THIẾT KẾ HỆ THỐNG TƯỚI Trong nghề nông, việc cung cấp nước cho trồng đứng đầu “tứ cần” (nướccần-phân-giống).Vì thế, việc cung cấp nước cho trồng sinh trưởng, phát triển nhu cầu tối quan trọng canh tác nơng nghiệp Đối với diện tích trồng lúa nước, mặt ruộng phẳng, cần bơm, xả nước vào ruộng xong; diện tích trồng lâu năm trồng màu, đặc biệt khu đất có địa hình khơng phẳng, việc tưới nước cho trồng nỗi vất vả lớn bà nông dân Một số nơi, bà có điều kiện kinh tế nhờ công ty tư vấn thiết kế xây dựng hệ thống tưới nước tự động bán tự động cho trồng.Hệ thống tưới Israel ứng dụng nhiều nơi nước; xem ra, thiếu vốn đầu tư nên đa phần nông dân nghèo chưa với tới kỹ thuật này.Cũng có số hộ tự tìm tòi, suy nghĩ “thiết kế” hệ thống tưới cho mình; nhiên, khơng am hiểu thủy lực đường ống, nguyên lý cấp thoát nước nên bà thường gặp thất bại phải tốn nhiều phải mày mò “thử/sai” Bài viết cố gắng trình bày cách đơn giản để giúp người nơng dân có trình độ trung bình biết cách thiết kế hệ thống tưới vật liệu nội địa, rẻ tiền việc tính tốn thông số cho phù hợp với đồng đất hộ, nhằm giúp bà đở bỡ ngỡ, tốn muốn tự xây dựng hệ thống tưới cho riêng I - Các phương pháp tưới: Hiện nay, nước ta thường sử dụng phương pháp tưới sau: - Tưới thủ công: dùng thùng tưới, gánh, xách nước tưới cho gốc đồng - Tưới dây mềm: dùng ống nhựa mềm có gắn bơm tưới để phun nước vào gốc Hai phương pháp tưới hồn tồn thủ cơng bán thủ công biết làm, tốn nhiều công sức khó áp dụng cho diện tích tương đối lớn - Tưới theo rãnh: xẻ mương (rãnh) nhỏ dọc theo hàng cây, xả nước vào đầu rãnh, nơi cao cho nước tự chảy đến cuối hàng (nơi thấp nhất) Để tăng hiệu phương pháp này, người ta đánh rãnh phụ vòng quanh gốc cây, đường kính rãnh vòng lớn hay nhỏ tùy thuộc vào tuổi (theo tán cây), nối vào rãnh để nhận nước Phương pháp tưới rãnh giảm chi phí mua ống dẫn nước, hàng năm phải tu bổ, nạo vét rãnh, rãnh gây khó khăn cho máy móc di chuyển đồng ruộng - Tưới phun mưa: Có thể chia phương pháp tưới thành cách tưới: 4.1 - Tưới phun mưa dùng bét tưới: Phương pháp tưới này, người ta dùng máy bơm hệ thống ống có gắn bét tưới phân bổ đồng ruộng.Máy bơm đẩy nước theo đường ống thoát đầu bét tưới, làm bét tưới xoay vòng, tạo vùng tưới trời mưa cung cấp nước tưới cho trồng.Với phương pháp này, cần tính tốn cự ly bét tưới cho bán kính tưới bét tưới giao để không trồng bị bỏ sót tưới Phương pháp tưới phun mưa dùng bét tưới thường phù hợp cho tưới cỏ sân gôn, sân bóng đá, tưới rau hoa màu trồng dày.Khi ứng dụng đất trồng lâu năm trồng thưa dễ phát sinh cỏ dại hàng nhiều dòng nước chảy tràn lan gây xói lở đất Phương pháp tưới phun mưa dùng bét tưới hao phí nhiều nước, ngồi lượng nước cung cấp cho trồng, nước chảy tràn đất gây lãng phí; ra, giá thành đầu tư hệ thống không phù hợp với túi tiền nông dân 4.2 - Tưới phun tia: giống tưới phun mưa trên, thay dùng bét tưới, người ta đặt ống dẫn nhỏ sát hàng cây; gốc cây, đưa ống nhựa mềm để cung cấp nước cho gốc Tưới phun tia phương pháp tưới tiết kiệm nước, khơng gây xói mòn đất giá thành đầu tư phù hợp với nông dân nên bàn kỹ phương pháp phần sau - Tưới nhỏ giọt: Đây sáng chế người Israel phương pháp tưới đại, tiết kiệm nước tưới cho vận hành suốt ngày đêm không làm ngập úng, ảnh hưởng đến hô hấp rễ Với phương pháp tưới nhỏ giọt: nước cung cấp từ máy bơm dẫn theo đường ống chính, tỏa đường ống phụ theo đường ống nhánh xuyên qua hàng cây.Tại gốc (hoặc theo cự ly cố định) có lỗ nhỏ cung cấp nước nhỏ giọt chậm (khoảng 5-10 lít/ngày đêm) liên tục cung cấp nước cho trồng Tuy công nghệ đại phương pháp tưới nhỏ giọt chưa đến với nông dân giá thành xây dựng hệ thống cao, đòi hỏi có kỹ thuật tương đối để vận hành ống nhánh ống nhựa mềm nên phải nỗi mặt đất, dễ bị chuột bọ cắn phá, trâu bò dẫm đạp gây hư hại; mặt khác, có lọc gắn sau bơm nước, vận hành, hệ thống hay bị tắc nghẽn rêu, cặn bã bám kín lỗ cấp nước - Tưới ngầm: phương pháp tưới ngầm tương tự tưới nhỏ giọt, thay cho nước nhỏ giọt mặt đất, người ta dùng loại băng lưới dày quấn quanh, nước ngấm qua lớp lưới lọc thấm vào đất, gần gốc Phương pháp tưới ngầm có ưu nhược điểm gần giống phương pháp tưới nhỏ giọt đường ống nhánh ngầm đất nên tránh khỏi bị chuột bọ, trâu bò phá hại.Tưới ngầm dễ bị tắc nghẽn tưới nhỏ giọt bị tắc, xử lý phức tạp II - Thiết kế hệ thống tưới: - Tổng quan thiết kế hệ thống tưới: Ngoài phương pháp tưới thủ cơng, phương pháp tưới lại cần thiết kế, tính tốn thơng số cho phù hợp.Nhìn chung, phương pháp tưới có dùng ống có ngun lý tính tốn sở mơn học cấp nước thủy lực đường ống; là: xác định diện tích tưới, nguồn nước, nhu cầu nước tưới phù hợp với loại trồng, diện tích, địa hình vùng tưới.Từ thơng số này, ta tính tốn đường kính ống chính, ống phụ, ống nhánh, vận tốc nước chảy ống, áp lực nước ống; tính tốn chiều dài loại ống, chi tiết nối (co, tê, van, lơi vv ), số lượng bét phun, bét đế chân, ống dẫn đến gốc vv cuối lập bảng tổng hợp số lượng loại vật tư, tính tốn chí mua vật tư, tiền cơng xây lắp vv Để thiết kế hệ thống tưới nước cho đồng ruộng, cần quan tâm đến vấn đề sau: - Hình dạng vùng tưới nào? - Diện tích vùng tưới lớn nhỏ ? - Số cần cung cấp nước tưới đồng? - Nhu cầu nước loại trồng/đơn vị thời gian (lít/ngày) - Địa hình khu tưới nào? + Để xác định hình dáng, diện tích vùng tưới, khơng có cách khác phải đo đạc.Nếu có điều kiện dùng máy toàn đạc điện tử, máy kinh vĩ quang để đo đạc địa chính, địa hình tồn khu đất.Nếu vùng tưới rộng (trên ha), thiết nên thuê đơn vị tư vấn đo đạc địa lẫn địa hình; trường hợp diện tích nhỏ (một, vài ha); dùng máy định vị cầm tay (hiện phổ biến) dùng thước dây để đo, vẽ lại hình dáng khu đất theo tỷ lệ định, ghi kích thước cạnh tính diện tích khu đất, cần xác định mé cao, mé thấp khu đất; chênh cao cạnh đến cạnh (mét) + Khi có “cái nền” hình dáng, diện tích khu đất, ta bắt đầu phát họa sơ đồ bố trí trồng - thiết kế hệ thống tưới: a - Xác định lần tưới nhu cầu nước/lần tưới khả cung cấp nước: Tùy thuộc loại trồng, ta xác định lần tưới nhu cầu nước cho lần tưới Số lần tưới phụ thuộc vào đặc tính lồi trồng khả ẩm đất.Cùng trồng xoài, trồng đất sét, số lần tưới/tháng xồi trồng đất cát đất sét có khả nước tốt đất cát Ta cần tính tốn gần thơng số lần tưới dùng để tính tốn nguồn nước.Trong sản xuất, dựa vào thực tế đất đai, thời tiết để điều chỉnh số lần tưới cho phù hợp Nhu cầu nước/lần tưới thơng số quan trọng để tính tốn, thiết kế hệ thống tưới tính tốn nguồn nước.Chun ngành thủy lợi có bảng tra nhu cầu nước cho loại trồng/vụ ngày; nhiên, nông dân có nhiều kinh nghiệm thực tế để xác định nhu cầu nước tưới cho loại trồng.Trong thực tế, nhu cầu nước trồng nhiều so với lượng nước ta cung cấp; mà lượng nước tưới tùy thuộc vào phương pháp tưới.Thông thường nhu cầu nước tưới cho lâu năm/lần tưới giao động từ 5-10 lít (tưới nhỏ giọt); 15-20 lít (tưới phun tia) 30 đến 40 lít nước (tưới rãnh, tưới phun mưa) Từ xác định nhu cầu nước cho lần tưới, số lần tưới/tháng, số tháng cần tưới, ta xác định nhu cầu nguồn nước tưới Ví dụ: miền nam, mùa khơ tháng 11 kết thúc vào cuối tháng năm sau, có tháng cần tưới/năm.Tùy theo loại trồng tính chất đất, ta xác định số lần tưới/tháng, ví dụ lần/tháng (5 ngày tưới lần), lượng nước cần tưới cho 20 lít cho lần tưới, ta tính được: Tổng nhu cầu nước/năm = (tháng) x (lần/tháng) x20 lít (lần tưới/cây) x2.000 (cây/ha) =2.000.000 lít/ha/năm, 2.000 m3/ha/năm Nếu bạn trồng ha, nhu cầu nước thực tế để tưới cho cho mùa khô 6.000 m 3, vậy, trữ nước hồ, dung tích hồ phải dự trữ từ 7.000-8.000 m (bao gồm lượng nước bốc hơi, hao hụt khác); khoang, đào giếng để lấy nước tưới, sau hoàn thành, người ta xác định khả cung cấp nước giếng để bạn tiện tính tốn số lượng giếng phải khoang/đào cho phù hợp Nếu đồng ruộng gần kênh thủy lợi có suối nước chảy quanh năm việc tính tốn nguồn nước không cần thiết b - Phân chia khu tưới: Nếu bạn tưới cho trở lại khu tưới; diện tích tưới lớn phải phân chia vùng tưới thành nhiều khu tưới.Theo kinh nghiệm, khu tưới có diện tích khoảng trở lại phù hợp.Nếu chia khu tưới lớn, có tham vọng tưới lần hàng chục, hàng trăm ha, đó, cơng suất máy bơm đường kính ống dẫn nước tăng lên lớn - > khơng có hiệu kinh tế.Cách tốt tưới khu tưới, khu tưới rộng khoảng ha, thời gian tưới khu khoảng 1-2 đẹp Khi phân chia khu tưới, bạn phải lên vẽ thể rõ hình dáng, diện tích khu tưới, kích thước cạnh khu tưới, vẽ hàng chiều dài hàng cây, từ ta tính số lượng trồng khu tưới; tính đường kính, chiều dài đường ống Ví dụ: vùng tưới ha, chia thành khu tưới.Loài trồng chuối trồng hàng cách hàng 2,5 m, cách m, mật độ trồng 2.000 cây/ha c - Tính tốn đường ống chính: Đường ống tải nước tưới đến khu tưới cho vùng tưới, đó, ta phải tính tốn chiều dài đường kính ống phù hợp áp lực để chọn loại ống phù hợp (lớn q sinh thừa - tốn tiền vơ ích, ống nhỏ không cung cấp đủ nước cho khu tưới, ống dõm bị xé vỡ -> tốn ) Ngồi ra, ta cần tính vị trí lắp đặt đường ống chuyển họa lên vẽ.Thơng thường khu tưới có địa hình thấp dần ta bố trí đường ống theo cạnh có cao độ lớn khu tưới, nhờ xả nước khỏi đường ống chính, nước có khuynh hướng chảy từ nơi cao đến nơi thấp - > có lợi lượng Nếu đất tương đối phẳng gợn sóng nhơ cao đồng đất nên bố trí đường ống chạy dọc theo đỉnh cao xuyên qua đồng đất để chia nước tưới hai phía + Tính chiều dài đường ống chính: Dùng thước kẻ ly đo tổng chiều dài đường ống vẽ, nhân với tỷ lệ vẽ để xác định tổng chiều dài thực đường ống chính.(Nếu bạn biết sử dụng máy vi tính phần mềm AutoCAD phần mềm chuyên dùng việc” vẽ vời” dễ trở bàn tay) + Tính tốn đường kính đường ống chính: Để tính tốn kích thước đường ống ta cần xác định tổng nhu cầu nước tưới cho lần tưới cho khu tưới lớn vùng tưới Căn vào chiều dài hàng ta tính số cây/hàng cơng thức: Số cây/hàng= chiều dài hàng chia cự ly trồng (cây cách cây) +1 Ví dụ: chiều dài hàng thứ 102m, cự ly trồng 2m/cây; số lượng trồng hàng là: 102/2=51 +1= 52 Cứ ta tính số lượng hàng khu tưới, cộng tất số trồng khu tưới lại.Ở lấy ví dụ: khu tưới trồng 2.102 cây; khu tưới trồng 1.956 cây; khu tưới trồng 2.473 cây; tổng số trồng vùng tưới là: 2.102 +1.956 +2.473=6.531 Ta thấy: số lớn khu tưới 2.473 cây.Đây thông số chọn để tính tốn đường kính ống chính; với phương pháp tưới luân phiên cho khu tưới, tưới cho khu tưới có số lượng nhiều đương nhiên tưới thoải mái cho khu tưới có số lượng Trong ngành nước có cơng thức thơng dụng để tính tốn đường kính ống sau: Q=S.v Với: Q: lưu lượng dòng nước chảy qua ống (m3/s) S: tiết diện đường ống = R2 *Pi (R bán kính đường ống, Pi=3,1416) v: Vận tốc nước chảy ống (m/s) Công thức viết lại sau: Q=R2 *Pi*v = D2*3,14*v R: bán kính ống dẫn; Pi: số Pi=3,1416, v: vận tốc nước chảy ống.Vì 3,14/4=0,785 nên ta thay vào viết cơng thức tính đường kính ống dẫn: - > D= Q = (mét) 0,785 * v Ví dụ cụ thể: Trở lại với khu tưới nói trên, khu tưới có số lượng trồng nhiều khu tưới với 2.473 cây; ta tính nhu cầu nước cho lần lần tưới cho khu tưới 3: 2.473 x 20 l lít/cây =54.860 lít 54,86 m3 Giả sử, ta muốn hệ thống tưới cho khu tưới khoảng tưới xong, ta tính lưu lượng nước chảy ống = 54,85/7.200 =0,007619 m 3/s (vì có 3.600 giây, tính =7.200 giây) Vận tốc nước chảy ống theo quy phạm không vượt 3m/s (vận tốc nước chảy ống lớn xé đường ống, vận tốc nưóc chảy q nhỏ đường kính ống phải lớn -> tốn kém); hệ thống tưới nông nghiệp ta thường chọn vận tốc chảy ống từ 0,5 đến m/s.Vận tốc kinh nghiệm thường áp dụng 1m/s Với Q=0,007619, vận tốc nước chảy ống 1m/s; thay vào cơng thức ta tính đường kính ống chính: D= 0,007619 =0,098521 (mét) 0,785 *1 Với kết này, ta chọn đường kính ống =90mm Giả sử bạn tồn kho loại ống PVC loại có D=60 mm, bạn vận dụng cơng thức tính tốn ngược lại, với giả thuyết: sử dụng ống PVC có D=60mm vận tốc nước chảy ống thời gian tưới cho khu tưới bao lâu? Nhìn chung, quan hệ đường kính ống, vận tốc nước chảy ống thời gian tưới toán kinh tế, người thiết kế phải cân nhắc cho lợi ích kinh tế mang lại cho chủ đầu tư tối ưu + Xác định công suất chọn máy bơm: Các máy bơm thông thường cở 1,5 HP thường có cơng suất (ghi nhãn) từ 15-36 m /giờ.Nhìn chung, loại máy bơm có cơng suất tiêu thụ điện năng, cơng suất bơm thấp có khả đưa nước lên cao ngược lại Căn vào chiều cao cột nước (tính từ đáy giếng đáy hồ - nơi đặt đầu Pin, đến nơi nước bơm lên cao đồng ruộng) để chọn loại máy bơm phù hợp Như toán cụ thể đây, cột nước