Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật tài nguyên nước: Nghiên cứu giải pháp ứng dụng công nghệ tưới tiết kiệm nước, mô hình quản lý và tổ chức sản xuất cho vùng bãi sông thành phố Hà Nội

LỜI CAM ĐOAN CỦA TÁC GIẢ Tên tác giả: Vũ Thị Thu Thảo Học viên cao học lớp: 25Q21 Ngành: Kỹ Thuật Tài nguyên Nước Người hướng dẫn khoa học: Người hướng dẫn 1: PGS.TS.Trần Chí Trung Người hướng dẫn 2: TS Nguyễn Quang Phi Tên đề tài luận văn: “Nghiên cứu giải pháp ứng dụng công nghệ tưới tiết kiệm nước, mơ hình quản lý tổ chức sản xuất cho vùng bãi sông Thành phố Hà Nội” Tác giả xin cam đoan đề tài luận văn làm dựa số liệu, tư liệu thu thập từ nguồn thực tế…để tính tốn kết quả, từ mơ đánh giá đưa nhận xét Tác giả không chép luận văn đề tài nghiên cứu trước Hà Nội, ngày tháng năm 2019 Tác giả Vũ Thị Thu Thảo i LỜI CẢM ƠN Sau thời gian nghiên cứu, đến luận văn thạc sĩ với đề tài: “Nghiên cứu giải pháp ứng dụng công nghệ tưới tiết kiệm nước, mơ hình quản lý tổ chức sản xuất cho vùng bãi sông Thành phố Hà Nội” hoàn thành Trường Đại học Thủy lợi Hà Nội với nỗ lực thân giúp đỡ, bảo, hướng dẫn nhiệt tình thầy giáo, cô giáo, đồng nghiệp bạn bè Tác giả xin chân thành cảm ơn thầy, cô giáo Trường đại học Thủy lợi truyền đạt kiến thức, phương pháp nghiên cứu trình học tập, cơng tác Tác giả xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Trần Chí Trung TS Nguyễn Quang Phi - người hướng dẫn khoa học trực tiếp, tận tình hướng dẫn tác giả cán Viện Khoa học thủy lợi Việt Nam thực đề tài “Nghiên cứu đề xuất giải pháp công nghệ khai thác nguồn nước hệ thống tưới hợp lý cho vùng bãi sông địa bàn Hà Nội” giúp đỡ tơi hồn thành luận văn Tơi xin chân thành cảm ơn: Ban giám hiệu, thầy cô giáo Khoa Kỹ thuật Tài nguyên nước, thầy giáo cô giáo môn – Trường Đại học Thủy lợi Hà Nội Cuối cùng, tác giả xin cảm ơn lòng người thân gia đình, bạn bè, đồng nghiệp tin tưởng động viên giúp đỡ tác giả suốt trình học tập hoàn thành luận văn Đây lần nghiên cứu khoa học, với thời gian kiến thức có hạn Luận văn chắn khơng thể tránh khỏi khiếm khuyết, tác giả mong nhận thơng cảm, góp ý chân tình Thầy, Cô đồng nghiệp để luận văn hoàn thiện Xin chân thành cảm ơn! Hà nội, ngày tháng năm 2019 Tác giả Vũ Thị Thu Thảo ii MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ v DANH MỤC BẢNG BIỂU vii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT viii MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC VÀ NGOÀI NƯỚC VỀ GIẢI PHÁP KHAI THÁC NGUỒN NƯỚC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP NƯỚC TƯỚI CHO VÙNG BÃI SÔNG 1.1 Tổng quan kết nghiên cứu khai thác nguồn nước công nghệ cấp nước tưới vùng bãi sông giới 1.2 Tổng quan kết nghiên cứu khai thác nguồn nước công nghệ cấp nước tưới vùng bãi sông Việt Nam CHƯƠNG II ĐÁNH GIÁ TÌNH HÌNH SẢN XUẤT NƠNG NGHIỆP VÀ THỰC TRẠNG TƯỚI TIÊU CỦA VÙNG BÃI SÔNG TRÊN ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ HÀ NỘI 14 2.1 Đánh giá thực trạng nông nghiệp vùng bãi sông 14 2.1.1 Thổ nhưỡng, đất đai vùng bãi sông 14 2.1.2 Hiện trạng trồng trọt vùng bãi sông 15 2.1.3 Thực trạng tổ chức sản xuất vùng bãi sông 19 2.2 Đánh giá trạng khai thác nguồn nước vùng bãi sông 22 2.3 Đánh giá trạng hệ thống thủy lợi cơng trình khai thác nước vùng bãi sông 27 2.3.1 Hiện trạng cơng trình khai thác nguồn nước mặt 27 2.3.2 Hiện trạng cơng trình khai thác nguồn nước ngầm 31 2.4 Đánh giá thực trạng tưới tiêu vùng bãi sông 34 CHƯƠNG III ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP KHAI THÁC HỢP LÝ NGUỒN NƯỚC CHO SẢN XUẤT NÔNG NGHIỆP VÙNG BÃI SÔNG TRÊN ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ HÀ NỘI 37 3.1 Nghiên cứu đề xuất giải pháp khai thác hợp lý nguồn nước mặt cho sản xuất nông nghiệp vùng bãi sông 37 iii 3.1.1 Đánh giá khả khai thác nguồn nước mặt 37 3.1.2 Giải pháp cơng trình khai thác nguồn nước mặt từ sơng 40 3.1.3 Giải pháp cơng trình khai thác nguồn nước mặt từ ao, đầm 51 3.2 Nghiên cứu đề xuất giải pháp khai thác hợp lý nguồn nước ngầm cho sản xuất nông nghiệp vùng bãi sông 54 3.2.1 Đánh giá khả khai thác nguồn nước ngầm 54 3.2.2 Giải pháp cơng trình khai thác nguồn nước ngầm 57 CHƯƠNG IV NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ TƯỚI HỢP LÝ VÀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH QUẢN LÝ GẮN VỚI TỔ CHỨC SẢN XUẤT CHO VÙNG BÃI SÔNG TRÊN ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ HÀ NỘI 65 4.1 Nghiên cứu đề xuất giải pháp xây dựng sở hạ tầng thủy lợi cho vùng bãi sông 65 4.1.1 Hiện trạng sở hạ tầng vùng bãi sông 65 4.1.2 Giải pháp xây dựng sở hạ tầng thủy lợi cho vùng bãi sông 66 4.2 Nghiên cứu đề xuất giải pháp xây dựng hệ thống tưới tiết kiệm nước phù hợp cho vùng bãi sông .68 4.2.1 Đề xuất giải pháp công nghệ tưới tiết kiệm nước phù hợp cho vùng bãi sông 68 4.2.2 Giải pháp sử dụng nguồn nước để áp dụng tưới tiết kiệm nước 72 4.2.2.3 Giải pháp xây dựng giếng khoan quy mô hộ 79 4.3 Nghiên cứu đề xuất giải pháp xây dựng tưới mặt phù hợp cho vùng bãi sông 80 4.3.1 Giải pháp xây dựng hệ thống tưới tiết kiệm nước 80 4.3.2 Giải pháp tưới rãnh 83 4.4 Xây dựng mơ hình tưới tiết kiệm nước gắn với tổ chức sản xuất hiệu 85 4.4.1 Xây dựng mơ hình tưới tiết kiệm nước cho vùng chuyên canh 85 4.4.2 Xây dựng mơ hình tổ chức sản xuất gắn với mơ hình tưới tiết kiệm nước 89 4.4.3 Đánh giá hiệu mơ hình 92 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 94 TÀI LIỆU THAM KHẢO 99 iv DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 2.1 Bản đồ địa giới hành Thành phố Hà Nội 15 Hình 2.2 Cơ cấu diện tích loại trồng vùng bãi xã điều tra năm 2016 Trung tâm Tư vấn PIM 18 Hình 2.3 Khu sản xuất rau an toàn HTX Tiền Lệ 20 Hình 2.4 Một số mơ hình sản xuất vùng bãi sơng 21 Hình 2.5 Bãi hoa màu vùng bãi sông bị ngập nước năm 2002 24 Hình 2.6 Vườn ăn xã Võng La, huyện Đông Anh bị ngập năm 2017 25 Hình 2.7 Tình trạng khơ cạn sông Hồng năm 2010 26 Hình 2.8 Diễn biến mực nước trung bình ngày tháng mùa kiệt năm 2010 trạm bơm Xuân Phú 28 Hình 2.9 Trạm bơm dã chiến Bá Giang (trái) Trạm bơm dã chiến xã Xuân Phú lấy nước sông Hồng năm 2002 (phải) 29 Hình 2.10 Trạm bơm Cửa Đình, xã Văn Đức, huyện Gia Lâm 30 Hình 2.11 Trạm bơm dã chiến nhỏ xã Văn Đức, huyện Gia Lâm 31 Hình 2.12 Trạm bơm khai thác nước ngầm tập trung xã Yên Mỹ, huyện Thanh Trì 32 Hình 2.13 Giếng khoan hộ gia đình xã Tiền n Đắc Sở, huyện Hồi Đức 34 Hình 2.14 Hiện trạng tưới rãnh cho rau mầu vùng bãi sông 35 Hình 2.15 Áp dụng tưới tiết kiệm nước vùng bãi sông 35 Hình 3.1 Diễn biến lưu lượng mực nước mùa kiệt trạm Sơn Tây sông Hồng 37 Hình 3.2 Diễn biến lưu lượng mực nước mùa kiệt trạm Thượng Cát sông Đuống 38 Hình 3.3 Nối dài ống hút máy bơm 41 Hình 3.4 Trạm bơm bán cố định 42 Hình 3.5 Sơ đồ bố trí trạm bơm dã chiến 43 Hình 3.6 Trạm bơm dã chiến (cột nước thấp) cấp nước cho kênh dẫn sau cống lấy nước 43 Hình 3.7 Trạm bơm dã chiến lấy nước từ sông cấp nước cho kênh xả 44 Hình 3.8 Trạm bơm cột hút sâu 45 Hình 3.9 Cắt dọc trạm bơm chìm xiên 46 v Hình 3.10 Trạm bơm chìm xiên (áp dụng Xuân Phú, Phúc Thọ) 47 Hình 3.11 Trạm bơm buồng ướt máy bơm chìm 48 Hình 3.12 Trạm bơm trục đứng có trục trung gian 49 Hình 3.13 Trạm bơm di chuyển ray máy bơm ly tâm trục ngang 50 Hình 3.14 Ao trữ nước tưới cho màu 53 Hình 3.15 Đồ thị mực nước trung bình tháng năm 2016, 2017 trung bình nhiều năm tầng chứa nước Holocence (qh) 56 Hình 3.16 Đồ thị mực nước trung bình tháng năm 2016, 2017 trung bình nhiều năm tầng chứa nước Pleistocence (qp) 56 Hình 3.17 Sơ sồ cơng nghệ cơng trình khai thác nước ngầm 60 Hình 3.18 Cấu tạo trạm bơm giếng khoan 61 Hình 3.19 Bộ phận lọc giếng khoan 62 Hình 3.20 Cơng nghệ thổi rửa giếng khoan phương pháp nén khí 62 Hình 3.21 Cơng nghệ xử lý nước dàn thống tự nhiên 64 Hình 3.22 Mơ hình xử lý nước ngầm đơn giản 64 Hình 4.1 Sơ đồ tưới tiết kiệm nước sử dụng nguồn nước từ kênh tưới 73 Hình 4.2 Mặt cắt bể trữ nước 74 Hình 4.3 Sơ đồ tưới tiết kiệm sử dụng nguồn nước ngầm quy mô nhỏ 76 Hình 4.4 Kết cấu bể trữ có lọc 77 Hình 4.5 Bể trữ có lọc dàn phun mưa 78 Hình 4.6 Biện pháp lắp đặt đường ống 81 Hình 4.7 Khoảng cách rãnh tiết diện rãnh 85 Hình 4.8 Sơ đồ cơng nghệ áp dụng cho khu mơ hình 87 Hình 4.9 Cơng trình đầu mối hệ thống tưới tiết kiệm nước 88 Hình 4.10 Sơ đồ hệ thống tưới tiết kiệm nước khu xây dựng mơ hình 88 Hình 4.11 Sơ đồ mơ hình liên kết tiêu thụ sản phẩm gắn với phát triển tưới TKN cho vùng chuyên canh xã Yên Mỹ 91 vi DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Hiện trạng diện tích đất sản xuất nơng nghiệp số xã năm 2016 16 Bảng 2.2 Hiện trạng cấu trồng vùng bãi số xã năm 2016 17 Bảng 2.3 Năng suất, doanh thu loại trồng vùng bãi 19 Bảng 2.4 Một số mơ hình sản xuất rau an toàn, ăn hiệu 20 Bảng 2.5 Diện tích tưới từ loại hình khai thác nguồn nước xã điều tra (ha) 23 Bảng 2.6 Tỷ lệ diện tích tưới loại hình từ khai thác nguồn nước xã điều tra (%) 23 Bảng 2.7 Các thông số kỹ thuật trạm bơm khai thác nước ngầm tập trung 32 Bảng 2.8 Các biện pháp tưới áp dụng phổ biến vùng bãi sông 34 Bảng 2.9 Thực trạng áp dụng tưới tiết kiệm nước vùng bãi sông 36 Bảng 3.1 Tổng hợp giải pháp cho trạm bơm có không lấy nước 44 Bảng 3.2 Tổng hợp giải pháp xây dựng trạm bơm 51 Bảng 3.3 Chiều sâu lưu lượng giếng khoan tập trung 58 Bảng 3.4 Chiều sâu lưu lượng giếng khoan phân tán 59 Bảng 3.5 Ưu, nhược điểm hình thức giếng khoan tập trung, phân tán 59 Bảng 4.1 Các tiêu ruộng, bờ khoảnh, bờ vùng 67 Bảng 4.2 Các thông số kỹ thuật đường giao thông nội đồng vùng bãi sông 68 Bảng 4.3 Lựa chọn loại bể trữ 75 Bảng 4.4 Chiều sâu khoan giếng khai thác nước ngầm quy mô nhỏ 76 Bảng 4.5 Lựa chọn loại bể trữ 79 Bảng 4.6 Lựa chọn đường ống cấp nước 80 Bảng 4.7 Các loại thiết bị tưới 82 Bảng 4.8 Lựa chọn thiết bị tưới 83 Bảng 4.9 Kích thước rãnh 85 Bảng 4.10 Lựa chọn đường ống cho khu mơ hình 89 Bảng 4.11 Hiệu tổ chức sản xuất mơ hình 92 Bảng 4.12 Hiệu kinh tế mơ hình áp dụng tưới tiết kiệm nước 93 vii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT BOD Biochemical oxygen Demand – nhu cầu oxy sinh hóa BTCT Bê tơng cốt thép COD Chemical Oxygen Demand – nhu cầu oxy hóa học CT Cơng thức CT1 Công thức ĐCTV Địa chất thủy văn ĐBSH Đồng sông Hồng DO Dissolved Oxygen - Nồng độ ơxy hịa tan FAO Tổ chức Lương thực Nông nghiệp Liên Hiệp Quốc HDPE Hight Density Poli Etilen (vật liệu HPDE) HTX Hợp tác xã HTX DVNN Hợp tác xã dịch vụ nông nghiệp HTX NN Hợp tác xã nông nghiệp LK Lỗ khoan NDĐ Nước đất PVC Polyvinylclorua (nhựa PVC) QCVN Quy chuẩn Việt Nam qh Tầng chứa nước Holocene qp Tầng chứa nước Pleistocene TKN Tiết kiệm nước TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TNMT Tài nguyên môi trường UBND Ủy ban nhân dân KHTL Khoa học Thủy lợi viii MỞ ĐẦU TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Trên giới áp dụng rộng rãi nguyên tắc quản lý tổng hợp tài nguyên nước, nguyên tắc kinh tế bốn nguyên tắc quản lý tổng hợp tài nguyên nước coi nước có giá trị kinh tế đối tượng sử dụng cần phải coi hàng hoá xã hội kinh tế, định giá, phân phối hợp lý (Hội nghị quốc tế Dublin năm 1992) Sự phát triển sản xuất nông nghiệp thâm canh tăng vụ mở rộng diện tích đất canh tác địi hỏi lượng nước ngày cao Theo M.I.Lvovits (1974), tương lai thâm canh nơng nghiệp mà dịng chảy năm sơng tồn giới giảm khoảng 700 km3/năm Khan thiếu nước mối đe doạ nghiêm trọng tồn người tương lai Vì lẽ đó, cần có giải pháp quản lý, khai thác bảo vệ tốt tài nguyên nước, tăng sản lượng, giảm chi phí đầu vào tiết kiệm nước tồn hóc búa cho nơng nghiệp nhiều nước Đối với vùng đất bãi bồi ven sơng, nước có cách làm riêng để khai thác nguồn tài nguyên đất sản xuất nông nghiệp mùa khô Xu hướng phát triển thủy lợi nhiều nước khai thác tốt hệ thống cơng trình có, tăng cường phương pháp, kỹ thuật tưới theo chiều sâu để nâng cao hiệu kinh tế thông qua việc tăng hiệu sử dụng nước Một biện pháp quan trọng nhằm nâng cao hiệu kinh tế tưới nước cho loại trồng việc lựa chọn áp dụng phương pháp, kỹ thuật tưới thích hợp kỹ thuật tưới mặt ruộng đóng vai trị quan trọng việc cung cấp, phân bố nước trực tiếp đến trồng định lượng nước tổn thất mặt ruộng nhiều hay Với phương pháp, kỹ thuật tưới thơng thường (tưới cổ truyền) lượng nước tổn thất cịn lớn Mục đích tưới nước đưa đủ nước vào đất để đảm bảo cho trồng sinh trưởng, phát triển tốt Với kỹ thuật tưới phổ biến cho trồng cạn trước thường không trì độ ẩm theo u cầu thích hợp mà phạm vi thay đổi độ ẩm đất lớn, cao thấp so với độ ẩm thích hợp, gây bất lợi cho trình sinh trưởng, phát triển trồng Đối với vùng khí hậu khơ hạn, bán khơ hạn, có tưới nước trì phát triển nơng nghiệp, vấn đề nước tưới trở nên cấp thiết nơi khác Kỹ thuật tưới tiết kiệm nước kỹ thuật tưới cung cấp nước hiệu nhất, góp phần tăng suất sản lượng trồng cách đáng kể Ở Việt Nam đến có nhiều nghiên cứu giải pháp KHCN khai thác, sử dụng nguồn nước cho sản xuất nông nghiệp dân sinh góp phần quan trọng phát triển nguồn nước vùng có điều kiện địa hình phức tạp phục vụ phát triển nông nghiệp Đối với vùng bãi sông, nghiên cứu giải pháp khai thác, sử dụng nguồn nước mặt nước ngầm cho sản xuất nông nghiệp dân sinh vùng bãi sông chưa nhiều Hơn nữa, tác động biến đổi khí hậu điều kiện hạn hán, cạn kiệt nguồn nước giải pháp tưới tiên tiến, tiết kiệm nước yêu cầu cấp bách cần phải đẩy mạnh áp dụng Tuy nhiên áp dụng công nghệ tưới tiết kiệm nước diện rộng nước ta cịn nhiều hạn chế Thành phố Hà Nội có diện tích lớn vùng bãi sơng, theo quy hoạch đến 2020 29.400 vùng đất phì nhiêu màu mỡ cho sản xuất nông nghiệp, đảm bảo an sinh xã hội Tuy nhiên diện tích vùng bãi chưa tưới, chủ yếu dựa vào nước trời dẫn đến xuất thấp Về trạng tưới tiêu, có số mơ hình áp dụng công nghệ tưới tiết kiệm nước số địa phương, người dân tự bơm nước tưới cho rau mầu từ giếng khoan nhỏ lẻ từ ao, đầm trữ nước có dung tích hạn chế Một số mơ hình sản xuất rau an tồn, trồng ăn vùng đất bãi mang lại hiệu kinh tế cao Về hình thức tổ chức sản xuất, có số mơ hình xây dựng tổ chức sản xuất rau an toàn HTX sản xuât rau an toàn tập trung Hợp tác xã trồng ăn hay Hợp tác xã nông nghiệp, nhiên cịn lại hầu hết hình thức sản xuất mơ hộ gia đình nên hiệu sản xuất nơng nghiệp cịn thấp Do đặc điểm vùng bãi sông khác với đồng (ngập nước mùa lũ, mực nước sông thấp đất bãi mùa kiệt, chưa có hệ thống thủy lợi) nên cần nghiên cứu giải pháp khai thác nguồn nước công nghệ nước tưới hợp lý cho vùng bãi sông Việc nghiên cứu giải pháp khai thác nguồn nước, cơng nghệ tưới gắn với hình thức tổ chức sản xuất phù hợp cho vùng bãi sơng có ý nghĩa khoa học thực tiễn cao phục vụ phát triển kinh tế, xã hội cho địa phương vùng bãi sông địa bàn thành phố Hà Nội Tổng quan tình hình nghiên cứu ngồi nước giải pháp khai thác ... gian nghiên cứu, đến luận văn thạc sĩ với đề tài: ? ?Nghiên cứu giải pháp ứng dụng công nghệ tưới tiết kiệm nước, mơ hình quản lý tổ chức sản xuất cho vùng bãi sơng Thành phố Hà Nội? ?? hồn thành. .. nông nghiệp cho vùng bãi sông Từ phân tích trên, việc ? ?Nghiên cứu giải pháp ứng dụng cơng nghệ tưới tiết kiệm nước, mơ hình quản lý tổ chức sản xuất cho vùng bãi sông Thành phố Hà Nội? ?? nhằm đánh... Thành phố Hà Nội Chương 4: Nghiên cứu đề xuất giải pháp cơng nghệ tưới hợp lý xây dựng mơ hình quản lý gắn với tổ chức sản xuất cho vùng bãi sông địa bàn Thành phố Hà Nội Phần kết luận kiến nghị Tài