Đồ Án Thiết Kế Hệ Thống Tưới

Đây là đồ án môn học thiết kế hệ thống tưới đi cùng học phần song hành là Thiết Kế Hệ Thống Tưới của 1 sinh viên học tại đại học bách khoa đà nẵng khoa xây dựng thuỷ lợi thuỷ điện . Đồ án thiết kế này chạy số liệu tìm mức tưới (m) dựa trên phần mềm cropwat5.7 chạy trên nền dosbox .

1

Thuyết Minh Đồ Án Quy Hoạch Hệ

Thống Thuỷ Lợi Học kỳ : 1 (2018 – 2019)

Sinh Viên : Nguyễn Thành Lâm

I Tài liệu khí hậu

Khu tưới hồ chứa nước Trà Ngâm thuộc xã Hòa Liên, huyện Hòa Vang, thành phố Đà Nẵng có diện tích canh tác ha, thổ nhưỡng trên khu tưới có tính thấm vừa, mỗi năm canh tác 2 vụ lúa: vu Đông Xuân và Hè Thu Tâm khu tưới

có tọa độ địa lý trung bình 16007’ vĩ độ Bắc, 108006’ kinh độ Đông, cao độ trung bình 5 m

Theo tài liệu của trạm khí tượng Đà Nẵng các yếu tố khí hậu của khu tưới Trà Ngâm như sau:

5/ Lượng mưa thiết kế

Bảng 5 Lượng mưa thiết kế

P

(mm)

71 28 20 31 95 101 80 103 342 646 468 200 2185

II Tài liệu cơ bản dùng trong tính toán chế độ tưới

1/ Tài liệu thổ nhưỡng

Bảng 6 Hệ số ngấm ổn định Ke (mm/ngày)

2/ Thời vụ và thời gian sinh trưởng

Bảng 7 Thời gian gieo sạ và sinh trưởng của cây lúa

3

4/ Số liệu về cây lúa

Bảng 9 Giai đoạn sinh trưởng và hệ số sinh lý Kc của cây lúa

2/ Mặt cắt dọc tuyến kênh chính: Tỷ lệ đứng : 1/100, tỷ lệ ngang: 1/2000

3/ Mặt cắt ngang tuyến kênh chính: Tỷ lệ : 1/200

IV Yêu cầu

Đồ án môn học Thiết kế hệ thống tưới với đề tài: Thiết kế hệ thống kênh tưới của hồ chứa nước Trà Ngâm gồm 2 phần

1/ Bố trí hệ thống kênh tưới và công trình trên kênh trên bình đồ khu tưới của hồ

chứa nước Trà Ngâm

2/ Bản vẽ thiết kế mặt cắt dọc của kênh tưới chính hồ Trà Ngâm

3/ Bản vẽ thiết kế mặt cắt ngang của kênh tưới chính hồ Trà Ngâm

1 Tính lớp nước tưới lúa vụ Đông Xuân và Hè Thu

- Mục đích: Xác định chế độ tưới cho cây lúa vụ Đông Xuân và Hè Thu

1.1 Chế độ tưới : là vấn đề trong công tác điều tiết nước mặt ruộng , nhằm thoã mãn

yêu cầu nước trong quá trình sinh trưởng của cây trồng Trong điều kiện tự nhiên nhất định như thời tiết , khí hậu , thổ nhưỡng , địa chất thuỷ văn sẽ có một yêu cầu

về cung cấp nước theo chế độ nhất định

* Các đặc trưng của chế độ tưới :

+ Lượng nước ký hiệu mi (m3/ha)

+ Lớp nước tưới ký hiệu ai (mm)

Giữa mức tưới mi và lớp nước trên mặt ruộng ai có mối quan hệ như sau :

mi =10a i ( khi ai tính bằng mm )

c Thời gian tưới mỗi lần ti (ngày) : thời gian tưới hết mức tưới mỗi lần

d Mức tưới tổng cộng hay còn gọi là mức tưới toàn vụ M (m3/ha) : là lượng nước cần tưới cho cây trồng cho một đơn vị diện tích trong suốt thời gian sinh trưởng của cây trồng đó

Mức tưới tổng cộng các mức tưới mỗi lần

* Dựa vào phương trình cân bằng nước trên ruộng lúa , để xác định mức tưới

mi ta cần giải phương trình sau :

mi +10C i P i = W 1i + W 2i + W 3i +W 4i + W 5i (m 3 /ha)

Với mi : Mức tưới trong thời đoạn ∆ti (m3/ha)

Ci : Hệ số sử dụng nước mưa Ci ≤ 1

P i : Lượng mưa thiết kế (m3/ha) Tần suất mưa thiết kế trong tưới theo quy phạm hiện hành (TCVN 04-05/2012 : P = 85% theo cấp của

hệ thống tưới ) ( Theo Đ.Án : lấy P=80% )

m i +10C i P i : Lượng nước đến (m3/ha)

W 1i =10.ET (m3/ha) : Lượng nước bốc hơi mặt ruộng Với ET lượng nước cần của cây trồng được xác định theo các công thức

đã thiệu ( Blaney-Criddle cải tiến, Radiation, Penman)

W 2i : Lượng nước ngấm trên ruộng (m3/ha) Giai đoạn ngấm hút được diễn ra trong quá trình làm đất, khi mới bắt đầu cho nước vào ruộng :

W 3i = 10.a i (m 3 /ha) : Lượng nước tạo thành lớp nước mặt ruộng

Với : ai lớp nước mặt ruộng bình quân tại thời điểm tính toán (mm)

W 4i = 10 ∆ai (m 3 /ha) : Lượng nước nâng cao hoặc giảm lớp nước mặt

ruộng khi tưới tăng sản Với ∆ai lớp nước mặt ruộng tang giảm ∆ai = a i – a i-1 (mm)

W 5i =10a𝒕𝟏−𝒕𝟐

𝒕𝟐−𝒕𝟑 (m 3 /ha) : Lượng nước thay thế để điều tiết nhiệt độ, độ

khoáng trong nước ruộng (trong tính toán lượng nước này ít xét đến)

W 1i +W 2i + W 3i +W 4i +W 5i : Lượng nước đi hay còn gọi là lượng nước

hao (m3/ha) Phương trình chứa 2 ẩn số là mi và Ci Muốn giải phương trình này ta có 2 phương pháp là phương pháp đồ giải và phương pháp giải tích

Số liệu đầu vào để tính toán bao gồm :

+Tài liệu khí hậu ( lấy từ các trạm khí tượng khu vực gần nhất ) : nhiệt độ không khí , độ ẩm không khí , tốc độ gió , số giờ nắng và lượng mưa thiết kế

+Tài liệu cơ bản dùng trong tính toán chế độ tưới của cây Lúa : tài liệu thổ nhưỡng (

hệ số ngấm ổn định Ke ) , thời vụ và thời gian sinh trưởng ( thời gian gieo sạ và sinh trưởng ) , lớp nước mặt ruộng và số liệu về cây lúa

Bảng kết quả các giá trị đã xuất từ Cropwat 5.7 :

Bảng 1: Bảng tính ETo

Bảng 2: Bảng tính lượng mưa hiệu quả

Bảng 3: Thời đoạn sinh trưởng, hệ số Kc, lớp nước mặt ruộng a và hệ số ngấm ổn

định Ke của cây lúa Đông Xuân

Bảng 4: Thời vụ lúa Đông Xuân

Bảng 5: Nhu cầu nước tưới của vụ Đông Xuân

Bảng 6: Thời đoạn sinh trưởng, hệ số Kc, lớp nước mặt ruộng a và hệ số ngấm ổn

định Ke của cây lúa Hè Thu

Bảng 7: Thời vụ Hè Thu

Bảng 8: Nhu cầu nước tưới Hè Thu

2 Lập giản đồ hệ số tưới ( q~t ) lúa vụ Đông Xuân và Hè Thu

2.1 Mục đích : Lập giản đồ hệ số tưới ( q~t ) lúa Đông Xuân và Hè Thu để xác định 𝑞𝑡𝑘 cho khu vực Trà Ngâm

Hệ số tưới : qi = (86.4ti)-1.mi

mi : mức tưới cho mỗi thời đoạn (m3/ha)

ti : thời gian cho mỗi thời đoạn ( ngày )

2.2 Thành lập giản đồ hệ số tưới (q~t) vụ Đông Xuân và Hè Thu qua hai bước như sau:

* Lập giản đồ hệ số tưới (q~t) sơ bộ :

- Giản đồ hệ số tưới là đồ thị biểu diễn hệ số tưới theo thời gian

- Phản ánh tiêu chuẩn dùng nước theo thời gian của hệ thống

- Thông qua giản đồ hệ số tưới để xác định các đặc trưng làm tiêu chuẩn thiết kế như: hệ số tưới thiết kế, hệ số tưới lớn nhất, hệ số tưới nhỏ nhất

* Hiệu chỉnh giản đồ (q~t) từ giản đồ sơ bộ :

a) Lý do hiệu chỉnh :

- Mục đích chính vẫn là giảm q

- Mức độ đồng đều giản đồ kém vì có thời gian trị số q lớn, có thời gian trị

số q nhỏ , tỉ số qmin và qmax khá lớn nên khó chọn hệ số tưới Nên cần hiệu chỉnh để q phân bố đều hơn

- Thời gian tưới trong (q~t)=Tst=135 ngày ( không có thời gian nghĩ ) , chưa biết trong thời gian xuyên suốt này hệ thống có bị hư hỏng hay không

b) Yêu cầu hiệu chỉnh

- Hệ số tưới phân phối đồng đều hơn so với lúc sơ bộ

- Thỏa mãn việc cung cấp nước của cây trồng, thích hợp với điều kiện cung cấp nguồn nước

- Tổ chức tưới được dễ dàng, quản lý công trình được tốt hơn

c) Nguyên tắc hiệu chỉnh

- Thay đổi thời gian mỗi lần tưới t

- Thay đổi mức tưới mỗi lần nhưng không quá ±5% mức tưới

- Hiệu chỉnh lại ngày tưới

2.3 Giản đồ hệ số tưới (q~t) cho khu vực Trà Ngâm

3.1.1 Giản đồ hệ số tưới sơ bộ:

Là giản đồ chưa qua hiệu chỉnh làm cho việc lựa chọn qtk một cách khó khăn , ảnh hưởng đến việc tính toán xây dựng công trình và kênh mương , khó đảm bảo được

tính kinh tế và kỹ thuật trong công tác quản lý , tổ chức tưới cũng gặp nhiều trắc trở

3.1.2 Giản đồ hệ số tưới hiệu chỉnh

Để khắc phục của giản đồ hệ số tưới sơ bộ ta tiến hành hiệu chỉnh bằng các cách sau:

a.Thay đổi thời gian thực hiện mỗi lần tưới t

b.Thay đổi mức tưới (m) sao cho giá trị đó nằm trong ± 5%m

c.Chỉnh lại ngày tưới cho đúng

3.2 Lập giản đồ hệ số tưới cho khu tưới Trà Ngâm

3.2.1 Lập giản đồ hệ số tưới cho khu tưới Trà Ngâm vụ Đông Xuân :

Bảng tính hệ số tưới vụ Đông Xuân: qmax=1.2(l/s-ha) , qmin=0.68(l/s-ha)

Biểu đồ (q~t) sơ bộ Đông Xuân

Biểu đồ (q~t) hiệu chỉnh Đông Xuân

* Điều kiện lựa chọn qmin hiệu chỉnh : qmin ≥ (0.4x1.57) = 0.628 (l/s-ha)

* 𝑞𝑚𝑖𝑛

𝑞𝑚𝑎𝑥 = 0.68

1.2 = 0.567 ≥ 0.4 (l/s-ha)

3.2.2 Lập giản đồ hệ số tưới cho khu tưới Trà Ngâm vụ Hè Thu :

Bảng tính hệ số tưới vụ Hè Thu : qmax=1.2(l/s-ha) , qmin=0.73(l/s-ha)

Biểu đồ (q~t) sơ bộ Hè Thu

Biểu đồ (q~t) hiệu chỉnh Hè Thu

* Điều kiện lựa chọn qmin hiệu chỉnh : qmin ≥ (0.4x1.8) = 0.72 (l/s-ha)

*Hệ số tưới qmin bảng hiệu chỉnh đảm bảo điều kiện : qmin ≥ 0.4qmax với qmax là giá trị được lấy từ bảng sơ bộ

*Hệ số tưới thiết kế được chọn phải thõa mãn hai điều kiện sau :

- Thời gian hoạt động với hệ số tưới đó có t ≥ 20 ngày

- Đảm bảo điều kiện ( bảng hiệu chỉnh ) : (qmin/qmax) ≥ 0.4

Vụ mùa theo sơ

đồ Hiệu Chỉnh qmin (l/s-ha) qmax (l/s-ha) qmin/qmax So sánh ≥ 0.4

*Qua các điều kiện trên ta chọn : qTK=qmax= 1.2 (l/s-ha)

*PHẦN 2 : Bố trí hệ thống khu tưới với ωKhống Chế ~ 5 (ha) và công

trình trên kênh

1 Đặc điểm địa hình khu tưới Trà Ngâm :

* Vị trí giới hạn :

- Phía bắc: giáp với núi Dinh Bà

- Phía nam: giáp với sông Cu Đê và thôn Trường Định

- Phía đông: giáp với núi Miếu Ông

- Phía tây: giáp với núi Hồn Bầu

* Độ dốc địa hình :

+ Giáp núi Dinh Bà : độ dốc từ Bắc -> Nam

+ Giáp núi Hồn Bầu : độ dốc từ Tây -> Đông

+ Giáp núi Miếu Ông : độ dốc từ Đông -> Tây

* Đặc điểm tự nhiên :

- Hai nhánh suối tự nhiên : s.Dinh Bà và s.Trà Ngâm

- Trên khu tưới Trà Ngâm hiện có 2 tuyến kênh dân tự đắp để lấy nước của

s.Trà Ngâm và s.Dinh Bà để cung cấp cho khu tưới

- 2 ao dân tự đào tích nước

2 Nguyên tắc bố trí kênh tưới :

- Kênh tưới bố trí ở nơi cao để khống chế tưới tự chảy

- Tuyến kênh chính nằm ở nơi cao có thể khống chế

- Những nơi có địa hình sóng trâu bố trí tuyến kênh để theo đường sóng trâu

có thể khống chế tưới tự chảy cho 2 bên

- Bố trí kênh tưới tạo điều kiện thuận lợi cho việc bố trí kênh tiêu

3 Phân khu tưới : Dựa vào yếu tố tự nhiên , phân thành 3 tiểu vùng

+Tiểu Vùng I : Giới hạn bởi khe cạn và s.Trà Ngâm

+Tiểu Vùng II : Kênh chính và s.Dinh Bà

+Tiểu Vùng III : s.Dinh Bà và núi Hòn Bầu

4 Bố trí kênh nhánh cho từng tiểu vùng :

+ Tiều Vùng I : Bố trí kênh nhánh N1 phụ trách tưới đầu kênh N1 , lấy nước

từ kênh chính

+ Tiểu Vùng II : Bố trí kênh nhánh N3 và lấy nước từ kênh chính

+ Tiểu Vùng III : Phân vùng khu tưới

 Vùng III-1 : Kênh N5 bắt từ kênh chính chạy dọc men theo đường đồng

mức của núi Hồn Bầu phụ tính

 Vùng III-2 : Lấy nước từ kênh nhánh N3 bắt qua nhánh suối Dinh Bà để

tưới cho khu III-2

6.Thống kê các kênh tưới : Bi , Li , Ѡi từng kênh

Bảng 1 : Kênh N1 tưới cho vùng I

Bảng 2 : Kênh N3 tưới cho vùng II

Bảng 3 : Kênh N5 tưới cho vùng III-1

Bảng 4 : Kênh nhánh N3-20 phụ tưới cho vùng III-2

*Phần 3 : Tính toán lưu lượng để thiết kế kênh tưới

1.Các cấp lưu lượng đặc trưng trên kênh

* Khi thiết kế người ta thường dùng 3 cấp lưu lượng :

+ Lưu lượng thường xuyên QTK : là lưu lượng mà kênh mương phải chuyển 1 cách thường xuyên Cấp lưu lượng này dùng tính toán thiết kế những kích thước cơ bản của mặt cắt kênh và các công trình trên kênh

+ Lưu lượng nhỏ nhất Qmin : là lưu lượng nhỏ nhất chảy trong kênh , cấp lưu lượng này thường dùng để kiểm tra sự bồi lắng trên kênh và kiểm tra khả năng tự chảy trên kênh

+ Lưu lượng lớn nhất QBt : là lưu lượng lớn nhất mà kênh mương phải chuyển đột xuất trong thời gian ngắn ( do mưa đầu kênh , quản lý không tốt , tổ chức tưới đặc biệt ,

… )

2 Khái niệm Q brut , Q net và hệ số sử dụng kênh Ƞ

lượng chảy trên kênh sẽ giảm dần từ đầu kênh đến cuối kênh do bị tổn thất

* Qbrut : là lưu lượng bao gồm lưu lượng thực cần và lưu lượng tổn thất trong quá trình chảy trên kênh

* Qnet : là lưu lượng thực trên kênh khi chưa kể đến tổn thất trên kênh

3 Tính toán lưu lượng

* Đối với một đoạn kênh :

+ Qbrut đoạn kênh là lưu lượng ở mặt cắt đầu đoạn kênh đó

+ Qnet đoạn kênh là lưu lượng ở mặt cắt cuối đoạn kênh đó

* Đối với một hệ thống kênh :

+ Qnet của hệ thống kênh là lưu lượng thực cần tại mặt ruộng

Q net = q tk Ѡ (l/s)

Với qtk (l/s-ha) : hệ số tưới tại mặt ruộng ( Đồ án : qtk=1.2(l/s-ha) )

Ѡ (ha) : diện tích tưới của hệ thống

ѠKhống Chế ≈ 5 (ha)

+ Qbrut lưu lượng cần lấy vào ở đầu hệ thống Bao gồm lưu lượng thực cần tại mặt

ruộng và lưu lượng tổn thất trên hệ thống kênh mương

Q brut = Q net + Q Tổn Thất

+ QTổn thất là lưu lượng tốn thất trên đoạn kênh

QTổn thất = 10A(Q net 1-m )L (l/s)

Với A , m là hệ số phụ thuộc tính chất đầu kênh

(Đồ Án: lấy A=1.9 và m=0.4 Qnet (m3/s) và L(km))

Ứng với : 1 l/s = 0.001 m3/s

+ Nếu gọi Ƞ là hệ số sử dụng nước của đường kênh thì lúc này :

Ƞ = Q net /Q Br < 1 => Q Br = Q net /Ƞ

(Đồ Án: đang tính toán thì lấy Ƞsơ bộ = 0.85 )

* Nguyên tắc tính toán : tính từ đuôi kênh lên lại đầu kênh

* Các quá trình tính toán :

Bước 1 : Tính QBr của kênh N3-20-i vùng III-2

Bước 2 : Tính QBr của kênh N3

Bước 3 : Tính QBr của kênh N5 vùng III-1

Bước 4 : Tính QBr của kênh N1

Bước 5 : Tính QBr cho kênh chính Từ đó thiết kế lưu lượng cho kênh qua công thức : ΔQ sau đó so sánh ΔQ với [20%]

4 Các bảng tính Q Br trên các kênh : A=1.9 , Ƞsơ.bộ=0.85 , m=0.4 , qtk

Lúc này : Kênh chính (K.C) chia làm 2 phần

-> Phần 1 : Đoạn AB tính toán với QTK=Qbr(AB)

-> Phần 2 : Đoạn BC tính toán với QTK=Qbr(BC)

*Phần 4 : Thiết kế kênh tưới

-> Phần 1 : Đoạn AB tính toán với QTK=Qbr(AB) = 245,74 (l/s)

-> Phần 2 : Đoạn BC tính toán với QTK=Qbr(BC) = 329,45 (l/s)

2 Thiết kế mặt cắt dọc , mặt cắt ngang kênh chính

+ Tuyến kênh chính đã được xác định trên bình đồ khu tưới Trà Ngâm

b

* Các lưu lượng tính toán cho kênh chính :

-> Qmax = k.QTK : lưu lượng lớn nhất trên kênh

k : ứng với QTK < 1 (m3/s) thì lấy k từ (1,2 đến 1,3) : ta chọn k=1,2

-> Qmin = 0,4.QTK : lưu lượng bé nhất trên kênh

* Các chỉ tiêu thiết kế mặt cắt kênh :

a/ Điều kiện khống chế tưới tự chảy :

Hyc là cao trình khống chế tưới tự chảy đầu kênh cấp dưới được xác định như sau

Hyc = Ao + h + ∑li + ∑ᴪi (m)

Với : Ao (m) là cao trình mặt ruộng cần khống chế tưới tự chảy

h (m) là lớp nước mặt ruộng , h= max(hĐX,hHT) = 0,15m

∑li (m) là tốn thất cột nước theo chiều dài chuyển nước đến điểm Ao

∑ᴪi (m) là tổng tổn thất cục bộ các công trình khi chuyển nước đến Ao ( Tra bảng )

b/ Kênh có mặt cắt thuỷ lực lợi nhất ( Áp dụng cho Đồ Án với kênh Hình Thang ) + Có Ѡ=const , ik=const ta tìm được Qmax

+ Có các giá trị Q = const ta tìm được Ѡmin(mặt cắt ướt)hoặc Vmax

+ Nên gọi βln=h/b = 2.((m2+1)0.5– m )

c/ Kênh không gây xói lỡ hoặc bồi lắng

Điều Kiện: Vmax ≤ | Vk.x | và Vmin ≥ | Vk.l |

+ Tránh cỏ mọc trong lòng kênh thì Vmin ≥ 0,3 (m/s)

Q tính toán ở đây là Qmin

d/ Điều kiện ổn định lòng kênh

* Ta có : h = A.Q1/3 ứng với QTK

β = b/h = 3.Q0.25-m ứng với QTK

A phụ thuộc tính chất đất làm kênh lấy từ (0,7 đến 1)

A = f(QTK) : QTK tăng thì A giảm , ngược lại QTK giảm thì A tăng

( Đồ Án : lấy ABC = 1 , AAB = 0.9 )

e/ Tổn thất nước trên kênh ít nhất

* Chu vi ướt càng lớn thì tổn thất do ngấm càng nhiều Chọn mặt cắt kênh để cho tổn thất nước ít nhất

* Khi đó σ=f(β) với β=b/h=2.(φ(1+m2)0.5 – m)

φ là hệ số chỉnh ngấm chéo lấy từ (1,1 đến 1,4)

f/ Kênh có khối lượng đào đắp ít nhất

* Khối lượng đào đắp ít nhất khi khối lượng đào bằng khối lượng đắp , có nghĩa là :

Vđào = Vđắp

Điều kiện xảy ra:

+ Iđịa hình ≈ Ikênh

+ Chọn β để khối lượng đào đắp ít nhất

-> Nếu Iđịa hình > Ikênh : khối lượng đất đào lớn

-> Nếu Iđịa hình < Ikênh : khối lượng đất đắp lớn

-> Nếu Iđịa hình = Ikênh : Với một β ta có một đường đáy kênh và chọn một trị số β nào