Chương 6 HỆ THỐNG THỦY LỢI VÀ CÁC ĐẶC ĐIỂM
6.1. HỆ THỐNG THỦY LỢI VÀ CÁC THÀNH PHẦN CỦA NÓ
6.1.2. Phân loại hệ thống thủy lợi
Có nhiều cách tiếp cận để đánh giá và phân loại HTTL. Tuy nhiên, hiện nay người ta thường dựa trên 3 tiêu chí để đánh giá và phân loại HTTL. Đó là các tiêu chí về:
- Quy mô và tầm quan trọng của HTTL;
- Mức độ và khả năng phục vụ của HTTL;
- Ý nghĩa và mục tiêu của HTTL đối với con người.
(1) Phân loại theo quy mô và tầm quan trọng của HTTL
Đây là tiêu chí phân loại thường gặp đối với bất kỳ hình thức công trình trong bất cứ ngành kinh tế quốc dân nào. Quy mô nói lên độ lớn về không gian của hệ thống, nói đến diện tích chiếm đất, nói đến độ lớn về đầu tư xây dựng... trong khi tầm quan trọng lại kể tới khả năng phục vụ nói chung, nhưng quan trọng hơn là mức độ thiệt hại gây ra nếu công trình bị hư hỏng hay sự cố.
Theo tiêu chí này, chúng ta rất quen thuộc với từ "cấp công trình", ở nước ta, đối với HTTL và các công trình của nó, từ quy mô và tầm quan trọng của HTTL và
của công trình người ta chia thành 5 cấp. Công trình cấp I có quy mô và tầm quan trọng cao nhất, còn công trình cấp V là thấp nhất. Đối với những HTTL đặc biệt lớn và đặc biệt quan trọng người ta phải xây dựng tiêu chuẩn và quy phạm riêng, được gọi là công trình "siêu cấp".
Dưới đây là một số quy định phân cấp HTTL và cấp công trình được nêu trong tiêu chuẩn và quy phạm của Nhà nước.
Bảng 6.1: Cấp thiết kế của công trình theo năng lực phục vụ (Trích TCXDVN 285: 2002)
Loại công trìnhthủy lợi I II III IV V 1. Hệ thống thủy nông có diện tích
được tưới hoặc diện tích tự nhiên khu
tiêu (103ha) ≥ 50 < 50÷10 < 10÷2 <
2÷0,2 < 0,2 2. Nhà máy thủy điện có công suất
(103 KW) ≥ 300 <300÷50 < 50÷5 <
5÷0,2 < 0,2 3. Công trình cấp nguồn nước chưa
xử lý cho các ngành khác với lưu lượng (m3/s)
≥ 20 < 20÷10 < 10÷2 < 2 -
Bảng 6.2: Cấp thiết kế của công trình theo đặc tính kỹ thuật của các hạng mục công trình thủy (Trích TCXDVN 285: 2002)
Cấp thiết kế Loại công trình thủy Loại
đất
nền I II III IV V
1. Đập vật liệu đất, đất đá có
chiều cao lớn nhất (m)
A B C
> 100
> 75
> 50
> 70
÷100
> 35 ÷75
> 25 ÷50
> 25
÷70
> 15
÷35
> 15
÷25
> 10
÷25
> 8 ÷15
> 8 ÷15
≤ 10
≤ 8
≤ 8
2. Đập bê tông, bê tông cốt thép
các loại và các công trình thủy
khác, có chiều cao (m)
A B C
> 100
> 50
> 25
> 60
÷100
> 25 ÷50
> 20 ÷25
> 25
÷60
> 10
÷25
> 10
÷20
> 10
÷25
> 5 ÷10
> 5 ÷10
≤ 10
≤ 5
≤ 5
3. Tường chắn có chiều cao (m)
A B C
> 40
> 30
> 25
> 25 ÷40
> 20 ÷30
> 18 ÷25
> 15
÷25
> 12
÷20
> 10
÷18
> 8 ÷15
> 5 ÷12
> 4 ÷8
≤ 8
≤ 5
≤ 4
4. Hồ chứa có dung tích (106m3)
- >
1000 >200
÷1000 > 20
÷200 > 1 ÷20 ≤ 1
Ghi chú:
1) Đất nền được chia thành 3 nhóm điển hình:
Nhóm A: Nền đá
Nhóm B: Nền đất cát, đất hòn thô, đất sét cứng và nửa cứng Nhóm C: Nền đất sét bão hòa nước ở trạng thái dẻo
2) Chiều cao công trình được tính như sau:
- Với đập vật liệu đất, đất-đá: Chiều cao tính từ mặt nền thấp nhất sau khi dọn móng (không kể chiều cao của phần chân khay) đến đỉnh đập.
- Với đập bê tông các loại và các công trình xây đúc chịu áp khác: Chiều cao tính từ đáy chân khay thấp nhất đến đỉnh công trình.
Bảng 6.3: Quan hệ cấp thiết kế giữa công trình chủ yếu - công trình thứ yếu - công trình tạm thời trong một công trình đầu mối hoặc hệ thống dẫn
(Trích TCXDVN 285 : 2002)
Cấp thiết kế của công trình đầu mối
hoặc hệ thống dẫn I II III IV V
Cấp thiết kế của công trình chủ
yếu I II III IV V
Cấp thiết kế của công trình thứ
yếu III III IV V V
Cấp thiết kế của công trình tạm
thời IV IV V V V
1. Hệ thống đầu mối CTTL là cụm công trình gồm đập +hồ chứa+trạm thủy điện
2. Công trình xả lũ là một loại CTTL riêng rẽ nằm trong cụm CTTL nói chung, ví dụ đập dâng là CTTL chuyên môn, đập tràn hoặc nhà máy thủy điện v.v...
3. CTTL có tính vĩnh cửu là công trình riêng rẽ sử dụng trong suốt thời gian vận hành các CTTL then chốt
4. CTTL chủ yếu là CTTL khi bị sự cố sẽ tạo ra tai họa cho hạ du hoặc ảnh hưởng nghiêm trọng đến việc phát huy hiệu ích cụm CTTL, ví dụ đập dâng, đập tràn xả lũ v.v...
5. CTTL có tính tạm thời là CTTL sử dụng trong thời gian thi công các CTTL then chốt, ví dụ công trình dẫn dòng thi công, đê quây, v.v...
(2) Phân loại theo mức độ và khả năng phục vụ
Tiêu chí mức độ khả năng phục vụ của HTTL lại quan tâm đến khía cạnh là HTTL có thể cùng một lúc phục vụ bao nhiêu ngành kinh tế quốc dân. Nếu chỉ phục vụ một ngành thì được gọi là HTTL hay công trình thủy lợi "đơn chức năng", ngược lại thì được gọi là "đa chức năng". Dưới đây sẽ đề cập tới một số nhiệm vụ hay chức năng của HTTL đơn và đa chức năng.
Hệ thống thủy lợi đơn chức năng
Hệ thống thủy lợi đơn chức năng là dự án thủy lợi được đầu tư để phục vụ chỉ một nhiệm vụ chủ yếu duy nhất. Trong thực tế có khá nhiều loại dự án kiểu như vậy. Tất nhiên nếu phân tích kỹ ra thì một dự án nào đó dù chỉ phục vụ một nhiệm vụ chủ yếu, nhưng bao giờ dự án cũng phát huy tác dụng trên một số mặt khác, chẳng hạn như vấn đề môi trường, vấn đề xã hội... Nhưng khi tính toán và đánh giá hiệu quả kinh tế đối với các dự án thủy lợi đơn chức năng, người ta chỉ tính toán chi phí, thu nhập... cho nhiệm vụ chủ yếu đó mà thôi.
Với định nghĩa như trên, đối chiếu với những nhiệm vụ chủ yếu và thực tế công tác đầu tư trong thủy lợi, chúng ta có thể kể đến một số HTTL đơn chức năng mà chúng ta sẽ lần lượt nghiên cứu dưới đây:
- HTTL phục vụ tưới.
- HTTL phục vụ tiêu thoát nước.
- HTTL phục vụ cấp nước sinh hoạt.
- HTTL phục vụ phát điện.
- HHTL phục vụ phòng chống lũ.
- HTTL phục vụ giao thông thủy.
a.HTTL phục vụ tưới
HTTL được đầu tư xây dựng làm nhiệm vụ cấp nước tưới cho cây trồng là một trong những loại dự án thủy lợi ra đời sớm nhất và phổ biến nhất trên thế giới.
Ngay từ thời xa xưa, con người đã biết làm những guồng nước, cọn nước, máng nước để chuyển nước từ sông suối tự chảy vào đồng ruộng của họ. Đó chính là những công trình thủy lợi phục vụ tưới ra đời sớm nhất. Ngày nay, ngoài tưới tự chảy sử dụng dòng chảy thiên nhiên trên sông suối, kỹ thuật thủy lợi còn cho phép tưới động lực, tức là sử dụng những công trình bơm nước để cấp nước tưới, hoặc xây dựng những hồ chứa làm nhiệm vụ điều tiết dòng chảy, bổ sung nước mùa kiệt phục vụ tưới. Ba loại dự án thủy lợi trên đây được coi là tiêu biểu cho dự án thủy lợi phục vụ tưới. Ba loại dự án này khác nhau ở điểm cơ bản là công trình tạo cột nước đầu kênh tưới (công trình đầu mối), còn lại phần công trình dẫn nước tưới thì như nhau.
Về mặt công trình đầu mối chúng ta có thể kể đến những thành phần chính đối với ba loại hình trên như sau:
+ Công trình tưới tự chảy (bao gồm đập dâng, tràn toàn tuyến, cống lấy nước).
+ Công trình tưới tự chảy và điều tiết (bao gồm đập dâng nước tạo hồ chứa, công
trình tràn, cống lấy nước).
+ Công trình tưới động lực (bao gồm trạm bơm nước cùng thiết bị của nó).
Đối với công trình dẫn nước từ đầu mối tới khu ruộng tưới thường là kênh dẫn và các công trình trên kênh như: cầu máng, cống luồn, xi phông, tràn bên, bậc nước, cống chia nước v.v...
Trên cơ sở các thành phần công trình, người ta xác định tổng vốn đầu tư cần thiết để thực hiện dự án. Tổng vốn đầu tư xây dựng ban đầu của dự án bao gồm đầu tư cho phần công trình xây dựng và đầu tư cho phần thiết bị. Đây chính là hai thành phần chi phí lớn nhất và quan trọng nhất đối với một dự án. Quá trình tính toán vốn đầu tư cho dự án thường được gọi là công tác tính toán "dự toán" của công trình. Để tính được dự toán của một dự án đầu tư cần phải có những tài liệu như:
- Khối lượng xây lắp và khối lượng chủng loại thiết bị của dự án. Khối lượng này được tính toán và thống kê từ thiết kế dự án.
- Những văn bản quy định của Nhà nước hướng dẫn tính dự toán lúc đó.
Những quy định của địa phương (thường là của UBND các tỉnh, thành phố) trong công tác tính dự toán.
- Định mức và đơn giá của Nhà nước và của địa phương đối với các loại nguyên vật liệu, thiết bị, công việc trong dự án.
- Những chính sách khác có liên quan như chính sách xã hội, bảo hiểm, và đặc biệt quan trọng là những quy định về thuế cùng những khoản thu của Nhà nước.
Về khu vực ruộng đồng, cần phải xác định được diện tích tưới (thường tính bằng ha), thống kê được chi phí hàng năm và thu nhập từ cây trồng trên diện tích đó trước khi có dự án và phải tính toán được chi phí hàng năm và thu nhập từ cây trồng cũng trên diện tích đó nhưng từ khi dự án phát huy tác dụng.
Chi phí hàng năm trước khi có dự án bao gồm các khoản chi để có thu hoạch từ cây trồng như: giống, phân bón, thuốc trừ sâu, công lao động. Sau khi có dự án ngoài những khoản chi liên quan đến sản xuất như trên để có thu nhập mới lớn hơn còn cần cộng thêm với khoản chi phí vận hành công trình, duy tu và sửa chữa công
trình hàng năm.
Thu nhập trước khi có dự án được tính từ sản lượng trung bình trên diện tích tưới của lương thực, hoa màu mỗi năm nhân với giá cả của sản lượng đó. Còn thu nhập sau khi có dự án được tính bằng sản lượng mới và giá cả áp dụng cho sản lượng đó. Lưu ý rằng sau khi có dự án, cơ cấu cây trồng trên diện tích đó có thể thay đổi, còn nếu không thay đổi thì hệ số sử dụng đất sẽ tăng lên, nghĩa là số vụ gieo trồng tăng lên trong năm vì đã có đủ và chủ động nước tưới, còn trước khi có dự án thì chỉ dựa vào nước mưa là chính.
b. HTTL phục vụ tiêu thoát nước
Trong lĩnh vực thủy lợi, tiêu thoát nước là một vấn đề lớn. Nếu tiêu thoát nước cho nông nghiệp, người ta thường gọi là tiêu úng. Khi mưa to và dài ngày, mực nước sông suối lên cao, nước mưa trong đồng không tự chảy để tiêu thoát kịp làm cho ruộng đồng bị ngập, cây cối và hoa màu sẽ bị chết do úng. Còn với những khu dân cư, với các thành phố lớn, khu đô thị, vấn đề thoát nước mưa và nước sinh hoạt thường đi kèm với nhau, mạng lưới cống rãnh thoát nước được nối từ từng hộ gia đình với mạng lưới tiêu thoát chung, sau đó ra đến kênh mương, tới khu xử lý trước khi trả về nguồn. Ngoài ra ở vùng núi, khu dân cư và ruộng đồng nằm ngay dưới triền núi với độ dốc sườn núi rất lớn, những trận mưa rào rất dễ dẫn đến lũ quét gây lũ và úng ngập, xử lý vấn đề này cũng thuộc nhiệm vụ tiêu thoát nước trong thủy lợi.
Như vậy chúng ta đã đề cập tới ba loại hình dự án tiêu thoát nước điển hình là:
+ Tiêu nước úng ngập cho ruộng đồng bằng hệ thống kênh mương tiêu và công
trình bơm động lực.
+ Thoát nước mưa và nước sinh hoạt cũng bằng hệ thống cống, kênh mương tiêu
và công trình bơm động lực.
+ Tiêu lái lũ từ sườn núi cao cho khu dân cư và ruộng đồng bằng hệ thống đê bao
lái lũ.
Việc tính toán đầu tư cho dự án cũng tương tự như với dự án thủy lợi phục vụ tưới. Khi đã có phương án thiết kế, chúng ta sẽ tính được vốn đầu tư xây dựng cơ bản ban đầu cho phần công trình và phần thiết bị.
Về chi phí hàng năm cho dự án tiêu cũng được tính cho thời kỳ trước khi có dự án và sau khi có dự án. Chi phí trước khi có dự án tiêu chính là chi phí năm bình quân tính đến những tổn thất do úng ngập dẫn đến mất mùa, thiệt hại đường sá... Chi phí sau khi có dự án bây giờ chỉ bao gồm chi phí vận hành, duy tu bảo dưỡng mà thôi. Phần chênh lệch giữa chi phí hàng năm trước và sau khi có dự án được xem là thu nhập thuần mà dự án tiêu thoát nước mang lại.
c.HTTL phục vụ cấp nước sinh hoạt
Các HTTL cấp nước sinh hoạt được phát triển rất nhanh theo tốc độ đô thị hóa, công nghiệp hóa và các hoạt động dịch vụ vui chơi, giải trí. Dự án loại này cung cấp nước sạch đúng tiêu chuẩn để phục vụ sinh hoạt của con người như ăn uống, tắm giặt, vui chơi giải trí hoặc phục vụ sản xuất công nghiệp. Nói chung dự án cấp nước sinh hoạt đều giống nhau ở hộ dùng nước và mạng lưới xử lý và cấp nước. Điều khác nhau lớn nhất là nguồn cấp nước, nên có thể phân thành hai loại hình dự án cấp nước sinh hoạt là:
+ HTTL cấp nước với nguồn nước mặt.
+ HTTL cấp nước với nguồn nước ngầm.
Tính toán đầu tư ban đầu cho dự án cấp nước sinh hoạt cũng tương tự như với các dự án khác. Với nguồn nước mặt (có thể là sông thiên nhiên, hồ thiên nhiên hoặc nhân tạo) công trình đầu mối bao gồm những trạm bơm nước thô hoặc cống lấy nước thô và đập dâng nước tạo hồ chứa cùng công trình tràn. Với nguồn nước ngầm, đầu mối chính là các giếng khoan nước ngầm với độ sâu lên đến hàng trăm mét cùng các trạm bơm hút nước ngầm.
Ngay sau công trình lấy nước thô vừa nêu là khu vực xử lý để đảm bảo tiêu chuẩn vệ sinh về nước sinh hoạt hoặc nước phục vụ công nghiệp. Khu vực xử lý bao gồm các cụm xử lý nước về cơ học, lý học và sau đó là các cụm xử lý hóa học.
Xử lý cơ học và lý học nhằm loại bỏ nhanh các tạp chất cơ học trong nước nguồn, ô xy hóa các chất như sắt (Fe), măng gan (Mn), ma giê (Mg)... Sau đó là quá trình xử lý hóa học, lúc này cần đưa thêm vào nước sau khi xử lý cơ học một số hóa chất để diệt các loại vi khuẩn, vi trùng không cho phép trong tiêu chuẩn sử dụng nước.
Các hóa chất thông thường nhất là vôi, Clo,...
Nước sau khi làm sạch, được bơm vào khu bể chứa nước sạch và phân phối vào mạng cấp nước. Trên mạng cấp nước là những đường ống thép, gang, ống tráng kẽm, ống nhựa PVC đủ kích cỡ, cùng với thiết bị trên mạng ống như bơm tăng áp, tháp nước, bể nước, đồng hồ đo và van các loại.
Sau khi tính được dự toán của dự án với khối lượng công trình và thiết bị như đã mô tả, cần phải tính được chi phí và thu nhập của dự án. Đối với dự án cấp nước sinh hoạt, trước khi có dự án thì chi phí và thu nhập đều có thể coi bằng không.
Chi phí hàng năm sau khi có dự án bao gồm: chi phí vận hành (điện phục vụ bơm nước, lương công nhân, chi phí xử lý nước), chi phí duy tu, bảo dưỡng v.v...
Thu nhập hàng năm của dự án được tính bằng tiền bán nước cho các hộ tiêu thụ dựa trên lượng nước tiêu thụ (tính theo m3) nhân với giá 1 m3 nước sinh hoạt.
d. HTTL phục vụ phát điện
HTTL đơn chức năng chỉ với nhiệm vụ phát điện thường xảy ra đối với quy mô thủy điện nhỏ hoặc rất nhỏ phục vụ nhu cầu điện địa phương, cụm gia đình hoặc trong phạm vi gia đình. Tận dụng chênh lệch cột nước địa hình tại những nơi dòng suối có thác, ghềnh hoặc độ dốc thay đổi đột ngột hay những vị trí dòng suối uốn lượn gấp khúc, người ta xây dựng công trình đầu mối để lấy nước, dẫn nước bằng kênh hoặc đường ống vào trạm thủy điện rồi dẫn trả về nguồn. Dự án thủy điện thuộc loại này chỉ sử dụng nước để phát điện chứ không dùng nước cho các mục đích khác.
Về thành phần công trình đối với dự án thủy điện nhỏ có thể kể đến: đập dâng, công trình tràn, cống lấy nước, bể lắng cắt (có thể có), đường ống, trạm thủy điện nhỏ trong đó lắp đặt các tuốc bin thủy lực, máy phát điện và các thiết bị phụ, kênh xả sau nhà máy thủy điện, máy biến áp, hệ thống cột và đường dây tải điện cùng những thiết bị điện khác.
Từ những thành phần công trình và thiết bị, chúng ta có thể dễ dàng tính được dự toán của dự án. Còn chi phí hàng năm của dự án bao gồm: điện tự dùng, chi phí vận hành hàng năm, chi phí duy tu, bảo dưỡng thiết bị. Thu nhập hàng năm của dự án chính là tiền bán điện năng cho các hộ tiêu thụ điện.
Với thủy điện cực nhỏ quy mô gia đình, người ta mua và đặt ngay bộ máy gồm: tuốc bin và máy phát điện trên kênh dẫn hoặc máng nước, một tuyến dây điện và cột điện bằng tre, gỗ, đôi khi treo dây điện vào các thân cây để dẫn về nhà phục vụ thắp sáng, quạt máy và tivi...
Đối với loại hình dự án thủy điện nhỏ và rất nhỏ, chỉ có chi phí và thu nhập hàng năm sau khi có dự án mà thôi. Không cần tính chi phí và thu nhập trước khi có dự án.
e. HTTL phục vụ phòng chống lũ
Lũ lụt là một trong những mối hiểm họa lớn của thiên nhiên đối với con người. Phòng chống lũ là một trong các nhiệm vụ chủ yếu của công trình và dự án thủy lợi. HTTL làm nhiệm vụ phòng chống lũ tiêu biểu nhất là các tuyến đê sông của chúng ta, ngoài ra còn có những dạng dự án khác như dự án phân lũ, chuyển lũ, lái lũ (như đã nghiên cứu), dự án cắt lũ và làm chậm lũ tại các hồ chứa nước ở thượng du... Mục đích chung của tất cả các dự án phòng chống lũ đều là phòng