Kỹ thuật tưới phun mưa cho cây trồng khu vực miền núi và trung du

Các tính toán cân bằng nước của các tỉnh Hà Giang, Tuyên Quang, Yên Bái cho thấy, nếu để bảo đảm sinh trưởng cho cây trồng thì nước nước thiếu là rất lớn (có thể tới 411,2 mm/năm). Có những vùng thiếu nước nghiêm trọng như Văn Chấn (Yên Bái), Hoàng Su Phì, Xí Mần (Hà Giang), thị xã Tuyên Quang. Qua thực tế cho thấy để bảo đảm cây trồng sinh trưởng tốt, cho năng suất cao thì việc giữ ẩm, tưới bổ sung là rất cần thiết. Ví dụ, cây cà phê vào khoảng tháng 1-2 (giữa mùa khô) nếu không tưới đủ nước thì tỷ lệ ra hoa và đậu quả sẽ rất thấp thậm chí là mất mùa. Mặt khác, do đặc điểm của vùng miền núi và trung du có địa hình phức tạp, đất dốc, không bằng phẳng và đặc biệt là tính thấm rất cao, cây trồng chủ yếu là cây công nghiệp như chè, cà phê, cây ăn quả và rau màu (ở vùng núi thì cây trồng được trồng thiếu tập trung, manh mún). Vì vậy việc xây dựng hệ thống kênh dẫn nước tưới theo kiểu truyền thống sẽ gặp rất nhiều khó khăn và lượng nước tổn thất sẽ rất lớn trong điều kiện nguồn nước khan hiếm là không phù hợp. Vì vậy việc chọn kỹ thuật tưới phù hợp với điều kiện địa hình, cây trồng, nguồn nước và tình hình kinh tế xã hội của khu vực này là rất cần thiết và cấp bách. Qua quá trình nghiên cứu, chúng tôi thấy áp dụng kỹ thuật tưới phun mưa vào phục vụ cây trồng miền núi và trung du là rất phù hợp.

Trong kỹ thuật này, nước được dẫn tới vòi tưới phun mưa bằng hệ thống đường ống, điều này cho phép giảm thiểu tỷ lệ tổn thất nước là một yếu tố tiên quyết cho việc áp dụng kỹ thuật tưới trong điều kiện nguồn nước khan hiếm. Mặt khác do điều kiện địa hình phức tạp, độ dốc cao và cây trồng thiếu tập trung thì kỹ thuật này thể hiện được tính chất linh động, phù hợp của nó. Hơn nữa đối với miền núi và trung du nguồn nước thường được bắt nguồn từ trên cao rất phù hợp với điều kiện hoạt động của hệ thống tưới phun mưa là cần nguồn nước có áp lực. Không những thế kỹ thuật này còn cho phép giảm tới mức tối thiểu sức lao động phổ thông, đặc biệt trong điều kiện miền núi, nếu như trước đây, với biện pháp tưới thủ công thì 1 ha cây trồng mỗi lần tưới phải cần tới hàng trăm công mà vẫn không đảm bảo đủ nước theo yêu cầu, nhưng với kỹ thuật tưới phun mưa chúng ta chỉ cần một người vận hành hệ thống tưới là đủ. Để hệ thống tưới phun mưa hoạt động có hiệu quả thì công tác thiết kế hệ thống là rất quan trọng. Hệ thống tưới phun mưa được cấu tạo bởi:

(1) Công trình đầu mối: nguồn cung cấp nước sạch có áp lực (bao gồm nguồn nước, hệ thống xử lý nước sạch, máy bơm tạo áp lực (nếu nguồn nước không đủ áp lực).

(2) Hệ thống đường ống dẫn (có thể là ống thép, PVC hay HDPE);

(3) Các vòi tưới phun mưa.

Việc thiết kế một hệ thống tưới phun mưa được bắt đầu từ việc khảo sát địa hình, chọn nguồn nước (điều này rất quan trọng để chọn hình thức xử lý nước (điều này rất quan trọng để chọn hình thức xử lý nước, phương pháp bố trí hệ thống tưới...). Hệ thống tưới phun mưa được thiết kế theo hình thức ngược từ các nhánh lên tới đầu mối theo trình tự các bước sau:

(1) Chọn vòi phun. Chọn vòi phun đóng vai trò quyết định trong thiết kế hệ thống tưới phun mưa. Chọn vòi phun mưa phụ thuộc các yếu tố sau:

(+) Loại cây trồng khu vực tưới (ví dụ cây non chọn vòi phun có cấp hạt mưa nhỏ...)

(+) Địa hình khu vực: ví dụ nếu khu vực có độ dốc cao mà bố trí loại vòi phun có bán kính lớn thì sẽ gây ra sự phân bố mưa không đồng đều, khi đó bố trí loại vòi phun có bán kính nhỏ sẽ phù hợp hơn.

(+) Tốc độ gió: nếu gió tốc độ lớn, bố trí loại vòi phun mưa có bán kính lớn sẽ không thuận lợi (phân bố mưa không đồng đều).

(2) Chọn hình thức bố trí vòi tưới phun, gồm các hình thức sau: đa giác, hình vuông, hình chữ nhật hay hình thoi.

(3) Chọn hướng bố trí của ống dẫn chính và nhánh: vì địa hình vùng núi và trung du rất phức tạp, không bằng bằng, do đó việc chọn hướng bố trí tuyến ống nhánh có gắn các vòi tưới là rất quan trọng, chúng ta chọn theo nguyên tắc cao độ đầu, cuối nhánh chênh lệch ít nhất, nếu có chênh lệch thì cuối nhánh có độ cao thấp hơn.

(4) Chọn kích thước ống chính, ống nhánh: việc chọn kích thước đường ống chính, nhánh phụ thuộc vào việc tính toán tổn thất thủy lực trong ống. Tính tổn thất thủy lực đường ống được tính ngược từ dưới lên đến đầu mối theo công thức Hw = Hd + Hc. Trong đó: Hd - tính theo công thức Hazen Uyliam:
Hd = 4,75 x L x Q1,851/C1,851 x D4,809.

Với Hd-tổn thất cột nước dọc đường, (m); L-chiều dài ống, (m); Q-lưu lượng đoạn đang tính (l/s); C-hệ số ma sát; D-đường kính ống, (cm); Hc-tổn thất cục bộ, thường tính bằng 10% HD. (5) Chọn quy mô đầu mối:

(+) Sau khi tính toán được tổn thất thủy lực của toàn bộ hệ thống, xác định được lưu lượng đầu mối (Qđm);

(+) áp lực đầu mối được xác định theo công thức: ZH = Hw + Hv. Với Hw-tổn thất thủy lực toàn hệ thống; Hv-áp lực hoạt động của vòi phun.

Nếu hệ thống dùng nước là nguồn áp lực tự chảy thì phải tính toán thử dần để chọn được kích thước đường ống phù hợp với cột áp và lưu lượng nguồn nước. Nếu nguồn nước được cung cấp từ máy bơm áp lực thì chọn máy bơm sao cho phù hợp với các yêu cầu thiết kế trên (áp lực, lưu lượng). Trong trường hợp hệ thống quá lớn, muốn giảm nhỏ quy mô đầu mối có thể chia hệ thống ra làm nhiều hệ thống nhỏ có các công trình đầu mối khác nhau, hoặc chung một công trình đầu mối và sử dụng biện pháp tưới luân phiên. Trong trường hợp nguồn nước sử dụng tưới không sạch, chúng ta phải áp dụng các biện pháp xử lý nước, tạo nguồn nước sạch để tránh tắc vòi tưới phun trong quá trình hoạt động. Mục đích cuối cùng của thiết kế hệ thống tưới phun mưa là tạo ra một hệ thống tưới có khả năng tạo mưa cục bộ, phù hợp với sinh trưởng của cây trồng, tiết kiệm nước và tạo phân bố mưa đồng đều. Để đạt được điều này, trong khi thiết kế, chúng ta nên chú ý tính toán sao cho áp lực đầu và cuối nhánh chênh lệch nhau không quá 15%.

Với những ưu điểm nổi bật của kỹ thuật tưới phun mưa là tiết kiệm nước, không phá vỡ cấu tượng đất, không gây xói, rửa trôi đất, phù hợp với tính thấm cao của đất miền núi, trung du, vận hành đơn giản và giải phóng được sức lao động và đặc biệt rất phù hợp và cần thiết. Bởi vì điều kiện dân sinh, kinh tế của khu vực này là nghèo nàn, lạc hậu, nên để áp dụng rộng rãi kỹ thuật tưới phun mưa chúng ta phải nghiên cứu biện pháp hạ giá thành của hệ thống tưới như chọn nguồn nước hợp lý, nghiên cứu chế tạo các thiết bị tưới trong nước như đường ống chuyên dụng, vòi tưới phun mưa... để người dân và các doanh nghiệp chấp nhận được.