Giáo trình quy hoạch và thiết kế hệ thống thủy lợi - Chương 6

Chia sẻ: Nguyen Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:75

Thêm vào BST

Báo xấu

125
lượt xem 30
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Phương pháp tưới và công nghệ tưới 6.1. Khái quát chung Trong tính toán chế độ tưới chúng ta đã xác định được mức tưới mỗi lần, thời gian tưới, số lần tưới và mức tưới toàn vụ. Đó là 4 yếu tố cơ bản của chế độ tưới để tạo điều kiện phát triển của cây trồng cho năng suất cao. Để thực hiện các yếu tố này một cách chính xác ta phải xét đến phương pháp tưới và công nghệ tưới tức phương thức đưa nước và phân phối nước tới tận mặt ruộng cung cấp cho cây...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình quy hoạch và thiết kế hệ thống thủy lợi - Chương 6

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.