Bộ GIáO DụC Và ĐàO TạO Bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn
TRƯờNG ĐạI HọC thủy lợi Lê văn thắng
NGHIấN CU GII PHP PHI CễNG TRèNH
NNG CAO HIU QU S DNG NGUN NC
H THNG THY LI VNH YấN VNH PHC
Chuyên ngành : Kỹ thuật tài nguyên nớc
Mã số : 60580212 Luận văn thạc sĩ
Ngời hớng dẫn khoa học:
PGS.TS Lê Thị Nguyên
Hà Nội - 2014
ii
BẢN CAM ĐOAN
Tác giả xin cam đoan đề tài luận văn Thạc sĩ: “Nghiên cứu giải pháp phi
công trình để nâng cao hiệu quả sử dụng nguồn nước hệ thống thủy lợi Vĩnh
Yên – Vĩnh Phúc” là đề tài do cá nhân tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học
của PGS.TS. Lê Thị Nguyên. Luận văn được làm dựa trên các số liệu, tài liệu
được thu thập từ nguồn thực tế, được công bố trên báo cáo của cơ các quan Nhà
nước, được đăng tải trên các tạp chí chuyên ngành, sách, báo… để làm cơ sở
nghiên cứu. Tác giả không sao chép bất kỳ một luận văn hoặc một đề tài nghiên
cứu nào trước đó.
Hà Nội, ngày 15 tháng 8 năm 2014
Tác giả Lê Văn Thắng
cây trồng hiện tại của Kênh 2A. 75
Hình 3.8. Đường quá trình lưu lượng tưới chủ động mặt ruộng hệ thống
cây trồng hiện tại của kênh 2B 76
Hình 3.9. Đường quá trình lưu lượng tưới mặt ruộng hệ thống cây trồng
hiện tại của TB Quán Trắng 76
Hình 3.10. Đường quá trình lưu lượng tưới mặt ruộng hệ thống cây trồng
hiện tại của TB Đồng Đức. 76
Hình 3.11. Đường quá trình lưu lượng tưới mặt ruộng hệ thống cây trồng
hiện tại của TB Đầm Mé. 77
Hình 3.12. Đường quá trình nhu cầu tưới mặt ruộng cây trồng hiện tại
theo thời gian trên toàn hệ thống tưới nghiên cứu 77
Hình 3.13. Đường quá trình nước tưới của toàn hệ thống Qyc t (m3/s) 80
Hình 3.14. Đường quá trình nước đến và nước dùng của hệ thống nghiên
cứu. 84
v
Hình 3.15. Đường quá trình lưu lượng tưới mặt ruộng hệ thống cây trồng
hợp lý của kênh 2A 88
Hình 3.16. Đường quá trình lưu lượng tưới mặt ruộng hệ thống cây trồng
hợp lý kênh B4. 89
Hình 3.17. Đường quá trình lưu lượng tưới mặt ruộng hệ thống cây trồng
hợp lý TB Quán Trắng. 89
Hình 3.18. Đường quá trình lưu lượng tưới mặt ruộng hệ thống cây trồng
hợp lý TB Đồng Đức. 89
Hình 3.19. Đường quá trình lưu lượng tưới mặt ruộng hệ thống cây trồng
hợp lý TB Đầm Mé. 90
Hình 3.20. Đường quá trình lưu lượng tưới mặt ruộng theo thời gian hệ
thống cây trồng hợp lý toàn hệ thống 90
Hình 3.21. Đường quá trình cung cấp nước tưới hệ thống (Qyc t)
Bảng 2.8. Hệ thống cây trồng hiện tại trên các loại đất của khu tưới 57
Bảng 3.10. Nhu cầu cung cấp nước tưới và tổng lượng nước tưới của hệ
thống hiện tại. 79
Bảng 3.12. Cân bằng nước hệ thống cây trồng hiện tại ở phường Hội Hợp 83
Bảng 3.22. Nhu cầu cung cấp nước và tổng lượng nước tưới của hệ thống
hợp lý 92
vii
Bảng 3.23. Cân bằng nước của hệ thống cây trồng hợp lý 93
Bảng 3.24. So sánh yêu cầu dùng nước hệ thống cây trồng hợp lý và hiện
tại. 95
Bảng 3.25. Hiệu quả kinh tế của hệ thống cây trồng hợp lý 97
Bảng 3.26. Hiệu quả kinh tế 1 m3 nước của hệ thống cây trồng hợp lý 98
Bảng 3.27. Hiệu quả điện năng tiết kiệm được của hệ thống cây trồng hợp
lý 98
Bảng 3.1: Lượng bốc thoát hơi nước tiềm năng ETo ~ t và Peff ~ t 106
Bảng 3.2: Lượng bốc thoát hơi nước của cây trồng trên hệ thống. 106
Bảng 3.3: Nhu cầu tưới của các loại cây trồng trên các địa hình (mm). 107
Bảng 3.4. Tổng nhu cầu tưới cho các loại cây trồng trên hệ thống M (mm) 107
Bảng 3.5. Nhu cầu tưới chủ động của hệ thống cây trồng hiện tại khu tưới
kênh 2A. 108
Bảng 3.6: Nhu cầu tưới chủ động của hệ thống cây trồng hiện tại khu tưới
kênh 2B 108
Bảng 3.7: Nhu cầu tưới của hệ thống cây trồng hiện tại khu tưới TB Quán
Trắng. 109
Bảng 3.8: Nhu cầu tưới của hệ thống cây trồng hiện tại khu tưới TB Đồng
Đức. 109
Bảng 3.9: Nhu cầu tưới của hệ thống cây trồng hiện tại khu tưới TB Đầm
Mé. 110
1.3.3. Các giải pháp tổng hợp và ứng dụng tiến bộ khoa học kỹ thuật 41
1.3.4. Lựa chọn giải pháp dùng cho khu vực nghiên cứu 44
CHƯƠNG 2. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 45
2.1. Phạm vi nghiên cứu 45
2.2. Nội dung nghiên cứu 45
2.3. Phương pháp nghiên cứu và tài liệu tính toán 46
2.3.1. Ứng dụng chương trình CROPWAT của FAO xác định nhu cầu sử
dụng nước của hệ thống cây trồng 46
2.3.2. Tính cân bằng nước hệ thống khu vực nghiên cứu 58
2.3.3. Sử dụng chương trình quy hoạch tuyến tính để xác định hệ thống
cây trồng hợp lý 60
x
CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 66
3.1. Xác định nhu cầu nước tưới cho cây trồng 66
3.1.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến nhu cầu nước tưới 66
3.1.2. Tính nhu cầu nước cho cây trồng hiện tại (ETc) 68
3.1.3. Xác định nhu cầu nước tưới cho hệ thống cây trồng hiện tại 72
3.1.4. Nhu cầu tưới của các khu tưới trên hệ thống cây trồng hiện tại . 75
3.1.5. Nhu cầu cung cấp nước hệ thống cây trồng hiện tại 78
3.2. Tính cân bằng nước của hệ thống cây trồng hiện tại. 81
3.2.1. Mục đích tính toán cân bằng nước. 81
3.2.2.Yêu cầu dùng nước của hệ thống. 81
3.3. Xác định hệ thống cây trồng hợp lý trên hệ thống 85
3.3.1. Tài liệu đầu vào tính toán. 85
3.3.2. Các điều kiện ràng buộc hệ thống cây trồng hợp lý vùng nghiên
cứu. 86
3.3.3. Kết quả tính toán hệ thống cây trồng hợp lý. 87
3.3.4. Kết quả tính toán nhu cầu nước hệ thống cây trồng hợp lý. 88
tục nên các hệ thống công trình xây dựng chưa đồng bộ, chưa được trang bị
các khoa học kỹ thuật tiên tiến, công trình đã bị xuống cấp già cỗi, mức đảm
bảo thấp, không đáp ứng được năng lực thiết kế và cũng không đáp ứng được
sự chuyển đổi cơ cấu cây trồng và phát triển sản xuất ngày càng cao.
Thực tiễn khẳng định hiệu quả của các hệ thống thủy lợi mang lại là rất
to lớn, góp phần quan trọng vào nền sản xuất nông nghiệp, không ngừng nâng
cao sản lượng cây trồng, cải thiện từng bước cuộc sống của người dân.
Hệ thống thủy lợi Vĩnh Yên được cung cấp nước tưới chủ yếu từ hệ
12
thống thủy lợi Liễn Sơn và một số trạm bơm thuộc các xã quản lý, là hệ thống
tưới tiêu hoàn toàn bằng động lực được thành lập từ năm 1971, có nhiệm vụ
tưới tiêu cho trên 2000 ha đất canh tác của toàn thành phố Vĩnh Yên. Quá
trình khai thác đã bị thiên tai tàn phá, qua từng thời kỳ đã được sửa chữa nâng
cấp nhưng chưa hoàn chỉnh đầy đủ về hệ thống công trình, máy móc ngày
một già cỗi, hệ thống tổ chức quản lý nước còn nhiều bất cập, chưa đồng nhất
về tư duy sử dụng nước một cách hợp lý, khoa học, dẫn đến điều hành phân
phối nước trong hệ thống còn lãng phí, kém hiệu quả, công trình chưa đáp
ứng được yêu cầu nhiệm vụ, trong khi đó nguồn nước của khu vực ngày đang
bị suy giảm về tổng lượng do biến đổi khí hậu, rừng đầu nguồn suy giảm,
lượng mưa hiệu quả giảm dần.
Hiện tại hệ thống thủy lợi Vĩnh Yên chưa thể đáp ứng chủ động được
yêu cầu nước cho diện tích sản xuất nông nghiệp và phát triển kinh tế xã hội,
càng không đáp ứng được yêu cầu phát triển trong tương lai theo phương
hướng phát triển kinh tế của vùng do chi phí nước bơm động lực của hệ thống
là rất cao.
Vì vậy, để góp phần khắc phục khó khăn về lượng nước, giảm chi phí
tưới nước, tăng hiệu quả kinh tế, việc nghiên cứu các giải pháp để nâng cao
hiệu quả sử dụng nguồn nước và sử dụng bền vững hệ thống thủy lợi Vĩnh
Yên đặc biệt là giải pháp phi công trình nhằm sử dụng tối ưu tài nguyên nước
TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU VÀ KHU VỰC
NGHIÊN CỨU
1.1. Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu
1.1.1. Tình hình nghiên cứu sử dụng nước trên thế giới và Việt Nam
1.1.1.1. Tình hình sử dụng nước trên thế giới
Nước là thành phần thiết yếu trong sự sống của các sinh vật trên trái đất và
từ lâu con người đã biết khai thác và sử dụng nước như một yếu tố không thể
thiếu của sự sống. Trãi qua nhiều thập kỷ, ngày nay chất lượng cuộc sống con
người được cải thiện, kèm theo đó nhu cầu sử dụng nước sạch ngày càng tăng.
Các nghiên cứu đã chỉ ra: Hiện nay con người đang lâm vào cuộc khủng
hoảng thiếu nước trầm trọng, nhưng nguyên nhân không phải do nguồn nước
hạn chế, trái đất có đủ, thậm chí dư thừa cho nhu cầu của hàng chục tỷ người.
Nhưng do phân phối không đều, không được sử dụng một cách hợp lý, tiêu
thụ quá mức và ngày càng bị ô nhiễm nên nguy cơ thiếu nước sạch không chỉ
nghiêm trọng mà còn ngay trước mắt.
Trong khoảng một trăm năm trở lại đây, việc sử dụng nước của nhân loại
tăng nhanh gấp hai lần so với mức tăng dân số. Với tốc độ này trong vòng 20
năm tới nhu cầu về nước sẽ bùng nổ thêm 650%. Với mức tiêu thụ như vậy sẽ
là một nguy cơ đè nặng lên các nguồn nước. Cho đến nay, trên 80% lượng
nước ngọt được khai thác dùng để tạo ra lương thực thực phẩm. Các nghiên
cứu cho thấy lượng nước dùng để tạo ra lương thực thực phẩm cho thế giới
trong vòng 20 năm tới sẽ tăng thên 24% nữa.
Báo cáo của Viện Quản lý Nước Quốc tế (IWMI) cũng khẳng định nếu
nhân loại tiếp tục sử dụng nước như hiện nay, thế giới sẽ xảy ra nhiều cuộc
xung đột về nước. Theo thống kê của một số tổ chức Quốc tế, 50 năm qua đã
15
37 lần xảy ra các cuộc chiến tranh, xung đột vì nước, trong đó 27 lần giữa
Israel và Syrie do tranh chấp 2 con sông Jourdain và Yarmouk. Theo Jean-
Fracois, chủ tịch cơ quan nước Quốc tế, không dưới 1800 cuộc tranh chấp đã
gom tái sử dụng các chất thải, xử lý một phần và toàn bộ các chất thải, nước
thải trước khi đổ vào sông, quy hoạch khai thác hợp lý nguồn nước phục vụ
phát triển bền vững KT - XH lưu vực sông, quan trắc lượng và chất lượng
môi trường nước, cảnh báo sự khuếch tán các chất độc hại trong sông và dự
báo sinh thái - chất lượng nước trên toàn lưu vực sông.
Đối với những nước đang phát triển, việc nghiên cứu sử dụng nước vẫn
đang dừng lại ở mức kiểm kê các nguồn nước và việc nghiên cứu quản lý tổng
hợp tài nguyên nước theo các lưu vực sông còn nhiều bất cập.
1.1.1.2. Tình hình nghiên cứu sử dụng nước ở Việt Nam
Việt Nam được xếp vào hàng những quốc gia có nguồn nước dồi dào, mật
độ sông suối dày đặc, nhưng do lượng mưa phân phối không đều theo không
gian và thời gian, đặc điểm của điều kiện tự nhiên và phân bố địa lý cũng như
sức ép của tăng trưởng kinh tế và dân số nên tài nguyên nước đang đứng
trước sức ép về việc sử dụng không hợp lý, các nguy cơ về suy thoái do ô
nhiễm và cạn kiệt luôn là một thách thức lớn. Tính đến nay, dân số nước ta đã
lên đến 86 triệu người, trong khi đó, tài nguyên nước mặt chúng ta có 850 tỷ
m
3
nhưng chỉ có khoảng 340 tỷ m
3
(37,7%) là nước phát sinh nội địa, còn lại
510 tỷ m
3
(62,7%) là nguồn nước ngoại lai. Phân bố dòng chảy không điều
hòa, lượng nước trung bình trong mùa lũ (3-5 tháng) chiếm khoảng 70-80%,
trong khi mùa kiệt (7-9 tháng) dòng chảy chỉ đạt 20-30% nên đã gây ra tình
trạng thiếu nước ở nhiều nơi.
Theo Viện Quy hoạch Thủy lợi nhu cầu nước cho nông nghiệp và các
ngành kinh tế và dân sinh đến năm 2020 được thể hiện ở bảng 1.1.
100 90.165
100
(Nguồn: Viện Quy hoạch Thủy lợi. (*) chưa kể nhu cầu nước cho duy trì môi
trường sinh thái (đẩy mặn, duy trì dòng chảy môi trường)
Nhiều nhà khoa học cho rằng đến năm 2025 Việt Nam sẽ là một trong
những quốc gia thiếu nước ngọt. Nhận thức được tầm quan trọng của nguồn
nước đối với sự phát triển bền vững và nhằm khai thác tối ưu nguồn nước đó,
trên các hệ thống thủy lợi đã và đang sử dụng các biện pháp công trình và phi
công trình để kiểm soát hệ thống tài nguyên nước tự nhiên và nhân tạo.
Qua việc nghiên cứu sử dụng nước ở nước ta hiện nay có thể rút ra một số
nhận xét về tình hình sử dụng nước như sau:
- Nước ta là một trong những quốc gia có nguồn nước khá dồi dào, với
diện tích mặt nước lớn và phân bố khá đều ở các vùng trên toàn lãnh thổ. Tuy
nhiên, có đến 60% lượng nước mặt phụ thuộc vào các quốc gia láng giềng và
lượng nước phân bố không đều theo thời gian trong năm.
- Nhìn chung chưa khai thác, sử dụng nguồn nước theo phương thức tổng
hợp và bền vững.
- Trong khai thác, sử dụng nguồn nước của các hệ thống thủy lợi chưa xem
xét đến yêu cầu sử dụng nước của các ngành trong toàn lưu vực sông mà chỉ
18
chú ý đến từng ngành, từng địa phương.
- Vẫn xảy ra tình trạng mâu thuẫn giữa sử dụng nguồn nước, đặc biệt là
giữa phát điện với cấp nước cho nông nghiệp và phòng chống lũ cho hạ du…
1.1.2. Những nghiên cứu liên quan đến đề tài
Đề tài khoa học cấp Bộ: Nghiên cứu chế độ tưới cho dứa vùng Bắc bộ do
trường Đại học Thủy lợi chủ trì thực hiện từ năm 2004 -2007 đã ứng dụng
chương trình CROPWAT 5.7 để xác định nhu cầu nước và yêu cầu tưới cho
cây dứa ở nông trường dứa Đồng Dao, tỉnh Ninh Bình. Kết quả đề tài đã áp
định cân bằng nước trên hệ thống và đánh giá hiệu quả kinh tế khi chuyển đổi
hệ thống cây trồng trên hệ thống thủy lợi Nha Trinh – Lâm cấm.
Đề tài khoa học cấp Bộ: Nghiên cứu tổng kết đánh giá về phương pháp
tính toán lượng nước yêu cầu tưới và chế độ tưới cho các loại cây trồng chủ
yếu ở phía Bắc Việt Nam do trường Đại học Thủy lợi chủ trì thực hiện từ năm
1998 - 2001. Đề tài đã đề xuất phương pháp – công nghệ tính toán nhu cầu
nước và quản lý tưới mặt ruộng, đã tổng kết và lựa chọn các kết quả nghiên
cứu thực nghiệm về tưới tiêu nước cho các loại cây trồng vùng đồng bằng
sông Hồng và các tỉnh Trung du, miền núi phía Bắc để khuyến nghị áp dụng
và kiến nghị áp dụng chương trình phầm mềm tính toán chế độ tưới
CROPWAT của FAO.
1. 2. Tổng quan về khu vực nghiên cứu
1.2.1. Tình hình chung khu vực nghiên cứu
1.2.1.1. Đặc điểm tự nhiên
a) Vị trí địa lý:
Hệ thống thủy lợi Tp Vĩnh Yên có tọa độ địa lý từ 105
0
32’54” đến
20
105
0
38’19” kinh độ Đông và từ 21
0
15’19” đến 21
0
20’19” vĩ độ Bắc. Phía
Bắc và phía Tây giáp huyện Tam Dương; Phía Đông giáp huyện Bình Xuyên;
Phía Nam giáp huyện Yên Lạc và Bình Xuyên (Hình 1.1).
Hệ thống thủy lợi Tp Vĩnh Yên phục vụ cho 07 phường (Tích Sơn, Liên
C, mùa hè 29-34
0
C, mùa đông
dưới 18
0
C, có ngày dưới 10
0
C. Nhiệt độ trong năm cao nhất vào tháng 6, 7, 8,
chiếm trên 50% lượng mưa cả năm, thường gây ra hiện tượng ngập úng cục
bộ tại một số nơi.
22
- Nắng: Số giờ nắng trung bình 1.630 giờ, số giờ nắng giữa các tháng lại
chênh lệch nhau rất nhiều.
- Độ ẩm không khí: Độ ẩm trung bình 82,5% và chênh lệch không nhiều
qua các tháng trong năm, độ ẩm cao vào mùa mưa và thấp vào mùa đông.
- Chế độ gió: Hướng gió thịnh hành là gió Đông Nam thổi từ tháng 4 đến
tháng 9. Gió Đông Bắc thổi từ tháng 10 đến tháng 3 năm sau kèm theo sương
muối, ảnh hưởng đến sản xuất nông nghiệp.
Nhìn chung, thời tiết của Thành phố với các đặc điểm khí hậu nóng, ẩm,
lượng bức xạ cao, thuận lợi cho sản xuất nông, lâm nghiệp và sinh hoạt của
nhân dân. Tuy nhiên, lượng mưa tập trung theo mùa, sương muối, kết hợp với
điều hiện địa hình thấp trũng gây ngập úng cục bộ vào mùa mưa ở vùng trũng
và khô hạn vào mùa khô ở vùng cao.
Về thủy văn, Thành phố có nhiều hồ ao, trong đó Đầm Vạc rộng 144,52 ha
là nguồn dự trữ và điều tiết nước quan trọng. Thành phố Vĩnh Yên nằm ở lưu
vực sông Phan và sông Bến Tre, nhưng chỉ có một số con sông nhỏ chảy qua,
mật độ sông ngòi thấp. Khả năng tiêu úng chậm đã gây ngập úng cục bộ cho
các vùng thấp trũng. Về mùa khô, mực nước ở các hồ ao xuống rất thấp, ảnh
hưởng đến khả năng cung cấp nước cho cây trồng và sinh hoạt của nhân dân.
hạt trên luống, cây đậu tương làm theo hình thức gieo vãi.
Theo báo cáo tổng kết hoạt động sản xuất nông nghiệp của Huyện hàng
năm, diện tích, năng suất và thời vụ các cây trồng chính thuộc diện tích canh
tác nông nghiệp của hệ thống thuỷ lợi Tp Vĩnh yên được thể hiện ở bảng 1.2.
24
Bảng 1.2. Diện tích, thời vụ và năng suất các cây trồng trên hệ thống thuỷ
lợi Tp Vĩnh yên
Loại cây trồng
Diện tích
gieo trồng
(ha)
Thời vụ
Năng suất
(tấn/ha)
Thời gian
gieo trồng
Thời gian thu
hoạch
1. Vụ Chiêm Xuân 2.772,63
Lúa Chiêm Xuân 2.678,91
15/01
30/05
Ngô 54,52
20/06
30/09
5,2 – 5,5
Đậu tương 30,2
20/06
30/09
2,6 – 2,8
3. Vụ đông 614,06
Ngô đông 79,93
01/10
10/01
4,5 – 5,0
Copyright: Tài liệu đại học ©