1. Nguyờn tắc chung
Luận văn vận dụng phương phỏp tớnh toỏn nờu trong dự thảo TCVN về tớnh toỏn hệ số tiờu thiết kế do Trường Đại học Thủy lợi biờn soạn (đó được nghiệm thu để ban hành) để tớnh toỏn. Phương phỏp tớnh toỏn ỏp dụng đối với hệ thống thủy lợi Xuõn Thủy được túm tắt như sau:
a) Tớnh toỏn xỏc định đường quỏ trỡnh yờu cầu tiờu nước trong trường hợp chưa xột đến ảnh hưởng của thủy triều:
- Chia tthời gian tiờu nước thành từng thờiđoạn nhỏ để tớnh toỏn hệ số tiờu. Thời đoạn tớnh toỏn trong luận văn này là một ngày.
- Tớnh toỏn hệ số tiờu qji cho cỏc đối tượng tiờu nước cú mặt trong vựng theo từng thờiđoạn tớnh toỏn.
- Tớnh toỏn hệ số tiờu của hệ thống tiờu trong trường hợp khụng dựng biện phỏp kỹ thuậtđể hiệu chỉnh giản đồ hệ số tiờu theo cụng thức tổng quỏt sau:
qi = αl.qLi + αkl.qkl (2.3) Trong đú:
qi là hệ số tiờu bỡnh quõn của vựng tại ngày tiờu thứ i (l/s/ha). qLi là hệ số tiờu của lỳa tại ngày tiờu nước thứ i (l/s/ha).
qkli là hệ số tiờu trung bỡnh của cỏc đối tượng khụng phải là lỳa cú mặt trong vựng tiờu tại ngày tiờu nước thứ i (l/s/ha).
αl là tỷ lệ diện tớch đất trồng lỳa nước so với diện tớch của vựng tiờu (%), xỏc định theo cụng thức sau:
αl =
ω ωl
(2.4)
αkl là tỷ lệ diện tớch của tất cả cỏc đối tượng tiờu nước (trừ lỳa) so với diện tớch của vựng tiờu (%), xỏc định theo cụng thức sau:
αkl =
ω ω ∑ j
(2.5)
ωj là dện tớch mặt bằng hứng nước của đối tượng tiờu nước j khụng phải là lỳa cú mặt trong vựng tiờu (ha).
b) Xỏc định thời gian cú thể tiờu tự chảy của từng ngày trong thời gian tiờu nước đảm bảo mực nước trong đồng khụng bị ngập quỏ mức cho phộp.
c) Sử dụng cụng thức (2.6) để xỏc định đường quỏ trỡnh hệ số tiờu tự chảy của vựng tiờu. Hệ số tiờu thiết kế là trị số lớn nhất trong đường quỏ trỡnh hệ số tiờu
xỏc định theo cụng thức núi trờn: qTCi = qi x TCi T 24 (2.6) Trong đú:
qTCi là hệ số tiờu tự chảy trung bỡnh của vựng tại ngày tiờu thứ i (l/s/ha) qi là hệ số tiờu trung bỡnh ngày thứ i trong giản đồ hệ số tiờu của vựng trong trường hợp thiết kế và chưa xột đến thời gian khụng thể tiờu tự chảy do mực nước ngoài sụng cao hơn mực nước ở trong đồng (l/s/ha)
TTCilà số giờ trong ngày tiờu thứ i cú thể tiờu tự chảy qua cống (giờ).
2. Phương phỏp tớnh toỏn hệ số tiờu cho đối tượng tiờu nước là lỳa nước
Hệ số tiờu được xỏc định theo phương phỏp điều tiết nước trờn ụ ruộng qua cụng trỡnh tiờu nước mặt ruộng (đường tràn hoặc cống tiờu). Điều kiện để ỏp dụng là vựng tiờu phải cú hệ thống cỏc cụng trỡnh tiờu nước và điều tiết nước hoàn chỉnh từ đầu mối đến mặt ruộng và cao trỡnh mực nước trong kờnh tiờu phải thấp hơn cao trỡnh mực nước cần duy trỡ trong ruộng lỳa:
a) Phương trỡnh tớnh toỏn cơ bản: Đường quỏ trỡnh hệ số tiờu cho ruộng lỳa
tại ngày tiờu nước thứ i được xỏc định trờn cơ sở giải hệ 3 phương trỡnh cơ bản sau đõy:
♦ Phương trỡnh cõn bằng nước mặt ruộng:
Wi - 2.Htbi = qoi (2.7)
♦ Phương trỡnh so sỏnh với khả năng chịu ngập của lỳa:
♦Phương trỡnh lưu lượng thỏo qua cụng trỡnh tiờu nước mặt ruộng:
- Nếu cụng trỡnh thỏo nước là đường tràn: Áp dụng cụng thức (2.9) cho trường hợp chếđộ dũng chảy qua tràn là tự do, cụng thức (2.10) cho trường hợp chế độ dũng chảy qua tràn là chảy ngập.
qoi = 0,273.m.b0. 2.g .Htbi3/2 (2.9) qoi = 0,273.m.b0.σ. 2.g .Htbi3/2 (2.10)
- Nếu cụng trỡnh thỏo nước là ống thỏo: Áp dụng cụng thức (2.11) cho trường hợp chế độ dũng chảy qua ống thỏo là tự do, cụng thức (2.12) cho trường hợp chếđộ dũng chảy qua ống thỏo là chảy ngập.
qoi = 0,273.à.Ω. 2.g. 2 / 1 2 −d Htbi (2.11) qoi = 0,273.à.Ω. 2.g.(1 - ξ)1/2.Htbi1/2 (2.12) Trong đú:
b0 là chiều rộng đường tràn đơn vị (m/ha).
Htbi là cột nước tràn bỡnh quõn trong thời đoạn tớnh toỏn thứ i (mm). Hi là cột nước tiờu qua đường tràn ởcuối thời đoạn tớnh toỏn thứ i (mm). Hi-1 là cột nước tiờu qua đường tràn ở cuối thời đoạn tớnh toỏn trước (thời đoạn thứ i-1) hay đầu thời đoạn tớnh toỏn thứ i (mm).
m là hệ số lưu lượng của đường tràn. Cỏch chọn m như sau: - Đối vớiđường tràn đỉnh rộng : m = 0,34 ữ 0,36. - Đối với đường tràn kiểu thực dụng : m = 0,44 ữ 0,45. - Đối với đường tràn thành mỏng : m = 0,41 ữ 0,42
qoi là độ sõu tiờu trong thời đoạn tớnh toỏn, được xỏc định theo cụng thức từ (2.9) đến (2.12) tuỳ từng loại cụng trỡnh tiờu nước mặt ruộng và trường hợp chếđộ dũng chảy qua cụng trỡnh tiờu nước.
σ là hệ số ngập: σ = 0,90 ữ 0,96.
d là đường kớnh trong của ống trũn hoặc chiều cao của ống mặt cắt hỡnh chữ nhật (mm).
Ω là diện tớch mặt cắt ngang thoỏt nước của ống tiờu (cm2)::
- Ống tiờu cú mặt cắt hỡnh chữ nhật rộng b mm và cao d mm :
Ω = 0,01. b x d (cm2) (2.13) - Ống tiờu cú mặt cắt hỡnh trũn đường kớnh là d mm: Ω = 0,0025.π.d2 (cm2) (2.14)
à là hệ số lưu lượng của ống: à = 0,60 ữ 0,61.
ξ là hệ số ngập hay mức độ ngập:
ξ = htbi/Htbi và 0,75 < ξ≤ 0,80 (2.15)
htbi là độ sõu trung bỡnh lớp nước hạ lưu ống tiờu trong thời gian tiờu i (mm). Wi trong cụng thức (2.7) được xỏc định theo cụng thức (2.16):
Wi = (1+ β).Pi - hoi +2.Hi-1 (2.16) Pi là lượng nước mưa rơi xuống trong thời đoạn tớnh toỏn thứ i (mm). h0i là độ sõu tổn thất nước trờn ruộng trong thời đoạn tớnh toỏn thứ i (mm).
h0i = Ki + ei (2.17)
Ki là lượng nước ngấm ổn định trờn ruộng lỳa và ei là lượng bốc hơi nước trờn ruộng trong thời đoạn tớnh toỏn thứ i (mm). Căn cứ vào điều kiện cụ thể của hệ thống thủy lợi Xuõn Thủy, luận văn chọn Ki = 2 mm/ngày và e0i = 2 mm/ngày.
β là hệ số hiệu chỉnh độ sõu lớp nước cần tiờu trờn ruộng:
β = β1 + β2 (2.18)
β1 là hệ số hiệu chỉnh do ảnh hưởng choỏn chỗ của cõy lỳa làm cho mực nước trong ruộng tăng hơn so với mức bỡnh thường: β1 = 0,05 ữ0,20 tuỳ theo giống lỳa gieo trồng phổ biến trờn vựng tiờu và giai đoạn sinh trưởng của nú. β2 là hệ số hiệu chỉnh ảnh hưởng của sự tập trung bắt buộc cỏc phần nước mưa rơi trờn bờ ruộng chảy xuống ruộng lỳa: β2 lấy từ 0,03 đến 0,05 tuỳ thuộc vào mức độ kiến thiết đồng ruộng. Trong trường hợp cụ thể của hệ thống thủy lợi Xuõn Thủy, chọn hệ sốβ1 = 0,08 và β2 = 0,04, tớnh đượcβ = 0,12.
b) Phương phỏp tớnh toỏn: Nguyờn lý chung để giải hệ 3 phương trỡnh nờu
trờn là tớnh thử dần với cỏc phương ỏn bề rộng đường tràn đơn vị b0 (hoặc diện tớch mặt cắt ngang ống thỏo Ω), mỗi phương ỏn sẽ xỏc định một đường quỏ trỡnh tiờu nước tương ứng. Phõn tớch cỏc đường quỏ trỡnh tiờu nước này để lựa chọn một đường quỏ trỡnh tiờu nước phự hợp nhất. Quỏ trỡnh tớnh toỏn sẽ thực hiện từ ngày đầu của trận mưa cho đến khi kết thỳc đợt tiờu nước. Thời đoạn tớnh toỏn tiờu nước tớnh theo ngày. Sau một đợt tiờu, độ sõu lớp nước mặt ruộng phải trở lại độ sõu ban đầu trước khi tiờu. Trỡnh tự tớnh toỏnnhư sau:
- Giả thiết một giỏ trị b0 (hoặc Ω) để xỏc định được 3 ẩn số cũn lại. - Giải hệ 3 phương trỡnh trờn cho từng thời đoạn tớnh toỏn là ngày.
- Lấy kết quả tớnh toỏn thời đoạn đầu làmđiều kiện biờn cho thời đoạn sau. - Tiếp tục tớnh toỏn cho đến khi mực nước trong ruộng trở về H0. Kết quả tớnh toỏn cho đường quỏ trỡnh hệ số tiờu theo thời gian (qo ~ t) và đường quỏ trỡnh lớp nước mặt ruộng theo thời gian (hi~ t), trong đú:
hri = H0 + Htbi (2.19)
- So sỏnh đường quỏ trỡnh lớp nước mặt ruộng hri ~ t với tiờu chuẩn chịu ngập của lỳa, nếu khụng bảo đảm yờu cầu chịu ngập, hoặc độ sõu lớp nước duy trỡ trong ruộng luụn thấp hơn khả năng chịu ngập cho phộp từ 30 % trở lờn phải giả thiếtlại b0 (hoặc Ω) và tớnh lại từ đầu.
- Hệ số tiờutrung bỡnh của ngày tiờu thứ i (qi) xỏc định theo cụng thức sau: qi = ) 1 .( 64 , 8 0 β + i q (2.20)
c) Khả năng chịu ngập của lỳa: Lấy theo dự thảo TCVN về tớnh toỏn hệ số tiờu thiết kếđó nờu ở trờn:
- Ngập trờn 300 mm khụng quỏ 01 ngày. - Ngập trờn 275 mm khụng quỏ 02 ngày. - Ngập trờn 225 mm khụng quỏ 03 ngày. - Ngập trờn 200 mm khụng quỏ 04 ngày. - Ngập trờn 175 mm khụng quỏ 05 ngày.
3. Phương phỏp tớnh toỏn hệ số tiờu cho cỏc đốitượng tiờu nước khụng phải là
lỳa nước
Hệ số tiờu bỡnh quõn của cỏc đối tượng tiờu nước khụng phải là lỳa tại thời đoạn tiờu nước thứ i (qkli) được xỏc định theo cụng thức tổng quỏt sau đõy:
qkli = Ckl. 64 , 8 i P (2.21)
Pi là tổng lượng mưa rơi xuống trong ngày tiờu nước thứ i (mm)
Ckl là hệ số dũng chảy bỡnh quõn của tất cả cỏc loại đối tượng tiờu nước khụng phải là lỳa cú mặt trong vựng tiờu:
Ckl = ∑ ∑ j j j C ω ω . (2.22)
Cj là hệ số dũng chảy của đối tượngtiờu nước j khụng phải là lỳa trong vựng tiờu, lấy theo dự thảo TCVN về tớnh toỏn hệ số tiờu thiết kế do Trường Đại học Thủy lợi biờn soạn, được nờu trong bảng 2.6.
Bảng 2.6: Hệ số dũng chảy C của một số loại đối tượng tiờu nước chớnh cú mặt trong hệ thống thủy lợi Xuõn Thủy
TT Đối tượng tiờu nước C
1 Đất trồng hoa, màu, cõy cụng nghiệp ngắn ngày... 0,60 2 Đất vườn, trồng cõy ăn quả, cõy lõu năm, cụng viờn cõy xanh... 0,50
3 Đất ở nụng thụn 0,65
4 Đất ở đụ thị, đất chuyờn dựng trong khu đụ thị đó được cứng hoỏ phần lớn bề mặt...
0,95
5 Đất khu cụng nghiệp và làng nghề 0,95
6 Đất ao hồ, sụng suối:
- Sụng suối nội vựng và cỏc loại đầm trũng, ao hồ tự nhiờn... 0,20
- Ao hồ chuyờn nuụi thủy sản 1,00
- Hồ điều hoà 0,00