Bộ giáo dục và đào tạo
Bộ nông nghiệp và ptnt
Tr-ờng đại học thuỷ lợi


Trần việt dũng Nghiên cứu cơ chế n-ớc hồi quy và vai
trò của nó đối với hiệu quả sử dụng
n-ớc hệ thống thuỷ nông cầu sơn - cấm
sơn
Chuyên ngành: Quy hoạch và Quản lý tài nguyên nớc
Mã số: 60.62.30
luận văn thạc sĩ
Ngời hớng dẫn khoa học: PGS.TS ĐOàN DOãN TUấN

Trần Việt Dũng
LỜI CAM ĐOAN

Đề tài này được triển khai nghiên cứu và hoàn
thành với sự nỗ lực của bản thân. Tác giả cam
đoan, công trình nghiên cứu này là củ
a riêng mình.
Các số liệu và kết quả của luận văn là trung thực và
không lặp lại bất kỳ công bố nào trước đây.
Hà nội, tháng 5 năm 2012
Tác giả Trần Việt Dũng

4T2.4.6 Cống Quan Hiển Đông4T 34
4T2.4.7 Cống Quan Hiển Tây4T 34
4T2.4.8 Trạm bơm Bảo Sơn4T 35 4T2.4.9 Hồ Cây Đa4T 35
4T2.4.10 Hồ Suối Nứa4T 35
4T2.4.11 Hiện trạng hệ thống kênh Cầu Sơn4T 36
4TCHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH NHU CẦU NƯỚC MẶT RUỘNG . 41
4T3.1. Thí nghiệm xác định nhu cầu nước tại mặt ruộng4T 41
4T3.1.1. Mục đích thí nghiệm4T 41
4T3.1.2. Thí nghiệm xác định các thông số trong phương trình cân bằng nước4T 41
4T3.1.3. Cơ sở nghiên cứu và công thức thí nghiệm4T 42
4T3.2. Nhu cầu nước mặt ruộng4T 47
4TCHƯƠNG 4. NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ NƯỚC HỒI QUY VÀ VAI TRÒ
CỦA NÓ ĐỐI VỚI HIỆU QUẢ SỬ DỤNG NƯỚC HỆ THỐNG CẦU SƠN -
CẤM SƠN 48
4T4.1. Khảo sát hiện trạng vận hành, đo đạc lưu lượng đầu vào, đầu ra trên hệ
thống thủy nông
4T 48
4T4.1.1. Khảo sát hiện trạng hệ thống4T 48
4T4.1.2. Đo đạc các thông số trên hệ thống4T 49
4T4.1.3. Kết quả đo lưu lượng trên kênh chính và đầu ra của hệ thống4T 54
4T4.2. Sử dụng nước và sử dụng nước hồi quy trên hệ thống4T 61
4T4.2.1. Khảo sát sử dụng nước hồi quy trên hệ thống4T 61
4T4.2.2. Sử dụng nước trên hệ thống4T 61
4T4.2.3. Loại hình nước hồi quy4T 62
4T4.2.4. Sử dụng nước hồi quy trên hệ thống4T 63
4T4.3. Đánh giá hiệu quả hệ thống4T 66
4T4.3.1. Cơ sở đánh giá hiệu quả hệ thống4T 66

DANH MỤC HÌNH ẢNH

4TUHình 1.1. Không có nước hồi quyU4T 5
4TUHình 1.2. Có nước hồi quyU4T 6
4TUHình 1.3. Quá trình dòng chảy đến và dòng hồi quy theo các thángU4T 7
4TUHình 1.4. Mô phỏng các thành phần cân bằng nướcU4T 9
4TUHình 1.5. Cấu trúc của mô hình RRMODU4T 10
4TUHình 1.6. Cấu trúc của mô hình SSARRU4T 13
4TUHình 1.7. Cấu trúc mô hình TANKU4T 15
4TUHình 2.1. Vị trí vùng nghiên cứuU4T 20
4TUHình 2.2 Hồ chứa nước Cấm SơnU4T 32
4TUHình 3.1. Khu vực nghiên cứuU4T 41
4TUHình 3.2. Hình thức vận động của nước trên ruộng lúaU4T 43
4TUHình 3.3. Cân bằng nước mặt ruộngU4T 44
4TUHình 3.4. Bố trí nghiệm xác định nhu cầu nước cho LúaU4T 45
4TUHình 3.5. Sơ đồ mực nước hao hàng ngàyU4T 45
4TUHình 3.6. Sơ đồ theo dõi, tính toán thấmU4T 46
4TUHình 4.1. Máy đo lưu tốcU4T 50
4TUHình 4.2. Sơ đồ bố trí điểm đo tại một mặt cắt kênh hình thangU4T 53
4TUHình 4.4. Quá trình lưu lượng dọc tuyến kênh Bảo SơnU4T 54
4TUHình 4.6. Quá trình lưu lượng dọc tuyến kênh TâyU4T 55

1

MỞ ĐẦU
Tên đề tài: Nghiên cứu cơ chế nước hồi quy và vai trò của nó đối với hiệu
quả sử dụng nước hệ thống thủy nông Cầu Sơn - Cấm Sơn
I. Tính cấp thiết của đề tài
Biến đổi khí hậu (BĐKH) là một trong những thách thức lớn nhất đối với nhân
loại trong thế kỷ 21. Hậu quả của BĐKH là làm cho trái đất nóng lên, băng tan ở hai
cực, hiện tượng thời tiết cực đoan, thay đổi bất thường khó xác định ảnh hưởng đến
hoạt động sản xuất, sinh hoạt và môi trường sinh thái.
Những tác động trực tiếp của BĐKH sẽ làm cho thiên tai xảy ra nhiều hơn,
phức tạp hơn, cường độ tăng mạnh hơn. Theo kết quả quan trắc trong 100 năm qua,
từ năm 1906 – 2005 nhiệt độ trung bình tăng 0,74
P
0
PC, từ năm 1956 – 2005 tăng
0,64P
0
PC (Nguyễn Trọng Hiệu, 2009) làm cho mức độ bốc hơi và nhu cầu nước phục
vụ sản xuất nông nghiệp tăng. Theo ước tính của các nhà khoa học lượng nước tưới
cần thiết ở vùng khô hạn và nửa khô hạn của Châu Á sẽ tăng lên ít nhất là 10% khi
nhiệt độ tăng lên 1
P
0
PC (Fischer, 2002 và Liu, 2002). Theo nghiên cứu của Ngân hàng
thế giới (WB), khi nước biển dâng lên 1m sẽ làm ngập khoảng 0,3 đến 0,5 triệu ha
tại Đồng bằng sông Hồng và những năm lũ lớn khoảng trên 90% diện tích của Đồng
bằng sông Cửu Long bị ngập từ 4 – 5 tháng, vào mùa khô khoảng trên 70% diện
tích bị xâm nhập mặn với nồng độ lớn hơn 4g/l. Ước tính Việt Nam sẽ mất đi 2 triệu
ha đất trồng lúa trong tổng số hơn 4 triệu ha hiện nay, đe dọa nghiêm trọng đến an

giá hiệu quả sử dụng nước của hệ thống thủy nông Cầu Sơn - Cấm Sơn
III. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
U3.1. Cách tiếp cận
1. Kế thừa có chọn lọc và bổ sung
Tái sử dụng nước tưới đã được nghiên cứu tại nhiều nước trên thế giới và trong
nước. Những kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng lượng nước hồi quy sau khi tưới là tương
đối lớn và tùy vào từng hệ thống mà lượng nước này có thể sử dụng với mức độ khác
nhau. Như vậy kế thừa có chọn lọc bổ sung sẽ giúp tác giả tận dụng được những
nghiên cứu đi trước nhằm đánh giá những kết quả thực tiễn tại vùng nghiên cứu.

3

2. Tiếp cận thực tiễn
Kết quả của những nghiên cứu trên thế giới đã được kiểm chứng qua nhiều
nghiên cứu, đã được công bố trên nhiều tạp chí uy tín trên thế giới, trong nước chưa
có nhiều những nghiên cứu về sử dụng nước hồi quy. Do vậy, không thể khẳng định
được rằng việc áp dụng một cách rập khuôn máy móc những kết quả nghiên cứu
trên thế giới vào địa bàn nghiên cứu thuộc hệ thống Cầu Sơn - Cấm Sơn. Việc kiểm
định lý thuyết bằng các nghiên cứu tại vùng hệ thống Cầu Sơn - Cấm Sơn nhằm đưa
ra những kết quả sát với thực tiễn.
3. Tiếp cận tổng hợp
Khi đánh giá các phương án đề xuất sẽ theo tiêu chí lợi ích tổng hợp, hài hòa
giữa các yếu tố kinh tế - xã hội – môi trường
4. Tiếp cận hệ thống
Hệ thống tưới là một thể thống nhất từ đầu mối đến mặt ruộng, do đó khi xem
xét lượng nước hồi quy của hệ thống cần phải xem xét từ đầu mối đến mặt ruộng.
Như vậy vấn đề nghiên cứu bao gồm cả thể chế, tổ chức, xã hội và môi trường.
5. Tiếp cận từ trên xuống và từ dưới lên
Có sự tham gia của cộng đồng để điều tra đánh giá thực trạng, nhu cầu, giải
pháp tưới tiêu của hệ thống.
5

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ SỬ DỤNG NƯỚC HỒI QUY TRÊN CÁC HỆ THỐNG
THỦY NÔNG
Khái niệm về nước hồi quy
Có nhiều cách định nghĩa về nước hồi quy trên các hệ thống thủy nông, nhưng
nhìn chung nước hồi quy được định nghĩa là nước chảy trở lại vào nguồn nước
mặt hoặc nước ngầm khi được xả ra sau điểm sử dụng và trở thành nguồn cho
mục đích tiếp theo. Đối với công nghiệp và sinh hoạt, loại nước này gọi là nước
thải công nghiệp và nước thải sinh hoạt, loại nước thải này cần được xử lý trước khi
sử dụng lại cho các mục đích khác nhau. Nước hồi quy trong hệ thống thủy lợi đa số
được sử dụng lại để tưới cho nông nghiệp
Nước hồi quy trong hệ thống thủy lợi được phân thành hai loại: hồi quy mặt
và hồi quy ngầm
- Nước hồi quy mặt: được chảy xuống các hệ thống kênh tiêu, hồ, ao…sau đó
sử dụng các trạm bơm lấy nước từ hệ thống này tưới lên vùng khác;
- Nước hồi quy ngầm: Lượng nước này được hình thành chủ yếu do lượng
nước thấm ổn định và liên quan nhiều vào đặc tính đất, mực nước ngầm. Hệ số
thấm của đất càng lớn, lượng hồi quy ngầm càng lớn và ngược lại. Nếu mực nước
ngầm cao, nước hồi quy ngầm lớn và đóng góp ngay vào dòng chảy hạ lưu khu tưới.
Khi mực nước ngầm nằm sâu, nước hồi quy ngầm sẽ ra xa hơn và có thể chảy ra
ngoài hệ thống
Có thể minh họa về nước hồi quy cho mục đích nông nghiệp như sau:


khan hiếm, người ta đã nhận thức được việc tái sử dụng nước thải là cần thiết và cấp
bách. Sự phát triển của các ngành công nghiệp tiêu tốn lượng nước rất lớn, nước
thải ra thường không sử dụng được mà phải thông qua xử lý. Do đó nghiên cứu về
nước hồi quy trở nên phổ biến hơn nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng nước trong hệ
thống.
Đối với nông nghiệp, thế giới cũng đã có nhiều nghiên cứu về hồi quy ngay
trên hệ thống tưới. Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng, lượng nước sau khi sử dụng
A
∆A
Q-ET-∆ET
Q
ET
∆ET
∆D
Q+∆D

7

trên hệ thống thủy nông có một lượng nước dư thừa chảy xuống hệ thống kênh tiêu
rất lớn. Có nhiều nguyên nhân dẫn tới việc dư thừa trên: i) lượng nước mặt dồi dào
nên đã không quan tâm đến vận hành và quản lý hệ thống; ii) hệ thống thủy lợi nội
đồng chưa hoàn chỉnh, lượng nước sau khi sử dụng trên ruộng chảy thẳng xuống
kênh tiêu, iii) chế độ tưới cho cây trồng nhất là cây lúa vẫn sử dụng phương pháp
cũ, mực nước trên ruộng cao, dẫn đến lượng nước vào đầu hệ thống lớn…
UNghiên cứu tại Nhật Bản
Nhật Bản là nước có nền công nghiệp phát triển từ lâu, nông nghiệp chỉ chiếm
tỷ lệ nhỏ (khoảng 5% dân số) nhưng lượng nước tiêu thụ cho nông nghiệp lại tương
đối lớn. Do vậy những nghiên cứu tại Nhật bản về sử dụng nước tiết kiệm hay tái sử
dụng nước đã được thực hiện từ lâu.
Nghiên cứu của Giveson Zulu, Masaru Toyota, Shin-ichi Misawa chỉ ra rằng

P/s (72.000 mP
3
P) trong kênh Xinluchangke và 1,54 mP
3
P/s (133.000 mP
3
P) trong
kênh Xinhuei Creek
Ngoài ra, hiện nay có một số mô hình cân bằng nước, trong đó mô tả lượng
nước hồi quy là một thành phần quan trọng trong phương trình. Các mô hình này
chỉ mô phỏng lượng nước hồi quy (hồi quy mặt và hồi quy ngầm), còn các hệ số
thấm trên mặt và thấm dưới sâu chưa được khảo nghiệm chi tiết.
UMột số mô hình phần mềm tính cân bằng nước trên thế giới
Từ năm 1984÷1988,
UViện Thuỷ văn Wallingford (Anh)U tiến hành nghiên cứu
cân bằng nước lưu vực sông Mê Công phần lãnh thổ Thái Lan. Trong đó, lượng
thấm sâu lấy trung bình là 60mm/ tháng và lượng nước chảy tràn hay hồi quy trên
mặt lấy bằng 30mm/tháng, lượng mưa hiệu quả lấy theo hàm số giữa tổng lượng
mưa và lượng mưa có hiệu quả trong từng thời đoạn. Dựa vào lượng bốc hơi, lượng
thấm, lượng tràn mặt, lượng mưa có hiệu quả, xác định được lượng nước cần tưới
bằng phương trình cân bằng. Mô hình được xác lập đơn giản dạng một bể chứa

9 Bốc hơi thực tế
E= | Kc. Et | Tổng lượng mưa P

Lượng nước Mưa hiệu | P-ER |
làm đất quả

thành của dòng chảy từ mưa do Ban Thư ký Mê Công lập năm 1981 để tính dòng
chảy từ lượng mưa cho các lưu vực không có tài liệu thuỷ văn.
Mô hình RRMOD cũng được dùng trong cân bằng nước để mô phỏng sự hình
thành các thành phần dòng chảy hợp thành dòng chảy sông ngòi, bao gồm dòng
chảy mặt, dòng chảy dưới mặt và dòng chảy ngầm.
Dòng chảy được mô phỏng là dòng chảy trung bình thời đoạn 10 ngày hoặc
một tháng. Đầu vào là lượng mưa trung bình thời đoạn, lượng bốc hơi và các yếu tố
khí tượng, như: nhiệt độ, độ ẩm, độ ẩm bão hoà, tốc độ gió và số giờ nắng. Lượng
bốc hơi tiềm năng ETP được tính theo biểu thức Penman.
Mô hình RRMOD được dùng để mô phỏng diễn biến dòng chảy khi điều kiện
lưu vực thay đổi, hoặc dùng để khôi phục lại điều kiện tự nhiên khi trên lưu vực đó
có nhiều hồ chứa.
RRMOD được dùng để mô phỏng cơ cấu dòng chảy và quá trình diễn biến
dòng chảy khi trên lưu vực thay đổi sử dụng đất và có hồ chứa như lưu vực Nậm
Ngừm, Nậm Pông, Mun Chi
Cấu trúc của RRMOD có 3 bể chứa: trên mặt, dưới mặt và ngầm (hình 1.5)

Hình 1.5. Cấu trúc của mô hình RRMOD
DF
ETA
Smin

+ min
1
31,min3
2
);( S
SS
aSFSSaSF
ii
ii







−
+
=−=
+
+ min
1
91,min9
2
);( SS
SSSS
aSSFSSSSaSSF
ii
ii


i
R + RR
i, i+1
R + DR
i, i+1
R - ETAR
i, i+1
R - FILR
i, i+1
R - SFR
i, i+1
R(-DR
i,i+1
R)
trong đó: R
R
i, i+1
Rlà lượng mưa, RR
i,i+1
R = aR
1
RRR
i, i+1

a
R
1
R là hệ số điều chỉnh của mô hình.
D
R













−×−−






−=
−−
+
+
ee
i
ii
SSaSa
ii
aaIcapaFIL
61,




−×−−






−=
−−
+
+
ee
i
ii
SBaSSa
ii
aaPcapaP
231,
22
11121
211,

Lượng trữ ngầm SBi
R
+1

SB

i +1
R + BFR
i +1
R- (DR
i+1
R)
Trường hợp thêm thành phần - (D
R
i+1
R) được đưa vào nếu lượng nước tưới lấy
tại chỗ.
Nếu trong vùng tính toán có diện tích sử dụng đất khác nhau thì các phần diện
tích rừng, diện tích đất khai hoang cũng tính như trên, chỉ khác các hệ số ở phần
dòng chảy mặt, như: hệ số a1, a
R
2
R, aR
3
R, aR
4
R, aR
5
R, aR
6
R và các hệ số Icapa, Pcapa, DPcapa.
Để đạt được các kết quả phù hợp, cần điều chỉnh các thông số mô hình như các
trị số của Smin, SSmin, SBmin, Icapa, Pcapa, DPcapa.
Mô hình này có thể dùng để nghiên cứu lượng nước hồi quy cho một lưu vựu
nhỏ khép kín, kể cả dòng chảy mặt và dòng chảy ngầm để có thể đo kiểm nghiệm
xác định thông số chính xác riêng cho nước hồi quy mặt và hồi quy ngầm. Cũng có


S – Dòng chảy mặt

SS – Dòng chảy ngầm

Hình 1.6. Cấu trúc của mô hình SSARR
Trong sơ đồ có các bước của quá trình hình thành dòng chảy như sau:
- Lượng mưa bình quân lưu vực;
- Nhập lượng ẩm độ là lượng nước có được nhờ mưa phân phối đều trong lưu vực;
Lượng mưa
Nhập lượng mưa
SMI
Độ ẩm đất
Chảy tràn
B I I

UMô hình TANKU: cũng tương tự như RRMOD hoặc SSARR, là mô hình lưu
vực dùng để tính dòng chảy tư mưa.
Mô hình TANK dạng đơn gồm 4 bể chứa giống như trong RRMOD, mỗi bể
chứa đều có ngưỡng, dòng chảy của mỗi bể chứa là hàm số của lượng trữ S trừ đi
ngưỡng H theo công thức y = A(S - H), chỉ khác là trong mô hình TANK dùng
phương trình truyền ẩm tuyến tính để mô tả lượng thấm và lượng mao dẫn, còn
RRMOD thì dùng phương trình phi tuyến.

15

Hình 1.7. Cấu trúc mô hình TANK
Tương tự như mô hình SSARR, mô hình TANK không thể hiện hệ số mùa
vụ, cây trồng và tỷ lệ đất nông nghiệp trong vùng. Vì vậy, mô hình TANK không
thích hợp cho việc nghiên cứu lượng nước hồi quy trong vùng đất nông nghiệp. Để
sử dụng trong thực tế, mô hình cần được cải tiến phù hợp.
1.2. Tình hình nghiên cứu ở trong nước
Việt Nam chưa có tài liệu nghiên cứu đáng kể về nước hồi quy trong nông
nghiệp, trong thực tế thường lấy tỷ lệ nước hồi quy là 20÷25% khi đề cập đến vấn
đề này. Đây có thể là lấy theo tỷ lệ dòng chảy mùa kiệt đối với dòng chảy năm làm
tỷ lệ nước hồi quy, trị số này cũng nằm trong phạm vi từ 15÷25%, tuỳ thuộc vào
tính chất của lưu vực (diện tích, tầng phủ thực vật, thổ nhưỡng và đặc biệt là tính
chất điều tiết của lưu vực). Các lưu vực lớn có tỷ lệ dòng chảy mùa kiệt và dòng
r: Mưa
ET: Bốc thoát hơi nước
M: quản lý nước
P: thấm đứng
D: tiêu

Vùng nghiên cứu được xác định phạm vi về thời gian và không gian là hệ
thống nước mặt 24,2 ha tính từ khi làm đất tới 10-15 ngày trước khi thu hoạch, sử
dụng cân bằng nước như sau:

( )
,,S SN SE S S
S I P D ET∆= +−+
(mm) (1)
Trong đó: ∆SR
S
R : sự thay đổi về dung tích; IR
S,N
R lượng nước tưới thực tới hệ
thống; P
R
S,E
R, lượng mưa hữu ích ở đây được tính từ mô hình thực tế áp dụng cho lúa
ở Việt Nam (Dastane, 1978) không tính lượng mưa ngày dưới 5 mm và trên 50 mm,
sử dụng lượng mưa ngày từ trạm khí tượng thuỷ văn thành phố Nam Định; D
R
S
Rlà
lượng nước “thấm và thẩm lậu”
R

R(ví dụ dòng tiêu ngầm thực) và ETR
S
Rlà sự bốc thoát

17

Rvà IR
S,O
R tương ứng là lượng nước tưới và dòng chảy ra (mm); QR
n,avg
Rdòng chảy vào thực trung bình (ví dụ = dòng vào – dòng ra) trong khi bơm (m3/h); tR
p,j
R,
thời gian bơm (h) trong khoảng (j-th), n: số lần tưới ; và A
R
S
R:diện tích tưới nghiên cứu
(24,2ha). Tổng lượng nước sử dụng (DR
S
R + ETR
S
R) trên vụ cây trồng có thể được ước tính từ
phương trình (1) với giả định rằng ∆S
R
S
R bằng với IR
S,N
R trong thời kỳ làm đất.
Sử dụng các kết quả đo lưu lượng và khảo sát mặt cắt ngang kênh trong 4 đợt
tưới (Bảng 1) cho thấy lưu lượng dòng vào thực trung bình khi bơm là 462 m
P
3
P/h.
Lưu lượng được đo ở lưu vực xả của trạm bơm (STA07A) và ở các điểm lấy nước
(STA08A, STA02A) và các điểm tiêu nước (STA03A, STA06A) của vùng nghiên
cứu. Bình thường, 2 máy bơm với công suất lý thuyết 1000 m