giáo trình QH &TK hệ thống thủy lợi - Chương 1- ĐH BKĐN
CHƯƠNG 1- TỔNG QUAN Quy hoạch và thiết kế hệ thống thủy lợi Chương 1 TỔNG QUAN 1.1. ĐỐI TƯỢNG VÀ NỘI DUNG CỦA MÔN HỌC 1.1.1 Đối tượng và nhiệm vụ môn học Nước là yếu tố quyết định đến sự tồn tại và phát triển môi trường sống. Nước là một loại tài nguyên thiên nhiên quý giá và có hạn, là động lực chủ yếu chi phối mọi hoạt động dân sinh kinh tế của con người. Nước được sử dụng rộng rãi trong sản xuất nông nghiệp, thủy điện, giao thông vận tải, chăn nuôi, thủy sản v.v…Bởi vậy tài nguyên nước có giá trị kinh tế và được coi là một loại hàng hóa. Nước là một loại tài nguyên có thể tái tạo được và cần phải sử dụng một cách hợp lý để duy trì khả năng tái tạo của nó. Tuy nhiên trên trái đất nước thường phân bố không đồng đều cả về không gian lẫn thời gian. Theo không gian trên trái đất có vùng lượng mưa khá phong phú, nhưng lại có những vùng khô hạn. Theo thời gian, trong một vùng nhưng lại có tháng mưa nhiều, tháng mưa ít. Chính điều này dẫn đến sự không phù hợp giữa tài nguyên nước và yêu cầu sử dụng nước của các ngành dùng nước. Vì vậy “Quy hoạch và thiết kế hệ thống thủy lợi” là môn học nghiên cứu quy luật thay đổi của nguồn nước cũng như yêu cầu về nước của các ngành dùng nước nói riêng và của cả hệ thống nói chung. Từ đó đề ra những chiến lược và các biện pháp công trình để điều tiết và sử dụng nguồn nước một cách hiệu quả nhất, nhằm đáp ứng yêu cầu dùng nước của các ngành kinh tế xã hội. Nói một cách khác đây là môn học nghiên cứu các biện pháp phát triển nguồn nước một cách bền vững nhằm đáp ứng yêu cầu phát triển kinh tế của khu vực. Do đó nhiệm vụ chính đặt ra cho môn học là: - Nghiên cứu các yêu cầu về nước của các ngành dùng nước, đề xuất những chiến lược và các biện pháp công trình cần thiết nhằm điều tiết dòng chảy theo không gian và thời gian để đáp ứng các yêu cầu đó. - Bố trí và tính toán thiết kế hệ thống công trình cấp thoát nước nhằm thỏa mãn các yêu cầu về nước của khu vực, phát triển nguồn nước một cách bền vững. - Đề xuất được những phương án quy hoạch và tính toán thiết kế hệ thống công trình thủy lợi hợp lý. CHƯƠNG 1- TỔNG QUAN Quy hoạch và thiết kế hệ thống thủy lợi - Đưa ra được các biện pháp quản lý nguồn nước và các biện pháp nâng cao hệ số sử dụng nước. 1.1.2 Nội dung môn học Quy hoạch và thiết kế hệ thống thủy lợi là môn học cung cấp những kiến thức cơ bản về nhu cầu dùng nước của các ngành dùng nước trong hệ thống thủy lợi, các hình thức tiêu lượng nước thừa trong hệ thống. Dựa trên nguyên lý cân bằng nước trong hệ thống phân tích lựa chọn để đưa ra các biện pháp công trình phù hợp, từ đó có thể thiết kế được một hệ thống tưới tiêu hoàn chỉnh và đưa ra các biện pháp quản lý nguồn nước của hệ thống một cách hợp lý. Những kiến thức này là cần thiết cho việc xác định các chỉ tiêu cơ bản của công trình, xác định quy mô của công trình. Đây chính là những thông số cần thiết trong công tác quy hoạch, lập dự án đầu tư, thiết kế và khai thác công trình thủy lợi. Ngoài ra môn học còn cung cấp những kiến thức nền tảng để xác định được quy mô của các công trình có nhiệm vụ đa mục tiêu dựa trên nguyên tắc lợi dụng tổng hợp nguồn nước. Và đây cũng là môn học để sinh viên có thể sử dụng các kiến thức tổng hợp từ các môn học tiên quyết đã học trước đó là môn Thủy lực và Thủy văn. Nội dung cụ thể của môn học bao gồm các vấn đề sau : - Nghiên cứu nhu cầu cấp nước và tiêu, thoát nước của các ngành, đặc biệt là nông nghiệp, thông qua đó xác định chế độ cung cấp nước và tháo nước thích hợp. - Quy hoạch và tính toán thiết kế hệ thống công trình thủy lợi nhằm đảm bảo chế độ cung cấp nước và tiêu, tháo nước thích hợp đạt hiệu quả kinh tế cao. - Nghiên cứu về công tác quy hoạch và quản lý nguồn nước của hệ thống. 1.2. NGUYÊN LÝ CƠ BẢN CỦA MÔN HỌC. 1.2.1 Nhu cầu cấp nước cho các ngành. Khai thác nguồn nước có thể theo những mục đích khác nhau : Cấp nước tưới, cấp nước cho công nghiệp, cấp nước cho sinh hoạt, phát điện, giao thông thủy, du lịch, cải tạo môi trường, phòng chống lũ lụt, tiêu úng, lấn biển.v.v ., có thể gọi chung là các yêu cầu về nước. Yêu cầu về nước rất đa dạng và có thể chia thành các nhóm sau : a. Yêu cầu về cấp nước Bao gồm các dạng sau : - Cấp nước tưới - Cấp nước sinh hoạt CHƯƠNG 1- TỔNG QUAN Quy hoạch và thiết kế hệ thống thủy lợi - Cấp nước phục vụ công nghiệp Các hộ dùng nước loại này tiêu hao một lượng nước khá lớn và hầu như không hoàn lại hoặc rất ít nên thường gọi là các hộ tiêu hao nước. b. Yêu cầu sử dụng nước Bao gồm các dạng sau : - Khai thác thủy năng - Giao thông thủy - Phát triển du lịch - Nuôi trồng thủy sản Các hộ dùng nước loại này không tiêu hao hoặc tiêu hao rất ít lượng nước mà nó sử dụng nên thường gọi là các hộ sử dụng nước. c. Yêu cầu về cải tạo và bảo vệ môi trường Bao gồm các dạng sau : - Phòng chống lũ lụt và tiêu thoát nước - Xử lý nước thải và chống ô nhiễm nguồn nước - Cải tạo môi trường sinh thái - Chỉnh trị sông và bảo vệ bờ. Theo quan điểm phát triển bền vững, khai thác nguồn nước phải đảm bảo không làm cạn kiệt, suy thoái nguồn nước và đảm bảo cân bằng sinh thái. Những biện pháp khai thác nguồn nước nhằm mục đích phát triển kinh tế xã hội và phục vụ đời sống con người có thể làm thay đổi đáng kể nguồn nước cả về lượng, chất lượng và động thái của nó dẫn đến sự thay đổi cân bằng nước trên lưu vực sông. Sự thay đổi cân bằng nước tự nhiên có thể có lợi hoặc có hại cho môi trường sinh thái. Bởi vậy, phát triển nguồn nước phải hướng tới sự thay đổi có lợi về cân bằng sinh thái của lưu vực sông. Ngoài ra theo quan điểm hiện đại, mục đích khai thác tài nguyên nước không chỉ vì mục tiêu tăng trưởng kinh tế mà cần hướng tới sự đảm bảo chất lượng môi trường sống đối với con người. Trong phạm vi của môn học “ Quy hoạch và thiết kế hệ thống thủy lợi” này ta đi sâu vào nghiên cứu khai thác nguồn nước phục vụ cho các ngành tiêu hao nước đảm bảo sự phát triển bền vững 1.2.2 Cân bằng nước của lưu vực. CHƯƠNG 1- TỔNG QUAN Quy hoạch và thiết kế hệ thống thủy lợi Để xác định biện pháp tưới tiêu đối với vùng đất nông nghiệp ta cần nghiên cứu nguyên lý điều tiết nước ruộng. Nguyên lý điều tiết nước ruộng dựa trên cơ sở cân bằng nước trên một khu vực nào đó. Và được biểu thị bằng phương trình cần bằng tổng quát như sau: ∆ ∆∆ ∆V + ∆ ∆∆ ∆W = (P + N + G + A)- (E + R + S) (1.1) Hình 1.1: Sơ đồ cân bằng nước Trong đó: - Lượng nước đến bao gồm: (P + N + G + A) P: lượng mưa rơi xuống trên khu vực N: lượng nước mặt từ nơi khác chảy đến G: lượng nước ngầm và nước ngấm từ các vùng lân cận bổ sung vào tầng đất canh tác A: lượng nước do hơi nước ngưng tụ trong đất - Lượng nước đi bao gồm: (E + R + S) E: lượng nước cần của cây trồng để tạo được một sản lượng nhất định, trong một điều kiện về nông nghiệp nhất định. Bao gồm: lượng bốc hơi khoảng trống và lượng nước cây trồng sử dụng ( lượng bốc hơi mặt lá của cây trồng) S: lượng nước mặt chảy ra khỏi khu vực R: lượng nước trong đất ngấm xuống tầng đất bên dưới hoặc mực nước ngầm - Lượng nước tăng, giảm bao gồm: ∆ ∆∆ ∆V + ∆ ∆∆ ∆W ∆ ∆∆ ∆V: lượng tăng giảm lớp nước mặt đất, dV= V 1 - V 0 V 1 : lượng nước mặt đất cuối thời đoạn tính toán V 0 : lượng nước mặt đất đầu thời đoạn tính toán dW: lượng tăng giảm của nước trong tầng đất tính toán, dW= W 1 - W 0 W 1 : lượng nước trong tầng đất tính toán ở cuối thời đoạn W 0 : lượng nước trong tầng đất tính toán ở đầu thời đoạn H G R P E S N MNN A CHƯƠNG 1- TỔNG QUAN Quy hoạch và thiết kế hệ thống thủy lợi Nếu gọi W * và V * là lượng nước tối thiểu theo yêu cầu của cây trồng, để cây trồng phát triển bình thường thì: V 1 ≥ V * và W 1 ≥ W * Vậy trong điều kiện nước thiên nhiên đảm bảo cung cấp đủ cho cây trồng thì phương trình có dạng: (V * -V 0 ) + (W * -W 0 )= (P + N + G + A)- (E + R + S) Hay viết một cách tổng quát ∆ = (P + N + G + A)- (E + R + S)- (V * -V 0 ) - (W * - W 0 ) *Nếu ∆= 0 thì chế độ nước của thiên nhiên phù hợp với yêu cầu nước của cây trồng, ta không cần tưới hoặc tiêu. *Nếu ∆ > 0 Thì lượng nước trong ruộng vượt quá yêu cầu của cây trồng, do đó phải tiến hành tiêu nước, từ đó xác định lượng nước cần tiêu đi, xác định qui mô và kích thước của công trình tiêu. *Nếu ∆ < 0 thì lượng nước trong ruộng không đủ cho yêu cầu nước của cây trồng, do đó cần phải tưới. Từ đó xác định lượng nước cần tưới, xác định qui mô và kích thước công trình tưới. Vậy dựa vào phương trình cân bằng trong từng thời đoạn, ta có thể xác định được lượng nước tưới và tiêu trong mỗi giai đoạn đó. Thời đoạn tính toán càng nhỏ thì kết quả tính toán càng chính xác và chế độ nước cho cây trồng càng thích hợp. Để xác định lượng nước tưới hợp lý (đảm bảo yêu cầu về kỷ thuật và kinh tế) ta cần phải điều tiết nước ruộng. Ngoài ra nếu chế độ nước trên ruộng vượt quá khả năng chịu ngập cho phép của cây trồng thì cây trồng kém phát triển cho năng suất thấp. Vì vậy trong công tác điều tiết nước mặt ruộng vấn đề tưới và tiêu nước cho cây trồng cần phải được xem trọng như nhau. Câu hỏi ôn tập 1. Nhiệm vụ và nội dung của môn học? 2. Nguyên lý cơ bản của môn học? . CHƯƠNG 1- TỔNG QUAN Quy hoạch và thiết kế hệ thống thủy lợi Chương 1 TỔNG QUAN 1. 1. ĐỐI TƯỢNG VÀ NỘI DUNG CỦA MÔN HỌC 1. 1 .1 Đối tượng và nhiệm. tổng quát như sau: ∆ ∆∆ ∆V + ∆ ∆∆ ∆W = (P + N + G + A)- (E + R + S) (1. 1) Hình 1. 1: Sơ đồ cân bằng nước Trong đó: - Lượng nước đến bao gồm: (P + N + G