Hàng năm, hệ thống thủy lợi Xuõn Thủy đảm bảo tưới cho gần 16.097 ha gieo trồng và 1.843,41 ha nuụi trồng thủy sản nước ngọt, đúng gúp tạo giỏ trị sản xuất nụng nghiệp toàn vựng. Ngoài ra khai thỏc lợi thế tự nhiờn, hệ thống thủy nụng đó tớch cực lấy phự sa tăng độ màu mỡ cho đất.
Nhỡn chung, qua nhiều thập kỷ hoạt động phục vụ chất lượng hầu hết cỏc cụng trỡnh đó xuống cấp, do khụng đủ nguồn kinh phớ cải tạo, tu sửa theo yờu cầu, năng lực phục vụ của cụng trỡnh ngày càng giảm so với thiết kế ban đầu. Cụng tỏc tổ chức quản lý khai thỏc và vận hành cỏc hệ thống chưa phự hợp, nặng về kinh nghiệm, thiếu tớnh khoa học, hệ thống cơ chế chớnh sỏch trong lĩnh vực quản lý khai thỏc cũn thiếu, chưa đồng bộ, chậm được đổi mới và ban hành. Sự phỏt triển kinh tế xó hội làm thay đổi cơ cấu sử dụng đất, cơ cấu cõy trồng.. cũng làm thay đổi nhu cầu nước của cỏc ngành. Mặt khỏc, trong những năm gần đõy biến đổi khớ hậu và mực nước biển dõng cũng làm thay đổi toàn mọi mặt đời sống kinh tế xó hội. Những mõu thuẫn giữa năng lực hiện cú của hệ thống cụng trỡnh thủy lợi với những đũi hỏi ngày một tăng cao do sự phỏt triển kinh tế, xó hội và mụi trường trong vựng được đề cập ở trờn ngày càng bộc rừ sự bất cập về khả năng phục vụ của hệ thống cụng trỡnh thủy lợi.
37
CHƯƠNG 2
YấU CẦU CẤP NƯỚC 2.1. Nguồn nước và biện phỏp cấp nước
2.1.1. Nguồn nước và cỏc cụng trỡnh cấp nước
Hệ thống thủy lợi Xuõn Thủy nằm ở hạ du của sụng Hồng nờn nguồn cấp nước chớnh cho hệ thống từ sụng Hồng và phõn lưu cuối cựng của Sụng Hồng là sụng Ninh Cơ qua cỏc cống ở dọc hai sụng này. Đối với vựng nuụi trồng thủy sản nước lợ và làm muối thỡ nguồn nước lấy vào cho cỏc đối tượng sử dụng nước này lấy từ biển qua cỏc cống trờn đờ biển.
Biện phỏp cấp nước của hệ thống Xuõn Thủy chủ yếu là nước tự chảy. Một số khu vực cao cục bộ khụng lấy nước tự chảy được thỡ dựng mỏy bơm nhỏ đưa nước từ kờnh nội đồng lờn ruộng.
Cỏc cụng trỡnh cấp nước:
* Cống lấy nước đầu mối:
+ Trờn triền sụng Hồng cú 14 cống tưới chủ lực với tổng khẩu độ 62m. + Trờn triền sụng Ninhcú 8 cống tưới chủ lực, tổng khẩu độ 25m.
+ Trờn triền đờ biển cú 6 cống lấy nước làm muối và nuụi trồng thủy sản với khẩu độ 16m cửa
* Kờnh cấp 1: Toàn hệ thống cú 60 kờnh cấp 1 chủ yếu lấy nước từ cỏc cống đầu mối trờn triền sụng Hồng, sụng Ninh Cơ và triền đờ biển.
* Cỏc cống điều tiết chớnh: cú 124 cống điều tiết trờn kờnh cấp 1 làm nhiệm vụ điều tiết nước cho toàn hệ thống.
* Trạm bơm tưới: Toàn hệ thống cú 51 trạm bơm tưới cố định. Trong đú Cụng ty TNHH một thành viờn KTCTTL Xuõn Thủy quản lý 28 trạm cú cụng suất từ 5.00m3/h đến 3.000m3/h, cỏc trạm bơm này đều là trạm bơm tưới cho cỏc vựng
38
cao cục bộ. Ngoài ra, trong hệ thống cũn cú 253 trạm bơm di động sẵn sàng chống hạn khi cần.
2.1.2. Đỏnh giỏ sơ bộ chất lượng nguồn nước.
Do hệ thống nằm ở hạ du sụng Hồng nờn phụ thuộc lớn vào sự điều tiết của cỏc hồ thủy điện và chế độ thủy triều: về vụ mựa mực nước cỏc triền sụng duy trỡ ở mức nước từ bỏo động 1 trở lờn dài ngày rất thuận lợi cho việc lấy nước tự chảy, nhưng một số cụng trỡnh đầu mối chớnh phần lớn xõy dựng từ thời Phỏp đến nay đó xuống cấp và bị hư hỏng, khụng đỏp ứng được yờu cầu nước tưới. Về vụ Chiờm nguồn nước ngọt hạn chế kết hợp thủy triều hoạt động mạnh mặn xõm nhập sõu vào vựng cửa sụng nờn thời gian mở cống lấy nước ngắn việc lấy nước tự chảy bị hạn chế.
Vụ mựa do tăng cường lấy sa, cộng với khụng đủ vốn để nạo vột nờn hệ thống sụng ngũi dẫn nước bị bồi lắng rất nhiều, làm ảnh hưởng đế khả năng dẫn nước, đặc biệt khi hệ thống hạ thấp mực nước để phũng ỳng thỡ nhiều trạm bơm khụng đủ nước để hoạt động.
Nhiều vựng nội đồng cú cụng trỡnh đầu mối để lấy sa, nhưng lại thiếu cụng trỡnh điều tiết nờn việc lấy sa tự chảy cũn bị hạn chế.
Trong hệ thống cú nhiều trạm bơm điện nhỏ, nhưng cỏc trạm này phần lớn xõy dựng từ thập kỷ 60,70,80 đến nay cụng trỡnh phần lớn là mỏy bơm trục ngang, đó hư hỏng nhiều, mỏy múc thiết bị lạc hậu, róo nỏt, tốn điện, dẫn đến hiệu quả tưới thấp, chi phớ quản lý vận hành cao. Những năm gần đõy Cụng ty đó tớch cực cải tạo, nõng cấp nhưng số lượng cũn ớt.
Hệ thống sụng ngũi nội đồng nhiều năm nay ớt được nạo vột nờn bị bồi lắng nhiều, mặt cắt thoỏt nước bị co hẹp, lượng trữ nước trong sụng ngũi giảm.
Đối với vựng Xuõn Thủy những năm gần đõy xảy ra tỡnh trạng thiếu nước ngày một gay gắt hơn chủ yếu tập trung ở vựng phớa Nam của hệ thống.
39
2.2. Yờu cầu cấp nước cho cõy trồng
2.2.1. Cỏc yếu tố ảnh hưởng đến nhu cầu cấp nước tưới
- Yếu tố khớ hậu: Cỏc yếu tố khớ hậu ảnh hưởng rừ rệt đến lượng bốc hơi mặt ruộng, nếu nhiệt độ càng cao, năng lượng mặt trời cung cấp càng nhiều, tốc độ giú càng lớn, độ ẩm tương đối của khụng khớ càng nhỏ thỡ lượng bốc hơi mặt ruộng càng lớn và ngược lại.
- Loại cõy trồng và giai đoạn sinh trưởng: Với mỗi loại cõy trồng, trong mỗi thời kỳ sinh trưởng sẽ cú cơ cấu mặt lỏ khỏc nhau, do đú độ che phủ mặt ruộng khỏc nhau và lượng bốc hơi mặt ruộng sẽ thay đổi theo. Chớnh vỡ vậy hệ số cõy trồng đó phản ảnh qua yếu tố này là Kc thay đổi theo loại cõy trồng và thời kỳ sinh trưởng.
- Biện phỏp kỹ thuật nụng nghiệp: Cỏc biện phỏp kỹ thuật nụng nghiệp như hỡnh thức canh tỏc, chế độ phõn bún, mật độ gieo cấy đều cú ảnh hưởng đến lượng bốc hơi mặt ruộng trồng trọt.
- Phương phỏp tưới và kỹ thuật tưới: Cỏc phương phỏp và kỹ thuật tưới đều cú ảnh hưởng đến lượng bốc hơi mặt ruộng, vỡ lượng nước cung cấp cho cõy trồng cú sự khỏc nhau. Phương phỏp tưới mặt sẽ yờu cầu nước lớn hơn tưới ngầm, phương phỏp tưới ẩm cần ớt nước hơn cỏc phương phỏp tưới khỏc. Kỹ thuật tưới ẩm lượng bốc hơi và ngấm ớt hơn kỹ thuật tưới ngập.
- Thổ nhưỡng và địa chất thủy văn: Loại đất nặng hoặc đất nhẹ, mực nước ngầm nằm nụng hay sõu đều cú ảnh hưởng đến lượng bốc hơi mặt ruộng. Vỡ yếu tố này cú ảnh hưởng đến việc trữ nước của đất, sự chuyển nước trong đất, điều kiện cung cấp nước cho cõy trồng vỡ thế ảnh hưởng đến lượng bốc hơi khoảng trống và bốc hơi mặt lỏ.
2.2.2. Cỏc tài liệu để tớnh toỏn:
1) Tài liệu về khớ hậu.
Qua nghiờn cứu đỏnh giỏ chất lượng tài liệu, số năm qua trắc của cỏc trạm trong vựng nghiờn cứu. Chọn trạm khớ tượng Văn Lý để lấy cỏc yếu tố nhiệt độ, độ
40
ẩm, bốc hơi, vận tốc giú,số giờ nắng; trạm Xuõn Thủy lấy số liệu mưa đại điện để tớnh toỏn cho khu vực:
- Về mưa: Sử dụng tài liệu lượng mưa năm từ năm 1992 đến 2012 để tớnh toỏn trờn cơ sở xõy dựng mụ hỡnh mưa tưới với tần suất 85%. Tớnh tần suất kinh nghiệp theo phương phỏp vọng số, vẽ đường tần suất lý luận theo phương phỏp thớch hợp. Sử dụng phần mềm vẽ đường tần suất lý luận FFC2008 tra được lượng mưa năm ứng với tần suất thiết kế P=85% là X85% = 1.300mm chọn năm tương ứng với lượng mưa thiết kế là năm 2007 với Xnăm = 1.296,9mm là năm điển hỡnh.
Kết quả tớnh phõn phối mụ hỡnh mưa năm ứng với tần suất P=85% xem trong phụ lục 2.1a
- Cỏc tài liệu về giỏ trị bỡnh quõn nhiều năm của cỏc yếu tố khớ tượng khỏc như: bốc hơi, giú, nhiệt độ, độ ẩm, số giờ nắng lấy ở bảng 1.1:
41 2) Tài liệu về cõy trồng:
- Tài liệu về lỳa vụ Đụng Xuõn
Hỡnh thức canh tỏc: Làm ải, gieo cấy tuần tự, thời gian gieo cấy tg=15 ngày. Việc gieo cấy tuần tự tiến hành trong thời gian tg bằng cỏch mỗi ngày gieo cấy một phần diện tớch. Chuẩn bị gieo cấy đến đõu cho nước vào đến đú, khụng cho nước tràn lan vào toàn bộ cỏnh đồng. Như vậy, việc cung cấp nước khụng quỏ căng thẳng, trỏnh được cỏc tổn thất nước do ngấm, bốc hơi ở cỏc thửa ruộng chưa cấy.
Thời vụ và cụng thức tưới được trỡnh bày trong bảng sau:
Bảng 2.2: Thời vụ và cụng thức tưới lỳa vụ Đụng xuõn
TT Thời đoạn sinh trưởng
Thời gian Cụng thức tưới (mm) Hệ số Kc Từ Đến Số ngày 1 Ngõm ruộng 7/2 9/2 3 30-80 1 2 Cấy – Đẻ nhỏnh 10/2 2/3 20 0,94 3 Đẻ nhỏnh – đứng cỏi 3/3 3/4 31 1,14 4 Đứng cỏi-làm đũng 4/4 5/5 30 1,19 5 Làm đũng- trổ bụng 6/5 31/5 25 0,85 6 Trổ bụng-chớn 1/6 14/6 14 0,7 Tổng: 123
42
Bảng 2.3:Thời vụ và cụng thức tưới lỳa vụ Mựa
TT Thời đoạn sinh trưởng Thời gian Cụng thức tưới (mm) Hệ số Kc
Từ Đến Số ngày 1 Cấy – bộn rễ 7/7 15/7 8 30-60 0,66 2 Bộn rễ – Đẻ nhỏnh 16/7 25/7 9 30-60 0,87 3 Đẻ nhỏnh – đứng cỏi 26/7 14/8 20 40-80 1,2 4 Đứng cỏi-làm đũng 15/8 15/9 30 40-80 1,1 5 Làm đũng- trổ bụng 16/9 4/10 18 40-80 0,9 6 Trổ bụng-chớn 5/10 16/10 11 30-60 0,92 Tổng 96
- Tài liệu về cõy hoa màu: Trong hệ thống thủy lợi Xuõn Thủy cú rất nhiều cõy trồng cạn như: đậu tương, lạc, khoai tõy, khoai lang, ngụ, rau.... Do đậu tương, lạc cú diện tớch canh tỏc lớn cũn cỏc loại cõy trồng khỏc cú diện tớch khụng đỏng kể nờn chọn đậu tương và lạc là loại cõy trồng cạn đại điện để tớnh toỏn chế độ tưới.
Bảng 2.4: Thời vụ và cụng thức tưới cho lạc vụ Đụng Xuõn
TT Thời đoạn sinh trưởng
Thời gian Độ sõu tầng đất nuụi cõy (cm) Hệ số Kc Cụng thức tưới (%βdr) Từ Đến ngày Số 1 Gieo hạt- nảy mầm 20/1 29/1 10 30 0,85 60-80 2 Phỏt triển 30/1 12/3 42 40 1,1 60-80 3 ra hoa, tạo củ 13/3 8/4 27 50 1,05 60-80 4 Củ già 9/4 9/5 30 50 0,9 60-80 Tổng 109
43
Bảng 2.5:Thời vụ và cụng thức tưới đậu tương vụ thu đụng
TT Thời đoạn sinh trưởng
Thời gian Độ sõu tầng đất nuụi cõy (cm) Hệ số Kc Cụng thức tưới (%βdr) Từ Đến ngày Số 1 Gieo – mọc mầm 17/10 25/10 9 30 0,35 60-80 2 Mọc mầm- cõy con 26/10 9/11 15 40 0,7 60-80 3 Cõy con – ra hoa 10/11 10/12 30 45 1,1 60-80 4 Ra hoa – tạo hạt 11/12 30/12 20 50 1,15 60-80
5 Hạt già 31/12 20/1 21 50 0,8 60-80
Tổng 96
- Tài liệu về tớnh chất của đất
Bảng 2.6: Cỏc chỉ tiờu cơ lý của đất
TT Đặc trưng Ký hiệu Trị số Đơn vị
1 Chỉ số ngấm α 0,45
2 Độ rỗng A 43 %
3 Hệ số ngấm ban đầu K1 35 mm/ngày
4 Hệ số ngấm ổn định Kụđ 2 mm/ngày
5 Độ ẩm sẵn cú trong đất βo 40 %A
6 Độ ẩm lớn nhất của đất βmax 95 %A
7 Chiều sõu tầng canh tỏc H 0,45 m
- Vĩ độ của vựng tưới từ 20010’ đến 20022’ vĩ độ Bắc. Vĩ độ được dựng trong tớnh toỏn 20015’.
44
2.2.3. Cụng thức tổng quỏt và phương phỏp tớnh toỏn
Để xỏc định chế độ tưới dựa vào phương trỡnh cõn bằng nước, viết cho một khu vực trong một thời đoạn nào đú. Trong đú xột sự tương quan giữa lượng nước đến và lượng nước đi trờn khu ruộng trồng trọt mà xỏc định ra mức tưới, thời gian tưới và số lần tưới…
Phương trỡnh cõn bằng nước:
(Wy – Wo)+ (Vy – Vo) = (P + N + G + A) – (E + S + R) (2.1) Trong đú:
Wo- lượng nước trong tầng đất canh tỏc đầu thời đoạn tớnh toỏn Wy - lượng nước trong tầng đất canh tỏc ở cuối thười đoạn tớnh toỏn Vy - lượng nước hay lớp nước mặt ruộng ở đầu thời đoạn tớnh toỏn Vo - lượng nước hay lớp nước mặt ruộng ở cuối thời đoạn tớnh toỏn P - lượng mưa rơi trờn mặt ruộng cú thể sử dụng được
N - lượng nước mặt ở ngoài chảy tới thửa ruộng
G - lượng nước trong tầng đất cung cấp cho cõy trổng sử dụng A - lượng nước do hơi nước trong đất ngưng tụ (cú thể bỏ qua) E - lượng bốc hơi mặt ruộng
S - lượng nước mặt thoỏt ra khỏi mặt ruộng
R - lượng nước ngấm xuống tầng sõu của đất, xuống dũng ngầm thoỏt đi Cú 2 phương phỏp giải phương trỡnh (2.1) :
• Phương phỏp đồ giải:
- Phõn lượng nước đi (ngấm, bốc hơi) thành nhiều loại lượng nước hao khỏc nhau, mỗi loại đối tượng hao nước đều tớnh toỏn và vẽ đường quỏ trỡnh hao nước trong suốt thời đoạn sinh trưởng của cõy trồng trờn toàn bộ hệ thống. Tổng
45
hợp cỏc đường quỏ trỡnh nước hao thành đường nước hao tổng cộng (đường nước đi).
- Tớnh toỏn và vẽ đường quỏ trỡnh của từng loại nước đến trong suốt thời kỳ sinh trưởng trờn toàn cỏnh đồng.
Tổng hợp lượng nước đến, nước hao tỡm ra lượng nước tưới.
Phương phỏp đồ giải đơn giản, dễ sử dụng nhưng mức độ chớnh xỏc của kết quả tớnh toỏn thường khụng cao do phụ thuộc vào mức độ chớnh xỏc của người vẽ đồ giải.
• Phương phỏp giải tớch:
Để giải phương trỡnh (2.1) phải chia thời kỳ sinh trưởng của cõy trồng thành nhiều thời đoạn nhỏ, cụ thể ở đõy cú thể tớnh cho 1 ngày. Trong mỗi thời đoạn đú, với lớp nước mặt ruộng đầu thời đoạn đó biết, giả thiết một mức tưới m sau đú sử dụng phương trỡnh cõn bằng nước tớnh được lớp nước mặt ruộng cuối thời đoạn đú( cuối ngày). So sỏnh lớp nước này theo cụng thức tưới tăng sản (điều kiện ràng buộc của phương trỡnh), nếu thấy phự hợp thỡ m đó giả thiết là phự hợp, nếu chưa phự hợp thỡ giả thiết lại m.
Phương phỏp giải tớch cú thể giải bằng cỏch: - Lập bảng tớnh toỏn trong Excel
- Dựng phần mềm tớnh toỏn
Phương phỏp giải tớch cho kết quả nhanh và chớnh xỏc.
Luận văn này sẽ tớnh toỏn chế độ tưới theo phương phỏp giải tớch và tớnh toỏn bằng phương phỏp lập bảng trong Excel
2.2.4. Tớnh toỏn chế độ tưới cho lỳa
2.2.4.1. Phương phỏp tớnh toỏn
Cơ sở của việc xỏc định mức tưới của cỏc giai đoạn sinh trưởng của lỳa dựa trờn phương trỡnh cõn bằng nước mặt ruộng sau đõy:
46
hci = h0i + ∑mi + ∑P0i - ∑Ki - ∑ETci - ∑Ci (2.2)
Trong đú:
hci - lớp nước mặt ruộng cuối thời đoạn tớnh toỏn (mm). h0i - lớp nước mặt ruộng đầu thời đoạn tớnh toỏn (mm). ∑mi - lượng nước tưới trong thời đoạn tớnh toỏn (mm). ∑P0i - lượng nước mưa trong thời đoạn tớnh toỏn (mm).
∑Ki - lượng nước ngấm xuống đất trong thời đoạn tớnh toỏn (mm/ngày). ∑Ci - lượng nước thỏo đi trong thời đoạn tớnh toỏn. Khi lớp nước mặt ruộng lớn hơn độ sõu lớp nước cho phộp phải thỏo đi, do đú: ∑C = hi - hmaxi
Điều kiện [hmin] ≤ hci ≤ [hmax]
∑ETci - lượng bốc hơi mặt ruộng trong thời đoạn tớnh toỏn (mm/ngày).