Hướng dẫn thiết kế hệ thống tưới nhỏ giọt

Như trong bài viết trước, chúng tôi đã giới thiệu với các bạn tổng quan về cách thiết kế hệ thống tưới nhỏ giọt hiệu quả dựa trên các tính toán chi tiết đi từ loại cây trồng, loại đường ống nhỏ giọt, loại ống nhỏ giọt, đường ống phụ, ống chính và máy bơm.

Hôm nay, chúng tôi xin tiếp tục cùng các bạn tính toán và phân tích chi tiết từng bước làm để có một bản thiết kế hoàn chỉnh

Bước 1: Tổng hợp các thông tin về khu vực trồng

Thu thập và phân tích thông tin trước khi thiết kế hệ thống tưới nhỏ giọt

• Như chúng tôi đã đề cập trong phần 1, việc thu thập thông tin khu vực triển khai để lên bản thiết kế hệ thống tưới nhỏ giọt rất quan trọng.
• Trong trường hợp ví dụ dưới đây chúng tôi giả định việc triển khai hệ thống tưới nhỏ giọt này trên một diện tích đất khá lý tưởng, khu vực trồng là bằng phẳng (độ dốc là 0%)
• Nguồn nước sát khu vực trồng và không phải xử lý trước khi đưa vào hệ thống tưới cho cây trồng
• Nguồn điện đủ và ổn định để vận hành hệ thống bơm tưới

Thông tin cơ bản của khu vực trồng được mô tả dạng layout như dưới đây:

Sơ đồ khu vực trồng dự kiến

• Tổng diện tích trồng 120×120~14,400m2 (1.44ha)
• Nguồn nước sẵn sàng tại khu vực trồng, sử dụng giếng khoan với độ sâu khoảng 8m
• Loại cây trồng: Rau
• Khoảng cách giữa tâm của 2 luống (b) là: 1.52m

Khoảng cách lỗ nhỏ giọt và giữa hai đường ống

• Khoảng cách lỗ nhỏ giọt (a): 40cm (loại inline)
• Nguồn điện 220v, đảm bảo ổn định. Sử dụng máy phát dự phòng với công suất hỗ trợ > 4HP, trên thị trường loại phổ thông trên 6.5HP, giá khoảng 2.5tr. Chúng tôi chỉ tư vấn thiết kế và triển khai hệ thống tưới nhỏ giọt, hệ thống điều khiển kiểm soát trồng không bán máy phát điện các bạn nhé

Bước 2: Tính toán lượng nước yêu cầu của cây trồng

Tính toán tổng lượng nước cần

• Như giả định trên, chúng ta chọn cây trồng là rau với lượng nước yêu cầu là 12 (Lit/Mtr/Day). Thông tin về lượng nước cho cây trồng với các loại khác nhau bạn tham khảo theo phụ lục đính kèm.
• Trên cơ sở diện tích trồng, chúng ta sẽ tính được tổng lượng nước cần để tưới 1.44ha như sau: Tổng diện tích là 14,400m2/ khoảng cách giữa các đường ống nhỏ giọt là 1.52m do đó tổng đơn vị mtr quy đổi: 14,400/1.52 = 9,474 mtr
• Tổng lượng nước cần cung cấp mỗi ngày: 9,474 mtr x 12 lit/mtr/day = 113,684 lit/day

Bước 3: Lựa chọn loại nhỏ giọt

Trồng rau và dải luống, do đó khoảng cách ống phù hợp là 40cm (phụ thuộc vào loại rau trồng có thể dày hơn, trong trường hợp này chúng tôi chọn loại phổ biến là 40cm). Sử dụng đường ống loại inline để tiết kiệm chi phí

Bước 4: Lựa chọn loại đường ống nhỏ giọt 12mm hay 16mm (lateral line) và tính toán thời gian tưới phù hợp

Lựa chọn đường ống nhỏ giọt 12mm hay 16mm

• Như trên bản vẽ layout, chiều rộng của khu vực trồng là 120m. Do đó, chúng ta phải chia khu vực trồng làm 2 phần (mỗi phần 60m, chia nhỏ hơn nữa sẽ cần nhiều ống mainline và submain line hơn nữa, không hiệu quả về mặt đầu tư) vì mỗi loại đường ống 12mm hay 16mm đều có kích thước tối đa có thể kéo dài như trong phụ lục đính kèm. Với khoảng cách lỗ 40cm loại inline có các lựa chọn như sau:
  • Ống nhỏ giọt 16mm có 2 lựa chọn loại 2lit/h có chiều dài tối đa là 82m; 4lit/h có chiều dài tối đa là 52m
  • Ống nhỏ giọt 12mm có 2 lựa chọn loại 2lit/h có chiều dài tối đa là 49m; 4lit/h có chiều dài tối đa là 31m
• Như vậy chỉ có loại ống nhỏ giọt 16mm với khoảng cách lỗ 40cm và 2lit/h là đáp ứng với yêu cầu diện tích, chiều dài và công suất.
• Thông tin tóm tắt:

Tính toán thời gian cần tưới cho hệ thống tưới nhỏ giọt

• Để xác định thời gian tưới dựa trên lượng nước yêu cầu và loại ống nhỏ giọt đã chọn ta cần tính lượng nước cần cho mỗi mtr cần tưới
• Khoảng cách lỗ nhỏ giọt 0.4m, như vậy 1 đơn vị mtr sẽ có: 1/0.4 = 2.5 lỗ nhỏ giọt tương đương với 2.5x2lit/giờ = 5 lit mtr/ giờ
• Lượng nước yêu cầu cho cây rau là 12 lit mtr/day, do đó thời gian cần tưới cho mỗi cây trồng là: 12/5 = 2.4 giờ mỗi ngày.

• Như vậy, chúng ta đã xác định được thời gian cần tưới cho mỗi mtr với yêu cầu là 12 lit mtr/day là 2.4h tương đương 2 giờ 24 phút.
• Câu hỏi đặt ra là sẽ thực hiện bơm đồng loạt cho toàn bộ diện tích hay phải chia nhỏ khu vực tưới. Để giải quyết vấn đề này chúng ta phải phân tích 3 nhân tố ảnh hưởng tới việc chia khu vực hay tưới đồng loạt
  • Thứ nhất: Nguồn điện và thời gian cho 1 ngày tưới tại khu vực trồng, thực tế bạn không thể bơm 24/7 cho toàn bộ khu vực trồng được. Do đó, trong trường hợp này chúng tôi giả định và thực tế cũng chỉ hoạt động bơm 8h/ngày. Với 8h/ngày thì bạn chỉ có thể chia tối đa khu vực thành 8h/2.4h=3.3 khu vực (3 khu vực)
  • Thứ hai: Chiều dài của đường ống lateral đã chọn ở trên (ống PE 16mm, 2 lít/giờ, khoảng cách lỗ nhỏ giọt 0.4m) có chiều dài tối đa 82m và lượng nước hao hụt là 2mtr.
  • Thứ ba: Công suất bơm phổ biến và chi phí đầu tư tăng thêm nếu sử dụng bơm công suất cao hơn. Hiện nay trên thị trường phổ biến mức công suất 250-500lit/phút ~ 15,000-30,000 Lít/giờ và đảm bảo hút được ở độ sâu như giả định 8m. Tổng lượng nước giải phóng qua đường ống nhỏ giọt: 9,474 mtr x 2lit/giờ x 0.4m = 47,370 lit/giờ, với công suất 15,000-30,000 lít/giờ thì cần tối thiểu: 47,370/30,000 = 2.6 đến 47,370/15,000 = 3.15 lần (khoảng 3 lần)
• Với nguồn lực và mức đầu tư như trên, chúng ta chia khu vực tưới thành 3 phần với 3 lần bơm khác nhau.

Bước 5: Lựa chọn đường ống phụ (submain line)

• Như đã tính toán ở trên, số khu vực bơm được ngắt làm 3 khu vực khác nhau. Công suất yêu cầu đối với đường ống phụ: 47,370/3 = 15,790 lít/giờ = 4.39 lit/giây
• Tham chiếu phụ lục đính kèm, với yêu cầu lưu lượng nước như trên chúng ta sẽ có lựa chọn cho đường ống phụ như sau:
• Ống nhựa PVC kích thước đường ống 63mm, tỷ lệ hao hụt là 2mtr
• Tổng chiều dài của khu vực trồng là 120m, mỗi đường ống cần: 120m/3 = 60m

Bước 6: Lựa chọn đường ống chính (Main line)

• Lưu lượng nước trên đường ống chính phụ thuộc vào đường ống phụ, theo tính toán trên tốc độ này là 4.39 lít/giây. Tham chiếu bảng phụ lục, xác định lựa chọn đường ống chính như sau:
• Đường ống chính bằng nhựa PVC size 75mm, tỷ lệ hao hụt là 18mtr trên 1000m đường ống. Tổng chiều dài đường ống chính: 2*120/3 = 80m + chiều dài từ nguồn: 120/2 = 60m, tổng chiều dài: 80m+60m = 140m
• Tỷ lệ hao hụt trên đường ống này: 140×18/1000 = 2.52mtr

Bước 7: Lựa chọn máy bơm

• Lưu lượng nước cần thiết theo yêu cầu là 4.39 lít/giây, tỷ lệ này cần phải tính toán với tỷ lệ hao hụt trên từng đường ống đã tính toán ở trên.
• Công suất bơm = công suất cần (4.39) x tỷ lệ hao hụt / 45
• Tổng tỷ lệ hao hụt:
  • Hao hụt tại ống nhỏ giọt (lateral line): 2 mtr
  • Hao hut tại ống phụ: 2 mtr
  • Hao hụt tai ống chính: 2.52 mtr
  • Hao hụt tại bộ lọc rác (xem bảng tham chiếu): 2 mtr
  • Hao hụt tại bộ lọc cát (xem bảng tham chiếu): 5 mtr
  • Hao hụt tại bộ lọc đĩa (xem bảng tham chiếu): 3 mtr
  • Hao hụt tại các điểm đấu nối chuyển đổi đường ống (xem bảng tham chiếu): 1 mtr
  • Độ sâu của nguồn nước: 8 mtr
  • Tổng hao hụt vận hành trên toàn hệ thống: 10 mtr
• Tổng hao hụt: 2+2+2.52+…= 35.52 mtr
• Công suất bơm = (4.39 x 36)/45 = 3.51 HP (4HP)

(Còn tiếp …)

Hướng dẫn thiết kế chi tiết hệ thống tưới nhỏ giọt (phần 3)

• Lập lịch bơm hàng ngày
• Phương pháp điều chỉnh lượng nước theo chu kỳ của cây
• Tích hợp hệ thống điều khiển tưới chính xác
• Những lưu ý khi điều tiết dinh dưỡng tự động