆU CẦN THIẾT Tài liệu nguồn nước Nguồn nước cấp sử dụng để tưới cho trồng nguồn nước ngầm Giả thiết trữ lượng chất lượng nước ngầm đảm bảo yêu cầu tưới cho vùng canh tác rau; Tài liệu địa hình Xem bình đồ địa hình khu vực dự án Tài liệu đất đai Loại đất thông số vật lý đất tương ứng loại đất (bảng 1) Tài liệu mùa vụ trồng: Loại rau, Thời gian mùa vụ, Thời gian sinh trưởng cây, Hệ số trồng, chiều cao lớn nhất, độ sâu rễ nhỏ lớn (Bảng 1); Hệ thống sử dụng nước phun Ea(Bảng 1) Hệ số thiết hụt nước quản lý tưới (Bảng 1) Chênh lệch cao độ sàn động máy bơm (Bảng 1) 10 Lưu lượng phun mưa lớn (Bảng 1) TRÌNH TỰ NỘI DUNG QUY HOẠCH, THIẾT KẾ HỆ THỐNG TƯỚI PHUN MƯA Xác định diện tích gieo trồng dựa vào bình đồ khu tưới; Tính tốn nhu cầu nước cho rau thời gian mùa vụ; Quy hoạch bố trí hạng mục hệ thống tưới (khu đầu mối, hệ thống đường ống phân phối nước,…) bình đồ: Dựa vào hướng dốc địa hình, hướng gió, nguồn nước; Lựa chọn vòi tưới phun mưa; Xác định chu kỳ số lần tưới hàng ngày; Xác định số ống nhánh lớn hoạt động đồng thời; Tính tốn tiêu thiết kế hệ thống ống nhánh; Tính tốn tiêu thiết kế hệ thống ống chính; Tính tốn, lựa chọn máy bơm tưới; 10 Sơ tính tốn khối lượng xây lắp hệ thống tưới 1/26/2022 – TÍNH TỐN CHẾ ĐỘ TƯỚI I Phương pháp tính tốn: Dựa vào phương trình cân nước mặt ruộng II Mục tiêu nội dung tính tốn + Xác định mức tưới + Số lần tưới + Chu kỳ tưới + Tổng lượng nước tưới tồn vụ III Tài liệu tính tốn + Tài khí tượng: Mưa, Bốc nước + Tài liệu trồng: Loại rau, thời gian mùa vụ, giai đoạn sinh trưởng, hệ số trồng, độ sâu rễ + Tính chất đất đai (loại đất, thông số vật lý đất) – TÍNH TỐN CHẾ ĐỘ TƯỚI IV Trình tự kết tính tốn Xác định ETci Cơng thức tính tốn: ETci = Kci ET0i ET0i: Lượng bốc trồng tham khảo (mm/ngày) Kci Hệ số trồng Lini Ngày gieo trồng Ldev Lmidi Llate Ngày thu hoạch 1/26/2022 – TÍNH TỐN CHẾ ĐỘ TƯỚI – TÍNH TỐN CHẾ ĐỘ TƯỚI IV Trình tự kết tính tốn Khối lượng nước đất (g) Khối lượng đất khơ (g) Thể tích nước đất (m3) Thể tích khối đất (m3) 10 1/26/2022 – TÍNH TỐN CHẾ ĐỘ TƯỚI 11 – TÍNH TỐN CHẾ ĐỘ TƯỚI IV Trình tự kết tính tốn Xác định độ ẩm, lượng nước c) Lượng nước hữu hiệu đất TAWC = (FC - WP)  DRZ (mm) TAWC Lượng nước hữu hiệu đất (mm) FC Độ ẩm đồng ruộng, theo thể tích (%) WP Độ ẩm héo, theo thể tích (%) DRZ Độ sâu rễ (mm) 12 1/26/2022 – TÍNH TỐN CHẾ ĐỘ TƯỚI IV Trình tự kết tính tốn Xác định độ ẩm, lượng nước d) Lượng nước thực cần NWR = (FC - WP)  MAD  DRZ (mm) NWR Lượng nước thực cần trồng (lượng nước trồng sử dụng mà khơng ảnh hưởng đến suất), (mm) MAD Độ thiếu hụt nước cho phép 13 – TÍNH TỐN CHẾ ĐỘ TƯỚI IV Trình tự kết tính tốn Tính tốn chế độ tưới S = (Lượng nước đến) – (Lượng nước đi) S = Se - Sb Tính tốn chế độ tưới với thời đoạn ngày, phương trình cân nước để tính tốn chế độ tưới ngày thứ (i) thời gian sinh trưởng trồng: Sei – Sbi = (Pi + Iri + GWi) – (ETci + Dpi + ROi) => Sei = Sbi + (Pi – Dpi – ROi) + Iri + Gwi - ETci Sei = Sbi + Pei + Iri – ETci Lượng mưa hiệu quả: Pei = Pi – Dpi – ROi 14 1/26/2022 – TÍNH TỐN CHẾ ĐỘ TƯỚI IV Trình tự kết tính tốn Tính toán chế độ tưới Xác định lượng nước đất: Simin = [FC – (FC – WP)  MAD]  DRZi = min  DRZi Simax = max  DRZi = FC  DRZi Simin  Sei  Simax Sbi = Sei-1 + Lượng nước đất vùng rễ dài thời điểm i – i, tức ei-1(DRZi – DRZi-1)  ei-1 độ ẩm đất đầu thời đoạn vùng rễ dài (độ ẩm đất cuối thời đoạn trước), ei-1 = Sei-1/DRZi-1 Lượng nước đất vùng rễ dài là: ei-1(DRZi – DRZi-1) = (Sei-1/DRZi-1)  (DRZi – DRZi-1) 15 – TÍNH TỐN CHẾ ĐỘ TƯỚI IV Trình tự kết tính tốn Tính toán chế độ tưới Xác định Sbi độ sâu rễ thay đổi: Sbi = Sei-1 + (Sei-1/DRZi-1)  (DRZi – DRZi-1) = Sei-1[1 + (DRZi – DRZi-1)/DRZi-1] Xác định Sbi độ sâu rễ không thay đổi: Sbi = Sei-1 Xác định lượng mưa hiệu : Pei Pei = Pi – Dpi – ROi Pei Lượng mưa hiệu trồng sử dụng (mm); Pi Lượng mưa rơi xuống (mm); Dpi Lượng nước thấm sâu xuống lịng đất khơng sử dụng được; ROi Lượng nước chảy bề mặt; 16 1/26/2022 – TÍNH TỐN CHẾ ĐỘ TƯỚI IV Trình tự kết tính tốn Xác định lượng mưa hiệu quả: Pei Xác định Pei: TH1 : Sbi = Simax + Pei = ETci với điều kiện : Pi ≥ ETci + Pei = Pi với điều kiện : Pi < ETci TH2 : Simin ≤ Sbi ≤ Sbimax + Pei = Simax - Sbi + ETci với điều kiện: Pi ≥ Simax - Sbi + ETci + Pei = Pi với điều kiện: Pi < Simax - Sbi + ETci 17 – TÍNH TỐN CHẾ ĐỘ TƯỚI IV Trình tự kết tính tốn Xác định mức tưới Iri Giả thiết Iri = suy Sei theo phương trình cân nước + Nếu Simin < Sei  Simax suy Iri = + Nếu Sei  Simin suy tưới với lượng nước Iri cho Sei = Simax - Mức tưới thiết kế mặt ruộng: Irf = max(Iri) (mm) - Mức tưới thiết kế tổng cộng (có kể đến tổn thất) Irs Irs = Irf/Ea (mm) 18 1/26/2022 – TÍNH TỐN CHẾ ĐỘ TƯỚI IV Trình tự kết tính tốn Se0 = 0,75  FC  DRZmin Ngày thứ Ngày/ Tháng Độ Hệ số sâu rễ trồng DRZ Kc (mm) ETo (mm) ETc (mm) Smin (mm) Smax (mm) Sb (mm) P (mm) Pe (mm) Ir (mm) Se (mm) 22,5 25/9 150 0,7 4,1 2,87 23,25 30,00 22,50 0,6 0,60 26/9 154,5 0,7 3,7 2,59 23,95 30,91 27/9 159,1 0,7 2,6 1,82 24,66 31,82 28/9 163,6 0,7 3,4 2,37 25,36 … … … … … … … 9,8 30,0 30,91 5,0 2,59 30,91 31,82 11,4 1,82 31,82 32,73 32,73 1,9 1,90 … … … … 32,26 … … 19 – THIẾT KẾ HỆ THỐNG TƯỚI I Vòi phun khoảng cách hệ thống a) Lựa chọn vòi tưới Nguyên tắc chọn vòi: - Đáp ứng lượng nước tưới, chu kỳ tưới (khoảng cách lần tưới) - Giá trị kinh tế → Lựa chọn vòi phun dựa vào bảng bên Thơng số kỹ thuật vịi phun Kích thước lỗ Áp lực Q Đường kính phun (mm) (kPa) (m3/h) làm ướt (m) 3.0 3.0 3.0 3.5 3.5 3.5 4.0 4.0 4.5 4.5 4.5 5.0 5.0 5.0 250 300 350 250 300 350 300 350 300 350 400 300 350 400 0.57 0.63 0.68 0.75 0.82 0.89 1.08 1.16 1.32 1.42 1.52 1.70 1.84 1.96 25.00 25.60 26.20 26.85 27.60 28.35 26.60 30.50 30.95 32.00 33.05 33.00 34.30 35.60 20 10 1/26/2022 – THIẾT KẾ HỆ THỐNG TƯỚI 21 – THIẾT KẾ HỆ THỐNG TƯỚI I Vòi phun khoảng cách hệ thống a) Lựa chọn vòi tưới Ví dụ: - Kích thước lỗ phun : 3,5 mm; - Áp lực cột nước vòi phun là: hs = 350 Kpa = 350/9.81 = 35,67 m - Lưu lượng vòi phun : qs = 0,89 m3/h - Đường kính làm ướt vịi phun: 28,35 m 22 11 1/26/2022 – THIẾT KẾ HỆ THỐNG TƯỚI I Vòi phun khoảng cách hệ thống b) Xác định khoảng cách Sl, Sm thích hợp - Dựa vào tốc độ gió trung bình để chọn cách bố trí thích hợp 23 – THIẾT KẾ HỆ THỐNG TƯỚI I Vòi phun khoảng cách hệ thống b) Xác định khoảng cách Sl, Sm thích hợp K/cách ống tưới: L  Kl.D K/cách vòi phun ống tưới S  Ks.D D đường kính diện tích làm ướt Giá trị Kl Ks kiểu bố trí hình tam giác, hình chữ nhật hình vng Hình tam giác Hình vng m/s Tốc độ gió m/h Kl Ks Kl Ks Kl Ks - 1.3 1.8 – 3.1 3.6 – 5.4 0–3 4–7 - 12 a a a 0.60 0.55 0.50 0.55 0.50 0.45 0.55 0.50 0.45 0.60 0.60 0.60 0.55 0.50 0.45 a Hệ số Kl = 0.86Ks Hình chữ nhậtb b Giả thiết ống tưới vng góc với hướng gió 24 12 1/26/2022 – THIẾT KẾ HỆ THỐNG TƯỚI I Vòi phun khoảng cách hệ thống b) Xác định khoảng cách Sl, Sm thích hợp Ví dụ: - Tốc độ gió trung bình: 1,5 m/s = 5,4 (Km/h) < 10 Km/h - Tra bảng => Ta bố trí vịi phun theo hình chữ nhật; - Khoảng cách vịi phun mưa: Sl = 0,4.D = 0,4.28,35 = 11,34 (m) - → Chọn Sl = 11 (m) Khoảng cách ống nhánh: Sm = 0,65.D = 0,65.28.35 = 18.4 (m) → Chọn Sm = 18 (m) 25 – THIẾT KẾ HỆ THỐNG TƯỚI I Vòi phun khoảng cách hệ thống c) Xác định tốc độ vòi phun Khuyến nghị tốc độ phun mưa tối đa cho phép (mm/h) Tốc độ phun mưa tối đa cho phép (mm/h) Sự mô tả đất điều kiện phẫu diện Đất cát phẫu diện đồng với độ sâu 1,8 m Đất cát đất nặng Đất cát pha nhẹ, phẫu diện đồng với độ sâu 1,8 m Đất cát pha đất nặng Đất thịt, phẫu diện đồng độ sâu 1,8 m Đất thịt đất nặng Đất sét, Đất pha sét 0-5% Che Trọc phủ 5-8% Che Trọc phủ 8-12% Che Trọc phủ Trên 12% Che Trọc phủ 50 50 50 38 38 25 25 13 45 38 32 25 25 18 18 10 45 25 32 20 25 15 18 10 32 18 25 13 18 10 13 25 13 20 10 15 10 15 13 10 3 26 13 1/26/2022 – THIẾT KẾ HỆ THỐNG TƯỚI I Vòi phun khoảng cách hệ thống c) Xác định tốc độ vịi phun Ví dụ: - Đất thịt pha bụi, có che phủ, độ dốc địa hình - 5% → Tốc độ phun mưa tối đa cho phép: [I] = 25 (mm/h) - Tốc độ tưới phun: I= - qs 0,89 = = 0,0045 m / h = 4,5 mm / h Sl S m 11 18 So sánh: I = 4,5 (mm/h) < [I] = 25 (mm/h) → Vậy vòi chọn phù hợp 27 – THIẾT KẾ HỆ THỐNG TƯỚI II Xác định số ống tưới làm việc đồng thời Bước 1: Xác định chu kỳ tưới, thời gian tưới Bước 2: Tính tổng số ống tưới cánh đồng Bước 3: Xác định mức tưới tổng cộng (bao gồm tổn thất) Bước 4: Xác định khoảng thời gian tưới ống tưới Bước 5: Xác định số lần tưới ngày Bước 6: Xác định số ống tưới hoạt động ngày Bước 7: Xác định số ống tưới hoạt động đồng thời 28 14 1/26/2022 – THIẾT KẾ HỆ THỐNG TƯỚI II Xác định số ống tưới làm việc đồng thời Bước 1: Xác định chu kỳ tưới, thời gian tưới: Chu kỳ tưới xác định theo trường hợp TH1: Dựa vào tính tốn: - Chu kỳ tưới = → Chu kỳ tưới = (ngày) (làm tròn xuống) Irf Giá trị mức tưới lớn bảng tính tốn chế độ tưới: Irf = 29,97 (mm) ETcimax: Giá trị ETci lớn bảng lượng bốc thoát nước ETcimax = 4,49 (mm/ngày) → Thời gian tưới lần tưới chọn t = (ngày) (1 ngày để dự trữ) 29 – THIẾT KẾ HỆ THỐNG TƯỚI II Xác định số ống tưới làm việc đồng thời Bước 1: Xác định chu kỳ tưới, thời gian tưới: TH2: Dựa vào bảng tính tốn chế độ tưới: Sau ngày phải tưới  Chu kỳ tưới từ bảng tính tốn chế độ tưới t = ngày  Thời gian tưới lần tưới t = ngày 30 15 1/26/2022 – THIẾT KẾ HỆ THỐNG TƯỚI II Xác định số ống tưới làm việc đồng thời Bước 1: Xác định chu kỳ tưới, thời gian tưới - Nếu chu kỳ tưới theo bảng tính tốn chế độ tưới t >20 ngày => tính tốn theo TH1 - Nếu chu kỳ tưới theo bảng tính tốn chế độ tưới t < 20 ngày => tính tốn theo TH2 Bước 2: Tính tổng số ống tưới cánh đồng Ví dụ: Tổng số ống tưới bố trí cánh đồng: = (450/18)  = 50 ống 31 – THIẾT KẾ HỆ THỐNG TƯỚI II Xác định số ống nhánh làm việc đồng thời Bước 3: Xác định mức tưới tổng cộng (bao gồm tổn thất) GWR = NWR/Ea Bước 4: Xác định khoảng thời gian tưới ống tưới Thời gian tưới ống tưới = GWR/I I Cường độ tưới phun mưa (mm/h) Bước 5: Xác định số lần tưới ngày Số lần tưới ngày = = (Thời gian tưới ngày)/thời gian tưới ống tưới) 32 16 1/26/2022 – THIẾT KẾ HỆ THỐNG TƯỚI II Xác định số ống nhánh làm việc đồng thời Bước 6: Xác định số ống tưới hoạt động ngày Số ống tưới hoạt động ngày = = (Tổng số ống tưới cánh đồng)/(Chu kỳ tưới thiết kế) Bước 7: Xác định số ống tưới hoạt động đồng thời Số ống tưới hoạt động đồng thời = = (Số ống tưới hoat động ngày)/(Số lần tưới ngày) 33 – THIẾT KẾ HỆ THỐNG TƯỚI III.Xác định thông số kỹ thuật đường ống tưới a) Thơng số ✓ Đường kính ống: d ✓ Cột nước áp lực đầu vào đường ống: hu ✓ Cột nước áp lực cuối đường ống: hd ✓ Lưu lượng đầu đường ống: Qu ✓ Chiều dài đường ống tưới là: Ll (m) ✓ Khoảng cách từ đường ống nhánh đến vị trí vịi phun ống tưới: Sl’ ✓ Chiều cao đường ống nâng: rs 34 17 1/26/2022 – THIẾT KẾ HỆ THỐNG TƯỚI III.Xác định thông số kỹ thuật đường ống tưới b) Quy tắc xác định thông số đường ống tưới ✓ ✓ Giá trị chênh lệch cột nước áp lực dọc theo đường ống (max – min): hf  20%hs Tại vị trí cách đầu đường ống khảng 2/5 chiều dài đường ống, cột nước áp lực hs TH1: Mặt ruộng phẳng (khơng có độ dốc): hu = hs + ¾hf + rs hd = hu – hf = hs – 1/4 hf + rs TH2: Mặt ruộng dốc xuống: hu = hs + ¾hf + rs  Z/2 [Dốc lên (+), dốc xuống (-)] hd = hu – hf = hs – 1/4 hf + rs  Z/2 [Dốc lên (-), xuống (+)] 35 – THIẾT KẾ HỆ THỐNG TƯỚI III.Xác định thông số kỹ thuật đường ống tưới c) Xác định giá trị chênh lệch cột nước áp lực hf: Cách 1: hf = K l Q D r p F K  l  Qr Dp Hệ số ma sát dọc đường Chiều dài đường ống tưới (m) Lưu lượng đầu ống tưới (m3/h) Đường kính ống tưới (m) Chỉ số lưu lượng Chỉ số đường kính ống Hệ số triết giảm tổn thất cột nước áp lực trường hợp có vịi tưới hoạt động 36 18 1/26/2022 – THIẾT KẾ HỆ THỐNG TƯỚI III.Xác định thông số kỹ thuật đường ống tưới c) Xác định giá trị chênh lệch cột nước áp lực hf: Cách 2: hf = J % sl s = J% l 1000 100 J Tổn thất cột áp (m/100m m/1000m) sl Khoảng cách vòi tưới phun mưa (m) 37 – THIẾT KẾ HỆ THỐNG TƯỚI Quan hệ vật liệu làm đường ống với giá trị K, r p Vật liệu ống K r p n = 0,013 Ống bê tông; n = 0,014 Ống bê tông cốt thép n = 0,015 1,312  106 2,00 5,33 1,516  106 2,00 5,33 1,749  106 2,00 5,33 Ống gang, ống thép 6,250  105 1,90 5,10 Ống fibro – ciment 1,455  105 1,85 4,89 Ống chất dẻo 0,946  105 1,77 4,77 Ống nhôm, Ống hợp kim nhôm 0,861  105 1,74 4,74 38 19 1/26/2022 – THIẾT KẾ HỆ THỐNG TƯỚI Hệ số F ống nhựa ống nhôm n Ống tưới nhựa với r = 1,760 Ống tưới nhôm với r = 1,852 F1(a) F2(b) F3(c) F1(a) F2(b) F3(c) 0,469 0,337 0,410 0,457 0,321 0,396 10 0,415 0,350 0,384 0,402 0,336 0,371 12 0,406 0,352 0,381 0,393 0,338 0,367 15 0,398 0,355 0,377 0,385 0,341 0,363 20 0,398 0,357 0,373 0,376 0,343 0,360 25 0,384 0,358 0,371 0,371 0,345 0,358 30 0,381 0,359 0,370 0,368 0,346 0,357 40 0,376 0,360 0,368 0,363 0,347 0,355 50 0,374 0,361 0,367 0,361 0,348 0,354 100 0,369 0,362 0,366 0,356 0,349 0,352 200 0,366 0,363 0,365 0,353 0,350 0,352 (a) F1 sử dụng khoảng cách từ cửa lấy nước vào ống tưới đến cửa xả sl (m); (b) F2 sử dụng cửa xả gần với cửa lấy nước ống tưới; (c) F3 sử dụng khoảng cách từ cửa lấy nước ống tưới tới cửa xả sl/2 (m) 39 – THIẾT KẾ HỆ THỐNG TƯỚI Tổn thất cột áp J m/100m m/1000m (Cụ thể tuỳ đồ thị tra) 40 20