- Vẽ đường tần suất kinh nghiệm
4.1.3. Nội dung, phương pháp tính toán và kết quả tính toán.
4.1.3.1 Tính toán hệ số tiêu cho lúa.
Lúa là cây trồng phát triển trong môi trường ngập nước, có khả năng chịu ngập tốt. Do vậy có thể lợi dụng này để trữ nước trên ruộng khi có mưa lớn, kéo dài thời gian tiêu, vì vậy sẽ giảm được hệ số tiêu cần thiết. Khả năng chịu ngập của lúa được đặc trưng bởi hai yếu tố: Độ sâu chịu ngậpAmaxvà thời gian chịu ngập (thời gian cho phép) [ ]T , hai yếu tố này tỷ lệ nghịch với nhau (khi Amaxtăng thì [ ]T giảm và ngược lại).
* Đối với mô hình mưa thời đoạn ngắn thì thời gian tiêu cho phép thường là: - Mưa 3 ngày thời gian tiêu cho phép là [ ]T = 5 ngày.
* Dưới đây là chỉ tiêu chịu ngập của lúa theo TCVN 10406 : 2014 - Ngập 250 không quá 1 ngày.
- Ngập 225 không quá 2 ngày. - Ngập 200 không quá 3 ngày.
* Tổn thất do ngấm và bốc hơi trong thời gian tiêu (h0) lấy theo TCVN 10406 : 2014 là 5 (mm/ngày đêm). Trong đồ án này ta lấy k0= 5 mm.
* Các điều kện ràng buộc khác: Hệ thống tiêu thoát nước hoàn chỉnh, độ sâu lớp nước mặt ruộng trước khi tiêu là 10 cm. Do phương pháp tưới lúa là tưới ngập nên khi tính chế độ tiêu cho lúa ta không xét đến tính chậm tới của dòng chảy.
* Dùng phương trình cân bằng nước để tính toán hệ số tiêu.
(h )
i oi oi i
P− +q = ±∆H (4.1).
Trong đó:
i
P : Là lượng mưa rơi xuống trong thời gian ∆t (mm).
hoi :Là lượng nước tổn hao do ngấp và bốc hơi trong thời đoạn ∆t (mm).
oi
q : Là độ sâu lớp nước đầu tiên trong thời đoạn tính toán (mm).
i
H
∆ : Là sự thay đổi tăng hoặc giảm lớp nước mặt ruộng trong thời đoạn tính toán (mm). d i ci i H H H ∆ = − Trong đó: ci
H và Hdi là chiều sâu lớp nước mặt ruộng ở thời đoạn cuối và thời đoạn đầu tính toán.
Thời đoạn tính toán trong tính toán tiêu nước cho lúa thường lấy đơn vị là ngày. Hiện nay có 2 hình thức tiêu thường được sử dụng là: tiêu nước thông thường và tiêu nước bằng công trình.
- Hình thức tiêu nước thông thường là hình thức tiêu nước khi hệ số tiêu mặt ruộng chủ yếu do con người khống chế, nên có thể đạt được quá trình hệ số tiêu đồng đều. Do đó việc chọn hệ số tiêu thiết kế sẽ dễ dàng, công trình tiêu nước có chế độ làm việc hợp lý và kinh tế. Nhưng để đảm bảo đường quá trình hệ số tiêu này phải có một chế độ quản lý chặt chẽ. Điều này rất khó thực hiện vì vậy chế độ tính toán sẽ không thực tế,
- Hình thức tiêu nước bằng công trình là dùng các công trình tiêu nước mặt ruộng, thường là các đường tràn, các cống, các ống dẫn hoặc cũng có thể là xi phông. Hệ số tiêu cho lúa phụ thuộc vào quá trình lượng nước mưa rơi xuống, hình dạng và kính thước công trình tiêu nước mặt ruộng. Thực tế quản lý nước trong các hệ thống thủy lợi cho thấy đường tràn vẫn là loại công trình tiêu nước mặt ruộng được áp dụng phổ biến trong các vùng chuyên canh lúa ở nước ta.
- Trong đồ án này sử dụng phương pháp tiêu nước bằng công trình, với công trình tiêu là đường tràn. Đỉnh tràn có cao trình bằng cao trình nước mặt ruộng theo chế
độ tưới thích hợp nhất. Khi tính toán, coi mực nước mặt ruộng trước khi xuất hiện mưa tiêu bằng cao trình ngưỡng tràn, nước mưa rơi xuống thì mực nước trong ruộng tăng lên tự động chảy qua tràn và đổ trực tiếp xuống kênh tiêu.
Về nguyên tắc, hệ số tiêu được xác định dựa trên cơ sở tính toán cân bàng nước giữa hai đại lượng đầu vào và đầu ra để tìm ra độ sâu lớp nước cần tiêu thỏa mãn yêu cầu về tiêu nước của các đối tượng tiêu trong khu vực nghiên cứu. Đại lượng đầu vào bao gồm:
+ Lượng nước đến (lượng nước mưa) trong thời đoạn tính toán và lượng nước có sẵn đầu thời đoạn tính toán.
+ Lượng nước đi bao gồm: Lượng nước tiêu đi, lượng nước tổn thất trong thời đọan tính toán và lượng nước còn lại cuối thời đoạn tính toán.
(h ) 3/2 0,273 2 { i oi oi i oi o P q H q mb g H − + =±∆ = (4.2) Trong đó:
+ bo: Chiều rộng đường tràn để tiêu cho một đơn vị diện tích là 1 ha (mm/ha) + 0,273: Hệ số chuyển đổi đơn vị từ m3/s sang mm/ngày
+m: Hệ số lưu lượng đường tràn,lấy theo kinh nghiệm m = 0,35 ( đường tràn thực dụng)
+Hi: Độ cao cột nước bình quân trong ngày trên đỉnh đường tràn (mm)
Trong hệ phương trình (4.2) có 3 ẩn số chưa biết là q0i, ∆Hivà Hi nên ta giải bằng phương pháp thử dần. Phương pháp tính toán: * Sơ đồ tính toán: P Hình 4.1: sơ đồ tính toán H tbi
* Giải thích các đại lượng:
- Hi: Lớp nước đầu thời đoạn tính toán. - Hi−1: Lớp nước cuối thời đoạn tính toán. - Hi: Lớp nước bình quân 1 2 i i i H H H = + − . - P : Độ cao bờ .
- ai: Độ sâu lớp nước trên mặt ruộng ai = +P Hi (m).
* Các bước tính toán:
Ta có phương trình cân bằng nước: ∆= Nước đến – Nước đi
H
∆ = Mưa – (Ngấm , bốc hơi, tháo)
i H - Hi−1 = P – (e + k + q0) i H - Hi−1 = P – (h0+q0) 0 q = P - h0+Hi−1 - Hi 0 q = P - h0 −2Hi+Hi−1+Hi−1 0 q = P - h0 −2Hi+2Hi−1 Đặt Wi =(P h− 0i) 2+ Hi−1 0i W 2i q H => = −
Lại có phương trình năng lượng: Q = m.b. 2g .H3/2 (m3/s)
3/20i 0, 273 0i 2 0i 0, 273 0i 2 q = mb g H (m3/ ngày) Đặt M =0, 273m 2 .g 3/2 0i 0i 0i q =Mb H
Ta có hệ phương trình cơ bản tính toán chế độ tiêu cho lúa.
3/2 (h ) 0,273 2 { i oi oi i oi o P q H q mb g H − + =±∆ = ∆q0i = 3/2 0i 0i Mb H -W 2i− Hi. Các bước tính toán.
Bước 1: Giả thiết b0i
Bước 2: Giả thiết lớp nước tràn bình quân Hi
Nếu ∆q0i=0. => giả thiết đúng tìm ra được Hi
Nếu ∆q0i ≠0. => giả thiết sai, => ta giả thiết lại. Bước 3: Tính Hi=2Hi-Hi−1.
Bước 4: Tính được ai =Hi+P(với P là chiều cao đập). Lấy P = hmax. Chiều cao bờ ruộng hmax= 100mm
Tính được ai =Hi+P . Bước 5: Tính được (W 2 ) 8,64 i i i H q = − . Từ đó ta có bảng tính toán:
Bảng tính toán độ tiêu cho cây trồng với chiều rộng tràn trên một dvdt bo= 0.1 (m/ha)
Chiều cao bờ ruộng hmax = 100 mm Hệ số lưu lượng m= 0,35 đường tràn đỉnh rộng Tổn thất do thấm kod = 2 mm/ngày Lớp nước trên mặt ruộng Ho= 0 mm
Tổn thất do bốc hơi E = 3 mm/ngày Chều dài tràn trên 1 đvdt bo= 0,1m/ha Tổng tổn thất ho = 5 mm/ngày Tính toán : M= 0,423