Chương 4 đánh giá và định hường sử dụng nguồn nước mặt (bộ môn quản lý nguồn nước)

Chơng IV
Đánh giá và định hớng sử dụng nguồn nớc mặt
4.1. Khái quát về nguồn nớc mặt
Nớc mặt là nớc đợc tích trữ lại dới dạng lỏng hoặc dạng rắn trên mặt đất. Dới
dạng lỏng ta có thể quy hoạch đợc nhng dới dạng rắn (tuyết hoặc băng giá) nó phải
đợc biến đổi trạng thái trong các trờng hợp sử dụng. Có thể nói rằng tuyết và băng tạo
ra việc dự trữ nớc rất có ích nhng trong thực tế không thể quản lý đợc.
Nguồn nớc mặt sử dụng là từ sông, suối, ao, hồ, đầm lầy và trờng hợp đặc biệt
mới sử dụng đến nớc biển. Ngời ta tính rằng nếu dồn hết nớc của sông ngòi trên
hành tinh vào một hồ chứa cỡ nh Ontario (Canada) thì cũng không đầy và tổng khối
lợng nớc sông ngòi chỉ thoả mãn đợc hơn một nửa các nhu cầu hiện tại của con
ngời trong một năm.
Nguồn nớc mặt trong sông suối không nhiều, nhng trung bình hàng năm đổ ra
biển trên 15.500km
3
nớc, một lợng nớc lớn gấp 13 lần tổng lợng nớc trong sông
suối vào một thời điểm nào đó. Nhân tố quan trọng để coi nớc là một tài nguyên trong
quy hoạch nớc mặt không phải là dung tích nớc ở một thời điểm nhất định mà là lu
lợng nớc ổn định ở một số điểm của mạng lới thủy văn.
ở nớc ta lợng ma trung bình hàng năm khoảng 1600 - 2000mm, nhng phân bố
không đều. Về mùa ma nớc thừa gây ra úng, ngập lụt, về mùa khô nớc không đủ
cung cấp cho nông nghiệp, công nghiệp, đô thị và ngay cả phát điện. Trên thế giới,
lợng ma trung bình năm trên đại dơng chừng 900mm, ở lục địa thì khoảng 650 -
670mm. Theo Borgtrom (1969), cân bằng ma và bốc hơi trên hành tinh diễn ra nh sau:
- Đại dơng bốc hơi trung bình 875km
3
/ngày, chiếm 84,5% lợng nớc bốc hơi.
Lục địa bốc hơi trung bình 160km
3
/ngày chiếm 15,5%; ma bốc hơi trung bình ở đại
dơng 775km

3
/ngày chiếm 74,9% lợng ma, còn lục địa 160km
3
/ngày chiếm 25,1%.
Nh vậy trên đại dơng lợng bốc hơi vợt lợng ma rơi xuống, phần lớn thiếu hụt
đợc bù đắp do phần nớc dồn ra đại dơng từ lục địa.
- Khi ma rơi xuống mặt đất, một phần chảy trên mặt đất đợc gọi là dòng chảy
mặt (surface runoff), một phần ngấm xuống đất tập trung thành mạch nớc ngầm gọi là
dòng nớc ngầm (underground water runoff). Dòng nớc mặt và dòng nớc ngầm đều
đổ ra sông. Tại các vị trí đặc trng trên sông ta có dòng chảy của sông và độ lớn của
dòng chảy thì quyết định trữ lợng của nguồn nớc.
4.2. Các nhân tố ảnh hởng đến dòng chảy bề mặt
Nớc là động lực của mọi công trình thuỷ lợi để sử dụng nguồn nớc, vì thế tất cả
những đặc trng về sông chảy của nguồn nớc theo thời gian và không gian đều đợc
ngành thuỷ văn công trình đề cập đến ba nội dung: dòng chảy năm, dòng chảy kiệt,
dòng chảy lũ. Trong phạm vi quản lý nguồn nớc phục vụ quản lý Nhà nớc về đất đai
75
chỉ cung cấp khái quát các nhân tố ảnh hởng đến dòng chảy bề mặt thờng xảy ra hàng
năm, không mang tính chất chuyên ngành nh ngành thuỷ văn công trình.
Lợng nớc chảy qua cửa ra của một lu vực (khu vực đất mà nớc chảy vào sông)
luôn luôn thay đổi theo thời gian. Sự thay đổi đó mang hai tính chất: một mặt là tính chu
kỳ rõ ràng, thể hiện theo từng năm một - mùa lũ, mùa kiệt tạo nên do sự chuyển động
quay của quả đất xung quanh mặt trời. Ta gọi đó là sự thay đổi dòng chảy trong năm hay
phân phối dòng chảy trong năm và chính sự thay đổi đó đã làm cho công việc sử dụng
đất, bảo vệ đất phải theo mùa vụ khác nhau trong năm. Mặt khác trong thời gian nhiều
năm dòng chảy trong sông cũng thay đổi.
Sau đây là những nhân tố có ảnh hởng quyết định đến lợng dòng chảy hàng năm.
Phơng trình cân bằng dòng chảy năm của một lu vực có dạng:
X = Y + Z u w (4.1)
Trong đó: X- lợng ma bình quân rơi trên lu vực trong một năm

Y- lợng dòng chảy năm tơng ứng
Z- lợng bốc hơi năm tơng ứng
u- lợng nớc mất đi hoặc thêm vào lợng nớc có sẵn trong lu vực
so với đầu năm
w- lợng nớc ngầm chảy vào lu vực hoặc từ lu vực chảy ra ngoài
trong năm ta xét.
Từ phơng trình (4.1) ta thấy lợng dòng chảy năm phụ thuộc vào các yếu tố khí
t
ợng (lợng ma, lợng bốc hơi trong năm), điều kiện thổ nhỡng và chiều sâu cắt
nớc ngầm ).
Các nhân tố có tác dụng làm tăng lợng ma, làm giảm lợng bốc hơi nh khoảng
cách từ lu vực đến biên cao trình lu vực sẽ làm tăng lợng dòng chảy năm. Các nhân
tố làm tăng lợng bốc hơi (ao, hồ, kênh mơng, kho chứa nớc) sẽ có tác dụng làm giảm
dòng chảy năm.
Trong các năm ma nhiều, tuỳ theo điều kiện thổ nhỡng của lu vực, một phần
nớc đợc trữ lại trong đất làm tăng thêm trữ lợng nớc sẵn có của lu vực (u dơng).
Ngợc lại trong năm ít ma trữ lợng nớc sẽ bị hao hụt (u âm). Còn lợng nớc ngầm
từ trong lu vực chảy ra ngoài hay từ ngoài chảy vào trong lu vực phụ thuộc vào đờng
phân chia nớc mặt. Trong thực tế hiện nay ngời ta xem đờng phân chia nớc mặt và
nớc ngầm trùng nhau, ở đây không đề cập đến thành phần w.
Đối với các lu vực lớn hoặc đối với vùng có độ dốc lớn, địa hình chia cắt mạnh
hoặc tầng chứa nớc ngầm sâu nhất nằm không sâu thì lợng nớc ngầm w có thể xem
bằng 0.
Kết quả phân tích thực tế cho thấy, đối với các lu vực nhỏ thì các nhân tố cục bộ
nh địa hình, địa lý và nhân tố mặt đệm có ảnh hởng lớn đến dòng chảy hàng năm và
trong một số trờng hợp nh vùng đá vôi, ảnh hởng của nhân tố này lớn hơn ảnh hởng
của nhân tố khí hậu.
76
Đối với lu vực khép kín trong thời gian nhiều năm thì u tính là:
n

uu
u
n 0

=

Trong đó: (u
0
) là lợng nớc trữ trong lu vực của đầu năm thứ nhất và (u
n
) là lợng
nớc trữ trong lu vực cuối năm thứ n.
Xét trong nhiều năm thì lợng trữ nớc bình quân trong lu vực thay đổi rất ít,
nghĩa là trị số rất nhỏ, không đáng kể. Khi n thì u 0, do đó phơng trình
cân bằng nớc đối với lu vực khép kín là:
n
uu
0n

X
0
= Y
0
+ Z
0
(4.2)
Phơng trình cân bằng nớc đối với lu vực hở (lu vực nhỏ, đờng phân nớc mặt
đất và đờng ngầm không trùng nhau):
X
0

= Y
0
+ Z
0
w
0
(4.3)
n
Xi
X
n
1i
0

=
=
Trong đó:
(X
0
: lợn
g
ma bình
q
uân nhiều năm)

n
Yi
Y
n
1i

0

=
=

(Y
0
: lợn
g
dòn
g
chả
y
bình
q
uân nhiều năm)

n
Zi
Z
n
1i
0

=
=

(Z
0
: lợn

g
bốc hơi bình
q
uân nhiều năm)

n
Wi
W
n
1i
0

=

=

(

W
0
: lợng nớc ngầm trao đổi với lu
vực khác bình quân nhiều năm)

Phơng trình (4.2), (4.3) trong lu vực khép kín hay lu vực hở thì dòng chảy bình
quân nhiều năm (Y
0
) phụ thuộc chủ yếu vào lợng ma (X
0
) và lợng bốc hơi bình quân
nhiều năm (Z

0
), riêng lu vực hở phụ thuộc một phần vào lợng nớc ngầm trao đổi với
lu vực khác bình quân nhiều năm (w
0
), nh vậy sự phụ thuộc dòng chảy bình quân
(Y
0
) chủ yếu là vào nhân tố khí hậu.
Nhân tố khí hậu bao gồm ma và sự bốc hơi, đó là hai yếu tố chính ảnh hởng trực
tiếp đến dòng chảy. Lợng ma lớn hay nhỏ chủ yếu là do yếu tố địa lý khí hậu quyết
định rồi đến địa hình và thực vật, trong đó yếu tố khí hậu thì vợt ra khỏi sự kiểm soát
của con ngời, mặc dù con ngời có thể cải tạo chút ít tiểu khí hậu ảnh hởng đến lợng
ma và bốc hơi, ngoài ra còn ảnh hởng trực tiếp đến sự tập trung dòng chảy mặt. Địa
hình cao dốc dòng chảy sẽ tập trung nhanh hơn.
Đặc tính thổ nhỡng của lu vực có ảnh hởng tới lợng ma ngấm xuống đất và
lợng ma trữ lại trong lu vực. Vùng đất sa thạch, đá vôi dễ bị phong hoá, lợng ma
ngấm xuống đất nhiều làm cho lợng dòng chảy mặt giảm. Đất cát dễ ngấm nớc hơn
đất sét, nếu lợng ma nh nhau sự hình thành dòng chảy trên đất sét sẽ lớn hơn.
77
Dòng chảy bình quân nhiều năm trên lu vực còn chịu ảnh hởng rất lớn của các
hoạt động của con ngời thông qua các biện pháp khác nhau nh:
- Biện pháp nông nghiệp: Làm ruộng bậc thang, bờ vùng bở thửa, thâm canh cây
trồng, các công trình thuỷ lợi loại nhỏ nh hồ chứa nớc nhỏ, ao núi tác dụng chủ yếu
là giữ nớc tới và làm giảm dòng chảy.
- Biện pháp lâm nghiệp: Trồng cây gây rừng kết hợp với các công trình thuỷ lợi
loại nhỏ nh hố vảy cá, hệ thống kênh mơng để giữ lại dòng chảy, chống lũ lụt ở vùng
hạ lu.
- Biện pháp thuỷ lợi: Dẫn nớc, trữ nớc trong các ao núi, các loại hồ chứa nhỏ,
trong các hệ thống kênh mơng, chủ yếu là điều tiết dòng chảy mặt đất. Sử dụng vào
mùa khô và phục vụ các nhu cầu khác nh nuôi cá, phát điện

4.3. Những đại lợng đặc trng đánh giá dòng chảy bề mặt
4.3.1. Lu lợng dòng chảy
Lu lợng dòng chảy (ký hiệu Q với đơn vị đo l/s hoặc m
3
/s) là lợng nớc chảy
qua một mặt cắt bất kỳ của sông hoặc suối trong thời gian một giây.
Để đánh giá đợc độ lớn của dòng chảy theo thời gian, ta xét đồ thị nh hình 2.1
(tiết 2.2.3) với trục tung là lu lợng (Q) và trục hoành là thời gian tơng ứng (t). Đồ thị
này gọi là đờng quá trình lu lợng.
Đờng quá trình lu lợng trong năm cho biết thời kỳ nớc lũ và thời kỳ nớc kiệt
trong năm. Đờng quá trình lu lợng của một trận lũ cho biết thời kỳ lũ lên, thời kỳ lũ
rút và lu lợng đỉnh lũ.
Lu lợng đợc đo ngay khi nguồn nớc xuất hiện gọi là lu lợng tức thời. Trong
thực tế thờng gặp các đờng quá trình lu lợng bình quân trong một thời gian nào đó.
- Lu lợng bình quân ngày (trị số bình quân lu lợng đo đợc trong một ngày).
- Lu lợng bình quân tháng (trị số bình quân của lu lợng các ngày trong tháng).
- Lu lợng bình quân năm (trị số bình quân của lu lợng các tháng trong năm).
- Lu lợng bình quân nhiều năm (trị số bình quân của lu lợng các năm trong
nhiều năm).
Ngoài ra có đờng quá trình lu lợng lũ, đờng quá trình lu lợng kiệt
4.3.2. Tổng lợng dòng chảy
Tổng lợng dòng chảy (w, đơn vị là m
3
, km
3
) là lợng nớc chảy qua mặt cắt sông
hay suối trong một khoảng thời gian nào đó.
Vì lu lợng là hàm số của thời gian Q = f(t) nên ta có thể xác định tổng lợng
dòng chảy là :
(4.4)

)12
tQQW ==

t
t
t(dt
2
1
78
Trong đó t
1
, t
2
lần lợt là thời điểm đầu và thời điểm cuối xác định tổng lợng dòng
chảy, còn Q là lu lợng bình quân trong thời điểm từ t
1
đến t
2
.
4.3.3. Độ sâu dòng chảy trên mặt
Giả sử đem tổng lợng dòng chảy chảy qua mặt cắt sông hay suối trong thời gian
nào đó trải đều trên toàn bộ diện tích lu vực, ta đợc một lớp nớc có chiều dày Y - gọi
là độ sâu dòng chảy. Độ sâu dòng chảy Y có đơn vị là m hoặc mm, đợc tính nh sau:
(mm) (4.5)
Y =
W.10
9
F.10
12
=

W
10
3
F
Trong đó: W- tổng lợng dòng chảy trong t giây, tính bằng m
3
F- diện tích lu vực, tính bằng km
2
t- thời gian, tính bằng giây
4.3.4. Môđun dòng chảy (M)
Môđun dòng chảy là giá trị lu lợng trên một đơn vị diện tích lu vực:

F
Q10
M
3
=
(l/s-km
2
) (4.6)
Trong đó:
Q - lu lợng bình quân tính theo m
3
/s
F - diện tích lu vực tính theo km
2
Từ công thức (4.5) và (4.6) ta tìm đợc quan hệ giữa Y và M nh sau:
Từ (4.5) có:
Y10
W

F
3
= (4.7)
Từ (4.6) có:
M
Q10
F
3
=
(4.8)
Cân bằng (4.7) và (4.8) ta có:
6
10Q
t.M
Y =
(mm) (4.9)
Trong đó:
M - môđun dòng chảy bình quân trong thời gian t giây
Nếu t = 1 năm = 31,536.10
6
giây thì Y = 31,536 M
Độ sâu dòng chảy và môđun dòng chảy thờng dùng để nghiên cứu sự phân bố
dòng chảy không gian.
4.3.5. Hệ số dòng chảy
Hệ số chảy () là tỷ số giữa độ sâu dòng chảy (Y) và lợng ma (X) tơng ứng
sinh ra độ sâu dòng chảy:

X
Y
=

(4.10)
79
Hệ số không có thứ nguyên, phản ánh tình hình sản sinh dòng chảy cũng nh
tình hình tổn thất do dòng chảy trên lu vực. Hệ số càng lớn chứng tỏ tổn thất ít, phần
lớn lợng ma đã sinh ra dòng chảy và ngợc lại bé thì tổn thất nhiều.
Vì 0 Y< X nên O < 1
4.4. Kho nớc và điều tiết dòng chảy trên bề mặt
ở nớc ta, lợng ma cả năm tập trung vào một số tháng mùa lũ. Khả năng tiêu
nớc của sông suối có hạn nên sinh ra ngập lụt. Ngợc lại, trong mùa cạn nớc sông
xuống thấp, lu lợng nhỏ, khiến cho việc lợi dụng nguồn nớc từ dòng chảy sông suối
bị hạn chế sự thay đổi dòng chảy nh thế không phù hợp với yêu cầu dùng nớc của các
ngành kinh tế quốc dân (nhất là ngành nông nghiệp). Vì thế muốn lợi dụng nguồn nớc
một cách triệt để cho các ngành cần phải có biện pháp điều tiết dòng chảy trên bề mặt.
4.4.1. Điều tiết dòng chảy trên bề mặt
Điều tiết dòng chảy là dùng các biện pháp công trình nh tạo ra một kho chứa nớc
khống chế sự thay đổi tự nhiên của dòng chảy, phân phối lại dòng chảy theo thời gian
cho phù hợp với yêu cầu dùng nớc của các ngành kinh tế quốc dân. Hai nhiệm vụ cơ
bản của công tác điều tiết dòng chảy là làm tăng lu lợng mùa kiệt và làm giảm nhỏ
lu lợng mùa lũ để phục vụ cho các ngành dùng nớc.
Tuỳ theo nhu cầu dùng nớc trong khoảng thời gian xác định mà phân loại điều tiết:
- Điều tiết ngày là điều hoà lợng nớc đến trong ngày phù hợp với yêu cầu dùng
n
ớc trong ngày. Trong những giờ nớc đến lớn hơn nớc dùng, lợng nớc thừa đợc
tích lại trong kho nớc để dùng cho những giờ cao điểm của các ngành dùng nớc. Điều
tiết ngày cho phép tăng số lợng các hộ dùng nớc, tăng các ngành dùng nớc để giảm
vốn đầu t vào các công trình bơm nớc và hệ thống đờng ống dẫn nớc.
- Điều tiết mùa, năm là trữ lại lợng nớc thừa trong mùa lũ để sử dụng cho thời
gian ít nớc trong mùa kiệt.
- Điều tiết nhiều năm, là phân phối lại lợng nớc đến trong nhiều năm. Việc tích
nớc và cung cấp nớc đợc tiến hành trong nhiều năm.

Điều tiết dòng chảy có ý nghĩa lớn trong việc khai thác tài nguyên nớc phục vụ
phát triển kinh tế quốc dân, nhất là khai thác đợc nguồn nớc trong các công trình thuỷ
lợi mà nhà nớc đã đầu t xây dựng, làm thay đổi bộ mặt thiên nhiên của khu vực.
4.4.2. Kho nớc điều tiết dòng chảy
Kho nớc là nơi trữ nớc để thực hiện điều tiết dòng chảy phục vụ cho nhu cầu sử
dụng nớc ở nhiều ngành khác nhau. Kích thớc của kho nớc có thể nhỏ (vài trăm m
3
)
nh bể chứa nớc cung cấp cho sinh hoạt, để tới cho diện tích nhỏ (điều tiết ngày đêm)
hoặc rất lớn (hàng tỷ m
3
) điều tiết năm hoặc nhiều năm.
Hồ chứa nớc là một dạng của kho chứa nớc thờng đợc làm trên các sông suối
bằng cách đắp đập ngăn dòng chảy, tạo thành kho nớc phía thợng lu.
80
Các đại lợng đặc trng về thành phần của kho nớc cho ở hình 4.1.

L (m)
30 20 10 0
Vs
Vh
Vo
Ho
Hbt
HsZ(m)

Hình 4.1. Các đại lợng đặc trng của kho nớc
Các thành phần dung tích và mức nớc đặc trng của kho chứa nớc gồm:
- Dung tích chết (V
0
) hay còn gọi là dung tích lót đáy, là phần dới cùng của kho
nớc nhiệm vụ chính của dung tích chết là trữ hết lợng bùn cát đến trong kho nớc
trong một thời gian phục vụ lấy nớc, nâng cao đầu nớc trong kho nớc và nâng cao
chiều sâu mức nớc phía thợng lu kho nớc. ở các vùng đồi núi, bùn cát trong sông
suối nhiều nên hiện tợng bồi đắp kho nớc luôn xảy ra.
- Mức nớc chết (H
0
) là giới hạn trên của dung tích chết.
Đối với nhà máy thuỷ điện, dung tích chết và mức nớc chết phải đợc chọn để
đảm bảo đầu nớc tối thiểu cho việc phát điện. Mức nớc chết chọn càng thấp thì cột
nớc phát điện càng nhỏ, do đó công suất và điện năng càng nhỏ.
Về mặt giao thông, mức nớc chết trong kho phải đảm bảo cho thuyền bè qua lại
đợc an toàn và thuận tiện.
Đối với kho nớc phục vụ tới (nhất là vùng đồng bằng bùn cát ít, độ dốc nhỏ) thì
mức nớc chết phải đảm bảo tới tự chảy hoặc đảm bảo cho cột nớc thiết kế của trạm
bơm lấy nớc từ kho là nhỏ nhất.
Đối với ngành nuôi trồng thuỷ sản, khi chọn mức nớc chết phải xét đến dung tích
và mặt thoáng cần thiết để đảm bảo cho sự phát triển bình thờng của cá trong kho.
Về mùa cạn, khi nớc trong kho tiêu hết thì diện tích đáy kho sẽ biến thành bãi lầy.
Theo định nghĩa dung tích chết thì lợng nớc chứa trong phần dung tích này không thể
lấy ra để sử dụng trong điều kiện khai thác bình thờng.
- Dung tích hữu hiệu (V
h
) còn gọi là dung tích công tác, nằm trên dung tích chết.

Dung tích hữu hiệu là phần dung tích đợc giới hạn bởi mức nớc chết (H
0
) và mức
nớc cao bình thờng (H
bt
). Đây là phần dung tích quan trọng nhất đảm bảo tác dụng
điều tiết của nguồn nớc trong kho. Dung tích này xác định dựa theo yêu cầu cung cấp
nớc cho các ngành dùng nớc trong thời gian kiệt.
81
- Mức nớc cao bình thờng (H
bt
) là giới hạn trên của dung tích hữu hiệu (V
h
). Mức
cao bình thờng là mức nớc cao nhất mà kho có thể giữ đợc trong một thời gian lâu
dài. Đây là mức nớc quan trọng nhất vì nó quyết định dung tích hữu hiệu, tức là quyết
định khả năng khai thác, sử dụng nguồn nớc, quy mô kích thớc, vốn đầu t và công
trình khai thác nớc, vấn đề ngập lụt ở phía thợng lu. Mức nớc cao bình thờng (H
bt
)
ngang với đỉnh đập tràn tự do.
- Dung tích siêu sao (Vs) nằm trên dung tích hữu hiệu (V
h
), nằm giữa hai mức nớc
siêu sao (Hs) và mức nớc cao bình thờng (H
bt
).
Phần dung tích này chỉ tích nớc tạm thời khi có lũ lớn với mục đích làm giảm tải
cho công trình xả lũ và lợng nớc này phải đợc tiêu đi nhanh chóng khi lũ chấm dứt.
Nếu giữ nớc trong kho nớc cao hơn mức nớc dâng cao bình thờng (H

bt
) trong một
thời gian lâu sẽ gây thêm tổn hại về ngập lụt cho vùng thợng lu và làm cho hoạt động
của công trình đầu mối không bình thờng.
- Mức nớc siêu sao (Hs) là giới hạn trên của dung tích siêu sao (Vs).
Để tính toán nguồn nớc trong kho nớc phục vụ cho nhiều ngành sử dụng nớc,
phải nghiên cứu nhiều tài liệu liên quan, trong đó hai loại tài liệu cơ bản là tài liệu thuỷ
văn và tài liệu địa hình nhng không trình bày trong giáo trình này. Tuy nhiên khi sử
dụng nguồn nớc trong kho nớc cần điều tra thêm ba nội dung dới đây.
4.4.2.1. Lợng tổn thất do bốc hơi trong kho nớc
Sau khi xây dựng kho nớc, mặt thoáng của kho nớc tăng lên. Nói chung đa số
trờng hợp lợng bốc hơi mặt nớc lớn hơn bốc hơi mặt đất nên sau khi xây dựng kho
nớc lợng bốc hơi sẽ tăng thêm một lợng bằng hiệu số giữa bốc hơi mặt nớc và bốc
hơi mặt đất.
Gọi Zn, Zđ là lớp bốc hơi mặt nớc và bốc hơi mặt đất, X là lớp nớc ma trên lu
vực, Y là lớp dòng chảy sinh ra trên lu vực, ta có chênh lệch bốc hơi trớc và sau khi
xây dựng hồ là:
Z = Zn - Zđ (4.11)
Từ phơng trình cân bằng nớc ta có:
Zđ = X - Y (4.12)
Thay (4.12) vào công thức (4.11) có:
Z = Zn - (X - Y) (4.13)
Lớp nớc bốc hơi mặt nớc Zn có thể tính theo tài liệu quan trắc thực tế, phơng
pháp cân bằng nớc, ph
ơng pháp cân bằng nhiệt hoặc công thức kinh nghiệm. Lợng
ma X và lớp dòng chảy Y tính theo các phơng pháp đã có.
4.4.2.2. Lợng tổn thất do thấm trong kho nớc
Kho nớc làm tăng mặt tiếp xúc giữa đất và nớc, do đó lợng nớc thấm trong
kho nớc tăng lên. Lợng thấm này phụ thuộc vào đất đai ở lòng kho (điều kiện địa
82

chất), bờ kho và lợng nớc chứa trong kho theo con đờng: thấm vào lòng kho, bờ kho,
thấm qua công trình, thấm quanh công trình và rò rỉ lợng nớc thấm trong năm khai
thác sử dụng về sau thờng tính bình quân quy theo điều kiện địa chất và lợng nớc
chứa bình quân trong kho.
Điều kiện địa chất của hồ xem là rất tốt nếu đất lòng hồ thuộc loại không thấm (đất
sét) và mức nớc ngầm xung quanh luôn cao hơn mức nớc dâng trong hồ. Điều kiện
địa chất là xấu nếu lòng hồ thấm nhiều và nớc hồ thờng xuyên phải cung cấp cho
nớc ngầm. Còn điều kiện địa chất thuộc loại trung bình thì đất lòng hồ ít thấm (đất thịt)
và mức nớc ngầm luôn cao hơn mức nớc chết.
Theo M.V.Patapốp, mức thấm lấy theo phần trăm lợng nớc chứa bình quân trong
hồ hoặc lớp nớc thấm (mm) tính theo mặt hồ bình quân.
Bảng 4.1. Tiêu chuẩn thấm trong kho nớc
Lợng thấm tính theo lợng nớc
bình quân (%)
Lớp thấm tính theo diện tích
bình quân
Điều kiện đất
đai lòng hồ
Năm Tháng Năm Ngày đêm
Đất sét
Đất thịt
Bình quân
5 - 10
20 - 30
10 - 20
0,5 - 1
1,5 - 3
1 - 1,5
<0,5m
1 - 2m

0,5 - 1m
1 - 2mm
3 - 4 mm
2 - 3mm
Tổn thất về thấm giảm dần theo thời gian, vì mức nớc ngầm vùng hồ dâng lên và
hiện tợng lầy hoá lòng hồ.
4.4.2.3. Lợng bồi đắp trong kho nớc
Sau khi xây dựng kho nớc, nớc trong kho dâng lên do chế độ chuyển động ổn
định của bùn cát thay đổi. Quá trình lắng đọng của bùn cát phụ thuộc vào chiều cao
dâng nớc của đập chắn, chiều dài của hồ, hàm lợng bùn cát, sự ổn định của bờ hồ đối
với sóng gió hoặc sạt lở bờ do tác dụng sóng gió.
Theo kinh nghiệm khai thác kho nớc, ngời ta thấy phần bùn cát có khả năng lắng
đọng xuống đáy kho phụ thuộc vào tỷ số giữa dung tích kho và tổng lợng dòng chảy
năm bình quân đến kho, tỷ số này là
0
W
Vhbt
=

(trong đó V
hbt
là dung tích kho tính đến mức nớc cao bình thờng còn W
0
là lợng
dòng chảy năm bình quân). Ngời ta rút ra một số nhận xét sau:
Khi > 0,6: kho có khả năng làm lắng đọng 100% bùn cát đến
Khi 0,15 < < 0,6: lợng bùn cát có khả năng lắng đọng vào khoảng 70 - 100%.
Khi <0,15: cờng độ lắng đọng giảm đi đáng kể.
Các nhân tố bồi lắng kho nớc quá phức tạp nên khi xây dựng không xét hết đợc
mọi mặt của quá trình này.

83
4.5. Định hớng khai thác sử dụng nguồn nớc mặt
Nguồn nớc mặt phục vụ cho nhiều ngành sử dụng nớc khác nhau và muốn sử
dụng đợc nguồn nớc này phải có công trình lấy nớc từ nguồn nớc đó. Trong sử
dụng đất nông nghiệp, khi tới thì nớc đợc lấy từ nguồn vào kênh chính và đợc hệ
thống kênh mơng tới chuyển đi tới cho đồng ruộng hoặc cung cấp nớc cho các nhu
cầu dùng nớc khác.
Khi tiêu, nớc từ mặt ruộng đổ xuống hệ thống kênh mơng tiêu để chuyển ra khu
nhận nớc tiêu nh hồ, sông, biển.
Các công trình lấy nớc từ nguồn nớc (sông, suối ) hoặc nhận nớc để tiêu ra
hồ, sông, biển gọi là công trình đầu mối.
4.5.1. Yêu cầu của công trình đầu mối lấy nớc
Công trình đầu mối của hệ thống tới là cụm công trình lấy nớc đầu kênh, trực
tiếp lấy nớc từ nguồn nớc (sông, suối, hồ, ) để đa vào khu tới.
Công trình đầu mối phải đảm bảo bất cứ lúc nào cũng có thể lấy đợc nớc theo kế
hoạch tới đã định hoặc theo yêu cầu của chế độ tới đã quy định. Nớc lấy vào phải có
chất lợng tốt, không có bùn cát thô bồi lấp lòng kênh và gây bất lợi cho sinh trởng,
phát triển của cây trồng. Mặt khác khi xây dựng công trình lấy nớc ở sông sẽ làm cho
trạng thái sông thiên nhiên thay đổi, nh
ng phải bảo đảm để sự thay đổi đó không ảnh
hởng đến điều kiện lấy nớc, đến sự lợi dụng tổng hợp nguồn nớc. Công trình đầu mối
phải đợc xây dựng với giá thành rẻ, chi phí quản lý thấp nhng thi công phải dễ dàng
thuận tiện, tiết kiệm đất.
Tuỳ theo sự tơng quan giữa cao trình (Hs) và lu lợng (Qs) của nguồn nớc với
cao trình (Hk) và lu lợng (Qk) yêu cầu đầu kênh tới mà có những hình thức lấy nớc
khác nhau.
4.5.2. Các hình thức khai thác nguồn nớc mặt
4.5.2.1. Hình thức lấy nớc thứ nhất
Khi lu lợng và mực nớc sông thoả mãn các yêu cầu về lu lợng và cao trình ở
đầu kênh tới (tức Qs > Qk, Hs > Hk) thì ngời ta xây dựng cống lấy nớc đầu kênh tới

(hình 4.2).
Khu tới
Sôn
g
Cốn
g
lấ
y
nớc



Hình 4.2. Cống lấy nớc đầu kênh tới
Cống lấy nớc có nhiệm vụ khống chế lu lợng lấy vào cho phù hợp với yêu cầu
dùng nớc trong từng thời gian của khu tới. Mặt khác cống lấy nớc có nhiệm vụ ngăn
84
chặn nớc sông tràn vào đồng gây ngập úng, nhất là đến mùa lũ nớc sông cao hơn
trong đồng phải đóng toàn bộ cống lại.
4.5.2.2. Hình thức lấy nớc thứ hai
Khi lu lợng sông đủ thoả mãn yêu cầu của lu lợng cần thiết ở đầu kênh nhng
mực nớc sông thấp hơn cao trình yêu cầu ở mực nớc đầu kênh (Qs > Qk, Hs < Hk).
Đối với trờng hợp này có thể có 4 hình thức lấy nớc khác nhau.
a) Nếu mực nớc sông thấp hơn mực nớc yêu cầu đầu kênh, để đảm bảo lấy nớc
tự chảy có thể kéo dài đoạn kênh dẫn về phía thợng lu một đoạn L đến chỗ có Hs cao
hơn Hk thì bố trí cống lấy nớc ở tại đó (hình 4.3).
Khu tới
Sông
Hs > H
k

Hs < Hk
L




H


Hk


Hs
Hình 4.3. Kéo dài đoạn kênh dẫn về phía thợng lu

ks
ii
HsHhHk
L



+


+
=

Trong đó:
Hs, Hk: cao trình mực nớc sông và kênh tại mặt cắt A A

i
s
, i
k
: độ dốc mặt nớc sông và kênh
H: tổn thất cột nớc qua cống lấy nớc
h: tổn thất cột nớc qua các công trình trên chiều dài kênh L.
Trờng hợp này chỉ áp dụng đợc khi độ dốc mặt nớc sông lớn hơn độ dốc mặt
nớc kênh (i
s
> i
k
). Cống lấy nớc này có thể đa nớc tự chảy vào khu tới. Nhng để
cho nớc chảy vào kênh thuận lợi và ít mang theo các loại bùn cát có hại, cống lấy nớc
cần đặt ở bên bờ lõm phía cuối khúc sông cong nh (hình 4.4). ở khúc sông cong nớc
chảy theo đờng cong nên sinh ra sức ly tâm làm cho mặt nớc bị nghiêng, nớc bên bờ
lõm cao hơn bên bờ lồi và cũng do ảnh hởng của sức ly tâm nớc mặt chảy từ bờ lồi
sang bờ lõm, nớc ở đáy chảy từ bờ lõm sang bờ lồi tạo thành hiện tợng nớc chảy
vòng. Lợi dụng hiện tợng nớc chảy vòng để hạn chế các loại phù sa lớn (không phù
hợp với đất đai, cây trồng) và lấy đợc nớc có phù sa loại nhỏ (thích hợp với đất đai,
cây trồng).
85





Hình 4.4. Cống lấy nớc đặt ở bờ lõm cuối khúc sông cong
b) Đắp đập ngăn sông để dâng cao mực nớc sông (Hs > Hk) và xây dựng cống lấy
nớc vào khu tới ở phía trên đập dâng. ở nớc ta hình thức lấy nớc này (hình 4.5) phục vụ

tới cho diện tích đất rất lớn nh đập Thác Luống (Thái Nguyên), đập Bái Thợng (Thanh
Hoá), đập Đô Lơng (Nghệ An), đập Thạch Nham trên sông Trà Khúc (Quảng Ngãi).
Đập dâng
nớc
Sôn
g
Khu tới





Hình 4.5. Đắp đập ngăn sông
c) Dùng trạm bơm để bơm nớc đa vào kênh dẫn nh trạm bơm Phù Sa (hệ thống
Sơn Tây - Chơng Mỹ), trạm bơm Hà Mão (Phú Thọ) (hình 4.6).




Hình 4.6. Xây dựng trạm bơm đa nớc vào kênh
d) Xây dựng cống lấy nớc vào kênh chìm nội địa rồi đặt trạm bơm, bơm nớc từ
kênh chính (kênh chìm) lên kênh nhánh (kênh nổi) để tới tự chảy vào ruộng nh hệ
thống Bắc - Hng - Hải, hệ thống Trịnh Xá (Bắc Ninh) (hình 4.7).
Khu tới
Trạm bơm
Sôn
g

Trạm bơm
Cốn

g
lấ
y
nớc
Kênh nhánh
Kênh chính
Sôn
g





Hình 4.7. Xây cống lấy nớc vào kênh chìm nội địa
86
Trong trờng hợp Qs > Qk, Hs< Hk, nói chung muốn chọn hình thức lấy nớc
thích hợp nhất phải xem xét nhiều phơng án, sau đó so sánh và chọn phơng án tốt nhất
có lợi về mặt thi công và kinh tế kỹ thuật để tiết kiệm đất xây dựng và tới đợc nhiều
diện tích đất.
Qua các trờng hợp đã trình bày trên đây, trong thực tế thấy rằng hình thức lấy
nớc bằng trạm bơm hoặc cống và trạm bơm thờng áp dụng ở miền đồng bằng còn hai
hình thức lấy nớc xây đập dâng cao mực nớc và kéo dài đờng kênh dẫn thờng áp
dụng ở miền trung du.
4.5.2.3. Hình thức lấy nớc thứ ba
Khi lu lợng của nguồn nớc không đủ đảm bảo thoả mãn yêu cầu dùng nớc,
cao trình mực nớc của nguồn nớc thấp hơn cao trình yêu cầu ở mực nớc đầu kênh
tới (tức Qs < Qk và Hs < Hk) thì phải đắp đập ngăn sông xây dựng kho nớc nhằm
nâng cao cao trình của nguồn nớc và trữ lợng nớc ma trong lu vực vào kho nớc.
Tuỳ theo tình hình nguồn nớc của lu vực mà có thể xây dựng kho nớc theo điều tiết
năm hoặc điều tiết nhiều năm. Trờng hợp Hs > Hk thì kho nớc chỉ có nhiệm vụ điều

tiết lu lợng. Hình thức lấy nớc này thờng áp dụng ở vùng núi và trung du nh hồ
Suối Hai (Hà Tây), Cấm Sơn (Bắc Giang )
Trong ba hình thức lấy nớc nêu trên, căn cứ vào đặc tính của công trình trên mặt
đất để phân loại thì công trình đầu mối tới có thể phân thành ba hình thức chính sau:
- Lấy nớc không có đập dâng, tức là chỉ xây dựng cống lấy nớc trực tiếp lấy
nớc từ sông vào kênh mà không cần đập ngăn sông để dâng cao mực nớc. Biết hệ số
tới (q -l/s/ha) và hệ số lợi dụng kênh mơng của hệ thống () thì tổng diện tích đất tới
đợc (ha) sẽ là:
W(ha) =
Q
đk
.


q
Trong đó: Qđk - là lu lợng đầu kênh tới.
- Lấy nớc có đập dâng nớc, tức là khi Hk > Hs không thể lấy nớc tự chảy đợc
mà phải xây dựng đập dâng nớc sông nh hình thức lấy nớc ở hệ thống sông Cầu, hệ
thống sông Thạch Nham, công trình này chủ yếu là dâng nớc, đồng thời làm nhiệm vụ
trữ nớc trong một đoạn sông nhất định. Do đó sẽ tạo điều kiện tốt cho việc lấy nớc vào
mùa cạn.
- Lấy nớc ở kho nớc có điều tiết, tức là nếu tổng lợng nớc sông đảm bảo đủ
tới nhng lu lợng nớc sông phân phối không đều có lúc lu lợng đó không đủ đảm
bảo tới thì phải xây dựng kho chứa nớc (hồ chứa nớc) để điều tiết lu lợng cho phù
hợp với yêu cầu tới của đất đai và cây trồng.
4.5.3. Đo đạc nguồn nớc mặt phục vụ sử dụng đất nông nghiệp
Công tác đo đạc nguồn n
ớc mặt phục vụ sử dụng đất nông nghiệp đợc thực hiện
trong hệ thống thuỷ nông. Đây là một trong những công tác quan trọng để quản lý và
khai thác hệ thống thuỷ nông một cách có hiệu quả nhất trong việc khai thác tiềm năng

đất nông nghiệp.
87
4.5.3.1. ý nghĩa và mục đích của công tác đo nớc
Đo nớc chiếm vị trí quan trọng trong công tác quản lý các hệ thống tới tiêu nớc.
ý nghĩa và mục đích của công tác đo nớc mặt là:
- Phục vụ cho công tác phân phối nớc và dẫn nớc một cách chính xác kịp thời.
Trong công tác quản lý dựa vào yêu cầu nớc và điều kiện nguồn nớc mà ngời ta
định ra một kế hoạch phân phối nớc tới cũng nh điều phối nớc tiêu trên toàn bộ hệ
thống. Vì vậy cần phải biết đợc tình hình mực nớc, lu lợng của nguồn nớc để đối
chiếu với kế hoạch dùng nớc nhằm đánh giá việc thực hiện kế hoạch điều phối nớc
thực tế đã đạt yêu cầu đặt ra hay cha. Thông qua đo nớc chúng ta biết đợc tình hình
thực tế nguồn nớc ở các vùng để có thể điều chỉnh thay đổi kế hoạch sử dụng nớc một
cách kịp thời nh diện tích đất cần tới, mức tới, thời gian tới, số lần tới
- Cung cấp và tích luỹ số liệu khoa học phục vụ cho việc cải tiến các công trình
tới tiêu trên hệ thống cũng nh kế hoạch dùng nớc trong tơng lai.
Qua thời gian đo đạc nguồn nớc sẽ tích luỹ đợc các tài liệu về: mức nớc và lu
lợng của nguồn nớc, khả năng trữ nớc của ao, hồ, đầm nhỏ trong hệ thống, khả năng
dẫn nớc của đờng kênh, các hệ số lợi dụng nớc, tổng lợng nớc dùng trong toàn vụ,
trong toàn năm mức nớc mỗi lần qua các năm.
Các tài liệu thu thập đợc sẽ tạo điều kiện tốt cho việc nghiên cứu phục vụ nâng
cao chất lợng của công tác quản lý tới tiêu góp phần vào việc lập kế hoạch, thực hiện
kế hoạch dùng nớc một cách chính xác, đạt hiệu quả kinh tế cao.
- Làm căn cứ để thu thuỷ lợi phí trong sử dụng đất nông nghiệp. Nhờ đảm bảo đủ
nớc mà đất đai đợc khai thác tốt hơn, sản lợng cây trồng đợc nâng cao, do đó các
đơn vị dùng nớc có nghĩa vụ đóng thuỷ lợi phí theo quy định của Nhà nớc. Hiện nay ở
nớc ta dựa vào diện tích đợc tới, hình thức tới (tới tự chảy, bơm, tát) để thu thuỷ
lợi phí. Nhng do tình hình quản lý nớc còn yếu nên ở gần nguồn nớc thì lấy đợc
nhiều nhng ở cuối nguồn nớc thì lại thiếu nớc nghiêm trọng nên không đảm bảo sự
công bằng hợp lý trong việc thu thuỷ lợi phí. Thông qua công tác đo đạc nớc sẽ thu
thuỷ lợi phí theo lợng nớc tới của công thức tới cho từng đơn vị dùng nớc. Nh

vậy vừa đảm bảo sự công bằng hợp lý khiến cho ngời sử dụng tiết kiệm lợng nớc
tới. Ban quản lý nắm đ
ợc thời gian cung cấp nớc, lu lợng và khối lợng nớc đã
cung cấp cho từng vùng, từng hộ dùng nớc để có cơ sở tính toán thuỷ lợi phí và tính
toán thu chi hạch toán kinh tế của hệ thống. Điều này còn có ý nghĩa nâng cao ý thức
trách nhiệm của các nhân viên quản lý, của các hộ dùng nớc, tính công bằng trong việc
sử dụng nớc giữa các hộ dùng nớc ở đầu nguồn và các hộ dùng nớc ở cuối nguồn,
thông qua đó nâng cao ý thức tiết kiệm nớc, nâng cao năng lực phục vụ của hệ thống và
giảm giá thành sản phẩm.
4.5.3.2. Yêu cầu của công tác đo nớc
Việc đo nớc cần thực hiện trên diện tích rộng, yêu cầu đo phải liên tục nên đòi hỏi
vừa có lực lợng vừa có thiết bị, mức độ chính xác phải cao. Ngời đo phải kiên trì, thận
trọng, phải có tinh thần trách nhiệm thì công tác đo nớc mới đạt kết quả tốt trong việc
phân phối đủ nớc và kịp thời cho các đơn vị, cá nhân dùng nớc.
88
Các nớc công nghiệp phát triển đã sử dụng máy đo nớc tự ghi và máy đo nớc
tầm xa bằng vô tuyến và hữu tuyến. Đo đạc nớc, quản lý nớc bằng các phơng pháp
tiên tiến nh trên sẽ nâng cao năng suất đo đạc nớc, nâng cao độ chính xác của công
tác đo nớc. Đây cũng là phơng hớng phát triển của công tác đo nớc trong tơng lai.
ở nớc ta, trong công tác quản lý phân phối nớc đã tiến hành đo nớc ở các
nguồn nớc đợc thờng xuyên liên tục trên hầu hết các hệ thống nhng việc đo đạc cân
bằng nớc trong phạm vi các hệ thống cha đầy đủ. Phơng pháp đo nớc đợc sử dụng
rộng rãi nhất ở nớc ta hiện nay là đo bằng máy lu tốc, một số hệ thống thực hiện bằng
công trình đo nớc chuyên môn.
Hiện nay do điều kiện kinh tế và kỹ thuật của ta còn hạn chế, để đảm bảo đợc việc
dùng nớc một cách kinh tế, chúng ta cần gấp rút thực hiện một mạng lới đo và khống
chế nớc rộng rãi. Đó là một vấn đề rất quan trọng cần đợc suy nghĩ tới trong công tác
quản lý nớc, nhất là trong sự nghiệp phát triển nông nghiệp trong giai đoạn hiện đại
hoá nông nghiệp và nông thôn.
4.5.3.3. Nội dung của các trạm đo nớc

Để đạt đợc mục đích và yêu cầu của công tác đo nớc đã nêu ở trên trong hệ
thống thuỷ nông thờng phải có các loại trạm đo n
ớc với nội dung đo đạc khác nhau.
- Trạm đo nguồn nớc đặt trên một đoạn sông (suối, hồ) cách công trình đầu mối
khoảng 20 - 10m về phía thợng lu, đo các đặc trng cơ bản nh mực nớc, lu lợng,
chất lợng nớc (hàm lợng phù sa, hàm lợng muối). Trên cơ sở đó đánh giá, tính toán
khả năng tới và tiêu nớc của các công trình đầu mối.
- Trạm đo nớc đầu kênh chính đặt cách cống lấy nớc 50 - 200m nhằm đánh giá
khả năng thực tế lợng nớc có thể lấy vào đầu hệ thống đối với công trình tới và khả
năng tiêu nớc của công trình tiêu.
- Trạm đo nớc ở đầu kênh chia nớc tới đặt ở đầu kênh nhánh cách cống chia
nớc tới về phía hạ lu khoảng 20 - 50m nhằm kiểm tra việc phân phối nớc về các khu
tới và tính toán lợng nớc tổn thất trên đoạn kênh chuyển nớc. Đối với cống tập
trung nớc tiêu thì trạm đo đặt cách cửa tiêu từ 20 - 50m về phía thợng lu nhằm đánh
giá lu lợng tập trung về cống tiêu.
- Trạm đo nớc ở đầu kênh phân phối nớc đợc đặt ở đầu các mơng cái và
mơng con (kênh cấp 3 và kênh cấp 4) cách cống phân phối n
ớc chừng 10 - 30m về
phía hạ lu nhằm kiểm tra lợng nớc phân phối về các cánh đồng so với các yêu cầu
nớc của chúng.
Khi bố trí mạng lới các trạm đo nớc, ngoài các yêu cầu nêu trên cần phải đảm
bảo điều kiện chung là lòng sông (lòng kênh), đáy sông (đáy kênh) bờ sông (bờ kênh) ở
đoạn bố trí trạm đo cần phải ổn định. Chỉ tiêu ổn định bình quân của các đoạn sông
(kênh) là:
[
]
%5%100
nh
h
(%)

0
3
hhh
0
321
ì

=

++

89
Trong đó: h
0
- độ sâu lớp nớc trong sông (kênh) so với mặt chuẩn của đáy sông
hoặc kênh lần đo đầu tiên
n- số lần đo đợc
h
1
, h
2
, h
3
- độ sâu theo chiều thẳng đứng phân bố ở ba điểm khác nhau
giữa lòng sông hoặc kênh.

Hình 4.8. Mạng lới đo nớc trên hệ thống
5
5
5
5
5
5
5

5
5
5
5

5
5
4
4
4
4

4
5
5
5
5
5
5
5
5
4
4
4
4
4
Sôn
g

1
2
3
3
Kênh chính
Kênh tiêu
1 - Trạm đo nguồn nớc; 2 - Trạm đo nớc đầu kênh; 3, 4 - Trạm đo
nớc ở đầu kênh phân phối nớc; 5 - Trạm đo ở điểm phân phối nớc
4.5.3.4. Các phơng pháp đo nớc mặt
Trên hệ thống thuỷ nông, công tác đo nớc chỉ chú trọng đo đạc một số đặc trng
nh: mực nớc, lu lợng và tổng lợng nớc đã chảy qua các kênh mơng. Đó là một
số chỉ tiêu thông dụng trong công tác quản lý nớc liên quan đến sử dụng đất.
Sau đây trình bày một số phơng pháp có thể đo đạc trực tiếp để có số liệu sử dụng

cho công tác quản lý nớc.
a) Phơng pháp vận tốc và diện tích
Phơng pháp vận tốc và diện tích là phơng pháp xác định dòng chảy trong ống
hoặc trong kênh hở thông qua việc đo đạc mặt cắt ngang của dòng chảy và lu tốc dòng
chảy. Lu lợng dòng chảy đợc tính theo công thức:
Q = Wv
90
Trong đó: Q- lu lợng dòng chảy trong ống hoặc trong kênh hở (m
3
/s)
W- diện tích mặt cắt ớt của ống, kênh hở (m
2
)
v- lu tốc bình quân qua tiết diện ớt (m/s)
Diện tích mặt cắt ớt (W) có thể đã đợc xác định hoặc đo trực tiếp thông qua mực
nớc trên kênh, lu tốc dòng chảy (v) có thể đo bằng máy đo lu tốc, đồng hồ đo nớc,
dùng phao, bánh xe đo nớc Dethride.
b) Lợi dụng cầu máng dẫn nớc để đo lu lợng
Các công trình thuỷ nông nh cầu máng (bậc nớc, xi phông) ở trên hệ thống
không có tác dụng khống chế lu lợng, nhng lu lợng chảy qua công trình phụ thuộc
vào mặt cắt và mực nớc thợng lu, hạ lu của công trình, vì vậy nếu đo đạc đợc
những trị số này có thể tính toán đợc lu lợng chảy qua công trình.
Với những cầu máng mặt cắt tơng đối ổn định và đều, không bị nứt nẻ và rò rỉ đều
có thể lợi dụng để đo nớc, khi đo bố trí thớc đo nớc ở chính giữa cầu máng. Khởi
điểm 0 của thớc đo nớc ngang bằng với đáy cầu máng. Dựa vào trị số mực nớc H
khác nhau trong cầu máng để tính lu lợng chảy qua cầu máng:

RIWCQ =

Trong đó: Q- lu lợng chảy qua cầu máng (m

3
/s)
I- độ dốc mặt nớc. Cầu máng ngắn có thể coi dòng nớc chảy đều
trong cầu máng nên có thể lấy I là độ dốc đáy cầu máng
W

R- bán kính thủy lực (m) với
R =
W- tiết diện ớt của cầu máng (m
2
)
- chu vi ớt của cầu máng (m)
1
R
1/6
C =
c- hệ số xê-di theo N.N.Pavlopski:
n
n: hệ số nhám, phụ thuộc vào vật liệu xây dựng cầu máng, có thể qua
thực tế đo đạc để xác định hoặc tham khảo các số liệu sau:
Vật liệu bằng gỗ nhẵn, n = 0,105
Vật liệu bằng bê tông, n = 0,014
Vật liệu bằng đá xây, n = 0,015
c) Đo nớc trong trờng hợp mặt cắt kênh là mặt cắt chữ nhật không đổi
Lu lợng chảy qua mặt cắt chữ nhật, đó là đập tràn,
thành mỏng có cửa tràn là mặt cắt chữ nhật không đổi đợc
xác định theo công thức Francis:

Q = 0,184 bh
3/2

Trong đó: Q- lu lợng chảy qua (l/s)
b- chiều rộng đáy mặt cắt chữ nhật (cm)
h- độ sâu mực nớc trong kênh chữ nhật (cm)
91
d) Đo nớc trong trờng hợp mặt cắt kênh là hình thang
Trong trờng hợp mặt cắt kênh hình thang, đó là đập tràn thành mỏng mang tên
nhà phát minh ngời ý. Dạng đợc sử dụng phổ biến là đập tràn Cipoleti đo nớc có mặt
cắt tràn với hệ số mái dốc m = 1/4.
Lu lợng chảy qua tràn đo nớc Cipoleti
đợc tính bằng công thức:
Q = 0,0186bh
3/2
Trong đó:
Q- lu lợng chảy qua (l/s)
b- chiều rộng đáy mặt cắt hình thang (cm)
h- độ sâu mực nớc mặt cắt hình thang (cm)
e) Đo nớc trong trờng hợp mặt cắt tràn nớc hình tam giác
Cửa tràn đo nớc tam giác có mặt cắt tràn nớc hình
tam giác cân với góc ở đỉnh là 90
0
. Ưu điểm nổi bật của
tràn tam giác đo nớc là có thể đo lu lợng dòng chảy
nhỏ một cách khá chính xác.
Lu lợng chảy qua tràn tam giác có góc 90
0
đợc
tính bằng: Q = 0,0138 h
5/2
Trong đó: Q- lu lợng chảy qua (l/s)
h- độ sâu mực nớc tràn (cm)

g) Đo nớc bằng phơng pháp hoá học
Đo nớc bằng phơng pháp hoá học là một phơng pháp mới, không thông qua tốc
độ dòng chảy và mặt cắt dẫn nớc, không cần đặt các công trình thuỷ lực trên kênh. Vì
vậy có thể sử dụng để đo nớc tại bất kỳ vị trí nào trên hệ thống. Phơng pháp này gọi là
phơng pháp pha loãng, sử dụng một dung dịch chứa rất dễ hoà tan để hoà vào dòng
chảy gọi là chất chỉ thị, đo nồng độ của nớc trớc và sau thời điểm cho chất chỉ thị, từ
đó tính toán ra lu lợng của dòng chảy.
Dùng một chất hoá học hoặc một chất màu nào đó dễ hoà tan đợc dung dịch tới
một nồng độ nào đó đã biết C
1
:
Khối lợn
g
chất hoá học
C
1
=

Khối lợn
g
nớc
Dung dịch có nồng độ C
1
này đợc cho vào dòng chảy với một lu lợng không đổi
nào đó q
1
:
Thể tích dun
g
dịch chỉ thị

q
1
=

Thời
g
ian cho dun
g
dịch
Sau khi để dung dịch hoà tan toàn bộ và đều trong dòng chảy trên kênh, tiến hành
đo nồng độ của nớc sau khi đã hoà chất chỉ thị là C
2
.
92
Gọi C
0
là nồng độ của nớc trên kênh trớc khi cho chất chỉ thị, ta tính đợc Q là
lu lợng dòng chảy trên kênh theo phơng trình:
QC
0
+ q
1
C
1
= (Q+ q
1
) C
2
QC
0

+ q
1
C
1
= QC
2
+ q
1
C
2
QC
0
- QC
2
= q
1
C
2
- q
1
C
1
Q(C
0
- C
2
) = q
1
(C
2

- C
1
)
q
1
(
C
2
-
C
1
)

Q =

C
0

C
2
Thông thờng muối ăn là chất sẵn có trong nớc nên đồng thời cũng đợc sử dụng
nh chất chỉ thị.
4.5.4. Định hớng quản lý để sử dụng nguồn nớc mặt
Để sử dụng nguồn nớc mặt có hiệu quả thì biện pháp quản lý nguồn nớc mặt
trong các hệ thống kênh mơng tới nhằm giảm tổn thất nớc là rất quan trọng. Trong
nhiều hệ thống tới sử dụng kênh đất, lợng nớc tổn thất có thể lên tới 50% lợng nớc
lấy vào công trình đầu mối. Nếu tổ chức tới tốt, các công trình thuỷ công làm việc tốt
thì thành phần chủ yếu của lợng nớc tổn thất trên hệ thống là lợng nớc tổn thất do
ngấm ở lòng kênh, còn lợng nớc tổn thất do ngấm đứng ở mặt ruộng và bốc hơi trên
mặt kênh là lợng tổn thất rất khó khống chế.

Theo một số tài liệu của Liên Xô cũ thì lợng tổn thất ngấm trên kênh tới ở các
kênh cấp nớc chiếm phần chủ yếu, bởi vì chiều dài của các kênh này rất lớn và chế độ
làm việc của các kênh này thờng bị gián đoạn nhiều hơn so với kênh chính.
Tổn thất nớc trên hệ thống kênh mơng tới có nhiều tác hại nh sau:
- Tổn thất nớc có thể làm giảm diện tích đất đợc tới.
- Tổn thất nớc lớn có thể làm tăng khối lợng đất xây kênh mơng.
- Tổn thất nớc lớn sẽ làm tăng chi phí quản lý, giảm hiệu ích công trình, đặc biệt
là đối với trờng hợp hệ thống tới bằng động lực.
- Tổn thất nớc lớn sẽ làm tăng mức nớc ngầm, làm xấu trạng thái đất tới, đất bị
thoái hoá.
Nhiệm vụ hàng đầu trong công tác quản lý sử dụng nớc là sử dụng nhiều biện
pháp để chống tổn thất nớc trên hệ thống tới và nâng cao hệ số sử dụng nớc.
4.5.4.1. Biện pháp quản lý nguồn nớc mặt
Biện pháp hàng đầu trong nhiệm vụ chống tổn thất, nâng cao hệ số sử dụng nớc
trên hệ thống tới là biện pháp quản lý, bao gồm:
- Thực hiện dùng nớc có kế hoạch, nâng cao độ chính xác của việc lập và thực
hiện kế hoạch dùng nớc.
- Hoàn chỉnh, tu bổ và quản lý tốt các công trình lấy nớc, công trình đo nớc,
công trình chống tổn thất, tiến lên hiện đại hoá việc phân phối nớc và đo nớc.
93
- Tiến hành tổ chức tới luân phiên một cách hợp lý để tạo điều kiện thuận lợi cho
việc lấy nớc và giảm tổn thất nớc.
- Cải tiến kỹ thuật tới, dùng các phơng pháp tới hiện đại để hạn chế tổn thất nớc.
- Sử dụng công thức tới hợp lý để hạn chế tổn thất.
4.5.4.2. Biện pháp công trình để hạn chế tổn thất nớc
Biện pháp truyền thống là phủ bờ để giảm tổn thất do ngấm ngang và rò
rỉ, gồm:
- Phủ bờ trớc khi đổ ải
Trớc lúc đổ ải dùng đất vụn phủ vào chân bờ phía thợng lu của dòng thấm. Khi
đa nớc vào đổ ải thì đất vụn sẽ biến thành bùn lấp kín phía thợng lu các hang, hốc

do động vật (cua, chuột ) đào bới, kết cấu công trình phủ bờ nh hình 4.9.

(1) (2)
(3)
(4)


Hình 4.9. Kết cấu công trình phủ bờ
1 - Mặt ruộng; 2 - Bờ phủ; 3 - Bờ ruộng hoặc bờ kênh; 4 - Ruộng thấp hoặc kênh
Mái dốc bờ phủ phải thích hợp, nếu góc nghiêng quá lớn thì bờ phủ sẽ kém tác
dụng. Khi làm đất cần tránh làm hỏng bờ phủ. Bờ phủ chỉ có tác dụng khi mực nớc hai
bên bờ có sự chênh nhau đáng kể.
- Phủ bờ sau khi đổ ải
Sau khi đổ ải, ruộng đã bão hoà nớc (no nớc). Dùng các công cụ thông thờng để
cào đất bùn vào chân bờ, làm thành bờ phủ.
Việc phủ bờ trớc lúc đổ ải sẽ tránh đợc lợng nớc tổn thất lớn lúc đổ ải, song
đầu t cho nhân công để phủ bờ khá lớn. Trên thực tế nếu bờ đã đợc phủ đất vụn trớc
lúc đổ ải thì trong lúc đổ ải cũng cần đầu t thêm một số nhân lực để củng cố bờ phủ.
Biện pháp hiện tại
- Làm bờ ruộng, bờ kênh bằng vật liệu chống thấm tốt
Thông thờng thì bờ ruộng hay bờ kênh đều có kết hợp giao thông, vì vậy nếu toàn
bộ bờ ruộng làm bằng vật liệu chống thấm tốt sẽ rất tốn kém. Vì vậy, chỉ khi bờ ruộng
hay bờ kênh có nhiệm vụ đơn thuần là ngăn nớc thì mới dùng biện pháp này.
- Sử dụng vật liệu chống thấm tốt
Đặt vật liệu chống thấm tốt vào bề mặt hoặc bên trong bờ kênh để tăng cờng khả
năng chống thấm và rò rỉ.


H
ình 4.10. Lát mái thợng lu

H
ình 4.12. Cừ chống thấm
Hình 4.11
. Lát mái hạ lu
94
4.5.4.3. Bọc lót kênh để tăng hệ số sử dụng nớc
- Bọc lót kênh bằng đất sét: Biện pháp lót kênh bằng đất sét thờng đợc áp dụng ở
mạng lới kênh có chế độ làm việc thờng xuyên bởi vì đất sét dễ bị nứt nẻ khi kênh khô
nớc. Lớp đất sét đợc lát phải có độ dày 5 - 8cm và trên lớp đất sét phải có lớp đất bảo
vệ dày khoảng 30 - 40cm, có thể giảm tổn thất do ngấm 70 - 80%.

Lớp đất sét 5 - 8cm
Lớp đất bảo vệ 30 - 40cm


Hình 4.13. Bọc lót kênh bằng đất sét
Để tiết kiệm đất sét, trong một số trờng hợp có thể tăng chống thấm cho hỗn hợp
theo tỷ lệ: đất sét 60 - 65%, sỏi sạn hay xỉ than 35 - 40%. Chiều dày tầng chống thấm
vào khoảng 10 - 15cm. Tổn thất nớc trong trờng hợp này có thể giảm xuống 60 - 70%.
Với kênh có bọc lót đất sét, tốc độ nớc trong kênh không nên vợt quá 0,7 -
0,8m/s. Có thể chỉ tráng lòng kênh bằng một lớp đất sét mỏng để chống thấm, nhng tác
dụng của biện pháp này không lớn (chỉ giảm tổn thất khoảng 60%) và tuổi thọ công
trình 1 - 2 vụ là mất tác dụng.
- Tạo ra sự bồi lắng lòng kênh: Đối với kênh nằm trên đất có thành phần cơ giới
nhẹ (cát, cát pha) có thể cho bồi lắng lòng kênh bằng phù sa hay hạt sét để tăng tính
chống thấm cho đất, giảm lợng tổn thất do ngấm. Với biện pháp này, theo kinh nghiệm
của một số nớc nếu cho bồi lắng phù sa có thể giảm tổn thất 1,5 - 2 lần, nếu dùng hạt
sét có thể giảm tổn thất đợc 2 - 5 lần. Biện pháp bồi lắng bằng phù sa là biện pháp
mang tính tự nhiên vì phù sa tồn tại tự nhiên trong nớc tới. Còn biện pháp dùng hạt sét
là biện pháp nhân tạo.

Để bồi lắng 1m
2
lòng kênh cần tới 1 - 10 kg đất sét. Khi sử dụng phù sa thì độ đục
của nớc phù sa phải đảm bảo vào khoảng 3 - 5 g/l.
Đối với kênh nằm trên các vùng đất dính (đất thịt, đất thịt pha) cũng có thể sử dụng
biện pháp bồi lắng lòng kênh để giảm tổn thất thấm nhng trớc khi tạo bồi lắng nên xối
mặt kênh với chiều sâu 20 - 25cm và sau khi tạo bồi lắng phải đầm nện mặt kênh.
- Muối hoá lòng kênh: Biện pháp muối hóa lòng kênh để chống thấm do viện sĩ
A.N. Xacalopski đề xuất. Cơ sở chủ yếu của biện pháp này là thuyết về tính hấp thụ của
đất, theo đó thì tính chất hoá lý của đất phụ thuộc vào thành phần của các gốc trao đổi ở
trong đất. Trong phức hệ hấp thụ của đất các gốc trao đổi chủ yếu là Ca
++
, Mg
++
, Na
+
, H
+

trong đó phần lớn là Ca
++
. Ion Ca
++
đi vào phức hệ hấp thụ vì khả năng phân ly yếu và
đợc giữ chặt ở mặt ngoài của các hạt keo đất. Do đó đất có cấu tợng viên, đất không
có tính phân tán, đất có tính thấm nớc lớn thì phức hệ hấp thụ chứa nhiều Ca
++
. Ngợc
lại, trong phức hệ hấp thụ của đất chứa nhiều ion Na
++

thì tính phân tán của đất lớn, đất
mất cấu tợng và tính thấm nớc kém. Nguyên lý chủ yếu của việc muối hoá lòng kênh
là tìm cách thay thế ion Ca
++
trong phức hệ hấp thụ bằng ion Na
+
. Muốn vậy cần cho vào
đất các hợp chất Na nhất định nh NaCl, NaOH.
95
Lợng muối Na đợc đa vào trong đất có thể xác định theo công thức:

1724
T.b.a
A =
kg/m
2
Trong đó: A- lợng muối NaCl (kg/m
2
)
a- chiều dày tầng đất cần muối hoá (m)
b- dung trọng đất (kg/m
3
)
T- đơng lợng trao đổi của đất (lđl/100kg đất)
1724- hệ số đổi đơn vị từ li đơng lợng ra 1kg NaCl.
* Phơng pháp tiến hành nh sau:
+ Phơng pháp hở: Xới xáo mặt đất lòng kênh với chiều sâu khoảng 5 - 6cm, sau
đó tới nớc muối hoặc cho muối khô vào đầm nện kỹ. Nhợc điểm của phơng pháp
này là lớp đất đợc muối hoá dễ bị rửa trôi.
+ Phơng pháp kín: trên tầng đất đợc muối hoá có thêm lớp bảo vệ dày 15 - 20cm.

Nhợc điểm của phơng pháp này là tầng bảo vệ dễ bị sụt lở.
Muối hoá lòng kênh có thể giảm tổn thất trong kênh xuống 2 - 3 lần nhng kênh
hay bị xói và sụt lở.
- Lót lòng kênh bằng tấm chất dẻo: Dùng tấm chất dẻo dày 0,1 - 0,2mm, phía trên
có phủ lớp đất dày 20 - 30cm.
- Bọc lót kênh bằng bê tông hay bê tông cốt thép có rất nhiều u điểm vì vậy trên
thế giới cũng nh ở Việt Nam việc sử dụng bê tông hay bê tông cốt thép để lót kênh đã
và đang phát triển mạnh.
4.5.4.4. Phơng pháp phân tích lựa chọn biện pháp phòng chống thấm
Để quản lý nớc tốt, cần chọn biện pháp phòng thấm thích hợp dựa vào mục đích
và yêu cầu của công tác phòng chống thấm, chọn một số biện pháp phòng chống thấm
khả thi, sau đó căn cứ vào kết quả phân tích kinh tế để xác định phơng án tốt nhất.
Phòng chống thấm để giảm nhỏ lu lợng lấy vào công trình đầu mối, nghĩa là
giữ nguyên lu lợng thực cần Qnet để giảm nhỏ lu lợng lấy vào đầu nguồn Qbrút.
K là hệ số giảm tổn thất (lần) đợc xác định là:
(1)
K =
Q
Qt

t
Trong đó: Qt- lu lợng tổn thất khi cha có biện pháp phòng thấm
Q

t- lu lợng tổn thất khi đã có biện pháp phòng thấm
Gọi N - % tổn thất đợc giảm sau khi có biện pháp phòng thấm:
x 100 =
Qt -
K
Qt

x 100 = 1 -
1
K
N (%) =
Qt
Qt - Q
t
x 100
(2)

Qt
96
Hệ số sử dụng nớc khi đã có biện pháp phòng thấm là
1
có thể xác định theo
công thức
KQnet
Qnet

1
=
Qnet

+ Q

t
Qnet
=
Qt

Qnet
=
=
(3)

KQnet + Qt
KQnet + Qt
Qnet +
K

K
(trong đó: Qnet là lu lợng thực cần với Qnet = Qbrut - Qtổn thất).
Hệ số sử dụng nớc trớc khi có biện pháp phòng thấm là đợc xác định:
=
Qnet + Qt
Qnet

(4)


Qnet
KQnet
Lập tỷ số :
:
=
Qnet + Qt

1
KQnet + Qt

=
KQnet (Qnet+ Qt)
Qnet (KQnet + Qt)
Qbr

- Qnet

=

+

1
KQbr


1

=
+
-
(5)
k
k
+

=
1K.
K
1

Từ đó ta có:
(6)

100
)1(
(%)N
1
1
ì



=
(7)

Công thức (7) đợc thành lập bằng cách rút trị số K từ (6) và thay vào công thức (2).
Phòng thấm để tăng diện tích đất đợc tới
Trong trờng hợp này Qnet sẽ thay đổi và diện tích tới sẽ tăng lên:
Qbr
QtQbr
Qbrut
Qnet
==
Qbr
Qbr
Qbr
netQ
K
Qt
'

1

==
)QtQbr(K
QtKQbr
QtQbr
Qbr
x
KQbr
QtKQbr
1


=


=


K
1
K
11
+

=

=
K
1K

1
+
=
100
1
(%)N
1
ì




=











97

K
1K
1
+

=
100
1
(%)N
1
ì


=
ha
y

(8)


và
(9)

Nói tóm lại thông qua các công thức (1), (6), (7), (8), (9) ta có thể xác định đợc
và N khi đã biết và K hoặc ngợc lại.
Sau đó căn cứ vào trị số N(%) chọn đợc một số biện pháp phòng thấm nhất định
đạt đợc mục đích và yêu cầu về giảm tổn thất nớc đã đề ra.
Để có biện pháp tốt nhất ta cần tiến hành so sánh kinh tế giữa các biện pháp đã
đợc chọn.
Phân tích kinh tế để lựa chọn biện pháp phòng thấm
Để phân tích kinh tế, cần xác định các chỉ tiêu sau đây của các giải pháp phòng
thấm.
a) Chi phí: Bao gồm khấu hao công trình, sửa chữa công trình.
b) Lợi ích: Bao gồm lợi ích do tiết kiệm nớc, lợi ích do tránh đợc úng ngập do có
kênh bọc lót, lợi ích do tiết kiệm đất.

Ví dụ: một hệ thống kênh chuyển nớc nếu không có biện pháp phòng thấm
(phơng án 1) thì:
- Chi phí hàng năm là C
1
- Lợi ích hàng năm là B
1
Nếu áp dụng phơng án phòng thấm 2 (phơng án 2) sẽ có là:
- Chênh lệch chi phí hàng năm so với phơng án 1 là C
2
- Chênh lệch lợi ích hàng năm so với phơng án 1 là B
2
Tỷ số lợi tức chi phí của phơng án 2 là: R
2
= B
2
/C
2
Nếu áp dụng phơng án phòng thấm 3 (phơng án 3) sẽ có:
- Chênh lệch chi phí hàng năm so với phơng án 1 là: C
3
- Chênh lệch lợi ích hàng nằm so với phơng án 1 là: B
3
Tỷ số lợi tức chi phí của phơng án 3 là: R
3
= B
3
/C
3
So sánh R
2

và R
3
phơng án nào có tỷ số lợi ích - Chi phí lớn hơn sẽ là phơng án
đợc chọn. Đơng nhiên, khi lựa chọn biện pháp phòng thấm cần dựa vào tính khả thi
của phơng án.
98