THIẾT KẾ HỆ THỐNG TƯỚI PHUN MƯA (PHẦN 2)

1. Xác định diện tích tưới

Để xác định hình dáng, diện tích vùng tưới, không có cách nào khác hơn là phải đo đạc. Nếu có điều kiện thì dùng máy toàn đạc điện tử, máy kinh vĩ quang cơ để đo đạc địa chính, địa hình toàn khu đất. Nếu vùng tưới rộng, nên thuê các đơn vị tư vấn đo đạc bài bản cả địa chính lẫn địa hình; trong trường hợp diện tích nhỏ có thể dùng máy định vị cầm tay hoặc cùng lắm dùng thước dây để đo, vẽ lại hình dáng khu đất theo tỷ lệ nhất định, ghi ra kích thước từng cạnh và tính diện tích khu đất, cũng cần xác định chỗ cao, chỗ thấp trong khu đất; chênh cao giữa cạnh này đến cạnh kia là bao nhiêu. Khi đã có “cái nền” là hình dáng, diện tích khu đất, ta bắt đầu phác họa sơ đồ bố trí cây trồng.

2. Thiết kế hệ thống tưới

a. Phân chia khu tưới

Dựa vào công suất, lưu lượng và cột nước loại máy bơm đang sử dụng, bạn có thể chia khu tưới sao cho phù hợp.

Khi phân chia khu tưới, bạn phải lên bản vẽ thể hiện rõ hình dáng, diện tích từng khu tưới, kích thước các cạnh của khu tưới, vẽ các hàng cây và chiều dài mỗi hàng cây, từ đây ta sẽ tính được số lượng cây trồng trong mỗi khu tưới; tính ra đường kính, chiều dài của đường ống chính.

Ví dụ: vùng tưới có diện tích khoảng 1 ha, được chia thành 4 khu tưới, mỗi khu 2500 m². Loài cây trồng là cây dứa, mật độ trồng 45.000 – 50.000 cây/ha.

b. Bố trí tuyến ống

Các đường ống chính nên bố trí dọc theo đường giao thông nội bộ khu tưới, cách mép đường một khoảng bằng bán kính tầm phun mưa của vòi phun và nằm sâu dưới mặt đất từ 60 cm đến 70 cm.

Các đường ống nhánh và đường ống tưới bố trí theo diện tích khu tưới (thường vuông góc với đường ống chính), đặt sâu dưới mặt đất từ 50 cm đến 60 cm.

Các đường ống chờ nên bố trí cao hơn so với mặt đất. Chiều cao của đường ống chờ phụ thuộc vào chiều cao lớn nhất của loại cây trồng được tưới. Khoảng cách giữa các đường ống chờ phụ thuộc vào sơ đồ bố trí vòi phun và bán kính tầm phun mưa của vòi phun. Đường ống chờ phải được định vị cố định để chống rung lắc trong quá trình phun.

Hình 1 Sơ họa điển hình một đường ống tưới phun mưa cho cây dứa

Kích thước tính bằng centimet

 CHÚ DẪN:

1 Đường ống tưới;      2 Tấm đỡ bê tông đúc sẵn;

3 Ống chờ;      4 Nối ren;        5 Vòi phun mưa

c. Tính toán lưu lượng, chọn ống

Dựa vào bán kinh vòi phun và cách bố trí như đã nói ở phần 1, bạn xác định nơi đặt tuyến ống nhánh và xác định chiều dài của nó. Ví dụ, chiều dài một đường ống nhánh là 52 m, trong khi khoảng cách giữa các béc phun mưa là 5 m, thì khi đó ta sẽ tính được số béc phun trên ống nhánh đó là  béc. Nếu bạn tính ra lẻ thì bạn cộng thêm 1 béc nữa, suy ra trong trường hợp này, tại ống nhánh này bạn phải sử dụng 11 béc. Không phải lúc nào chiều dài ống nhánh cũng như nhau, do đó bạn nên lập một bản đồ, trên đó có ghi chiều dài các đoạn ống để có thể tính toán số béc được chuẩn xác hơn.

Sau khi tính ra được số béc mỗi ống nhánh, bạn cần tính ra lưu lượng cần cung cấp cho ống nhánh đó. Ví dụ bạn chọn loại béc có khoảng lưu lượng hoạt động 150 – 250 l/h, khi đó bạn có thể chọn một lưu lượng xác định để làm cơ sở tính toán trong khoảng cho phép trên, ở đây chọn 200 l/h. Có 11 béc như vậy, do đó lưu lượng cần cung cấp cho ống nhánh là 200 x 11 = 2200 l/h = 37 l/phút = 0,61 l/s. So sánh với lưu lượng của máy bơm, ví dụ bơm lưu lượng 100 m³/h = 100.000 l/h = 27,7 l/s. Lấy lưu lượng bơm chia cho lưu lượng cấp ống nhánh sẽ cho ra số ống nhánh có thể hoạt động cùng một lúc, ở đây là  ống nhánh. Nếu số ống nhánh quá nhiều thì bạn có thể chọn giải pháp tăng chiều dài ống nhánh lên, tăng số béc trên một ống lên,… Toàn bộ số ống nhánh này sẽ được lắp vào một van để quản lý tưới, do đó bạn nên tính toán sao cho hợp lý. Bạn nên bố trí số ống nhánh của từng cụm van tưới sao cho giống nhau nhất có thể, điều này giúp cho mức tưới được đồng đều.

Sau khi đã xác định được số béc, và đã bố trí hợp lý trên sơ đồ, bạn cần chọn đường kính ống hợp lý. Trên thị trường hiện nay, phổ biến gồm có các ống có đường kính 21, 27, 34, 42, 48, 60, 75, 90, 110, … Theo kinh nghiệm, bạn chọn từ ống phun mưa chọn lên (chọn tăng 2 cấp, sau đó tăng thêm 1 cấp), tăng theo từng cấp đường kính. Ví dụ bạn có thể chọn là 21 42 48, hoặc 27 48 60… Lưu ý bạn chọn ống tiết diện càng bé thì lưu lượng nước càng cao, dẫn tới nước phun ra từ béc sẽ mạnh hơn.

Sau khi chọn xong, cần tính toán thủy lực đường ống. Lợi ích từ việc tính toán thủy lực là chọn được cột nước áp lực phù hợp, từ đó chọn được loại máy bơm.  Thông thường đối với khu vườn bằng phẳng có diện tích 1 ha, thường chọn  máy bơm có cột nước 20 – 50 m. Để xác định chính xác hơn, có thể tham khảo theo TCVN 9170 – 2012:

d. Tính toán thủy lực

Sơ đồ bố trí mạng lưới đường ống phụ thuộc vào điều kiện địa hình và quy mô của khu tưới, hệ thống đường giao thông của vùng tưới, đường sản xuất bố trí trong khu tưới và cảnh quan môi trường khu vực vùng tưới.

Tính thủy lực đường ống phải đảm bảo các khu vực trong vùng tưới được tưới đồng đều, tổn thất giữa điểm đầu và điểm cuối đường ống không vượt quá phạm vi cho phép, áp lực nước tại các đầu vòi phun không được chênh lệch nhau quá 10 %.

Căn cứ vào hình dạng và diện tích khu tưới để tính toán xác định chiều dài, đường kính các loại đường ống cấp nước.

Căn cứ vào điều kiện địa hình khu tưới và phân bố cây trồng trong vùng tưới để lựa chọn biện pháp tưới luôn phiên hay tưới đồng thời, xác định quy mô diện tích được tưới và thời gian tưới của mỗi lần tưới. Lưu lượng tưới thiết kế của vùng tưới được tính theo số lượng vòi phun hoạt động đồng thời.

Tổng tổn thất cột nước trong đoạn đường ống tính toán được xác định theo công thức (46):

H_tt = H_d + H_c + H_dh     (46)

trong đó:

H_tt là tổng tổn thất cột nước trong đường ống tính toán, m;

H_d là tổn thất dọc đường, m, xác định theo công thức (47):

H_d = S x L       (47)

S là hệ số tổn thất, m/km, tính theo công thức tính của Unicef như sau:

Q là lưu lượng của đoạn ống, l/s;

D là đường kính ống, mm;

f là hệ số ma sát phụ thuộc vào vật liệu chế tạo ống, lấy theo bảng 4;

L là chiều dài đoạn ống tính toán, km;

H_c là tổn thất cục bộ, xác định theo công thức (49):

ξ là hệ số tổn thất cục bộ, xác định bằng phương pháp tra bảng tính toán thủy lực;

V là vận tốc dòng chảy của đoạn ống tính toán, m/s;

g là gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s² ;

H_đh là chênh lệch về độ cao địa hình tại vị trí tim cửa vào (điểm đầu) và tim cửa ra (điểm cuối) của đoạn đường ống tính toán, m:

H_dh= H_cc – H_cd             (50)

trong đó:

H_cd là độ cao địa hình tại vị trí tim cửa vào của đường ống, m;

H_cc là độ cao địa hình tại vị trí tim cửa ra của đường ống, m.

Xác định lưu lượng thiết kế và cột nước thiết kế để chọn máy bơm và động cơ

Lưu lượng thiết kế

Lưu lượng thiết kế của máy bơm xác định theo công thức (51):

Q_tk = A x q      (51)

trong đó:

Q_tk là lưu lượng thiết kế của máy bơm, m³/h;

A là số vòi phun của trạm bơm cùng hoạt động đồng thời;

q là lưu lượng phun của một vòi, m³/h.

Cột nước thiết kế

Công thức tổng quát xác định cột nước thiết kế của máy bơm như sau:

trong đó:

H_tk là cột nước thiết kế của máy bơm phun mưa, m;

D là chênh lệch cao độ giữa đầu vòi phun điển hình với cao độ mặt nước thiết kế của nguồn nước cấp, m. Thông thường đầu vòi phun điển hình là vòi phun ở vị trí tương đối cao và cách xa trạm bơm nhất;

Sh_dd là tổng tổn thất dọc đường tính từ cửa vào của máy bơm đến vòi phun điển hình, m;

Sh_cb là tổng tổn thất cục bộ tính từ cửa vào của máy bơm đến vị trí vòi phun điển hình, m;

h_vòi là cột nước áp lực yêu cầu tại miệng vòi phun, m.

Tổn thất dọc đường của từng đoạn đường ống tính theo công thức (47) hoặc theo công thức sau:

Trong đó:

h_ddi là tổn thất dọc đường của đoạn đường ống thứ i;

Q_i là lưu lượng của đường ống thứ i, m³/h;

l_i là chiều dài đoạn đường ống thứ i, m;

d_i là đường kính của đường ống thứ i, mm;

f_i là hệ số ma sát dọc đường, f_i phụ thuộc vào loại đường ống;

m là chỉ số lưu lượng, m phụ thuộc vào tổn thất ma sát;

b là chỉ số đường kính ống, b phụ thuộc vào tổn thất ma sát.

Bảng quan hệ vật liệu làm đường ống với các giá trị f, m và b trong công thức (53)

Vật liệu ống	f	m	b
1. Ống bê tông và bê tông cốt thép	1,783 x 106	2,00	5,33
2. Ống gang, thép cũ	6,250 x 106	1,90	5,10
3. Ống fibro – ciment	1,455 x 105	1,85	4,89
4. Ống chất dẻo	0,946 x 105	1,77	4,77
5. Ống hợp kim	0,861 x 105	1,74	4,74

Tổn thất dọc đường trên đường ống nhánh lắp vòi phun được hiệu chỉnh theo công thức sau:

trong đó :

h_ddi là tổn thất dọc đường trên đường ống tính theo công thức (53);

K là hệ số hiệu chỉnh tính theo công thức sau:

n là số vòi phun trên đường ống tính toán;

m là chỉ số lưu lượng lấy theo bảng 4;

x là tỷ số khoảng cách giữa ống chính và vòi phun thứ nhất với khoảng cách giữa hai vòi phun.

Tổn thất cục bộ tại từng vị trí trên đường ống tính theo công thức (49).