Giáo trình quy hoạch và thiết kế hệ thống thủy lợi - Chương 6 doc

Chơng 6 - Phơng pháp tới và công nghệ tới
157
Chơng 6
Phơng pháp tới v công nghệ tới
6.1. Khái quát chung
Trong tính toán chế độ tới chúng ta đã xác định đợc mức tới mỗi lần, thời gian
tới, số lần tới và mức tới toàn vụ. Đó là 4 yếu tố cơ bản của chế độ tới để tạo điều kiện
phát triển của cây trồng cho năng suất cao. Để thực hiện các yếu tố này một cách chính xác
ta phải xét đến phơng pháp tới và công nghệ tới tức phơng thức đa nớc và phân phối
nớc tới tận mặt ruộng cung cấp cho cây trồng.
Phơng pháp và công nghệ tới cần phải thoả mãn các yêu cầu sau:
- Bảo đảm cung cấp nớc theo đúng chế độ tới quy định phân bố đồng đều trên diện
tích tới.
- Có hệ số sử dụng nớc cao.
- Tạo điều kiện thực hiện và phối hợp tốt với các biện pháp canh tác khác.
- Nâng cao năng suất tới trên đồng ruộng.
- Có tác dụng cải tạo đất, không gây ra xói mòn, mặn hoá khu đất tới .
- Công trình và các thiết bị tới phải đơn giản, dễ quản lý, diện tích chiếm đất ít, chi
phí đầu t và quản lý khai thác thấp và không gây ảnh hởng xấu đến môi trờng.
Dựa theo phơng thức dẫn nớc và phân phối nớc, ngời ta chia ra các phơng pháp
tới sau:
- Phơng pháp mặt đất: Tới ngập, tới dải và tới rãnh.
- Phơng pháp tới phun ma.
- Phơng pháp tới nhỏ giọt.
- Phơng pháp tới ngầm.
Sự lựa chọn các phơng pháp tới phụ thuộc vào các yếu tố sau:
- Loại cây trồng và kỹ thuật canh tác;
- Địa hình, tính chất đất đai khu tới;
- Khả năng cung cấp và chất lợng của nguồn nớc;
- Trình độ cơ giới hoá và công nghiệp hoá;
- Điều kiện cung cấp năng lợng, thiết bị tới;

- Trình độ khoa học, kỹ thuật của cán bộ, công nhân quản lý tới.
Quy hoạch và thiết kế hệ thống thủy lợi
158
6.2. Phơng pháp tới mặt đất
Tới mặt đất là phơng pháp đa nớc tới từ các kênh dẫn đặt ở đầu ruộng vào trực
tiếp mặt đất của cánh đồng rồi ngấm xuống biến thành nớc trong đất, nớc tới đợc phân
phối đến cây trồng ở các dạng tới ngập, tới theo rãnh và tới theo dải.
6.2.1. Tới ngập cho lúa
Là hình thức cung cấp để luôn luôn giữ một lớp nớc trên mặt ruộng theo yêu cầu sinh
trởng phát triển của các cây trồng, chủ yếu là lúa nớc.
1. Ưu và nhợc điểm
a) Ưu điểm
- Điều hoà đợc nhiệt độ trong ruộng lúa;
- Kìm hãm sự phát triển của cỏ dại;
- Giảm đợc nồng độ các chất có hại.
b) Nhợc điểm
- Độ thoáng khí của đất kém;
- Làm giảm độ phì của đất;
- Dễ gây ra trôi đất;
- Tốn nhiều nớc, gây trở ngại cho cơ giới hoá.
2. Yêu cầu của phơng pháp tới ngập
- Duy trì lớp nớc thích hợp trên ruộng lúa theo công thức tới tăng sản;
- Bảo đảm đợc các chất dinh dỡng và phân bón không bị rửa trôi, đất không bị xói
mòn, nhiễm chua mặn;
- Bảo đảm lớp nớc đợc phân bố đều, không tới tràn lan;
- Hệ số sử dụng ruộng đất cao, tiết kiệm nớc tới, giá thành xây dựng và quản lý rẻ;
- Mặt ruộng đợc tới phải tơng đối bằng phẳng để độ sâu mực nớc tơng đối đồng
đều trên khắp thửa ruộng;
- Phải bố trí đầy đủ các công trình điều tiết nớc mặt ruộng.
3. Hình thức bố trí và kích thớc ô ruộng tới ngập (hình 6.1)

4. Hình dạng và kích thớc
a) Hình dạng: Ô ruộng có hình chữ nhật là tốt nhất
b) Kích thớc: Thờng là 0,25 ữ 0,30 ha (100 ì 25 m hoặc 100 ì 30 m)
- Chiều dài ô ruộng theo khoảng cách giữa kênh tới và kênh tiêu cố định cấp nhỏ nhất
trên hệ thống.
- Chiều rộng phụ thuộc điều kiện địa hình và điều kiện cơ giới hoá.
Chơng 6 - Phơng pháp tới và công nghệ tới
159

Hình 6.1: Hình thức bố trí thửa ruộng
a) Bố trí thông nhau; b) Bố trí cửa độc lập

Hình 6.2: Mặt cắt A-A
- Độ dốc i thờng bằng 0,001 ữ 0,0005.
Chiều rộng a đợc xác định theo:

=
21 0
hh 0,5h
a
ii
(6.1)
Lu lợng cần lấy vào ô ruộng để tạo thành lớp nớc mặt ruộng:
(
)
t
0
QhK
t

=+t, (m
3
/h) (6.2)
trong đó:
- diện tích ô ruộng (m
2
);
t
K - tốc độ ngấm bình quân (m/h);
t - thời gian lấy nớc (h).
6.2.2. Tới theo dải
1. Mục đích và điều kiện áp dụng
Tới dải là hình thức phân phối nớc cho cây trồng theo dòng chảy tràn trên dải tới.
Mặt ruộng đợc chia thành từng ô nhỏ (gọi là dải ruộng) đợc ngăn cách bởi các bờ dải,
Quy hoạch và thiết kế hệ thống thủy lợi
160
nớc chảy tràn trên mặt ruộng từ đầu dải đến cuối dải. Quá trình chảy, nớc sẽ ngấm xuống
tầng rễ cây và cung cấp nớc cho cây trồng. Tới dải đợc áp dụng đối với cây trồng không
theo hàng nh cỏ, lúa mì, mạ
2. Sơ đồ cấu tạo

Hình 6.3: Sơ đồ cấu tạo
3. Phơng pháp tính toán các kỹ thuật tới dải theo dòng ổn định [1]
Mục đích tính toán là xác định các thông số của kỹ thuật tới nhằm thoả mãn các yêu
cầu tới. Các thông số đó là lu lợng lấy vào đầu dải, thời gian tới, chiều dài dải tới và
chiều dài dòng chảy trên dải khi mở nớc tới.
Trong thời gian nớc chảy từ đầu dải xuống cuối dải, đồng thời nớc cũng ngấm
xuống tầng đất. Khi ngấm đến cuối dải thì nớc trên dải cũng vừa hết. Vì vậy trong tới dải
phải đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật sau:
- Trong thời gian tới quy định nớc phải ngấm hết xuống đất.

- Độ ẩm ở đầu dải và cuối dải phải xấp xỉ bằng nhau.
- Có tốc độ nớc chảy trong dải thích hợp không làm xói lở mặt dải đồng thời phải có
trị số thích hợp so với tốc độ ngấm hút của đất để tránh lãng phí nớc.
- Độ ẩm trong tầng đất nuôi cây phải đạt độ ẩm thích hợp.
- Lợng nớc ngấm trong thời gian tính toán phải bằng lợng nớc yêu cầu trong thời
gian đó.
Để có thể đảm bảo những yêu cầu trên, ngoài điều kiện về độ dốc phải thoả mãn
i = 0,0005 ữ 0,02 chúng ta phải xác định đợc những trị số thích hợp của những yếu tố kỹ
thuật trong tới dải nh:
Chơng 6 - Phơng pháp tới và công nghệ tới
161
1. Chiều dài của dải
l;
2. Chiều dài lấy nớc X;
3. Lu lợng lấy vào đầu dải q
0
;
4. Tốc độ nớc chảy trong dải V;
5. Thời gian lấy nớc vào dải t.
Trong thực tế để xác định đợc các trị số thích hợp từ các điều kiện ban đầu nh: Mức
tới, điều kiện địa hình, địa chất Chúng ta phải thông qua thí nghiệm hoặc tổng kết tài
liệu nhiều năm từ các khu đã thực hiện tới dải.

a) Sơ đồ và các giả thiết tính toán

Hình 6.4: Sơ đồ tính
Cắt mặt cắt theo chiều dài của dải và xét với 1m chiều rộng của dải ta có sơ đồ nh
hình 6.4 với các giả thiết:
- Dòng chảy trong dải là ổn định;
- Lớp nớc mặt ruộng rất nhỏ so với chiều dài dải

l.
Dựa vào sơ đồ trên, chúng ta sẽ nghiên cứu các yếu tố dòng chảy trên dải để từ đó rút
ra các đại lợng cần xác định.
b) Tính toán cụ thể
Xác định phơng trình đờng mặt nớc trên dải
Xét mặt cắt cách đầu dải một đoạn là x nào đấy, tốc độ dòng chảy tại mặt cắt này có
thể xác định theo dòng chảy đều:
=
x1
VCRJ
trong đó:
C
1
- hệ số tốc độ (hệ số Sêzi);
R - bán kính thuỷ lực;
J - độ dốc thuỷ lực.
Quy hoạch và thiết kế hệ thống thủy lợi
162
Trên mặt đất, hệ số C
1
có thể xác định theo công thức của Bazanh:
=
+
1
87 R
C
R

trong đó :
- độ gồ ghề của mặt dải, thay đổi theo mức độ canh tác và loại cây trồng. Theo kinh

nghiệm = 1,5
ữ 4,0;
R - bán kính thuỷ lực:

==
+
b
y
R
b2
y
, vì y << b nên có thể coi R = y
Do đó:
==
+ +
1
87
y
87 R
C
R
y

Mặt khác do y rất nhỏ so với nên
==

+
1
87
y

87
y
C
y

Vậy:
==

x
87 y
87 J
V
y
J
y

Đặt
=

87 J
C
, và C gọi là hệ số đặc trng cho trạng thái đất tới. Do đó:
V
x
= Cy
Lu lợng chảy qua một đơn vị chiều rộng dải tại mặt cắt x sẽ là:
q
x
= V
x

y = Cy
2
Tính toán tơng tự đối với mặt cắt x + dx ta có:
q
x + dx
= C(y dy)
2
Sự biến thiên lu lợng từ mặt cắt x đến mặt cắt x + dx là:
q
x + dx
q
x
= Cy
2
2Cydy + C(dy)
2
Cy
2
Do dy nhỏ nên (dy)
2
0.
Vậy: q
x + dx
q
x
= -2Cydy
Lợng nớc thay đổi giữa mặt cắt x và x + dx chính bằng lợng nớc ngấm xuống đất
trên đoạn dx:
-2Cydy = W
ngấm

Chơng 6 - Phơng pháp tới và công nghệ tới
163
Hai vế của phơng trình có dấu ngợc nhau là vì x và y thay đổi ngợc chiều nhau, khi
x tăng thì y giảm.
Mặt khác, lợng W
ngấm
này có thể xác định đợc theo công thức:

=
0
ngấm
nK
Wd
t
x
trong đó:
K
0
- tốc độ ngấm hút bình quân của đất trong đơn vị thời gian thứ nhất;
t - thời gian, tính từ khi bắt đầu lấy nớc vào dải;
- số mũ, phụ thuộc vào tính chất của đất và độ ẩm trong đất;
n - hệ số hiệu chỉnh ảnh hởng của nớc ngập trên mặt đất đối với tốc độ ngấm hút của
đất, do nớc ngập, một phần cấu tợng của đất bị phá vỡ nên tốc độ ngấm hút có
lớn lên một ít n > 1.
Do vậy:

=
0
nK
2C

y
d
y
dx
t

Tích phân hai vế của phơng trình trên ta có:

= +
2
0
nK
C
y
xC'
t

Khi x = 0 thì y = h C = Ch
2
.
Do đó lu lợng tại đầu dải:
q
0
= Ch
2
Thay C vào ta đợc:

= +
22
0

nK
C
y
xCh
t





===
2
2
00
2
t Ch nK x nK nK

0
y
hxh1
tC tC Cht
x
Mà Ch
2
= q
0
nên ta có phơng trình đờng mặt nớc trên dải:

=
0

0
nK
y
h1 x
q
t

Chiều dài lấy nớc trên dải
Để tiết kiệm nớc ngời ta thờng đóng cống ngừng lấy nớc trớc khi nớc chảy tới
cuối dải, tại mặt cắt cách đầu dải một đoạn X, lớp nớc y = 0. Do đó:
Quy hoạch và thiết kế hệ thống thủy lợi
164

= =
0
0
nK
y
h1 X 0
qt



=
0
0
nK
1X
0
qt

=
0
0
q
nK

Xt

Từ đây cũng có thể suy ra lu lợng lấy vào đầu dải và thời gian lấy nớc vào dải (thời
gian mở cống lấy nớc vào dải):
()

==

01
0
nK nK
q
XX
tt1

và:
()

==

01
00
nK nK
tX

qq1
X
Xác định chiều dài dải l
Sau thời điểm t, trên dải còn một lớp nớc, lớp nớc này sẽ chảy tiếp xuống cuối dải
để tới thêm cho một đoạn dải nào đó. Bây giờ chúng ta phải xác định chiều dài của dải
thích hợp để triệt để lợi dụng vừa hết lợng nớc đó.
Gọi lợng nớc còn lại trên dải là
hX;
- hệ số hình dạng đờng mặt nớc, thờng

=ữ
24
35
;
h - chiều sâu lớp nớc đầu dải;
X - chiều dài lấy nớc.
Một phần lợng nớc đó sẽ ngấm xuống đoạn X và có thể tính bằng:
1
x
nK
X
Wt
2
t


= (*)
x
t

- thời gian để nớc tiếp tục chảy hết đoạn X sau khi ngừng lấy nớc vào dải

=
1
t
K
K
t
- hệ số ngấm hút tại thời điểm t, ở đây coi tốc độ ngấm hút bình quân trong
thời gian bằng tốc độ ngấm hút ở thời điểm t nhng trong thực tế sẽ nhỏ hơn
một chút.
x
t

x
X2X
t
Ch
Ch
2

==
với
Ch
2
- tốc độ dòng chảy bình quân.
Thay vào công thức (*) ta có:
Chơng 6 - Phơng pháp tới và công nghệ tới
165
2

2
11 10
x
1
0
nK nK nK X
q
(1 )X
XX
Wt
nK X
2Ch Ch
tt
Ch
q(1 )




=== =



==
2
Ch (1 )X
Wh
Ch
(1)X
Lợng nớc còn lại tiếp tục chảy về cuối để ngấm trên đoạn (l - X) sẽ là:

hX (1 )hX = hX( 1 + )
Lợng nớc này phải đảm bảo đủ lợng nớc tới cho đoạn (l - X) theo quy định:
(l X)m = hX(( 1 + ) với m là mức tới
Nếu
=
2
3
thì:

= +=


21
(l X)m hX 1 hX
33




Chia cả hai vế cho X ta đợc:

=


l1
1m h
X3

=+


lh 1
1
Xm 3

Chiều dài dải:
1
X1 mh
3



=+






l
Xác định thời gian lấy nớc vào dải t
Thời gian lấy nớc t theo nguyên lý cân bằng nớc bảo đảm lợng nớc tới cho dải
có chiều dài
l
m

l = q
0
t
0
m
t
q
=
l

Mặt khác thời gian lấy nớc t cũng phải bảo đảm sao cho lợng nớc ngấm ở 1 đơn vị
diện tích ở đầu dải không vợt quá mức tới m:

=

1
1
K
mt
1
1.1





=

1
1
1
m(1 )
t
K

Xác định lu lợng lấy vào đầu dải q
0
- Theo yêu cầu bảo đảm không xói lở ở đầu dải:
Quy hoạch và thiết kế hệ thống thủy lợi
166
[]
=
0
kx
q
VV
h
q
0
= [V]
kx
h
[V]
kx
- tốc độ cho phép không xói trên dải, [V]
kx
= 0,1ữ 0,2 m/s.

- Theo yêu cầu bảo đảm năng suất tới cao, lợng nớc công nhân tới mỗi ca:
W = m

==
Wm
q
3600t 3600t
, m
3
/s
m - mức tới;
- diện tích tới;
t - số giờ làm việc.
Trên đây là cách xác định các yếu tố của kỹ thuật tới dải (
l, X, t, q
0
và V). Dựa theo
lý thuyết của kỹ thuật tới dải, vận dụng các công thức:

=
0
0
nK
y
h1 x
q
t


=

0
0
q
Xt
nK




=+






1
lX1mh
3

=
0
ml
t
q
và

=




1
1
1
m(1 )
t
K

q
0
= [V]
kx
h và

=
m
q
3600t

Kết hợp với các tài liệu thiết kế về mức tới, các hệ số tính toán đã đợc xác định bằng
thí nghiệm (, X, n, K
0
) đặc trng C và trạng thái mặt đất của dải, ta có thể xác định đợc
các yếu tố cơ bản của kỹ thuật tới dải.
4. Phơng pháp tính toán tới dải theo dòng không ổn định [35]

Ngợc lại, với phơng pháp tính toán tới dải theo dòng không ổn định thì các yếu tố
dòng chảy trên dải đều thay đổi theo thời gian nh lu tốc, lu lợng, mực nớc, có nghĩa
là q, v, h = f(t). Vì vậy việc diễn toán phức tạp hơn. Phơng pháp này do Giáo s ngời
ấn Độ đề xuất.
a) Giả thiết tính toán
- Quy luật thấm trên dải tuân theo Định luật Horton.
- Dòng chảy trên dải không bị ảnh hởng của nớc ngoại lai.
Chơng 6 - Phơng pháp tới và công nghệ tới
167
b) Cơ sở tính toán

d - chiều cao trung bình đờng mặt nớc t
s
- giá trị của t tại x(t) = s
s - giá trị của x tại t = t
s
x'(t
s
) =
dx
dt
tại t = t
s

Hình 6.5:
Sơ đồ tính toán
Dựa trên cơ sở cân bằng dòng chảy trên đơn vị chiều dài dải tới để thiết lập phơng
trình cơ bản.
c) Phơng pháp tính toán
Phơng trình cân bằng dòng chảy cho 1 đơn vị chiều rộng của dải nh sau:

x
0
q
tdx
y
ds=+

(6.3)
dx - lợng nớc trên mặt;

x
0
y
ds - lợng nớc thấm xuống đất.
mà:
xt
ss
00
s
y
ds
y
(t t )x'(t )dt=

(6.4)
Do đó phơng trình (6.3) viết thành:
t
ss
0
s

q
tdx
y
(t t )x'(t )dt=+

(6.5)
Theo định nghĩa về biến đổi Laplace thì:
{}
st
0
L
y
(t) e
y
(t)dt f(s)


==


vì:
{
}

=
1
Lf(s)
y
(t)
Theo lý thuyết Faltung ta có:

{
}
{}
nếu L F(t) f(s)
và L G(t)
g
(s)

=


=


thì
{}
L
1
0
Lf(s)
g
(s) F( )G(t )d

=


(6.6)
)t(G và tơng ứng với y(t - tF( )
s
) và x'(t

s
) của phơng trình (6.5).
Quy hoạch và thiết kế hệ thống thủy lợi
168
Thực hiện phép biến đổi Laplace của phơng trình (6.5) và sử dụng hệ thức (6.6) ta có:
{} { } {}
=+
2
q
d.Lx Lx'.L
y
s

Với điều kiện ban đầu x(0) = 0 phơng trình trên trở thành:
{} {} {}
=+
2
q
d.L x sL x .L
y
s

hoặc:
=+
2
q
L{x}[d sL{
y
}]
s

Từ đó rút ra:
{}
{}
=


+


2
q
Lx
sdsL
y

=
{}


+


23
q
ds s L
y


hoặc:

{}



=


+




1
33
x1
L
q
ds s L
y
(6.7)
Mặt khác phơng trình dòng thấm đợc xác định theo hàm số Horton:
y = at

+ b với 0 < 1; t 0 (6.8)
Thực hiện sự biến đổi Laplace đối với phơng trình (6.8) ta có:
{}
+

+
=

+
1
a. ( 1) b
Ly
s
s
(6.9)
Ta biết hàm


==

tx1
0
(x) (x 1) e t dt
Thay vào (6.7) ta có:

+






=


+

++





1
32
1
x1
L
a. ( 1) b
q
sd
s
s
s

Nếu đặt K = a( + 1) thì hệ thức trên sẽ có:




=


++

1

2
x1
L
q
Ks (b d)s
2
(6.10)
Để có thể đơn giản cho việc áp dụng tính toán ta phân tích một số trờng hợp sau:
Trờng hợp 1: Khi giá trị t bé
Đặt
=
+
K
bd
. Khi đó:

++
22
1
Ks (b d)s
=




=+

++

+

+
1
22
111
(1 s )
K
(b d)s (b d)s
1s
bd

=


=


+
n
2
no
1
(s)
(b d)s

Chơng 6 - Phơng pháp tới và công nghệ tới
169
Đối với


>

1/
s:

++
22
1
Ks (b d)s


+
=
=

+
n(n2)
no
1
()s
(b d)

Thay vào (6.10) ta có:


+
==

==

++
n

1n(n2)
no n0
x1 1 (t)
L()s
+
q
(b d) (b d) (n 2)
(6.11)
Ta sẽ tính hệ thức (6.11) trên máy vi tính, tính giá trị n đến một giá trị nào đó khi
x
q

ổn định thì dừng. Có
x
q
ta sẽ xác định đợc x.
Trờng hợp 2: Khi giá trị t lớn, khi đó sẽ biến đổi:
() ()







==+=

+

++

+




1n
11
222 2 2
1111 1
1s s
bd
Ks (b d)s Ks Ks Ks
1s
K


Đối với

<
1/
s:

++
22
1
Ks (b d)s
[]

+
=
=

1n
2(n1)
no
11
()
K
s

thay vào (6.10) ta sẽ có:
[]
[
]
[]
+



+
==

= =


+
1(n1)

1n
11n
2(n1)
no no
x1 1 1 t ( )
L()
q
KK2
s
(n1)

[
]
[] []
+



==

==

+ + +
1(n1)
1n n
no no
x1 t () t(t)

q
(b d) 2 (n 1) b d 2 n

(6.12)
Hệ thức này cũng tính trên máy vi tính nh hệ thức (6.11).
áp dụng số: Xác định x cho 2 trờng hợp
- Trờng hợp 1:
q = 2880 cm
3
/phút-cm; a = 2,7;
d = 2,345 cm; b = 0,142;
t = 26 phút; = 0,49.
Kết quả tính đợc x = 66,17m.
- Trờng hợp 2:
q = 1600 cm
3
/phút-cm; a = 0,84;
d = 8 cm; b = 0,63;
t = 54 phút; = 0,55.
Kết quả tính đợc x = 65,34m.
Quy hoạch và thiết kế hệ thống thủy lợi
170

s(i) = s(i) +
P
n = n + 1
P theo n,


n < 20
Tính x(i)
i = i + 1
i < 90
STOP
In T(i), x(i)
START
Nhập số liệu: a, b,

, d, T(i) (i = 1, 2, 3, , L)
i = 1
n = 0, s(i) = 0 Tính P
Đ


S
Hình 6.6:
Sơ đồ khối tính chiều dài dải tới (hệ thức 6.11)
Chơng 6 - Phơng pháp tới và công nghệ tới
171
Bảng 6.1 - Kết quả thí nghiệm về quan hệ các yếu tố tới dải
Độ dốc của dải
< 0,002 0,002 ữ 0,005 0,005 ữ 0,010 0,010 ữ 0,020
Loại đất
K
1
(cm/h)
l (m) Q (l/s) l (m) Q (l/s) l (m) Q (l/s) l (m) Q (l/s)
Đất cát hoặc
thịt pha sét nhẹ

> 15 40 ữ 60 7 ữ 6 60 ữ 70 6 ữ 5 60 ữ 90 5 ữ 4 70 ữ 60 4 ữ 3
Thịt pha cát
hoặc thịt pha
sét nhẹ
10 ữ 15
50 ữ 70 7 ữ 6 60 ữ 80 6 ữ 5 80 ữ 100 5 ữ 4 80 ữ 70 4 ữ 3
Thịt pha sét 5 ữ 10 60 ữ 80 6 ữ 5 70 ữ 90 5 ữ 4 90 ữ 130 4 ữ 3 110 ữ 90 3

Đất sét < 5 70 ữ 90 5 ữ 4 80 ữ 100 4 ữ 3 100 ữ 150 3 120 ữ 100 3
6.2.3. Tới rãnh [1]
1. Đặc điểm và điều kiện áp dụng
Tới rãnh là kỹ thuật tới ẩm cho các loại cây trồng cạn, trồng rộng hàng và theo
luống nh ngô, khoai, mía, bông, rau đậu

Nớc cung cấp cho cây trồng bằng thấm từ trong lòng rãnh, do đó khắc phục đợc
nhợc điểm của tới dải.
Ưu điểm
- Kinh phí xây dựng ít vì không yêu cầu thiết bị nhiều.
- Đất canh tác thích hợp hoạt động cho mọi thời gian.
- Đất không bị nén, không bị kết váng, không bị xói mòn.
- Lá cây không bị ẩm ớt khi tới, do vậy không gây bệnh đối với cây.
- áp dụng thích hợp cho cây trồng thành luống.
- Thích hợp với địa hình có độ dốc tối u: 0,002 i 0,007.
Độ dốc thích hợp: 0,02 ữ 0,05
2. Hình thức tới
- Dựa vào độ dốc và đặc tính thấm của đất, ngời ta thờng dùng hai hình thức tới:
a) Tới rãnh hở: Rãnh hở là rãnh không bị đắp kín ở cuối rãnh, thờng dùng khi độ
dốc lớn, và tính thấm của đất lớn. Khi dòng chảy gần đến cuối rãnh là vừa ngấm hết.
b) Tới rãnh kín: Cuối rãnh thờng bịt kín để dòng nớc cần lu lại trong rãnh một
thời gian sau đó mới ngấm hết. Thờng đợc sử dụng khi độ dốc bé và tính ngấm nớc của
đất bé. Có nh vậy mới bảo đảm đợc tính ngấm đồng đều dọc theo chiều dài của rãnh.
Quy hoạch và thiết kế hệ thống thủy lợi
172
3. Sơ đồ cấu tạo

Hình 6.7 - Thấm nớc từ rãnh theo hớng đứng và bên

Hình 6.8 - Sơ đồ tới
4. Phơng pháp tính toán các yếu tố kỹ thuật tới rnh theo dòng ổn định
a) Trờng hợp rãnh hở
Cũng nh trong tới dải, xác định yếu tố kỹ thuật tới rãnh bao gồm:
1. Chiều dài lấy nớc X;
2. Chiều dài rãnh
l;
3. Lu lợng lấy vào rãnh q
0
;
4. Thời gian lấy nớc t.
Chơng 6 - Phơng pháp tới và công nghệ tới
173
Cũng với giả thiết dòng chảy trong rãnh là ổn định, chúng ta có sơ đồ tính và phơng
pháp lập luận sau:
Phơng trình đờng mặt nớc trong rãnh
Mặt cắt ngang của rãnh có thể là mặt hình thang hoặc tam giác.
Xét trờng hợp mặt cắt hình thang, lu tốc dòng chảy đợc xác định theo hệ thức của
dòng chảy đều:

y
y - dy
x x + dx

Tốc độ dòng chảy trong rãnh tại mặt cắt x nào đó:
=
x1
VCRJ
C
1
- hệ số tốc độ;
R - bán kính thủy lực;
J - độ dốc thủy lực (độ dốc của rãnh).
Theo Bazanh thì:
=
+
1
87 R
C
R

Vì rãnh nhỏ: R<< nên
+ R
Do đó:
=

1
87 R

C
Với là hệ số gồ ghề lòng rãnh, thờng = 1,75 ữ 4,50
Do vậy:
(
)
=ữ=ữV 50R J 20R J 50 20 R J
Nếu đặt:
()
=ữC 50 20 J thì V
x
= CR (6.13)
Lu lợng qua mặt cắt x là q
x
:
q
x
= V
x
F
x
= CRF
F - diện tích mặt cắt ớt trong rãnh;
R - bán kính thủy lực,
=
F
R
P
;
P - chu vi ớt của rãnh.
Quy hoạch và thiết kế hệ thống thủy lợi

174
Nh vậy:
==
2
x
FCF
qCF
PP

Tại một mặt cắt bất kỳ nào đó trên rãnh, chu vi ớt và diện tích mặt cắt ớt có thể tính
theo các công thức sau:
y
b
=Fby

=Pb
b
- bề rộng bình quân của mặt cắt rãnh;
y - độ sâu lớp nớc trong rãnh tại mặt
cắt đó.
(
)
= + +
2
y
121mm
b

m - hệ số mái của rãnh
Vậy:

==


2
2
2
x
Cb
y
Cb
qy
b

=

x
C
Vb
y

Tơng tự, lu lợng qua mặt cắt x + dx là q
x + dx
:
()
+
=

2
xdx
Cb

qy
d
y

Sự biến thiên lu lợng giữa mặt cắt x và x + dx chính bằng lu lợng ngấm vào thân
luống và đáy rãnh trên đoạn dx:
()
+


= =



2
2
xdx x
Cb
qq q y
d
yy


= =

0
0
nK
Cb
q

2
y
d
y
bdx
t
(*)
Với:
(
)
=+ +
2
o
y
121mm
b

- hệ số hiệu chỉnh có kể đến ảnh hởng ngấm mao quản ở bờ kênh, tính chất mao
quản tốt thì lớn và ngợc lại, thờng = 1,5 ữ 2,5.
Nh vậy phơng trình cân bằng nớc (*) có thể viết thành:

=

0
0
nK
C
b2
y
d

y
bdx
t
(**)
Tích phân hai vế phơng trình (*) ta đợc:
Chơng 6 - Phơng pháp tới và công nghệ tới
175
0
0
nK
Cb
2
y
d
y
bd
t

=


x



=
+

2
0

0
nK
Cb
y
bxC'
t

Khi x = 0 thì y = h (chiều sâu mực nớc ở đầu rãnh). Do đó:

=

2
Cb
hC
'
Vậy phơng trình đờng mặt nớc trên rãnh:


=

22
0
0
nK
Cb
(
y
h) b x
t

=

22
0
0
nK
C
(
y
h) x
t

Chiều dài lấy nớc
Khi ngừng lấy nớc vào rãnh (đóng cống) thì tại mặt cắt x có x = X và y = 0:

=


2
0
0
nK
C
hX
t

=

2
00
Ch t
X
nK

Chiều dài rãnh
Khi ngừng lấy nớc vào rãnh thì trên đoạn X còn một lợng nớc là
bhX ( là hệ số
hình dạng đờng mặt nớc trên rãnh). Một phần lợng nớc này sẽ ngấm trên đoạn X, phần
còn lại chảy xuống phía dới đoạn X. Để triệt để lợi dụng lợng nớc này, chiều dài của
rãnh
l cần phải dài hơn chiều dài lấy nớc X một đoạn (l - X) nhất định sao cho lợng nớc
chảy xuống ngấm hết vào đoạn (
l - X) và đủ cung cấp nớc cho đoạn đó theo mức tới đã
quy định.
Nếu gọi khoảng cách giữa hai rãnh là a thì lợng nớc cần cung cấp cho rãnh sẽ là alm
và lợng nớc cần cung cấp cho đoạn cuối (
l - X) là (l - X)am.
Lợng nớc cần cho đoạn (
l - X) này sẽ phải bằng lợng nớc còn lại trong rãnh khi
đóng cống sau khi đã ngấm xuống đoạn X.
Tơng tự nh tới dải ta có:
(
l - X) am = ( 1 + ) bhX
()
hb
11

Xma
=+ +
l

Quy hoạch và thiết kế hệ thống thủy lợi
176
Thời gian lấy nớc vào rãnh
Thời gian lấy nớc vào rãnh t đợc xác định sao cho trong thời gian t đó với lu lợng
q đã định, có thể lấy đủ lợng nớc cần thiết vào rãnh để tới đủ cho diện tích luống giữa
hai rãnh nhằm đảm bảo mức tới m đã quy định:
ma
q
t=l
ma
t
q
=
l

Mặt khác thời gian lấy nớc t cũng cần đợc khống chế để đảm bảo không vợt quá
mức tới ở đầu rãnh:



=



1
1

00
ma
t
K

a) Trờng hợp tới rãnh kín
Trong kỹ thuật tới rãnh chủ yếu nắm chắc: Chiều dài rãnh và lu lợng tháo vào rãnh.
Chiều dài và lu lợng lấy vào rãnh có quan hệ với địa hình, độ dốc và tính thấm của đất.
Đối với rãnh kín, sau khi cho nớc vào rãnh, trong quá trình ngấm xuống đất, sau khi
ngừng lấy nớc, một bộ phận nớc sẽ trữ lại và dần dần ngấm hết.
Quan hệ giữa các yếu tố cần phải thoả mãn điều kiện sau:
- Cân bằng giữa lợng nớc tới và lợng nớc ngấm:
(
)
t
0
ma bh K t=+ll (6.14)
trong đó:


=
t
0
KKt và =


1
0
K
K

1

h - độ sâu lớp nớc trung bình trong rãnh.

=+

+

2
0
b2h1
với = 1,5 ữ 2,5
hoặc:
(
)
=+
t
0
ma bh K t (6.15)
và thời gian tới t:

=

t
0
ma bh
t
K
(6.16)
- Quan hệ giữa chiều dài với độ dốc và mực nớc trong rãnh:

21
hh
i

=l (6.17)
h
1
, h
2
- độ sâu đầu và cuối rãnh khi ngừng lấy nớc.
Chơng 6 - Phơng pháp tới và công nghệ tới
177
Để đất ngấm đồng đều thì h
2
h
1
không nên vợt quá 0,06 ữ 0,07m, độ dốc bé nhất
nên lấy i = 0,002 và chiều dài rãnh nên là 30 ữ 35m.
- Nếu nh biết lu lợng và chiều dài rãnh tới thì thời gian tới t là:
m.a.
t
3, 6Q
=
l
(6.18)
trong đó: Q (
l/s) và t (h).
Khi độ dốc mặt đất tơng đối lớn, tính thấm nớc bé, thực tế ngời ta sẽ dùng hình
thức rãnh dòng chảy kiểu dải tức sử dụng kiểu rãnh nông và thông số tới nh sau:
- Thờng lu lợng Q = 0,1 ữ 0,3

l/s;
- Một kênh dẫn thờng đảm bảo từ 20 ữ 40 rãnh, rãnh tới mặt cắt tam giác. Rãnh
nông thờng sâu từ 8 ữ 15 cm, chiều rộng thờng từ 25 ữ 40 cm, tỷ số chiều sâu nớc trong
so với chiều sâu rãnh tới là
ữ
12
33
.
5. Phơng pháp tính toán tới rnh theo dòng không ổn định
Chế độ chảy trong rãnh thờng là chế độ không ổn định. Việc tính toán theo chế độ ổn
định chỉ là đơn giản hoá vấn đề để dễ tính toán.
Để nâng cao việc nghiên cứu vấn
đề này ta sẽ nghiên cứu chế độ chảy
trong rãnh theo dòng không ổn định
có nghĩa là các yếu tố thuỷ lực của
dòng chảy phụ thuộc vào thời gian.
a) Thiết lập phơng trình cơ bản
Phơng trình cơ bản đợc thiết
lập trên cơ sở phơng trình cân bằng
dòng chảy trên chiều dài đoạn phân tử
dx trong thời đoạn dt.
Hình 6.11: Sơ đồ tính
Phơng trình có dạng:
=
+
0t
0, 06Q dt
q
dt dx (6.19)
Q

0
- lu lợng tháo vào đầu rãnh (l/s);
q
t
- lu lợng thấm trong rãnh (m
3
/phút);
0,06 - hệ số đổi đơn vị từ
l/s ra m
3
/phút;
Quy hoạch và thiết kế hệ thống thủy lợi
178

- diện tích mặt cắt ớt bình quân theo chiều dài dòng chảy trong rãnh (m
2
);
q
t
đợc tính theo:

1
t
K
q
dx
t

=
(6.20)

- chu vi ớt bình quân dọc theo chiều dài dòng chảy (m).
Thay hệ thức (6.20) vào (6.19) và đặt
=

0
0, 06Q
a
,
=
1
K
b
R
, với

=

R thì phơng
trình (6.10) sẽ thành:

+=
dx b
xa
dt
t
(6.21)
Phơng trình (6.21) đó là phơng trình vi phân dạng có thể giải bằng giải tích.
Phơng trình này đợc tác giả ngời Nga (Đại học Thuỷ lợi Moskva) giải tìm ra chiều
dài rãnh tới nhng với chỉ số ngấm
= 0,5. Hệ thức có dạng:

(
)
2b t
2
a
2b t 1 e
2b



=+


l (6.22)
l - chiều dài rãnh tới (m).
Đây chỉ là trờng hợp đặc biệt. GS. Tống Đức Khang đã nghiên cứu giải quyết trờng
hợp tổng quát với giá trị
bất kỳ để tiện sử dụng trong thực tế. Công trình này đã đợc báo
cáo tại Hội nghị Khoa học và đăng trong tuyển tập Công trình khoa học 1995 của Đại học
Thủy lợi.
Phơng trình (6.21) là phơng trình vi phân dạng:
x' + p(t)x = Q(t) (6.23)
trong đó:
=
dx
x'
dt
,

=

b
p(t)
t
và Q(t) = a
Nghiệm của phơng trình (6.23) có dạng:
tt t
00 0
xex
pp
(t)dt Q(t)ex
pp
(t)dt dt



=










(6.24)
Bây giờ ta thực hiện các tích phân của (6.24):
tt
1

00
bb
p
(t)dt dt t
1
t



==


(6.25)
Chơng 6 - Phơng pháp tới và công nghệ tới
179
và thành phần:
1
b
tt t
t
1
00 0
Q(t)ex
pp
(t)dt dt a e dt



=

(6.26)
Đặt:
1
bd
X t dX bt dt dt
1
bt

X


===


Mặt khác
1
1
1
b1
Xtt X
1b

==





thay vào hệ thức dt ta có:






=
1
1
X
b
dt dX
b
(6.27)
Thay (6.25) và (6.27) vào (6.26) thì ta có:
1
b
tt t t
t
1
X
1
00 0 0

11
Q(t)ex
pp
(t)dt dt a e dt a e X dX
bb







==







t
1
X
1
0
a1
eX dX
bb

=



(6.28)
Đặt

=

m
1
thì có: (6.29)
t
Xm
0
IeXdX=

Theo tích phân thì:
tt
Xm mX m1X
00
IeXdXXemXedX

==

(6.30)

Đặt: (6.31)
t
m1 X
1
0
IXed

=

X
Để thực hiện đợc tích phân (6.31) ta sẽ khai triển hàm e
X
:
=+ + + + < <+
23
X
XX
e 1 X X
2! 3!

Và nh vậy:
ttt t
m1 m2
m1 m
1
000 0
XX
I X dX X dX dX dX
2! 3!
++

=++ +

+
++ +
=+ + + +
++ +
tt t t
mm1 m2 m3
00 0 0
XX X X

mm1(m2)2!(m3)3!

Quy hoạch và thiết kế hệ thống thủy lợi
180
Thay giá trị ban đầu của X và thực hiện lấy cận thì:
mm1
11 1
1
m3
1
1b 1 b 1 b
It t t
m1 m 11 (m 2)2!1
1b
t
(m 3)3! 1
++

+


=+ +

+ +


++

+

m2
+

mm
1
1
1
1b 1 b
It t
m1 (m n)n!1
+


=+

+

n
1
(6.32)
Thay (6.32) vào (6.28) ta có
Hệ thức:
mm
n
1
mX 1 1
1
a1 b m b
(6.28) e e t t
bb 1 (mn)n!1

+


n






=




+

Thay giá trị X ban đầu thì:
Hệ thức
mm
11
a1 b b
(6.28) t exp t
bb 1 1



=




mm
n
11
1
a1 b a1 m b
tt
bb 1 bb (mn)n!1
+

mn


+


(6.33)
Thay (6.33) vào (6.24) ta có:





=






mm
11
ba1 b b
xexp t t exp t
1bb1 1

1

mmm
n
11
1
a1 b a1 m b
tt
bb 1 bb (mn)n!1
+









+




mn
(6.34)
rút gọn lại ta có:
n
n
(1 )m 1 1

1
ab1b
xt 1exp t 1m t
b1(mn)n!1






= +





+










(6.35)
Hệ thức này sẽ lập chơng trình tính trên máy vi tính vì tính tay mất nhiều thời gian.
Tác giả đã lập chơng trình tính áp dụng bằng số (thí dụ áp dụng có thể xem trang 50 cuốn

Bài tập Thuỷ nông NXBNN-1995).
Chơng 6 - Phơng pháp tới và công nghệ tới
181

START
Nhập số liệu: Q
0
, b, h, , , , K
1
, , t
k = 1
n = 0, s(k) = 0 Tính P
s(k) = s(k) +
P
n = n + 1
P theo n
n < 20
k < 50
STOP
In k, x(k)
Tính x(k)
k = k + 1
Đ
S
Đ
S
Hình 6.12: Sơ đồ khối tính chiều dài rãnh tới (hệ thức 6.35)