Đánh giá hiệu quả ứng dụng trạm bơm điện cột nước cao để tưới cho cây trồng có giá trị kinh tế vùng khan hiếm nước ở vùng Trung Du miền núi phía Bắc - Nguyễn Thị Kim Dung

KHOA HỌC CÔNG NGHỆ TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 33 - 2016 1 ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ ỨNG DỤNG TRẠM BƠM ĐIỆN CỘT NƯỚC CAO ĐỂ TƯỚI CHO CÂY TRỒNG CÓ GIÁ TRỊ KINH TẾ VÙNG KHAN HIẾM NƯỚC Ở VÙNG TRUNG DU MIỀN NÚI PHÍA BẮC Nguyễn Thị Kim Dung, Đào Kim Lưu Viện Nước, Tưới tiêu và Môi trường Tóm tắt: Hiện nay các loại bơm cột nước cao đã được phổ biến trên thị trường với nhiều công suất khác nhau, đáp ứng yêu cầu đa dạng về cột nước và lưu lượng. Các loại bơm này được áp dụng rộng rãi trong lĩnh vực cấp nước sinh hoạt và trong công nghiệp. Bài viết này sẽ đánh giá khả năng áp dụng bơm cột nước cao để cấp nước cho sản xuất nông nghiệp, phục vụ chuyển đổ cơ cấu cây trồng và xây dựng nông thôn mới ở vùng trung du và miền núi phía Bắc. Từ khóa: bơm cột nước cao, tưới tiết kiệm nước, khan hiếm nước, nông thôn mới Summary: At present the high head pumps are popular in the market with many different capacities to meet varied requirements of water column and flow. These pumps are widely applied in the field of water supply and in industry. This article will evaluate the possibility of applying high head pumps to supply water for agricultural production in crop restructuring and new rural programs in midland and northern mountainous region. Key words: high head pump, water-saving irrigation, water scarcity, new rural program 1. ĐẶT VẤN ĐỀ * Vùng trung du miền núi phía Bắc phong phú về loại đất, quỹ đất chưa sử dụng còn nhiều, đa dạng về tiểu vùng khí hậu là điều kiện thuận lợi để có thể phát triển sản xuất nông nghiệp theo hướng chuyên canh với nhiều loại cây trồng khác nhau như cây lương thực, cây công nghiệp ngắn ngày, cây rau hoa, cây dược liệu, cây ăn quả... Tuy nhiên, do địa hình chia cắt mạnh, lượng mưa phân bố không đều, khả năng điều tiết của lưu vực kém đã ảnh hưởng rất lớn đến cấp nước phục vụ sản xuất nông nghiệp và sinh hoạt. Trong những năm qua, nhiều công trình thuỷ lợi đã được xây dựng góp phần quan trọng vào sự phát triển nông nghiệp trong vùng. Những công trình thuỷ lợi nhỏ đã được đầu tư xây dựng nhưng chủ yếu là đập dâng, hồ chứa và kênh mương, phục vụ chủ yếu tưới cho cây lúa và khai thác cho vùng đất tập trung, ít công Ngày nhận bài: 28/4/2016 Ngày thông qua phản biện: 20/5/2016 Ngày duyệt đăng: 20/6/2016 trình phục vụ cho diện tích đất dốc và phân tán với các loại cây công nghiệp và cây ăn quả có giá trị kinh tế cao. Bơm thủy luân và bơm va đã được ứng dụng để cấp nước tưới cho vùng đất dốc nhưng tổng diện tích được tưới còn rất nhỏ. Dưới tác động của biến đổi khí hậu, suy giảm diện tích rừng đã làm suy giảm lượng nước trên các sông suối, nhiều công trình có lưu vực nhỏ không có nước về mùa khô. Hiện nay các loại bơm cột nước cao đã được phổ biến trên thị trường với nhiều công suất khác nhau, đáp ứng yêu cầu đa dạng về cột nước và lưu lượng, được sử dụng nhiều trong lĩnh vực cấp nước sinh hoạt và trong công nghiệp. Bài viết này sẽ đánh giá khả năng áp dụng bơm cột nước cao phục vụ sản xuất nông nghiệp cho vùng trung du và miền núi. 2. THIẾT KẾ GIẢI PHÁP 2.1. Giải pháp chung Hiện nay các loại bơm cột nước cao có thể đạt đến hàng trăm mét cột nước bơm và lưu lượng đạt đến vài nghìn m3/h. Máy bơm có thể đặt trên cạn hoặc đặt chìm dưới nước. Công suất KHOA HỌC CÔNG NGHỆ TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 33 - 2016 2 của máy bơm có thể đáp ứng yêu cầu sử dụng nước quy mô trang trại hộ gia đình đến các khu tưới tập trung. Tuy nhiên, máy bơm cột nước cao tiêu tốn điện năng cao, công tác quản lý vận hành tương đối phức tạp và yêu cầu phải có hệ thống cung cấp điện. [1] [2] Hình 1: Khả năng hoạt động của một số máy bơm ly tâm trục ngang (trái) và ly tâm trục đứng (phải) Sơ đồ bố trí: Nước được bơm để tưới trực tiếp hoặc trữ vào các bể sau đó cấp vào hệ thống đường ống tưới tiết kiệm nước. Hình 2: Sơ đồ bố trí máy bơm và hệ thống tưới - Nguồn nước: Sử dụng nước từ suối hoặc các ao hồ tự nhiên. Sử dụng nguồn nước suối cần tính toán khả năng dòng chảy của suối để có giải pháp khai thác phù hợp. - Bể chứa: Sử dụng các vật liệu chống thấm để giảm lượng tổn thất do thấm. Dung tích bể cần đảm bảo đủ nước chăm sóc cây trồng trong thời kỳ không vận hành máy bơm. - Hệ thống tưới tiết kiệm nước: Tưới phun mưa hoặc tưới nhỏ giọt. Hạn chế áp dụng hình thức tưới tràn vì yêu cầu lượng nước lớn. 2.2. Mô hình thí điểm cấp nước cho cánh đồng Thôm Bó xã Bình Văn Bình Văn là xã vùng cao của huyện Chợ Mới, tỉnh Bắc Kạn. Địa hình chủ yếu là đồi núi cao, dốc và chia cắt phức tạp. Tổng diện tích tự nhiên toàn xã là 2815ha, diện tích trồng lúa nước là 115ha chiếm 4% tổng diện tích tự nhiên[3]. Nền kinh tế của xã chủ yếu phụ thuộc vào nông-lâm nghiệp. Lúa chủ yếu trồng vào vụ mùa là chủ yếu, vụ Xuân hiện nay đã trồng cây thuốc lá. Cây thuốc lá cho thu nhập cao hơn trồng lúa từ 3-4 lần. Hiện nay, cây thuốc lá chưa được tưới và chủ yếu nhờ vào nước mưa nên chất lượng và năng suất không ổn định. Thời kỳ cây thuốc lá mới được trồng và các năm ít mưa, người dân phải tốn nhiều công để vận chuyển nước từ hồ để tưới. Khu mô hình thí điểm thuộc cánh đồng thôn Thôm Bó với diện tích 35,0 ha. Đồng ruộng khu tưới dạng bậc thang, chênh lệch ruộng cao KHOA HỌC CÔNG NGHỆ TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 33 - 2016 3 nhất và thấp nhất khoảng 40m. Các đập dâng chỉ có nước về mùa mưa, về mùa khô cạn nước. Hồ Thôm Bó có khả năng cấp nguồn nhưng ở vị trí thấp hơn khu tưới. Cơ cấu mùa vụ hiện nay là 1 vụ trồng lúa và 1 vụ trồng cây thuốc lá và không trồng cây vụ đông do không có nước. Hình 3: Địa hình khu tưới (trái) và đập dâng + dây cấp nước sinh hoạt về mùa khô Giải pháp cấp nước[4]: - Sử dụng bơm cột nước cao bơm nước từ hồ Thôm Bó, dẫn nước bằng hệ thống đường ống HDPE và cấp vào các ống nhánh tưới trực tiếp kết hợp trữ nước vào các bể chứa HDPE; - Lượng nước từ các bể HDPE được sử dụng để chăm sóc hoặc tưới cho cây trồng trong thời gian không bơm tưới. Nước trong bể có thể sử dụng cấp nước sinh hoạt hoặc chăn nuôi trong mùa khô. Bể HDPE được đặt tại vị trí có thể cấp nước tự chảy bằng đường ống tưới, người nông dân có thể lấy nước tại các họng chờ; - Bố trí đường ống tưới ở giữa khu tưới, trên ống bố trí các họng chờ có gắn van. Các họng làm nhiệm vụ cấp nước trực tiếp trong thời gian bơm và cấp nước từ các bể trong thời gian ngưng bơm. - Hệ thống đường ống cấp nước được chôn chìm nên không chiếm đất và ảnh hưởng đến sản xuất. Hình 4: Sơ đồ bố trí tuyến ống trong khu tưới 1/ Các thông số thiết kế khu mô hình Nhiệm vụ: Đảm bảo chủ động cấp nước tưới cho 35ha cây thuốc lá vụ xuân và hỗ trợ tưới 35ha lúa vào vụ mùa; Cấp công trình: Cấp V; Tần suất thiết kế mức bảo đảm tưới: P=85%; Nguồn nước cấp: Hồ Thôm Bó. KHOA HỌC CÔNG NGHỆ TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 33 - 2016 4 Trạm bơm: Xây dựng mới trạm bơm gồm 2 máy bơm ly tâm trục ngang 200x100 CNJA của hãng Ebara với công suất mỗi động cơ 55kw (1 máy dự phòng). Cột nước thiết kế H=60m, lưu lượng thiết kế mỗi máy Q=330m3/h. Đường ống chính: Tổng chiều dài 1116m, vật liệu HDPE PN10, đường kính 250mm, ống được chôn sâu 0,8m so với mặt đất. Đường ống nhánh: Tổng chiều dài 420m, vật liệu HDPE PN10, đường kính 110mm, ống được chôn sâu 0,8m so với mặt đất. Đường ống tưới: Tổng chiều dài 950m, vật liệu HDPE PN6, đường kính 90mm, ống được chôn sâu 0,8m so với mặt đất. Trên tuyến ống bố trí cách 50m bố trí một họng chờ. Công trình trên tuyến ống: Bố trí đầy đủ van cấp nước, van xả khí, van xả cặn. Bể chứa: Gồm 03 bể lót tấm HDPE có dung tích mỗi bể 1200m3. Diện tích chiếm đất: Tổng diện tích chiếm đất là 3157m2. Trong đó, trạm bơm chiếm 257m2, 03 bể chứa chiếm 2900m2. Suất đầu tư: 120 triệu/ha. 2/ Quản lý vận hành và Hiệu quả kinh tế Quản lý vận hành Vận hành tưới cần có 2-3 người có thiết bị thông tin để phối hợp khi vận hành. Người vận hành phải được đào tạo tập huấn về vận hành máy bơm, an toàn điện, vận hành đường ống Mức tưới tính toán là 1500m3/ha, số lần tưới toàn vụ là 8 lần với 16 giờ bơm/lần. Trong thời gian bơm ngoài cấp nước trực tiếp vào ruộng cần cấp nước vào các bể trữ để phục vụ chăm sóc cây trong thời gian giữa hai đợt bơm tưới. Hiệu quả kinh tế Sau khi có dự án sẽ chủ động cấp nước tưới cho 35ha thuốc lá vào vụ xuân và hỗ trợ cấp nước vào vụ mùa trong trường hợp hạn hán. Năng suất thuốc lá trung bình khi chưa được tưới là 1,7 tấn/ha, sau khi được tưới là 2,3 tấn/ha. Thu nhập thuần trên 1 ha sau khi có dự án tăng thêm: 24 triệu đồng/ha. Chi phí đầu tư: 4200 triệu đồng Tổng chi phí hàng năm: 137,87 triệu đồng/năm. Trong đó chi phí điện năng 10,56 triệu đồng, chi phí lương 43,31 triệu đồng, chi sửa chữa tường xuyên 84 triệu đồng Chi phí sửa chữa lớn: 420 triệu đồng/10 năm Đời sống dự án là 25 năm. Kết quả phân tích kinh tế dự án cho thấy dự án khả thi về mặt kinh tế. Bảng 1: Kết quả phân tích hiệu quả kinh tế ứng với hệ số chiết khấu r=12% Trường hợp NPV (triệu đồng) IRR (%) B/C Trường hợp cơ sở 970 15,80 1,20 Trường hợp chi phí tăng 10% 875 15,40 1,18 Trường hợp lợi ích giảm 10% 387 13,50 1,07 Trường hợp lợi ích giảm 10% và chi phí tăng 10% 291 13,20 1,06 3/ Đánh giá khả năng áp dụng Ưu điểm: - Khu mô hình thí điểm thuận lợi về nguồn nước, đường giao thông, hệ thống cấp điện, thuận lợi cho công tác xây dựng và quản lý vận hành; - Cấp nước bằng đường ống giảm được lượng nước thất thoát và diện tích chiếm đất; KHOA HỌC CÔNG NGHỆ TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 33 - 2016 5 - Hệ thống bể chứa và đường ống tưới tạo thuận lợi cho việc chủ động tưới và chăm sóc cây trồng; - Suất đầu tư của khu mô hình khoảng 120 triệu/ha ở mức trung bình so với các công trình miền núi khác. Nhược điểm: - Mức tiêu thụ điện của trạm bơm cột nước cao lớn hơn so với các trạm bơm tưới thông thường nên không hiệu quả khi cấp nước tưới cho lúa hoặc các loại cây trồng có giá trị kinh tế thấp. Với quy định hiện hành, cấp bù thủy lợi phí đối với cây công nghiệp ngắn ngày bằng 40% mức thủy lợi phí đối với đất trồng lúa. Như vậy tổng kinh phí cấp bù 1 vụ là 25,35 triệu đồng. Với mức cấp bù này không đủ để chi phí tiền điện và lương của 3 cán bộ vận hành trong 5 tháng. - Yêu cầu kỹ thuật quản lý vận hành cao. Khả năng nhân rộng: Như vậy có thể thấy công trình có tính khả thi về mặt kỹ thuật, suất đầu tư và hiệu quả kinh tế nhưng để áp dụng và nhân rộng cần có chính sách cấp bù thủy lợi phí phù hợp, chính sách ưu tiên trong phát triển hệ thống tưới tiết kiệm nước và phải đào tạo nguồn nhân lực quản lý vận hành cho các địa phương. 3. KẾT LUẬN Các xã vùng miền núi phía Bắc có nền kinh tế chủ yếu phụ thuộc vào nông-lâm nghiệp. Sản xuất nông nghiệp đóng vai trò quan trọng trong ổn định đời sống và nâng cao thu nhập của người dân. Cơ sở hạ tầng như đường giao thông, điện ở các xã ngày càng được hoàn thiện. Việc áp dụng giải pháp cấp nước bằng máy bơm cột nước cao là khả thi. Chủ động nguồn nước tưới sẽ tạo thuận lợi cho phát triển và chuyển đổi cơ cấu cây trồng sang các loại cây trồng có giá trị kinh tế cao, áp dụng tiến bộ khoa học vào sản xuất, nâng cao thu nhập cho người dân và góp phần tích cực vào phong trào xây dựng nông thôn mới. Để phát triển loại hình công trình này cần có chính sách về ưu tiên đầu tư và thủy lợi phí cấp bù phù hợp cùng với các chính sách ưu tiên trong phát triển hệ thống tưới tiết kiệm nước. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. EBARA. Horizontal Split Casing Pump – Moel CSA/CNA. [2]. GRONDFOS. Complete Submersible Pump System. [3]. Ủy ban nhân dân xã Bình Văn, 2013. Thuyết minh Quy hoạch xây dựng nông thôn mới xã Bình Văn. [4]. Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam. Kết quả nghiên cứu thuộc đề tài “Nghiên cứu đề xuất các giải pháp công nghệ về cơ sở hạ tầng (thủy lợi và cấp nước sinh hoạt) phục vụ xây dựng nông thôn mới vùng trung du, miền núi phía Bắc”.