Thạc Sĩ Nghiên cứu cơ chế nước hồi quy và vai trò của nó đối với hiệu quả sử dụng hệ thống thủy nông Cầu Sơn

LUẬN VĂN THẠC SỸ
NĂM 2014

MỤC LỤC

4T MỞ ĐẦU 4T 1
4T CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ SỬ DỤNG NƯỚC HỒI QUY TRÊN CÁC HỆ
THỐNG THỦY NÔNG 5
4T 1.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới 4T . 6
4T 1.2. Tình hình nghiên cứu ở trong nước 4T 15
4T CHƯƠNG 2. ĐẶC ĐIỂM KHU VỰC NGHIÊN CỨU 19
4T 2.1. Đặc điểm tự nhiên 4T 20
4T 2.1.1 Vị trí địa lý 4T . 20
4T 2.1.2 Đặc điểm địa hình 4T . 21
4T 2.1.3 Điều kiện khí tượng, thuỷ văn 4T 22
4T 2.2. Đặc điểm kinh tế, xã hội 4T 25
4T 2.2.1 Dân số và lao động 4T . 25
4T 2.2.2 Hiện trạng phát triển nông nghiệp 4T . 26
4T 2.2.3. Hiện trạng các nghành kinh tế khác 4T 28
4T 2.3. Phương hướng phát triển kinh tế 4T . 30
4T 2.3.1. Phương hướng phát triển nông nghiệp, lâm nghiệp và thủy sản 4T . 30
4T 2.3.2. Phương hướng phát triển các ngành công nghiệp – xây dựng 4T . 31
4T 2.3.3. Phương hướng phát triển các ngành dịch vụ 4T 31
4T 2.4. Hiện trạng hệ thống công trình thủy lợi 4T 32
4T 2.4.1. Hồ Cấm Sơn 4T 32
4T 2.4.2 Đập Cầu Sơn 4T 33
4T 2.4.3 Cống lấy nước Cầu Sơn cũ 4T . 34
4T 2.4.4 Cống lấy nước Cầu Sơn mới 4T 34
4T 2.4.5 Cống Quan Hiển Giữa 4T . 34
4T 2.4.6 Cống Quan Hiển Đông 4T . 34
4T 2.4.7 Cống Quan Hiển Tây 4T . 34
4T 2.4.8 Trạm bơm Bảo Sơn 4T . 35

4T 2.4.9 Hồ Cây Đa 4T . 35
4T 2.4.10 Hồ Suối Nứa 4T 35
4T 2.4.11 Hiện trạng hệ thống kênh Cầu Sơn 4T 36
4T CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH NHU CẦU NƯỚC MẶT RUỘNG . 41
4T 3.1. Thí nghiệm xác định nhu cầu nước tại mặt ruộng 4T 41
4T 3.1.1. Mục đích thí nghiệm 4T . 41
4T 3.1.2. Thí nghiệm xác định các thông số trong phương trình cân bằng nước 4T . 41
4T 3.1.3. Cơ sở nghiên cứu và công thức thí nghiệm 4T 42
4T 3.2. Nhu cầu nước mặt ruộng 4T . 47
4T CHƯƠNG 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
4T 4.1. Khảo sát hiện trạng vận hành, đo đạc lưu lượng đầu vào, đầu ra trên hệ
thống thủy nông 4T . 48
4T 4.1.1. Khảo sát hiện trạng hệ thống 4T . 48
4T 4.1.2. Đo đạc các thông số trên hệ thống 4T 49
4T 4.1.3. Kết quả đo lưu lượng trên kênh chính và đầu ra của hệ thống 4T . 54
4T 4.2. Sử dụng nước và sử dụng nước hồi quy trên hệ thống 4T . 61
4T 4.2.1. Khảo sát sử dụng nước hồi quy trên hệ thống 4T . 61
4T 4.2.2. Sử dụng nước trên hệ thống 4T 61
4T 4.2.3. Loại hình nước hồi quy 4T . 62
4T 4.2.4. Sử dụng nước hồi quy trên hệ thống 4T . 63
4T 4.3. Đánh giá hiệu quả hệ thống 4T . 66
4T 4.3.1. Cơ sở đánh giá hiệu quả hệ thống 4T . 66
4T 4.3.2. Tính toán hiệu quả sử dụng nước của hệ thống 4T 67
4T KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4T 70
4T TÀI LIỆU THAM KHẢO 4T 73



DANH MỤC BẢNG BIỂU

4TU Bảng 2.1 Nhiệt độ trung bình, lớn nhất, nhỏ nhất bình quân tháng trạm Hữu Lũng
(oC) U4T 23
4TU Bảng 2.2 Độ ẩm không khí trung bình tháng (%) U4T 23
4TU Bảng 2.3 Bốc hơi trung bình tháng (mm) (Đo bằng ống Piche) U4T 23
4TU Bảng 2.4 Đặc trưng tốc độ gió trung bình và lớn nhất nhiểu năm (m/s) U4T 24
4TU Bảng 2.5 Tổng số giờ nắng trung bình tháng nhiều năm trạm Bắc Giang (giờ) U4T . 24
4TU Bảng 2.6 Lượng mưa ngày thiết kế tần suất 75% (mm) U4T . 25
4TU Bảng 2.7 Thông số về cơ cấu cây trồng và thời vụ cây trồng U4T . 27
4TU Bảng 2.8 Năng suất một số cây trồng chủ yếu như sau U4T 27
4TU Bảng 2.9 Thống kê số lượng gia súc, gia cầm trong vùng nghiên cứu (con) U4T . 28
4TU Bảng 2.10. Hệ thống kênh tưới hồ Suối Nứa U4T 36
4TU Bảng 2.11. Thống kê kênh chính trên hệ thống thuỷ nông Cầu Sơn U4T 37
4TU Bảng 3.1: Mật độ cấy theo phương pháp Truyền thống (DT) U4T 42
4TU Bảng 3.2. Tổng hợp chế độ tưới áp dụng trong khu thí nghiệm U4T . 43
4TU Bảng 3.3. Tổng hợp lượng nước tiêu thụ (ET + P), lượng nước ngấm và bốc thoát
hơi nước trong thời kỳ có nước trên ruộng (mm/ngày) U4T 47
4TU Bảng 4.1. Kết quả đo lưu lượng tại cửa ra của hệ thống (Ngòi Mân) U4T . 60
4TU Bảng 4.2. Diện tích tưới phân theo đơn vị quản lý U4T . 62
4TU Bảng 4.3. Bảng tổng hợp diện tích các trạm bơm lấy nước hồi quy để tưới U4T 64
4TU Bảng 4.4. Lượng nước sử dụng khi chưa tính đến diện tích sử dụng nước hồi quy U4T . 67
4TU Bảng 4.5. Lượng nước sử dụng khi tính đến diện tích sử dụng nước hồi quy U4T 67








DANH MỤC HÌNH ẢNH

4TU Hình 1.1. Không có nước hồi quy U4T . 5
4TU Hình 1.2. Có nước hồi quy U4T 6
4TU Hình 1.3. Quá trình dòng chảy đến và dòng hồi quy theo các tháng U4T 7
4TU Hình 1.4. Mô phỏng các thành phần cân bằng nước U4T . 9
4TU Hình 1.5. Cấu trúc của mô hình RRMOD U4T . 10
4TU Hình 1.6. Cấu trúc của mô hình SSARR U4T . 13
4TU Hình 1.7. Cấu trúc mô hình TANK U4T . 15
4TU Hình 2.1. Vị trí vùng nghiên cứu U4T 20
4TU Hình 2.2 Hồ chứa nước Cấm Sơn U4T . 32
4TU Hình 3.1. Khu vực nghiên cứu U4T 41
4TU Hình 3.2. Hình thức vận động của nước trên ruộng lúa U4T 43
4TU Hình 3.3. Cân bằng nước mặt ruộng U4T . 44
4TU Hình 3.4. Bố trí nghiệm xác định nhu cầu nước cho Lúa U4T . 45
4TU Hình 3.5. Sơ đồ mực nước hao hàng ngày U4T 45
4TU Hình 3.6. Sơ đồ theo dõi, tính toán thấm U4T 46
4TU Hình 4.1. Máy đo lưu tốc U4T 50
4TU Hình 4.2. Sơ đồ bố trí điểm đo tại một mặt cắt kênh hình thang U4T 53
4TU Hình 4.4. Quá trình lưu lượng dọc tuyến kênh Bảo Sơn U4T . 54
4TU Hình 4.6. Quá trình lưu lượng dọc tuyến kênh Tây U4T 55
4TU Hình 4.8. Quá trình lưu lượng dọc tuyến kênh Giữa U4T 57
4TU Hình 4.10. Quá trình lưu lượng dọc tuyến kênh Yên Lại U4T . 58
4TU Hình 4.11. Bản đồ đo lưu lượng nước trên hệ thống U4T 59
4TU Hình 4.12. Trạm bơm Văn Sơn sử dụng nước hồi quy hoàn toàn U4T 62
4TU Hình 4.13 Trạm bơm Chợ Xa lấy nước hồi quy một phần U4T . 63
4TU Hình 4.14. Bản đồ phân vùng tưới hệ thống Cầu Sơn - Cấm Sơn U4T 64
4TU Hình 4.15. Bản đồ phân vùng nước hồi quy và các trạm bơm lấy nước hồi quy U4T . 65
4TU Hình 4.16: Mô tả sử dụng nước trong hệ thống U4T 66
4TU Hình 4.17. Mô phỏng dòng chảy mặt tại hệ thống Cầu Sơn - Cấm Sơn U4T . 68


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

KTCTTL: Khai thác công trình thủy lợi
BĐKH : Biến đổi khí hậu
WB : World Bank (Ngân hàng thế giới)
WTO : World Trade Organization (Tổ chức thương mại thế giới)
BTCT : Bê tông cốt thép
MNDBT : Mực nước dâng bình thường
MNC : Mực nước chết

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
P C, từ năm 1956 – 2005 tăng
0,64 P
0
P C (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
P C (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
ninh lương thực quốc gia (Đào Xuân Học, 2009).
Ngoài ra, sự phát triển của các ngành kinh tế ồ ạt trong những năm qua dẫn
đến nhu cầu nước cho các ngành kinh tế ngày càng tăng, lượng nước sử dụng cho
nông nghiệp không còn được đảm bảo đầy đủ. Tác động của công tác quản lý khai
thác nguồn nước một cách không hợp lý dẫn đến nguồn nước mặt, nước ngầm dần
cạn kiệt.
Mặt khác, dưới sức ép của sự gia tăng dân số cũng như quá trình hội nhập với
khu vực và thế giới của nước ta được bắt đầu từ giữa thập kỷ 80 của thế kỷ trước và
2

nhất là từ khi gia nhập WTO thì nhu cầu về lương thực ngày càng tăng phục vụ cho
nhu cầu trong nước và xuất khẩu. Nước ta đang phấn đấu đến năm 2020 cơ bản trở
thành nước công nghiệp. Do vậy, các chuyên gia dự báo, những năm tới nhu cầu đất
phi nông nghiệp tiếp tục tăng, diện tích đất trồng lúa bị chuyển đổi mục đích sử
dụng sẽ rất lớn nếu không được bảo vệ. Các nhà khoa học cho rằng, phải kiểm soát
chặt chẽ quỹ đất nông nghiệp, đặc biệt là đất trồng lúa để vừa đảm bảo việc làm cho
nông dân, đảm bảo an ninh lương thực quốc gia.
Những luận giải trên cho thấy, sản xuất nông nghiệp ở nước ta đang đứng
trước những khó khăn không nhỏ khi phải đảm bảo một lượng lương thực lớn trong
điều kiện thiếu quỹ đất nông nghiệp, đặc biệt là nguồn nước hạn chế. Trong bối
cảnh như vậy, cần xây dựng những phương án sử dụng nguồn nước một cách hiệu
quả, nâng cao năng suất đất và nước. Xây dựng quy trình tưới tiết kiệm nước tại mặt
ruộng, quy trình vận hành hệ thống thủy nông và đặc biệt phải xem xét vấn đề nước
hồi quy của hệ thống để có phương án sử dụng nước hiệu quả hơn. Do vậy “Nghiên
cứu cơ chế nước hồi quy và vai trò của nó đới với hiệu quả sử dụng nước hệ
thống thủy nông Cầu Sơn - Cấm Sơn” là cần thiết.
II. Mục tiêu của đề tài
Mục tiêu cơ bản của đề tài là xác định cơ chế, lượng nước hồi quy nhằm đánh
giá hiệu quả sử dụng nước của hệ thống thủy nông Cầu Sơn - Cấm Sơn
III. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
U 3.1. 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.
U 3.2. Phương pháp nghiên cứu.
1. Phương pháp điều tra, khảo sát thu thập tài liệu liên quan
Điều tra hiện trạng hệ thống công trình thủy lợi khu vực nghiên cứu (thông số
kỹ thuật, hiện trạng làm việc, khả năng đáp ứng .), các đối tượng liên quan (cấp
nước, cơ sở hạ tầng .) vấn đề tồn tại và yêu cầu của hệ thống. Việc kết hợp đồng
thời những phương pháp thông dụng trong việc thu thập thông tin là hết sức cần
thiết để có được một ngân hàng dữ liệu hoàn chỉnh phục vụ cho những bước nghiên
cứu tiếp theo của đề tài.
4

2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm hiện trường
Nghiên cứu thực nghiệm hiện trường có thể nói là phương pháp chính xác nhất
vì nó mang tính thực tiễn cao. Do vậy, đề tài sẽ bố trí các vùng nghiên cứu hiện
trường và tiến hành đo đạc các thông số tính toán (mực nước, lưu lượng .)
3. Phương pháp tính toán cân bằng nước
Sử dụng các phương pháp tính toán cân bằng nước tại mặt ruộng và hệ thống.
Cân bằng nước cho một vùng được xác định theo không gian và thời gian, được tính
toán bằng dòng vào và dòng ra. Các thông số đo đạc thực nghiệm sẽ là các nhân tố
trong phương trình cân bằng nước.
IV. Kết quả dự kiến đạt được
Xác định được cơ chế, lượng nước hồi quy và vai trò của sử dụng nước hồi
quy đến hiệu quả sử dụng nước của hệ thống thủy nông Cầu Sơn - Cấm Sơn.