LỜI CẢM ƠN
Luận văn thạc sĩ với đề tài “Nghiên cứu lựa chọn giải pháp kỹ thuật thiết kế kênh,
áp dụng cho dự án ADB5 tỉnh Bắc Ninh” được hoàn thành với sự nỗ lực của bản
thân, sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy cô trong Khoa Công Trình - Trường đại học
Thuỷ lợi, và bạn bè đồng nghiệp.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy giáo, PGS.TS Nguyễn Hữu Huế đã
trực tiếp tận tình hướng dẫn cũng như cung cấp các tài liệu, thông tin khoa học cần
thiết để tác giả hoàn thành luận văn này.
Tác giả xin chân thành cảm ơn tới các thầy cô giáo Khoa Công Trình, và các thầy
cô giáo trong trường Đại học Thủy lợi đã tận tình giúp đỡ, truyền đạt kiến thức
trong suốt thời gian học tập chương trình cao học cũng như trong quá trình thực
hiện luận văn.
Tác giả chân thành cảm ơn tới gia đình, bạn bè, đồng nghiệp và những người đi
trước đã chỉ bảo, khích lệ, động viên, ủng hộ nhiệt tình về mọi mặt trên con đường
học hỏi nghiên cứu khoa học.
Do trình độ có hạn và thời gian nghiên cứu ngắn, nên luận văn không thể tránh
khỏi những tồn tại, hạn chế, tác giả mong nhận được mọi ý kiến đóng góp và trao
đổi chân thành của các thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp. Tác giả mong muốn
những vấn đề còn tồn tại sẽ được tác giả nghiên cứu sâu hơn để góp phần đưa
những kiến thức khoa học vào phục vụ sản xuất.
Hà Nội, tháng 05 năm 2016
Tác giả

Nguyễn Tiến Hà

i


LỜI CAM KẾT
Tôi là Nguyễn Tiến Hà, tôi xin cam đoan đề tài luận văn của tôi là do tôi làm.
Những kết quả nghiên cứu là trung thực.Trong quá trình làm tôi có tham khảo các

Hiện trạng hệ thống kênh .................................................................................... 8

1.2.1. Về công tác thiết kế ..........................................................................................9
1.2.2. Về công tác thi công và chất lượng, thẩm mỹ bê tông gia cố kênh ...............11
1.3.

Công trình trên kênh .......................................................................................... 11

1.3.1. Công trình điều tiết mực nước .......................................................................11
1.3.2. Công trình điều tiết lưu lượng ........................................................................15
1.3.3. Công trình đo lưu lượng .................................................................................18
1.3.4. Công trình/thiết bị đo mực nước ....................................................................18
KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 ........................................................................................20
CHƯƠNG 2. PHÂN TÍCH CÁC GIẢI PHÁP KỸ THUẬT THIẾT KẾ KÊNH
THƯỜNG GẶP .......................................................................................................21
2.1.

Kênh đất không gia cố ........................................................................................ 21

2.2.

Kênh gia cố............................................................................................................ 21

2.2.1. Các hình thức lát kênh....................................................................................21
2.2.2. Một số điều chú ý khi thiết kế lát kênh: .........................................................23
2.2.3. Điều kiện áp dụng ..........................................................................................24
iii


2.3.

3.4.3. Xác định mặt cắt yêu cầu, vận tốc dòng chảy trong kênh ............................. 50
3.4.4. Tính toán cấu kiện ......................................................................................... 50
3.5.

Ứng dụng tính toán cho kênh tưới Ngô Thôn, xã Xuân Lai ...................... 51

3.5.1. Thông số tính toán ......................................................................................... 51
3.5.2. Tính toán nội lực cấu kiện kênh .................................................................... 53
3.5.3. Tính toán kinh tế ........................................................................................... 63
3.6.

Kỹ thuật thi công và quản lý chất lượng công tác sản xuất, lắp đặt kênh ........ 67

3.6.1. Công tác đào đất ............................................................................................ 67
3.6.2. Công tác đổ đất đào ....................................................................................... 68
3.6.3. Chiều rộng lưu không để thi công kênh ........................................................ 68
3.6.4. Công tác đắp đất ............................................................................................ 68
3.6.5. Thi công cấu kiện bê tông đúc sẵn ................................................................ 69
3.6.6. Kiểm tra chất lượng thi công......................................................................... 70

iv


KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 ........................................................................................74
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................75
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................76

v




Đập đỉnh dài dạng gic giắc có 1 hoặc 2 cửa..........................................14

Hình 1-7.

Một số dạng đập tràn khác ....................................................................14

Hình 1-8.

Kết cấu của điều tiết dạng cửa lật Chiếu cạnh (trái) và chính diện

thượng lưu (phải).......................................................................................................15
Hình 1-9.

Cống điều tiết lưu lượng trên kênh chính Đông – Củ Chi (hệ thống Dầu

Tiếng)

...............................................................................................................16

Hình 1-10. Công trình chia nước theo tỷ lệ áp dụng cho các kênh có lưu lượng lớn ...... 17
Hình 1-11. Công trình chia nước theo tỷ lệ áp dụng cho kênh nội đồng ................17
Hình 1-12. Cống lấy nước với lưu lượng không đổi được lắp đặt trên đầu kênh cấp 2. . 18
Hình 1-13. Máng đo lưu lượng dạng Crump tại Kênh chính Yên Lập (trái) và
Kẻ Gỗ (phải) ............................................................................................... 18
Hình 1-14. Theo dõi mực nước bằng thủy trí ..........................................................19
Hình 1-15. Xác định mực nước bằng đầu đo siêu âm (sử dụng trong hệ thống SCADA)19
Hình 2-1.

Kênh đất không gia cố ..........................................................................21

Hình 2-9.

Bê tông đúc tại chỗ trên lớp màng chống thấm ....................................30

vii


Hình 2-10. Bảo vệ mái bằng đá lát khan trong khung BTCT................................. 31
Hình 2-11. Kênh bê tông lắp ghép bằng các đoạn kênh đúc sẵn mặt cắt parabol .. 31
Hình 3-1.

Hiện trạng công trình thủy lợi nội đồng tại khu mẫu Gia Bình ........... 46

Hình 3-2.

Sản phẩm Kênh mương bê tông cốt thép, bê tông cốt sợi thành mỏng

đúc sẵn

.............................................................................................................. 47

Hình 3-3.

Kênh mặt cắt chữ nhật .......................................................................... 48

Hình 3-4.

Kênh mặt cắt bán nguyệt ...................................................................... 48

Hình 3-5.

Hình 3-21. Biến dạng U z , U max = -7,681x10-6m .................................................... 61
Hình 3-22. Mặt cắt so sánh 2 phương án ................................................................ 64

viii


PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Tính đến nay, khoảng 80% trong bảy triệu hecta đất canh tác tại Việt Nam mà đa
phần trong số đó là diện tích trồng lúa đã được trang bị cơ sở hạ tầng thủy lợi. Các
hệ thống tưới tiêu đã đóng góp phần rất đáng kể trong việc tăng trưởng của ngành
nông nghiệp, đặc biệt là tăng sản lượng lương thực. Tuy nhiên trong thực tế, chỉ có
khoảng 50% diện tích canh tác trong các hệ thống thủy lợi được cấp nước một cách
tương đối đầy đủ. Phần còn lại thuộc diện không được tưới hoặc tưới bấp bênh, khi
có khi không. Thường trong một hệ thống tưới, phần diện tích ở đầu kênh nhận
được quá nhiều nước, dẫn đến lãng phí nước và gây ra xói mòn đất đai. Trong khi
đó ở cuối kênh lại không có nước, nông dân phải sử dụng biện pháp tưới thủ công,
lấy nước từ các kênh rạch tiêu hoặc các ao hồ, nguồn nước vừa thiếu vừa bị ô
nhiễm. Kết quả là năng suất cây trồng thấp và không ổn định, chi phí sản xuất tăng
lên làm giảm thu nhập của nông dân.
Có hai nguyên nhân chính của những tồn tại trên.
Về mặt kết cấu hạ tầng, các hệ thống thường được thiết kế để có thể vận hành với
toàn bộ công suất trong điều kiện nguồn nước dồi dào mà chưa xem xét đến việc
vận hành ở chế độ nguồn nước không đủ cung cấp nên rất khó vận hành một cách
linh hoạt trong mọi trường hợp. Hầu như tất cả các hệ thống tưới tại Việt Nam đều
được thiết kế theo kiểu kiểm soát lưu lượng bằng các cống điều tiết ngang với chế
độ chảy dưới cánh cống vận hành bằng thủ công. Kinh nghiệm trên thế giới cho
thấy các hệ thống cửa van loại này rất khó vận hành do lưu lượng nước không ổn
định; việc cung cấp nước không đồng đều và không đáng tin cậy. Ở các công trình
này, người vận hành không có khả năng điều chỉnh thường xuyên để đáp ứng những

kênh, cùng với việc thay đổi nhận thức về nước, coi nước là một loại hàng hóa và
tưới là một loại dịch vụ trong sản xuất nông nghiệp. Đầu tư vào các hệ thống tưới
hiện có vừa ít phức tạp về mặt kỹ thuật, yêu cầu kinh phí không lớn (so với xây
dựng mới) nhưng lại có tính ổn định và bền vững cao. Điều này càng có ý nghĩa
hơn vì như đã nói ở trên, ở Việt nam hiện nay, 80% đất canh tác nông nghiệp đã có
các hệ thống tưới nhưng các hệ thống này còn kém hiệu quả.
2


Ngày nay cùng với sự phát triển của đất nước, từng bước đưa đất nước phát triển
theo hướng công nghiệp hóa hiện đại hóa thì kênh dẫn nước các công trình thủy lợi
không chỉ phục vụ cho nông nghiệp, giao thông mà còn phục vụ cho công nghiệp,
du lịch và dân sinh. Với nhiệm vụ quan trọng phục vụ đa mục tiêu, nhằm nâng cao
chất lượng và hiệu quả phục vụ của hệ thống kênh mương, Bộ Nông nghiệp &
PTNT đã có các dự án kiên cố hóa kênh mương.
Bên cạnh hiệu quả của việc kiên cố kênh mang lại, cần phải nâng cao hơn nữa công
tác quản lý về thiết kế, thi công gia cố kênh bảo đảm hiệu quả, nâng cao về chất
lượng và mỹ thuật, công trình bền vững lâu dài.
Xuất phát từ thực tế trên, với những kiến thức chuyên môn tích lũy được trong quá
trình làm việc, học tập và nghiên cứu, tác giả chọn đề tài “Nghiên cứu lựa chọn
giải pháp kỹ thuật thiết kế kênh, áp dụng cho dự án ADB5 tỉnh Bắc Ninh” làm
luận văn thạc sĩ của mình.
2. Mục đích nghiên cứu của đề tài:
Nghiên cứu đánh giá các giải pháp kỹ thuật thiết kênh thường gặp, phân tích các ưu
nhược điểm, từ đó đề xuất giải pháp kỹ thuật thiết kế kênh phù hợp, áp dụng cho dự
án tăng cường quản lý thủy lợi và cải tạo các hệ thống thủy nông (ADB5) tỉnh Bắc
Ninh.
3. Phương pháp nghiên cứu:
Để thực hiện những nội dung nghiên cứu, luận văn sử dụng các phương pháp
nghiên cứu sau:

cải tạo các hệ thống thủy nông (ADB5) tỉnh Bắc Ninh.

4


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CHUNG VỀ HỆ THỐNG KÊNH
1.1. Đặc điểm, vai trò của kênh và hệ thống kênh
Kênh là đường dẫn nước hở hoặc kín được xây dựng để chuyển và cấp nước cho
các ngành dùng nước khác nhau.
Theo hình thức kết cấu, kênh được phân thành hai loại: kênh đất và kênh xây (gạch
xây, đá xây, bê tông...)
Theo đối tượng phục vụ, kênh được phân thành các loại: kênh dẫn nước phát điện,
kênh tưới, kênh tiêu, kênh vận tải, kênh phục vụ đa mục tiêu...
Theo vị trí tương đối với mặt bằng xung quanh: kênh nổi, kênh chìm, kênh nửa nổi
nửa chìm.
Theo mặt cắt ngang: kênh kín, kênh hở.
b)

a)

m=
2

h

h

b

2


b

b

b

m=3

e)

h

c)

b

Hình 1-1.

Một số hình dạng mặt cắt kênh

Theo Thông tư số 134/1999/TT-BNN-QLN ngày 25/9/1999 của Bộ Nông nghiệp và
PTNT hướng dẫn tổ chức việc thực hiện kiên cố hóa kênh mương thì kênh được
phân loại thành:
- Loại I: Kênh trục chính của những hệ thống lớn ở đồng bằng và một số hệ thống
quan trọng ở miền núi.
5


- Loại II: Kênh liên huyện, liên xã.

- Kênh mương giữ vai trò rất quan trọng giống như mạch máu nuôi cơ thể, kênh
mương làm nhiệm vụ dẫn nước từ các công trình đầu mối tưới tiêu cho ruộng vườn,
đồng thời cung cấp nước sinh hoạt cho người dân.
- Tăng diện tích canh tác cũng như mở ra khả năng tăng vụ nhờ chủ động về nước,
góp phần tích cực cho công tác cải tạo đất.
- Cung cấp nước cho những khu vực bị hạn chế về nước tưới tiêu cho nông nghiệp
đồng thời khắc phục được tình trạng khi thiếu mưa kéo dài và gây ra hiện tượng mất
mùa mà trước đây tình trạng này là phổ biến. Mặt khác nhờ có hệ thống kênh
7


mương cung cấp đủ nước cho đồng ruộng từ đó tạo ra khả năng tăng vụ, vì hệ số
quay vòng sử dụng đất tăng từ 1,3 lên đến 2-2,2 lần đặc biệt có nơi tăng lên đến 2,42,7 lần. Nhờ có nước tưới chủ động nhiều vùng đã sản xuất được 4 vụ. Trước đây
do hệ thống thuỷ lợi ở nước ta chưa phát triển thì lúa chỉ có hai vụ trong một năm.
Do hệ thống thuỷ lợi phát triển hơn trước nên thu hoạch trên 1 ha đã đạt tới 60-80
triệu đồng, trong khi nếu trồng lúa 2 vụ chỉ đạt trên dưới 10 triệu đồng. Hiện nay do
có sự quan tâm đầu tư một cách thích đáng của Đảng và Nhà nước từ đó tạo cho
ngành thuỷ lợi có sự phát triển đáng kể và góp phần vào vấn đề xoá đói giảm nghèo,
đồng thời cũng tạo ra một lượng lúa xuất khẩu lớn và hiện nay nước ta đang đứng
hàng thứ hai trên thế giới về xuất khẩu gạo…
- Tăng năng xuất cây trồng, tạo điều kiện thay đổi cơ cấu nông nghiệp, giống loài
cây trồng, vật nuôi, làm tăng giá trị tổng sản lượng của khu vực
- Cải thiện chất lượng môi trường và điều kiện sống của nhân dân nhất là những
vùng khó khăn về nguồn nước, tạo ra cảnh quan mới
- Tạo công ăn việc làm, góp phần nâng cao thu nhập cho nhân dân, giải quyết nhiều
vấn đề xã hội, khu vực do thiếu việc làm, do thu nhập thấp. Từ đó góp phần nâng
cao đời sống của nhân dân cũng như góp phần ổn định về kinh tế và chính trị trong
cả nước.
Tóm lại, kênh mương là hệ thống xương sống của thuỷ lợi, có vai trò vô cùng quan
trọng trong cuộc sống của nhân dân, tuy nó không mang lại lợi nhuận một cách trực

Hệ thống thủy lợi lớn nhất vùng đồng bằng Bắc Bộ là hệ thống thủy lợi Bắc Hưng
Hải, được xây dựng năm 1958.
Đồng bằng sông Cửu Long hiện có trên 15.000km kênh trục và kênh cấp I, gần
27.000km kênh cấp II và khoảng 50.000km kênh cấp III và nội đồng.
Hiện trạng công tác gia cố kênh:
1.2.1. Về công tác thiết kế
Các hệ thống kênh lớn được xây dựng từ những thập niên 70, 80, 90 của thế kỷ

9


trước. Một số hệ thống lớn được xây dựng từ thời kỳ Pháp thuộc. Hệ thống kênh
tưới chủ yếu là kênh đất. Trong khoảng 10 năm gần đây, kiên cố kênh mới được
đầu tư, phát triển mạnh.
Các tuyến kênh đất đi qua vùng địa chất xấu, mặt cắt không ổn định, bị sạt lở, bồi
lấp, co hẹp không dẫn được đủ lưu lượng thiết kế, nhiều diện tích tưới không được
tưới chủ động. Các công ty thủy nông phải tốn nhiều công sức và kinh phí để nạo
vét hàng năm.
- Công tác gia cố kênh:
+ Đối với các hệ thống kênh cũ: việc gia cố kênh thường được làm cho từng đợt,
phụ thuộc vào nguồn kinh phí; việc rà soát các khu tưới trong hệ thống, tính toán
thủy lực cho toàn hệ thống kênh thường ít được thực hiện dẫn đến thiết kế kênh, bố
trí công trình trên kênh còn chưa phù hợp.
+ Do đặc thù các kênh đang phục vục sản xuất, cấp nước sinh hoạt nên việc gia cố
kênh gặp nhiều khó khăn; biện pháp gia cố, biện pháp thi công phụ thuộc rất nhiều
vào thời gian cắt nước, điều kiện thi công...Giải pháp thiết kế kênh tại nhiều công
trình còn chưa phù hợp, ví dụ thiết kế đắp đất lòng kênh thu hẹp mặt cắt, trong vùng
khan hiếm về nguồn đất đắp, thi công trong điều kiện mùa mưa khó đạt dung trọng
thiết kế nên rất khó triển khai thi công.
+ Trong thiết kế gia cố kênh, do kinh phí hạn hẹp nên thường ít quan tâm đến quy

1.3.1. Công trình điều tiết mực nước
1.3.1.1. Cống điều tiết dùng cửa van phẳng
Hình thức kết cấu: đây là dạng cống hở, đóng mở bằng cửa van phẳng, chảy dưới
cửa van.
Nguyên lý hoạt động: dùng cửa van phẳng để điều tiết mực nước hoặc lưu lượng.
Đây là dạng cống điều tiết thường thấy ở các hệ thống tưới hiện có ở Việt nam hiện
nay. Đa số được vận hành bằng thủ công quay tay nên việc đóng mở khá vất vả.

11


1.3.1.2. Tràn đỉnh dài
Đập tràn đỉnh dài có khả năng duy trì mực nước tương đối ổn định mặc dù lưu
lượng chuyển qua có thể thay đổi lớn.
Hình thức kết cấu: Tràn đỉnh dài là loại tràn chảy trên, có chiều dài tràn qua nước
lớn hơn (có thể là một số lần) chiều rộng của kênh.
Nguyên lý vận hành: Điều tiết tự động mực nước thượng lưu tràn và giữ cho mực
nước này thay đổi trong phạm vi cho phép theo yêu cầu. Do chiều dài lớn nên cho
dù lưu lượng trong kênh thay đổi lớn thì cột nước tràn cũng chỉ thay đổi ít nên có
thể duy trì mực nước thượng lưu tràn ổn định. Như vậy sẽ duy trì mực nước trong
khoang giữa 2 điều tiết ổn định dẫn đến lưu lượng lấy qua các cống lấy nước vào
kênh cấp dưới cũng ổn định.
Các loại tràn đỉnh dài:
- Loại không có cửa cống: Loại này thường áp dụng cho các kênh cấp dưới sau
kênh chính và kênh mặt ruộng với chiều rộng và chiều sâu nước nhỏ, nước ít phù
sa, dễ dàng nạo vét.

Hình 1-4.

Điều tiết dạng đập tràn đỉnh dài không cửa


Một số dạng đập tràn khác

Các dạng này nên áp dụng cho các kênh phân phối nước ở cấp mặt ruộng (từ cấp 3
trở xuống) với mặt cắt kênh nhỏ, dễ nạo vét, không cần điều tiết về lưu lượng mà
chỉ quan tâm đến duy trì mực nước.
14


1.3.1.3. Cống điều tiết dạng cửa lật (Flap gate)
Điều kiện áp dụng: phù hợp cho điều tiết mực nước có độ sâu từ 1,0m trở xuống.
Dòng chảy qua cửa cống phải ở dạng chảy tự do. Mực nước hạ lưu không được
ngập đáy cửa cửa lật.
Ưu điểm: Kết cấu đơn giản nếu được thiết kế, chế tạo chính xác. Cống có thể được
lắp đặt trong vòng 2 tiếng đồng hồ, vận hành và bảo dưỡng đơn giản.
Nhược điểm: i) việc lắp đặt kết cấu đòi hỏi phải rất chính xác; ii) khó áp dụng cho
kênh có chiều sâu nước lớn trên 1,0m.

Hình 1-8.

Kết cấu của điều tiết dạng cửa lật Chiếu cạnh (trái) và chính diện
thượng lưu (phải)

1.3.2. Công trình điều tiết lưu lượng
1.3.2.1. Cống điều tiết có cửa van phẳng chảy dưới cửa cống
Kết cấu: Các công trình điều tiết lưu lượng có cửa van phẳng, chảy dưới cửa cống,
điều tiết đóng mở bằng thủ công hay bằng điện.
Ưu điểm của dạng cống điều tiết này là ít nhạy cảm về lưu lượng đối với các thay
đổi của mực nước trên kênh.
Nhược điểm: khi lưu lượng trong kênh thay đổi thì thường có mực nước trước cống

lớn

Hình 1-11.

Công trình chia nước theo tỷ lệ áp dụng cho kênh nội đồng

1.3.2.3. Cống lấy nước với lưu lượng không đổi (Baffle distributor)
Nguyên lý hoạt động: Là dạng công trình điều tiết lưu lượng giữ cho lưu lượng qua
cống ít thay đổi (ổn định) mặc dù mực nước trước cống có thể thay đổi rất lớn. Kết
quả nghiên cứu trên thế giới cho thấy lưu lượng qua cống chỉ thay đổi ± 5% khi
mực nước thay đổi từ mực nước min tới mực nước max.
Ưu điểm: Kết cấu đơn giản, vận hành và bảo dưỡng dễ dàng. Luôn đảm bảo lưu
lượng đã định trước theo kế hoạch cho dù mực nước trên kênh cấp trên có thay đổi.
Nó giúp tiết kiệm thời gian của người vận hành. Kết cấu này có thể áp dụng để thay
thế cho các cống lấy nước có cửa van phẳng như hiện nay.
Nhược điểm: Yêu cầu về chế tạo và lắp đặt phải hết sức chính xác. Hiện tại ở Việt
nam chưa có cơ sở sản xuất.
17