TCVN 4118:2012 Công trình thủy lợi-Hệ thống tưới tiêu-Yêu cầu thiết kế

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 4118:2012

CÔNG TRÌNH THỦY LỢI - HỆ THỐNG TƯỚI TIÊU - YÊU CẦU THIẾT KẾ

Irrigation system - Irrigation canal design standard

Lời nói đầu

TCVN 4118 - 2012 Công trình thủy lợi - Hệ thống tưới tiêu - Yêu cầu thiết kế được chuyển đổi từ TCVN 4118-1985 Hệ thống kênh tưới - Yêu cầu thiết kế theo quy định tại khoản 1 Điều 69 của Luật Tiêu chuẩn và Quy chuẩn kỹ thuật và điểm a khoản 1 Điều 7 Nghị định số 127/2007/NĐ-CP ngày 1/8/2007 của Chính phủ quy định chi tiết thi hành một số điều của Luật Tiêu chuẩn và Quy chuẩn kỹ thuật.

TCVN 4118:2012 do Viện Khoa học thủy lợi Việt Nam biên soạn, Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn đề nghị, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng thẩm định, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

CÔNG TRÌNH THỦY LỢI - HỆ THỐNG TƯỚI TIÊU - YÊU CẦU THIẾT KẾ

Irrigation system - Irrigation canal design standard

1. Phạm vi áp dụng

1.1. Tiêu chuẩn này quy định các yêu cầu kỹ thuật khi thiết kế hệ thống kênh tưới. Phạm vi áp dụng bao gồm xây dựng mới, cải tạo nâng cấp hoặc mở rộng hệ thống kênh tưới đã có không phân biệt nguồn vốn đầu tư;

1.2. Có thể áp dụng các quy định trong tiêu chuẩn này để thiết kế các kênh dẫn nước khác (kênh tiêu, kênh dẫn nước phục vụ nuôi trồng thủy sản, ...) có điều kiện làm việc và đặc tính kỹ thuật tương tự.

2. Thuật ngữ và định nghĩa

2.1. Hệ thống kênh tưới (Irrigation system)

Bao gồm các kênh dẫn nước tưới và các công trình trên kênh.

2.2. Các công trình trên kênh (Canal structures)

Bao gồm: các công trình lấy nước, các công trình điều tiết, công trình đo nước, công trình chuyển nước, công trình tiêu nước, công trình xả nước khi có sự cố và xả nước cuối kênh, công trình giao thông và các công trình phục vụ quản lý hệ thống kênh tưới.

2.3. Mạng lưới kênh tưới (Irrigation Canal system)

Bao gồm kênh chính, các kênh nhánh cấp I, các kênh nhánh cấp II, các kênh nhánh cấp III, ... và các kênh nhánh cấp cuối cùng dẫn nước vào ruộng.

a) Kênh chính là kênh dẫn nước từ nguồn phân phối nước cho các kênh nhánh cấp I;

b) Kênh nhánh cấp I là kênh dẫn nước từ kênh chính phân phối nước cho kênh nhánh cấp II;

c) Kênh nhánh cấp II là kênh dẫn nước từ kênh chính phân phối nước cho kênh nhánh cấp III;

d) …

2.4. Kênh tưới (Irrigation Canal)

Là kênh chuyển nước tưới.

3. Ký hiệu

3.1. Ký hiệu các kênh thuộc mạng lưới kênh tưới được quy định như sau:

Kênh chính: KC;

Kênh nhánh cấp I: N₁, N₂, N₃, v.v.;

Kênh nhánh cấp II: N_1-1, N_1-2, N_1-3, v.v...;

N_2-1, N_2-2, N_2-3, v.v...;

N_3-1, N_3-2, N_3-3, v.v...;

Kênh nhánh cấp III: N_1-1-1, N_1-1-2, N_1-1-3, v.v...;

N_1-2-1, N_1-2-2, N_1-2-3, v.v...;

3.2. Trường hợp một hệ thống kênh tưới có nhiều kênh chính thì ký hiệu là: KC1, KC2, KC3, v.v..

3.3. Những ký hiệu có một chỉ số của kênh nhánh là kênh cấp I; có hai chỉ số là kênh cấp II; có ba chỉ số là kênh cấp III; v.v...;

3.4. Chỉ số của kênh nhánh cấp I quy định như sau: Nếu đi theo chiều dòng chảy trên kênh chính, dùng chỉ số chẵn cho kênh bên phải và dùng chỉ số lẻ cho kênh bên trái. Các kênh nhánh cấp II, III, v.v... cũng quy định tương tự;

3.5. Sơ đồ các ký hiệu mạng lưới kênh tưới được thể hiện trên hình 1.1;

3.6. Ký hiệu các công trình trên hệ thống kênh tưới và ký hiệu vùng tưới tiêu bằng màu trên bản đồ quy định tại phụ lục A.

Hình 1 - Sơ đồ các ký hiệu mạng lưới kênh tưới

4. Yêu cầu kỹ thuật chung khi thiết kế hệ thống kênh tưới

4.1. Phân cấp thiết kế

4.1.1. Cấp công trình hệ thống kênh tưới là căn cứ để xác định các yêu cầu kỹ thuật bắt buộc phải tuân thủ theo các mức khác nhau phù hợp với quy mô và tầm quan trọng của công trình, là cơ sở và căn cứ pháp lý để quản lý hoạt động xây dựng, cấp thiết kế công trình là cấp công trình.

4.1.2. Hệ thống kênh tưới được phân thành 4 cấp, từ cấp I đến cấp IV (không có cấp đặc biệt) được quy định trong bảng 1. Khi các quy định về phân cấp công trình thủy lợi trong QCVN 04- 05:2012/BNNPTNT thay đổi thì bảng 1 cũng thay đổi theo cho phù hợp.

4.1.3

Bảng 1 - Phân cấp hệ thống kênh tưới

4.1.4. Nếu kênh tưới đồng thời làm nhiệm vụ khác (như giao thông thủy, cấp nước công nghiệp, v.v...) thì cấp của kênh tưới được lấy theo cấp lớn nhất được xác định theo từng nhiệm vụ;

4.1.5. Cấp của các công trình trên kênh tưới được xác định theo cấp của kênh tưới. Khi có kết hợp với các công trình kỹ thuật khác (như giao thông, cấp nước dân dụng, v.v...) thì cấp của các công trình trên kênh tưới được lấy theo cấp lớn nhất được xác định theo từng nhiệm vụ.

4.2. Hệ số sử dụng ruộng đất và hệ số chiếm đất

Hệ số sử dụng ruộng đất của hệ thống kênh ký hiệu là Ksd, được xác định theo công thức (1)

                                                       (1)

Trong đó:

w_đt là diện tích đất thực tế được tưới từ công trình;

F_đ là diện tích đất tự nhiên vùng được tưới, (bao gồm cả diện tích w_đt, diện tích dùng làm hệ thống kênh tưới, diện tích các công trình khác và diện tích không được tưới).

Để xác định diện tích đất vùng được tưới do công trình thủy lợi nào đảm nhiệm, việc phân ranh giới vùng được tưới căn cứ vào ranh giới đổi núi, sông ngòi, đường xá, hoặc các ranh giới hành chính thuận lợi cho việc tổ chức quản lý, khai thác công trình.

Hệ số sử dụng đất (Ksd < 1) càng lớn thì hiệu quả của dự án càng cao.

4.2.2. Hệ số chiếm đất của hệ thống kênh, ký hiệu là K_cđ, được xác định theo công thức (2)

                                                       (2)

Trong đó:

F_cđ là diện tích chiếm đất của hệ thống kênh tưới và kênh tiêu làm mới đo hệ thống kênh tưới gây trở ngại tình trạng tiêu tự nhiên như trước khi xây dựng hệ thống kênh tưới đó;

Đối với kênh nhỏ (lưu lượng <2m³/s) ưu tiên lựa chọn hình thức kênh là chữ nhật để giảm diện tích chiếm đất.

Trong mọi trường hợp, K_cđ phải thỏa mãn biểu thức: K_cđ £ [K_cđ]                           (3)

Hệ số chiếm đất cho phép [K_cđ] được xác định theo bảng 2.

Bảng 2 - Hệ số chiếm đất cho phép theo vùng

4.3. Yêu cầu kỹ thuật bố trí mặt bằng hệ thống kênh tưới

4.3.1. Khi thiết kế mặt bằng tuyến kênh, phải xét tới quy hoạch trồng trọt trong khu vực;

4.3.2. Cần bố trí các nhánh kênh sao cho phạm vi tưới của chúng nằm gọn trong từng địa giới khu vực hành chính hoặc các đơn vị sản xuất như nông trường, nông trại, để việc tổ chức sản xuất nông nghiệp và quản lý phân phối nước hợp lý;

4.3.3. Khi thiết kế kênh tưới phải xét tưới việc sử dụng tổng hợp nhằm thỏa mãn các nhu cầu dùng nước của các ngành kinh tế để mang lại lợi ích lớn nhất như: phát điện, vận tải thủy, cấp nước cho công nghiệp, dân dụng, v.v...

4.3.4. Kênh tưới phải được thiết kế sao cho việc tưới tự chảy được nhiều nhất.

4.3.5. Cần thiết kế mạng lưới kênh tưới đi qua những vùng có địa chất tốt để kênh ổn định, ít thấm. Thiết kế kênh nhánh cấp trên phải tạo điều kiện thuận lợi để thiết kế kênh nhánh cấp dưới và các công trình trên kênh.

4.3.6. Khi tuyến kênh đi qua vùng đất thấm mạnh, lầy thụt; tuyến kênh đi qua vùng đồi núi hoặc thung Iũng có hiện tượng sụt lở, kém ổn định... nên thiết kế hệ thống tưới bằng máng nổi theo các điều kiện:

a) Khoảng cách giữa các máng nổi phân nước được quy định tùy theo điều kiện địa hình của khu tưới và phải xác định trên cơ sở tính toán kinh tế, kỹ thuật.

b) Máng nổi nên thiết kế với vận tốc lớn để giảm mặt cắt ngang của máng và chống bồi lắng trong máng.

4.3.7. Khi tuyến kênh đi qua khu vực dân cư, khu công nghiệp, khu đô thị nên ưu tiên lựa chọn hình thức kênh hộp chữ nhật có tấm nắp bảo vệ nhằm giảm diện tích chiếm đất, ngăn ngừa rác và chất thải lọt vào trong kênh.

4.3.8. Phương án thiết kế kênh phải bảo đảm:

a) Kênh vượt qua chướng ngại vật ít nhất;

b) Khối lượng đào, đắp ít;

c) Chiếm ít diện tích đất sản xuất;

d) Dễ thi công, dễ quản lý.

4.3.9. Hệ thống kênh tưới phải thiết kế đồng thời với hệ thống kênh tiêu, để tạo thành một hệ thống tưới, tiêu hoàn chỉnh.

4.3.10. Việc lấy đất đắp kênh và đổ đất thải ra cần bố trí hợp lý. Phải san, lấp các thùng đấu san bãi thải, giữ đất mầu làm đất trồng trọt.

4.3.11. Giới hạn hành lang bảo vệ kênh:

a) Đối với kênh nổi:

- Lưu lượng nhỏ hơn 10 m³/giây: Phạm vi bảo vệ từ chân mái ngoài của kênh trở ra từ 2 m đến 3 m.

- Lưu lượng lớn hơn 10 m³/giây: Phạm vi bảo vệ từ chân mái ngoài của kênh trở ra từ 3 m đến 5 m.

b) Đối với kênh chìm: Phạm vi bảo vệ từ điểm giao mái của kênh trở ra từ 3 m đến 5 m.

4.3.12. Giới hạn hành lang bảo vệ công trình trên kênh:

- Phạm vi bảo vệ từ điểm xây dựng hoặc gia cố bảo vệ ngoài cùng của công trình trên kênh trở ra từ 3 m đến 5 m.

- Ngoài ra phải tuân thủ theo Pháp lệnh khai thác và bảo vệ công trình thủy lợi hiện hành.

4.3.13. Khi kênh đi dưới đường dây tải điện hoặc song song với đường dây tải điện, các hành lang bảo vệ an toàn được tuân thủ theo tiêu chuẩn của đường dây tải điện hiện hành.

4.4. Yêu cầu bố trí các công trình trên hệ thống kênh tưới

4.4.1. Các công trình trên hệ thống kênh tưới phải được bố trí một cách hợp lý nhằm:

a) Phân phối nước, điều tiết lưu lượng và mực nước trong kênh (như công trình lấy nước, cống điều tiết, tràn mỏ vịt, v.v...);

b) Đo được lượng nước tại điểm lấy nước và trong hệ thống phân phối nước (như các công trình đo nước, ...);

c) Nối tiếp mực nước thượng, hạ lưu làm giảm độ dốc của đáy kênh, giảm khối lượng đào, đắp kênh (như bậc nước, dốc nước);

d) Chuyển nước trên kênh qua những chỗ giao nhau giữa kênh tưới với sông suối, với kênh tiêu, với đường giao thông, với vùng đất trũng (như cầu máng, cống luồn, cầu giao thông v.v...);

e) Bảo đảm sự an toàn khi hệ thống kênh hoạt động (như tràn bên, cống tháo nước cuối kênh);

f) Ngăn cát và phù sa hạt thô (như bể lắng cát, đập chắn cát ở đầu kênh chính, v.v...);

g) Bảo đảm giao thông thủy, giao thông bộ trên những đoạn kênh có yêu cầu (như cầu giao thông, âu thuyền);

h) Bảo đảm khả năng thoát lũ và tiêu úng (như các công trình tiêu nước, tràn băng, ...);

i) Tạo điều kiện thuận lợi cho công tác quản lý và khai thác cũng như nâng cấp hệ thống sau này (như nhà quản lý, hệ thống liên lạc, hệ thống mốc cao độ và cột kilômét, bến rửa, ...).

4.4.2. Khi xây dựng các công trình trên hệ thống kênh tưới phải giảm tối đa số lượng các công trình trên kênh bằng cách kết hợp một công trình làm nhiều chức năng (như một công trình vừa làm nhiệm vụ điều tiết nước, đo nước, v.v...).

4.4.3. Các công trình điều tiết ở gần nhau cần kết hợp thành một cụm để thuận tiện trong việc khai thác công trình và quản lý vận hành.

4.5. Yêu cầu đối với các công trình trên hệ thống kênh tưới

4.5.1. Cống lấy nước: cống lấy nước phải đảm bảo chuyển được lưu lượng nước từ kênh cấp trên vào kênh nhánh cấp dưới phù hợp với nhu cầu dùng nước, tổng tổn thất cột nước qua cống phải nhỏ nhất. Cửa cống phải kín nước, thao tác đóng mở thuận lợi.

4.5.2. Công trình điều tiết mực nước và lưu lượng: Công trình điều tiết mực nước và lưu lượng có tác dụng dâng nước và điều tiết lưu lượng phục vụ tưới luân phiên và dâng nước tại những nơi cần thiết. Công trình điều tiết phải có cửa van kín và thiết bị đóng mở thuận tiện. Công trình điều tiết thường được kết hợp làm cầu qua kênh hoặc công trình nối tiếp như bậc hoặc dốc nước. Khi kênh có kết hợp vận tải thủy thì chiều rộng cửa và độ cao tĩnh không phải phù hợp với loại tàu thuyền qua lại trên kênh.

4.5.3. Công trình đo nước: Trong hệ thống kênh tưới cần phải bố trí công trình đo mực nước và lưu lượng (gọi là công trình đo nước) phục vụ cho công tác quản lý và phân phối nước. Công trình đo nước đặt ở đầu kênh chính, đầu các kênh nhánh. Công trình đo nước ở đầu kênh chính được đặt cách cống lấy nước ở đầu kênh chính về phía hạ lưu khoảng 50 m đến 200 m (đặt tại nơi có dòng chảy đã trở lại trạng thái chảy ổn định đều trong kênh). Công trình đo nước ở đầu các kênh nhánh được đặt cách cống lấy nước ở đầu kênh nhánh về phía hạ lưu từ 20 m đến 100 m. Ngoài các công trình đo nước, trong hệ thống kênh tưới cần có công trình đo chuyên dùng để đo các thông số vận tải, độ bồi, xói v.v.... Có thể tận dụng công trình thủy công để đo nước. Các điều kiện sử dụng công trình thủy công để đo nước:

a) Công trình thủy công phải hoàn chỉnh, không hư hỏng, rò rỉ, biến dạng, thiết bị đóng mở phải tốt. vận hành an toàn;

b) Trước và sau công trình rãnh cửa không có bùn cát lắng đọng, không có rác tích tụ làm cản trở dòng chảy;

c) Khi dòng chảy từ phía bên vào công trình thì vận tốc dòng chảy không được quá 0.7 m/s. Dòng chảy vào công trình phải ổn định;

d) Dòng chảy vào công trình theo phía chính diện phải đối xứng; Tổn thất cột nước qua công trình không được nhỏ hơn 5 cm;

e) Dòng chảy qua công trình ở trạng thái tự do.

f) Chiều sâu nước hạ lưu phải thấp hơn hoặc bằng 0,90 lần chiều sâu nước thượng lưu.

4.5.4. Công trình nối tiếp: Bậc nước hoặc dốc nước cần có hình thức cửa vào thích hợp để duy trì được mức nước ở thượng lưu công trình, tránh hiện tượng phát sinh đường nước hạ.

4.5.5. Công trình chuyển nước:

a) Cầu máng:

- Khi kênh cắt qua đường giao thông có mặt đường giao thông thấp hơn nhiều so với đáy kênh thì nên làm cầu máng qua đường. Chiều cao từ mặt đường đến đáy cầu máng phải lớn hơn độ cao tĩnh không tối thiểu quy định tại các quy định hiện hành của ngành giao thông.

- Đối với những sông, suối, kênh không có yêu cầu giao thông thủy, khi có kênh tưới cần vượt qua mà đáy kênh tưới cao hơn mực nước lớn nhất của sông, suối thì nên làm cầu máng nối tiếp kênh tưới.

- Đối với sông, suối, kênh có yêu cầu giao thông thủy thì độ dài của nhịp máng phải vượt qua và độ cao tĩnh không phải đảm bảo cho tàu thuyền qua lại dưới gầm cầu máng được an toàn.

- Hai đầu cầu máng cần có biện pháp chống thấm tốt tránh rò rỉ. Chân trụ cầu máng phải được bảo vệ vững chắc, tránh xói, lở.

b) Cống luồn:

- Khi kênh tưới qua đường mà mực nước kênh tưới chênh không nhiều với cao trình mặt đường thì nên làm cống luồn qua đường.

- Nếu lưu lượng của sông suối nhỏ hơn lưu lượng kênh tưới cắt qua (kể cả trong mùa lũ) thì nên làm cống luồn dưới kênh.

- Đối với cống luồn nằm dưới kênh, khoảng cách từ đáy kênh tới đỉnh cống luồn nằm dưới nó không nhỏ hơn một độ dày f. Trường hợp kênh có giao thông thủy f=1,0 m; Trường hợp kênh không có giao thông thủy f=0,5 m đến 0,7 m.

- Đối với đoạn cống luồn nghiêng, góc nhọn nghiêng hợp bởi giữa tim cống luồn và đường nằm ngang không nên lớn hơn 20°.

- Để tránh lắng đọng bùn cát trong cống luồn, vận tốc dòng chảy trong cống luồn nên từ 1,5 m/s đến 4 m/s và không được nhỏ hơn vận tốc dòng chảy trong kênh tại đoạn vào và ra của cống luồn đó. Trường hợp vận tốc trung bình của dòng chảy trong cống luồn nhỏ hơn 1,5 m/s, trước cống luồn cần có bể lắng cát. Cần có luận chứng kinh tế và kỹ thuật để chọn vận tốc dòng chảy trong cống luồn và đường kính của cống hợp lý.

- Trước cửa cống luồn phải có lưới chắn rác. Phải kiểm tra các chế độ thủy lực trong cống luồn đối với lưu lượng lớn nhất và nhỏ nhất, tránh hiện tượng nước nhảy trong cống.

4.5.6. Công trình xả nước khi có sự cố và xả nước cuối kênh.

Hệ thống kênh tưới cần phải có các công trình tràn bên để phòng ngừa nước tràn bờ kênh, gây sạt lở vỡ bờ khi:

- Cống lấy nước đầu kênh bị hỏng, nước vào kênh quá nhiều; nước mưa, nước lũ ở các lưu vực nhỏ hai bên bờ kênh chảy vào trong kênh quá nhiều;

- Cống ở đầu kênh đã mở, nhưng các cống lấy nước hoặc cống điều tiết ở phía sau mở chậm hoặc mở nhỏ hơn quy định làm cho nước trong kênh dâng cao gây tràn bờ.

a) Tràn bên (tràn vào, tràn ra):

- Các vị trí cần đặt tràn bên: Hạ lưu các cống lấy nước đầu kênh; Thượng lưu đoạn kênh xung yếu, như đoạn kênh đắp nổi dễ bị xói lở hoặc đoạn kênh đi men sườn dốc; Thượng lưu cống điều tiết; Cuối đoạn kênh có nước mưa lũ chảy vào.

- Độ cao đường tràn bên lấy bằng độ cao mức nước thiết kế trong kênh, cột nước tràn bằng hiệu số giữa mực nước lớn nhất và mực nước thiết kế trong kênh.

- Lưu lượng thiết kế qua tràn bên có thể lấy bằng 50% lưu lượng thiết kế của kênh ở vị trí đặt tràn bên.

- Khi dùng tràn bên để tháo lượng nước mưa lũ chảy vào kênh thì lưu lượng qua tràn bên lấy bằng lưu lượng mưa lũ chảy vào kênh đó. Trong trường hợp này cần có biện pháp xử lý sự lắng đọng bùn cát trong kênh và cần có tràn bên để tháo hết lượng nước mưa lũ đã chảy vào kênh.

a) Tràn băng (tháo nước mưa lũ chảy qua kênh):

- Các vị trí cần đặt tràn băng: Đoạn kênh có nước mưa lũ chảy vào đoạn kênh đi men sườn dốc; Tại các vị trí mà địa hình không cho phép làm cống tiêu nước cắt qua kênh và lưu vực tập trung nước mưa nhỏ.

- Lưu lượng thiết kế qua tràn băng: Lưu lượng qua tràn băng lấy bằng lưu lượng mưa lũ chảy vào kênh.

- Độ cao tường tràn băng: Xác định theo sơ đồ tháo qua ngưỡng tràn đỉnh rộng, tuy nhiên không nên thiết kế lớn quá làm tăng qui mô đường dẫn và tiêu năng ở hạ lưu tràn...

b) Cống tháo nước cuối kênh.

- Trong mạng lưới kênh tưới mà đoạn kênh cuối có lưu lượng bằng hay lớn hơn 0,5 m³/s, phải làm cống tháo nước cuối kênh để xả bớt nước trong kênh khi mực nước dâng quá cao hoặc tháo cạn nước trong kênh để sửa chữa kênh hoặc công trình trên kênh.

- Cống tháo nước cuối kênh lấy bằng 25% đến 50% lưu lượng thiết kế của đoạn cuối kênh.

4.5.7. Bể lắng bùn cát

Bể lắng bùn cát thường được đặt ở những vị trí: Sau cống lấy nước đầu kênh chính; Trước công trình dẫn nước như cầu máng, cống luồn, v.v...; Nơi có vận tốc nước trong kênh giảm đáng kể; Nơi có điều kiện địa hình, địa chất thích hợp cho việc rửa bùn cát lắng đọng.

4.5.8. Công trình vận tải thủy trên kênh

Ở những đoạn kênh tưới có mực nước thay đổi, muốn kết hợp vận tải thủy, cần xây dựng các âu thuyền để tàu và thuyền qua lại an toàn. Việc thiết kế âu thuyền phải do các cơ quan có thẩm quyền quyết định.

4.5.9. Cầu qua kênh

Khi kênh hoặc công trình trên hệ thống kênh cắt qua đường giao thông, cần bố trí cầu giao thông để đảm bảo giao thông bình thường. Khi thiết kế cầu trên kênh cần xét đến yêu cầu cải tạo và mở rộng của mạng lưới giao thông khu vực. Cầu giao thông (sắt, bộ), phải thiết kế theo các tiêu chuẩn, quy chuẩn hiện hành và các văn bản có liên quan. Đối với kênh có giao thông thủy, cầu giao thông phải bảo đảm độ cao tĩnh không cho tàu, thuyền qua lại. (tĩnh không thiết kế cần tuân theo các tiêu chuẩn hiện hành về giao thông và giao thông đường thủy nội địa).

Cần bố trí cầu dân sinh qua kênh, cầu phục vụ sản xuất nội đồng phù hợp với từng hệ thống.

4.5.10. Bến rửa dân sinh

- Khi thiết kế hệ thống kênh, nhất là các kênh đi qua khu dân cư, cần bố trí các bến rửa phục vụ dân sinh.

- Các bến rửa nên bố trí tại đầu tiếp giáp kênh và cầu qua kênh (một đầu), chiều rộng bến có thể từ 1 đến 3 m.

4.5.11. Các công trình quản lý khai thác hệ thống kênh tưới. Trên hệ thống kênh tưới cần có:

- Khu trung tâm và các đơn vị quản lý khu vực (nhà làm việc, nhà ở của công nhân viên, kho tàng, xưởng sửa chữa);

- Hệ thống liên lạc giữa khu trung tâm và các đơn vị quản lý khu vực;

- Cột km đặt trên bờ kênh bên phải, khi nhìn theo chiều dòng chảy của kênh chính và kênh nhánh cấp I có lưu lượng bằng hoặc lớn hơn 1 m³/s;

- Hệ thống mốc độ cao dưới đáy kênh và dọc theo tim kênh đối với kênh chính và kênh nhánh cấp I có lưu lượng bằng hoặc lớn hơn 1 m³/s được làm tương ứng với cột km trên bờ kênh.

- Cột km và cột mốc độ cao phải có kết cấu vững chắc, thuận tiện cho công tác quản lý, không làm ảnh hưởng đến sự đi lại trên bờ kênh.

5. Tính toán lưu lượng và hệ số lợi dụng của hệ thống kênh tưới

5.1. Các lưu lượng dùng để thiết kế kênh

5.1.1. Để xác định mặt cắt kênh tưới cần dùng 3 cấp lưu lượng:

- Lưu lượng thiết kế Q_tk dùng để thiết kế mặt cắt kênh và công trình trên kênh. Lưu lượng thiết kế là lưu lượng lớn nhất trong biểu đồ lưu lượng thiết kế thuộc một đoạn kênh, một cấp kênh hay một hệ thống kênh. Biểu đồ lưu lượng được xây dựng trên cơ sở của biểu đồ hệ số tưới của các loại cây trồng do kênh đó đảm nhiệm tưới sau khi đã được điều chỉnh;

- Lưu lượng nhỏ nhất Qmin dùng để kiểm tra bồi lắng trong kênh và bố trí công trình điều tiết. Lưu lượng nhỏ nhất của một đoạn kênh, một cấp kênh, một hệ thống kênh không được nhỏ hơn 40% lưu lượng thiết kế tương ứng;

- Lưu lượng lớn nhất (lưu lượng bất thường) Qmax dùng để kiểm tra xói lở và xác định độ cao an toàn của đỉnh bờ kênh. Lưu lượng lớn nhất được xác định bằng lưu lượng thiết kế nhân thêm với hệ số K được quy định như bảng 3:

Bảng 3 - Xác định hệ số K ứng với lưu lượng thiết kế

5.1.2. Lưu lượng thiết kế thực tế (Q_{thực tế}) là lưu lượng thiết kế của kênh chưa kể tổn thất, m³/s.

Q_{thực tế} = q . w . 10^-3                                (4)

Trong đó:

q là hệ số tưới thiết kế trên mặt ruộng (1/s.ha). Căn cứ vào biểu đồ hệ số tưới đã được điều chỉnh của các loại cây trồng chính để chọn hệ số tưới q. Xác định hệ số tưới mặt ruộng cho hệ thống kênh theo tiêu chuẩn hiện hành kết hợp với qui định về hệ số tưới cho các loại cây trồng của địa phương vùng dự án để xác định Qmax, Qtkế, Qmin;

w là diện tích tưới do kênh đó phụ trách (ha);

5.1.3. Lưu lượng nhỏ nhất thực tế (Q_ttmin) được xác định theo công thức (4), Trong đó q được thay thế bằng q_min. Căn cứ vào biểu đồ hệ số tưới đã được điều chỉnh để chọn trị số của hệ số tưới q_min.

5.1.4. Lưu lượng toàn bộ của kênh (Q_{toàn bộ}) là lưu lượng cần chuyển vào đầu kênh để bảo đảm Q_{thực tế} đã xác định.

Q_{toàn bộ} - Q_{thực tế} + Q_{tổn thất}                                        (5)

Hoặc Q_{toàn bộ} =                                           (6)

Trong đó:

Q_{tổn thất} là lưu lượng tổn thất trên kênh tương ứng với Q_{toàn bộ} cần xác định trên kênh đó;

h là hệ số lợi dụng của kênh, xác định theo các điều (5.3)

5.1.5. Khi xác định các yếu tố thủy lực của kênh làm việc liên tục, lưu lượng tính toán được phép lấy tròn về phía có trị số lớn hơn theo bảng 4.

Bảng 4 - Xác định trị số lấy tròn của lưu lượng

5.2. Tổn thất lưu lượng do thấm

5.2.1. Tổn thất lưu lượng do thấm trên kênh phụ thuộc vào các yếu tố: Tính chất vật lý của đất; Điều kiện thủy lực của kênh (tiết diện của kênh, chiều sâu nước trong kênh); Điều kiện địa chất thủy văn (chiều sâu nước ngầm và hướng thoát nước ngầm đó); Chế độ làm việc của kênh (tưới luân phiên hay tưới đồng loạt); Mức độ bồi lắng trong kênh; Tình hình về mạng lưới kênh tiêu trong khu vực.

5.2.2. Phân loại và định nghĩa thấm cho các loại kênh đất, kênh xây, kênh gia cố tấm lát lắp ghép, tấm lát lớn liền tấm, kênh hộp bằng bê tông và BTCT...

5.2.3. Đề ra các trường hợp, các điều kiện, các công thức tính toán toán tổn thất do thấm cho các dạng kênh trên...

5.2.4. Tính toán tổn thất lưu lượng do thấm.

Bảng 5 - Các công thức tính toán tổn thất lưu lượng với từng loại mặt cắt kênh

a) Trường hợp kênh đi qua những vùng có nước ngầm ở sâu và dễ thoát nước, chế độ làm việc của kênh là liên tục.

Trong công thức (7), (8), (9):

Q_t - Lưu lượng thấm trên 1 km chiều dài kênh (m³/s);

K_t - Hệ số thấm xác định theo chỉ tiêu đất nền kênh hoặc phụ lục C;

A là hệ số phụ thuộc vào tỉ số  và m xác định theo bảng 6;

B là chiều rộng mặt cắt ướt của kênh ờ chiều sâu h;

h là chiều sâu nước trong kênh;

m là hệ số mái dốc kênh.

Trong công thức (10):

Q_t là lưu lượng thấm trên 1km chiều dài (l/s km). Có thể lấy Q_t gần đúng theo phụ lục D;

A¹, m¹ là hệ số ảnh hưởng của chất đất đến lưu lượng thấm xác định theo phụ lục E;

Q là lưu lượng nước trong kênh.

Trong công thức (11):

s là tổn thất nước do thấm (tính bằng % của Q) trên 1 km chiều dài của kênh;

m°, D là hệ số phụ thuộc vào loại đất, xác định theo phụ lục E.

Bảng 6 - Xác định hệ số A

b) Trường hợp kênh làm việc theo chế độ định kỳ, thời gian mở nước ngắn: Trong trường hợp này Q_t cũng xác định theo công thức (7), (8), (9), nhưng hệ số K_t được thay bằng K_th. Với K_th là hệ số thấm bình quân trong thời kỳ mở nước được xác định bằng thí nghiệm.

c) Trường hợp kênh có tầng nước ngầm nông và khó thoát nước: Trong trường hợp này Q’_t cũng xác định theo công thức (7) đến (10), nhưng kết quả được nhân thêm với hệ số g.

Q^'_t = g. Q_t                      (12)

Trong đó: g là hệ số điều chỉnh, phụ thuộc vào lưu lượng trong kênh, chiều sâu mực nước ngầm và xác định theo phụ lục F.

5.3. Hệ số lợi dụng của kênh và hệ thống kênh

5.3.1. Khi xác định hệ số lợi dụng của kênh (hoặc hệ thống kênh, hoặc từng cấp nhánh kênh) phải xét lưu lượng tổn thất kể từ kênh đó đến mặt ruộng;

5.3.2. Trong trường hợp thiếu tài liệu thực tế, hệ số lợi dụng của kênh nhỏ (diện tích tưới không quá 300 ha, lưu lượng tưới không quá 0,3 m³/s) có thể xác định theo phụ lục G.

5.3.3. Hệ số lợi dụng của kênh và hệ thống kênh ảnh hưởng trực tiếp tới giá thành xây dựng công trình đầu mối và hệ thống kênh, ảnh hưởng tới hệ số chiếm đất của kênh, do đó cần tìm mọi biện pháp để nâng cao hệ số này.

5.3.4. Hệ số lợi dụng của hệ thống kênh tưới không được nhỏ hơn hệ số lợi dụng cho phép [h]h trong bảng 7.

Bảng 7 - Hệ số lợi dụng của kênh tưới cho phép

5.3.5. Trong trường hợp đất khu tưới có tính thấm lớn, kết quả tính toán không phù hợp với trị số cho trong bảng 5, cần có biện pháp chống thấm hiệu quả để nâng cao hệ số lợi dụng của hệ thống kênh tưới và phải có luận chứng kinh tế kỹ thuật.

5.3.6. Các phương pháp xác định hệ số lợi dụng của kênh:

5.3.6.1. Hệ số lợi dụng của một cấp nhánh kênh h:

- Khi kênh làm nhiệm vụ dẫn nước: h=                                        (13)

- Khi kênh vừa làm nhiệm vụ dẫn nước, vừa phân phối nước:

                                               (14)      

Trong đó:  - Là tổng lưu lượng được tính đồng thời khi phân phối vào các kênh nhánh cấp dưới.

5.3.6.2. Hệ số lợi dụng của một hệ thống kênh h_h:

                                               (15)

Trong đó:

W_r là lượng nước lấy vào mặt ruộng;

W là lượng nước lấy vào công trình đầu mối;

qi là hệ số tưới thiết kế của khu tưới thử i;

w_i là diện tích đất thực tế được tưới của khu tưới thứ i;

t_i là thời gian lấy nước vào khu tưới thứ i;

Q_{toàn bộ} được xác định theo công thức (5) hoặc (6);

T là thời gian lấy nước vào công trình đầu mối;

5.3.6.3 Khi Q_{thực tế} thay đổi và nhỏ hơn Q_{Thiết kế}, Hệ số lợi dụng thực tế của kênh (h_{thực tế}) được xác

định theo bảng 8.

Bảng 8 - Hệ số lợi dụng thực tế của kênh

Với a =

5.3.6.4. Trường hợp kênh có biện pháp chống thấm, có thể xác định mức giảm bớt về tổn thất thấm (tính bằng %) theo biểu thức (16). Căn cứ vào trị số D(%) đã tìm được, kết hợp với việc so sánh kinh tế kỹ thuật để lựa chọn biện pháp chống thấm thích hợp.

D(%) = .100                                               (16)

Trong đó: h₁ và h₂ lần lượt là hệ số lợi dụng của kênh khi không có biện pháp chống thấm và có biện pháp chống thấm.

6. Xác định mực nước khống chế trên kênh tưới

6.1. Độ cao mực nước trong hệ thống kênh phụ thuộc vào độ cao mặt ruộng được tưới và tổn thất đầu nước dọc kênh (tổn thất dọc kênh bao gồm cả tổn thất các đoạn chuyển tiếp và đoạn cong) và qua các công trình trên kênh. Độ cao mực nước của kênh cấp trên tại đầu kênh nhánh cấp dưới được xác định như sau:

Ñ_n = Ñ'_n + yZ_n                                                                                                       (17)

                           (18)

Trong đó:

y là tổn thất đầu nước qua cống đầu kênh nhánh cấp dưới;

Ñ'_n là mực nước tính toán tại đầu kênh nhánh cấp dưới ứng với lưu lượng thiết kế;

A_o là độ cao mặt ruộng cần tưới tự chảy. Khi chọn trị số A_o cần có luận chứng kinh tế kỹ thuật;

h_r là chiều sâu lớp nước tưới trên mặt ruộng. Phụ thuộc vào giống đại trà của vùng dự án, qui định của từng tỉnh, tập quán canh tác ở địa phương...;

 là tổng các tổn thất cột nước dọc đường của n kênh nhánh cấp dưới do ma sát;

 là tổng các tổn thất cột nước cục bộ qua các công trình trên n kênh nhánh cấp dưới;

6.2. Đối với ruộng lúa nước hoặc ruộng tưới rãnh, mực nước ở kênh nhánh cấp cuối cùng ứng với lưu lượng thiết kế phải cao hơn lớp nước mặt ruộng hoặc cao hơn lớp nước cao nhất ở đầu luống từ 0,05 m đến 0,1 m.

6.3. Tổn thất cột nước qua các công trình trên hệ thống kênh tưới được xác định theo phụ lục B.

6.4. Để đảm bảo mực nước tưới cần thiết khi kênh làm việc với lưu lượng nhỏ nhất, cần có các công trình điều tiết để nâng cao mực nước.

7. Tính toán mặt cắt kênh tưới

7.1. Yêu cầu kỹ thuật chung

7.1.1. Hệ số mái kênh và chiều sâu nước trong kênh phải thỏa mãn các điều kiện về ổn định, điều kiện thi công và khai thác. Trường hợp kênh được thi công bằng cơ giới, chiều rộng đáy kênh phải thỏa mãn điều kiện công tác của máy;

7.1.1.1. Ngoài các yêu cầu về kỹ thuật, về mặt kinh tế cần xác định hợp lý giữa chiều sâu và chiều rộng đáy kênh sao cho khối lượng đất đào, đắp và diện tích chiếm đất của kênh ít nhất;

7.1.1.2. Khi lưu lượng kênh lớn hơn 1 m³/s nên thiết kế với hệ số b trong khoảng từ 2 đến 5

(b =   = 2 đến 5)

Trong đó:

b là chiều rộng đáy kênh (m);

H là chiều sâu nước trong kênh (m). Sơ bộ có thể xác định h theo công thức:

                                                    (19)

V_kx là vận tốc không xói cho phép, (m/s) xác định theo phụ lục I;

Q là lưu lượng thiết kế của kênh, (m³/s).

Khi lưu lượng kênh bằng hoặc nhỏ hơn 1 m³/s có thể xác định mặt cắt kênh theo phụ lục H.

7.1.2. Kênh có độ dốc đáy lớn hơn độ dốc phân giới nên thiết kế với mặt cắt kênh hình đa giác hoặc hình chữ nhật. Chỉ nên thiết kế mặt cắt đa giác đối với những kênh lớn có chiều sâu lớn hơn 4,5 m đến 5 m. Để ngăn ngừa việc tạo sóng cho các kênh có chiều dài lớn và có độ đốc đáy lớn hơn độ dốc phân giới, nên thiết kế mặt cắt kênh có chiều sâu tăng dần về phía trục kênh, thể hiện trên hình 2.

Hình 2

Khi i nhỏ hơn 0,1 lấy m bằng từ 4 đến 5; Khi i bằng 0,1 đến 0,2 lấy m bằng từ 3 đến 4.

Trong đó: i là độ dốc (dọc) đáy kênh;

m là hệ số mái kênh.

7.1.3. Hệ số mái kênh hình thang phụ thuộc điều kiện địa chất, địa chất thủy văn, chiều sâu của kênh, chiều sâu nước trong kênh, cấu tạo mặt cắt ngang của kênh (kênh có bọc hay không có bọc) và điều kiện thi công. Đối với kênh đào đắp:

- Khi chiều sâu của kênh H nhỏ hơn hay bằng 5 m, chiều sâu nước trong kênh h nhỏ hơn hay bằng 3 m, lúc đó hệ số mái kênh có thể tham khảo theo bảng 9 cho kênh đào hoặc bảng 10 cho kênh đắp. Trong đó H là chiều sâu hình học của kênh tính từ đỉnh bờ kênh đến đáy kênh.

Bảng 9 - Hệ số mái cho kênh đào khi H £ 5 m, h £ 3 m

- Khi chiều sâu kênh H lớn hơn 5 m, chiều sâu nước trong kênh h lớn hơn 3 m, phải tính toán ổn định để xác định hệ số mái kênh.

Bảng 10: Hệ số mái cho kênh đắp khi H £ 5 m, h £ 3 m

7.1.4. Đối với kênh có chiều sâu H lớn hơn 5 m, cần làm thêm cơ, cứ cao từ 3 m đến 5 m làm một cơ, chiều rộng của cơ từ 1 m đến 2 m. Nếu cơ dùng để kết hợp đường giao thông thì chiều rộng của cơ sẽ xác định theo các yêu cầu của giao thông. Mặt cơ phải có độ dốc về phía rãnh thoát nước từ 0,01 đến 0,02. Trên chiều dài rãnh từ 100 m đến 200 m phải thiết kế đường tháo nước. Rãnh thoát nước và đường tháo nước phải được gia cố chống xói.

7.1.5. Trường hợp bờ kênh không kết hợp làm đường giao thông, chiều rộng bờ kênh phụ thuộc vào thiết bị thi công, nhu cầu đi lại trong quản lý vận hành và cơ giới hóa trong sản xuất nông nghiệp. Trường hợp thi công bằng thủ công, chiều rộng bờ kênh tối thiểu tham khảo theo bảng 11. Trường hợp bờ kênh kết hợp đường giao thông chiều rộng được xác định theo các quy định hiện hành.

Bảng 11 - Chiều rộng bờ kênh khi không kết hợp làm đường giao thông

7.1.6. Chiều cao an toàn tính từ mực nước lớn nhất tới đỉnh bờ kênh được xác định theo bảng 12.

Khi kênh có lưu lượng lớn hơn 100 m³/s, chiều cao an toàn được xác định có xét tới sóng do gió, do tầu thuyền gây ra. Khi bờ kênh kết hợp làm đường giao thông thì ngoài những quy định trên, chiều cao an toàn phải phù hợp với yêu cầu của quy chuẩn, tiêu chuẩn và các quy định hiện hành về giao thông.

Bảng 12 - Chiều cao an toàn của kênh

Trị số bán kính cong của tuyến kênh không nên nhỏ hơn 5 lần chiều rộng mặt thoáng của kênh tại đoạn cong đó, ứng với mực nước thiết kế. Khi cần phải giảm nhỏ bán kính cong của tuyến kênh, phải có luận chứng đầy đủ, nhưng trong mọi trường hợp phải thỏa mãn biểu thức:

r ³ 2B                                                                                                               (20)

Trong đó:

r là bán kính cong của tuyến kênh;

B là chiều rộng mặt thoáng kênh tại đoạn cong đó, ứng với mực nước thiết kế.

- Những kênh có lưu lượng Q ³ 50 m³/s, bán kính cong của tuyến kênh không được nhỏ hơn 100 m đến 150 m.

- Phải kiểm tra vận tốc tại đoạn tuyến kênh cong để thỏa mãn điều kiện:

V_max < V_kx                                                                                                         

V_min > V_kl                                                                                                           (21)

Trong đó:

V_kx là vận tốc không xói cho phép (m/s), xác định theo phụ lục I

V_max là vận tốc lớn nhất tại đoạn cong (m/s);                              (22)

V_min là vận tốc nhỏ nhất tại đoạn cong (m/s);                            (23)

V_kl là vận tốc không lắng cho phép, m/s, xác định theo công thức (48)

Q là lưu lượng của kênh, tính bằng m khối trên giây (m³/s);

w là diện tích mặt cắt ướt của kênh, (m²);

B_tb là chiều rộng trung bình của mặt cắt ướt, (m). Đối với kênh hình thang: B_tb = b + mh

b là chiều rộng đáy kênh, (m);

m là hệ số mái kênh;

h là chiều sâu nước trong kênh, (m);

r₁, r₂ lần lượt là bán kính cong của tuyến kênh ở bờ lồi và bờ lõm (m).

Đối với tuyến kênh cong, tại một mặt cắt ngang, mực nước ở bờ lõm cao hơn mực nước ở bờ lồi một đại lượng                                                                                         (24)

Trong đó:

V là vận tốc trung bình của dòng chảy ở chỗ tuyến kênh cong, (m/s);

r là bán kính cong của tuyến kênh, (m);

B là chiều rộng mặt cắt ướt, (m);

g là gia tốc trọng trường, (m/s²).

7.1.8. Độ dốc (dọc) đáy kênh cần thỏa mãn các điều kiện sau:

- Tổn thất đầu nước theo chiều dài kênh không lớn;

- Không có hiện tượng bồi lắng hoặc xói lở lòng kênh;

- Khối lượng đào đắp kênh và các công trình trên kênh nhỏ nhất;

- Nên chọn độ dốc tối đa để tận dụng khả năng chống xói của vật liệu đối với các kênh gia cố hoặc kênh bê tông, kênh xây nhưng vẫn phải đảm bảo lấy nước vào các kênh cấp dưới thuận lợi.

Khi tuyến kênh đi qua vùng địa hình có độ dốc lớn và dòng chảy trong kênh có lượng phù sa lớn thì độ dốc đáy kênh có thể chọn từ 1/2000 đến 1/2500. Đối với kênh dẫn nước từ hồ chứa, nếu địa hình không dốc lắm, độ dốc đáy kênh có thể chọn từ 1/3000 đến 1/5000. Đối với tuyến kênh đi qua vùng đồng bằng, địa hình tương đối bằng phẳng, độ dốc đáy kênh nên chọn từ 1/5000 đến 1/15.000.

Nói chung, khi chọn độ dốc đáy kênh cần có luận chứng kinh tế kỹ thuật.

7.1.9. Hệ số nhám lòng kênh được xác định theo các tài liệu đo đạc thủy văn hoặc theo phương pháp so sánh với lòng kênh tương tự. Trường hợp không có tài liệu, có thể xác định theo phụ lục J.

(Mời xem tiếp trong file tải về)