VII. Bố trí bờ vùng, bờ thửa và đường đi lại:
Chương 9 CHẾ ĐỘ TIÊU & HỆ THỐNG TIÊU NƯỚC MẶT RUỘNG
RUỘNG
Nội dung: I/ Tổng quát.
1. Định nghĩa.
Hình 8.10.c. Đường ở giữa kênh tưới và tiêu của vùng. Cần các cầu để vào ruộng (ít khi sử dụng)
1. Lên đất đai. 2. Lên cây trồng
- Các loại màu. - Rau.
- Cây ăn trái. - Lúa.
III/ Hệ số tiêu nước và Lưu lượng thiết kế cho kênh tiêu. 1. Hệ số tiêu nước cho cây trồng cạn.
2. Hệ số tiêu nước cho cây Lúa.
IV/ Các biện pháp tiêu nước mặt trên đồng ruộng. V/ Hệ thống kênh tiêu.
Từ khĩa: - Ngập úng (inudation), thời gian tập trung nước (Tc), lưu lượng tiêu, hệ số tiêu nước, hệ số chảy tràn, cường độ mưa.
Các vấn đề cần nắm vững:
1. Sự cần thiết và ích lợi của việc tiêu nước. 2. Các dấu hiệu cho thấy cần tiêu nước.
3. Thời gian ngập cho phép đối với cây trồng cạn, cây Lúa v.v… 4. Thời gian tập trung nước (Tc).
5. Lưu lượng tiêu nước.
6. Biện pháp tiêu nước mặt ruộng.
Chương 9: CHẾ ĐỘ TIÊU & HỆ THỐNG TIÊU NƯỚC MẶT RUỘNG. I/ Tổng quát:
I.1. Định nghĩa và mục đích của việc tiêu nước
Đĩ là việc rút nước thặng dư trong ruộng ra ngồi bằng các ống ngầm, mương ngầm hay giếng, mương lộ thiên. Mục đích chính yếu của việc tiêu nước trong nơng nghiệp là làm mơi trường đất bị úng thích hợp với sự sinh sống của cây cối và do đĩ gia tăng năng suất của cây trồng.
I.2. Những dấu hiệu cho thấy cần tiêu nước
Người ta cĩ thể dựa vào các dấu hiệu của mặt đất, đất dưới sâu và của thảo mộc, gia súc chung quanh để biết khi nào cần thốt thủy. Các dấu hiệu thơng thường là:
• Mặt đất: nước đọng thành vũng hay mặt đất luơn ẩm ướt. Người và gia súc đi lại
cĩ vết chân. máy kéo dễ bị sa lầy.
• Cỏ: xuất hiện nhiều cỏ ưa nước (ví dụ:cỏ lơng chồn, cỏ lác, lau sậy).
• Cơn trùng và sinh vật: như ruồi, muỗi hay nhiều bù mắt, sên.
• Màu của đất: màu xám, hoặc nếu cĩ đốm xám chứng tỏ đất đơi khi bị úng.
• Chiều sâu rễ: rễ cạn (do úng thủy khơng phát triển được).
• Mực nước thủy cấp: mực nước thủy cấp phải cách mặt đất 1 trị số tối thiểu cho
mỗi loại hoa màu. Ví dụ: Mía (0,6m), bơng vải (0,8m). I.3. Sự cần thiết và ích lợi của việc tiêu nước:
Các ích lợi của việc tiêu nước cĩ thể được liệt kê như sau:
• Làm đất thống khí.
• Hạ mực nước ngầm => rễ ăn sâu hơn, do đĩ cây sử dụng 1 trắc diện đất sâu.
• Việc di chuyển máy mĩc, thiết bị người vàsúc vật được dễ dàng hơn.
• Việc cày bừa dễ dàng hơn => tiết kiệm nhiên liệu, chi phí và thời gian. Đồng thời việc cày bừa cĩ thể thực hiện sớm hơn => tăng vụ.
• Sự đọng nước lâu ngày sẽ làm biến đổi các chất hữu cơ trong đất thành các acid hữu cơ (ví dụ H2S) rất độc cho cây. Sự tiêu nước làm tăng hiện tượng nitrate hĩa nhờ sự gia tăng các vi sinh vật hiếu khí.
• Úng thủy cĩ thể gây nhiều bệnh cho cây.
• Cây mọc khơng đều (do chổ thừa nước , chổ thiếu nước).
• Đất úng thủy khi gia súc trâu bị đi lại làm phá hủy cơ cấu đất.
• Hạn chế sự lan tràn của cỏ hoang ái thủy.
• Hạn chế sự gia tăng phát triển của ruồi, muỗi => hạn chế mầm gây bệnh cho người và gia súc.
• Ở vùng đồi núi cĩ thể hạn chế được sự xĩi mịn đất.
II/ Ảnh hưởng của tình trạng ngập úng lên đất đai và cây trồng: II.1. Ảnh hưởng lên đất đai:
Ba ảnh hưởng lớn nhất của sự úng thủy lên đất là:
• Sự thống khí: Dưỡng khí vào được trong đất nhờ 2 tiến trình: Chảy và khuếch tán. Trong đĩ hiện tượng khuếch tán là chủ yếu. Hiện tượng chảy từ nơi này qua nơi khác khi cĩ sự khác biệt về nhiệt độ hay áp suất của oxy tại 2 điểm. Tốc độ khuếch tán tùy thuộc vào thành phần tế khổng khơng cĩ nước (chỉ cĩ khơng khí). Theo nhiều tác giả (Blake and Page, 1948) thì hiện tượng khuếch tác sẽ ngưng khi thành phần tế khổng chứa khơng khí nhỏ hơn 10 –12 %.
khơng tồn tại lâu trong đất. Sự mất oxy ra khỏi đất bị úng là nguyên nhân chính khiến cây bị giảm năng suất hay bị chết.
• Nồng độ CO2: Thơng thường khi nồng độ oxy giảm (đất bị úng) thì nồng độ CO2 sẽ gia tăng.
• Oxyd hố khử: Sau khi lượng oxy trong đất bị sử dụng hết hay bị đẩy ra khỏi đất, các hiện tượng phân hĩa của các chất hữu cơ xảy ra trong điều kiện yếm khí => tạo thành các chất bị oxyd hĩa khơng hồn tồn hay thành chất khử.
II.2. Ảnh hưởng lên cây trồng:
Thơng qua ảnh hưởng của úng, ngập lên đất như đã kể trên, thì phản ứng của cây đối với vấn đề này cĩ khác nhau. Tuy nhiên, các tài liệu này cịn thiếu. Sau đây chỉ trình bày vài kết qủa.
• Các loại màu: Trong 3 thời kỳ phát triển thì ngập trong thời kỳ phát dục làm giảm năng suất nhiều nhất, kế đến thời kỳ phát triển, sau đĩ là chín hạt. Tuy nhiên nếu bị úng kéo dài khoảng 10 ngày là cây hồn tồn chết trong bất cứ giai đoạn nào. Ngồi ra năng suất giảm rất nhanh dù bị ngập trong 1 thời gian rất ngắn (1-2 ngày). Như vậy về phương diện thốt thủy, để bảo đảm năng suất, thời gian bị úng khơng quá 1 ngày (bảng 9.1)
Bảng 9.1: Ảnh hưởng của thời gian ngập lên năng suất Bắp. (theo Van’t Would và Hagan, 1957)
Bị ngập 5 ngày sau khi nẩy mầm Bị ngập 15 ngày sau khi nẩy mầm
Số ngày ngập Ngày ra bơng Chiều ra cây Chỉ số năng suất Ngày ra bơng Chiều cao cây Chỉ số năng suất 0 8/7 52,2 100% 8/7 52,8 100% 2 16/7 40,0 34,5% 16/7 44,5 52% 5 18/7 37,0 34,5% 20/7 - 10% 8 20/7 36,5 20,9% - - 5,5% 12 Chết - - - - -
b/ Rau: Khả năng chịu úng của rau rất kém. Các loại đậu, cà chua, bị ngập trong thời gian dù rất ngắn (vài ngày) là cĩ ảnh hưởng lên cả năng suất lẫn chất lượng.
c/ Cây ăn trái: Cĩ rất ít dữ liệu khoa học về khả năng chịu úng của loại cây này.
d/ Cây Lúa: mặc dù Lúa là cây cĩ khả năng chịu úng ngập. Nhưng khả năng chịu ngập của Lúa cũng cĩ giới hạn (bảng 9.2).
Bảng 9.2: Sức chịu ngập của lúa Tám Đen ( ĐHNN, 1965)
Đẻ nhánh Đối chứng (5- 6cm) Ngập 40 cm (cịn 5cm lá) Ngập 40 cm 0 2 4 100 % 96,8 % 93,2 % Làm đốt Đối chứng Ngập 40 cm Ngập 40 cm 0 4 7 100 % 99,6 % 96,6 % Làm địng Đối chứng Ngập 40 cm Ngập 40 cm Ngập 40 cm Ngập 60 cm 0 2 4 7 2 100 % 100 % 99,3 % 96,4 % 96,6 %
III/ Tính tốn hệ số tiêu và lưu lượng thiết kế cho kênh tiêu. III.1. Hệ số tiêu nước ruộng cây trồng cạn:
Trên một lưu vực cĩ tiến trình tạo thành dịng chảy trong khi mưa và sau khi mưa. Tiến trình này khiến nước tập trung trong kênh khơng cố định mà thay đổi theo thời gian (hình 9.1). Lưu lượng sẽ đạt giá trị max khi thời gian mưa bằng thời gian tập trung nước Tc.
Hình 9.2: Đường quá trình lũ
Như đã trình bày, cây trồng cạn khơng thể chịu úng ngập qúa 1 ngày. Vì vậy, mưa ngày nào phải tiêu xong trong ngày đĩ và tiêu càng nhanh càng tốt. Ngồi các yếu tố về đặc tính mưa và sức chịu ngập của cây, việc tính tốn tiêu nước cịn tùy thuộc vào địa hình, độ dốc của mặt đất, diện tích của lưu vực.
Việc tính tốn lưu lượng và hệ số tiêu nước cho 1 lưu vực được chia làm thành 2 trường hợp tùy theo thời gian tập trung nước (Tc).
a. Thời gian tập trung nước (Tc): là thời gian để mưa rơi ở 1 điểm xa nhất trong khu vực chảy về điểm tập trung nước.
b. Cơng thức xác định Tc:
• Nếu dịng chảy nhất định và rõ ràng: Tc = L/v . Trong đĩ L: chiều dài các dịng chảy.
v: vận tốc .
• Nếu dịng chảy khơng rõ ràng. Tc được phỏng đốn theo các cơng thức sau: - Theo Ramser-Kirpich (lưu vực nhỏ hơn 50 ha);
Tc = 0,0078 * L 0,77 * S –0,385. trong đĩ Tc: tính bằng phút.
L: khoảng cách xa nhất đến cửa thĩat nước của lưu vực (tính bằng feet) (1 feet = 0,3 m).
S: độ dốc trung bình của lưu vực (%).
- Theo Bransby-Williams (lưu vực từ 50-500 ha): Tc = (0,88 * L)/(A0,1 * H 0,2).
trong đĩ Tc: tính bằng giờ.
A: diện tích lưu vực (tính bằng dặm vuơng) (1 dặm vuơng = 2,6 km2).
H: chênh lệch độ cao từ điểm cao nhất đến điểm thấp nhất của lưu vực (tính bằng feet).
- Theo chiều dài dốc và độ dốc (California Culverts Practice, California Highways and Public Works, September 1942):
Với Tc : tính bằng giờ; L : chiều dài dốc của lưu vực (mile); và H: chênh lệch độ cao từ điểm cao nhất đến điểm thấp nhất của lưu vực (tính bằng feet).
Trị số Tc tối thiểu: để đơn giản hơn , ta cĩ thể dùng trị số tối thiểu như ở bảng 3 sau đây.
Bảng 9.3: Bảng trị số Tc tối thiểu (theo diện tích lưu vực) (theo Ayres, 1936).
Diện tích lưu vực
(ha) Tc tối thiểu(phút) Diện tích lưu vực(ha) Tc tối thiểu(phút)
2 3,5 100 23 5 4,0 200 35 10 4,8 300 47 15 8,0 400 60 25 12,0 500 75 50 17
Ghi chú: Trị số trong bảng là an tồn nhất => hệ thống thiết kế sẽ tốn kém nhất.
III.1.1. Trường hợp Tc < 1ngày: a. Q max tk = C * I * A
trong đĩ C: hệ số chảy tràn (bảng 9.6)
I: cường độ cơn mưa thiết kế (ứng với tần suất thiết kế thường là 20- 10%) cĩ thời gian bằng thời gian tập trung nước Tc.
ITc = (I24/24) * (24/Tc)n.
với I24 (mm) : lượng mưa trong 24 giờ (do trạm khí tượng cấp, cĩ cùng tần suất). n: ½ hay 2/3.
A: diện tích lưu vực.
III.1.2. Trường hợp Tc > 1 ngày:
Dùng bài tốn cân bằng nước: Mi – (Ti + ETc + TL) = 0.
qi = Ti/8,64 (l/s/ha) => Qi (l/s) = qi * A.
III.2. Hệ số tiêu nước và lưu lượng cho cây lúa:
Vì lúa cĩ khả năng chịu ngập, ta cĩ thể lợi dụng khả năng này để trử nước trong ruộng khi mưa xuống. Tuy nhiên, theo bảng 2 đã trình bày ở trên , chiều sâu nước gia tăng thì thời gian ngập phải giảm xuống (nếu khơng, năng suất sẽ giảm). Nếu gọi Tmax (ngày) là thời gian mà cây lúa chịu được độ ngập sâu Hmax, thì hệ số tiêu phải được tính tốn sao cho chiều sâu ngập trong ruộng trong thời gian Tmax nhỏ hơn Hmax. Mực nước trong ruộng từng ngày cĩ thể tính tốn như sau:
Mi – (Ti + ETc + TL) = Hi – Hi –1. trong đĩ Mi: lượng mưa (mm) trong ngày.
Ti: lượng nước cần tiêu (mm) trong ngày. Hi: lớp nước trong ruộng vào cuối ngày (mm).
• Tính Ti theo biểu bảng (bảng 4). Phương pháp này tốn thời gian (thử dần).
• Tính Ti theo đồ thị (hình 9.2)
trong đĩ: đường (1): lượng mưa cộng dồn (tích lũy), trang 13/11 sách Thủy Nơng. đường (2): Hmax- Hbình thường = 50 mm, khả năng trữ nước ruộng trên mức bình thường đường (3,4,5): diễn tả lượng nước tích lũy mất đi do tiêu nước, Ti. do bốc thốt hơi, thấm lậu; mỗi đường ứng với mỗi Ti khác nhau. Trong hình 2 này Ti=10mm/ngày, Ti=20mm/ngày, Ti=29mm/ngày.
Hệ số gĩc (tang ∝) của mỗi đường là tổng số (Ti +ETc+ TL) trong thời đoạn tính tốn. Ví dụ: Ti=10 mm/ngày, (ETc + TL) = 5 mm/ngày => (Ti + ETc + TL) = 15 mm/ngày.
Giao điểm các đường (3),(4),(5) với đường (1) tượng trưng cho những ngày cĩ mực nước trong ruộng bằng mực nước Hmax. Khoảng cách giữa 2 điểm là thời gian (số ngày) cĩ mực nước trong ruộng cao hơn Hmax.
Theo hình 2, đường (5) thoả mãn điều kiện này => Ti= 34-5 = 29 mm. Bảng 9.4: Tính tĩan lượng nước cần tiêu bằng phương pháp biểu bảng
Thứ tự ngày mưa M (mm) EPT+ TL (mm) Ti (mm) ∆h (mm) HI (mm) HBQ (mm) Ghi chú 0 50 Lượng tiêu Ti= 10mm/ngày khơng thỏa mãn điều kiện ngập 100mm khơng quá 2 ngày 1 100 5 10 +85 135 92,5 2 30 5 10 +15 150 142,5 3 20 5 10 +5 155 152,5 4 10 5 10 -5 150 5 5 5 10 -10 140 6 0 5 10 -15 125 7 0 5 10 -15 110 8 0 5 10 -15 95 * 0 * * * * 0 * * * 1 100 5 20 +75 125 Lượng tiêu Ti= 20mm/ngày khơng thỏa mãn điều kiện ngập 100mm khơng quá 2 ngày 2 30 5 20 +5 130 127,5 3 20 5 20 -5 125 127,5 4 10 5 20 -15 110 117,5 5 5 5 20 -20 90 100 6 0 5 20 -25 75 82,5 7 8 1 100 5 40 +65 115 Lượng tiêu Ti=40mm/n gày thỏa mãn điều 2 30 5 40 -5 110 112 3 20 5 40 -10 100 105 4 10 5 40 -25 75 87,5
kiện(Ti=40 mm/ngày hơi lớn) 5 6 7 8
Hệ số gĩc của đường này là Ti, EPT, TL. Từ đĩ Ti được xác định. Ứng với một trị số của Hmax ta cĩ một Tmax riêng, do đĩ sẽ cĩ 1 Ti.
Ti thiết kế cĩ trị số lớn nhất trong các Ti tìm được. IV/ Các biện pháp tiêu nước mặt trên đồng ruộng. IV.1. Đối với cây Lúa:
Lúa cĩ khả năng chịu ngập, nên từ ruộng Lúa ta chỉ cần cĩ các cửa tháo nước để đưa nước từ ruộng lúa xuống các kênh tiêu cấp nhỏ nhất là được.
IV.2. Đối với cây trồng cạn:
Vì cây trồng cạn khơng cĩ khả năng chịu ngập, do đĩ vừa phải tiêu nước mặt đồng thời phải cĩ biện pháp tiêu nước ngầm. Tuy nhiên các biện pháp và kỹ thuật tiêu nước ngầm tương đối phức tạp và gồm nhiều vấn đề, nên sẽ cĩ 1 chương riêng về vấn đề tiêu nước ngầm này. Sau đây chỉ trình bày các biện pháp tiêu nước mặt đồng ruộng.
a. Phương pháp thay đổi địa hình, làm phẳng mặt đất:
Đây là phương pháp căn bản nhất và đơn giản nhất. Cơng tác này bao gồm việc làm cho mặt đất bằng phẳng, những chổ thấp được đổ thêm đất, chổ cao thì lấy đất đi, việc san phẳng cịn cần thi hành sao cho mặt đất cĩ độ dốc về 1 phía kênh mương thốt thủy nào đĩ (hình 9.3).
Phương pháp làm phẳng cĩ thể thi hành 1 cách đơn giản (như kéo 1 khung gỗ và sắt sau máy kéo) hoặc với máy ủi.
Việc làm phẳng mặt đất rất đơn giản nhưng lại cĩ thể rất hiệu qủa. Saveson (1953) đã báo cáo việc làm phẳng 1 vườn nếu cĩ các chổ trủng sâu chừng 5 cm cũng cĩ thể nâng cao năng suất của mía lên hơn 10 tấn/năm.
b. Phương pháp lên líp (vồng) (hình 9.4):
Đây là phương pháp thường được áp dụng tại miền Tây để trồng hoa màu phụ. Tại vùng này, các vồng thường cao hơn mặt nước khoảng từ 20-50cm và chiều dài của mỗi vồng chừng 6-7 m. Tại mỗi khoảng cách này cĩ 1 mương thốt thủy. Chiều dài của tồn thể khu lên vồng từ 60-100m
Đây cũng là phương pháp cổ xưa nhất được áp dụng tại Anh quốc. Các vồng này cũng rộng từ 6-7m và cao hơn đáy mương thốt thủy >1m (Luthin, 1957).
Chiều cao và chiều rộng của các vồng bị chi phối bởi:
• Độ dốc của đất, đất càng phẳng thì các vồng càng hẹp.
• Mực nước ngập, nhất là ảnh hưởng của thủy triều.
• Đặc tính thốt thủy của đất. Đất cĩ độ xuyên thấm càng thấp, vồng càng hẹp.
• Sự thích hợp của các lớp đất ngầm trong việc tạo lập các vồng hay lớp. Thí dụ ở miền Tây cĩ lớp đất acid sulphate ở độ sâu thay đổi từ 1-1,5 m. Lớp đất này khơng thể dùng làm vồng.
• Ngăn cản sự hoạt động của máy.
c. Phương pháp thiết lập các đường sống trâu bằng cơ giới (hình 9.5 ) Để tránh các khuyết điểm của việc lên líp (ngăn cản cơ giới, đào mương lên líp bằng thủ cơng rất phí lao động, đất khĩ trở lại bằng phẳng khi khơng cần lên líp nữa), nhiều nơi đã cho tiến hành thiết lập các đường sống trâu bằng máy kéo và cày lật thơng thường.
Hình 9.3 . Làm bằng mặt đất để nước chảy về mương tiêu
Hình 9.4. Các líp (vồng)
Các rãnh được thành lập do 2 đường cày lật đất về 2 phía khác nhau. Đỉnh của đường sống trâu được thành lập do 2 đường cày lật về 1 phía, đất lật hơi chồng lên nhau. Cịn đất ở 2 bên đỉnh sống trâu được cày như thơng thường.
Với các phương pháp cày liên tục, kinh nghiệm tại Địa trung Hải cho thấy chi