Giáo trình quy hoạch và thiết kế hệ thống thủy lợi - Chương 4 pdf

Chơng 4 - Chế độ tiêu và yêu cầu tiêu
107
Chơng 4
Chế độ tiêu v Yêu cầu tiêu
Tiêu thoát nớc cho nông nghiệp là vấn đề quan trọng nh tới nớc. Thiếu nớc thì
cây trồng không phát triển đợc, ngợc lại thừa nớc cây trồng cũng suy yếu. Do đó hai
vấn đề này phải giải quyết song song trong quy hoạch thiết kế hệ thống thủy lợi.
Trong một hệ thống thủy lợi thờng bao gồm nhiều đối tợng cần tiêu nh đất cấy lúa,
đất trồng cây trồng cạn, đất ao hồ, đất thổ c, đờng sá. Do vậy để xác định đợc hệ số tiêu
tổng hợp cho khu vực cần phải tính đợc hệ số tiêu thành phần, vì mỗi loại đất tiêu có đặc
điểm khác nhau.
4.1. Tính hệ số tiêu cho vùng trồng lúa
Lúa là cây trồng phát triển trên môi trờng ngập nớc, nó có khả năng chịu ngập tốt.
Do vậy có thể lợi dụng đặc tính này để trữ nớc trên ruộng khi có ma lớn, kéo dài thời
gian tiêu, vì vậy sẽ giảm đợc hệ số tiêu cần thiết.
4.1.1. Các tài liệu cần thiết
- Mô hình ma tiêu lớn nhất thời đoạn ngắn 1, 3, 5, 7 ngày theo tần suất thiết kế,
thờng P = 10%.
- Giai đoạn sinh trởng của cây lúa và chiều cao cây theo từng giai đoạn.
- Đặc trng thấm của đất (hệ số thấm ổn định).
- Lợng bốc hơi mặt ruộng trong thời gian tính toán (theo kết quả tính toán bốc hơi
thực tế mặt ruộng với bốc hơi tiềm năng tính từ công thức Penman).
- Khả năng chịu ngập của lúa theo tài liệu thí nghiệm, thờng đợc xác định theo
chiều cao của cây lúa.
- Thời gian tiêu cho phép, thờng xác định theo:
[T] = t + 2
[T] - thời gian tiêu cho phép (ngày);
t - thời gian ma theo mô hình tính toán (ngày).
Bảng 4.1 - Chiều cao cây lúa hè thu ứng với từng giai đoạn sinh trởng
(theo tài liệu ủy ban NNTW, giống lúa CR203)
Tháng VI VII VIII IX

Chiều cao cây lúa (cm) 25 ữ 30 30 ữ 35 40 ữ 50 50 ữ 55
Quy hoạch và thiết kế hệ thống thủy lợi
108
Bảng 4.2 - Chiều sâu ngập so với chiều cao cây và thời gian chịu ngập cho phép
của lúa CR203 để năng suất giảm không quá 10%
Thời gian chịu ngập 1 ngày 2 ngày 3 ngày 4 ngày 5 ngày 6 ngày 7 ngày 8 ngày
Năng suất giảm 10% 0,82 0,62 0,53 0,48 0,44 0,38 0,35 0,31
Bảng 4.3 - Khả năng chịu ngập theo chiều cao cây lúa
Tháng
Chiều cao cây
(mm)
1 ngày 2 ngày 3 ngày 4 ngày 5 ngày 6 ngày 7 ngày 8 ngày
7
8
9
300
350
450
246
287
369
186
217
279
159
186
238
144
168
216

132
154
198
114
133
171
105
122
158
93
108
140
Hệ số dòng chảy có thể sử dụng nh sau đối với các vùng tiêu nớc:
+
lúa
= 1,0; +
ao hồ
= 1,0
+
màu
= 0,6; +
loại khác
= 0,5
Cờng độ ngấm ổn định của đất trồng lúa phụ thuộc vào loại đất. Lúa thờng đợc
gieo trồng trên đất thịt, hệ số ngấm ổn định ít biến đổi, thờng lấy K = 2 mm/ngày.
4.1.2. Phơng pháp tính toán
Phơng pháp tính toán dựa trên cơ sở cân bằng nớc mặt ruộng và tình hình công
trình. ở đây đợc tính khi hệ thống tiêu hoàn chỉnh, các ô ruộng đều có công trình tiêu tự
chảy ra kênh tiêu. Do vậy phơng pháp tính toán phụ thuộc vào loại công trình tiêu và trạng
thái chảy qua công trình. Công trình trên mặt ruộng có thể là đập tràn hoặc ống tiêu.

1. Công trình tiêu nớc mặt ruộng là đập tràn
a) Trờng hợp chảy tự do
Trờng hợp này dựa vào hệ hai phơng trình:
- Phơng trình cân bằng nớc mặt ruộng.
- Phơng trình năng lợng (dòng chảy qua công trình).
Hệ phơng trình cơ bản để tính toán hệ số tiêu:
i
0i i
3
2
0i 0i
i
(a) q W 2H
(b) q 0,273mb 2g.H

=



=

, (mm/ngày) (4.1)
trong đó:
W
i
= P
i
h
0i
+ 2H

i - 1
;
P
i
- lợng ma tính toán trong ngày (mm);
Chơng 4 - Chế độ tiêu và yêu cầu tiêu
109
0,273 - hệ số đổi đơn vị từ m
3
/s sang mm/ngày;
b
0i
- chiều rộng đập tràn để tiêu cho một đơn vị diện tích là 1 ha (m/ha);
i
H
- độ cao cột nớc bình quân trong ngày trên đỉnh đập tràn (mm):
i
i1 i
HH
H
2

+
=

H
i - 1
- cột nớc trên đỉnh đập tràn đầu ngày tính toán;
H
i

- cột nớc cuối ngày (mm);
h
0i
= e
i
+ K
i
- tổn thất do bốc hơi và ngấm (mm/ngày)
e
i
- lợng bốc hơi mặt ruộng trong ngày (mm/ngày);
K
i
- lợng nớc thấm trên ruộng trong ngày (mm/ngày).
Thấm ổn định thờng lấy K = 2mm/ngày
Phơng pháp giải hệ phơng trình (4.1):
+ Phơng pháp giải tích
- Đồng hóa hai phơng trình ta có:
3
2
ii 0i
i
W2H 0,273mb 2g.H=
hoặc:
3
2
ii 0i
i
W2H0,273mb 2g.H 0 =
Thay W

i
= P
i
- h
0i
+ 2H
i - 1
vào phơng trình trên ta có:
i
3
2
i
i0i i1 0i
P h 2H 2H 0,273mb 2
g
.H 0


+ =
(4.2)
Trong mỗi thời đoạn tính toán (1 ngày) với b
0i
là thông số giả định cho trớc còn lại ẩn
số là
i
H . Đây là phơng trình phải giải bằng đúng dần, giả thiết
i
H và tính thử để tổng giá
trị bằng 0 sẽ là nghiệm của phơng trình.
- Có giá trị

i
H thay vào phơng trình (4.1b) ta sẽ tính đợc q
0i
- Tính H
i
= 2
i
H - H
i - 1
- Đa tất cả giá trị vào bảng thống kê kết quả tính toán.
Bảng 4.4 - Thống kê kết quả tính toán hệ số tiêu
Ngày
P
i
(mm)
h
0i
(mm)
P
0i
(mm)
W
i
(mm)
i
H
(mm)
q
0i
(mm/ngày)

H
i - 1
(mm)
H
i
(mm)
i
a
(mm)
q
i
(l/s-ha)
(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11)

Quy hoạch và thiết kế hệ thống thủy lợi
110
Quá trình tính toán sẽ thực hiện từ ngày đầu của trận ma thiết kế cho đến khi kết thúc
ma và mực nớc trên ruộng trở lại mực nớc ban đầu thì sẽ kết thúc quá trình tính, sau đó
sẽ kiểm tra điều kiện ràng buộc về thời gian tiêu cho phép và khả năng chịu ngập. Nếu thỏa
mãn quá trình tính toán sẽ kết thúc, nếu không phải giả định lại b
0i
và tính toán lặp lại
tơng tự nh trên.
P - độ cao đập tràn, xác định theo yêu cầu
chịu ngập thờng xuyên của lúa;

Hình 4.1: Chảy tự do
ii
HPa +=
64,8

q
q
i0
i
=
(l/s-ha)
Hệ số lu lợng m
m = 0,42 đối với đập tràn thành mỏng;
m = 0,45 đối với đập tràn thực dụng;
m = 0,35 đối với đập tràn đỉnh rộng.
+ Phơng pháp đồ thị
Hệ phơng trình (4.1) có thể giải bằng đồ thị nh sau:
- Xây dựng đờng quan hệ
(
)
i
i0
H~q theo phơng trình (4.1b) là quan hệ đờng cong.
- Xây dựng đờng quan hệ
(
)
i
i0
H~q theo phơng trình (4.1a) là quan hệ đờng thẳng.
- Giao điểm của hai đờng này chính là cặp nghiệm của hệ 2 phơng trình.
Cứ tiếp tục tính toán nh vậy cho quá trình ma và sẽ kết thúc nh trờng hợp tính
theo giải tích cho tới khi trạng thái nớc ruộng trở lại ban đầu.

Hình 4.2: Đồ thị xác định
i

H
và q
0i
Chơng 4 - Chế độ tiêu và yêu cầu tiêu
111
Hiện nay vì máy vi tính phát triển nên thờng dùng phơng pháp giải tích.
b) Trờng hợp chảy ngập
Khi mực nớc hạ lu đập tràn cao hơn so với
đỉnh tràn, lu lợng chảy qua đập tràn sẽ bị ảnh
hởng của mực nớc hạ lu.

Hình 4.3: Trạng thái chảy ngập
Hệ phơng trình lúc này sẽ là:






=
=
2
3
i
i0ni0
i
ii0
H.g2bm273,0q
H2Wq
(4.3)

Phơng trình thứ 2 thêm hệ số ngập
n
:






=
H
h
f
n
n

Hệ số ngập xác định theo tài liệu thí nghiệm, có thể tra theo bảng 4.5, tùy vào mực
nớc trên ruộng và mực nớc kênh tiêu.
Bảng 4.5 - Quan hệ giữa tỷ số
H
h
n
và hệ số
n
H
h
K
n
=

n
H
h
K
n
=


n
H
h
K
n
=

n
H
h
K
n
=


n
0,06
0,08
0,10
0,12
0,14

0,16
0,18
0,20
0,22
0,24
0,28
0,996
0,992
0,988
0,984
0,980
0,976
0,972
0,968
0,963
0,958
0,952
0,30
0,32
0,34
0,36
0,38
0,40
0,42
0,44
0,46
0,48
0,50
0,939
0,932

0,925
0,917
0,909
0,901
0,892
0,884
0,875
0,865
0,855
0,52
0,54
0,56
0,58
0,60
0,62
0,64
0,66
0,68
0,70
0,72
0,845
0,834
0,823
0,812
0,800
0,787
0,774
0,760
0,746
0,730

0,714
0,74
0,76
0,78
0,80
0,82
0,84
0,86
0,88
0,90
0,698
0,682
0,662
0,642
0,621
0,599
0,576
0,550
0,520
Phơng pháp giải tích để giải hệ phơng trình (4.3) cũng giống trờng hợp trên chỉ
khác là phải xét đến hệ số ngập
n
.
Thí dụ áp dụng: Tính hệ số tiêu cho lúa với mô hình ma 5 ngày, tiêu hết trong 7
ngày. Kết quả tính toán xem bảng 4.6, với chiều cao đập tràn P = 100mm.
Quy hoạch và thiết kế hệ thống thủy lợi
112
Bảng 4.6 - Kết quả tính toán hệ số tiêu cho lúa vùng Hải Dơng
Ngày
P

i
(mm)
h
0i
(mm)
P
0i
(mm)
W
i
(mm)
q
0i
(mm/ngày)
i
H

(mm)
H
i
(mm)
i
a
(mm)
q
i
(l/s-ha)
19/07
20/07
21/07

22/07
23/07
24/07
25/07
55,25
1,20
73,87
129,85
38,79
0
0
8,54
8,54
8,54
8,54
8,54
8,54
8,54
46,71
-7,34
65,33
121,31
30,25
-8,54
-8,54
46,71
28,66
77,33
225,31
222,25

93,46
27,46
10
5
19
76,5
75
24
4,5
9
12
29
74
73,5
34,5
11
18
6
52
96
1
18
3
109
112
129
174
173,5
135
111

1,15
0,57
2,19
8,85
8,68
2,77
0,52
2. Công trình tiêu nớc mặt ruộng là ống tiêu
ống tiêu là công trình tiêu nớc đơn giản, dễ bảo vệ vì đặt dới bờ ruộng, bảo đảm lu
lợng tơng đối ổn định khi chảy qua ống.

Hình 4.4: Chảy tự do qua ống
a) Trờng hợp chảy tự do
Hệ phơng trình tính toán:
i
i
0i i
1
2
0i
qW2H
d
q 0,273 2g H
2

=

=




(4.4)
trong đó:
- diện tích mặt cắt ngang ống tiêu, có thể = b.d hoặc
4
d
2

= ;
- hệ số lu lợng, thờng = 0,60 ữ 0,62.
Chơng 4 - Chế độ tiêu và yêu cầu tiêu
113
Các giá trị khác ý nghĩa giống nh trên và cách giải hệ phơng trình (4.4) cũng tơng
tự nh trờng hợp đập tràn.
b) Trờng hợp chảy ngập
Khi mực nớc sau ống tiêu cao hơn đáy ống tiêu, khi đó hệ phơng trình sẽ là:
i
0i i
0i
qW2H
q0,2732gZ

=

=


(4.5)
Z - chênh lệch mực nớc thợng hạ lu (mm).
Cách giải hệ phơng trình này cũng giống các trờng hợp trên.
4.2. Tính toán tiêu cho cây trồng cạn
Đặc điểm của cây trồng cạn là khả năng chịu ngập kém, nên cần tiêu khẩn trơng, ma
đến đâu là tiêu đến đấy, thờng tính theo ma ngày. Do đó hệ số tiêu thờng lớn so với lúa.
4.2.1. Các tài liệu cần thiết
- Ma ngày lớn nhất ứng với tần suất 10%.
- Thời gian tập trung dòng chảy của lu vực ().
- Hệ số dòng chảy của lu vực. Khi thiếu tài liệu thí nghiệm có thể tra bảng, hệ số này
phụ thuộc vào loại đất, độ dốc mặt đất.
- Thời gian kéo dài của trận ma (t).
4.2.2. Cách xác định thời gian tập trung dòng chảy ()
Thời gian tập trung dòng chảy là cơ sở để xác định công thức tính toán hệ số tiêu lớn
nhất. Do vậy trớc tiên phải xác định giá trị này.
Giá trị này thờng đợc tính theo công thức kinh nghiệm:
1. Công thức Pasini
I
SL
3

=
, (h) (4.6)
trong đó:
- thời gian tập trung dòng chảy, tính theo giờ (h);
S - diện tích lu vực tiêu (km
2

);
L - chiều dài sờn dốc chính (km);
I - độ dốc lu vực;
- hệ số kinh nghiệm, thờng lấy bằng 0,102 ữ 0,108.
Quy hoạch và thiết kế hệ thống thủy lợi
114
2. Công thức Angaro
3
SL18,0= (4.7)
Công thức này áp dụng cho vùng bằng phẳng, lu vực nhỏ. Giá trị S, L có ý nghĩa và
thứ nguyên nh công thức (4.6), chỉ khác là tính bằng ngày.
3. Công thức Kirpich
77,0
I
L
0663,0








=
(4.8)
L - cũng có thứ nguyên giống công thức trên.
Công thức này đợc Công ty Zaika của Nhật Bản áp dụng tính tiêu cho khu vực nam
Hà Nội.
4. Công thức Giadotti

H8,0
L5,1S4

+
=
, (h) (4.9)
H là chênh lệch mực nớc giữa cao độ trung bình của lu vực và điểm ra (m). Giá trị
H xác định khó chính xác.
4.2.3. Tính toán hệ số tiêu lớn nhất cho cây trồng cạn
Hệ số tiêu lớn nhất đợc xác định trên cơ sở hình thành dòng chảy trên lu vực.
Chia làm ba trờng hợp nghiên cứu:
1. Khi thời gian ma (t) lớn hơn thời gian tập trung dòng chảy (T
c
), t > T
c

Hình 4.5: Đờng quá trình Q ~ t khi t > T
c
Chơng 4 - Chế độ tiêu và yêu cầu tiêu
115
- Tại thời gian t = 0 bắt đầu ma Q = 0.
- Tại thời gian t = t
i
: Diện tích tập trung nớc ma về cửa tiêu chỉ chiếm một phần diện
tích gạch chéo của lu vực, lu lợng dòng chảy chỉ là Q
i
với Q
i
< Q
max

.




t
i
S
i
Hình 4.6: Đờng đẳng thời với t = t
i
tại thời điểm t = t
i
- Đến thời điểm t = T
c
, toàn bộ diện tích nớc ma trên lu vực đã chảy qua cửa tiêu,
lu lợng dòng chảy tại cửa ra của khu tiêu đã đạt trị số Q
max
. Giá trị này đợc duy trì từ
t = T
c
đến t = t
m
.

Tại t = T
c
Đến t = t
m

S

S
Hình 4.7: Đờng đẳng thời với t = t
i
tại thời điểm t = T
c
và t = t
m
- Tính toán lu lợng lớn nhất và hệ số tiêu lớn nhất:
t
PS
Q
max

=
, (m
3
/s) (4.10)
và:
t
P
q
max

=
, (l/s-ha) (4.11)
trong đó:
- hệ số dòng chảy, tra theo bảng tra của tài liệu thực nghiệm;
P - lợng ma thiết kế trong thời gian ma (mm);
t - thời gian ma.
Tùy theo thí nghiệm của lợng ma và thời gian ma mà ta sẽ có hệ số đổi đơn vị
trong hai công thức trên để thứ nguyên của Q
max
và q
max
sẽ đạt đợc thứ nguyên nh trên.
Quy hoạch và thiết kế hệ thống thủy lợi
116
Đến thời gian t = t
j
sau khi ngừng ma, phần chảy của nớc ma qua cửa tiêu chỉ còn
lại phần diện tích gạch ở phía thợng lu của lu vực tiêu (S
j
) và Q
j
< Q
max




S
j
t

j
Hình 4.8: Tại t = t
j
sau khi ngừng ma
Hệ số tiêu cũng có thể xác định theo quan hệ giữa q
max
với q
TB
(hệ số tiêu trung bình).
q
max
= K.q
TB
(4.12)
trong đó:
K - hệ số lũ, thờng K 2:
t
T
1
t
Tt
Tt
P
t
P
q
q
K
cc
c

TB
max
+=
+
=
+


==
(4.13)
Vì t
ma
< T
c
nên 1 < K < 2.
2. Khi thời gian ma (t) bé hơn thời gian tập trung dòng chảy (T
c
), t < T
c

Hình 4.9: Đờng quá trình Q ~ t khi t < T
c
Chơng 4 - Chế độ tiêu và yêu cầu tiêu
117
- Tại thời gian t = t
i
, diện tích dòng chảy của ma chỉ đạt một phần diện tích tiêu của
lu vực nên lu lợng nớc ma chảy qua cửa tiêu lúc đó là Q
i
với Q

i
< Q
max
.





S
i
t
m
Hình 4.10: Tại thời điểm t = t
i
đến t = t
m
- Đến thời điểm t = t
m
kết thúc ma nhng diện tích dòng chảy của ma trên lu vực
không phải toàn bộ mà chỉ là một phần diện tích (có gạch chéo) chảy qua cửa tiêu, lu
lợng dòng chảy đạt giá trị Q
max
. Giá trị này đợc duy trì từ t = t
m
đến t = T
c
, do bảo tồn sự
cân bằng dòng chảy.
Lu lợng lớn nhất đợc tính:

c
i
max
T
PS
Q

=
(4.14)
hoặc:
c
max
T
P
q

=
(4.15)
- Tại thời điểm t = t
k
với t
m
< t
k
< T
c
Diện tích dòng chảy của nớc ma trên lu vực gồm phần diện tích nằm giữa phần dới
và phần trên lu vực tiêu, diện tích vẫn giữ không đổi và lu lợng vẫn đạt giá trị Q
max
.

- Tại thời điểm t = T
c
: Diện tích tập trung dòng chảy qua cửa tiêu gồm phần phía
thợng lu và vẫn giữ không đổi với Q = Q
max
.








S
i
T
c
- t
m


S
i
t
K
- t
m

t

K

Tại thời điểm t = t
K
Tại thời điểm t = T
c
Hình 4.11
Quy hoạch và thiết kế hệ thống thủy lợi
118
- Đến thời điểm t = t
j
, sau thời điểm T
c
lúc
này diện tích tập trung dòng chảy chỉ còn phần
phía thợng lu của lu vực tiêu (phần gạch chéo)
chảy qua cửa tiêu.
S
j
t
j
Lu lợng dòng chảy nớc ma qua cửa tiêu
Q
j
với Q
j
< Q
max
.
Hệ số tiêu lớn nhất cũng có thể xác định theo

quan hệ:
q
max
= Kq
TB

c
m
c
c
TB
max
T
t
1
Tt
P
T
P
q
q
K =
+


==
(4.16)
Hình 4.12: Tại thời điểm t = t
j
(sau T

c
)
Vì t
m
< T
c
nên 1 < K < 2.
3. Khi thời gian ma (t) bằng thời gian tập trung dòng chảy (T
c
), t = T
c

Hình 4.13: Đờng quá trình Q ~ t khi t = T
c
- Tại thời gian t = t
i
, diện tích tập trung dòng chảy của nớc ma chỉ một phần diện
tích, lu lợng dòng chảy Q
i
< Q
max
.
- Tại thời điểm t = t
m
= T
c
diện tích dòng chảy của nớc ma trên toàn lu vực đều
chảy qua cửa tiêu, lu lợng dòng chảy của ma đạt giá trị lớn nhất Q = Q
max
sau đó giảm

dần cho đến khi Q = 0.
Lu lợng lớn nhất và hệ số tiêu lớn nhất tính giống trờng hợp 1.
m
max
t
P
q

=
và q
max
= Kq
TB
với K = 2
Chơng 4 - Chế độ tiêu và yêu cầu tiêu
119









t
i
S
S
j

Tại thời điểm t = t
i
Tại thời điểm t = t
m
= T
c
Tại thời điểm t = t
j
(
sau ma
)
S
i
t
j





Hình 4.14

4.2.4. Cách tính hệ số tiêu lớn nhất cho cây trồng cạn theo phơng pháp cờng độ
ma giới hạn
Theo tài liệu thống kê của các vùng, cờng độ ma giới hạn có thể xác định theo các
hệ thức:
()
n
nn
Ati,

t
A
i,
bt
A
i,
bt
A
i ==
+
=
+
=

trong đó:
i - cờng độ ma giới hạn, thờng đơn vị là mm/phút;
t - thời gian ma tính toán;
A, b, n - hệ số thực nghiệm theo từng vùng khí hậu.
Hệ số tiêu lớn nhất xác định cờng độ ma giới hạn.
Xuất phát từ cờng độ ma đợc tính theo:
i = At
n
n
max TB
cc
iA
qKqK K
tT tT

== =

t
+
+
(4.17)
Xem q là hàm của thời gian ma (t), vì thế giá trị q
max
sẽ có khi
0
dt
dq
=
.
Quy hoạch và thiết kế hệ thống thủy lợi
120
Lấy đạo hàm bậc nhất của hệ thức (4.17) và cho bằng 0 ta sẽ rút ra:
n1
nT
t
c

=
(4.18)
Thay (4.18) vào (4.17) ta sẽ có:
()
1n
c
1n
n
max
T

n1
n
AKq



=
(4.19)
Xác định q
max
theo 3 trờng hợp, ta sẽ xác định hệ số K trong công thức trên.
1. Khi t > T
c
Hệ số K khi đó sẽ là:
t
T
1K
c
+=

Thay vào (2.19) sẽ có:
1n
c
1n
max
T
n1
n
Aq

=
(4.20)
2. Khi t < T
c
t
T
1K
c
+=
và
1n
c
n
max
T
n1
n
Aq

=
(4.21)
3. Khi t = T
c
K = 2 và
()
1n
c
1n
n
max
T
n1
n
A2q



=
(4.22)
Hệ số dòng chảy có thể tra bảng 4.7.
Bảng 4.7 - Hệ số dòng chảy
Loại đất
Loại đất sử dụng
Độ dốc
mặt đất ()

Đất thịt pha cát
Đất thịt vừa
và thịt pha sét
Đất sét
Rừng đồi
0 ữ 5
5 ữ 10
10 ữ 30
0,10
0,25
0,30
0,30
0,35
0,50
0,40
0,50
0,60
Đồng cỏ
0 ữ 5
5 ữ 10
10 ữ 30
0,10
0,16
0,22
0,30
0,36
0,42
0,40
0,55
0,60

Đất trồng trọt
0 ữ 5
5 ữ 10
10 ữ 30
0,30
0,40
0,52
0,50
0,60
0,72
0,60
0,70
0,82
Chơng 4 - Chế độ tiêu và yêu cầu tiêu
121
4.3. Tính tiêu cho các khu dân c đô thị
4.3.1. Tính theo quy phạm
Đối với các khu dân c, đô thị sẽ tính toán theo tiêu chuẩn của Bộ Xây dựng.
1. Đối với địa phơng có đủ tài liệu thủy văn
(
)
()
n
m
H
1
bPt
PlogC1A
q
+

+
=
(4.23)
trong đó:
q - hệ số tiêu thoát nớc ma (l/s-ha);
P - chu kỳ lặp lại của trận ma tính toán (năm);
A
1
, C, m, n - các hằng số địa phơng;
b - thông số xác định theo b = b
0
PP
m
;
b
0
- giá trị thông số khi P = 1 năm;
t
H
- thời gian ma tính toán.
2. Đối với vùng thiếu tài liệu đo ma tự ghi
()
(
)
()
n
m
H
20
n

bPt
PlogC1qb20
q
+
++
=
(4.24)
Các giá trị giống công thức (4.23), chỉ có khác là q
20
(q
20
: Cờng độ ma 20 phút với
P = 1 năm).
t
H
= t
m
+ t
r
+ t
0
t
m
- thời gian tập trung nớc ma từ điểm xa nhất trên lu vực đến rãnh thoát nớc
đờng phố. Đối với các khu không có mạng lới thoát nớc cần xác định cho từng
trờng hợp cụ thể nhng t
m
10 phút (đối với khu dân c), với tiểu khu có mạng
lới thoát nớc thì t
m

= 5 phút;
t
r
- thời gian nớc ma chảy trong rãnh đến giếng thu nhận nớc ma (phút):
r
r
r
t1,25
60v
=
l

l
r
- chiều dài rãnh (m);
v
r
- lu tốc nớc chảy cuối rãnh (m/s);
t
0
- thời gian nớc chảy trong ống, cống đến tiết diện tính toán (phút):
Quy hoạch và thiết kế hệ thống thủy lợi
122
0
0
0
tM
60v
=

l

l
0
- chiều dài đoạn ống, cống thoát (m);
v
0
- vận tốc dòng chảy trong ống, cống (m/s).
Hệ số M có quan hệ với độ dốc mặt nớc S
0
nh sau:
Khi S
0
< 0,01 M = 2,0
Khi S
0
= 0,01 ữ 0,03 M = 1,5
Khi S
0
> 0,03 M = 1,2
Hệ số dòng chảy trong lu vực tính toán đợc xác định theo:
= Z
TB
q
0,2
l
0,1
l - chiều dài lu vực;
Z
TB

- hệ số phủ trung bình của toàn lu vực, có thể xem Tiêu chuẩn 20TCN-51-84.
Bảng 4.8 - Hệ số Z
TB
và
Dạng và bề mặt Hệ số
Hệ số Z
TB
Mái nhà và mặt đờng bê tông
Mặt đờng đá đẽo và đờng nhựa
Mặt đờng đá hộc
Mặt đờng đá dăm không có chất kết dính
Đờng trong vờn bằng sỏi
Mặt đất
Bãi cỏ
0,95
0,60
0,45
0,40
0,35
0,30
0,15
0,240
0,224
0,145
0,125
0,090
0,064
0,038
Thí dụ: Tính cờng độ ma thiết kế cho Thành phố Việt Trì. Cho biết:
b = 20,04 C = 0,248

n = 0,9076 q
20
= 306,6 l/s-ha
P = 10 năm t = 6 phút
Cờng độ ma tính theo Viện Khí tợng Thủy văn:
()
(
)
()
n
20
n
bt
PlogC1qb20
q
+
++
=

Chơng 4 - Chế độ tiêu và yêu cầu tiêu
123
() ()
()
0,9076
0,9076
20 20,04 306,6 1 0,248
q2
60 20,04
++
=

+
04
, l/s-ha
Cờng độ ma tiêu rất lớn, do đó lu lợng tiêu cho thành phố sẽ lớn, phải dùng hồ
điều tiết để giảm nhỏ hệ số tiêu.
4.3.2. Tính hệ số tiêu cho đô thị theo mô hình
Để tính toán tiêu cho các thành phố lớn, thờng ngời ta tính theo mô hình. Thờng có
nhiều loại mô hình nhng mô hình đợc tính toán tiêu cho các thành phố ở đây là mô hình
Transfert.
1. Cơ sở của mô hình
Cơ sở của mô hình là dựa vào phơng trình vi phân thoát nớc trong thời gian ma:
()
() ()
ti
K
1
tQ
K
1
dt
tdQ
=+
(4.25)
Q(t) - cờng độ tháo (mm/phút);
i(t) - cờng độ ma rơi xuống tại thời điểm t (mm/phút);
K - tham số mô hình, sẽ đợc xác định theo công thức kinh nghiệm.
Nghiệm của phơng trình (4.25) dới dạng sai phân:
() ( ) ()
tt
KK

TB
Qnt Q n 1 t e i n 1 t,nt 1 e





=




với:
07,015,021,036,0
9,1
18,0
HPELTEP
100
IMP
1F07,5K








+=
(4.26)

Tham số K đợc xác định bình quân theo trận ma thiết kế tính toán (phút);
F - diện tích lu vực tính (ha);
P - độ dốc trung bình lu vực (%);
IMP - % diện tích không thấm nớc của lu vực;
TE - độ dài trận ma (phút);
L - độ dài đờng tập trung nớc của lu vực (m);
HPE - Độ cao của ma nette (mm).
2. Thí dụ tính hệ số tiêu cho Thành phố Hà Nội
Khu vực Hà Nội đợc phân chia theo 4 sông: sông Tô Lịch, sông Sét, sông Lừ và sông
Kim Ngu.
Quy hoạch và thiết kế hệ thống thủy lợi
124
1. Diện tích toàn nội thành và diện tích từng lu vực sông:
Diện tích các lu vực (ha)
Toàn nội thành
Sông Tô Lịch Sông Lừ Sông Sét Sông Kim Ngu
3784 1454 560 590 1180
Hệ số 0,384 0,148 0,156 0,312
2. Hệ số tiêu nội thành:

=
4
1
jijni
qq

3. Kết quả tính toán thời gian tập trung dòng chảy (theo công thức Pasani)
Lu vực S (km
2
) L (km) i (m/km)

T
c
(giờ)
Sông Tô Lịch
Sông Lừ
Sông Sét
Sông Kim Ngu
14,54
5,60
5,90
11,80
7,3
6,2
6,0
5,9
0,50
0,40
0,48
0,33
7
5,4
4,9
7,5
Tổng 37,84 25,4
4. Trận ma thiết kế: 8 giờ, tổng lợng ma 187,9mm với tần suất 10%. Hệ số tiêu
đợc xác định theo:
ii
Q
3
500

q =
(l/s-ha)
Q
i
- cờng độ tháo tính theo mm/phút.
5. Kết quả tính toán hệ số tiêu thiết kế cho khu vực nội thành Hà Nội:
Lu vực
A
(ha)
IMP
(%)
P
(%)
L
(m)
Q
max
(mm/phút)
q
max
(l/s-ha)
K
(phút)
Sông Tô Lịch
Sông Lừ
Sông Sét
Sông Kim Ngu
1454
560
590

1180
72
70
65
87
0,050
0,040
0,048
0,033
7300
6200
6000
5900
0,313
0,338
0,339
0,334
52,24
56,29
56,50
55,64
395
360
358
365
Tổng 3784 54,56
Lu lợng tiêu lớn nhất của nội thành Hà Nội:
Q
max
= q

n
.
n
= 54,46.10
-3
.3784 = 206,03 m
3
/s (khi cha điều tiết).
Chơng 4 - Chế độ tiêu và yêu cầu tiêu
125
4.4. Tính hệ số tiêu cho hệ thống
4.4.1. Trờng hợp không kể thời gian chậm tới
Hệ số tiêu lớn nhất của hệ thống bằng hợp các hệ số tiêu thành phần. Hệ số tiêu lớn
nhất tại cửa tập trung nớc là tổng các hệ số tiêu lớn nhất trên các phần đất tiêu.
qqqqqq
tcdxtcdxahahmmll
n
1i
iiht
++++==

=
(4.27)
trong đó:
q
l
, q
m
, q
ah

, q
tcdx
- hệ số tiêu của các loại đất lúa, màu, ao hồ, thổ c, đờng sá;

l
,
m
,
ah
,
tcdx
- tỷ lệ diện tích của các loại đất trên so với tổng diện tích phải tiêu.
4.4.2. Trờng hợp kể đến thời gian chậm tới của các nút ra đến cửa tiêu
Khi đó phải xét đến thời gian chậm tới từ các nút ra của từng tiểu vùng đến cửa ra của
hệ thống. Khi đó lu lợng lớn nhất của hệ thống và tiểu vùng không xuất hiện cùng thời
điểm theo đờng quá trình hệ số tiêu.
Thí dụ áp dụng:
Tính hệ số tiêu cho hệ thống CB theo mô hình ma thiết kế 5 ngày max với tần suất
10% (bảng 4.9).
Bảng 4.9 - Tổng diện tích của hệ thống và diện tích các loại
Diện tích các loại (ha)
Tổng diện tích (ha)
2696

l
= 1600
m
= 204
ah
= 270

tcdx
= 622
Hệ số tỷ lệ 0,60 0,07 0,10 0,23
Bảng 4.10 - Kết quả tính toán hệ số tiêu cho hệ thống
Ngày
q
l
(l/s-ha)
q
l

l
(l/s-ha)
q
m
(l/s-ha)
q
m

m
(l/s-ha)
q
tc
(l/s-ha)
q
tc

tc

(l/s-ha)

q
ah
(l/s-ha)
q
ah

ah

(l/s-ha)
q
(l/s-ha)
19/7
20/7
21/7
22/7
23/7
24/7
25/7
1,2
0,6
2,2
8,9
8,7
2,8
0,5
0,7
0,4
1,3
5,3
5,2

1,7
0,3
3,8
0,1
5,1
9,0
2,7
0
0
0,3
0
0,4
0,6
0,2
0
0
3,2
0,1
4,3
7,5
2,2
0
0
0,7
0
1,0
1,7
0,5
0
0

6,4
1,4
8,5
15,0
4,5
0
0
0,6
0,1
0,9
1,5
0,5
0
0
2,3
0,5
3,6
9,1
6,4
1,7
0,3
Quy hoạch và thiết kế hệ thống thủy lợi
126
Các đất khác tính theo công thức:
64,8
P
q

=
, (l/s-ha)

Trong đó:
m
= 0,6;
ah
= 1;
tcdx
= 0,5.
Câu hỏi ôn tập:
1. Mục đích ý nghĩa của việc tính toán tiêu nớc mặt trên hệ thống thủy lợi
2.
Các tài liệu cần thiết để tính toán tiêu nớc cho lúa, cơ sở và phơng pháp tính toán
tiêu cho lúa bằng giải tích.
3.
Các tài liệu cần thiết để tính toán tiêu nớc cho cây trồng cạn, cơ sở và phơng
pháp tính toán tiêu nớc cho cây trồng cạn.
4.
Hãy trình bày phơng pháp tính toán tiêu nớc cho hệ thống.