nghiên cứu cơ chế nước hồi quy và vai trò của nó đối với hiệu quả sử dụng hệ thống thủy nông cầu sơn - cấm sơn

Bộ giáo dục và đào tạo Bộ nông nghiệp và ptnt Tr-ờng đại học thuỷ lợi Trần việt dũng Nghiên cứu cơ chế n-ớc hồi quy và vai trò của nó đối với hiệu quả sử dụng n-ớc hệ thống thuỷ nông cầu sơn - cấm sơn Chuyên ngành: Quy hoạch và Quản lý tài nguyên nớc Mã số: 60.62.30 luận văn thạc sĩ Ngời hớng dẫn khoa học: PGS.TS ĐOàN DOãN TUấN Hà nội 2012 LỜI CẢM ƠN Luận văn này được hoàn thành ngoài sự nỗ lực của bản thân tác giả, trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn tác giả luôn được sự quan tâm, hỗ trợ, giúp đỡ, chỉ bảo của các thầy giáo, cô giáo ở trường Đại học thủy lợi, bạn bè, đồng nghiệp trong cơ quan, các ban ngành, đơn vị ở địa phương nơi có địa điểm nghiên cứu. Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS. Đoàn Doãn Tuấn đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ trong suốt quá trình làm luận văn tốt nghiệp; Xin cảm ơn các thầy giáo, cô giáo trong khoa Kỹ thuật Tài nguyên nước và Trường Đại học Thủy lợi, các bạn học viên cao học đã giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình học tập và làm luận văn; Xin cảm ơn tập thể cán bộ Trung tâm Tư vấn PIM thuộc Viện Khoa học thủy lợi Việt Nam, đặc biệt là nhóm thực hiện đề tài cấp Nhà nước “Nghiên cứu ứng dụng các giải pháp khoa học công nghệ phòng chống hạn hán phục vụ phát triển nông nghiệp bền vững ở các tỉnh miền núi phía Bắc”, Công ty Khai thác công trình thủy lợi Cầu Sơn - Cấm Sơn, xã Đức Giang - Huyện Yên Dũng đã tạo điều kiện giúp đỡ, chia sẻ thông tin và ý kiến quý báu cho tác giả trong quá trình làm luận văn; Xin cảm ơn những người thân yêu trong gia đình và bạn bè đã động viên giúp đỡ trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn. Trân trọng cảm ơn ! Hà nội, ngày 28 tháng 05 năm 2012 Trần Việt Dũng LỜI CAM ĐOAN Đề tài này được triển khai nghiên cứu và hoàn thành với sự nỗ lực của bản thân. Tác giả cam đoan, công trình nghiên cứu này là củ a riêng mình. Các số liệu và kết quả của luận văn là trung thực và không lặp lại bất kỳ công bố nào trước đây. Hà nội, tháng 5 năm 2012 Tác giả Trần Việt Dũng MỤC LỤC 4TMỞ ĐẦU4T 1 4TCHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ SỬ DỤNG NƯỚC HỒI QUY TRÊN CÁC HỆ THỐNG THỦY NÔNG 5 4T1.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới4T 6 4T1.2. Tình hình nghiên cứu ở trong nước4T 15 4TCHƯƠNG 2. ĐẶC ĐIỂM KHU VỰC NGHIÊN CỨU 19 4T2.1. Đặc điểm tự nhiên4T 20 4T2.1.1 Vị trí địa lý4T 20 4T2.1.2 Đặc điểm địa hình4T 21 4T2.1.3 Điều kiện khí tượng, thuỷ văn4T 22 4T2.2. Đặc điểm kinh tế, xã hội4T 25 4T2.2.1 Dân số và lao động4T 25 4T2.2.2 Hiện trạng phát triển nông nghiệp4T 26 4T2.2.3. Hiện trạng các nghành kinh tế khác4T 28 4T2.3. Phương hướng phát triển kinh tế4T 30 4T2.3.1. Phương hướng phát triển nông nghiệp, lâm nghiệp và thủy sản4T 30 4T2.3.2. Phương hướng phát triển các ngành công nghiệp – xây dựng4T 31 4T2.3.3. Phương hướng phát triển các ngành dịch vụ4T 31 4T2.4. Hiện trạng hệ thống công trình thủy lợi4T 32 4T2.4.1. Hồ Cấm Sơn4T 32 4T2.4.2 Đập Cầu Sơn4T 33 4T2.4.3 Cống lấy nước Cầu Sơn cũ4T 34 4T2.4.4 Cống lấy nước Cầu Sơn mới4T 34 4T2.4.5 Cống Quan Hiển Giữa4T 34 4T2.4.6 Cống Quan Hiển Đông4T 34 4T2.4.7 Cống Quan Hiển Tây4T 34 4T2.4.8 Trạm bơm Bảo Sơn4T 35 4T2.4.9 Hồ Cây Đa4T 35 4T2.4.10 Hồ Suối Nứa4T 35 4T2.4.11 Hiện trạng hệ thống kênh Cầu Sơn4T 36 4TCHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH NHU CẦU NƯỚC MẶT RUỘNG . 41 4T3.1. Thí nghiệm xác định nhu cầu nước tại mặt ruộng4T 41 4T3.1.1. Mục đích thí nghiệm4T 41 4T3.1.2. Thí nghiệm xác định các thông số trong phương trình cân bằng nước4T 41 4T3.1.3. Cơ sở nghiên cứu và công thức thí nghiệm4T 42 4T3.2. Nhu cầu nước mặt ruộng4T 47 4TCHƯƠNG 4. NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ NƯỚC HỒI QUY VÀ VAI TRÒ CỦA NÓ ĐỐI VỚI HIỆU QUẢ SỬ DỤNG NƯỚC HỆ THỐNG CẦU SƠN - CẤM SƠN 48 4T4.1. Khảo sát hiện trạng vận hành, đo đạc lưu lượng đầu vào, đầu ra trên hệ thống thủy nông 4T 48 4T4.1.1. Khảo sát hiện trạng hệ thống4T 48 4T4.1.2. Đo đạc các thông số trên hệ thống4T 49 4T4.1.3. Kết quả đo lưu lượng trên kênh chính và đầu ra của hệ thống4T 54 4T4.2. Sử dụng nước và sử dụng nước hồi quy trên hệ thống4T 61 4T4.2.1. Khảo sát sử dụng nước hồi quy trên hệ thống4T 61 4T4.2.2. Sử dụng nước trên hệ thống4T 61 4T4.2.3. Loại hình nước hồi quy4T 62 4T4.2.4. Sử dụng nước hồi quy trên hệ thống4T 63 4T4.3. Đánh giá hiệu quả hệ thống4T 66 4T4.3.1. Cơ sở đánh giá hiệu quả hệ thống4T 66 4T4.3.2. Tính toán hiệu quả sử dụng nước của hệ thống4T 67 4TKẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ4T 70 4TTÀI LIỆU THAM KHẢO4T 73 DANH MỤC BẢNG BIỂU 4TUBảng 2.1 Nhiệt độ trung bình, lớn nhất, nhỏ nhất bình quân tháng trạm Hữu Lũng (oC)U4T 23 4TUBảng 2.2 Độ ẩm không khí trung bình tháng (%)U4T 23 4TUBảng 2.3 Bốc hơi trung bình tháng (mm) (Đo bằng ống Piche)U4T 23 4TUBảng 2.4 Đặc trưng tốc độ gió trung bình và lớn nhất nhiểu năm (m/s)U4T 24 4TUBảng 2.5 Tổng số giờ nắng trung bình tháng nhiều năm trạm Bắc Giang (giờ)U4T 24 4TUBảng 2.6 Lượng mưa ngày thiết kế tần suất 75% (mm)U4T 25 4TUBảng 2.7 Thông số về cơ cấu cây trồng và thời vụ cây trồngU4T 27 4TUBảng 2.8 Năng suất một số cây trồng chủ yếu như sauU4T 27 4TUBảng 2.9 Thống kê số lượng gia súc, gia cầm trong vùng nghiên cứu (con)U4T 28 4TUBảng 2.10. Hệ thống kênh tưới hồ Suối NứaU4T 36 4TUBảng 2.11. Thống kê kênh chính trên hệ thống thuỷ nông Cầu SơnU4T 37 4TUBảng 3.1: Mật độ cấy theo phương pháp Truyền thống (DT)U4T 42 4TUBảng 3.2. Tổng hợp chế độ tưới áp dụng trong khu thí nghiệmU4T 43 4TUBảng 3.3. Tổng hợp lượng nước tiêu thụ (ET + P), lượng nước ngấm và bốc thoát hơi nước trong thời kỳ có nước trên ruộng (mm/ngày)U4T 47 4TUBảng 4.1. Kết quả đo lưu lượng tại cửa ra của hệ thống (Ngòi Mân)U4T 60 4TUBảng 4.2. Diện tích tưới phân theo đơn vị quản lýU4T 62 4TUBảng 4.3. Bảng tổng hợp diện tích các trạm bơm lấy nước hồi quy để tướiU4T 64 4TUBảng 4.4. Lượng nước sử dụng khi chưa tính đến diện tích sử dụng nước hồi quyU4T . 67 4TUBảng 4.5. Lượng nước sử dụng khi tính đến diện tích sử dụng nước hồi quyU4T 67 DANH MỤC HÌNH ẢNH 4TUHình 1.1. Không có nước hồi quyU4T 5 4TUHình 1.2. Có nước hồi quyU4T 6 4TUHình 1.3. Quá trình dòng chảy đến và dòng hồi quy theo các thángU4T 7 4TUHình 1.4. Mô phỏng các thành phần cân bằng nướcU4T 9 4TUHình 1.5. Cấu trúc của mô hình RRMODU4T 10 4TUHình 1.6. Cấu trúc của mô hình SSARRU4T 13 4TUHình 1.7. Cấu trúc mô hình TANKU4T 15 4TUHình 2.1. Vị trí vùng nghiên cứuU4T 20 4TUHình 2.2 Hồ chứa nước Cấm SơnU4T 32 4TUHình 3.1. Khu vực nghiên cứuU4T 41 4TUHình 3.2. Hình thức vận động của nước trên ruộng lúaU4T 43 4TUHình 3.3. Cân bằng nước mặt ruộngU4T 44 4TUHình 3.4. Bố trí nghiệm xác định nhu cầu nước cho LúaU4T 45 4TUHình 3.5. Sơ đồ mực nước hao hàng ngàyU4T 45 4TUHình 3.6. Sơ đồ theo dõi, tính toán thấmU4T 46 4TUHình 4.1. Máy đo lưu tốcU4T 50 4TUHình 4.2. Sơ đồ bố trí điểm đo tại một mặt cắt kênh hình thangU4T 53 4TUHình 4.4. Quá trình lưu lượng dọc tuyến kênh Bảo SơnU4T 54 4TUHình 4.6. Quá trình lưu lượng dọc tuyến kênh TâyU4T 55 4TUHình 4.8. Quá trình lưu lượng dọc tuyến kênh GiữaU4T 57 4TUHình 4.10. Quá trình lưu lượng dọc tuyến kênh Yên LạiU4T 58 4TUHình 4.11. Bản đồ đo lưu lượng nước trên hệ thốngU4T 59 4TUHình 4.12. Trạm bơm Văn Sơn sử dụng nước hồi quy hoàn toànU4T 62 4TUHình 4.13 Trạm bơm Chợ Xa lấy nước hồi quy một phầnU4T 63 4TUHình 4.14. Bản đồ phân vùng tưới hệ thống Cầu Sơn - Cấm SơnU4T 64 4TUHình 4.15. Bản đồ phân vùng nước hồi quy và các trạm bơm lấy nước hồi quyU4T 65 4TUHình 4.16: Mô tả sử dụng nước trong hệ thốngU4T 66 4TUHình 4.17. Mô phỏng dòng chảy mặt tại hệ thống Cầu Sơn - Cấm SơnU4T 68 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT KTCTTL: Khai thác công trình thủy lợi BĐKH : Biến đổi khí hậu WB : World Bank (Ngân hàng thế giới) WTO : World Trade Organization (Tổ chức thương mại thế giới) BTCT : Bê tông cốt thép MNDBT : Mực nước dâng bình thường MNC : Mực nước chết 1 MỞ ĐẦU Tên đề tài: Nghiên cứu cơ chế nước hồi quy và vai trò của nó đối với hiệu quả sử dụng nước hệ thống thủy nông Cầu Sơn - Cấm Sơn I. Tính cấp thiết của đề tài Biến đổi khí hậu (BĐKH) là một trong những thách thức lớn nhất đối với nhân loại trong thế kỷ 21. Hậu quả của BĐKH là làm cho trái đất nóng lên, băng tan ở hai cực, hiện tượng thời tiết cực đoan, thay đổi bất thường khó xác định ảnh hưởng đến hoạt động sản xuất, sinh hoạt và môi trường sinh thái. Những tác động trực tiếp của BĐKH sẽ làm cho thiên tai xảy ra nhiều hơn, phức tạp hơn, cường độ tăng mạnh hơn. Theo kết quả quan trắc trong 100 năm qua, từ năm 1906 – 2005 nhiệt độ trung bình tăng 0,74 P 0 PC, từ năm 1956 – 2005 tăng 0,64P 0 PC (Nguyễn Trọng Hiệu, 2009) làm cho mức độ bốc hơi và nhu cầu nước phục vụ sản xuất nông nghiệp tăng. Theo ước tính của các nhà khoa học lượng nước tưới cần thiết ở vùng khô hạn và nửa khô hạn của Châu Á sẽ tăng lên ít nhất là 10% khi nhiệt độ tăng lên 1 P 0 PC (Fischer, 2002 và Liu, 2002). Theo nghiên cứu của Ngân hàng thế giới (WB), khi nước biển dâng lên 1m sẽ làm ngập khoảng 0,3 đến 0,5 triệu ha tại Đồng bằng sông Hồng và những năm lũ lớn khoảng trên 90% diện tích của Đồng bằng sông Cửu Long bị ngập từ 4 – 5 tháng, vào mùa khô khoảng trên 70% diện tích bị xâm nhập mặn với nồng độ lớn hơn 4g/l. Ước tính Việt Nam sẽ mất đi 2 triệu ha đất trồng lúa trong tổng số hơn 4 triệu ha hiện nay, đe dọa nghiêm trọng đến an ninh lương thực quốc gia (Đào Xuân Học, 2009). Ngoài ra, sự phát triển của các ngành kinh tế ồ ạt trong những năm qua dẫn đến nhu cầu nước cho các ngành kinh tế ngày càng tăng, lượng nước sử dụng cho nông nghiệp không còn được đảm bảo đầy đủ. Tác động của công tác quản lý khai thác nguồn nước một cách không hợp lý dẫn đến nguồn nước mặt, nước ngầm dần cạn kiệt. Mặt khác, dưới sức ép của sự gia tăng dân số cũng như quá trình hội nhập với khu vực và thế giới của nước ta được bắt đầu từ giữa thập kỷ 80 của thế kỷ trước và 2 nhất là từ khi gia nhập WTO thì nhu cầu về lương thực ngày càng tăng phục vụ cho nhu cầu trong nước và xuất khẩu. Nước ta đang phấn đấu đến năm 2020 cơ bản trở thành nước công nghiệp. Do vậy, các chuyên gia dự báo, những năm tới nhu cầu đất phi nông nghiệp tiếp tục tăng, diện tích đất trồng lúa bị chuyển đổi mục đích sử dụng sẽ rất lớn nếu không được bảo vệ. Các nhà khoa học cho rằng, phải kiểm soát chặt chẽ quỹ đất nông nghiệp, đặc biệt là đất trồng lúa để vừa đảm bảo việc làm cho nông dân, đảm bảo an ninh lương thực quốc gia. Những luận giải trên cho thấy, sản xuất nông nghiệp ở nước ta đang đứng trước những khó khăn không nhỏ khi phải đảm bảo một lượng lương thực lớn trong điều kiện thiếu quỹ đất nông nghiệp, đặc biệt là nguồn nước hạn chế. Trong bối cảnh như vậy, cần xây dựng những phương án sử dụng nguồn nước một cách hiệu quả, nâng cao năng suất đất và nước. Xây dựng quy trình tưới tiết kiệm nước tại mặt ruộng, quy trình vận hành hệ thống thủy nông và đặc biệt phải xem xét vấn đề nước hồi quy của hệ thống để có phương án sử dụng nước hiệu quả hơn. Do vậy “Nghiên cứu cơ chế nước hồi quy và vai trò của nó đới với hiệu quả sử dụng nước hệ thống thủy nông Cầu Sơn - Cấm Sơn” là cần thiết. II. Mục tiêu của đề tài Mục tiêu cơ bản của đề tài là xác định cơ chế, lượng nước hồi quy nhằm đánh giá hiệu quả sử dụng nước của hệ thống thủy nông Cầu Sơn - Cấm Sơn III. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu U3.1. Cách tiếp cận 1. Kế thừa có chọn lọc và bổ sung Tái sử dụng nước tưới đã được nghiên cứu tại nhiều nước trên thế giới và trong nước. Những kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng lượng nước hồi quy sau khi tưới là tương đối lớn và tùy vào từng hệ thống mà lượng nước này có thể sử dụng với mức độ khác nhau. Như vậy kế thừa có chọn lọc bổ sung sẽ giúp tác giả tận dụng được những nghiên cứu đi trước nhằm đánh giá những kết quả thực tiễn tại vùng nghiên cứu. [...]... bằng nước IV Kết quả dự kiến đạt được Xác định được cơ chế, lượng nước hồi quy và vai trò của sử dụng nước hồi quy đến hiệu quả sử dụng nước của hệ thống thủy nông Cầu Sơn - Cấm Sơn 5 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ SỬ DỤNG NƯỚC HỒI QUY TRÊN CÁC HỆ THỐNG THỦY NÔNG Khái niệm về nước hồi quy Có nhiều cách định nghĩa về nước hồi quy trên các hệ thống thủy nông, nhưng nhìn chung nước hồi quy được định nghĩa là nước. .. việc tái sử dụng nước thải là cần thiết và cấp bách Sự phát triển của các ngành công nghiệp tiêu tốn lượng nước rất lớn, nước thải ra thường không sử dụng được mà phải thông qua xử lý Do đó nghiên cứu về nước hồi quy trở nên phổ biến hơn nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng nước trong hệ thống Đối với nông nghiệp, thế giới cũng đã có nhiều nghiên cứu về hồi quy ngay trên hệ thống tưới Nhiều nghiên cứu đã chỉ... thống thủy lợi được phân thành hai loại: hồi quy mặt và hồi quy ngầm - Nước hồi quy mặt: được chảy xuống các hệ thống kênh tiêu, hồ, ao…sau đó sử dụng các trạm bơm lấy nước từ hệ thống này tưới lên vùng khác; - Nước hồi quy ngầm: Lượng nước này được hình thành chủ yếu do lượng nước thấm ổn định và liên quan nhiều vào đặc tính đất, mực nước ngầm Hệ số thấm của đất càng lớn, lượng hồi quy ngầm càng lớn và. .. lại vào nguồn nước mặt hoặc nước ngầm khi được xả ra sau điểm sử dụng và trở thành nguồn cho mục đích tiếp theo Đối với công nghiệp và sinh hoạt, loại nước này gọi là nước thải công nghiệp và nước thải sinh hoạt, loại nước thải này cần được xử lý trước khi sử dụng lại cho các mục đích khác nhau Nước hồi quy trong hệ thống thủy lợi đa số được sử dụng lại để tưới cho nông nghiệp Nước hồi quy trong hệ thống. .. hiện từ lâu Nghiên cứu của Giveson Zulu, Masaru Toyota, Shin-ichi Misawa chỉ ra rằng lượng nước đầu vào tại đầu mối có thể giảm mà hiệu quả sử dụng nước và diện tích cây trồng không cần giảm bằng việc sử dụng nước hồi quy để tưới Theo nghiên cứu lượng nước sử dụng hồi quy lại là 14.4%, 14.9% và 14.1% trong các năm từ 1991, 1992 và 1993 Tổng lượng nước Lượng nước đến Lượng nước hồi quy Mưa Ngày Hình 1.3... Những kết quả nghiên cứu về nước hồi quy trong hệ thống thuỷ lợi còn nhiều vấn đề cần làm rõ, nhất là các vùng châu thổ và vùng duyên hải, nơi có nhu cầu nước cho nông nghiệp rất lớn và vùng nước ngọt hạn chế Những vấn đề cần làm rõ là, lượng nước hồi quy cho vụ đông-xuân, hè-thu, vụ đông Cần tách lượng nước hồi quy từ nhu cầu dùng nước cho nông nghiệp với lượng dòng chảy cơ bản, cũng cần làm rõ cơ cấu... đánh giá lượng nước hồi quy mặt và hồi quy ngầm Trong phương trình cân bằng nước mặt ruộng đã đưa ra một số nhận xét như sau: - Vụ đông-xuân: hầu như không có hồi quy mặt mà chỉ có hồi quy ngầm, chiếm 5÷8% lượng nước cần cho cây trồng - Vụ h - thu: lượng nước hồi quy khá lớn, chiếm 30÷35% nhu cầu nước của cây trồng và chủ yếu là lượng nước hồi quy mặt, gồm cả lượng mưa vượt lượng mưa hiệu quả trừ lượng... thực tiễn Kết quả của những nghiên cứu trên thế giới đã được kiểm chứng qua nhiều nghiên cứu, đã được công bố trên nhiều tạp chí uy tín trên thế giới, trong nước chưa có nhiều những nghiên cứu về sử dụng nước hồi quy Do vậy, không thể khẳng định được rằng việc áp dụng một cách rập khuôn máy móc những kết quả nghiên cứu trên thế giới vào địa bàn nghiên cứu thuộc hệ thống Cầu Sơn - Cấm Sơn Việc kiểm... Nếu mực nước ngầm cao, nước hồi quy ngầm lớn và đóng góp ngay vào dòng chảy hạ lưu khu tưới Khi mực nước ngầm nằm sâu, nước hồi quy ngầm sẽ ra xa hơn và có thể chảy ra ngoài hệ thống Có thể minh họa về nước hồi quy cho mục đích nông nghiệp như sau: ET Q A D Hình 1.1 Không có nước hồi quy 6 ∆D ET Q Q+∆D ∆ET A ∆A Q-ET-∆ET Hình 1.2 Có nước hồi quy Trong đó: Q: Lượng nước đến A: Diện tích đất nông nghiệp... lượng vào và ra tại hệ thống đã xác định được lượng nước tiêu ra khỏi hệ thống: cụ thể tại hệ thống Nam Đuống cho thấy lưu lượng vào hệ thống là 1,2 triệu m3/ngày, sau khi sử dụng trong hệ thống nước thoát ra từ hệ thống kê tiêu ra ngoài P P là 0,14 triệu m3/ngày chiếm tỷ lệ 11,7% so với lượng nước vào P P Đoàn Doãn Tuấn và cộng sự, 2006, Sử dụng hai phương pháp tính toán lượng nước tưới: Mô hình S và . Mực nước dâng bình thường MNC : Mực nước chết 1 MỞ ĐẦU Tên đề tài: Nghiên cứu cơ chế nước hồi quy và vai trò của nó đối với hiệu quả sử dụng nước hệ thống thủy nông Cầu Sơn - Cấm Sơn. cân bằng nước. IV. Kết quả dự kiến đạt được Xác định được cơ chế, lượng nước hồi quy và vai trò của sử dụng nước hồi quy đến hiệu quả sử dụng nước của hệ thống thủy nông Cầu Sơn - Cấm Sơn. . nước hồi quy và vai trò của nó đới với hiệu quả sử dụng nước hệ thống thủy nông Cầu Sơn - Cấm Sơn là cần thiết. II. Mục tiêu của đề tài Mục tiêu cơ bản của đề tài là xác định cơ chế, lượng nước