Nghiên cứu, thiết kế hệ thống tưới linh hoạt cho vùng trồng ớt xuất khẩu huyện Yên Định, tỉnh Thanh Hóa

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam kết đề tài luận văn Thạc sỹ “Nghiên cứu, thiết kế hệ thống tưới linh hoạt cho vùng trồng ớt xuất huyện Yên Định, tỉnh Thanh Hóa” đề tài cá nhân thực hướng dẫn khoa học TS Nguyễn Thị Hằng Nga PGS.TS Nguyễn Trọng Hà Các số liệu sử dụng để tính tốn trung thực, kết nghiên cứu đề tài luận văn chưa cơng bố hình thức Tôi xin chịu trách nhiệm đề tài luận văn mình./ Tác giả luận văn Nguyễn Ngọc Thế i LỜI CẢM ƠN Luận văn hoàn thành với giúp đỡ tận tình thầy giáo trường Đại học Thủy lợi, gia đình, bạn bè nỗ lực thân suốt trình học tập thực luận văn Trước hết tác giả xin chân thành cảm ơn tới Ban giám hiệu nhà trường, thầy cô giáo Khoa kỹ thuật Tài nguyên nước tận tình truyền đạt kiến thức, giúp đỡ tác giả trình làm luận văn Đặc biệt tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS Nguyễn Thị Hằng Nga PGS.TS Nguyễn Trọng Hà tận tình dẫn, giúp đỡ tác giả hoàn thành luận văn Cuối cùng, tác giả xin cảm ơn tới bạn bè người thân tin tưởng, giúp đỡ, động viên, khích lệ tác giả suốt q trình học tập hồn thành luận văn Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 24 tháng 05 năm 2017 Tác giả luận văn Nguyễn Ngọc Thế ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC BẢNG BIỂU .v DANH MỤC HÌNH VẼ vi DANH MỤC PHỤ LỤC vii MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục đích đề tài .2 Đối tượng nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu Nội dung nghiên cứu Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan lĩnh vực nghiên cứu .4 1.1.1 Trên giới 1.1.2 Tại Việt Nam 1.1.3 Hệ thống tưới linh hoạt 1.2 Tổng quan vùng nghiên cứu 1.2.1 Đặc điểm tự nhiên vùng nghiên cứu 1.2.2 Hiện trạng cấu trồng sản xuất .14 1.2.3 Hiện trạng hệ thống tưới tiêu, sở hạ tầng nội đồng .16 1.3 Yêu cầu kỹ thuật quy trình trồng ớt .19 CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN NHU CẦU NƯỚC 22 2.1 Tính tốn đặc trưng khí tượng thủy văn .22 2.1.1 Mục đích, ý nghĩa nội dung tính tốn 22 2.1.2 Chọn trạm, tần suất thiết kế thời đoạn thiết kế 23 2.1.3 Tính tốn đặc trưng khí tượng thiết kế 24 2.1.4 Nghiên cứu mưa thiết kế .27 2.2 Tính tốn nhu cầu nước cho ớt 29 2.2.1 Cơ sở tính tốn chế độ tưới cho trồng cạn 29 2.2.2 Tính tốn lượng bốc mặt ruộng 30 2.2.3 Tính tốn nhu cầu nước cho ớt .32 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG TƯỚI .36 3.1 Lựa chọn phương pháp tưới .36 iii 3.1.1 Các phương pháp tưới thông dụng 36 3.1.2 Lựa chọn phương pháp tưới 41 3.2 Thiết kế hệ thống tưới tiết kiệm nước 43 3.2.1 Bố trí hệ thống 43 3.2.2 Tính tốn chế độ tưới 46 3.2.3 Tính tốn lưu lượng đường ống 47 3.2.4 Tính tốn thủy lực ống chính, ống nhánh, ống cấp cuối 49 3.2.5 Chọn máy bơm 57 3.3 Thiết kế hệ thống tưới linh hoạt 59 3.3.1 Cơ sở tính tốn, thiết kế hệ thống tưới linh hoạt 59 3.3.2 Tính tốn chế độ tưới linh hoạt 62 3.3.3 Tính tốn lưu lượng đường ống 63 3.3.4 Tính tốn thủy lực ống chính, ống nhánh, ống cấp cuối 65 3.3.5 Chọn máy bơm 71 3.3.6 Tính toán bể chứa nước 72 3.4 Phân tích hiệu kinh tế 73 3.5 Quản lý, vận hành bảo trì hệ thống tưới nhỏ giọt 79 3.5.1 Kiểm tra trước vận hành 79 3.5.2 Kiểm tra trình vận hành 80 3.5.3 Quy trình vận hành 81 3.5.4 Duy tu bảo dưỡng hệ thống tưới nhỏ giọt 83 KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 85 I Kết luận 85 II Kiến nghị 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO 87 PHỤ LỤC 88 iv DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Hiệu kinh tế việc áp dụng công nghệ tưới tiết kiệm nước cho số loại trồng Việt Nam .6 Bảng 1.2 Lượng bốc tháng năm trạm Yên Định 13 Bảng 1.3 Tốc độ gió lớn trung bình tháng trạm Yên Định (m/s) .13 Bảng 1.4 Hiện trạng trồng mùa vụ khu vực nghiên cứu 15 Bảng 1.5 Thông số hệ thống thủy lợi giao thông nội đồng 18 Bảng 2.1 Thời gian sinh trưởng ớt 32 Bảng 2.2 Tính chất đất đai vùng dự án 33 Bảng 2.3 Kết tính tốn mức tưới cho ớt 35 Bảng 3.1 Hiệu việc áp dụng kỹ thuật tưới nhỏ giọt cho số loại trồng 40 Bảng 3.2 Phân bổ thời gian tưới chu kỳ tưới 47 Bảng 3.3 Kết tính tốn lưu lượng đường ống .48 Bảng 3.4 Kết tính toán thủy lực cho ống cấp cuối 51 Bảng 3.5 Kết tính tốn thủy lực cho ống nhánh cấp 53 Bảng 3.6 Kết tính tốn thủy lực cho ống nhánh cấp 54 Bảng 3.7 Kết tính tốn thủy lực cho ống 56 Bảng 3.8 Tổng hợp kết tính tốn bố trí hệ thống tưới .57 Bảng 3.9 Thông số thiết kế trạm bơm 58 Bảng 3.10 Kết tính tốn mức mặt ruộng 62 Bảng 3.11 Kết tính toán lưu lượng đường ống tronghệ thống 64 Bảng 3.12 Kết tính tốn thủy lực cho ống cấp cuối .66 Bảng 3.13 Kết tính tốn thủy lực cho ống nhánh cấp 67 Bảng 3.14 Kết tính tốn thủy lực cho ống nhánh cấp 69 Bảng 3.15 Thông số thiết kế trạm bơm 72 Bảng 3.16 Dự toán chi phí đầu tư hệ thống tưới nhỏ giọt cho ớt 73 Bảng 3.17 Dự toán chi phí đầu tư hệ thống tưới linh hoạt 75 Bảng 3.18 So sánh hiệu tài 1ha trồng ớt tưới rãnh tưới nhỏ giọt76 Bảng 3.19 Phân tích tài đầu tư hệ thống tưới nhỏ giọt cho ớt 78 Bảng 3.20 Phân tích tài đầu tư hệ thống tưới linh hoạt 78 Bảng 3.21 Thời gian đóng van 82 v DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Diễn biến lượng mưa năm 10 Hình 1.2 Diễn biến số nắng năm 11 Hình 1.3 Nhiệt độ trung bình, cao thấp (trạm Yên Định) 11 Hình 1.4 Độ ẩm tương đối độ ẩm tuyệt đối trạm Yên Định 12 Hình 1.5 Hiện trạng cơng trình nội đồng 17 Hình 1.6 Sơ đồ trạng hệ thống tưới tiêu giao thông nội đồng 19 Hình 2.1 Đường tần suất lượng mưa thời đoạn tính tốn - Trạm n Định 1984-2015 28 Hình 3.1 Sơ đồ bố trí đường ống chính, ống nhánh 45 Hình 3.2 Sơ đồ bố trí dây tưới nhỏ giọt 52 Hình 3.3 Sơ đồ tính thủy lực ống nhánh cấp 52 Hình 3.4 Sơ đồ tính thủy lực ống nhánh cấp 54 Hình 3.5 Sơ đồ tính thủy lực đường ống 55 Hình 3.6 Mặt bố trí hệ thống tưới nhỏ giọt 56 Hình 3.7 Đường đặc tính máy bơm Pentax CM 65-160 58 Hình 3.8 Mặt thiết kế nhà trạm 59 Hình 3.9 Mặt bố trí hệ thống tưới linh hoạt 70 Hình 3.10 Đường đặc tính máy bơm Pentax CM 100-160 71 Hình 3.11 Kích thước bể chứa vị nhà trạm 73 vi DANH MỤC PHỤ LỤC Phụ lục Số liệu mưa năm điển hình 2015 89 Phụ lục Số liệu mưa năm thiết kế 90 Phụ lục Lượng bốc tiềm ETo theo công thức Penman sửa đổi 91 Phụ lục Bảng tính tốn mức tưới cho ớt .92 Phụ lục Bảng tính tốn mức tưới cho hệ thống tưới linh hoạt 96 vii MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Các phương pháp tưới truyền thống tưới rãnh, tưới ngập, tưới dải… thường dẫn đến lãng phí nước, gây đóng váng, xói mòn đất tưới lúc nhiều nước, nước ngấm khơng kịp tạo thành dịng chảy mặt, đất ngấm lớn, đưa nước chất hữu xuống sâu khỏi tầng rễ cây, gây lãng phí nước tưới dinh dưỡng đất Để nâng cao hiệu kinh tế tưới nước cho loại trồng, đặc biệt hoa màu, việc lựa chọn áp dụng phương pháp, kỹ thuật tưới tiết kiệm nước phù hợp nhờ kết cấu đơn giản vận hành tiện lợi Ở đây, kỹ thuật tưới tiết kiệm nước, hay gọi tưới cục hệ thống tưới nước đặc trưng cung cấp thường xuyên khối lượng nước hạn chế kiểm soát để tưới cho phận đất canh tác, nhằm sử dụng tối ưu lượng nước tưới [1] Khi thiết kế quản lý thích hợp, kỹ thuật tưới tiết kiệm nước đạt hiệu to lớn phương diện cấp nước, phân phối nước lý tưởng việc kết hợp cung cấp chất dinh dưỡng cho trồng việc giới hóa, tự động hóa khâu tưới nước chăm sóc Hiện nay, trồng truyền thống lạc, ngô, khoai, đậu… không mang lại nhiều lợi ích kinh tế, người dân ln mong muốn có bước đột phá mới, đưa giống trồng với hình thức sản xuất tiên tiến hơn, nhằm nâng cao lợi nhuận kinh tế, cải thiện đời sống người dân [1] Huyện Yên Định (Thanh Hóa) năm gần tiến hành chuyển đổi số diện tích trồng hiệu sang trồng ớt xuất Theo thống kê, địa bàn huyện n Định có khoảng 345 diện tích trồng ớt Tuy nhiên, hầu hết diện tích trồng ớt sử dụng phương pháp tưới truyền thống, chủ yếu tưới rãnh, dẫn đến tình trạng khó kiểm sốt lãng phí nguồn nước tưới Do đó, cần có biện pháp tưới tiết kiệm nhằm sử dụng hiệu nguồn nước, tăng suất trồng Trong bối cảnh khu vực Thanh Hóa, Nghệ An, Quảng Bình, Quảng Trị… dự báo tới hạn hán El Nino kéo dài nhiều năm, nghiêm trọng, vấn đề tưới tiết kiệm trở nên cấp thiết Bên cạnh vấn đề tưới tiết kiệm nước, thiết kế hệ thống tưới cần quan tâm đến tính linh hoạt hệ thống Hệ thống phải đáp ứng tốt yêu cầu cấp nước, linh hoạt quản lý vận hành, khả phục vụ hệ thống ổn định thường xuyên nâng cấp hệ thống việc sử dụng nước thay đổi thay đổi cấu trồng tương lai Đề tài nghiên cứu: “Nghiên cứu, thiết kế hệ thống tưới linh hoạt cho vùng trồng ớt xuất huyện Yên Định, tỉnh Thanh Hóa” nhằm góp phần thực nhiệm vụ chuyển đổi cấu trồng theo hướng hàng hóa, nâng cao hiệu kinh tế, cải thiện đời cho người dân Mục đích đề tài Thiết kế hệ thống tưới nhỏ giọt cho vùng trồng ớt xuất huyện Yên Định, tỉnh Thanh Hóa, theo quan điểm dịch vụ, linh hoạt, nhằm góp phần chuyển đổi cấu trồng, sử dụng hợp lý nguồn nước ngày khan hiếm, nâng cao thu nhập cho người dân Đối tượng nghiên cứu Nghiên cứu áp dụng công nghệ tưới nhỏ giọt cho vùng trồng ớt xuất xã Yên Phong, huyện Yên Định, tỉnh Thanh Hóa Phạm vi nghiên cứu Vùng chuyên canh ớt xuất xã Yên Phong, huyện Yên Định, tỉnh Thanh Hóa Nội dung nghiên cứu - Tổng quan lĩnh vực tưới tiết kiệm nước cho ớt; - Nghiên cứu đánh giá điều kiện thuận lợi khó khăn vùng trồng ớt xuất khẩu; - Tính tốn nhu cầu nước vùng chuyên canh ớt; - Các phương án bố trí thiết kế hệ thống tưới nhỏ giọt cho vùng chuyên canh ớt; - Nghiên cứu đánh giá sơ hiệu kinh tế, quản lý vận hành, đề xuất lựa chọn phương án bố trí thiết kế ... đổi cấu trồng tương lai Đề tài nghiên cứu: ? ?Nghiên cứu, thiết kế hệ thống tưới linh hoạt cho vùng trồng ớt xuất huyện Yên Định, tỉnh Thanh Hóa? ?? nhằm góp phần thực nhiệm vụ chuyển đổi cấu trồng. .. huyện Yên Định, tỉnh Thanh Hóa Phạm vi nghiên cứu Vùng chuyên canh ớt xuất xã Yên Phong, huyện Yên Định, tỉnh Thanh Hóa Nội dung nghiên cứu - Tổng quan lĩnh vực tưới tiết kiệm nước cho ớt; - Nghiên. .. hàng hóa, nâng cao hiệu kinh tế, cải thiện đời cho người dân Mục đích đề tài Thiết kế hệ thống tưới nhỏ giọt cho vùng trồng ớt xuất huyện Yên Định, tỉnh Thanh Hóa, theo quan điểm dịch vụ, linh hoạt,