Bộ giáo dục và đào tạo

Bộ nông nghiệp và ptnt

Tr-ờng đại học thuỷ lợi
----------

Trần việt dũng

Nghiên cứu cơ chế nước hồi quy và vai
trò của nó đối với hiệu quả sử dụng
nước hệ thống thuỷ nông cầu sơn - cấm
sơn

Chuyên ngành: Quy hoạch và Quản lý tài nguyên nước
MÃ số: 60.62.30

luận văn thạc sĩ
Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS ĐOàN DO·N TUÊN

Hµ néi – 2012


LỜI CẢM ƠN

Luận văn này được hoàn thành ngoài sự nỗ lực của bản thân tác giả, trong suốt
quá trình học tập và thực hiện luận văn tác giả luôn được sự quan tâm, hỗ trợ, giúp
đỡ, chỉ bảo của các thầy giáo, cô giáo ở trường Đại học thủy lợi, bạn bè, đồng
nghiệp trong cơ quan, các ban ngành, đơn vị ở địa phương nơi có địa điểm nghiên
cứu.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS. Đồn Dỗn Tuấn đã tận

tình hướng dẫn, giúp đỡ trong suốt quá trình làm luận văn tốt nghiệp;
Xin cảm ơn các thầy giáo, cô giáo trong khoa Kỹ thuật Tài nguyên nước và
Trường Đại học Thủy lợi, các bạn học viên cao học đã giúp đỡ tác giả trong suốt
quá trình học tập và làm luận văn;
Xin cảm ơn tập thể cán bộ Trung tâm Tư vấn PIM thuộc Viện Khoa học thủy
lợi Việt Nam, đặc biệt là nhóm thực hiện đề tài cấp Nhà nước “Nghiên cứu ứng
dụng các giải pháp khoa học cơng nghệ phịng chống hạn hán phục vụ phát triển
nông nghiệp bền vững ở các tỉnh miền núi phía Bắc”, Cơng ty Khai thác cơng trình
thủy lợi Cầu Sơn - Cấm Sơn, xã Đức Giang - Huyện Yên Dũng đã tạo điều kiện
giúp đỡ, chia sẻ thông tin và ý kiến quý báu cho tác giả trong quá trình làm luận
văn;
Xin cảm ơn những người thân yêu trong gia đình và bạn bè đã động viên giúp
đỡ trong suốt q trình học tập và hồn thành luận văn.
Trân trọng cảm ơn !
Hà nội, ngày 28 tháng 05 năm 2012

Trần Việt Dũng


LỜI CAM ĐOAN

Đề tài này được triển khai nghiên cứu và hoàn
thành với sự nỗ lực của bản thân. Tác giả cam
đoan, cơng trình nghiên cứu này là của riêng mình.
Các số liệu và kết quả của luận văn là trung thực và
không lặp lại bất kỳ công bố nào trước đây.
Hà nội, tháng 5 năm 2012
Tác giả

Trần Việt Dũng



MỤC LỤC

MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1
T
4

T
4

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ SỬ DỤNG NƯỚC HỒI QUY TRÊN CÁC HỆ
T
4

THỐNG THỦY NƠNG ............................................................................................5
1.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới ...................................................................6
T
4

T
4

1.2. Tình hình nghiên cứu ở trong nước................................................................15
T
4

T
4


CHƯƠNG 2. ĐẶC ĐIỂM KHU VỰC NGHIÊN CỨU........................................19
T
4

2.1. Đặc điểm tự nhiên ............................................................................................20
T
4

T
4

2.1.1 Vị trí địa lý .......................................................................................................20
T
4

T
4

2.1.2 Đặc điểm địa hình ...........................................................................................21
T
4

T
4

2.1.3 Điều kiện khí tượng, thuỷ văn..........................................................................22
T
4

T

4

2.2. Đặc điểm kinh tế, xã hội ..................................................................................25
T
4

T
4

2.2.1 Dân số và lao động ...........................................................................................25
T
4

T
4

2.2.2 Hiện trạng phát triển nông nghiệp...................................................................26
T
4

T
4

2.2.3. Hiện trạng các nghành kinh tế khác ................................................................28
T
4

T
4


2.3. Phương hướng phát triển kinh tế ...................................................................30
T
4

T
4

2.3.1. Phương hướng phát triển nông nghiệp, lâm nghiệp và thủy sản.....................30
T
4

T
4

2.3.2. Phương hướng phát triển các ngành công nghiệp – xây dựng .......................31
T
4

T
4

2.3.3. Phương hướng phát triển các ngành dịch vụ..................................................31
T
4

T
4

2.4. Hiện trạng hệ thống cơng trình thủy lợi ........................................................32
T

4

T
4

2.4.1. Hồ Cấm Sơn ....................................................................................................32
T
4

T
4

2.4.2 Đập Cầu Sơn ....................................................................................................33
T
4

T
4

2.4.3 Cống lấy nước Cầu Sơn cũ...............................................................................34
T
4

T
4

2.4.4 Cống lấy nước Cầu Sơn mới ............................................................................34
T
4


T
4

2.4.5 Cống Quan Hiển Giữa .....................................................................................34
T
4

T
4

2.4.6 Cống Quan Hiển Đông .....................................................................................34
T
4

T
4

2.4.7 Cống Quan Hiển Tây .......................................................................................34
T
4

T
4

2.4.8 Trạm bơm Bảo Sơn .........................................................................................35
T
4

T
4



2.4.9 Hồ Cây Đa .......................................................................................................35
T
4

T
4

2.4.10 Hồ Suối Nứa ..................................................................................................35
T
4

T
4

2.4.11 Hiện trạng hệ thống kênh Cầu Sơn ................................................................36
T
4

T
4

CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH NHU CẦU NƯỚC MẶT RUỘNG .41
T
4

3.1. Thí nghiệm xác định nhu cầu nước tại mặt ruộng ........................................41
T
4


T
4

3.1.1. Mục đích thí nghiệm .......................................................................................41
T
4

T
4

3.1.2. Thí nghiệm xác định các thơng số trong phương trình cân bằng nước ...........41
T
4

T
4

3.1.3. Cơ sở nghiên cứu và cơng thức thí nghiệm....................................................42
T
4

T
4

3.2. Nhu cầu nước mặt ruộng .................................................................................47
T
4

T

4

CHƯƠNG 4. NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ NƯỚC HỒI QUY VÀ VAI TRỊ
T
4

CỦA NĨ ĐỐI VỚI HIỆU QUẢ SỬ DỤNG NƯỚC HỆ THỐNG CẦU SƠN CẤM SƠN ................................................................................................................48
4.1. Khảo sát hiện trạng vận hành, đo đạc lưu lượng đầu vào, đầu ra trên hệ
T
4

thống thủy nông .......................................................................................................48
T
4

4.1.1. Khảo sát hiện trạng hệ thống ...........................................................................48
T
4

T
4

4.1.2. Đo đạc các thông số trên hệ thống ..................................................................49
T
4

T
4

4.1.3. Kết quả đo lưu lượng trên kênh chính và đầu ra của hệ thống .......................54

T
4

T
4

4.2. Sử dụng nước và sử dụng nước hồi quy trên hệ thống .................................61
T
4

T
4

4.2.1. Khảo sát sử dụng nước hồi quy trên hệ thống.................................................61
T
4

T
4

4.2.2. Sử dụng nước trên hệ thống ............................................................................61
T
4

T
4

4.2.3. Loại hình nước hồi quy ...................................................................................62
T
4


T
4

4.2.4. Sử dụng nước hồi quy trên hệ thống ...............................................................63
T
4

T
4

4.3. Đánh giá hiệu quả hệ thống .............................................................................66
T
4

T
4

4.3.1. Cơ sở đánh giá hiệu quả hệ thống ...................................................................66
T
4

T
4

4.3.2. Tính tốn hiệu quả sử dụng nước của hệ thống ..............................................67
T
4

T

4

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................70
T
4

T
4

TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................73
T
4

T
4


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1 Nhiệt độ trung bình, lớn nhất, nhỏ nhất bình quân tháng trạm Hữu Lũng
TU
4

(oC)............................................................................................................................23
T
4
U

Bảng 2.2 Độ ẩm khơng khí trung bình tháng (%) ....................................................23
TU
4


T
4
U

Bảng 2.3 Bốc hơi trung bình tháng (mm) (Đo bằng ống Piche) ..............................23
Bảng 2.4 Đặc trưng tốc độ gió trung bình và lớn nhất nhiểu năm (m/s) ................24
Bảng 2.5 Tổng số giờ nắng trung bình tháng nhiều năm trạm Bắc Giang (giờ) .....24
TU
4

T
4
U

TU
4

T
4
U

TU
4

T
4
U

Bảng 2.6 Lượng mưa ngày thiết kế tần suất 75% (mm) .......................................25

Bảng 2.7 Thông số về cơ cấu cây trồng và thời vụ cây trồng ...................................27
TU
4

T
4
U

TU
4

T
4
U

Bảng 2.8 Năng suất một số cây trồng chủ yếu như sau ............................................27
Bảng 2.9 Thống kê số lượng gia súc, gia cầm trong vùng nghiên cứu (con) ...........28
Bảng 2.10. Hệ thống kênh tưới hồ Suối Nứa ............................................................36
Bảng 2.11. Thống kê kênh chính trên hệ thống thuỷ nông Cầu Sơn ........................37
Bảng 3.1: Mật độ cấy theo phương pháp Truyền thống (DT) ..................................42
TU
4

T
4
U

TU
4


TU
4

T
4
U

T
4
U

TU
4

T
4
U

TU
4

T
4
U

Bảng 3.2. Tổng hợp chế độ tưới áp dụng trong khu thí nghiệm ...............................43
Bảng 3.3. Tổng hợp lượng nước tiêu thụ (ET + P), lượng nước ngấm và bốc thốt
hơi nước trong thời kỳ có nước trên ruộng (mm/ngày) ............................................47
Bảng 4.1. Kết quả đo lưu lượng tại cửa ra của hệ thống (Ngòi Mân) .......................60
Bảng 4.2. Diện tích tưới phân theo đơn vị quản lý ...................................................62

TU
4

T
4
U

TU
4

T
4
U

TU
4

TU
4

T
4
U

T
4
U

Bảng 4.3. Bảng tổng hợp diện tích các trạm bơm lấy nước hồi quy để tưới ............64
Bảng 4.4. Lượng nước sử dụng khi chưa tính đến diện tích sử dụng nước hồi quy .67

Bảng 4.5. Lượng nước sử dụng khi tính đến diện tích sử dụng nước hồi quy..........67
TU
4

T
4
U

TU
4

TU
4

T
4
U

T
4
U


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1. Khơng có nước hồi quy ...............................................................................5
TU
4

T
4

U

Hình 1.2. Có nước hồi quy ..........................................................................................6
TU
4

T
4
U

Hình 1.3. Q trình dòng chảy đến và dòng hồi quy theo các tháng ..........................7
TU
4

T
4
U

Hình 1.4. Mơ phỏng các thành phần cân bằng nước ...................................................9
TU
4

T
4
U

Hình 1.5. Cấu trúc của mơ hình RRMOD.................................................................10
TU
4


T
4
U

Hình 1.6. Cấu trúc của mơ hình SSARR...................................................................13
TU
4

T
4
U

Hình 1.7. Cấu trúc mơ hình TANK ...........................................................................15
TU
4

T
4
U

Hình 2.1. Vị trí vùng nghiên cứu ..............................................................................20
TU
4

T
4
U

Hình 2.2 Hồ chứa nước Cấm Sơn .............................................................................32
TU

4

T
4
U

Hình 3.1. Khu vực nghiên cứu ..................................................................................41
TU
4

T
4
U

Hình 3.2. Hình thức vận động của nước trên ruộng lúa ............................................43
TU
4

T
4
U

Hình 3.3. Cân bằng nước mặt ruộng .........................................................................44
TU
4

T
4
U


Hình 3.4. Bố trí nghiệm xác định nhu cầu nước cho Lúa .........................................45
TU
4

T
4
U

Hình 3.5. Sơ đồ mực nước hao hàng ngày ................................................................45
TU
4

T
4
U

Hình 3.6. Sơ đồ theo dõi, tính tốn thấm ..................................................................46
TU
4

T
4
U

Hình 4.1. Máy đo lưu tốc ..........................................................................................50
TU
4

T
4

U

Hình 4.2. Sơ đồ bố trí điểm đo tại một mặt cắt kênh hình thang ..............................53
TU
4

T
4
U

Hình 4.4. Quá trình lưu lượng dọc tuyến kênh Bảo Sơn...........................................54
TU
4

T
4
U

Hình 4.6. Quá trình lưu lượng dọc tuyến kênh Tây ..................................................55
TU
4

T
4
U

Hình 4.8. Quá trình lưu lượng dọc tuyến kênh Giữa ................................................57
TU
4


T
4
U

Hình 4.10. Quá trình lưu lượng dọc tuyến kênh Yên Lại .........................................58
TU
4

T
4
U

Hình 4.11. Bản đồ đo lưu lượng nước trên hệ thống ................................................59
TU
4

T
4
U

Hình 4.12. Trạm bơm Văn Sơn sử dụng nước hồi quy hồn tồn ............................62
TU
4

T
4
U

Hình 4.13 Trạm bơm Chợ Xa lấy nước hồi quy một phần .......................................63
TU

4

T
4
U

Hình 4.14. Bản đồ phân vùng tưới hệ thống Cầu Sơn - Cấm Sơn ............................64
TU
4

T
4
U

Hình 4.15. Bản đồ phân vùng nước hồi quy và các trạm bơm lấy nước hồi quy .....65
TU
4

T
4
U

Hình 4.16: Mơ tả sử dụng nước trong hệ thống ........................................................66
TU
4

T
4
U


Hình 4.17. Mơ phỏng dịng chảy mặt tại hệ thống Cầu Sơn - Cấm Sơn...................68
TU
4

T
4
U


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

KTCTTL:

Khai thác cơng 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 trị 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 0,740C, từ năm 1956 – 2005 tăng
P

P

0,640C (Nguyễn Trọng Hiệu, 2009) làm cho mức độ bốc hơi và nhu cầu nước phục
P

P

vụ sản xuất nơng 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 10C (Fischer, 2002 và Liu, 2002). Theo nghiên cứu của Ngân hàng
P

P

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 sơng Cửu Long bị ngập từ 4 – 5 tháng, vào mùa khơ 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
nơng nghiệp khơng cịn 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 nơng 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 sốt
chặt chẽ quỹ đất nơng 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 khơng 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
3.1. Cách tiếp cận
U

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 cơng 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 hịa
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.
3.2. Phương pháp nghiên cứu.
U

1. Phương pháp điều tra, khảo sát thu thập tài liệu liên quan
Điều tra hiện trạng hệ thống cơng 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 thơng số tính tốn (mực nước, lưu lượng...)
3. Phương pháp tính tốn cân bằng nước
Sử dụng các phương pháp tính tốn 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
tốn bằng dịng vào và dịng 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.


5
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ SỬ DỤNG NƯỚC HỒI QUY TRÊN CÁC HỆ THỐNG
THỦY NƠNG
Khái niệm về nước hồi quy
Có nhiều cách định nghĩa về nước hồi quy trên các hệ thống thủy nơng, nhưng
nhìn chung nước hồi quy được định nghĩa là nước chảy trở lại vào nguồn nước
mặt hoặc nước ngầm khi được xả ra sau điểm sử dụng và trở thành nguồn cho
mục đích tiếp theo. Đối với công nghiệp và sinh hoạt, loại nước này gọi là nước

thải công nghiệp và nước thải sinh hoạt, loại nước thải này cần được xử lý trước khi
sử dụng lại cho các mục đích khác nhau. Nước hồi quy trong hệ thống thủy lợi đa số
được sử dụng lại để tưới cho nông nghiệp
Nước hồi quy trong hệ thống thủy lợi được phân thành hai loại: hồi quy mặt
và hồi quy ngầm
- Nước hồi quy mặt: được chảy xuống các hệ thống kênh tiêu, hồ, ao…sau đó
sử dụng các trạm bơm lấy nước từ hệ thống này tưới lên vùng khác;
- Nước hồi quy ngầm: Lượng nước này được hình thành chủ yếu do lượng
nước thấm ổn định và liên quan nhiều vào đặc tính đất, mực nước ngầm. Hệ số
thấm của đất càng lớn, lượng hồi quy ngầm càng lớn và ngược lại. Nếu mực nước
ngầm cao, nước hồi quy ngầm lớn và đóng góp ngay vào dịng chảy hạ lưu khu tưới.
Khi mực nước ngầm nằm sâu, nước hồi quy ngầm sẽ ra xa hơn và có thể chảy ra
ngồi hệ thống
Có thể minh họa về nước hồi quy cho mục đích nơng nghiệp như sau:

ET
Q

A

D

Hình 1.1. Khơng có nước hồi quy


6

∆D
ET
Q


Q+∆D

∆ET
A

∆A

Q-ET-∆ET

Hình 1.2. Có nước hồi quy
Trong đó:
Q: Lượng nước đến
A: Diện tích đất nơng nghiệp
∆A: Diện tích tăng thêm khi sử dụng nước hồi quy
ET: Bốc hơi mặt ruộng
∆ET: Bốc hơi tăng thêm khi diện tích được mở rộng
∆D: Lượng nước sử dụng lại hệ thống
1.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
Trên thế giới nước hồi quy đã được nghiên cứu rất nhiều, đặc biệt là nghiên
cứu về nước hồi quy trong lĩnh vực cơng nghiệp. Từ khi có cảnh báo về hiệu ứng
nhà kính, ảnh hưởng của tình hình biến đổi khí hậu sẽ dẫn đến lượng nước ngọt bị
khan hiếm, người ta đã nhận thức được việc tái sử dụng nước thải là cần thiết và cấp
bách. Sự phát triển của các ngành công nghiệp tiêu tốn lượng nước rất lớn, nước
thải ra thường không sử dụng được mà phải thơng qua xử lý. Do đó nghiên cứu về
nước hồi quy trở nên phổ biến hơn nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng nước trong hệ
thống.
Đối với nơng nghiệp, thế giới cũng đã có nhiều nghiên cứu về hồi quy ngay
trên hệ thống tưới. Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng, lượng nước sau khi sử dụng



7
trên hệ thống thủy nơng có một lượng nước dư thừa chảy xuống hệ thống kênh tiêu
rất lớn. Có nhiều nguyên nhân dẫn tới việc dư thừa trên: i) lượng nước mặt dồi dào
nên đã không quan tâm đến vận hành và quản lý hệ thống; ii) hệ thống thủy lợi nội
đồng chưa hoàn chỉnh, lượng nước sau khi sử dụng trên ruộng chảy thẳng xuống
kênh tiêu, iii) chế độ tưới cho cây trồng nhất là cây lúa vẫn sử dụng phương pháp
cũ, mực nước trên ruộng cao, dẫn đến lượng nước vào đầu hệ thống lớn…
Nghiên cứu tại Nhật Bản
U

Nhật Bản là nước có nền cơng nghiệp phát triển từ lâu, nông nghiệp chỉ chiếm
tỷ lệ nhỏ (khoảng 5% dân số) nhưng lượng nước tiêu thụ cho nông nghiệp lại tương
đối lớn. Do vậy những nghiên cứu tại Nhật bản về sử dụng nước tiết kiệm hay tái sử
dụng nước đã được thực hiện từ lâu.
Nghiên cứu của Giveson Zulu, Masaru Toyota, Shin-ichi Misawa chỉ ra rằng
lượng nước đầu vào tại đầu mối có thể giảm mà hiệu quả sử dụng nước và diện tích
cây trồng khơng cần giảm bằng việc sử dụng nước hồi quy để tưới. Theo nghiên cứu
lượng nước sử dụng hồi quy lại là 14.4%, 14.9% và 14.1% trong các năm từ 1991,
1992 và 1993

Tổng lượng nước
Lượng nước đến
Lượng nước hồi quy
Mưa

Ngày

Hình 1.3. Quá trình dòng chảy đến và dòng hồi quy theo các tháng



8
Nghiên cứu tại Hàn Quốc
U

Nghiên cứu của H.K.Kim, T.I.Jang, S.J.Im, S.W.Park đã ước lượng nước hồi
quy từ ruộng khi tính đến độ ẩm đất. Kết quả cho thấy lượng nước hồi quy trung
bình nhiều năm theo dõi từ năm 1998 đến năm 2001 là 306,2 mm, chiếm 25,7%
tổng lượng nước tưới, trong đó 14,1% được cho là nước hồi quy mặt và 11,6% là
nước hồi quy ngầm. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng có một số lượng đáng kể lượng
nước từ kênh tưới trong ruộng thì hồi quy trở lại sơng hoặc xuống kênh tiêu bởi
dịng chảy mặt và dịng chảy ngầm.
Nghiên cứu tại Đài Loan
U

Nghiên cứu của Hung-Kwai Chen và nhóm nghiên cứu đã đánh giá tiềm năng
nước hồi quy trong nông nghiệp. Nghiên cứu được thực hiện từ năm 2004 đến 2007
bao gồm những năm nhiều nước và ít nước, những năm nước trung bình. Kết quả
cho thấy trong những năm mực nước thấp (2004) lượng nước hồi quy trung bình là
0,83 m3/s (72.000 m3) trong kênh Xinluchangke và 1,54 m3/s (133.000 m3) trong
P

P

P

P

P


P

P

P

kênh Xinhuei Creek
Ngoài ra, hiện nay có một số mơ hình cân bằng nước, trong đó mơ tả lượng
nước hồi quy là một thành phần quan trọng trong phương trình. Các mơ hình này
chỉ mơ phỏng lượng nước hồi quy (hồi quy mặt và hồi quy ngầm), còn các hệ số
thấm trên mặt và thấm dưới sâu chưa được khảo nghiệm chi tiết.
Một số mô hình phần mềm tính cân bằng nước trên thế giới
U

Từ năm 1984÷1988, Viện Thuỷ văn Wallingford (Anh) tiến hành nghiên cứu
U

U

cân bằng nước lưu vực sông Mê Công phần lãnh thổ Thái Lan. Trong đó, lượng
thấm sâu lấy trung bình là 60mm/ tháng và lượng nước chảy tràn hay hồi quy trên
mặt lấy bằng 30mm/tháng, lượng mưa hiệu quả lấy theo hàm số giữa tổng lượng
mưa và lượng mưa có hiệu quả trong từng thời đoạn. Dựa vào lượng bốc hơi, lượng
thấm, lượng tràn mặt, lượng mưa có hiệu quả, xác định được lượng nước cần tưới
bằng phương trình cân bằng. Mơ hình được xác lập đơn giản dạng một bể chứa


9

Bốc hơi thực tế

E= | Kc. Et |

Lượng nước

Mưa hiệu

làm đất

I

Tổng lượng mưa P

| P-ER |

quả ER

Khu tưới

D

Tổn thất
kênh mương

P

Hình 1.4. Mô phỏng các thành phần cân bằng nước
Nhận thấy rằng, ở đây chỉ xét lượng hồi quy trên mặt cùng với lượng nước
mưa thừa P-ER (lượng mưa trừ lượng mưa có hiệu quả) hợp thành lượng nước tiêu trên
mặt. Mơ hình này khơng xét lượng nước ngầm đóng góp vào lượng nước trên mặt.
Đây là mơ hình một bể chứa khơng xét chi tiết thành phần dịng chảy riêng

biệt, như dòng chảy mặt, dòng chảy dưới mặt và dòng chảy ngầm, mà chỉ xét dòng
chảy mặt, bao gồm lượng mưa thừa và lượng nước hồi quy mặt, xem như khơng có
lượng nước hồi quy ngầm.
Trong mơ hình cũng xét thời gian trễ cho 1/3 diện tích tưới là 10 ngày, nghĩa là
toàn đoạn được tưới chia làm 3 phần. Lượng nước tiêu mặt của đoạn thứ nhất sau
10 ngày thì chảy chuyển tới điểm bắt đầu của phần diện tích thứ hai và lượng tiêu
trên mặt của phần diện tích thứ hai sau 10 ngày thì chảy đến điểm bắt đầu của phần
diện tích thứ ba, v.v... Theo cách tính như trên, lượng hồi quy mặt cả năm là 19%
lượng nước cần, trong đó mùa mưa 22%, mùa khơ 15%. Lượng nước cần của cây
trồng là 1918mm/năm, mùa mưa 930mm và mùa khơ 988mm.
Mơ hình RRMOD (Rain - Runoff Model) được dùng để mơ phỏng sự hình
U

U


10
thành của dòng chảy từ mưa do Ban Thư ký Mê Cơng lập năm 1981 để tính dịng
chảy từ lượng mưa cho các lưu vực khơng có tài liệu thuỷ văn.
Mơ hình RRMOD cũng được dùng trong cân bằng nước để mơ phỏng sự hình
thành các thành phần dịng chảy hợp thành dịng chảy sơng ngịi, bao gồm dịng
chảy mặt, dòng chảy dưới mặt và dòng chảy ngầm.
Dòng chảy được mơ phỏng là dịng chảy trung bình thời đoạn 10 ngày hoặc
một tháng. Đầu vào là lượng mưa trung bình thời đoạn, lượng bốc hơi và các yếu tố
khí tượng, như: nhiệt độ, độ ẩm, độ ẩm bão hoà, tốc độ gió và số giờ nắng. Lượng
bốc hơi tiềm năng ETP được tính theo biểu thức Penman.
Mơ hình RRMOD được dùng để mơ phỏng diễn biến dịng chảy khi điều kiện
lưu vực thay đổi, hoặc dùng để khôi phục lại điều kiện tự nhiên khi trên lưu vực đó
có nhiều hồ chứa.
RRMOD được dùng để mơ phỏng cơ cấu dịng chảy và q trình diễn biến

dịng chảy khi trên lưu vực thay đổi sử dụng đất và có hồ chứa như lưu vực Nậm
Ngừm, Nậm Pông, Mun Chi
Cấu trúc của RRMOD có 3 bể chứa: trên mặt, dưới mặt và ngầm (hình 1.5)
DF

S

ETA
SF

Dịng chảy mặt

Smin
SF
Tổn thất

SSF
SS

SSmin
Thấm đứng
SB

BF
SBmin

Dịng chảy ra
Mực nước ngầm

Hình 1.5. Cấu trúc của mơ hình RRMOD



11
Theo kết cấu của mơ hình thì dịng chảy, lượng thấm, lượng bốc hơi đều là
hàm số của lượng trữ ở từng thời điểm. Lượng trữ trong mơ hình này có vai trị
quyết định và dịng chảy là hàm số của lượng trữ.
 S + S i +1

− S min 
SFi ,i +1 = a3  i
2



SF = a3 ( S − S min );

SSF = a9 ( SS − SS min );

 SS + SS i +1

− SS min 
SSFi ,i +1 = a9  i
2



BF = a15 ( S B − S B min );

 SB + SBi +1


− S B min 
SBi ,i +1 = a15  i
2



trong đó, các lượng trữ trên mặt, dưới mặt và ngầm được xác định từ các phương
trình cân bằng một dạng của phương trình liên tục.
Lượng trữ trên mặt cuối mỗi thời đoạn:
S i+1 = S i + R i, i+1 + D i, i+1 - ETA i, i+1 - FIL i, i+1 - SFi, i+1 (-D i,i+1 )
R

R

R

R

R

R

R

R

R

R


R

R

R

R

R

R

trong đó: R i, i+1 là lượng mưa, R i,i+1 = a 1 R i, i+1
R

R

R

R

R

R

R

a 1 là hệ số điều chỉnh của mơ hình.
R


R

Di, i+1 là lượng nước tưới lấy từ nguồn khác hoặc từ lưu vực khác. Nếu lấy từ
R

R

nguồn nước nằm trong vùng mơ phỏng thì sau khi tính ra dòng chảy phải trừ đi.
ETA i, i+1 là lượng bốc-thoát hơi nước thực tế trong thời đoạn t i ÷ t i+1
R

R

R

(

ETAi ,i +1 = ETP 1 − e

− a 2 S i ,i +1

R

)

FIL i, i+1 là lượng thấm từ lớp mặt xuống lớp dưới mặt
R

R


−a S
− a SS
FILi ,i +1 = Icapa a 4 1 − e 5 i ,i +1  − (1 − a 4 ) × 1 − e 6 i 
 




Icapa là cường độ thấm.
Tương tự như trên, có thể xác định được lượng trữ dưới mặt SSi
SS i+1 = SS i + FIL i, i+1 - P i, i+1
R

R

R

R

R

R

R

R


12
− a SS

− a SB
Pi ,i +1 = Pcapa a 211 − e 22 i ,i +1  − (1 − a21 ) × 1 − e 23 i 
 




Lượng trữ ngầm SBi+1
R

SB i, i+1 = SB i + P i, i+1 - DP i, i+1
R

R

R

R

R

R

(

DPi ,i +1 = DPcapa 1 − e

R

a 25 SBi ,i +1


)

Tổng dòng chảy sẽ là:
Fi+1 = SFi+1 + SSFi +1 + BF i +1 - (D i+1 )
R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

Trường hợp thêm thành phần - (D i+1 ) được đưa vào nếu lượng nước tưới lấy
R

R


tại chỗ.
Nếu trong vùng tính tốn có diện tích sử dụng đất khác nhau thì các phần diện
tích rừng, diện tích đất khai hoang cũng tính như trên, chỉ khác các hệ số ở phần
dòng chảy mặt, như: hệ số a1, a 2 , a 3 , a 4, a 5, a 6 và các hệ số Icapa, Pcapa, DPcapa.
R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

Để đạt được các kết quả phù hợp, cần điều chỉnh các thơng số mơ hình như các
trị số của Smin, SSmin, SBmin, Icapa, Pcapa, DPcapa.
Mơ hình này có thể dùng để nghiên cứu lượng nước hồi quy cho một lưu vựu
nhỏ khép kín, kể cả dịng chảy mặt và dịng chảy ngầm để có thể đo kiểm nghiệm
xác định thơng số chính xác riêng cho nước hồi quy mặt và hồi quy ngầm. Cũng có
thể nghiên cứu được ảnh hưởng của sử dụng đất, thay đổi cơ cấu cây trồng và mùa

vụ đến lượng nước hồi quy.
Mơ hình SSARR (System Synthetic Analises and Reservoir Regulation). Mơ hình
U

U

SSARR gồm 3 mơ hình gộp lại, đó là mơ hình lưu vực, mơ hình hồ chứa và mơ hình hệ
thống sơng (catchment model, resevoir model, river model).
Cấu trúc của mơ hình lưu vực cũng tương tự như mơ hình RRMOD hoặc mơ
hình TANK, tức là mơ phỏng dịng chảy từ tài liệu mưa và tổ hợp từ dòng chảy trên
mặt, dòng chảy dưới mặt và dịng chảy ngầm (hình 1.6).


13

Lượng mưa

Nhập lượng mưa

Điều khiển độ ẩm đất

Bốc thoát hơi ETI
Độ ẩm đất

SMI

Chảy tràn

Chảy ngầm


Chảy trực tiếp tập
trung

BII

S – Dòng chảy mặt
SS – Dịng chảy ngầm

Diễn Tốn

S-SS

Chảy trên mặt
SR

Chảy dưới
mặt SSR

Diễn tốn

Diễn tốn

Dịng chảy

Hình 1.6. Cấu trúc của mơ hình SSARR
Trong sơ đồ có các bước của q trình hình thành dịng chảy như sau:
- Lượng mưa bình qn lưu vực;
- Nhập lượng ẩm độ là lượng nước có được nhờ mưa phân phối đều trong lưu vực;



14
- SMI: chỉ số ẩm của đất biểu thị trạng thái ẩm tức thời của đất là hàm số của nhập
lượng ẩm;
- EII: cường độ bốc hơi từ mặt đất và thoát hơi từ cây phụ thuộc vào độ ẩm của đất;
- Chỉ số ngấm BII là cường độ ngấm xuống dịng chảy ngầm có quan hệ đến dịng
chảy tập trung;
- Chảy ngầm là lượng nước ngấm sâu xuống đất, di chuyển trong một thời gian khá
lâu tạo thành dòng chảy ngầm;
- Chảy trực tiếp tập trung gồm hai hành phần: chảy trên mặt (SR) và chảy dưới mặt
(SSR) có quan hệ với nhau trên một hàm nào đó.
Mơ hình SSARR có thể tính tới ngày, nhưng khó thể hiện cơ cấu mùa vụ, cơ
cấu cây trồng và nhu cầu nước cho cây trồng của từng thời đoạn, vì vậy để nghiên
cứu nước hồi quy trong hệ thống thuỷ lợi, cần cải tiến và sửa một số khâu trong
chương trình.
Mơ hình TANK: cũng tương tự như RRMOD hoặc SSARR, là mơ hình lưu
U

U

vực dùng để tính dịng chảy tư mưa.
Mơ hình TANK dạng đơn gồm 4 bể chứa giống như trong RRMOD, mỗi bể
chứa đều có ngưỡng, dịng chảy của mỗi bể chứa là hàm số của lượng trữ S trừ đi
ngưỡng H theo công thức y = A(S - H), chỉ khác là trong mơ hình TANK dùng
phương trình truyền ẩm tuyến tính để mơ tả lượng thấm và lượng mao dẫn, cịn
RRMOD thì dùng phương trình phi tuyến.


15

r: Mưa

ET: Bốc thoát hơi nước
M: quản lý nước
P: thấm đứng
D: tiêu
Qf: lượng nước tưới
Qr: lượng nước hồi quy
Qc: lượng nước tiêu ra ngồi

Hình 1.7. Cấu trúc mơ hình TANK
Tương tự như mơ hình SSARR, mơ hình TANK khơng thể hiện hệ số mùa
vụ, cây trồng và tỷ lệ đất nơng nghiệp trong vùng. Vì vậy, mơ hình TANK khơng
thích hợp cho việc nghiên cứu lượng nước hồi quy trong vùng đất nông nghiệp. Để
sử dụng trong thực tế, mô hình cần được cải tiến phù hợp.
1.2. Tình hình nghiên cứu ở trong nước
Việt Nam chưa có tài liệu nghiên cứu đáng kể về nước hồi quy trong nông
nghiệp, trong thực tế thường lấy tỷ lệ nước hồi quy là 20÷25% khi đề cập đến vấn
đề này. Đây có thể là lấy theo tỷ lệ dòng chảy mùa kiệt đối với dòng chảy năm làm
tỷ lệ nước hồi quy, trị số này cũng nằm trong phạm vi từ 15÷25%, tuỳ thuộc vào
tính chất của lưu vực (diện tích, tầng phủ thực vật, thổ nhưỡng và đặc biệt là tính
chất điều tiết của lưu vực). Các lưu vực lớn có tỷ lệ dòng chảy mùa kiệt và dòng


16
chảy năm lớn. Đối với các lưu vực nhỏ, có độ dốc lớn, lớp phủ thực vật nghèo nàn,
ít hồ ao thì tỷ lệ này rất nhỏ, khơng q 15%, có nhiều lưu vực dưới 10%.
Cho tới nay, chưa có tác giả nào nghiên cứu nước hồi quy một cách chi tiết, cũng
chưa có cơng trình nào nghiên cứu nước hồi quy cho từng thời kỳ trong năm, mà thường
đánh giá lượng nước hồi quy cho một năm hoặc một chuỗi năm, đặc biệt không tách
được hồi quy ngầm và hồi quy mặt mà thường gộp cả lượng dòng chảy hình thành trong
khu vực do mưa lớn hơn lượng mưa hiệu quả trong các thời đoạn mưa lớn sinh ra.

Đoàn Doãn Tuấn và cộng sự, 2003, đã đánh giá cân bằng nước tại hệ thống
Nam Đuống và hệ thống Nam Thạch Hãn, dựa trên phương pháp phân vùng tưới,
lưu lượng vào và ra tại hệ thống đã xác định được lượng nước tiêu ra khỏi hệ thống:
cụ thể tại hệ thống Nam Đuống cho thấy lưu lượng vào hệ thống là 1,2 triệu
m3/ngày, sau khi sử dụng trong hệ thống nước thốt ra từ hệ thống kê tiêu ra ngồi
P

P

là 0,14 triệu m3/ngày chiếm tỷ lệ 11,7% so với lượng nước vào
P

P

Đồn Dỗn Tuấn và cộng sự, 2006, Sử dụng hai phương pháp tính tốn lượng
nước tưới: Mơ hình S và mơ hình F. Vùng nghiên cứu thuộc trạm bơm Qn Chuột
tỉnh Nam Định.
Mơ hình S: phương pháp dịng vào – dòng ra cấp hệ thống sử dụng khái niệm
lượng mưa hữu ích
Vùng nghiên cứu được xác định phạm vi về thời gian và không gian là hệ
thống nước mặt 24,2 ha tính từ khi làm đất tới 10-15 ngày trước khi thu hoạch, sử
dụng cân bằng nước như sau:
∆S S =

I S , N + PS , E − ( DS + ETS )

(mm)

(1)


Trong đó: ∆S S : sự thay đổi về dung tích; I S,N lượng nước tưới thực tới hệ
R

R

R

R

thống; PS,E , lượng mưa hữu ích ở đây được tính từ mơ hình thực tế áp dụng cho lúa
R

R

ở Việt Nam (Dastane, 1978) khơng tính lượng mưa ngày dưới 5 mm và trên 50 mm,
sử dụng lượng mưa ngày từ trạm khí tượng thuỷ văn thành phố Nam Định; D S là
R

R

lượng nước “thấm và thẩm lậu” (ví dụ dịng tiêu ngầm thực) và ET S là sự bốc thoát
R

R

R

R



17
hơi nước, tổng giá trị (D S +ET S ) được gọi chung là “tổng lượng nước sử dụng”
R

R

R

R

trong hệ thống. Dịng chảy mặt (R) khơng được xác định rõ ràng trong mơ hình này.
Mơ hình S dựa vào một số ít các số liệu đo dịng chảy mặt đặc trưng qua ranh
giới hệ thống, để xác định lượng nước tưới thực tới hệ thống trong giai đoạn xác
định theo công thức sau:
IS ,N

= I S − I S ,O

∑ (Q

t p, j )

n

1
=
10 AS

j =1


n , avg

(mm)

j

(2)

Trong đó I S và I S,O tương ứng là lượng nước tưới và dòng chảy ra (mm); Q n,avg
R

R

R

R

R

R

dòng chảy vào thực trung bình (ví dụ = dịng vào – dịng ra) trong khi bơm (m3/h); tp,j ,
R

R

thời gian bơm (h) trong khoảng (j-th), n: số lần tưới ; và AS:diện tích tưới nghiên cứu
R

R


(24,2ha). Tổng lượng nước sử dụng (DS + ETS) trên vụ cây trồng có thể được ước tính từ
R

R

R

R

phương trình (1) với giả định rằng ∆SS bằng với IS,N trong thời kỳ làm đất.
R

R

R

R

Sử dụng các kết quả đo lưu lượng và khảo sát mặt cắt ngang kênh trong 4 đợt
tưới (Bảng 1) cho thấy lưu lượng dòng vào thực trung bình khi bơm là 462 m3/h.
P

P

Lưu lượng được đo ở lưu vực xả của trạm bơm (STA07A) và ở các điểm lấy nước
(STA08A, STA02A) và các điểm tiêu nước (STA03A, STA06A) của vùng nghiên
cứu. Bình thường, 2 máy bơm với công suất lý thuyết 1000 m3/h/mỗi máy được vận
P


P

hành trong các đợt tưới. Tuy nhiên, các số đo lưu lượng ở STA07 cho thấy lưu
lượng thực của mỗi máy bơm là 860 m3/h tương ứng với hệ số bơm hiệu quả là
P

P

0,86 (lưu lượng thực /lý thuyết).
Trong Chương trình KC12 có một số kết quả nghiên cứu về nước hồi quy.
Nguyễn Thế Truyền đã tổ chức quan trắc nước hồi quy ở khu thí nghiệm Quỳnh
Phụ (Thái Bình) cho kết quả như sau:
- Vụ chiêm: tuỳ theo loại đất và biện pháp tiêu sâu khác nhau, lượng nước hồi
quy (xuống nước ngầm và kênh tiêu) chiếm 68,8÷106% tổng lượng nước mưa,
trong đó lượng nước hồi quy ra kênh mương từ 4÷28%.