SỔ TAY HIỆN ĐẠI HÓA HỆ THỐNG TƯỚI

Công trình tự thoát nước: tràn bên trên bờ kênh không có cánh cống trên đỉnh tràn khi được thiết kế đủ dài sẽ duy trì được mực nước trên kênh không vượt qua ngưỡng Một ví dụ dựa vào nguy

BAN QUẢN LÝ TRUNG ƯƠNG CÁC DỰ ÁN THỦY LỢI

DỰ ÁN HỖ TRỢ THỦY LỢI VIỆT NAM (VWRAP)

BAN QUẢN LÝ TRUNG ƯƠNG CÁC DỰ ÁN THỦY LỢI

DỰ ÁN HỖ TRỢ THỦY LỢI VIỆT NAM (VWRAP)

Hà Nội, 11-2012

i

MỤC LỤC

Lời nói đầu 1

Chương 1: Các khái niệm cơ bản và các bước thực hiện hiện đại hóa hệ thống tưới 7

1.1 Khái niệm về hiện đại hóa hệ thống tưới 7

1.2 Dịch vụ cho người dùng nước trong hiện đại hóa tưới 7

1.3 Chức năng hệ thống và đặc điểm chính của các hạng mục công trình 9

1.4 Khái niệm về vận hành và điều tiết hệ thống kênh 11

1.5 Hệ thống tưới truyền thống và hệ thống tưới được hiện đại hóa 13

1.6 Một số yêu cầu khi thực hiện Hiện đại hóa tưới 17

1.7 Các nguyên tắc của hiện đại hóa hệ thống tưới 18

1.8 Các bước thực hiện hiện đại hóa một hệ thống hiện có 19

Chương 2: Thiết kế kênh và công trình trên kênh theo hướng hiện đại hóa 23

2.1 Một số thông tin chung về thiết kế theo hiện đại hóa hệ thống 23

2.1.1 Nguyên tắc thiết kế theo hiện đại hóa 23

2.1.2 Cơ sở để thiết kế HĐHT 23

2.1.3 Lựa chọn phương án thiết kế hiện đại hóa cho hệ thống kênh 24

2.2 Thiết kế kênh 24

2.2.1 Các bước thiết kế kênh 24

2.2.2 Thiết kế hệ thống/tuyến kênh áp dụng điều tiết thượng lưu 25

2.2.3 Thiết kế hệ thống/tuyến kênh áp dụng điều tiết hạ lưu 25

2.2.4 Thiết kế kênh áp dụng hình thức điều tiết kết hợp (thượng lưu và hạ lưu) 26

2.2.5 Thiết kế lát kênh (kiến cố hóa kênh mương) 28

2.3 Thiết kế công trình trên kênh 31

2.3.1 Công trình điều tiết mực nước 31

1 Cống điều tiết dùng cửa van phẳng 31

2 Tràn đỉnh dài 32

3 Cải tạo điều tiết hiện có 35

4 Cống điều tiết dạng cửa lật (Flap gate) 36

2.3.2 Công trình điều tiết lưu lượng 38

1 Cống điều tiết có cửa van phẳng chảy dưới cửa cống 38

2 Tràn sự cố 38

3 Công trình chia nước theo tỷ lệ 39

4 Cống lấy nước với lưu lượng không đổi (Baffle distributor) 40

2.3.3 Cống điều tiết lưu lượng hoặc mực nước 41

2.3.4 Công trình đo lưu lượng 41

1 Một số thông tin chung về đo nước 41

2 Một số công trình chuyên dụng đo lưu lượng 43

3 Các thiết bị đo lưu lượng: 47

2.3.5 Công trình/thiết bị đo mực nước 48

ii

2.4 Lập Quy trình Vận hành và Bảo dưỡng (O&M) 49

Chương 3: Quản lý, Vận hành và Bảo dưỡng hệ thống kênh tưới (O&M) 51

3.1 Tổ chức quản lý hệ thống tưới 51

3.1.1 Các căn cứ pháp lý về quản lý, vận hành và bảo dưỡng công trình thủy lợi 51

3.1.2 Quản lý nhà nước về khai thác và bảo vệ công trình thủy lợi 51

1 Tổ chức quản lý nhà nước 51

2 Tổ chức quản lý vận hành, bảo dưỡng hệ thống kênh 51

3 Nội dung yêu cầu của vận hành, bảo dưỡng 51

3.1.3 Quản lý có sự tham gia (PIM) 52

1 Mục tiêu 52

2 Đối tượng tham gia 52

3 Nội dung tham gia 52

4 Hình thức tham gia 52

5 Tổ chức hợp tác dùng nước (HTDN) 53

6 Thực hiện chuyển giao quản lý tưới (IMT) 53

3.2 Phân phối nước trên hệ thống kênh 53

3.3 Vận hành hệ thống kênh tưới được hiện đại hóa 54

3.3.1 Nội dung và cơ sở vận hành hệ thống kênh 54

3.3.2 Yêu cầu cơ bản của vận hành hệ thống kênh 55

3.3.3 Vận hành công trình trên kênh 55

1 Vận hành công trình điều tiết 55

2 Vận hành cống lấy nước 57

3.3.4 Vận hành hệ thống kênh đã thiết kế theo hình thức điều tiết thượng lưu 58

3.3.5 Vận hành hệ thống kênh đã thiết kế theo phương pháp vận hành điều tiết hạ lưu 59

3.3.6 Phối hợp vận hành trên toàn tuyến kênh 60

3.3.7 Vận hành kênh cấp 1, 2 61

3.4 Bảo dưỡng kênh và công trình trên kênh 61

3.4.1 Mục đích của bảo dưỡng kênh và công trình 61

3.4.2 Bảo dưỡng kênh 61

3.4.3 Bảo dưỡng công trình 61

3.5 Theo dõi và đánh giá vận hành hệ thống kênh và công trình 62

3.5.1 Mục đích của theo dõi và đánh giá công tác vận hành hệ thống 62

3.5.2 Đánh giá hiệu quả công tác vận hành công trình 62

1 Quy trình đánh giá 62

2 Các bước đánh giá hiệu quả vận hành 63

3.6 Đào tạo, nâng cao năng lực về vận hành vào bảo dưỡng hệ thống kênh và công trình 64

3.6.1 Yêu cầu và đối tượng đào tạo, nâng cao năng lực 64

3.6.2 Các nội dung cần đưa vào chương trình đào tạo 65

Chương 4: Xây dựng 67

4.1 Phân chia gói thầu 67

iii

4.2 Tổ chức thi công 67

4.3 Lát kênh 68

4.4 Xây dựng tràn đỉnh dài 69

4.5 Thi công lắp đặt hệ thống SCADA 70

Chương 5: Hệ thống điều khiển có giám sát và thu thập số liệu (SCADA) 71

5.1 Giới thiệu chung về SCADA 71

5.2 Ứng dụng SCADA trong quản lý thủy lợi 71

5.3 Các mức độ hiện đại của SCADA cho các hệ thống thủy lợi 71

5.4 Cấu trúc của một hệ thống SCADA 72

5.4.1 Cấu trúc 72

5.4.2 Trạm làm việc 73

5.4.3 Hệ thống truyền tin 75

5.4.4 Trung tâm điều khiển 75

5.5 Các nguyên tắc làm việc 75

5.5.1 Giám sát 75

5.5.2 Điều khiển 76

5.5.3 Thu thập số liệu 76

5.6 SCADA trong Dự án VWRAP 76

5.7 Lộ trình ứng dụng SCADA 77

5.7.1 Ứng dụng SCADA đầu tiên 78

1 Đặt đầu bài cho SCADA 78

2 Các việc cần làm trước khi ứng dụng SCADA 78

5.7.2 Các bước tiếp theo 80

5.7.3 Nguyên tắc thiết kế có sự tham gia 80

5.8 Các yêu cầu về Vận hành & Bảo dưỡng hệ thống SCADA 81

5.9 Nâng cao năng lực về vận hành hệ thống SCADA 81

Chương 6: Bài học kinh nghiệm từ Dự án VWRAP 83

6.1 Một số thành quả đã đạt được của dự án VWRAP 83

6.2 Một số bài học kinh nghiệm từ dự án VWRAP 83

6.2.1 Bài học tổng quát 83

6.2.2 Các bài học về thiết kế 84

6.2.3 Các bài học về ứng dụng SCADA 87

6.2.4 Các bài học về Xây dựng 88

6.2.5 Các bài học về PIM 90

6.2.6 Các bài học về quản lý vận hành và bảo dưỡng hệ thống 90

6.2.7 Các bài học về Đào tạo nâng cao năng lực 91

Phụ lục 93

Phụ lục 1-1: Quy trình đánh giá nhanh (RAP) 93

Phụ lục 1-2: Một số điều quan trọng cần quan tâm khi tiến hành hiện đại hóa một hệ thống tưới hiện có 97

iv

Phụ lục 2-1: Các bước Thiết kế đập tràn đỉnh dài (dạng tràn mỏ vịt) 99

Phụ lục 2-2: Thiết kế máng đo lưu lượng kiểu Reploge (phần mềm Winflume) 106

Phụ lục 2-3: Một số nguyên tắc chính khi xác định các dạng công trình đo nước 108

Phụ lục 2-4: Một số máng đo lưu lượng dạng tràn thành mỏng 109

Phụ lục 2-5: Quan hệ giữa Lưu lượng và Cột nước của các máng đo lưu lượng 111

Phụ lục 3-1: Nội dung Lập kế hoạch sản xuất kinh doanh (KHKD) của IMC 112

Phụ lục 3-2: Tính toán nhu cầu nước cho hệ thống 118

Phụ lục 3-3: Ví dụ về xử lý và phân tích số liệu phân phối nước cho một đợt tưới 10 ngày 120 Phụ lục 3-4: Một số điều cần quan tâm khi vận hành các công trình điều tiết và cống lấy nước đầu

kênh trong các khoang chứa Error! Bookmark not defined

v

Các chữ viết tắt

Ký hiệu viết tắt Nghĩa của chữ viết tắt

NN&PTNT Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn

VWRAP Dự án Hỗ trợ thủy lợi Việt nam

KTCTTL Khai thác công trình thủy lợi

IMC Công ty trách nhiệm hữu hạn một thành viên quản lý khai thác công trình

thủy lợi; Công ty thủy nông O&M Vận hành và bảo dưỡng

1

SỔ TAY HƯỚNG DẪN HIỆN ĐẠI HÓA HỆ THỐNG KÊNH TƯỚI

Lời nói đầu

Trong nền kinh tế Việt nam, nông nghiệp đóng góp khoảng một phần tư GDP và thu hút đến hai phần ba lực lượng lao động, đóng vai trò rất lớn về mặt ổn định xã hội và xóa đói giảm nghèo

Trong sản xuất nông nghiệp nói chung và sản xuất lương thực nói riêng, nước là yếu tố cần thiết hàng đầu Do vậy, ngay từ trước cách mạng tháng Tám, một số hệ thống tưới lớn đã được xây dựng như Bái Thượng (Thanh Hóa), Đô Lương (Nghệ An), Cầu Sơn (Bắc Giang), Liễn Sơn (Phú Thọ), Đồng Cam (Phú Yên) vv…Sau cách mạng tháng Tám, đặc biệt là từ sau năm 1975, nhiều hệ thống tưới lớn nhỏ đã được đầu tư xây dựng để phục vụ sản xuất nông nghiệp, nhằm đáp ứng yêu cầu bảo đảm an toàn lương thực, tiến tới đẩy mạnh xuất khẩu, góp phần phát triển kinh tế của đất nước, nâng cao mức sống của nhân dân

Tính đến nay, khoảng 80% trong bảy triệu hecta đất canh tác tại Việt Nam mà đa phần trong

số đó là diện tích trồng lúa đã được trang bị cơ sở hạ tầng thủy lợi Các hệ thống tưới tiêu đã đóng góp phần rất đáng kể trong việc tăng trưởng của ngành nông nghiệp, đặc biệt là tăng sản lượng lương thực Tuy nhiên trong thực tế, chỉ có khoảng 50% diện tích canh tác trong các hệ thống thủy lợi được cấp nước một cách tương đối đầy đủ Phần còn lại thuộc diện không được tưới hoặc tưới bấp bênh, khi có khi không Thường trong một hệ thống tưới, phần diện tích ở đầu kênh nhận được quá nhiều nước, dẫn đến lãng phí nước và gây ra xói mòn đất đai Trong khi đó ở cuối kênh lại không có nước, nông dân phải sử dụng biện pháp tưới thủ công, lấy nước từ các kênh rạch tiêu hoặc các ao hồ, nguồn nước vừa thiếu vừa bị ô nhiễm Kết quả là năng suất cây trồng thấp và không ổn định, chi phí sản xuất tăng lên làm giảm thu nhập của nông dân

Có hai nguyên nhân chính của những tồn tại trên

Về mặt kết cấu hạ tầng, các hệ thống thường được thiết kế để có thể vận hành với toàn bộ công suất trong điều kiện nguồn nước dồi dào mà chưa xem xét đến việc vận hành ở chế độ nguồn nước không đủ cung cấp nên rất khó vận hành một cách linh hoạt trong mọi trường hợp Hầu như tất cả các hệ thống tưới tại Việt Nam đều được thiết kế theo kiểu kiểm soát lưu lượng bằng các cống điều tiết ngang với chế độ chảy dưới cánh cống vận hành bằng thủ công Kinh nghiệm trên thế giới cho thấy các hệ thống cửa van loại này rất khó vận hành do lưu lượng nước không ổn định; việc cung cấp nước không đồng đều và không đáng tin cậy

Ở các công trình này, người vận hành không có khả năng điều chỉnh thường xuyên để đáp ứng những thay đổi đột ngột về nhu cầu nước Ngoài ra, hệ thống thường không được đầu tư hoàn chỉnh và đồng bộ, phần nhiều thiếu các kênh cấp dưới, thiếu các công trình phân phối

và kiểm soát nước cũng như các trang thiết bị cho công tác vận hành

Về mặt quản lý vận hành, ngoài một số hạn chế về do thiết kế như đã nêu, nhiều hệ thống tưới chưa có quy trình vận hành và bảo trì đồng bộ và đầy đủ Hàng năm, các công ty quản

lý thủy nông (IMC) chưa có kế hoạch quản lý một cách toàn diện các mặt hoạt động của công ty Việc xã hội hóa công tác tưới với sự tham gia tích cực của người nông dân hầu như chưa được quan tấm Nguồn tài chính của IMC không đủ để đáp ứng các yêu cầu duy tu bảo dưỡng, sửa chữa kênh Kết quả là vòng luẩn quẩn của sự yếu kém trong công tác bảo dưỡng

và sự xuống cấp của các công trình cơ sở hạ tầng luôn diễn ra

2

Một số hệ thống tưới được tu bổ, sửa chữa thời gian qua chủ yếu tập trung vào việc phục hồi với mục tiêu đạt tới các tiêu chuẩn thiết kế ban đầu, mặc dầu các tiêu chuẩn này đã không còn phù hợp với yêu cầu hiện nay Trong khi đó việc quản lý, vận hành và bảo trì lại chưa chú ý đúng mức Điều này gây ra tình trạng các hệ thống thuỷ lợi hoạt động không hiệu quả và có hiệu suất đầu tư thực tế thấp

Trong tình hình phát triển kinh tế hiện nay, nước không chỉ là nhu cầu thiết yếu cho nông nghiệp mà còn là yếu tố không thể thiếu đối với nhiều ngành kinh tế khác Do vậy vấn đề tiết kiệm nước đang được được đặt ra thành một yêu cầu cấp bách, đặc biệt đối với nông nghiệp

là ngành hàng năm tiêu thụ khối lượng nước rất lớn thông qua dịch vụ tưới Có hai giải pháp chủ yếu để tiết kiệm nước Thứ nhất cần áp dụng cơ cấu cây trồng và phân bổ mùa vụ hợp lý; sử dụng các loại giống tiêu thụ ít nước và chịu hạn tốt Giải pháp thứ hai là cần hoàn chỉnh các hệ thống tưới theo hướng hiện đại cả về các cơ sở hạ tầng và tổ chức quản lý, tức

là hiện đại hóa hệ thống tưới Hiện đại hóa thực chất là đầu tư theo chiều sâu bằng cách áp dụng các biện pháp kỹ thuật và quản lý hiện đại để nâng cao diện tích được tưới của các hệ thống kênh, cùng với việc thay đổi nhận thức về nước, coi nước là một loại hàng hóa và tưới

là một loại dịch vụ trong sản xuất nông nghiệp Đầu tư vào các hệ thống tưới hiện có vừa ít phức tạp về mặt kỹ thuật, yêu cầu kinh phí không lớn (so với xây dựng mới) nhưng lại có tính ổn định và bền vững cao Điều này càng có ý nghĩa hơn vì như đã nói ở trên, ở Việt nam hiện nay, 80% đất canh tác nông nghiệp đã có các hệ thống tưới nmhwng các hệ thống này còn kém hiệu quả

Hiện đại hóa tưới là một quá trình bao gồm những thay đổi về các khái niệm, cách tiếp cận, thiết kế và quản lý vận hành liên quan đến những thay đổi về kỹ thuật và công nghệ, nhằm đáp ứng các yêu cầu về vận hành và bảo trì hệ thống tưới phục vụ đa mục tiêu Hội thảo của

Tổ chức Nông lương Liên hiệp quốc (FAO) về hiện đại hoá tưới (Bangkok 1996) đã thống

nhất định nghĩa hiện đại hoá tưới như sau: “Hiện đại hoá tưới là một quá trình nâng cấp về

kỹ thuật và quản lý (khác với khôi phục đơn thuần) các hệ thống kênh với mục tiêu cải thiện việc sử dụng các nguồn (lao động, nước, kinh tế, môi trường) và dịch vụ phân phối nước cho người dùng nước”

Ngân hàng Thế giới (WB) khi xem xét để viện trợ phát triển cho nông nghiệp Việt nam đã nhận ra ý nghĩa của việc hiện đại hóa tưới ở nước ta nên đã đồng ý đưa nội dung hiện đại hóa tưới vào thành một hợp phần của Dự án Hỗ trợ Thủy lợi Việt nam Dự án Hỗ trợ Thủy lợi Việt nam (tên viết tắt tiếng Anh là VWRAP), được WB tài trợ thông qua Hiệp định tín dụng phát triển (Khoản tín dụng số 3880-VN) ký kết giữa Hiệp hội Phát triển Quốc tế IDA của WB và Chính phủ Việt Nam vào ngày 19/08/2004 và có hiệu lực từ ngày 21/12/2004 Ngày đóng khoản vay là 31/12/2011

Mục tiêu chung của Dự án là nhằm khuyến khích các chương trình quốc gia về Hiện đại hóa

hệ thống thủy nông và An toàn đập với ba nội dung chính gồm (i) đẩy mạnh đa dạng hoá nông nghiệp và nâng cao hiệu suất thông qua việc hiện đại hoá các hệ thống thuỷ lợi, làm tăng thu nhập của hộ gia đình nông dân một cách bền vững và giảm hơn nữa tình trạng nghèo ở khu vực nông thôn; (ii) cải tiến các cơ chế quản lý thuỷ lợi theo lưu vực để qua đó quản lý hữu hiệu hơn nhu cầu về thuỷ lợi của các nhóm cạnh tranh sử dụng nước; và (iii) thiết lập các hệ thống quản lý an toàn đập một cách hữu hiệu nhằm nâng cao độ an toàn đập

và giảm bớt các rủi ro an toàn liên quan đến đập Như vậy, trong dự án VWRAP, cả khía

Với hợp phần hiện đại hóa tưới, cơ sở hạ tầng thuỷ lợi của sáu hệ thống tưới hiện có sẽ được nâng cấp để cung cấp nước được tin cậy, linh hoạt, hiệu quả và công bằng hơn Điều này sẽ đạt được nhờ cải tạo lại các kênh bị xuống cấp, lắp đặt các công trình, phương tiện mới để kiểm soát nguồn nước và đo lưu lượng, đồng thời xây dựng các kênh cấp nội đồng Độ an toàn của các đập cung cấp nước cho các hệ thống thuỷ lợi cũng được nâng lên nhờ áp dụng tiêu chuẩn lũ cao hơn và bổ sung các công trình, tăng cường trang thiết bị quản lý

Hợp phần này cũng nhằm cải thiện công tác quản lý các hệ thống tưới để các cơ sở hạ tầng mới được hiện đại hóa có thể sử dụng được một cách hiệu quả Mỗi công ty quản lý thuỷ nông (IMC) sẽ xây dựng và thực hiện các kế hoạch toàn diện về vận hành, bảo dưỡng và quản lý tài chính Một chương trình thuỷ lợi có sự tham gia (PIM) được xây dựng cho các khu mẫu của từng hệ thống và ở đây cũng sẽ thành lập các nhóm sử dụng nước (WUG) tham gia ký kết hợp đồng với các IMC về cung cấp dịch vụ, qua đó nâng cao trách nhiệm của các IMC

Hiện đại hoá cơ sở hạ tầng thuỷ lợi đi đôi với cải thiện năng lực quản lý hệ thống thủy lợi, nhằm cung cấp nhiều nước hơn cho các nhóm sử dụng ngày một đa dạng, từ tưới, nuôi trồng thủy sản, đô thị đến công nghiệp, góp phần phát triển kinh tế, nâng cao đời sống nông dân và xóa đói giảm nghèo

Thông qua dự án VWRAP, Ngân hàng Thế giới ngoài việc cung cấp nguồn tài chính còn tư vấn về phát triển chính sách và cung cấp chuyên môn quốc tế để hỗ trợ Việt Nam đáp ứng được các mục tiêu chiến lược của ngành Ngân hàng Thế giới có nhiều kinh nghiệm về các lĩnh vực liên quan đến thuỷ lợi và nguồn nước tại Việt Nam Đến năm 2003, Ngân hàng đã tài trợ 3 dự án về lĩnh vực này: Dự án Thuỷ lợi Dầu tiếng (Tài khoá 1978), Dự án Phục hồi Thuỷ lợi Miền Trung và thành phố Hồ Chí Minh (Tài khoá 1995), và Dự án Phát triển Thuỷ lợi Đồng bằng sông Cửu Long (Tài khoá 1999) và hiện nay đang tiếp tục tài trợ các dự án khác

Với kinh nghiệm trong việc hỗ trợ các dự án thủy lợi ở Việt nam cũng như ở nhiều nước trên thế giới, các cán bộ của Ngân hàng Thế giới sẽ mang những kinh nghiệm của mình để giúp Việt Nam nâng cấp cơ sở hạ tầng thuỷ lợi và các hệ thống quản lý Sự tham gia của Ngân hàng Thế giới cũng giúp đem đến những nguồn tài chính cần thiết để đầu tư cho ngành thuỷ lợi, ngành vốn có tầm quan trọng nhưng hàng thập kỷ qua đã không được đầu tư đầy đủ và nhiều hệ thống thuỷ lợi cần được cải tạo lại Đồng thời, Ngân hàng Thế giới thông qua Dự

án VWRAP cũng hỗ trợ Việt nam xây dựng các chương trình quốc gia về hiện đại hoá thuỷ lợi và an toàn đập, với hy vọng sẽ đem lại những tác động còn vượt xa ý nghĩa đầu tư xây dựng các công trình cơ sở hạ tầng thuỷ lợi cụ thể trong dự án một cách đơn thuần

4

Dự án bắt đầu được triển khai thực hiện đầu năm 2005 và và kết thúc vào cuối năm 2012 Đến nay các công việc đã hoàn thành, riêng hợp phần 1 đã nâng cấp, hiện đại hóa cho 6 hệ thống tưới lớn của Việt nam như nói ở trên Kết quả tích cực của hợp phần này sẽ được mô

tả trong Chương 6 của bản Hướng dẫn này

Dự án VWRAP là Dự án đầu tiên ở Việt nam giới thiệu và áp dụng các khái niệm “Hiện đại hóa tưới” và “An toàn đâp” Dự án VWRAP đã áp dụng các nội dung, các khái niệm trên một cách tương đối linh hoạt và có hiệu quả từ khâu điều tra khảo sát, thiết kế, xây dựng, quản lý vận hành và bao trì để thực hiện việc hiện đại hóa các hệ thống tưới và nâng cấp an toàn các đập thuộc Dự án Việc tổng kết quá trình thực hiện các nội dung trên sẽ được tiến hành nhằm đúc rút kinh nghiệm và các bài học để áp dụng cho các công trình, dự án sắp tới

cơ quan được giao nhiệm vụ biên soạn Sổ tay này

Sổ tay được biên soạn một mặt dựa trên cơ sở các văn bản pháp lý của các cơ quan Nhà nước, của Ngành, các quy chuẩn, tiêu chuẩn hiện hành của Việt nam, của một số nước tiên tiến và các tổ chức quốc tế - đồng thời dựa trên cơ sở kết quả và kinh nghiệm được rút ra từ việc thực hiện hợp phần Hiện đại hóa tưới thuộc Dự án Hỗ trợ Thủy lợi Việt nam

Những chỉ dẫn kỹ thuật trong Sổ tay Hiện đại hóa tưới này chủ yếu để áp dụng cho công tác hiện đại hóa các hệ thống kênh đã có Khi thiết kế hệ thống tưới mới cũng có thể tham khảo vận dụng những nội dung thích hợp

Sổ tay không phải là tiêu chuẩn hay quy phạm kỹ thuật mà là tài liệu tham khảo cho các công ty quản lý thủy nông (IMC), cán bộ quản lý tưới; các cán bộ quản lý Nhà nước về thủy lợi và nông nghiệp, các kỹ sư, cán bộ kỹ thuật làm công tác tư vấn thiết kế, giám sát và quản

lý chất lượng thi công hệ thống kênh; sinh viên học sinh các trường đại học, cao đẳng kỹ thuật và những ai quan tâm đến hiện đại hóa tưới

Với những thành công bước đầu và những bài học kinh nghiệm rút ra từ dự án VWRAP, hy vọng Sổ tay sẽ giúp cho việc hiện đại hóa các hệ thống tưới đang vận hành ở Việt nam, góp phần định hướng cho công tác xây dựng, thực hiện kế hoạch và quá trình hiện đại hóa, giải quyết đồng bộ các nội dung từ qui hoạch, thiết kế, đầu tư, xây dựng, quản lý, nhằm nâng cao chất lượng “dịch vụ” phân phối nước hiệu quả, kịp thời, chính xác, sử dụng nước tiết kiệm nhằm tăng năng suất cây trồng và giảm chi phí quản lý

Nội dung chính của Sổ tay bao gồm:

1 Lời nói đầu

2 Chương 1: Các khái niệm cơ bản và các bước thực hiện hiện đại hóa hệ thống

kênh tưới

3 Chương 2: Thiết kế kênh và công trình trên kênh theo hướng hiện đại hóa

4 Chương 3: Quản lý vận hành và bảo dưỡng hệ thống

5

5 Chương 4: Xây dựng

6 Chương 5: Điều tiết có giám sát và thu thập số liệu (SCADA)

7 Chương 6: Bài học kinh nghiệm từ dự án VWRAP

8 Phụ lục

Hiện đại hóa tưới là một khái niệm tương đối mới mẻ được đưa vào áp dụng tại Việt nam thông qua dự án VWRAP Đây là lần đầu tiên biên soạn một tài liệu về lĩnh vực này nên không khỏi có những thiếu sót và tồn tại Rất mong bạn đọc xa gần góp ý để chúng tôi tiếp tục hoàn thiên

Nhân dịp này Viện Khoa học Thủy lợi Việt nam bày tỏ sự cảm ơn đến lãnh đạo Bộ NN&PTNT, Ngân hàng Thế giới, Tổng cục Thủy lợi, Ban Quản lý Trung ương các Dự án Thủy lợi cùng các chuyên gia trong và ngoài ngành đã tham dự các hội thảo, đọc và góp ý cho bản thảo Sổ tay này

Tài liệu tham khảo

 Hồ sơ của dự án VWRAP và Hồ sơ thiết kế, thi công của các tiểu dự án thuộc dự án VWRAP

 Các tài liệu đào tạo về hiện đại hóa của dự án VWRAP do Viện Khoa học Thủy lợi Việt nam sử dụng trong hợp phần đào tạo cho dự án

 Một số tài liệu đào tạo về hiện đại hóa của trường đại học bách khoa California (USA)

 Burt, C and S Styles 1999 Modern water control and management practices in

irrigation Impact on Performance FAO Water report No 19 Điều tiết nước hiện đại và

thực hành quản lý tưới

 Burt, C 1999 Current canal modernization from an international perspective

Proceedings from USCID workshop: Modernization of Irrigation Water Delivery Systems Hiện đại hóa hệ thống kênh hiện trên quan điểm quốc tế Các bài trình bày tại Hội thảo USCID: Hiện đại hóa các hệ thống phân phối nước tưới

 Facon, T 1996 Modernization of irrigation systems: synthesis of country papers,

presented at the FAO expert consultation on Modernization of Irrigation Schemes: Past

experiences and future options Bangkok Hiện đại hóa các hệ thống tưới: tổng hợp các

bài trình bày của quốc gia, trình bày tại Hội thảo tham vấn chuyên gia của FAO về Hiện đại hóa các hệ thống tưới: Kinh nghiệm trong quá khứ và các lựa chọn trong tương lai Bangkok

 Facon, T [2002] Improving the irrigation service to farmers: a key issue in

participatory irrigation management FAO Regional Office for Asia and the Pacific

Under publication by the Asian Productivity Organization Cải thiện các dịch vụ tưới

cho nông dân: vấn đề quan trọng trong quản lý tưới có sự tham gia Văn phòng FAO

khu vực châu Á và Thái Bình Dương Theo công bố của Tổ chức Năng suất Châu Á

 Doorenbos, J 1977 (revised: 1992) Crop Water Requirements Nhu cầu nước của cây

trồng

6

 Plusquellec, H 2002 How design, management and policy affect the performance of

irrigation projects Emerging modernization procedure and design standards Thiết kế,

quản lý và chính sách ảnh hưởng như thế nào đến hiệu quả của các hệ thống thủy lợi Quy trình hiện đại hóa khẩn cấp và tiêu chuẩn thiết kế

 FAO Improving the operation of canal system Cải thiện công tác vận hành của các hệ

 FAO Rapid Appraisal Process (RAP) - Quy trình đánh giá nhanh

Thành viên của nhóm tư vấn chuẩn bị Sổ tay Hiện đại hóa hệ thống tưới

1 PGs Ts Nguyễn Tùng Phong – Nhóm trưởng

2 Ts Nguyễn Xuân Tiệp

3 Ths Đào Việt Dũng

4 Ths Trịnh Ngọc Lan

5 Ths Vũ Hải Nam

6 Ths Dương Đình Quang

Biên tập: Ths Đào Việt Dũng

Với sự trợ giúp của các cộng sự:

1 Ts Đặng Thế Phong

2 Ths Dương Quốc Huy

3 Ths Phạm Bảo Ngọc

4 Cn Nguyễn Thị Thắm

7

Chương 1: Các khái niệm cơ bản và các bước thực hiện hiện đại hóa hệ thống tưới

1.1 Khái niệm về hiện đại hóa hệ thống tưới

Theo định nghĩa về hiện đại hóa đã nêu trong phần Mở đầu, có hai khái niệm liên quan tới các kết quả hành động và là cốt lõi trong quá trình hiện đại hoá Khái niệm đầu tiên là nâng cấp công trình (phần cứng) và quản lý vận hành và bảo dưỡng (phần mềm) trong các hệ thống thủy lợi, chỉ ra các hoạt động được thực hiện, và hai là, cải thiện dịch vụ cung cấp nước, mục tiêu đạt được thông qua việc sử dụng hiệu quả các nguồn lực được huy động Mặc dù vận hành là một hoạt động sau xây dựng, liên kết chặt chẽ với chất lượng dịch vụ, và

do đó cải thiện các nguyên tắc của nó có thể được coi như là một phạm vi xuyên suốt mà quanh nó có các giải pháp về phần cứng và phần mềm khác hỗ trợ, được gọi là khuôn khổ cải thiện theo định hướng vận hành Hai khái niệm này, cùng với những mối quan tâm khác như các nguyên tắc, quy trình … của hiện đại hóa sẽ được thảo luận chi tiết trong các chương sau để đưa ra được cách nhìn sâu sắc về nhiệm vụ của hiện đại hóa tưới

1.2 Dịch vụ cho người dùng nước trong hiện đại hóa tưới

Quản lý theo hướng dịch vụ giữa nhà cung cấp dịch vụ và người sử dụng dịch vụ được mô tả trong Hình 1-1 Nhà cung cấp và người sử dụng dịch vụ trước tiên đồng thuận về những chi tiết cụ thể về dịch vụ phân phối nước (ở đâu, khi nào, như thế nào, bao nhiêu…) Nhà cung cấp sẽ cung cấp dịch vụ cho người sử dụng và nhận được thù lao cho dịch vụ được cung cấp Thông thường mức thù lao này được xem như hiệu quả của hệ thống trong việc đáp ứng nhu cầu của người sử dụng và phụ thuộc vào việc vận hành linh hoạt của hệ thống

Hình 1.1: Cách tiếp cận theo định hướng dịch vụ

Trong lựa chọn dịch vụ, người sử dụng có thể lựa chọn và thay đổi mức độ của dịch vụ phù hợp với nhu cầu của họ và nhà cung cấp dịch vụ sẽ phải kiểm soát các dịch vụ cung cấp tới các người dùng khác nhau Điều này có nghĩa là là thông tin giữa nhà cung cấp và người sử

- Mức độ công bằng: Mức độ đồng đều là tiêu chí cho thấy các khu tưới hay các hộ dùng

nước khác nhau trong cùng hệ thống có nhận được lượng nước theo đúng yêu cầu hay không

- Độ tin cậy: Độ tin cậy là tiêu chí đánh giá mức độ đảm bảo cấp nước đầy đủ đầy đủ,

đúng thời điểm và thời gian theo yêu cầu của người dùng nước

- Tính linh hoạt: Tính linh hoạt của một hệ thống thể hiện qua 3 yếu tố: 1) Tần số: số lần

tưới trong lịch tưới có thể điều chỉnh linh hoạt; 2) Lưu lượng: hệ thống có thể cung cấp lưu lượng một cách linh hoạt theo yêu cầu tưới cho các khu tưới; và 3) Thời lượng: là linh hoạt trong các thời đoạn cấp nước

Sự linh hoạt sẽ tránh cho cây trồng bị thiếu nước hoặc thừa nước gây lãng phí và gây xói mòn đất, đồng thời tránh gây ảnh hưởng đến các hoạt động khác

2) Về thông tin, trong hiện đại hóa hệ thống tưới thông tin hai chiều từ người cung cấp dịch

vụ tới người hưởng dịch vụ và ngược lại luôn đòi hỏi phải được đảm bảo chính xác và kịp thời

3) Về quyền sử dụng nước: đây là điểm then chốt giúp nâng cao hiệu quả sử dụng nước và giải quyết một cách hài hòa những mâu thuẫn giữa các nhà hoạch định chính sách, các nhà quản lý địa phương và những người hưởng dịch vụ Hệ thống chỉ có thể tồn tại một cách bền vững và hiệu quả khi quyền sử dụng nước được hiểu đúng nghĩa và được sử dụng đúng mục đích Người sử dụng nước có quyền yêu cầu người cung cấp nước thực hiện đầy đủ các cam kết về dịch vụ đã thỏa thuận (dựa theo Hợp đồng dịch vụ); người cung cấp dịch vụ tưới có quyền yêu cầu người sử dụng nước tuân thủ cam kết đã ký, sử dụng nước đúng mục đích đã thỏa thuận và trong trường hợp nguồn nước thiếu thì phải chấp nhận mức độ dịch vụ có thể của người cung cấp dịch vụ và tuân thủ theo kế hoạch phân phối nước được điều chỉnh của người cung cấp nước

Những mô tả trong phần trên cho thấy chất lượng dịch vụ trong quản lý nước được thể hiện thông qua mối quan hệ hai chiều giữa bên cung cấp và bên hưởng dịch vụ Dịch vụ chỉ có thể tồn tại và phát triển một cách bền vững khi có những giải pháp cải tiến về công trình và vận hành-bảo dưỡng (O&M), áp dụng từng bước công nghệ hỗ trợ ra quyết định và vận hành tiên tiến như SCADA, thực hiện những cải cách trong quản lý như PIM, IMT mà Sổ tay này

sẽ đề cập tới trong những phần sau

4) Các yêu cầu quan trọng về dịch vụ trong hiện đại hóa

i Mỗi người trong hệ thống, từ cán bộ/ công nhân vận hành trực tiếp trong hệ thống đến những cán bộ làm công tác quản lý ở các cấp đều phải nhận thức được mục tiêu của HĐH là “cung cấp dịch vụ tốt” Do vậy trước hết phải hiểu được khái niệm dịch

vụ là gì, đồng thời cũng luôn nhớ rằng, người sử dụng dịch vụ luôn luôn mong muốn được cung cấp dịch vụ với chất lượng càng cao càng tốt

9

ii Cần phải có những thay đổi để cải thiện phần cứng của hệ thống nhằm cung cấp dịch

vụ tốt hơn Tuy nhiên, những thay đổi phần cứng phải là kết quả của việc phân tích

kỹ lưỡng các yêu cầu dịch vụ Các hạng mục cải thiện, nâng cấp phần cứng có thể đơn giản như thay các cống điều tiết chảy dưới cửa van bằng các đập tràn đỉnh dài để kiểm soát mực nước, hoặc lắp đặt các thiết bị kiểm soát lưu lượng ở một số vị trí Ở một số trường hợp, có thể bổ sung các hệ thống thu thập số liệu, giám sát và kiểm soát từ xa hiện đại (SCADA) và tự động hóa Mức độ mong muốn về dịch vụ phân phối nước, khả năng ngân sách hiện tại và những hạn chế khác sẽ xác định quy mô các hạng mục nâng cấp, sửa chữa phần cứng hệ thống chứ không phải là ngược lại iii Cần phải có những thay đổi trong phần mềm (công tác quản lý và vận hành) của hệ thống Xây dựng kế hoạch của công ty quản lý thủy nông (IMC) bao gồm kế hoạch phân phối nước, vận hành và bảo trì, quản lý nhân sự, tài sản, tài chính vv… cũng như hệ thống thông tin liên lạc (giữa người vận hành và công ty, giữa người dân với cán bộ quản lý vận hành…) và lập quy trình vận hành, bảo trì…để kiểm soát và điều tiết nước để đáp ứng các mục tiêu dịch vụ yêu cầu

1.3 Chức năng hệ thống và đặc điểm chính của các hạng mục công trình

1 Chức năng của hệ thống và tính năng của các công trình

Các hệ thống thủy nông, dù truyền thống hay hiện đại, đều có chung chức năng là cấp nước cho các đối tượng dùng nước nằm trong phạm vi phục vụ của hệ thống Để thực hiện chức năng đó, hệ thống phải có các loại công trình có các tính năng như: thu nước, dẫn nước, phân phối nước, thu thập/truyền dẫn/xử lý thông tin,… Sự khác nhau giữa các hệ thống truyền thống và được hiện đại hóa chỉ là tính năng của các hạng mục công trình được sử dụng cho từng mục đích cụ thể Một khi các công trình có tính năng không phù hợp được thay thế bởi các công trình có cùng tính năng phù hợp hơn thì hiệu quả hoạt động của hệ thống hay chất lượng dịch vụ sẽ tăng Hiểu về chức năng, cấu trúc chung của hệ thống và phân biệt các công trình có cùng tính năng nhưng có hình thức và tác dụng khác nhau là cơ sở lựa chọn các chi tiết cho quá trình nâng cấp và hiện đại hóa hệ thống

Hình 1-3: Cống điều tiết trên kênh chính để điều tiết mực nước (hệ thống Dau Tiếng-Tây Ninh)

Hình 1-2: Cống lấy nước từ sông vào kênh chính

(hệ thống Cấm Sơn-Cầu Sơn)

Việc mực nước trên kênh chính thay đổi là điều khó tránh khỏi trong quá trình tưới nên những cống có độ nhạy cảm thấp rõ ràng sẽ ít bị ảnh hưởng hơn, công tác điều tiết nước sẽ đơn giản hơn và người vận hành không phải quá chú tâm vào theo dõi diễn biến trong hệ thống Đối với kênh dẫn, đầu vào là lưu lượng tại thượng lưu kênh và đầu ra là mực nước cần duy trì trên kênh nên kênh có mặt cắt hình thang khi mực nước đã đủ cao sẽ có độ nhạy cảm thấp hơn kênh có mặt cắt hình chữ nhật nên kênh dẫn hình thang có nhiều ưu điểm về mặt điều tiết nước hơn kênh dẫn hình chữ nhật

Điều đáng lưu ý là cần công trình có độ nhạy cảm thấp về mặt vận hành nhưng khi cần theo dõi lưu lượng thì lại cần công trình có độ nhạy cảm cao để chỉ một thay đổi nhỏ của mực nước tại điểm đo cũng cho phép ta có thể phát hiện ra những thay đổi về lưu lượng Đó là lý

do tại sao phải xây các máng đo lưu lượng có chế độ chảy tự do (có độ nhạy cảm cao với lưu lượng) trong khi đã có các công trình chảy ngập (có độ nhạy cảm thấp) ngay cạnh vị trí cần

đo

- Phương thức hoạt động

Đối với cống điều tiết hay cống đầu kênh, phương thức hoạt động theo cách tự điều chỉnh được trạng thái của nó hay tự thực hiện được những việc mà công tác vận hành cần thực hiện dựa trên nguyên lý thủy lực như dưới đây cần được quan tâm:

Hình 1-4: Cống lấy nước vào kênh cấp 2

(hệ thống Kẻ Gỗ)

Hình 1-5: Tràn sự cố trên kênh chính (hệ thống Cấm Sơn-Cầu Sơn)

11

i Cống tự hành điều tiết ổn định mực nước thượng lưu hay hạ lưu là cống tự thay đổi

độ mở cống dựa vào cơ chế liên kết cơ học giữa phao và bộ phận điều khiển độ mở cánh cống tự động

ii Công trình tự thoát nước: tràn bên trên bờ kênh không có cánh cống trên đỉnh tràn khi được thiết kế đủ dài sẽ duy trì được mực nước trên kênh không vượt qua ngưỡng

Một ví dụ dựa vào nguyên lý thủy lực khi áp dụng phương pháp điều tiết hạ lưu tức duy trì mực nước hạ lưu các điều tiết nằm dọc tuyến kênh ổn định, thông tin về trạng thái của hệ thống sẽ tự động truyền từ hạ lưu tới thượng lưu Giả sử như khi đoạn kênh cuối cùng đột ngột thiếu nước tức mực nước tại đây giảm so với bình thường, cống điều tiết ngay tại thượng lưu đoạn kênh đó sẽ mở để bổ xung nước cho đoạn kênh này và làm cho mực nước tại đoạn kênh kế tiếp đó giảm Cứ như thế việc giảm mực nước và mở cống điều tiết để lấy thêm nước sẽ tự động lan truyền từ hạ lưu hay từ đoạn kênh thiếu nước theo hướng từ hạ lưu lên thượng lưu tới điểm cuối cùng là cống lấy nước đầu kênh mà các nhà quản lý tại các công trình điều tiết khác nhau không cần thông báo cho nhau hay cho cấp quản lý cao hơn bằng bất kể phương tiện gì Cũng cần chú ý rằng cách điều tiết này chỉ áp dụng hiệu quả khi các cửa điều tiết vận hành tự động

1.4 Khái niệm về vận hành và điều tiết hệ thống kênh

Hệ thống có một số chức năng như đã nêu ở trên nhưng trong vận hành hệ thống thì chức năng điều tiết phân phối nước chính là chức năng quan trọng nhất

Vận hành hệ thống là thay đổi trạng thái thủy lực của hệ thống bằng cách thay đổi trạng thái vật lý của các công trình điều tiết và các công trình lấy nước từ đầu mối tới mặt ruộng để

thỏa mãn nhu cầu nước của các đối tượng sử dụng nước

Hình 1-6: Tràn đỉnh dài trên

kênh cấp 2 nhằm duy trì mực

nước ổn định (hệ thống Đá Bàn)

đề mấu chốt trong nâng cấp phần cứng và phần mềm

Có hai phương pháp vận hành hệ thống thường được áp dụng hiện nay là:

1) Vận hành theo lịch tưới: Theo phương pháp này, người quản lý lập sẵn lịch tưới cho cả

năm, cả vụ hay cho từng đợt tưới rồi thông báo cho người vận hành và người sử dụng Lịch tưới biểu thị lưu lượng cố định hay biến động theo thời gian mà chúng sẽ được khống chế tại

các điểm phân phối nước tại từng thời điểm

Phương pháp vận hành này giúp người sử dụng nước cũng như người vận hành chủ động về thời gian nhưng gặp khó khăn khi phải khắc phục những biến động không lường trước được của thời tiết cũng như của quản lý như thất thoát xuống kênh tiêu, tháo trộm nước, công trình

bị hỏng hay cần sửa chữa đột xuất…)

2) Vận hành theo nhu cầu dùng nước: đây là phương thức vận hành có tính linh hoạt cao

nhằm đáp ứng kịp thời các yêu cầu dùng nước ở hạ lưu ở bất kỳ thời điểm nào Tuy nhiên cách vận hành này đòi hỏi sự đồng bộ tốt về mặt công trình, về nguồn nước cũng như phương tiện phục vụ vận hành (thiết bị đóng mở cơ khí hóa, tự động hóa, thông tin, truyền thông, SCADA, )

Để thực hiện các phương pháp vận hành kênh như nêu ở trên có hai cách điều tiết là điều tiết

thượng lưu và điều tiết hạ lưu như mô tả dưới đây

- Điều tiết thượng lưu: là dạng điều tiết nhằm duy trì mực nước đủ cao để thực hiện phân

phối nước và giữ ổn định mực nước ở thượng lưu công trình điều tiết cho dù lưu lượng qua điều tiết thay đổi Việc điều chỉnh công trình điều tiết để thay đổi lưu lượng chảy qua cống được thực hiện từ thượng lưu đến hạ lưu của tuyến kênh Cao trình bờ kênh gần như song song với đường đáy kênh Vận hành công trình điều tiết thượng lưu có thể thực hiện phân phối nước theo kế hoạch đã lập sẵn (xem Hình 1-7-(a)) nhược điểm của phương pháp điều tiết thượng lưu là khó thỏa mãn nhu cầu nước ở cuối hệ thống, nhất là đối với những hệ thống có tuyến kênh dài nếu không quản lý tốt việc lấy nước ở phía thượng lưu của hệ thống (xem Hình 1-7-(c))

- Điều tiết hạ lưu: là dạng điều tiết nhằm giữ ổn định mực nước ở hạ lưu các cống điều

tiết Việc điều chỉnh công trình điều tiết để thay đổi lưu lượng chảy qua cống được thực hiện từ hạ lưu đến thượng lưu của tuyến kênh Cao trình bờ kênh ở khoảng giữa các công trình điều tiết hạ lưu là đường nằm ngang tạo thành các khoang chứa nước.Trong kênh luôn duy trì một lượng nước như là ao chứa nước, ngay cả khi cống điều tiết ngừng hoạt động, không tháo nước đi nên tránh lãng phí nước Đây là một lựa chọn để thay thế cho điều tiết thượng lưu nếu điều kiện cho phép, nhưng để thực hiện đòi hỏi có

sự đồng bộ cao về trang thiết bị vận hành, điều khiển và tự động hóa (xem Hình (b)) Hình thức điều tiết này thường áp dụng cho vận hành kênh theo nhu cầu dùng nước Khi đó không cần thiết phải lập lịch vận hành

Hình 1-7-(b): Điều tiết hạ lưu

Trữ nước khi nhu cầu giảm

Thể tích chứa hình nêm khi Q=0

Mực nước

Hướng vận hành

Mực nước cần duy trì

Hình 1-7-(a): Điều tiết thượng lưu

Thách thức khi cố gắng đáp ứng giữa

cung và cầu

Điều tiết thượng lưu

Cửa lấy nước

Hình 1-7-(c): Nhược điểm của điều tiết thượng lưu là khó đảm bảo nhu cầu nước ở cuối kênh

14

a) Thành phần của 1 hệ thống tưới truyền thống

Hình 1-8 là sơ đồ một hệ thống tưới truyền thống ở Việt nam hiện nay

b) Đặc điểm của hệ thống truyền thống

Hệ thống truyền thống thường có các đặc điểm cụ thể được tạo ra từ thiết kế, vận hành và cách quản lý "truyền thống" Thiếu sót của hệ thống truyền thống ở Việt Nam có thể là tương tự hoặc khác với các hệ thống hiện có ở những nơi khác trên thế giới và có một số đặc điểm chính như sau:

- Về thiết kế: thiết kế kênh và công trình trên kênh căn cứ khả năng nguồn nước, yêu cầu

nước lớn nhất cho cây trồng được quyết định từ diện tích tưới và cơ cấu cây trồng, các dạng tổn thất nước và cách vận hành (đồng thời hay luân phiên), cao trình ruộng đất cần tưới Do không tính đến các phương án yêu cầu dùng nước tăng cần thực hiện cấp nước

bổ sung, kích thước các tuyến kênh và công trình trên kênh thường được thiết kế cho tưới đồng thời Điều này sinh ra khó khăn cho các cán bộ vận hành áp dụng tưới luân phiên khi cần thiết

- Vận hành hệ thống: tuân theo các nguyên tắc xác định lưu lượng cần cấp cho vùng tưới

yêu cầu tùy theo từng điều kiện cụ thể Phương thức vận hành thay đổi theo lịch tưới, vận hành dựa nhiều vào các thông số thiết kế chưa phù hợp nên rõ ràng là không đảm

bảo đưa ra một quyết định “tối ưu”, dẫn đến những bất cập trong vận hành hệ thống

Ngoài ra còn có một số đặc điểm khác như sau:

- Đại bộ phận các hệ thống được thiết kế theo hình thức điều tiết thượng lưu, vận hành bằng thủ công nên thiếu chủ động và linh hoạt

- Các cấp kênh và công trình trên kênh không được xây dựng một cách đồng bộ, thiếu các công trình kiểm soát và phân phối nước, các công trình phục vụ quản lý vận hành

- Không được trang bị điện khí hóa-tự động hóa hoặc được trang bị ở mức độ thấp

Hình 1-8: Sơ đồ một hệ thống tưới truyền thống

Cống lấy nước

nước Cống lấy nước vào

kênh cấp dưới

Những đặc điểm trên đã đưa đến hậu quả như sau:

- Phân phối, cung cấp nước không công bằng (trên hệ thống thường xẩy ra hiện tượng trong cùng một thời gian có nơi thừa, có nơi lại thiếu nước; có nơi nước không vào được ruộng vì không có kênh )

- Cung cấp nước không đúng thời gian yêu cầu, không đúng số lượng; chất lượng

- Hiệu quả tưới không cao; lượng nước thất thoát lớn, gây lãng phí

- Kênh và công trình thường bị xuống cấp, năng lực phục vụ thấp, giảm tuổi thọ

2) Hệ thống tưới hiện đại

Trên thực tế không tồn tại một hệ thống kênh được hiện đại hoàn toàn, cũng không có hình mẫu cụ thể về để áp dụng hiện đại hóa các hệ thống kênh hiện có Tùy theo điều kiện tự nhiên và xã hội của khu tưới, đặc điểm cụ thể của hệ thống kênh và công trình cũng như khả năng về nguồn vốn đầu tư mà quyết định giải pháp công trình cũng như mức độ hiện đại hóa

Ví dụ các hệ thống tưới thuộc dự án VWRAP, việc hiện đại hóa mới mới tập trung cho các kênh chính, kênh cấp 1, 2 và hoàn chỉnh đến cấp mặt ruộng cho khoảng 25% diện tích được tưới Giữa các hệ thống, mức độ hiện đại hóa cũng khác nhau: hệ thống Đá Bàn không lắp SCADA, Kênh Đông Dầu Tiếng lắp SCADA có chức năng giám sát và điều khiển từ xa, trong khi đó SCADA các hệ thống còn lại chỉ ở mức độ giám sát từ xa mà thôi Nguyên nhân chủ yếu là do khó khăn về vốn đầu tư, mặt khác đây là lần đầu tiên áp dụng hiện đại hóa tưới nên Chính phủ và nhà tài trợ cũng muốn thực hiện từng bước, vừa làm vừa rút kinh nghiệm Một số điều về thiết kế thi công, phương pháp vận hành cũng như các giải pháp về

tổ chức quản lý cần phải được chú ý (xem Phụ lục 1-2)

Nói tóm lại, một hệ thống được được hiện đại hóa có một số đặc điểm chính như được mô tả dưới đây

(i) Phần cơ sở hạ tầng: Sơ đồ cơ bản của một hệ thống kênh được HĐH được biểu thị ở Hình 1-9

16

Một hệ thống tưới được đầu tư hiện đại hóa được nhằm hạn chế các khiếm khuyết của một

hệ thống tưới truyền thống với các đặc điểm sau:

- Hệ thống kênh được thiết kế và xây dựng đồng bộ, có tham vấn ý kiến của cơ quan quản lý tưới và người sử dụng nước, đảm bảo đủ khả năng cấp nước cho các hộ sử dụng về lưu lượng, mực nước và thời gian yêu cầu

- Hệ thống kênh nội đồng ngoài yêu cầu bố trí phù hợp với điều kiện địa hình, cố gắng kết hợp với địa giới hành chính để tiện cho công tác xã hội hóa tưới (lập các tổ chức dùng nước và chuyển giao quản lý tưới)

- Phương thức điều tiết hợp lý được lựa chọn cho hệ thống phù hợp với điều kiện địa hình và trình độ quản lý, tạo điều kiện tốt nhất cho việc điều tiết, phân phối nước

- Ngoài các công trình có ở hệ thống kênh truyền thống, hệ thống này còn được trang

bị thêm các công trình phân phối và kiểm soát mực nước gồm các công trình điều tiết

tự động hoặc bán tự động như tràn đỉnh dài, tràn đỉnh dài kết hợp cống xả (hỗn hợp); các cửa van tự động như cửa van AMILL, AVIS, AVIO…; công trình điều tiết kiểu cống phẳng điều kiển bằng điện khí hóa (được cải tiến từ công điều tiết thông thường)…Công trình đo lưu lượng gồm các máng đo, tràn đo, đo bằng lưu tốc kế vv…

- Hệ thống SCADA có thể được lắp đặt để hỗ trợ và tham gia vào quá trình quản lý, vận hành hệ thống để tăng khả năng phục vụ của hệ thống đến các đối tượng dùng nước

- Hệ thống kênh nội đồng thuộc sự quản lý của các tổ chức dùng nước như các hợp tác xã, hiệp hội dùng nước hoặc chủ trang trại vv…Hệ thống này bắt đầu từ điểm lấy nước và bao gồm kênh mương (đất hoặc được gia cố) và các công trình phân phối

Công trình điều tiết mực nước tự động

Cống lấy nước vào kênh cấp dưới với lưu lượng ổn định

Hình 1-9: Các công trình chính trên hệ thống kênh tưới được hiện đại hóa

17

nước Điểm lấy nước là vị trí chuyển giao nhiệm vụ quản lý giữa IMC và WUO, nằm trên đường biên thủy lực Tại điểm lấy nước có lắp đặt công trình đo nước do IMC quản lý

(ii) Phần tổ chức quản lý vận hành và bảo dưỡng được gọi là phần mềm bao gồm:

- Công ty quản lý khai thác hệ thống thủy lợi (IMC), các xí nghiệp hoặc trạm quản lý, các cụm (tổ) quản lý có đủ các cơ sở vật chất, phương tiện và nhân lực để quản lý vận hành hệ thống trên cơ sở chức năng nhiệm vụ được giao IMC quản lý, vận hành và bảo trì hệ thống theo Kế hoạch quản lý hàng năm của công ty và trên cơ sở Quy trình vận hành và

Bảo dưỡng do tư vấn thiết kế lập

- Các tổ chức dùng nước (WUO) bao gồm các hợp tác xã, tổ sử dụng nước (WUG) hoặc cao hơn là các hiệp hội sử dụng nước (WUA) Các tổ chức này là tổ chức kinh tế độc lập, chịu trách nhiệm quản lý và vận hành và bảo trì các kênh nội đồng đên các kênh cấp 2, 3 liên xã, thông qua hợp đồng với IMC Ngoài ra còn có thể kinh doanh nhiều dịch vụ khác Các hiệp hội sử dụng nước cớ thể cử đại diện tham gia hội đồng quản trị của IMC

Một hệ thống tưới được hiện đại hóa, ngoài việc hoàn thiện phần công trình hạ tầng (phần cứng), cần đặc biệt quan tâm đến công tác tổ chức quản lý (phần mềm) vì nếu phần mềm hoạt động không tốt thì việc đầu tư vào phần cứng sẽ không có tác dụng

1.6 Một số yêu cầu khi thực hiện Hiện đại hóa tưới

Hiện đại hóa tưới không chỉ giới hạn trong việc đầu tư các kỹ thuật phần cứng hay lát kênh cũng như trang bị các phần mềm hiện đại mà là một sự chuyển đổi cơ bản về quản lý tài nguyên nước Sự chuyển đổi này ngoài việc cải thiện phần cứng theo hướng kiểm soát và phân phối nước một cách công bằng, ổn định mà còn bao gồm việc thay đổi các qui định, thể chế liên quan đến quyền sử dụng nước, dịch vụ phân phối nước, sự hoạt động một cách có

kế hoạch của cơ quan quản lý hệ thống nhằm quản lý tốt các cơ sở hạ tầng, phát huy hiệu quả, kéo dài tuổi thọ công trình, duy trì và phát triển nguồn vốn được giao Do vậy khi thực hiện HĐHT cần lưu ý một số điểm như sau:

1 HÐH là một quá trình liên quan đến việc nâng cấp về kỹ thuật và công tác quản lý, vận hành của cả hệ thống Đặc điểm này khác và đối lập với khái niệm đơn thuần là

“khôi phục” (khôi phục là làm lại hay sửa lại công trình như nó đã đuợc xây dựng truớc đây) Chẳng hạn việc lát lại một đoạn kênh bị hỏng hay thay thế một cánh cống hỏng thì đơn thuần chỉ là “khôi phục”

2 Trong HÐH, các hạng mục sửa chữa nâng cấp nên đuợc xem xét để kết hợp với hiện đại hóa ở mức độ phù hợp với hiện trạng công trình và vốn có sẵn Ví dụ, khi sửa chữa nâng cấp một cống điều tiết cần cân nhắc giữa: (i) thay đổi hình thức điều tiết cho phù hợp yêu cầu vận hành theo yêu cầu HĐH hay chỉ cần thay thế một cánh cống mới; và (ii) thay hệ thống đóng mở thủ công hay bằng hệ thống đóng mở tự động với động cơ điện tại chỗ hoặc bằng hệ thống điều khiển từ xa vv…

3 Cải thiện dịch vụ phân phối nước là mục tiêu quan trọng nhất cần hướng tới của HĐH, do vậy mọi hoạt động đầu tư cho phần cứng và mềm đề phải hướng đến thỏa mãn yêu cầu này

6 HÐH không nhất thiết phải đòi hỏi việc sử dụng các thiết bị quản lý, vận hành hiện đại hay các phần mềm máy tính tinh vi mà yêu cầu sử dụng kiến thức, trình độ chuyên môn và khả năng phân tích, đánh giá hệ thống để đưa ra những lựa chọn và giải pháp phù hợp nhất cho “phần cứng” và “phần mềm” với mục tiêu cải thiện công tác phân phối nuớc một cách an toàn và kinh tế, công bằng, linh hoạt và tin cậy Từ

đó, thay đổi và cải thiện đuợc lưu luợng và dịch vụ phân phối nuớc, giảm sự lãng phí và tranh chấp nuớc

7 HĐH không chỉ cải thiện được công tác quản lý nước mà còn góp phần quản lý lưu vực sông tốt hơn về thời gian phân phối nước, lưu lượng và tổng lượng nước sử dụng cho các ngành kinh tế khác nhau cũng như cân bằng nước trong toàn lưu vực

1.7 Các nguyên tắc của hiện đại hóa hệ thống tưới

1) Luôn luôn suy nghĩ làm thế nào bất kỳ một thay đổi hoặc bổ sung các hạng mục công trình hay quản lý, vận hành sẽ cải thiện được DỊCH VỤ cho người nông dân;

2) Hiện đại hoá là một QUÁ TRÌNH không phải là một hạng mục hay hoạt động riêng lẻ;

3) Mỗi hệ thống có những đặc điểm và điều kiện riêng, và hầu hết các dự án đều có thể

có những tác động tốt khi thay đổi cả về “phần cứng” (cơ sở hạ tầng công trình) và

“phần mềm” (quản lý, vận hành);

Hình 1-10: Có nhiều bài học kinh nghiệm về lát kênh

6) Nắm vững các nguyên tắc cơ bản về kỹ thuật: i) Hiểu biết sâu về thuỷ lực; ii) Hiểu biết về lựa chọn các giải pháp công trình và phi công trình; iii) Đi thực địa đánh giá thực trạng hệ thống;

7) Cần thiết phải lập một kế hoạch phân phối nước trên toàn hệ thống và thử nghiệm kế hoạch đó để đánh giá việc phân phối nước trong toàn hệ thống trong điều kiện thủy lực dòng không ổn định và điều chỉnh kế hoạch cho phù hợp khi thấy cần thiết 8) Việc ứng dụng SCADA cần phải được nghiên cứu, đánh giá và xác định nhu cầu thực

tế một cách chi tiết Hiện nay có nhiều bài học kinh nghiệm về thất bại của việc ứng dụng hệ thống SCADA do áp dụng một cách máy móc

9) Sử dụng những hiểu biết, những nguyên lý thiết kế cơ bản và những nguyên tắc quản

lý hệ thống hiện đại để đưa ra các thiết kế HĐH công trình và kế hoạch quản lý, vận

hành càng đơn giản càng tốt

10) Luôn làm cho hệ thống được quản lý và vận hành một cách đơn giản đồng thời cần quan tâm đúng mức đến việc quản lý tưới có sự tham gia (PIM), thông qua việc chuyển giao quản lý tưới các kênh mặt ruộng và kênh liên xã cho các tổ chức sử dụng nước (WUO)

Hình 1.11: Các giải pháp HĐH càng đơn giản càng tốt

1.8 Các bước thực hiện hiện đại hóa một hệ thống hiện có

Bước 1: Đánh giá hiện trạng hệ thống Sử dụng quy trình Đánh giá nhanh (RAP), nhằm:

- Đánh giá mức độ của “dịch vụ” phân phối nước tại tất cả các cấp kênh trong hệ thống

- Phát hiện và đánh giá những hạn chế về hạ tầng (kênh, công trình trên kênh, vv…) và công tác quản lý, vận hành, vv…

Chi tiết về hướng dẫn thực hiện RAP có thể tham khảo trong Phụ lục 1-1 hoặc có thể tham

khảo trên trang Web: www.watercontrol.org hoặc www.fao.org

20

Bước 2: Xác định mục tiêu và xây dựng kế hoạch HĐH (ngắn hạn và dài hạn)

- Từ kết quả đánh giá nhanh (RAP) đưa ra quyết định cần phải làm gì trên cơ sở xác định các mức độ của dịch vụ tại các cấp kênh của hệ thống và kết quả tính toán cân bằng nước trong hệ thống

Bước 3: Tính toán lựa chọn phương án HĐH hệ thống

Như trên đã nói, để có thể lựa chọn được phương án hiện đại hóa hệ thống tối ưu nhất có thể, đơn vị tư vấn thiết kế cần đưa ra một số phương án kỹ thuật khác nhau đối với mục tiêu hiện đại hóa hệ thống đã được xác định

Việc tính toán lựa chọn phương án hiện đại hóa hệ thống cần có sự phối hợp chặt chẽ giữa chủ đầu tư, đơn vị tư vấn và các nhà quản lý, vận hành hệ thống cũng như nên có tham vấn đối với các đối tượng dùng nước để đảm bảo cho phương án được chọn hợp lý nhất về mặt

kỹ thuật, vốn đầu tư, thi công xây dựng cũng như công tác quản lý vận hành sau khi hoàn thành đầu tư hiện đại hóa Việc lựa chọn phương án HĐH phải phù hợp với yêu cầu và nguồn lực hiện có, phù hợp với kế hoạch phát triển trong tương lai

Một số công việc sau đây cần phải làm khi tính toán các phương án hiện đại hóa hệ thống:

i Tính toán yêu cầu cấp nước (lưu lượng, mực nước, thời gian và thời điểm cấp), khả năng cấp của (các) nguồn và tính toán cân bằng nước cho năm thiết kế và năm thiếu nước để có phương thức vận hành tưới phù hợp (luân phiên, đồng thời…), trên cơ sở

đó thiết kế kênh và công trình đáp ứng yêu thực tế đặt ra

ii Tính toán thủy lực hệ thống kênh các phương án ứng với các phương thức điều tiết khác nhau, mức độ HĐH, tự động hóa khác nhau

iii Tính toán thiết kế sơ bộ kênh và công trình trên kênh (bao gồm cả hệ thống SCADA nếu có) cho các phương án

iv Đánh giá các tác động môi trường, xã hội

v Tính toán vốn đầu tư và các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật khác của các phương án

vi Phân tích và đề xuất phương án chọn

Phương án chọn phải khẳng định được các nội dung sau:

- Hình thức điều tiết trên hệ thống (kênh chính và các kênh nhánh lớn)

- Mức độ hiện đại hóa

Nếu số lượng công trình, hạng mục công việc nhiều có thể vượt quá khả năng đầu tư hiện tại thì cần phải sắp xếp các công trình được đầu tư theo thứ tự ưu tiên theo tầm quan trọng và sự cần thiết

Lưu ý rằng: tùy thuộc vào hiện trạng của hệ thống về mặt công trình và quản lý, vận hành

và mức độ HĐH đặt ra mà khi lập kế hoạch HĐH có thể thực hiện toàn bộ các công việc nêu trên hoặc có thể chỉ thực hiện một số nội dung nào đó Ví dụ: trong dự án VWRAP, các hệ thống Yên Lập (Quảng Ninh), hệ thống Kẻ Gỗ (Hà Tĩnh) đã áp dụng hầu hết các hạng mục công việc nêu trên nhưng đối với phần Kênh Đông – Củ chi do CT TNMTV QL-DV TL TP

Hồ Chí Minh quản lý đã có hệ thống kênh khá hoàn chỉnh, các điều tiết và cống lấy nước lớn

đã được vận hành bằng điện thì công việc hiện đại hóa không cần phải thực hiện tất cả các bước trên mà tập trung vào việc hiện đại hóa điều hành hệ thống bằng SCADA

21

Căn cứ theo khả năng nguồn vốn đầu tư để lập thứ tự ưu tiên cho các hạng mục được hiện đại hóa cả về phần công trình và phần quản lý, vận hành và duy tu bảo dưỡng

Một số gợi ý sau đây có thể áp dụng khi lập thứ tự ưu tiên:

i Các thay đổi nhỏ (có chi phí thấp) nhưng có hiệu quả lớn bao gồm cả phần cứng và phần mềm

ii Các công trình, thiết bị giúp cho công tác quản lý vận hành hệ thống được đơn giản, dễ vận hành, giảm được chi phí và nhân lực (ví dụ lắp đặt các máy đóng mở bằng điện thay cho vận hành thủ công, xây dựng các công trình điều tiết mực nước hoặc lưu lượng tự động)

iii Cần chú trọng ưu tiên nâng cấp và hiện đại hóa hệ thống kênh chuyển nước, các công trình điều tiết rồi đến các công trình khác

iv Các công trình đo đếm để có thể giám sát được mức độ sử dụng nước trên toàn hệ thống và tới từng hộ dùng nước

Hình 1-12: Tạo thêm hai tràn bên sẽ

giúp ổn định mức nước và giảm được

công vận hành cống điều tiết

Bước 4: Thiết kế kênh và công trình trên kênh đáp ứng được các yêu cầu về vận hành để đáp

ứng được dịch vụ theo kế hoạch hiện đại hóa đã đề ra

Bước 5: Thực hiện kế hoạch từng bước nhằm nâng cao dần hiệu quả phân phối nước

- Sắp xếp các loại công việc theo nhóm ưu tiên theo: (i) Về hạ tầng (kênh và công trình); và (ii) Về công tác quản lý, vận hành

- Tổ chức đào tạo và thi công công trình

Bước 6: Lập quy trình vận hành và bảo dưỡng hệ thống theo yêu cầu HĐH Xây dựng kế

hoạch quản lý hàng năm của công ty quản lý và khai thác công trình (IMC)

Bước 7: Theo dõi và đánh giá hệ thống theo hệ thống tiêu chí định chuẩn (Benchmarking)

Tóm lại:

Thiết kế và quản lý dự án thủy lợi thường phức tạp, mỗi dự án có những điểm hạn chế riêng Những người quản lý, tư vấn thiết kế cần hiểu toàn diện về HĐH để đưa ra chiến lược và các lựa chọn phù hợp cho công tác hiện đại hóa hệ thống

22

23

Chương 2: Thiết kế kênh và công trình trên kênh theo hướng hiện đại hóa 2.1 Một số thông tin chung về thiết kế theo hiện đại hóa hệ thống

2.1.1 Nguyên tắc thiết kế theo hiện đại hóa

1 Trong quá trình khảo sát, thiết kê và xây dựng, cần có sự tham vấn của các đối tượng

có liên quan như các nhà quản lý, vận hành hệ thống, các hộ, tổ chức sử dụng nước từ hệ thống Thiết kế HĐHT cần tạo điều kiện việc quản lý tưới có sự tham gia (PIM)

2 Việc thiết kế phải đảm bảo tính hiệu quả, kinh tế, an toàn, ổn định và dễ vận hành; thỏa mãn yêu cầu của hiện đại hóa tưới là phân phối nước một cách công bằng, ổn định, tin cậy và linh hoạt theo yêu cầu của các dịch vụ cung cấp nước hiện tại và trong tương lai (bao gồm yêu cầu về mực nước, lưu lượng và thời gian cấp); đồng thời tạo điều kiện để tiếp tục hiện đại hóa ở mức độ cao hơn khi có điều kiện

3 Lựa chọn được phương thức điều tiết phù hợp với điều kiện địa hình và đảm bảo yêu cầu HĐHT và các yêu cầu kinh tế kỹ thuật khác

4 Hình thức, quy mô và vị trí công trình trên kênh phải phù hợp với phương thức điều tiết đã lựa chọn; kết cấu đơn giản; xây dựng, quản lý vận hành dễ dàng và hiệu quả, đảm bảo việc điều tiết chính xác về lưu lượng và mực nước theo yêu cầu của hiện đại hóa

5 Nên chú ý tận dụng cải tạo các công trình hiện có theo thiết kế hiện đại hóa để có để giảm chi phí và thời gian xây dựng

6 Xem xét để lắp đặt và sử dụng hệ thống SCADA với quy mô hợp lý khi có điều kiện; lắp đặt các các thiết bị điện khí hóa hoặc tự động ở những nơi phù hợp để giúp cho việc giám sát, điều hành theo hướng HĐH một cách dễ dàng thuận lợi, phát huy tốt hiệu quả công trình

7 Việc thiết kế kênh và các công trình phải tuân theo các quy chuẩn, tiêu chuẩn thiết kế hiện hành của Nhà nước và ngành, trường hợp là công trình mới chưa có tiêu chuẩn trong nước thì có thể tham khảo các tiêu chuẩn nước ngoài theo danh mục các tiêu chuẩn đã được Bộ Xây dựng cho phép

8 Lập Quy trình vận hành và duy tu bảo dưỡng phù hợp với kết cấu của hệ thống kênh

và công trình trên kênh sau khi được hiện đại hóa và thuận lợi cho việc sử dụng

2.1.2 Cơ sở để thiết kế HĐHT

Việc thiết kế HĐH hệ thống tưới cần dựa trên các cơ sở sau đây:

1 Các tài liệu về tự nhiên, kinh tế, xã hội thu thập được như: các đặc điểm địa hình địa chất, khí hậu, khí tượng thủy văn, thủy triều tình hình dân sinh, kinh tế, xã hội; Kế hoạch phát triển kinh tế, xã hội của khu hệ thống đang phục vụ; vv…

2 Kết quả điều tra, khảo sát đánh giá hiện trạng công trình của hệ thống tưới (phần cứng) và công tác tổ chức quản lý vận hành và bảo dưỡng hệ thống (phần mềm)

3 Mục tiêu và nhiệm vụ của hệ thông tưới

4 Kế hoạch chuyển giao quản lý tưới trước mắt và trong tương lai của khu tưới

24

5 Các yêu cầu cấp nước hiện tại và trong tương lai gồm cấp nước nông nghiệp (diện tích cách tác, chủng loại và thời vụ cây trồng) yêu cầu cấp nước cho công nghiệp, sinh hoạt, môi trường, thủy sản vv … gồm lưu lượng, thời gian cấp và mực nước yêu cầu

6 Yêu cầu quản lý, vận hành, bảo dưỡng một cách có hiệu quả hệ thống kênh và công trình theo hướng hiện đại hóa

7 Điều kiện kinh tế, kỹ thuật và khả năng đầu tư cho hiện đại hóa

8 Các văn bản pháp luật liên quan, các quy chuẩn, tiêu chuẩn, quy định hiện hành liên quan đến thiết kế, xây dựng, quản lý vận hành và bảo trì hệ thống tưới

2.1.3 Lựa chọn phương án thiết kế hiện đại hóa cho hệ thống kênh

Trước khi bắt đầu bước thiết kế cho hiện đại hóa hệ thống kênh, việc xác định phương án thiết kế là rất quan trọng Như đã được nêu trong phần 1.5, phương án hiện đại hóa được lựa chọn trong Bước 3 của các bước thực hiện hiện đại hóa

Trong phương án được chọn cần xác định rõ về khả năng về nguồn nước, cách thức điều tiết của hệ thống và/hoặc của từng tuyến kênh cụ thể được chọn (nếu chỉ hiện đại hóa cho một phần của hệ thống), các loại công trình dự kiến đưa vào hệ thống để đáp ứng mục đích điều tiết cũng như khả năng cải tiến cho công tác vận hành, tính khả thi về mặt kỹ thuật, tài chính,

về thi công cũng như khả năng trợ giúp cho việc thay đổi về mặt vận hành, bảo dưỡng và thay đổi về tổ chức quản lý tưới sau khi hệ thống được cải tạo, nâng cấp và hiện đại hóa Trong các phần sau của chương này sẽ giới thiệu một số bước, các dạng thiết kế kênh và công trình trên kênh thường được áp dụng khi tiến hành hiện đại hóa một hệ thống kênh tưới cũng như các ưu, nhược điểm của chúng Tùy theo điều kiện cụ thể có thể áp dụng toàn bộ hoặc lựa chọn một số hình thức thiết kế phù hợp cho phương án được chọn

2.2 Thiết kế kênh

2.2.1 Các bước thiết kế kênh

Như đã nêu ở phần trên, thiết kế kênh được quyết định bởi mức độ, phương án hiện đại hóa được lựa chọn trong đó phương thức điều tiết của hệ thống, của từng tuyến kênh sẽ quyết định giải pháp kỹ thuật trong thiết kế

Các bước tiến hành khi thiết kế kênh theo phương án hiện đại hóa được chọn:

1 Căn cứ vào sơ đồ bố trí kênh và công trình trên kênh, kết quả tính toán thủy lực hệ thống kênh của phương án chọn, tính toán xác định kích thước mặt cắt ngang, định cao độ đáy kênh vv…,

2 Thiết kế các giải pháp gia cố kênh

3 Lập mặt cắt dọc kênh các cấp

Việc thiết kế kênh sẽ áp dụng các phương pháp và quy trình thiết kế theo các tiêu chuẩn và quy chuẩn nhà nước hiện hành (ví dụ: QCVN 04-02:2010/BNNPTNT- Thành phần, nội dung hồ sơ thiết kế kỹ thuật và thiết kế bản vẽ thi công công trình thuỷ lợi; QCVN 04 - 05 : 2012/BNNPTNT - Công trình Thủy lợi-Các quy định chủ yếu về thiết kế.; TCVN 8305-2009: Công trình thủy lợi-Kênh đất-Yêu cầu kỹ thuật trong thi công và nghiệm thu )

25

2.2.2 Thiết kế hệ thống/tuyến kênh áp dụng điều tiết thượng lưu

Đối với việc thiết kế chi tiết kênh điều tiết thượng lưu thì áp dụng theo các bước và phương pháp thiết kế đã được nêu trong các quy trình quy phạm về thiết kế kênh đã ban hành Chú ý rằng:

- Cần bổ sung các công trình theo yêu cầu hiện đại hóa hoặc có cải tạo các công trình hiện có để nâng cao hiệu quả phục vụ của hệ thống

- Khi tính toán thủy lực kênh phải tính đến sự có mặt của các công trình đó Đặc biệt chú ý đến sự thay đổi của mực nước qua các công trình trên kênh của phương án hiện đại hóa được chọn để nếu cần thì điều chỉnh số lượng, vị trí và chủng loại công trình cho phù hợp với đầu nước đã có

2.2.3 Thiết kế hệ thống/tuyến kênh áp dụng điều tiết hạ lưu

Trên thế giới, hình thức kênh điều tiết hạ lưu thường được áp dụng cho các hệ thống tưới hiện đại, có các cửa điều tiết tự động tại chỗ hoặc điều khiển trung tâm Hệ thống có thể cung cấp nước rất nhanh và linh hoạt theo yêu cầu của người sử dụng

Do loại hình điều tiết này có thể đáp ứng nhanh cho các yêu cầu nước đột xuất ở phía hạ lưu (đáp ứng theo yêu cầu), cho nên kênh cho loại hình điều tiết này thường phù hợp cho các hệ thống có khu tưới có địa hình bằng phẳng

Để thiết kế cải tạo kênh theo hình thức điều tiết hạ lưu, có 2 trường hợp được xem xét tới: a) Kênh trong loại hình này được thiết kế theo dạng một loạt các đoạn kênh nối tiếp nhau có đỉnh bờ kênh nằm ngang (xem Hình 2-1)

Điều kiện áp dụng: chỉ nên áp dụng hình thức này khi tuyến kênh có độ dốc đáy rất nhỏ (<0.0001) Điều kiện này nhằm giảm chi phí đầu tư xây dựng/cải tạo nâng bờ kênh Kinh nghiệm trên thế giới cho thấy rằng, xét về mặt kinh tế, khi thiết kế cải tạo kênh dạng này thì bờ kênh cần nâng cao không nên vượt quá 15cm/km Khi đó mỗi đoạn kênh sẽ hoạt động như một khoang chứa nhỏ khi các cống điều tiết được đóng lại Các cống điều tiết có thể ở dạng điều khiển tự động tại chỗ hoặc điều khiển từ xa, hoặc điều khiển bằng điện một cách dễ dàng Khi tính toán thiết kế cho từng đoạn kênh thì phải xác định mực nước khống chế của kênh cấp trên phải cao hơn mực nước các kênh cấp dưới nằm giữa hai công điều tiết một khoảng tối thiểu bằng tổn thất qua cống khi lấy lưu lượng thiết kế nhằm đảm bảo cống có thể lấy nước được lưu lượng theo yêu cầu

Hình 2-1: Thiết kế cho kênh áp dụng điều tiết hạ lưu

c) Một số lưu ý khi thiết kế kênh áp dụng điều tiết hạ lưu:

- Đây là một lựa chọn để thay thế cho điều tiết thượng lưu nếu điều kiện địa hình, trang thiết bị vận hành và kinh phí cho phép

- Hệ thống đòi hỏi mức độ cao về tự động hóa điều khiển, vận hành, giám sát và thông tin liên lạc Hệ thống SCADA và các công trình điều tiết tự động đóng vai trò rất quan trọng trong điều tiết hạ lưu

- Một số hệ thống tưới đang áp dụng điều tiết thượng lưu có điều kiện địa hình dốc và công trình hiện tại khó cải tạo thì khó có thể chuyển sang điều tiết hạ lưu được

- Vấn đề giao thông trên bờ kênh sẽ gặp đôi chút khó khăn khi thiết kế bờ kênh nằm ngang do bờ kênh từng đoạn không bằng nhau Trong trường hợp này tại đoạn kênh có bố trí cống điều tiết có thể làm một đoạn chuyển tiếp có độ dốc hợp lý để khắc phục

2.2.4 Thiết kế kênh áp dụng hình thức điều tiết kết hợp (thượng lưu và hạ lưu)

Sự kết hợp này có thể áp dụng ở những hệ thống có điều kiện cho phép, nhất là những hệ thống có tuyến kênh chính dài, địa hình thay đổi, yêu cầu cấp nước ở hạ lưu cần linh hoạt, kênh có thể chuyển đổi sang điều tiết hạ lưu được, nhu cầu cấp nước lớn mà khả năng điều tiết thượng lưu khó đáp ứng được về thời gian và lưu lượng

Ví dụ về hình thức kết hợp này được thể hiện như trong Hình 2-2

Một số hệ thống có thể áp dụng điều tiết hạ lưu ở kênh chính và điều tiết thượng lưu ở kênh cấp dưới hoặc ngược lại tùy theo điều kiện địa hình và công trình cho phép (ví dụ như hệ thống Dầu Tiếng trong dự án VWRAP)

Hình 2-2: Ví dụ về thiết kế kênh vận hành kết hợp 2 loại hình điều tiết

27

Điểm mấu chốt trong hình thức kết hợp này là có hồ điều hòa nhằm điều tiết cấp nước cho phần hạ lưu của hệ thống khi nguồn nước cấp từ thượng lưu đến cần phải có thời gian di chuyển dài

Đây là hình thức chứa nước dự trữ trên hệ thống ở những nơi có thể nhằm trữ nước lại trong

hồ điều hòa khi phần diện tích tưới phía sau của hồ đã lấy đủ nước Nước trữ trong hồ sẽ được sử dụng đưa vào hệ thống để cấp nước khi có các yêu cầu nước đột xuất ở hạ lưu nhưng nước đưa từ nguồn về cần phải mất một thời gian nhất định Hình thức này có thể giúp rút ngắn thời gian tưới của toàn hệ thống và tăng khả năng linh hoạt và đảm bảo độ công bằng trong phân phối nước Ngoài ra, nếu có nhu cầu dùng nước nhỏ ở hạ lưu của hệ thống thì có thể chỉ cần dùng nước từ hồ điều hòa mà không phải điều tiết nước từ đầu kênh chính, qua đó tiết kiệm nước một cách đáng kể

Khi thiết kế hồ điều hòa có 2 dạng có thể áp dụng:

Dạng thứ nhất:

Hồ điều hòa có thể sử dụng các ao hồ tự nhiên hoặc hồ nhân tạo có khả năng chứa được lượng nước khá lớn đủ khả năng đáp ứng một phần đáng kể cho nhu cầu nước ở nửa cuối hệ thống Ở các nước tiên tiến hồ điều hòa được xây dựng đa mục tiêu, vừa làm nhiệm vụ cấp nước cho hệ thống tưới vừa nuôi trồng thủy sản, vừa là khu vui chơi giải trí, tổ chức các sự kiện thể thao ở địa phương, cấp nước cho sinh hoạt, góp phần cải tạo môi trường… Khi thiết kế hồ điều hòa có thể chú ý áp dụng tương tự nếu điều kiện cho phép Cố gắng đa dạng hóa mục tiêu sử dụng của hồ, tạo nguồn lợi để bổ sung cho vận hành và bảo dưỡng hệ thống Thông thường hồ điều hòa được xây dựng ở vị trí khoảng từ giữa tới 2/3 của tuyến kênh (thường là kênh chính hoặc kênh cấp 2 lớn) ở các hệ thống có tuyến kênh dài, thời gian đưa nước từ nguồn tới cuối hệ thống cần nhiều thời gian

Thiết kế hồ điều hòa không có yêu cầu đặc biệt nào mà chủ yếu phụ thuộc vào điều kiện có thể tạo ra được lòng hồ và ở vị trí phù hợp cho việc cấp nước vào hệ thống

Có một vài chú ý cần quan tâm khi thiết kế xây dựng hồ điều hòa:

- Khi vị trí xây dựng hồ có mực nước trong hồ cao hơn mực nước thiết kế trong kênh thì việc cấp nước cho hồ (thường là lấy nước từ kênh chính) được thực hiện bằng trạm bơm

và có cống xả nước tự chảy cấp trở lại cho hệ thống Ngược lại, nếu hồ ở vị trí thấp hơn

so với tuyến kênh thì việc lấy nước vào hồ sẽ là cống lấy nước (có cửa van điều tiết) và cấp nước lại hệ thống bằng trạm bơm hoặc dẫn nước tự chảy về điểm nào đó ở phía hạ lưu

- Hồ cần thiết kế có hệ thống tiêu khi cần thiết, tránh để nước thải đổ vào hồ

- Nên chú ý đến bảo vệ môi trường xung quanh hồ

- Nếu đất lòng hồ thuộc loại có độ thấm cao thì nên thiết kế chống thấm Ví dụ có thể dùng đất có hàm lượng sét cao để làm đáy và bờ hồ hoặc áp dụng màng chống thấm Geo-membrance

Dạng thứ hai:

Có thể cải tạo tuyến kênh hay đoạn kênh thành các khoang chứa nước bằng cách mở rộng mặt cắt nếu điều kiện địa hình, địa chất và kinh tế cho phép Với cách áp dụng này, các

28

phương án thiêt kế và lựa chọn theo cách so sánh về kinh tế-kỹ thuật cho phương án hợp lý nhất

2.2.5 Thiết kế lát kênh (kiến cố hóa kênh mương)

Lát kênh, theo định nghĩa về hiện đại hóa, không phải là một yêu cầu của hiện đại hóa nhưng

nó giúp cho kênh (đặc biệt là các kênh đã bị xuống cấp) có thể đảm bảo chuyển tải lưu lượng theo thiết kế một cách an toàn, đáp ứng nhanh hơn dịch vụ cấp nước cho các đối tượng dùng nước

1 Mục đích của lát kênh:

(1) Chống thấm và rò rỉ gây mất nước,

(2) Bảo vệ bờ và đáy kênh tránh xói và sạt lở bờ,

(3) Cải thiện điều kiện thủy lực của kênh, giảm độ nhám, tăng lưu lượng kênh, (4) Làm sạch kênh, tránh người, súc vật xâm hại và cây cối mọc, giảm khối lượng công tác duy tu, bảo dưỡng,

(5) Kết hợp các mục đích trên

2 Các hình thức (giải pháp) lát kênh:

Hình thức lát kênh được áp dụng khác nhau tùy vào mục đích và tình hình địa hình, địa chất

và địa chất thủy văn tại nơi dự kiến lát kênh, theo các yêu cầu về kỹ thuật, tài chính, phương tiện thi công, thời gian thi công Đây là trách nhiệm của đơn vị tư vấn thiết kế khi đưa ra các phương án kỹ thuật và dự toán cho từng phương án Khi thiết kế lát kênh cũng cần phải có

sự tham gia của những người quản lý vận hành hệ thống cũng như người sử dụng nước a) Lát kênh với mục đích (1):

- Lát bằng lớp bê tông (có hoặc không có cốt thép) đổ tại chỗ cho cả mặt cắt kênh

- Lát bằng gạch xây, đá xây (các kênh nhỏ) Thường lát cả mái và đáy

- Lát bằng kênh nhựa đúc sẵn lắp ghép (các kênh nhỏ, lát cả mái và đáy)

- Lát kênh có sử dụng nhựa chống thấm PVC hoặc HDPE (Geomembrane) trên có lớp bảo vệ bằng bê tông/bê tông cốt thép (có thể ở dạng miếng lắp ghép hoặc đổ tại chỗ)

- Lát chống thấm sử dụng lớp áo bằng loại đất có hệ số thấm nhỏ (sét hoặc pha sét) cho mái và lòng kênh

- Lát kênh bằng bê tông nhựa đường (tương tự như mặt đường) Dạng này ít được áp dụng do đòi hỏi kỹ thuật thi công phức tạp, nhưng nó có ưu điểm về độ co-giãn linh động tốt hơn do yếu tố nhiệt độ thay đổi và sự co rút của đất so với lát bằng bê tông b) Lát kênh với mục đích (2), (3), (4), (5):

- Lát bằng tấm bê tông (có hoặc không có cốt thép) đúc sẵn đặt trên lớp lọc cát sỏi hoặc vải địa kỹ thuật Các tấm lát được liên kết với nhau bằng cách nối cốt thép và chít ở các góc hoặc chit các mạch Nếu chít mạch thì các tấm cần đục lỗ thoát nước

- Lát bằng đá lát khan xếp trong hệ thống khung BTCT hoặc rọ đá Thường chỉ lát mái có bố trí hệ thống thoát nước ngầm kèm theo lớp lọc (ở những nơi địa chất xấu)

- Kênh bê tông cốt thép mặt cắt hình hộp hoặc mặt cắt chữ nhật hở, hình bán nguyệt Tùy thuộc vào lựa chọn thiết kế và khả năng thi công

- Ống bê tông cốt thép, gang hoặc thép mặt cắt hình tròn (áp dụng cho các đoạn kênh chìm)

- Lát bằng gạch xây, đá xây (các kênh nhỏ, lát toàn mặt cắt kênh)

- Lát bằng kênh nhựa đúc sẵn lắp ghép (các kênh nhỏ)

Việc tính toán thiết kế các hình thức lát kênh đã được giới thiệu trong các Quy chuẩn, Tiêu chuẩn VN, các giáo trình, Sổ tay thủy lợi và các tài liệu liên quan

3 Một số điều chú ý khi thiết kế lát kênh:

- Lát kênh thường có chi phí rất cao (có thể tới 40% chi phí xây dựng kênh) Do đó khi quyết định về lát kênh cần phải có các nghiên cứu đánh giá kỹ càng và đưa ra được các lựa chọn giải pháp hợp lý và kinh tế nhưng cho hiệu quả cao

- Cần phải có đánh giá ảnh hưởng của việc lát kênh đối với môi trường tự nhiên và xã hội Ví dụ tác động của lát kênh đến mực nước trong các giếng nước sinh hoạt của người dân địa phương, đến hoạt động khai thác nước ngầm cho các hoạt động sản xuất khác, đến các khu bảo tồn để có các giải pháp cần thiết nếu cần Thực tế đã từng có một số trường hợp trên thế giới, sau khi lát kênh các giếng nước phục vụ sinh hoạt của người dân

bị cạn kiệt làm ảnh hưởng lớn đến điều kiện sống của họ nên họ đã phá hoại lớp lát kênh

để có nước cho sinh hoạt

- Sự liên kết giữa các kết cấu lát kênh (khe giữa các tấm lát, khe nối giữa các đoạn kênh lát bằng bê tông, khe nối dọc ) cần được quan tâm đúng mức trong thiết kế để tránh sự

hư hỏng của lớp lát cũng như giảm sự rò rỉ mất nước

- Với các kênh lát không có yêu cầu chống thấm, đối với kênh đào hoặc nửa đào có mực nước ngầm cao cần bố trí kết cấu thoát nước, phía trong có lớp lọc cát sỏi hoặc vải địa kỹ thuật Với các kênh đắp thì không cần

4 Điều kiện áp dụng

- Kênh lát mái bằng các tấm bê tông đúc sẵn: Hình thức này áp dụng tốt nhất khi lát cho

các đoạn kênh hay bị sạt lở, thời gian thi công yêu cầu phải nhanh để hệ thống vẫn phục

vụ tưới trong khi tiến hành sửa chữa Loại này có độ bền vừa phải nếu không được duy

tu, bảo dưỡng thường xuyên và đầy đủ (xem Hình 2-3)

30

- Kênh lát mái bằng bê tông (cốt thép) đúc tại chỗ: Hình thức này áp dụng tốt nhất khi

lát cho các đoạn kênh có hiện tượng hay bị sạt lở có độ rò rỉ mất nước lớn Hình thức này thường có độ bền khá cao, giảm được công duy tu bảo dưỡng và chống cỏ dại Khi thi công cần chú ý đến việc để lỗ thoát nước mái để giảm áp lực đẩy ngược tránh làm gãy lớp lát Nhược điểm là khi thi công yêu cầu thời gian cắt nước dài

- Kênh bê tông cốt thép vỏ mỏng: Hình thức này thường xây dựng theo kiểu lắp ghép

áp dụng khi kênh phải đi qua vùng trũng hơn khu tưới, vùng có địa chất xấu không đắp được kênh hoặc kênh đi qua vùng đất cát có độ thấm mất nước lớn Kênh được đúc sẵn hoặc đổ tại chỗ và đặt trên các trụ bê tông hoặc gạch, đá xây (xem Hình 2-4) Loại này phù hợp đối với những kênh nhỏ mặt ruộng Kênh có độ bền cao, nhưng có thể gây cản trở đối với việc canh tác bằng máy trên mặt ruộng

- Lát bằng gạch đá xây: Hình thức này

thường được áp dụng cho các kênh có lưu

lượng nhỏ, kênh mặt ruộng nhằm đưa nước

được tới các khu tưới ở xa và giúp cho việc

phân phối nước mặt ruộng được đồng đều

hơn, nhanh hơn Việc duy tu bảo dưỡng

cũng dễ dàng hơn so với kênh đất (xem

Hình 2-5)

- Lát kênh sử dụng màng nhựa chống thấm

geo-membrance (lát mềm): Hình thức lát

kênh này đang được áp dụng khá phổ biến ở

các hệ thống được hiện đại hóa ở các nước tiên tiến trên thế giới Ưu điểm của phương pháp lát này là có thể loại trừ khá triệt để hiện tượng rò rỉ mất nước, độ chống thấm cao, thi công nhanh, độ bền cao

Một số ưu điểm của màng chống thấm geo-membrance HDPE:

- Cấu tạo có tính chống ôxy hoá

- Sức chịu lực cao

- Chịu được tác động của tia cực tím

- Chịu được hoá chất rất tốt

Hình 2-3: Lát kênh ở hệ thống Phú Ninh Hình 2-4: Lát kênh cấp 3 ở hệ thống Yên Lập

Hình 2-5: Lát kênh cấp 3 ở hệ thống Yên Lập