Chơng IV Đánh giá định hớng sử dụng nguồn nớc mặt 4.1 Khái quát nguồn nớc mặt Nớc mặt nớc đợc tích trữ lại dới dạng lỏng dạng rắn mặt đất Dới dạng lỏng ta quy hoạch đợc nhng dới dạng rắn (tuyết băng giá) phải đợc biến đổi trạng thái trờng hợp sử dụng Có thể nói tuyết băng tạo việc dự trữ nớc có ích nhng thực tế quản lý đợc Nguồn nớc mặt sử dụng từ sông, suối, ao, hồ, đầm lầy trờng hợp đặc biệt sư dơng ®Õn n−íc biĨn Ng−êi ta tÝnh r»ng nÕu dồn hết nớc sông ngòi hành tinh vào hồ chứa cỡ nh Ontario (Canada) không đầy tổng khối lợng nớc sông ngòi thoả mÃn đợc nửa nhu cầu ngời năm Nguồn nớc mặt sông suối không nhiều, nhng trung bình hàng năm đổ biển 15.500km3 nớc, lợng nớc lớn gấp 13 lần tổng lợng nớc sông suối vào thời điểm Nhân tố quan trọng để coi nớc tài nguyên quy hoạch nớc mặt dung tích nớc thời điểm định mà lu lợng nớc ổn định số điểm mạng lới thủy văn nớc ta lợng ma trung bình hàng năm khoảng 1600 - 2000mm, nhng phân bố không Về mùa ma nớc thừa gây úng, ngập lụt, mùa khô nớc không đủ cung cấp cho nông nghiệp, công nghiệp, đô thị phát điện Trên giới, lợng ma trung bình năm đại dơng chừng 900mm, lục địa khoảng 650 670mm Theo Borgtrom (1969), cân ma bốc hành tinh diễn nh sau: - Đại dơng bốc trung bình 875km3/ngày, chiếm 84,5% lợng nớc bốc Lục địa bốc trung bình 160km3/ngày chiếm 15,5%; ma bốc trung bình đại dơng 775km3/ngày chiếm 74,9% lợng ma, lục địa 160km3/ngày chiếm 25,1% Nh đại dơng lợng bốc vợt lợng ma rơi xuống, phần lớn thiếu hụt đợc bù đắp phần nớc dồn đại dơng từ lục địa - Khi ma rơi xuống mặt đất, phần chảy mặt đất đợc gọi dòng chảy mặt (surface runoff), phần ngấm xuống đất tập trung thành mạch nớc ngầm gọi dòng nớc ngầm (underground water runoff) Dòng nớc mặt dòng nớc ngầm đổ sông Tại vị trí đặc trng sông ta có dòng chảy sông độ lớn dòng chảy định trữ lợng nguồn nớc 4.2 Các nhân tố ảnh hởng đến dòng chảy bề mặt Nớc động lực công trình thuỷ lợi để sử dụng nguồn nớc, tất đặc trng sông chảy nguồn nớc theo thời gian không gian đợc ngành thuỷ văn công trình đề cập đến ba nội dung: dòng chảy năm, dòng chảy kiệt, dòng chảy lũ Trong phạm vi quản lý nguồn nớc phục vụ quản lý Nhà nớc đất đai 75 cung cấp khái quát nhân tố ảnh hởng đến dòng chảy bề mặt thờng xảy hàng năm, không mang tính chất chuyên ngành nh ngành thuỷ văn công trình Lợng n−íc ch¶y qua cưa cđa mét l−u vùc (khu vực đất mà nớc chảy vào sông) luôn thay ®æi theo thêi gian Sù thay ®æi ®ã mang hai tính chất: mặt tính chu kỳ rõ ràng, thể theo năm - mùa lũ, mùa kiệt tạo nên chuyển động quay đất xung quanh mặt trời Ta gọi thay đổi dòng chảy năm hay phân phối dòng chảy năm thay đổi đà làm cho công việc sử dụng đất, bảo vệ đất phải theo mùa vụ khác năm Mặt khác thời gian nhiều năm dòng chảy sông thay đổi Sau nhân tố có ảnh hởng định đến lợng dòng chảy hàng năm Phơng trình cân dòng chảy năm lu vực cã d¹ng: X = Y + Z ± ∆u ± w (4.1) Trong đó: X- lợng ma bình quân rơi lu vực năm Y- lợng dòng chảy năm tơng ứng Z- lợng bốc năm tơng ứng u- lợng nớc thêm vào lợng nớc có sẵn lu vực so với đầu năm w- lợng nớc ngầm chảy vào lu vực từ lu vực chảy năm ta xét Từ phơng trình (4.1) ta thấy lợng dòng chảy năm phụ thuộc vào yếu tố khí tợng (lợng ma, lợng bốc năm), điều kiện thổ nhỡng chiều sâu cắt nớc ngầm ) Các nhân tố có tác dụng làm tăng lợng ma, làm giảm lợng bốc nh khoảng cách từ lu vực đến biên cao trình lu vực làm tăng lợng dòng chảy năm Các nhân tố làm tăng lợng bốc (ao, hồ, kênh mơng, kho chứa nớc) có tác dụng làm giảm dòng chảy năm Trong năm ma nhiều, tuỳ theo ®iỊu kiƯn thỉ nh−ìng cđa l−u vùc, mét phÇn n−íc đợc trữ lại đất làm tăng thêm trữ lợng nớc sẵn có lu vực (u dơng) Ngợc lại năm ma trữ lợng nớc bị hao hụt (u âm) Còn lợng nớc ngầm từ lu vực chảy hay từ chảy vào lu vực phụ thuộc vào đờng phân chia nớc mặt Trong thực tế ngời ta xem đờng phân chia nớc mặt nớc ngầm trùng nhau, không đề cập đến thành phần w Đối với lu vực lớn vùng có độ dốc lớn, địa hình chia cắt mạnh tầng chứa nớc ngầm sâu nằm không sâu lợng nớc ngầm w xem Kết phân tích thực tế cho thấy, lu vực nhỏ nhân tố cục nh địa hình, địa lý nhân tố mặt đệm có ảnh hởng lớn đến dòng chảy hàng năm số trờng hợp nh vùng đá vôi, ảnh hởng nhân tố lớn ảnh hởng nhân tố khí hậu 76 §èi víi l−u vùc khÐp kÝn thêi gian nhiều năm u tính là: u = un u0 n Trong đó: (u0) lợng nớc trữ lu vực đầu năm thứ (un) lợng nớc trữ lu vực cuối năm thứ n Xét nhiều năm lợng trữ nớc bình quân l−u vùc thay ®ỉi rÊt Ýt, u −u nghÜa trị số n n nhỏ, không đáng kể Khi n u 0, phơng trình cân nớc lu vực khép kín là: X0 = Y0 + Z0 (4.2) Phơng trình cân nớc lu vực hở (lu vực nhỏ, đờng phân nớc mặt đất đờng ngầm không trïng nhau): n Trong ®ã: X0 = ∑ Xi i =1 n X0 = Y0 + Z0 ± ∆w0 (4.3) (X0: lợng ma bình quân nhiều năm) n Y0 = Yi i =1 n (Y0: lợng dòng chảy bình quân nhiều năm) n Z0 = Zi i =1 n (Z0: lợng bốc bình quân nhiều năm) n ∆W0 = ∑ ∆Wi i =1 n (∆W0: l−ỵng n−íc ngầm trao đổi với lu vực khác bình quân nhiều năm) Phơng trình (4.2), (4.3) lu vực khép kín hay lu vực hở dòng chảy bình quân nhiều năm (Y0) phụ thuộc chủ yếu vào lợng ma (X0) lợng bốc bình quân nhiều năm (Z0), riêng lu vực hở phụ thuộc phần vào lợng nớc ngầm trao đổi với lu vực khác bình quân nhiều năm (w0), nh phụ thuộc dòng chảy bình quân (Y0) chủ yếu vào nhân tố khí hậu Nhân tố khí hậu bao gồm ma bốc hơi, hai yếu tố ảnh hởng trực tiếp đến dòng chảy Lợng ma lớn hay nhỏ chủ yếu yếu tố địa lý khí hậu định đến địa hình thực vật, yếu tố khí hậu vợt khỏi kiểm soát ngời, ngời cải tạo chút tiểu khí hậu ảnh hởng đến lợng ma bốc hơi, ảnh hởng trực tiếp đến tập trung dòng chảy mặt Địa hình cao dốc dòng chảy tập trung nhanh Đặc tính thổ nhỡng lu vực có ảnh hởng tới lợng ma ngấm xuống đất lợng ma trữ lại lu vực Vùng đất sa thạch, đá vôi dễ bị phong hoá, lợng ma ngấm xuống đất nhiều làm cho lợng dòng chảy mặt giảm Đất cát dễ ngấm nớc đất sét, lợng ma nh hình thành dòng chảy đất sét lớn 77 Dòng chảy bình quân nhiều năm lu vực chịu ảnh hởng lớn hoạt động ngời thông qua biện pháp khác nh: - Biện pháp nông nghiệp: Làm ruộng bậc thang, bờ vùng bở thửa, thâm canh trồng, công trình thuỷ lợi loại nhỏ nh hồ chứa nớc nhỏ, ao núi tác dụng chủ yếu giữ nớc tới làm giảm dòng chảy - Biện pháp lâm nghiệp: Trồng gây rừng kết hợp với công trình thuỷ lợi loại nhỏ nh hố vảy cá, hệ thống kênh mơng để giữ lại dòng chảy, chống lũ lụt vùng hạ lu - Biện pháp thuỷ lợi: Dẫn nớc, trữ nớc ao núi, loại hồ chứa nhỏ, hệ thống kênh mơng, chủ yếu điều tiết dòng chảy mặt đất Sử dụng vào mùa khô phục vụ nhu cầu khác nh nuôi cá, phát điện 4.3 Những đại lợng đặc trng đánh giá dòng chảy bề mặt 4.3.1 Lu lợng dòng chảy Lu lợng dòng chảy (ký hiệu Q với đơn vị đo l/s m3/s) lợng nớc chảy qua mặt cắt sông suối thời gian giây Để đánh giá đợc độ lớn dòng chảy theo thời gian, ta xét đồ thị nh hình 2.1 (tiết 2.2.3) với trục tung lu lợng (Q) trục hoành thời gian tơng ứng (t) Đồ thị gọi đờng trình lu lợng Đờng trình lu lợng năm cho biết thời kỳ nớc lũ thời kỳ nớc kiệt năm Đờng trình lu lợng mét trËn lị cho biÕt thêi kú lị lªn, thêi kỳ lũ rút lu lợng đỉnh lũ Lu lợng đợc đo nguồn nớc xuất gọi lu lợng tức thời Trong thực tế thờng gặp đờng trình lu lợng bình quân thời gian - Lu lợng bình quân ngày (trị số bình quân lu lợng đo đợc ngày) - Lu lợng bình quân tháng (trị số bình quân lu lợng ngày tháng) - Lu lợng bình quân năm (trị số bình quân lu lợng tháng năm) - Lu lợng bình quân nhiều năm (trị số bình quân lu lợng năm nhiều năm) Ngoài có đờng trình lu lợng lũ, đờng trình lu lợng kiệt 4.3.2 Tổng lợng dòng chảy Tổng lợng dòng chảy (w, đơn vị m3, km3) lợng nớc chảy qua mặt cắt sông hay suối khoảng thời gian Vì lu lợng hàm số thời gian Q = f(t) nên ta xác định tổng lợng t2 dòng chảy : W = Qdt = Q( t − t 1) t1 78 (4.4) Trong t1, t2 lần lợt thời điểm đầu thời điểm cuối xác định tổng lợng dòng chảy, Q lu lợng bình quân thời điểm từ t1 đến t2 4.3.3 Độ sâu dòng chảy mặt Giả sử đem tổng lợng dòng chảy chảy qua mặt cắt sông hay suối thời gian trải toàn diện tích lu vực, ta đợc lớp nớc có chiều dày Y - gọi độ sâu dòng chảy Độ sâu dòng chảy Y có đơn vị m mm, đợc tính nh sau: W.109 F.1012 Y= = W 103F (mm) (4.5) Trong đó: W- tổng lợng dòng chảy t giây, tính b»ng m3 F- diÖn tÝch l−u vùc, tÝnh b»ng km2 t- thời gian, tính giây 4.3.4 Môđun dòng chảy (M) Môđun dòng chảy giá trị lu lợng đơn vị diện tích lu vực: M= Trong đó: 10 Q F (l/s-km2) (4.6) Q - l−u l−ỵng bình quân tính theo m3/s F - diện tích lu vực tính theo km2 Từ công thức (4.5) (4.6) ta tìm đợc quan hệ Y M nh sau: Tõ (4.5) cã: F= Tõ (4.6) cã: F= C©n b»ng (4.7) vµ (4.8) ta cã: Y= W 10 Y (4.7) 10 Q (4.8) M M t Q 10 (mm) (4.9) Trong đó: M - môđun dòng chảy bình quân thời gian t giây Nếu t = năm = 31,536.106 giây Y = 31,536 M Độ sâu dòng chảy môđun dòng chảy thờng dùng để nghiên cứu phân bố dòng chảy không gian 4.3.5 Hệ số dòng chảy Hệ số chảy () tỷ số độ sâu dòng chảy (Y) lợng ma (X) tơng ứng sinh độ sâu dòng chảy: = Y X (4.10) 79 Hệ số thứ nguyên, phản ánh tình hình sản sinh dòng chảy nh tình hình tổn thất dòng chảy lu vực Hệ số lớn chứng tỏ tổn thất ít, phần lớn lợng ma đà sinh dòng chảy ngợc lại bé tổn thất nhiều Vì Y< X nên O Hk) th× ng−êi ta xây dựng cống lấy nớc đầu kênh tới (hình 4.2) Khu tới Cống lấy nớc Sông Hình 4.2 Cống lấy nớc đầu kênh tới Cống lấy nớc có nhiệm vụ khống chế lu lợng lấy vào cho phù hợp với yêu cầu dùng nớc thời gian khu tới Mặt khác cống lấy nớc có nhiệm vụ ngăn 84 chặn nớc sông tràn vào đồng gây ngập úng, đến mùa lũ nớc sông cao đồng phải đóng toàn cống lại 4.5.2.2 Hình thức lấy nớc thứ hai Khi lu lợng sông đủ thoả mÃn yêu cầu lu lợng cần thiết đầu kênh nhng mực nớc sông thấp cao trình yêu cầu mực nớc đầu kênh (Qs > Qk, Hs < Hk) Đối với trờng hợp có hình thức lấy nớc khác a) Nếu mực nớc sông thấp mực nớc yêu cầu đầu kênh, để đảm bảo lấy nớc tự chảy kéo dài đoạn kênh dẫn phía thợng lu đoạn L đến chỗ có Hs cao Hk bố trí cống lấy nớc (hình 4.3) Hs > Hk Khu t−íi Hs < Hk S«ng ∆H Hk L Hs Hình 4.3 Kéo dài đoạn kênh dẫn vỊ phÝa th−ỵng l−u L= Hk + Σ∆h + ∆H − Hs is − ik Trong ®ã: Hs, Hk: cao trình mực nớc sông kênh mặt cắt A A is, ik: độ dốc mặt nớc sông kªnh ∆H: tỉn thÊt cét n−íc qua cèng lÊy n−íc h: tổn thất cột nớc qua công trình chiều dài kênh L Trờng hợp áp dụng đợc độ dốc mặt nớc sông lớn độ dốc mặt nớc kênh (is > ik) Cống lấy nớc đa nớc tự chảy vào khu tới Nhng nớc chảy vào kênh thuận lợi mang theo loại bùn cát có hại, cống lấy nớc cần đặt bên bờ lõm phía cuối khúc sông cong nh (hình 4.4) khúc sông cong nớc chảy theo đờng cong nên sinh sức ly tâm làm cho mặt nớc bị nghiêng, nớc bên bờ lõm cao bên bờ lồi ảnh hởng sức ly tâm nớc mặt chảy từ bờ lồi sang bờ lõm, nớc đáy chảy từ bờ lõm sang bờ lồi tạo thành tợng nớc chảy vòng Lợi dụng tợng nớc chảy vòng để hạn chế loại phù sa lớn (không phù hợp với đất đai, trồng) lấy đợc nớc có phù sa loại nhỏ (thích hợp với đất đai, trồng) 85 Hình 4.4 Cống lấy nớc đặt bờ lõm cuối khúc sông cong b) Đắp đập ngăn sông để dâng cao mực nớc sông (Hs > Hk) xây dựng cống lấy nớc vào khu tới phía đập dâng nớc ta hình thức lấy nớc (hình 4.5) phục vụ tới cho diện tích đất lớn nh đập Thác Luống (Thái Nguyên), đập Bái Thợng (Thanh Hoá), đập Đô Lơng (Nghệ An), đập Thạch Nham sông Trà Khúc (Quảng NgÃi) Khu tới Đập dâng nớc Sông Hình 4.5 Đắp đập ngăn sông c) Dùng trạm bơm để bơm nớc đa vào kênh dẫn nh trạm bơm Phù Sa (hệ thống Sơn Tây - Chơng Mỹ), trạm bơm Hà MÃo (Phú Thọ) (hình 4.6) Trạm bơm Khu tới Sông Hình 4.6 Xây dựng trạm bơm đa nớc vào kênh d) Xây dựng cống lấy nớc vào kênh chìm nội địa đặt trạm bơm, bơm nớc từ kênh (kênh chìm) lên kênh nhánh (kênh nổi) để tới tự chảy vào ruộng nh hệ thống Bắc - Hng - Hải, hệ thống Trịnh Xá (Bắc Ninh) (hình 4.7) Cống lấy nớc Trạm bơm Sông Kênh Kênh nhánh Hình 4.7 Xây cống lấy nớc vào kênh chìm nội địa 86 Trong trờng hợp Qs > Qk, Hs< Hk, nãi chung muèn chän h×nh thøc lÊy nớc thích hợp phải xem xét nhiều phơng án, sau so sánh chọn phơng án tốt có lợi mặt thi công kinh tế kỹ thuật để tiết kiệm đất xây dựng tới đợc nhiều diện tích đất Qua trờng hợp đà trình bày đây, thực tế thấy hình thức lấy nớc trạm bơm cống trạm bơm thờng áp dụng miền đồng hai hình thức lấy nớc xây đập dâng cao mực nớc kéo dài đờng kênh dẫn thờng áp dụng miền trung du 4.5.2.3 H×nh thøc lÊy n−íc thø ba Khi lu lợng nguồn nớc không đủ đảm bảo thoả mÃn yêu cầu dùng nớc, cao trình mực nớc nguồn nớc thấp cao trình yêu cầu mực nớc đầu kênh tới (tức Qs < Qk Hs < Hk) phải đắp đập ngăn sông xây dựng kho nớc nhằm nâng cao cao trình nguồn nớc trữ lợng nớc ma lu vực vào kho n−íc T theo t×nh h×nh ngn n−íc cđa l−u vùc mà xây dựng kho nớc theo điều tiết năm điều tiết nhiều năm Trờng hợp Hs > Hk kho nớc có nhiệm vụ điều tiết lu lợng Hình thức lấy nớc thờng áp dụng ë vïng nói vµ trung du nh− hå Si Hai (Hà Tây), Cấm Sơn (Bắc Giang ) Trong ba hình thức lấy nớc nêu trên, vào đặc tính công trình mặt đất để phân loại công trình đầu mối tới phân thành ba hình thức sau: - Lấy nớc đập dâng, tức xây dựng cống lấy nớc trực tiếp lấy nớc từ sông vào kênh mà không cần đập ngăn sông để dâng cao mực nớc Biết hệ số tới (q -l/s/ha) hệ số lợi dụng kênh mơng hệ thống () tổng diện tích đất tới đợc (ha) là: Qđk. W(ha) = q Trong đó: Qđk - lu lợng đầu kênh tới - Lấy nớc có đập dâng nớc, tức Hk > Hs lấy nớc tự chảy đợc mà phải xây dựng đập dâng nớc sông nh hình thức lấy nớc hệ thống sông Cầu, hệ thống sông Thạch Nham, công trình chủ yếu dâng nớc, đồng thời làm nhiệm vụ trữ nớc đoạn sông định Do tạo điều kiện tốt cho việc lấy nớc vào mùa cạn - Lấy nớc kho nớc có điều tiết, tức tổng lợng nớc sông đảm bảo đủ tới nhng lu lợng nớc sông phân phối lúc lu lợng không đủ đảm bảo tới phải xây dùng kho chøa n−íc (hå chøa n−íc) ®Ĩ ®iỊu tiÕt lu lợng cho phù hợp với yêu cầu tới đất đai trồng 4.5.3 Đo đạc nguồn nớc mặt phục vụ sử dụng đất nông nghiệp Công tác đo đạc nguồn nớc mặt phục vụ sử dụng đất nông nghiệp đợc thực hệ thống thuỷ nông Đây công tác quan trọng để quản lý khai thác hệ thống thuỷ nông cách có hiệu việc khai thác tiềm đất nông nghiệp 87 4.5.3.1 ý nghĩa mục đích công tác đo nớc Đo nớc chiếm vị trí quan trọng công tác quản lý hệ thống tới tiêu nớc ý nghĩa mục đích công tác đo nớc mặt là: - Phục vụ cho công tác phân phối nớc dẫn nớc cách xác kịp thời Trong công tác quản lý dựa vào yêu cầu nớc điều kiện nguồn nớc mà ngời ta định kế hoạch phân phối nớc tới nh điều phối nớc tiêu toàn hệ thống Vì cần phải biết đợc tình hình mực nớc, lu lợng nguồn nớc để đối chiếu với kế hoạch dùng nớc nhằm đánh giá việc thực kế hoạch điều phối nớc thực tế đà đạt yêu cầu đặt hay cha Thông qua đo nớc biết đợc tình hình thực tế nguồn nớc vùng để điều chỉnh thay đổi kế hoạch sử dụng nớc cách kịp thời nh diện tích đất cần tới, mức tới, thời gian tới, số lần tới - Cung cấp tích luỹ số liệu khoa học phục vụ cho việc cải tiến công trình tới tiêu hệ thống nh kế hoạch dùng nớc tơng lai Qua thời gian đo đạc nguồn nớc tích luỹ đợc tài liệu về: mức nớc lu lợng nguồn nớc, khả trữ nớc ao, hồ, đầm nhỏ hệ thống, khả dẫn nớc đờng kênh, hệ số lợi dụng nớc, tổng lợng nớc dùng toàn vụ, toàn năm mức nớc lần qua năm Các tài liệu thu thập đợc tạo điều kiện tốt cho việc nghiên cứu phục vụ nâng cao chất lợng công tác quản lý tới tiêu góp phần vào việc lập kế hoạch, thực kế hoạch dùng nớc cách xác, đạt hiệu kinh tế cao - Làm để thu thuỷ lợi phí sử dụng đất nông nghiệp Nhờ đảm bảo đủ nớc mà đất đai đợc khai thác tốt hơn, sản lợng trồng đợc nâng cao, đơn vị dùng nớc có nghĩa vụ đóng thuỷ lợi phí theo quy định Nhà nớc Hiện nớc ta dựa vào diện tích đợc tới, hình thức tới (tới tự chảy, bơm, tát) để thu thuỷ lợi phí Nhng tình hình quản lý nớc yếu nên gần nguồn nớc lấy đợc nhiều nhng cuối nguồn nớc lại thiếu nớc nghiêm trọng nên không đảm bảo công hợp lý việc thu thuỷ lợi phí Thông qua công tác đo đạc nớc thu thuỷ lợi phí theo lợng nớc tới công thức tới cho đơn vị dùng nớc Nh vừa đảm bảo công hợp lý khiÕn cho ng−êi sư dơng tiÕt kiƯm l−ỵng n−íc tới Ban quản lý nắm đợc thời gian cung cấp nớc, lu lợng khối lợng nớc đà cung cấp cho vùng, hộ dùng nớc để có sở tính toán thuỷ lợi phí tính toán thu chi hạch toán kinh tế hệ thống Điều có ý nghĩa nâng cao ý thức trách nhiệm nhân viên quản lý, hộ dùng nớc, tính công việc sử dụng nớc hộ dùng nớc đầu nguồn hộ dùng nớc cuối nguồn, thông qua nâng cao ý thức tiết kiệm nớc, nâng cao lực phục vụ hệ thống giảm giá thành sản phẩm 4.5.3.2 Yêu cầu công tác đo nớc Việc đo nớc cần thực diện tích rộng, yêu cầu đo phải liên tục nên đòi hỏi vừa có lực lợng vừa có thiết bị, mức độ xác phải cao Ngời đo phải kiên trì, thận trọng, phải có tinh thần trách nhiệm công tác đo nớc đạt kết tốt việc phân phối đủ nớc kịp thời cho đơn vị, cá nhân dùng nớc 88 Các nớc công nghiệp phát triển đà sử dụng máy đo nớc tự ghi máy đo nớc tầm xa vô tuyến hữu tuyến Đo đạc nớc, quản lý nớc phơng pháp tiên tiến nh nâng cao suất đo đạc nớc, nâng cao độ xác công tác đo nớc Đây phơng hớng phát triển công tác đo nớc tơng lai nớc ta, công tác quản lý phân phối nớc đà tiến hành đo nớc nguồn nớc đợc thờng xuyên liên tục hầu hết hệ thống nhng việc đo đạc cân nớc phạm vi hệ thống cha đầy đủ Phơng pháp đo nớc đợc sử dụng rộng rÃi nớc ta đo m¸y l−u tèc, mét sè hƯ thèng thùc hiƯn b»ng công trình đo nớc chuyên môn Hiện điều kiện kinh tế kỹ thuật ta hạn chế, để đảm bảo đợc việc dùng nớc cách kinh tÕ, chóng ta cÇn gÊp rót thùc hiƯn mét mạng lới đo khống chế nớc rộng rÃi Đó vấn đề quan trọng cần đợc suy nghĩ tới công tác quản lý nớc, nghiệp phát triển nông nghiệp giai đoạn đại hoá nông nghiệp nông thôn 4.5.3.3 Nội dung trạm đo nớc Để đạt đợc mục đích yêu cầu công tác đo nớc đà nêu hệ thống thuỷ nông thờng phải có loại trạm đo nớc với nội dung đo đạc khác - Trạm đo nguồn nớc đặt đoạn sông (suối, hồ) cách công trình đầu mối khoảng 20 - 10m phía thợng lu, đo đặc trng nh mực nớc, lu lợng, chất lợng nớc (hàm lợng phù sa, hàm lợng muối) Trên sở đánh giá, tính toán khả tới tiêu nớc công trình đầu mối - Trạm đo nớc đầu kênh đặt cách cống lấy nớc 50 - 200m nhằm đánh giá khả thực tế lợng nớc lấy vào đầu hệ thống công trình tới khả tiêu nớc công trình tiêu - Trạm đo nớc đầu kênh chia nớc tới đặt đầu kênh nhánh cách cống chia nớc tới phía hạ lu khoảng 20 - 50m nh»m kiĨm tra viƯc ph©n phèi n−íc vỊ khu tới tính toán lợng nớc tổn thất đoạn kênh chuyển nớc Đối với cống tập trung nớc tiêu trạm đo đặt cách cửa tiêu từ 20 - 50m phía thợng lu nhằm đánh giá lu lợng tập trung cống tiêu - Trạm đo nớc đầu kênh phân phối nớc đợc đặt đầu mơng mơng (kênh cấp kênh cấp 4) cách cống phân phối nớc chừng 10 - 30m vỊ phÝa h¹ l−u nh»m kiĨm tra lợng nớc phân phối cánh đồng so với yêu cầu nớc chúng Khi bố trí mạng lới trạm đo nớc, yêu cầu nêu cần phải đảm bảo điều kiện chung lòng sông (lòng kênh), đáy sông (đáy kênh) bờ sông (bờ kênh) đoạn bố trí trạm đo cần phải ổn định Chỉ tiêu ổn định bình quân đoạn sông (kênh) là: h1 + h + h δ(%) = ∑ [h − nh ] ì 100% 5% 89 Trong đó: h0- độ sâu lớp nớc sông (kênh) so với mặt chuẩn đáy sông kênh lần đo n- số lần đo đợc h1, h2, h3- độ sâu theo chiều thẳng đứng phân bố ba điểm khác lòng sông kênh 5 5 5 5 5 5 5 5 4 Sông Kênh 5 Kênh tiêu Hình 4.8 Mạng lới đo nớc hệ thống - Trạm đo nguồn nớc; - Trạm đo nớc đầu kênh; 3, - Trạm đo nớc đầu kênh phân phối nớc; - Trạm đo điểm phân phối nớc 4.5.3.4 Các phơng pháp đo nớc mặt Trên hệ thống thuỷ nông, công tác đo nớc trọng đo đạc số đặc trng nh: mực nớc, lu lợng tổng lợng nớc đà chảy qua kênh mơng Đó số tiêu thông dụng công tác quản lý nớc liên quan đến sử dụng đất Sau trình bày số phơng pháp đo đạc trực tiếp để có số liệu sử dụng cho công tác quản lý nớc a) Phơng pháp vận tốc diện tích Phơng pháp vận tốc diện tích phơng pháp xác định dòng chảy ống kênh hở thông qua việc đo đạc mặt cắt ngang dòng chảy lu tốc dòng chảy Lu lợng dòng chảy đợc tính theo công thức: Q = Wv 90 Trong đó: Q- lu lợng dòng chảy ống kênh hở (m3/s) W- diện tích mặt cắt ớt ống, kênh hở (m2) v- lu tốc bình quân qua tiết diện ớt (m/s) Diện tích mặt cắt ớt (W) đà đợc xác định đo trực tiếp thông qua mực nớc kênh, lu tốc dòng chảy (v) đo máy đo lu tốc, ®ång hå ®o n−íc, dïng phao, b¸nh xe ®o n−íc Dethride b) Lợi dụng cầu máng dẫn nớc để đo lu lợng Các công trình thuỷ nông nh cầu máng (bậc nớc, xi phông) hệ thống tác dụng khống chế lu lợng, nhng lu lợng chảy qua công trình phụ thuộc vào mặt cắt mực nớc thợng lu, hạ lu công trình, đo đạc đợc trị số tính toán đợc lu lợng chảy qua công trình Với cầu máng mặt cắt tơng đối ổn định đều, không bị nứt nẻ rò rỉ lợi dụng để đo nớc, đo bố trí thớc đo nớc cầu máng Khởi điểm thớc đo nớc ngang với đáy cầu máng Dựa vào trị số mực nớc H khác cầu máng để tính lu lợng chảy qua cầu máng: Q = WC RI Trong đó: Q- lu lợng chảy qua cầu máng (m3/s) I- độ dốc mặt nớc Cầu máng ngắn coi dòng nớc chảy cầu máng nên lấy I độ dốc đáy cầu máng W R- bán kính thủy lực (m) víi R= χ W- tiÕt diƯn −ít cđa cÇu máng (m2) - chu vi ớt cầu máng (m) R1/6 n n: hƯ sè nh¸m, phơ thc vào vật liệu xây dựng cầu máng, qua thực tế đo đạc để xác định tham khảo số liệu sau: c- hệ số xê-di theo N.N.Pavlopski: C = Vật liệu gỗ nhẵn, n = 0,105 Vật liệu bê tông, n = 0,014 Vật liệu đá xây, n = 0,015 c) Đo nớc trờng hợp mặt cắt kênh mặt cắt chữ nhật không đổi Lu lợng chảy qua mặt cắt chữ nhật, ®ã lµ ®Ëp trµn, thµnh máng cã cưa trµn lµ mặt cắt chữ nhật không đổi đợc xác định theo công thức Francis: Q = 0,184 bh3/2 Trong đó: Q- lu lợng chảy qua (l/s) b- chiều rộng đáy mặt cắt chữ nhật (cm) h- độ sâu mực nớc kênh chữ nhật (cm) 91 d) Đo nớc trờng hợp mặt cắt kênh hình thang Trong trờng hợp mặt cắt kênh hình thang, đập tràn thành mỏng mang tên nhà phát minh ngời ý Dạng đợc sử dụng phổ biến đập tràn Cipoleti đo nớc có mặt cắt tràn với hệ số mái dốc m = 1/4 Lu lợng chảy qua tràn đo nớc Cipoleti đợc tính công thức: Q = 0,0186bh3/2 Trong đó: Q- lu lợng chảy qua (l/s) b- chiều rộng đáy mặt cắt hình thang (cm) h- độ sâu mực nớc mặt cắt hình thang (cm) e) Đo nớc trờng hợp mặt cắt tràn nớc hình tam giác Cửa tràn đo nớc tam giác có mặt cắt tràn nớc hình tam giác cân với góc đỉnh 900 Ưu điểm bật tràn tam giác đo nớc đo lu lợng dòng chảy nhỏ cách xác Lu lợng chảy qua tràn tam giác có góc 900 đợc tính bằng: Q = 0,0138 h5/2 Trong đó: Q- lu lợng chảy qua (l/s) h- độ sâu mực nớc tràn (cm) g) Đo nớc phơng pháp hoá học Đo nớc phơng pháp hoá học phơng pháp mới, không thông qua tốc độ dòng chảy mặt cắt dẫn nớc, không cần đặt công trình thuỷ lực kênh Vì sử dụng để đo nớc vị trí hệ thống Phơng pháp gọi phơng pháp pha loÃng, sử dụng dung dịch chứa dễ hoà tan để hoà vào dòng chảy gọi chất thị, đo nồng độ nớc trớc sau thời điểm cho chất thị, từ tính toán lu lợng dòng chảy Dùng chất hoá học chất màu dễ hoà tan đợc dung dịch tới nồng độ đà biết C1: Khối lợng chất hoá học C1 = Khối lợng nớc Dung dịch có nồng độ C1 đợc cho vào dòng chảy với lu lợng không đổi q1: Thể tích dung dịch thÞ q1 = Thêi gian cho dung dÞch Sau để dung dịch hoà tan toàn dòng chảy kênh, tiến hành đo nồng độ nớc sau đà hoà chất thị C2 92 Gọi C0 nồng độ nớc kênh trớc cho chất thị, ta tính đợc Q lu lợng dòng chảy kênh theo phơng trình: QC0 + q1C1 = (Q+ q1) C2 QC0 + q1C1 = QC2 + q1C2 QC0 - QC2 = q1C2 - q1C1 Q(C0 - C2) = q1 (C2 - C1) q1 (C2 - C1) Q= C0 C2 Thông thờng muối ăn chất sẵn có nớc nên đồng thời đợc sử dụng nh chất thị 4.5.4 Định hớng quản lý để sử dụng nguồn nớc mặt Để sử dụng nguồn nớc mặt có hiệu biện pháp quản lý nguồn nớc mặt hệ thống kênh mơng tới nhằm giảm tổn thất nớc quan trọng Trong nhiều hệ thống tới sử dụng kênh đất, lợng nớc tổn thất lên tới 50% lợng nớc lấy vào công trình đầu mối Nếu tổ chức tới tốt, công trình thuỷ công làm việc tốt thành phần chủ yếu lợng nớc tổn thất hệ thống lợng nớc tổn thất ngấm lòng kênh, lợng nớc tổn thất ngấm đứng mặt ruộng bốc mặt kênh lợng tổn thất khó khống chế Theo số tài liệu Liên Xô cũ lợng tổn thất ngấm kênh tới kênh cấp nớc chiếm phần chủ yếu, chiều dài kênh lớn chế độ làm việc kênh thờng bị gián đoạn nhiều so víi kªnh chÝnh Tỉn thÊt n−íc trªn hƯ thèng kªnh mơng tới có nhiều tác hại nh sau: - Tổn thất nớc làm giảm diện tích đất đợc tới - Tổn thất nớc lớn làm tăng khối lợng đất xây kênh mơng - Tổn thất nớc lớn làm tăng chi phí quản lý, giảm hiệu ích công trình, đặc biệt trờng hợp hƯ thèng t−íi b»ng ®éng lùc - Tỉn thÊt n−íc lớn làm tăng mức nớc ngầm, làm xấu trạng thái đất tới, đất bị thoái hoá Nhiệm vụ hàng đầu công tác quản lý sử dụng nớc sử dụng nhiều biện pháp để chống tổn thất nớc hệ thống tới nâng cao hệ số sử dụng nớc 4.5.4.1 Biện pháp quản lý nguồn nớc mặt Biện pháp hàng đầu nhiệm vụ chống tổn thất, nâng cao hệ số sử dụng nớc hệ thống tới biện pháp quản lý, bao gồm: - Thực dùng nớc có kế hoạch, nâng cao độ xác việc lập thực kế hoạch dùng nớc - Hoàn chỉnh, tu bổ quản lý tốt công trình lấy nớc, công trình đo nớc, công trình chống tổn thất, tiến lên đại hoá việc phân phối nớc đo nớc 93 - Tiến hành tổ chức tới luân phiên cách hợp lý để tạo điều kiện thuận lợi cho việc lấy nớc gi¶m tỉn thÊt n−íc - C¶i tiÕn kü tht t−íi, dùng phơng pháp tới hạn chế tổn thất nớc - Sử dụng công thức tới hợp lý để hạn chế tổn thất 4.5.4.2 Biện pháp công trình để hạn chế tổn thất nớc ã Biện pháp truyền thống phủ bờ để giảm tổn thất ngấm ngang rò rỉ, gồm: - Phủ bờ trớc đổ ải Trớc lúc đổ ải dùng đất vụn phủ vào chân bờ phía thợng lu dòng thấm Khi đa nớc vào đổ ải đất vụn biến thành bùn lấp kín phía thợng lu hang, hốc động vật (cua, chuột ) đào bới, kết cấu công trình phủ bờ nh hình 4.9 (1) (2) (3) (4) Hình 4.9 Kết cấu công trình phủ bờ - MỈt rng; - Bê phđ; - Bờ ruộng bờ kênh; - Ruộng thấp kênh Mái dốc bờ phủ phải thích hợp, góc nghiêng lớn bờ phủ tác dụng Khi làm đất cần tránh làm hỏng bờ phủ Bờ phủ có tác dụng mực nớc hai bên bờ có chênh đáng kể - Phủ bờ sau đổ ải Sau đổ ải, ruộng đà bÃo hoà nớc (no nớc) Dùng công cụ thông thờng để cào đất bùn vào chân bờ, làm thành bờ phủ Việc phủ bờ trớc lúc đổ ải tránh đợc lợng nớc tổn thất lớn lúc đổ ải, song đầu t cho nhân công để phủ bờ lớn Trên thực tế bờ đà đợc phủ đất vụn trớc lúc đổ ải lúc đổ ải cần đầu t thêm số nhân lực để củng cố bờ phủ ã Biện pháp - Làm bờ ruộng, bờ kênh vật liệu chống thấm tốt Thông thờng bờ ruộng hay bờ kênh có kết hợp giao thông, toàn bê rng lµm b»ng vËt liƯu chèng thÊm tèt sÏ rÊt tèn kÐm V× vËy, chØ bê ruéng hay bờ kênh có nhiệm vụ đơn ngăn nớc dùng biện pháp - Sử dụng vật liệu chống thấm tốt Đặt vật liệu chống thấm tốt vào bề mặt bên bờ kênh để tăng cờng khả chống thấm rò rỉ Hình 4.10 Lát mái thợng lu 94 Hình 4.11 Lát mái hạ lu Hình 4.12 Cừ chống thấm 4.5.4.3 Bọc lót kênh để tăng hệ số sử dụng nớc - Bọc lót kênh đất sét: Biện pháp lót kênh đất sét thờng đợc áp dụng mạng lới kênh có chế độ làm việc thờng xuyên đất sét dễ bị nứt nẻ kênh khô nớc Lớp đất sét đợc lát phải có độ dày - 8cm lớp đất sét phải có lớp đất bảo vệ dày khoảng 30 - 40cm, giảm tổn thất ngấm 70 - 80% Lớp đất bảo vệ 30 - 40cm Lớp đất sét - 8cm Hình 4.13 Bọc lót kênh đất sét Để tiết kiệm đất sét, số trờng hợp tăng chống thấm cho hỗn hợp theo tỷ lệ: đất sét 60 - 65%, sái s¹n hay xØ than 35 - 40% Chiều dày tầng chống thấm vào khoảng 10 - 15cm Tổn thất nớc trờng hợp giảm xuống 60 - 70% Với kênh có bọc lót đất sét, tốc độ nớc kênh không nên vợt 0,7 0,8m/s Có thể tráng lòng kênh lớp đất sét mỏng để chống thấm, nhng tác dụng biện pháp không lớn (chỉ giảm tổn thất khoảng 60%) tuổi thọ công trình - vụ tác dụng - Tạo bồi lắng lòng kênh: Đối với kênh nằm đất có thành phần giới nhẹ (cát, cát pha) cho bồi lắng lòng kênh phù sa hay hạt sét để tăng tính chống thấm cho đất, giảm lợng tổn thất ngấm Với biện pháp này, theo kinh nghiƯm cđa mét sè n−íc nÕu cho båi l¾ng phï sa cã thĨ gi¶m tỉn thÊt 1,5 - lần, dùng hạt sét giảm tổn thất đợc - lần Biện pháp bồi lắng phù sa biện pháp mang tính tự nhiên phù sa tồn tự nhiên nớc tới Còn biện pháp dùng hạt sét biện pháp nhân tạo Để bồi lắng 1m2 lòng kênh cần tới - 10 kg đất sét Khi sử dụng phù sa độ đục nớc phù sa phải đảm bảo vào khoảng - g/l Đối với kênh nằm vùng đất dính (đất thịt, đất thịt pha) sử dụng biện pháp bồi lắng lòng kênh để giảm tổn thất thấm nhng trớc tạo bồi lắng nên xối mặt kênh với chiều sâu 20 - 25cm sau tạo bồi lắng phải đầm nện mặt kênh - Muối hoá lòng kênh: Biện pháp muối hóa lòng kênh để chống thấm viện sĩ A.N Xacalopski đề xuất Cơ sở chủ yếu biện pháp thuyết tính hấp thụ đất, theo tính chất hoá lý đất phụ thuộc vào thành phần gốc trao đổi ®Êt Trong phøc hƯ hÊp thơ cđa ®Êt c¸c gèc trao đổi chủ yếu Ca++, Mg++, Na+, H+ phần lớn Ca++ Ion Ca++ vào phức hệ hấp thụ khả phân ly yếu đợc giữ chặt mặt hạt keo đất Do đất có cấu tợng viên, đất tính phân tán, đất có tính thấm nớc lớn phức hệ hấp thụ chứa nhiều Ca++ Ngợc lại, phøc hƯ hÊp thơ cđa ®Êt chøa nhiỊu ion Na++ tính phân tán đất lớn, đất cấu tợng tính thấm nớc Nguyên lý chủ yếu việc muối hoá lòng kênh tìm cách thay thÕ ion Ca++ phøc hƯ hÊp thơ b»ng ion Na+ Muốn cần cho vào đất hợp chất Na định nh NaCl, NaOH 95 Lợng muối Na đợc đa vào đất xác định theo công thức: a.b.T kg/m2 1724 Trong đó: A- lợng muối NaCl (kg/m2) a- chiều dày tầng đất cần muối hoá (m) A= b- dung trọng đất (kg/m3) T- đơng lợng trao đổi đất (lđl/100kg đất) 1724- hệ số đổi đơn vị từ li đơng lợng 1kg NaCl * Phơng pháp tiến hành nh sau: + Phơng pháp hở: Xới xáo mặt đất lòng kênh với chiều sâu khoảng - 6cm, sau tới nớc muối cho muối khô vào đầm nện kỹ Nhợc điểm phơng pháp lớp đất đợc muối hoá dễ bị rửa trôi + Phơng pháp kín: tầng đất đợc muối hoá có thêm lớp bảo vệ dày 15 - 20cm Nhợc điểm phơng pháp tầng bảo vệ dễ bị sụt lở Muối hoá lòng kênh giảm tổn thất kênh xuống - lần nhng kênh hay bị xói sụt lở - Lót lòng kênh chất dẻo: Dùng chất dẻo dày 0,1 - 0,2mm, phía có phủ lớp đất dày 20 - 30cm - Bọc lót kênh bê tông hay bê tông cốt thép có nhiều u điểm giới nh Việt Nam việc sử dụng bê tông hay bê tông cốt thép để lót kênh đà phát triển mạnh 4.5.4.4 Phơng pháp phân tích lựa chọn biện pháp phòng chống thấm Để quản lý nớc tốt, cần chọn biện pháp phòng thấm thích hợp dựa vào mục đích yêu cầu công tác phòng chống thấm, chọn số biện pháp phòng chống thấm khả thi, sau vào kết phân tích kinh tế để xác định phơng án tốt ã Phòng chống thấm để giảm nhỏ lu lợng lấy vào công trình đầu mối, nghĩa giữ nguyên lu lợng thực cần Qnet để giảm nhỏ lu lợng lấy vào đầu nguồn Qbrút K hệ số giảm tổn thất (lần) đợc xác định là: K= Trong đó: Qt Qt Qt- lu lợng tổn thất cha có biện pháp phòng thấm (1) Qt- lu lợng tổn thất đà có biện pháp phòng thấm Gọi N - % tổn thất đợc giảm sau có biện pháp phòng thấm: N (%) = Qt - Q’t Qt 96 Qt x 100 = Qt K x 100 = K Qt x 100 (2) HƯ sè sư dơng n−íc ®· có biện pháp phòng thấm xác định theo công thức KQnet Qnet Qnet Qnet = = = = (3) Qnet + Q’t Qt KQnet + Qt KQnet + Qt Qnet + K K (trong ®ã: Qnet lu lợng thực cần với Qnet = Qbrut - Qtỉn thÊt) HƯ sè sư dơng n−íc tr−íc có biện pháp phòng thấm đợc xác định: Qnet η = Qnet + Qt LËp tû sè : η η1 Qnet = η η1 KQnet Qnet + Qt KQnet + Qt Qnet (KQnet + Qt) = KQnet (Qnet+ Qt) =η + k Tõ ®ã ta cã: : η1 = N (%) = (4) - =η+ Qbr - Qnet KQbr η k (5) η−K η.K + − η (6) η1 − η × 100 η1 (1 − ) (7) Công thức (7) đợc thành lập cách rút trị số K từ (6) thay vào công thức (2) ã Phòng thấm để tăng diện tích đất đợc tới Trong trờng hợp Qnet thay đổi diện tích tới tăng lên: Qnet Qbr Qt = Qbrut Qbr Qt Q ' net Qbr − K η1 = = Qbr Qbr η1 KQbr − Qt Qbr KQbr − Qt = x = η KQbr Qbr − Qt K (Qbr − Qt ) 1 = = + η ηK K η= K + η −1 K η −η N (%) = × 100 1− η η1 = 97 hay vµ K + η −1 K η −η N (%) = × 100 = (8) (9) Nói tóm lại thông qua công thức (1), (6), (7), (8), (9) ta xác định đợc N đà biết K ngợc lại Sau vào trị số N(%) chọn đợc số biện pháp phòng thấm định đạt đợc mục đích yêu cầu giảm tổn thất nớc đà đề Để có biện pháp tốt ta cần tiến hành so sánh kinh tế biện pháp đà đợc chọn ã Phân tích kinh tế để lựa chọn biện pháp phòng thấm Để phân tích kinh tế, cần xác định tiêu sau giải pháp phòng thấm a) Chi phí: Bao gồm khấu hao công trình, sửa chữa công trình b) Lợi ích: Bao gồm lợi ích tiết kiệm nớc, lợi ích tránh đợc úng ngập có kênh bọc lót, lợi ích tiết kiệm đất Ví dụ: hệ thống kênh chuyển nớc biện pháp phòng thấm (phơng án 1) thì: - Chi phí hàng năm C1 - Lợi ích hàng năm B1 Nếu áp dụng phơng án phòng thấm (phơng án 2) có là: - Chênh lệch chi phí hàng năm so với phơng án C2 - Chênh lệch lợi ích hàng năm so với phơng án B2 Tỷ số lợi tức chi phí phơng án là: R2 = B2/C2 Nếu áp dụng phơng án phòng thấm (phơng án 3) có: - Chênh lệch chi phí hàng năm so với phơng án là: C3 - Chênh lệch lợi ích hàng nằm so với phơng án là: B3 Tỷ số lợi tức chi phí phơng án là: R3 = B3/C3 So sánh R2 R3 phơng án có tỷ số lợi ích - Chi phí lớn phơng án đợc chọn Đơng nhiên, lựa chọn biện pháp phòng thấm cần dựa vào tính khả thi phơng án 98 ... Tõ c«ng thøc (4. 5) (4. 6) ta tìm đợc quan hệ Y vµ M nh− sau: Tõ (4. 5) cã: F= Tõ (4. 6) có: F= Cân (4. 7) (4. 8) ta có: Y= W 10 Y (4. 7) 10 Q (4. 8) M M t Q 10 (mm) (4. 9) Trong ®ã: M - môđun dòng chảy... lệch bốc trớc sau xây dựng hồ là: Z = Zn - Zđ (4. 11) Từ phơng trình cân nớc ta có: Zđ = X - Y (4. 12) Thay (4. 12) vào công thức (4. 11) cã: ∆Z = Zn - (X - Y) (4. 13) Lớp nớc bốc mặt nớc Zn tính theo... - 2mm Đất thịt 20 - 30 1,5 - - 2m - mm Bình quân 10 - 20 - 1,5 0,5 - 1m - 3mm Tỉn thÊt vỊ thấm giảm dần theo thời gian, mức nớc ngầm vùng hồ dâng lên tợng lầy hoá lòng hồ 4. 4.2.3 Lợng bồi đắp