PHẦN MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Tính đến nay, khoảng 80% trong bảy triệu hecta đất canh tác tại Việt Nam mà đa phần trong số đó là diện tích trồng lúa đã được trang bị cơ sở hạ tầng thủy lợi. Các hệ thống tưới tiêu đã đóng góp phần rất đáng kể trong việc tăng trưởng của ngành nông nghiệp, đặc biệt là tăng sản lượng lương thực. Tuy nhiên trong thực tế, chỉ có khoảng 50% diện tích canh tác trong các hệ thống thủy lợi được cấp nước một cách tương đối đầy đủ.
Phần còn lại thuộc diện không được tưới hoặc tưới bấp bênh, khi có khi không. Thường trong một hệ thống tưới, phần diện tích ở đầu kênh nhận được quá nhiều nước, dẫn đến lãng phí nước và gây ra xói mòn đất đai. Trong khi đó ở cuối kênh lại không có nước, nông dân phải sử dụng biện pháp tưới thủ công, lấy nước từ các kênh rạch tiêu hoặc các ao hồ, nguồn nước vừa thiếu vừa bị ô nhiễm. Kết quả là năng suất cây trồng thấp và không ổn định, chi phí sản xuất tăng lên làm giảm thu nhập của nông dân.
Có hai nguyên nhân chính của những tồn tại trên. Về mặt kết cấu hạ tầng, các hệ thống thường được thiết kế để có thể vận hành với toàn bộ công suất trong điều kiện nguồn nước dồi dào mà chưa xem xét đến việc vận hành ở chế độ nguồn nước không đủ cung cấp nên rất khó vận hành một cách linh hoạt trong mọi trường hợp. Hầu như tất cả các hệ thống tưới tại Việt Nam đều được thiết kế theo kiểu kiểm soát lưu lượng bằng các cống điều tiết ngang với chế độ chảy dưới cánh cống vận hành bằng thủ công. Kinh nghiệm trên thế giới cho thấy các hệ thống cửa van loại này rất khó vận hành do lưu lượng nước không ổn định; việc cung cấp nước không đồng đều và không đáng tin cậy.
Ở các công trình này, người vận hành không có khả năng điều chỉnh thường xuyên để đáp ứng những thay đổi đột ngột về nhu cầu nước. Ngoài ra, hệ thống thường không được đầu tư hoàn chỉnh và đồng bộ, phần nhiều thiếu các kênh cấp dưới, thiếu các công trình phân phối. 1 Về mặt quản lý vận hành, ngoài một số hạn chế về do thiết kế như đã nêu, nhiều hệ thống tưới chưa có quy trình vận hành và bảo trì đồng bộ và đầy đủ. Hàng năm, các công ty quản lý thủy nông (IMC) chưa có kế hoạch quản lý một cách toàn diện các mặt hoạt động của công ty.
Việc xã hội hóa công tác tưới với sự tham gia tích cực của người nông dân hầu như chưa được quan tấm. Nguồn tài chính của IMC không đủ để đáp ứng các yêu cầu duy tu bảo dưỡng, sửa chữa kênh. Kết quả là vòng luẩn quẩn của sự yếu kém trong công tác bảo dưỡng và sự xuống cấp của các công trình cơ sở hạ tầng luôn diễn ra. Một số hệ thống tưới được tu bổ, sửa chữa thời gian qua chủ yếu tập trung vào việc phục hồi với mục tiêu đạt tới các tiêu chuẩn thiết kế ban đầu, mặc dầu các tiêu chuẩn này đã không còn phù hợp với yêu cầu hiện nay.
Trong khi đó việc quản lý, vận hành và bảo trì lại chưa chú ý đúng mức. Điều này gây ra tình trạng các hệ thống thuỷ lợi hoạt động không hiệu quả và có hiệu suất đầu tư thực tế thấp. Trong tình hình phát triển kinh tế hiện nay, nước không chỉ là nhu cầu thiết yếu cho nông nghiệp mà còn là yếu tố không thể thiếu đối với nhiều ngành kinh tế khác. Do vậy vấn đề tiết kiệm nước đang được được đặt ra thành một yêu cầu cấp bách, đặc biệt đối với nông nghiệp là ngành hàng năm tiêu thụ khối lượng nước rất lớn thông qua dịch vụ tưới.
Có hai giải pháp chủ yếu để tiết kiệm nước. Thứ nhất cần áp dụng cơ cấu cây trồng và phân bổ mùa vụ hợp lý; sử dụng các loại giống tiêu thụ ít nước và chịu hạn tốt. Giải pháp thứ hai là cần hoàn chỉnh các hệ thống tưới theo hướng hiện đại cả về các cơ sở hạ tầng và tổ chức quản lý, tức là hiện đại hóa hệ thống tưới. Hiện đại hóa thực chất là đầu tư theo chiều sâu bằng cách áp dụng các biện pháp kỹ thuật và quản lý hiện đại để nâng cao diện tích được tưới của các hệ thống kênh, cùng với việc thay đổi nhận thức về nước, coi nước là một loại hàng hóa và tưới là một loại dịch vụ trong sản xuất nông nghiệp.
Đầu tư vào các hệ thống tưới hiện có vừa ít phức tạp về mặt kỹ thuật, yêu cầu kinh phí không lớn (so với xây dựng mới) nhưng lại có tính ổn định và bền vững cao. Điều này càng có ý nghĩa hơn vì như đã nói ở trên, ở Việt nam hiện nay, 80% đất canh tác nông nghiệp đã có các hệ thống tưới nhưng các hệ thống này còn kém hiệu quả. 2 Ngày nay cùng với sự phát triển của đất nước, từng bước đưa đất nước phát triển theo hướng công nghiệp hóa hiện đại hóa thì kênh dẫn nước các công trình thủy lợi không chỉ phục vụ cho nông nghiệp, giao thông mà còn phục vụ cho công nghiệp, du lịch và dân sinh. Với nhiệm vụ quan trọng phục vụ đa mục tiêu, nhằm nâng cao chất lượng và hiệu quả phục vụ của hệ thống kênh mương, Bộ Nông nghiệp & PTNT đã có các dự án kiên cố hóa kênh mương.
Bên cạnh hiệu quả của việc kiên cố kênh mang lại, cần phải nâng cao hơn nữa công tác quản lý về thiết kế, thi công gia cố kênh bảo đảm hiệu quả, nâng cao về chất lượng và mỹ thuật, công trình bền vững lâu dài. Xuất phát từ thực tế trên, với những kiến thức chuyên môn tích lũy được trong quá trình làm việc, học tập và nghiên cứu, tác giả chọn đề tài “Nghiên cứu lựa chọn giải pháp kỹ thuật thiết kế kênh, áp dụng cho dự án ADB5 tỉnh Bắc Ninh” làm luận văn thạc sĩ của mình. Mục đích nghiên cứu của đề tài: Nghiên cứu đánh giá các giải pháp kỹ thuật thiết kênh thường gặp, phân tích các ưu nhược điểm, từ đó đề xuất giải pháp kỹ thuật thiết kế kênh phù hợp, áp dụng cho dự án tăng cường quản lý thủy lợi và cải tạo các hệ thống thủy nông (ADB5) tỉnh Bắc Ninh. Phương pháp nghiên cứu: Để thực hiện những nội dung nghiên cứu, luận văn sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau: - Phương pháp thu thập, tổng hợp và phân tích số liệu; - Phương pháp điều tra khảo sát thực tế; - Phương pháp thống kê; - Phương pháp phân tích so sánh; - Một số phương pháp kết hợp khác để nghiên cứu và giải quyết các vấn đề được đặt ra.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài: a. Đối tượng nghiên cứu của đề tài: Đối tượng nghiên cứu của đề tài là Các giải pháp kỹ thuật thiết kế kênh. Phạm vi nghiên cứu của đề tài: Nghiên cứu về hệ thống kênh tưới, áp dụng cụ thể cho dự án ADB5 tỉnh Bắc Ninh. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài a.
Ý nghĩa khoa học Đề tài góp phần hệ thống hoá và cập nhật những vấn đề lý luận cơ bản về thiết kế hệ thống kênh tưới. Kết quả hệ thống cơ sở lý luận, phân tích đánh giá và đề xuất giải pháp của luận văn có giá trị tham khảo cho việc học tập và nghiên cứu về công tác thiết kế kênh. Ý nghĩa thực tiễn Kết quả nghiên cứu, phân tích đánh giá về kết quả đạt được, những tồn tại hạn chế trong công tác thiết kế kênh và những giải pháp đề xuất của đề tài sẽ là những tham khảo hữu ích đối với Ban quản lý dự án, các tiểu dự án ADB5 Bắc Ninh trong việc quản lý nhằm nâng cao hiệu quả của các dự án đầu tư xây dựng công trình thủy lợi trên địa bàn tỉnh Bắc Ninh. Kết quả đạt được - Khái quát về hệ thống kênh, vai trò của hệ thống kênh; - Phân tích thực trạng các giải pháp kỹ thuật thiết kế kênh thường gặp; - Đề xuất giải pháp kỹ thuật thiết kế kênh cho dự án tăng cường quản lý thủy lợi và cải tạo các hệ thống thủy nông (ADB5) tỉnh Bắc Ninh.
TỔNG QUAN CHUNG VỀ HỆ THỐNG KÊNH 1. Đặc điểm, vai trò của kênh và hệ thống kênh Kênh là đường dẫn nước hở hoặc kín được xây dựng để chuyển và cấp nước cho các ngành dùng nước khác nhau. Theo hình thức kết cấu, kênh được phân thành hai loại: kênh đất và kênh xây (gạch xây, đá xây, bê tông.) Theo đối tượng phục vụ, kênh được phân thành các loại: kênh dẫn nước phát điện, kênh tưới, kênh tiêu, kênh vận tải, kênh phục vụ đa mục tiêu. Theo vị trí tương đối với mặt bằng xung quanh: kênh nổi, kênh chìm, kênh nửa nổi nửa chìm.
Theo mặt cắt ngang: kênh kín, kênh hở. Một số hình dạng mặt cắt kênh Theo Thông tư số 134/1999/TT-BNN-QLN ngày 25/9/1999 của Bộ Nông nghiệp và PTNT hướng dẫn tổ chức việc thực hiện kiên cố hóa kênh mương thì kênh được phân loại thành: - Loại I: Kênh trục chính của những hệ thống lớn ở đồng bằng và một số hệ thống quan trọng ở miền núi. 5 - Loại II: Kênh liên huyện, liên xã. - Loại III: Kênh mương liên thôn, nội đồng.
Theo TCVN 4118:2012, mạng lưới kênh tưới 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. - Kênh chính là kênh dẫn nước từ nguồn phân phối nước cho các kênh nhánh cấp I; - Kênh nhánh cấp I là kênh dẫn nước từ kênh chính phân phối nước cho kênh nhánh cấp II; - Kênh nhánh cấp II là kênh dẫn nước từ kênh chính phân phối nước cho kênh nhánh cấp III; Hình 1-2. Sơ đồ mạng lưới kênh tưới 6 Hình 1-3.
Hệ thống tưới truyền thống Vai trò của hệ thống kênh: Nền kinh tế của đất nước ta là nền kinh tế nông nghiệp, độc canh lúa nước. Vì vậy nền kinh tế nước ta phụ thuộc rất nhiều vào thiên nhiên, nếu như thơi tiết khí hậu thuận lợi thì đó là môi trường thuận lợi để nông nghiệp phát triển nhưng khi gặp những thời kỳ mà thiên tai khắc nghiệt như hạn hán, bão lụt thì sẽ gây ảnh hưởng nghiêm trọng đối với đời sống của nhân dân ta đặc biệt đối với sự phát triển của cây lúa, bởi vì lúa là một trong những mặt hàng xuất khẩu quan trọng của nước ta.