Xem mẫu
- 157
Ch−¬ng 6 - Ph−¬ng ph¸p t−íi vµ c«ng nghÖ t−íi
Ch−¬ng 6
Ph−¬ng ph¸p t−íi vμ c«ng nghÖ t−íi
6.1. Kh¸i qu¸t chung
Trong tÝnh to¸n chÕ ®é t−íi chóng ta ®· x¸c ®Þnh ®−îc møc t−íi mçi lÇn, thêi gian
t−íi, sè lÇn t−íi vµ møc t−íi toµn vô. §ã lµ 4 yÕu tè c¬ b¶n cña chÕ ®é t−íi ®Ó t¹o ®iÒu kiÖn
ph¸t triÓn cña c©y trång cho n¨ng suÊt cao. §Ó thùc hiÖn c¸c yÕu tè nµy mét c¸ch chÝnh x¸c
ta ph¶i xÐt ®Õn ph−¬ng ph¸p t−íi vµ c«ng nghÖ t−íi tøc ph−¬ng thøc ®−a n−íc vµ ph©n phèi
n−íc tíi tËn mÆt ruéng cung cÊp cho c©y trång.
• Ph−¬ng ph¸p vµ c«ng nghÖ t−íi cÇn ph¶i tho¶ m·n c¸c yªu cÇu sau:
- B¶o ®¶m cung cÊp n−íc theo ®óng chÕ ®é t−íi quy ®Þnh ph©n bè ®ång ®Òu trªn diÖn
tÝch t−íi.
- Cã hÖ sè sö dông n−íc cao.
- T¹o ®iÒu kiÖn thùc hiÖn vµ phèi hîp tèt víi c¸c biÖn ph¸p canh t¸c kh¸c.
- N©ng cao n¨ng suÊt t−íi trªn ®ång ruéng.
- Cã t¸c dông c¶i t¹o ®Êt, kh«ng g©y ra xãi mßn, mÆn ho¸ khu ®Êt t−íi .
- C«ng tr×nh vµ c¸c thiÕt bÞ t−íi ph¶i ®¬n gi¶n, dÔ qu¶n lý, diÖn tÝch chiÕm ®Êt Ýt, chi
phÝ ®Çu t− vµ qu¶n lý khai th¸c thÊp vµ kh«ng g©y ¶nh h−ëng xÊu ®Õn m«i tr−êng.
• Dùa theo ph−¬ng thøc dÉn n−íc vµ ph©n phèi n−íc, ng−êi ta chia ra c¸c ph−¬ng ph¸p
t−íi sau:
- Ph−¬ng ph¸p mÆt ®Êt: T−íi ngËp, t−íi d¶i vµ t−íi r·nh.
- Ph−¬ng ph¸p t−íi phun m−a.
- Ph−¬ng ph¸p t−íi nhá giät.
- Ph−¬ng ph¸p t−íi ngÇm.
• Sù lùa chän c¸c ph−¬ng ph¸p t−íi phô thuéc vµo c¸c yÕu tè sau:
- Lo¹i c©y trång vµ kü thuËt canh t¸c;
- §Þa h×nh, tÝnh chÊt ®Êt ®ai khu t−íi;
- Kh¶ n¨ng cung cÊp vµ chÊt l−îng cña nguån n−íc;
- Tr×nh ®é c¬ giíi ho¸ vµ c«ng nghiÖp ho¸;
- §iÒu kiÖn cung cÊp n¨ng l−îng, thiÕt bÞ t−íi;
- Tr×nh ®é khoa häc, kü thuËt cña c¸n bé, c«ng nh©n qu¶n lý t−íi.
- 158 Quy ho¹ch vµ thiÕt kÕ hÖ thèng thñy lîi
6.2. Ph−¬ng ph¸p t−íi mÆt ®Êt
T−íi mÆt ®Êt lµ ph−¬ng ph¸p ®−a n−íc t−íi tõ c¸c kªnh dÉn ®Æt ë ®Çu ruéng vµo trùc
tiÕp mÆt ®Êt cña c¸nh ®ång råi ngÊm xuèng biÕn thµnh n−íc trong ®Êt, n−íc t−íi ®−îc ph©n
phèi ®Õn c©y trång ë c¸c d¹ng t−íi ngËp, t−íi theo r·nh vµ t−íi theo d¶i.
6.2.1. T−íi ngËp cho lóa
Lµ h×nh thøc cung cÊp ®Ó lu«n lu«n gi÷ mét líp n−íc trªn mÆt ruéng theo yªu cÇu sinh
tr−ëng ph¸t triÓn cña c¸c c©y trång, chñ yÕu lµ lóa n−íc.
1. ¦u vµ nh−îc ®iÓm
a) ¦u ®iÓm
- §iÒu hoµ ®−îc nhiÖt ®é trong ruéng lóa;
- K×m h·m sù ph¸t triÓn cña cá d¹i;
- Gi¶m ®−îc nång ®é c¸c chÊt cã h¹i.
b) Nh−îc ®iÓm
- §é tho¸ng khÝ cña ®Êt kÐm;
- Lµm gi¶m ®é ph× cña ®Êt;
- DÔ g©y ra tr«i ®Êt;
- Tèn nhiÒu n−íc, g©y trë ng¹i cho c¬ giíi ho¸.
2. Yªu cÇu cña ph−¬ng ph¸p t−íi ngËp
- Duy tr× líp n−íc thÝch hîp trªn ruéng lóa theo c«ng thøc t−íi t¨ng s¶n;
- B¶o ®¶m ®−îc c¸c chÊt dinh d−ìng vµ ph©n bãn kh«ng bÞ röa tr«i, ®Êt kh«ng bÞ xãi
mßn, nhiÔm chua mÆn;
- B¶o ®¶m líp n−íc ®−îc ph©n bè ®Òu, kh«ng t−íi trµn lan;
- HÖ sè sö dông ruéng ®Êt cao, tiÕt kiÖm n−íc t−íi, gi¸ thµnh x©y dùng vµ qu¶n lý rÎ;
- MÆt ruéng ®−îc t−íi ph¶i t−¬ng ®èi b»ng ph¼ng ®Ó ®é s©u mùc n−íc t−¬ng ®èi ®ång
®Òu trªn kh¾p thöa ruéng;
- Ph¶i bè trÝ ®Çy ®ñ c¸c c«ng tr×nh ®iÒu tiÕt n−íc mÆt ruéng.
3. H×nh thøc bè trÝ vµ kÝch th−íc « ruéng t−íi ngËp (h×nh 6.1)
4. H×nh d¹ng vµ kÝch th−íc
a) H×nh d¹ng: ¤ ruéng cã h×nh ch÷ nhËt lµ tèt nhÊt
b) KÝch th−íc: Th−êng lµ 0,25 ÷ 0,30 ha (100 × 25 m hoÆc 100 × 30 m)
- ChiÒu dµi « ruéng theo kho¶ng c¸ch gi÷a kªnh t−íi vµ kªnh tiªu cè ®Þnh cÊp nhá nhÊt
trªn hÖ thèng.
- ChiÒu réng phô thuéc ®iÒu kiÖn ®Þa h×nh vµ ®iÒu kiÖn c¬ giíi ho¸.
- 159
Ch−¬ng 6 - Ph−¬ng ph¸p t−íi vµ c«ng nghÖ t−íi
H×nh 6.1: H×nh thøc bè trÝ thöa ruéng
a) Bè trÝ th«ng nhau; b) Bè trÝ cöa ®éc lËp
H×nh 6.2: MÆt c¾t A-A
- §é dèc i th−êng b»ng 0,001 ÷ 0,0005.
ChiÒu réng a ®−îc x¸c ®Þnh theo:
h 2 − h1 0,5h 0
a= ≈ (6.1)
i i
L−u l−îng cÇn lÊy vµo « ruéng ®Ó t¹o thµnh líp n−íc mÆt ruéng:
ω
( )
Q= h 0 + K t t , (m3/h) (6.2)
t
trong ®ã:
ω - diÖn tÝch « ruéng (m2);
K t - tèc ®é ngÊm b×nh qu©n (m/h);
t - thêi gian lÊy n−íc (h).
6.2.2. T−íi theo d¶i
1. Môc ®Ých vµ ®iÒu kiÖn ¸p dông
T−íi d¶i lµ h×nh thøc ph©n phèi n−íc cho c©y trång theo dßng ch¶y trµn trªn d¶i t−íi.
MÆt ruéng ®−îc chia thµnh tõng « nhá (gäi lµ d¶i ruéng) ®−îc ng¨n c¸ch bëi c¸c bê d¶i,
- 160 Quy ho¹ch vµ thiÕt kÕ hÖ thèng thñy lîi
n−íc ch¶y trµn trªn mÆt ruéng tõ ®Çu d¶i ®Õn cuèi d¶i. Qu¸ tr×nh ch¶y, n−íc sÏ ngÊm xuèng
tÇng rÔ c©y vµ cung cÊp n−íc cho c©y trång. T−íi d¶i ®−îc ¸p dông ®èi víi c©y trång kh«ng
theo hµng nh− cá, lóa m×, m¹...
2. S¬ ®å cÊu t¹o
H×nh 6.3: S¬ ®å cÊu t¹o
3. Ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n c¸c kü thuËt t−íi d¶i theo dßng æn ®Þnh [1]
Môc ®Ých tÝnh to¸n lµ x¸c ®Þnh c¸c th«ng sè cña kü thuËt t−íi nh»m tho¶ m·n c¸c yªu
cÇu t−íi. C¸c th«ng sè ®ã lµ l−u l−îng lÊy vµo ®Çu d¶i, thêi gian t−íi, chiÒu dµi d¶i t−íi vµ
chiÒu dµi dßng ch¶y trªn d¶i khi më n−íc t−íi.
Trong thêi gian n−íc ch¶y tõ ®Çu d¶i xuèng cuèi d¶i, ®ång thêi n−íc còng ngÊm
xuèng tÇng ®Êt. Khi ngÊm ®Õn cuèi d¶i th× n−íc trªn d¶i còng võa hÕt. V× vËy trong t−íi d¶i
ph¶i ®¶m b¶o c¸c yªu cÇu kü thuËt sau:
- Trong thêi gian t−íi quy ®Þnh n−íc ph¶i ngÊm hÕt xuèng ®Êt.
- §é Èm ë ®Çu d¶i vµ cuèi d¶i ph¶i xÊp xØ b»ng nhau.
- Cã tèc ®é n−íc ch¶y trong d¶i thÝch hîp kh«ng lµm xãi lë mÆt d¶i ®ång thêi ph¶i cã
trÞ sè thÝch hîp so víi tèc ®é ngÊm hót cña ®Êt ®Ó tr¸nh l·ng phÝ n−íc.
- §é Èm trong tÇng ®Êt nu«i c©y ph¶i ®¹t ®é Èm thÝch hîp.
- L−îng n−íc ngÊm trong thêi gian tÝnh to¸n ph¶i b»ng l−îng n−íc yªu cÇu trong thêi
gian ®ã.
§Ó cã thÓ ®¶m b¶o nh÷ng yªu cÇu trªn, ngoµi ®iÒu kiÖn vÒ ®é dèc ph¶i tho¶ m·n
i = 0,0005 ÷ 0,02 chóng ta ph¶i x¸c ®Þnh ®−îc nh÷ng trÞ sè thÝch hîp cña nh÷ng yÕu tè kü
thuËt trong t−íi d¶i nh−:
- 161
Ch−¬ng 6 - Ph−¬ng ph¸p t−íi vµ c«ng nghÖ t−íi
1. ChiÒu dµi cña d¶i l;
2. ChiÒu dµi lÊy n−íc X;
3. L−u l−îng lÊy vµo ®Çu d¶i q0;
4. Tèc ®é n−íc ch¶y trong d¶i V;
5. Thêi gian lÊy n−íc vµo d¶i t.
Trong thùc tÕ ®Ó x¸c ®Þnh ®−îc c¸c trÞ sè thÝch hîp tõ c¸c ®iÒu kiÖn ban ®Çu nh−: Møc
t−íi, ®iÒu kiÖn ®Þa h×nh, ®Þa chÊt… Chóng ta ph¶i th«ng qua thÝ nghiÖm hoÆc tæng kÕt tµi
liÖu nhiÒu n¨m tõ c¸c khu ®· thùc hiÖn t−íi d¶i.
a) S¬ ®å vµ c¸c gi¶ thiÕt tÝnh to¸n
H×nh 6.4: S¬ ®å tÝnh
C¾t mÆt c¾t theo chiÒu dµi cña d¶i vµ xÐt víi 1m chiÒu réng cña d¶i ta cã s¬ ®å nh−
h×nh 6.4 víi c¸c gi¶ thiÕt:
- Dßng ch¶y trong d¶i lµ æn ®Þnh;
- Líp n−íc mÆt ruéng rÊt nhá so víi chiÒu dµi d¶i l.
Dùa vµo s¬ ®å trªn, chóng ta sÏ nghiªn cøu c¸c yÕu tè dßng ch¶y trªn d¶i ®Ó tõ ®ã rót
ra c¸c ®¹i l−îng cÇn x¸c ®Þnh.
b) TÝnh to¸n cô thÓ
• X¸c ®Þnh ph−¬ng tr×nh ®−êng mÆt n−íc trªn d¶i
XÐt mÆt c¾t c¸ch ®Çu d¶i mét ®o¹n lµ x nµo ®Êy, tèc ®é dßng ch¶y t¹i mÆt c¾t nµy cã
thÓ x¸c ®Þnh theo dßng ch¶y ®Òu:
Vx = C1 RJ
trong ®ã:
C1 - hÖ sè tèc ®é (hÖ sè Sªzi);
R - b¸n kÝnh thuû lùc;
J - ®é dèc thuû lùc.
- 162 Quy ho¹ch vµ thiÕt kÕ hÖ thèng thñy lîi
Trªn mÆt ®Êt, hÖ sè C1 cã thÓ x¸c ®Þnh theo c«ng thøc cña Bazanh:
87 R
C1 =
γ+ R
trong ®ã :
γ - ®é gå ghÒ cña mÆt d¶i, γ thay ®æi theo møc ®é canh t¸c vµ lo¹i c©y trång. Theo kinh
nghiÖm γ = 1,5 ÷ 4,0;
R - b¸n kÝnh thuû lùc:
ω by
R= = , v× y
- 163
Ch−¬ng 6 - Ph−¬ng ph¸p t−íi vµ c«ng nghÖ t−íi
Hai vÕ cña ph−¬ng tr×nh cã dÊu ng−îc nhau lµ v× x vµ y thay ®æi ng−îc chiÒu nhau, khi
x t¨ng th× y gi¶m.
MÆt kh¸c, l−îng WngÊm nµy cã thÓ x¸c ®Þnh ®−îc theo c«ng thøc:
nK 0
WngÊm = dx
tα
trong ®ã:
K0 - tèc ®é ngÊm hót b×nh qu©n cña ®Êt trong ®¬n vÞ thêi gian thø nhÊt;
t - thêi gian, tÝnh tõ khi b¾t ®Çu lÊy n−íc vµo d¶i;
α - sè mò, phô thuéc vµo tÝnh chÊt cña ®Êt vµ ®é Èm trong ®Êt;
n - hÖ sè hiÖu chØnh ¶nh h−ëng cña n−íc ngËp trªn mÆt ®Êt ®èi víi tèc ®é ngÊm hót cña
®Êt, do n−íc ngËp, mét phÇn cÊu t−îng cña ®Êt bÞ ph¸ vì nªn tèc ®é ngÊm hót cã
lín lªn mét Ýt n > 1.
nK 0
−2Cydy =
Do vËy: dx
tα
TÝch ph©n hai vÕ cña ph−¬ng tr×nh trªn ta cã:
nK 0
Cy 2 = − x + C'
tα
Khi x = 0 th× y = h ⇒ C’ = Ch2.
Do ®ã l−u l−îng t¹i ®Çu d¶i:
q0 = Ch2
Thay C’ vµo ta ®−îc:
nK 0
Cy 2 = − x + Ch 2
α
t
t α Ch 2 − nK 0 x nK nK
⇒ y= = h 2 − α 0 x = h 1 − 2 0α x
α
tC tC Ch t
Mµ Ch2 = q0 nªn ta cã ph−¬ng tr×nh ®−êng mÆt n−íc trªn d¶i:
nK 0
y = h 1− x
q0tα
• ChiÒu dµi lÊy n−íc trªn d¶i
§Ó tiÕt kiÖm n−íc ng−êi ta th−êng ®ãng cèng ngõng lÊy n−íc tr−íc khi n−íc ch¶y tíi
cuèi d¶i, t¹i mÆt c¾t c¸ch ®Çu d¶i mét ®o¹n X, líp n−íc y = 0. Do ®ã:
- 164 Quy ho¹ch vµ thiÕt kÕ hÖ thèng thñy lîi
nK 0
y = h 1− X =0
q0tα
nK 0 q
X = 0 ⇒ X = 0 tα
⇔1 − α
nK 0
q0t
Tõ ®©y còng cã thÓ suy ra l−u l−îng lÊy vµo ®Çu d¶i vµ thêi gian lÊy n−íc vµo d¶i (thêi
gian më cèng lÊy n−íc vµo d¶i):
nK 0 nK
q0 = X= α 1 X
t (1 − α )
α
t
nK 0 nK1
tα = X=
vµ: X
q 0 (1 − α )
q0
• X¸c ®Þnh chiÒu dµi d¶i l
Sau thêi ®iÓm t, trªn d¶i cßn mét líp n−íc, líp n−íc nµy sÏ ch¶y tiÕp xuèng cuèi d¶i
®Ó t−íi thªm cho mét ®o¹n d¶i nµo ®ã. B©y giê chóng ta ph¶i x¸c ®Þnh chiÒu dµi cña d¶i
thÝch hîp ®Ó triÖt ®Ó lîi dông võa hÕt l−îng n−íc ®ã.
Gäi l−îng n−íc cßn l¹i trªn d¶i lµ μhX;
24
μ - hÖ sè h×nh d¹ng ®−êng mÆt n−íc, th−êng μ = ÷;
35
h - chiÒu s©u líp n−íc ®Çu d¶i;
X - chiÒu dµi lÊy n−íc.
Mét phÇn l−îng n−íc ®ã sÏ ngÊm xuèng ®o¹n X vµ cã thÓ tÝnh b»ng:
nK1 X
t′
W= (*)
tα
x
2
t ′ - thêi gian ®Ó n−íc tiÕp tôc ch¶y hÕt ®o¹n X sau khi ngõng lÊy n−íc vµo d¶i
x
K1
= K t - hÖ sè ngÊm hót t¹i thêi ®iÓm t, ë ®©y coi tèc ®é ngÊm hót b×nh qu©n trong
tα
thêi gian t ′ b»ng tèc ®é ngÊm hót ë thêi ®iÓm t nh−ng trong thùc tÕ sÏ nhá h¬n
x
mét chót.
X 2X Ch
t′ = = víi - tèc ®é dßng ch¶y b×nh qu©n.
x
Ch Ch 2
2
Thay vµo c«ng thøc (*) ta cã:
- 165
Ch−¬ng 6 - Ph−¬ng ph¸p t−íi vµ c«ng nghÖ t−íi
q (1 − α)X
nK1X 2
nK1 X nK1 X 2
t′ = α
W= = =0
tα
x
nK1X
2 t Ch Ch
Ch
q 0 (1 − α)
Ch 2 (1 − α )X
W= = h(1 − α)X
Ch
L−îng n−íc cßn l¹i tiÕp tôc ch¶y vÒ cuèi ®Ó ngÊm trªn ®o¹n (l - X) sÏ lµ:
μhX − (1 − α)hX = hX(μ − 1 + α)
L−îng n−íc nµy ph¶i ®¶m b¶o ®ñ l−îng n−íc t−íi cho ®o¹n (l - X) theo quy ®Þnh:
(l − X)m = hX((μ − 1 + α) víi m lµ møc t−íi
2
NÕu μ = th×:
3
⎛2 ⎞ ⎛ 1⎞
(l − X)m = hX ⎜ − 1 + α ⎟ = hX ⎜ α − ⎟
⎝3 ⎠ ⎝ 3⎠
Chia c¶ hai vÕ cho X ta ®−îc:
⎛l ⎞ ⎛ 1⎞
⎜ X − 1⎟ m = h ⎜ α − 3 ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
h⎛ 1⎞
l
⇔ = ⎜α − ⎟ +1
X m⎝ 3⎠
⎡ 1 ⎞⎤
⎛
l = X ⎢1 + mh ⎜ α − ⎟ ⎥
ChiÒu dµi d¶i:
⎝ 3 ⎠⎦
⎣
• X¸c ®Þnh thêi gian lÊy n−íc vµo d¶i t
Thêi gian lÊy n−íc t theo nguyªn lý c©n b»ng n−íc b¶o ®¶m l−îng n−íc t−íi cho d¶i
cã chiÒu dµi l
ml
ml = q0t ⇒ t =
q0
MÆt kh¸c thêi gian lÊy n−íc t còng ph¶i b¶o ®¶m sao cho l−îng n−íc ngÊm ë 1 ®¬n vÞ
diÖn tÝch ë ®Çu d¶i kh«ng v−ît qu¸ møc t−íi m:
1
⎡ m(1 − α) ⎤ 1−α
K
m = 1 t1−α 1.1 ⇒ t = ⎢ ⎥
1− α ⎣ K1 ⎦
• X¸c ®Þnh l−u l−îng lÊy vµo ®Çu d¶i q0
- Theo yªu cÇu b¶o ®¶m kh«ng xãi lë ë ®Çu d¶i:
- 166 Quy ho¹ch vµ thiÕt kÕ hÖ thèng thñy lîi
q0
≤ [ V ]kx ⇒ q0 = [V]kxh
V=
h
[V]kx - tèc ®é cho phÐp kh«ng xãi trªn d¶i, [V]kx = 0,1÷ 0,2 m/s.
- Theo yªu cÇu b¶o ®¶m n¨ng suÊt t−íi cao, l−îng n−íc c«ng nh©n t−íi mçi ca:
mΩ
W
W = mΩ ⇒ q = = , m3/s
3600t 3600t
m - møc t−íi;
Ω - diÖn tÝch t−íi;
t - sè giê lµm viÖc.
Trªn ®©y lµ c¸ch x¸c ®Þnh c¸c yÕu tè cña kü thuËt t−íi d¶i (l, X, t, q0 vµ V). Dùa theo
lý thuyÕt cña kü thuËt t−íi d¶i, vËn dông c¸c c«ng thøc:
nK 0
y = h 1− x
q0tα
q0 α
X= t
nK 0
⎡ 1 ⎞⎤
⎛
l = X ⎢1 + mh ⎜ α − ⎟ ⎥
⎝ 3 ⎠⎦
⎣
1
⎡ m(1 − α) ⎤ 1−α
ml
t= vµ t = ⎢ ⎥
⎣ K1 ⎦
q0
mΩ
q0 = [V]kxh vµ q =
3600t
KÕt hîp víi c¸c tµi liÖu thiÕt kÕ vÒ møc t−íi, c¸c hÖ sè tÝnh to¸n ®· ®−îc x¸c ®Þnh b»ng
thÝ nghiÖm (μ, X, n, K0) ®Æc tr−ng C vµ tr¹ng th¸i mÆt ®Êt cña d¶i, ta cã thÓ x¸c ®Þnh ®−îc
c¸c yÕu tè c¬ b¶n cña kü thuËt t−íi d¶i.
4. Ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n t−íi d¶i theo dßng kh«ng æn ®Þnh [35]
Ng−îc l¹i, víi ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n t−íi d¶i theo dßng kh«ng æn ®Þnh th× c¸c yÕu tè
dßng ch¶y trªn d¶i ®Òu thay ®æi theo thêi gian nh− l−u tèc, l−u l−îng, mùc n−íc, cã nghÜa
lµ q, v, h = f(t). V× vËy viÖc diÔn to¸n phøc t¹p h¬n. Ph−¬ng ph¸p nµy do Gi¸o s− ng−êi
Ên §é ®Ò xuÊt.
a) Gi¶ thiÕt tÝnh to¸n
- Quy luËt thÊm trªn d¶i tu©n theo §Þnh luËt Horton.
- Dßng ch¶y trªn d¶i kh«ng bÞ ¶nh h−ëng cña n−íc ngo¹i lai.
- 167
Ch−¬ng 6 - Ph−¬ng ph¸p t−íi vµ c«ng nghÖ t−íi
b) C¬ së tÝnh to¸n
d - chiÒu cao trung b×nh ®−êng mÆt n−íc ts - gi¸ trÞ cña t t¹i x(t) = s
dx
s - gi¸ trÞ cña x t¹i t = ts x'(ts) = t¹i t = ts
dt
H×nh 6.5: S¬ ®å tÝnh to¸n
Dùa trªn c¬ së c©n b»ng dßng ch¶y trªn ®¬n vÞ chiÒu dµi d¶i t−íi ®Ó thiÕt lËp ph−¬ng
tr×nh c¬ b¶n.
c) Ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n
Ph−¬ng tr×nh c©n b»ng dßng ch¶y cho 1 ®¬n vÞ chiÒu réng cña d¶i nh− sau:
x
qt = dx + ∫ yds (6.3)
0
dx - l−îng n−íc trªn mÆt;
x
∫ yds - l−îng n−íc thÊm xuèng ®Êt.
0
x t
∫ yds = ∫ y(t − t s )x '(t s )dt s
mµ: (6.4)
0 0
Do ®ã ph−¬ng tr×nh (6.3) viÕt thµnh:
t
qt = dx + ∫ y(t − t s )x '(t s )dt s (6.5)
0
Theo ®Þnh nghÜa vÒ biÕn ®æi Laplace th×:
∞
L {y(t)} = ∫ e −st y(t)dt = f(s)
0
{f(s)} = y(t)
−1
v×: L
Theo lý thuyÕt Faltung ta cã:
nÕu L {F(t)} = f(s) ⎪
⎫ L
th× L−1 {f(s)g(s)} = ∫ F(λ)G(t − λ )dλ
⎬ (6.6)
L {G(t)} = g(s) ⎪
vµ ⎭ 0
G(t − λ ) vµ F(λ ) t−¬ng øng víi y(t - ts) vµ x'(ts) cña ph−¬ng tr×nh (6.5).
- 168 Quy ho¹ch vµ thiÕt kÕ hÖ thèng thñy lîi
Thùc hiÖn phÐp biÕn ®æi Laplace cña ph−¬ng tr×nh (6.5) vµ sö dông hÖ thøc (6.6) ta cã:
q
= d.L {x} + L {x '} .L {y}
s2
Víi ®iÒu kiÖn ban ®Çu x(0) = 0 ph−¬ng tr×nh trªn trë thµnh:
q
= d.L {x} + sL {x} .L {y}
s2
q
= L{x}[d + sL{y}]
hoÆc:
s2
q q
L {x} = 2
Tõ ®ã rót ra: =
s ⎡ d + sL {y}⎤ ⎡ ds + s3 L {y}⎤
2
⎣ ⎦ ⎣ ⎦
⎡ ⎤
x 1
= L−1 ⎢ 3 3 ⎥
hoÆc: (6.7)
⎢ ds + s L {y} ⎥
q ⎣ ⎦
MÆt kh¸c ph−¬ng tr×nh dßng thÊm ®−îc x¸c ®Þnh theo hµm sè Horton:
y = atα + b víi 0 ≤ α < 1; t ≠ 0 (6.8)
Thùc hiÖn sù biÕn ®æi Laplace ®èi víi ph−¬ng tr×nh (6.8) ta cã:
a.Γ(α + 1) b
L {y} = + (6.9)
sα+1 s
∞
Ta biÕt hµm Γ(x) = Π(x − 1) = ∫ e− t t x −1dt
0
⎧ ⎫
⎪ ⎪
⎪ ⎪
x 1
= L−1 ⎨ ⎬
Thay vµo (6.7) ta cã:
⎪ s3 ⎧ a.Γ(α + 1) + b ⎫ + ds2 ⎪
q
⎨ ⎬
⎪ ⎩ sα+1 ⎪
s⎭
⎩ ⎭
NÕu ®Æt K = aΓ(α + 1) th× hÖ thøc trªn sÏ cã:
⎧ ⎫
x 1
= L−1 ⎨ 2 −α 2⎬
(6.10)
⎩ Ks + (b + d)s ⎭
q
§Ó cã thÓ ®¬n gi¶n cho viÖc ¸p dông tÝnh to¸n ta ph©n tÝch mét sè tr−êng hîp sau:
Tr−êng hîp 1: Khi gi¸ trÞ t bÐ
K
§Æt β = . Khi ®ã:
b+d
⎡ ⎤
⎢ ⎥
1 1 1 1
(1 + β s− α )−1
=
=⎢ ⎥
2 −α
Ks + (b + d)s K −α (b + d)s (b + d)s2
2 2
⎢1 + s⎥
⎣ b+d ⎦
∞
1
(−βs−α )n
2∑
=
(b + d)s n =o
- 169
Ch−¬ng 6 - Ph−¬ng ph¸p t−íi vµ c«ng nghÖ t−íi
∞
1 1
§èi víi s > β1 / α : n − (nα+ 2)
= ∑ (−β) s
2 −α
(b + d) n =o
Ks + (b + d)s 2
Thay vµo (6.10) ta cã:
(βt α )n
∞ ∞
x 1 1
−1 n − (nα+ 2)
= L ∑ (−β) s = ∑ (6.11)
q (b + d) (b + d) n =0 Γ(nα + 2)
n =o
x
Ta sÏ tÝnh hÖ thøc (6.11) trªn m¸y vi tÝnh, tÝnh gi¸ trÞ n ®Õn mét gi¸ trÞ nµo ®ã khi
q
x
æn ®Þnh th× dõng. Cã ta sÏ x¸c ®Þnh ®−îc x.
q
Tr−êng hîp 2: Khi gi¸ trÞ t lín, khi ®ã sÏ biÕn ®æi:
⎡ ⎤
⎢ ⎥
( ) ( )
−1
1 1 1 1 1 n
⎥ = 2−α 1 + β−1sα −β−1sα
⎢
= 2−α = 2 −α ∑
2 −α
⎢ 1 + ⎛ b + d ⎞ sα ⎥ Ks
+ (b + d)s 2
Ks Ks Ks
⎢ ⎜K⎟ ⎥
⎣⎝ ⎠⎦
1∞
1 1
§èi víi s < β1 / α : = ∑ (−β−1 )n 2 −(n +1)α
[ ]
2 −α
Ks + (b + d)s 2
K n =o s
thay vµo (6.10) ta sÏ cã:
1 ∞ t[ ]1−(n +1) α
(−β−1 )n
x 1 −1 ∞ 1
= L ∑ (−β−1 )n 2 −(n +1)α = ∑
] K n =o Γ [ 2 − (n + 1)α ]
s[
qK n =o
∞ t[ ]
1−(n +1) α
(−β−1 )n − t ∞ (−βt α )− n
x 1
= =
∑ ∑ (6.12)
q β(b + d) n =o Γ [ 2 − (n + 1)α ] b + d n =o Γ [ 2 − nα ]
HÖ thøc nµy còng tÝnh trªn m¸y vi tÝnh nh− hÖ thøc (6.11).
¸p dông sè: X¸c ®Þnh x cho 2 tr−êng hîp
- Tr−êng hîp 1:
q = 2880 cm3/phót-cm; a = 2,7;
d = 2,345 cm; b = 0,142;
α = 0,49.
t = 26 phót;
KÕt qu¶ tÝnh ®−îc x = 66,17m.
- Tr−êng hîp 2:
q = 1600 cm3/phót-cm; a = 0,84;
d = 8 cm; b = 0,63;
α = 0,55.
t = 54 phót;
KÕt qu¶ tÝnh ®−îc x = 65,34m.
- 170 Quy ho¹ch vµ thiÕt kÕ hÖ thèng thñy lîi
START
NhËp sè liÖu: a, b, α, d, T(i) (i = 1, 2, 3,..., L)
i=1
n = 0, s(i) = 0 ⇒ TÝnh P
s(i) = s(i) + P
n=n+1
P theo n, γ
n < 20
TÝnh x(i)
i=i+1
§
i < 90
S
In T(i), x(i)
STOP
H×nh 6.6: S¬ ®å khèi tÝnh chiÒu dµi d¶i t−íi (hÖ thøc 6.11)
- 171
Ch−¬ng 6 - Ph−¬ng ph¸p t−íi vµ c«ng nghÖ t−íi
B¶ng 6.1 - KÕt qu¶ thÝ nghiÖm vÒ quan hÖ c¸c yÕu tè t−íi d¶i
§é dèc cña d¶i
K1
0,002 ÷ 0,005 0,005 ÷ 0,010 0,010 ÷ 0,020
< 0,002
Lo¹i ®Êt
(cm/h)
l (m) Q (l/s) l (m) Q (l/s) l (m) Q (l/s) l (m) Q (l/s)
§Êt c¸t hoÆc
40 ÷ 60 7 ÷ 6 60 ÷ 70 6÷5 60 ÷ 90 5÷4 70 ÷ 60 4÷3
> 15
thÞt pha sÐt nhÑ
ThÞt pha c¸t
10 ÷ 15 50 ÷ 70 7 ÷ 6 60 ÷ 80 6÷5 80 ÷ 100 5÷4 80 ÷ 70 4÷3
hoÆc thÞt pha
sÐt nhÑ
5 ÷ 10 60 ÷ 80 6 ÷ 5 70 ÷ 90 5÷4 90 ÷ 130 4÷3 110 ÷ 90
ThÞt pha sÐt 3
70 ÷ 90 5 ÷ 4 80 ÷ 100 4 ÷ 3 100 ÷ 150 120 ÷ 100
§Êt sÐt
- 172 Quy ho¹ch vµ thiÕt kÕ hÖ thèng thñy lîi
3. S¬ ®å cÊu t¹o
H×nh 6.7 - ThÊm n−íc tõ r·nh theo h−íng ®øng vµ bªn
H×nh 6.8 - S¬ ®å t−íi
4. Ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n c¸c yÕu tè kü thuËt t−íi r∙nh theo dßng æn ®Þnh
a) Tr−êng hîp r·nh hë
Còng nh− trong t−íi d¶i, x¸c ®Þnh yÕu tè kü thuËt t−íi r·nh bao gåm:
1. ChiÒu dµi lÊy n−íc X;
2. ChiÒu dµi r·nh l;
3. L−u l−îng lÊy vµo r·nh q0;
4. Thêi gian lÊy n−íc t.
- 173
Ch−¬ng 6 - Ph−¬ng ph¸p t−íi vµ c«ng nghÖ t−íi
Còng víi gi¶ thiÕt dßng ch¶y trong r·nh lµ æn ®Þnh, chóng ta cã s¬ ®å tÝnh vµ ph−¬ng
ph¸p lËp luËn sau:
• Ph−¬ng tr×nh ®−êng mÆt n−íc trong r·nh
MÆt c¾t ngang cña r·nh cã thÓ lµ mÆt h×nh thang hoÆc tam gi¸c.
XÐt tr−êng hîp mÆt c¾t h×nh thang, l−u tèc dßng ch¶y ®−îc x¸c ®Þnh theo hÖ thøc cña
dßng ch¶y ®Òu:
y
y - dy
x x + dx
Tèc ®é dßng ch¶y trong r·nh t¹i mÆt c¾t x nµo ®ã:
Vx = C1 RJ
C1 - hÖ sè tèc ®é;
R - b¸n kÝnh thñy lùc;
J - ®é dèc thñy lùc (®é dèc cña r·nh).
87 R
C1 =
Theo Bazanh th×:
γ+ R
R
- 174 Quy ho¹ch vµ thiÕt kÕ hÖ thèng thñy lîi
CF 2
F
qx = C F=
Nh− vËy:
P P
T¹i mét mÆt c¾t bÊt kú nµo ®ã trªn r·nh, chu vi −ít vµ diÖn tÝch mÆt c¾t −ít cã thÓ tÝnh
theo c¸c c«ng thøc sau:
F = by P = λb
b - bÒ réng b×nh qu©n cña mÆt c¾t r·nh;
b y
y - ®é s©u líp n−íc trong r·nh t¹i mÆt
c¾t ®ã.
)
(
y
λ = 1+ 2 1 + m2 − m
b
m - hÖ sè m¸i cña r·nh
2
Cb y 2 Cb 2
qx = =
VËy: y
λ
λb
C
Vx = by
λ
T−¬ng tù, l−u l−îng qua mÆt c¾t x + dx lµ qx + dx:
Cb
( y − dy )2
q x + dx =
λ
Sù biÕn thiªn l−u l−îng gi÷a mÆt c¾t x vµ x + dx chÝnh b»ng l−u l−îng ngÊm vµo th©n
luèng vµ ®¸y r·nh trªn ®o¹n dx:
Cb ⎡
( y − dy ) − y2 ⎤
2
Δq = q x + dx − q x =
⎣ ⎦
λ
nK
Cb
Δq = − 2 ydy = α 0 bλ 0 dx (*)
λ t
)
(
y
λo = 1 + 2 γ 1 + m2 − m
Víi:
b
γ - hÖ sè hiÖu chØnh cã kÓ ®Õn ¶nh h−ëng ngÊm mao qu¶n ë bê kªnh, tÝnh chÊt mao
qu¶n tèt th× γ lín vµ ng−îc l¹i, th−êng γ = 1,5 ÷ 2,5.
Nh− vËy ph−¬ng tr×nh c©n b»ng n−íc (*) cã thÓ viÕt thµnh:
nK
C
b2 ydy = − α 0 λ 0 bdx (**)
λ t
TÝch ph©n hai vÕ ph−¬ng tr×nh (*) ta ®−îc:
- 175
Ch−¬ng 6 - Ph−¬ng ph¸p t−íi vµ c«ng nghÖ t−íi
nK
Cb
∫ 2ydy = − t α 0 bλ 0 ∫ dx
λ
nK
Cb 2
⇔ y = − α 0 bλ 0 x + C '
λ t
Khi x = 0 th× y = h (chiÒu s©u mùc n−íc ë ®Çu r·nh). Do ®ã:
Cb 2
h = C'
λ
VËy ph−¬ng tr×nh ®−êng mÆt n−íc trªn r·nh:
nK
Cb 2
(y − h 2 ) = − α 0 bλ 0 x
λ t
nK
C2
⇔ (y − h 2 ) = − α 0 λ 0 x
λ t
• ChiÒu dµi lÊy n−íc
Khi ngõng lÊy n−íc vµo r·nh (®ãng cèng) th× t¹i mÆt c¾t x cã x = X vµ y = 0:
Ch 2 t α
C 2 nK 0
h = α λ0X ⇒ X =
λ λλ 0 nK 0
t
• ChiÒu dµi r·nh
Khi ngõng lÊy n−íc vµo r·nh th× trªn ®o¹n X cßn mét l−îng n−íc lµ μ b hX (μ lµ hÖ sè
h×nh d¹ng ®−êng mÆt n−íc trªn r·nh). Mét phÇn l−îng n−íc nµy sÏ ngÊm trªn ®o¹n X, phÇn
cßn l¹i ch¶y xuèng phÝa d−íi ®o¹n X. §Ó triÖt ®Ó lîi dông l−îng n−íc nµy, chiÒu dµi cña
r·nh l cÇn ph¶i dµi h¬n chiÒu dµi lÊy n−íc X mét ®o¹n (l - X) nhÊt ®Þnh sao cho l−îng n−íc
ch¶y xuèng ngÊm hÕt vµo ®o¹n (l - X) vµ ®ñ cung cÊp n−íc cho ®o¹n ®ã theo møc t−íi ®·
quy ®Þnh.
NÕu gäi kho¶ng c¸ch gi÷a hai r·nh lµ a th× l−îng n−íc cÇn cung cÊp cho r·nh sÏ lµ alm
vµ l−îng n−íc cÇn cung cÊp cho ®o¹n cuèi (l - X) lµ (l - X)am.
L−îng n−íc cÇn cho ®o¹n (l - X) nµy sÏ ph¶i b»ng l−îng n−íc cßn l¹i trong r·nh khi
®ãng cèng sau khi ®· ngÊm xuèng ®o¹n X.
T−¬ng tù nh− t−íi d¶i ta cã:
(l - X) am = (μ − 1 + α) b hX
l hb
(μ − 1 + α )
= 1+
X ma
- 176 Quy ho¹ch vµ thiÕt kÕ hÖ thèng thñy lîi
• Thêi gian lÊy n−íc vµo r·nh
Thêi gian lÊy n−íc vµo r·nh t ®−îc x¸c ®Þnh sao cho trong thêi gian t ®ã víi l−u l−îng
q ®· ®Þnh, cã thÓ lÊy ®ñ l−îng n−íc cÇn thiÕt vµo r·nh ®Ó t−íi ®ñ cho diÖn tÝch luèng gi÷a
hai r·nh nh»m ®¶m b¶o møc t−íi m ®· quy ®Þnh:
m la
mla = qt ⇒ t =
q
MÆt kh¸c thêi gian lÊy n−íc t còng cÇn ®−îc khèng chÕ ®Ó ®¶m b¶o kh«ng v−ît qu¸
møc t−íi ë ®Çu r·nh:
1
⎛ ma ⎞1−α
t =⎜ ⎟
⎝ λ0K0 ⎠
a) Tr−êng hîp t−íi r·nh kÝn
Trong kü thuËt t−íi r·nh chñ yÕu n¾m ch¾c: ChiÒu dµi r·nh vµ l−u l−îng th¸o vµo r·nh.
ChiÒu dµi vµ l−u l−îng lÊy vµo r·nh cã quan hÖ víi ®Þa h×nh, ®é dèc vµ tÝnh thÊm cña ®Êt.
§èi víi r·nh kÝn, sau khi cho n−íc vµo r·nh, trong qu¸ tr×nh ngÊm xuèng ®Êt, sau khi
ngõng lÊy n−íc, mét bé phËn n−íc sÏ tr÷ l¹i vµ dÇn dÇn ngÊm hÕt.
Quan hÖ gi÷a c¸c yÕu tè cÇn ph¶i tho¶ m·n ®iÒu kiÖn sau:
- C©n b»ng gi÷a l−îng n−íc t−íi vµ l−îng n−íc ngÊm:
( )
mal = bh + χ 0 K t t l (6.14)
trong ®ã:
K1
K t = K 0 t − α vµ K 0 =
1− α
h - ®é s©u líp n−íc trung b×nh trong r·nh.
χ 0 = b + 2 γh 1 + ϕ2 víi γ = 1,5 ÷ 2,5
( )
ma = bh + χ 0 K t t
hoÆc: (6.15)
ma − bh
t=
vµ thêi gian t−íi t: (6.16)
χ0 K t
- Quan hÖ gi÷a chiÒu dµi víi ®é dèc vµ mùc n−íc trong r·nh:
h 2 − h1
l= (6.17)
i
h1, h2 - ®é s©u ®Çu vµ cuèi r·nh khi ngõng lÊy n−íc.
nguon tai.lieu . vn
