[Ghi chú biên tập viên: Tổ chức Raintree là một tổ chức cấp cơ sở nhỏ ở miền Bắc Thái Lan, chuyên giúp đỡ trẻ em và cộng đồng kém may mắn. Ngoài việc tổ chức các mái ấm trẻ em, các chương trình nuôi dưỡng trẻ, và một số doanh nghiệp xã hội quy mô nhỏ, Raintree còn giúp đối mặt với các nhu cầu cơ bản như tiếp cận với nước sạch, và tìm kiếm các giải pháp thích hợp cho chúng.]
Hình 1. Dùng một bánh xe nước ở một con sông gần đó (hình trái) để bơm nước lên dốc tưới cây trồng (hình phải). Độ cao: ~6m; Khoảng cách ~50m.
Những Cố Gắng Ban Đầu
Khi chúng tôi bắt đầu xem xét các giải pháp bền vững và thay thế để bơm nước, nhóm chúng tôi bắt đầu 'nghịch' với ý tưởng về bánh xe nước để cung cấp nước tưới cho đất nông nghiệp ở độ cao thấp. Ban đầu, chúng tôi bắt đầu nghiên cứu và thử nghiệm một loại máy bơm có tên là Máy Bơm Dây Đeo (Sling Pump), nhưng đã bỏ cuộc sau vài thử nghiệm. Những vấn đề bao gồm khó khăn trong việc tự lắp ráp, chi phí, cần các bộ phận chuyên dụng và cuối cùng là hiệu quả của nó.
Biết rằng mọi giải pháp bơm nước đều có vị trí và áp dụng của nó, chúng tôi quyết định đi một đường khác và bắt đầu xem xét bánh xe nước. Với nhiều thiết kế hiện có, chúng tôi quyết định xác định các mục tiêu của mình, và đồng ý rằng một thiết kế phù hợp sẽ có giá cả phải chăng, dễ lắp ráp, chi phí bảo trì thấp và lắp đặt nhanh với những người có nguồn nước chảy. Mục tiêu tổng thể là giúp nông dân ở gần sông hoặc suối nhỏ tưới tiêu cho cây trồng của họ mà không cần máy bơm chạy bằng điện hoặc xăng, cũng như giảm lao động thủ công.
Để tránh phải bắt đầu từ đầu, chúng tôi đã tìm đến cửa hàng vật tư ở địa phương và quyết định mua một chiếc máy bơm pít-tông nhỏ 1-inch (Hình 2) với giá khoảng 2,400 THB (75 USD), cùng với một bộ vòng đệm, dây và pít-tông dự phòng với giá 260 THB (8 USD).
Hình 2. Máy bơm pít-tông 1-inch (2.5cm) sẵn bán có giá khoảng 2.400 THB (75 USD).
Bước tiếp theo là thiết kế một bánh xe có khả năng quay pít-tông chỉ bằng lực chảy của một dòng suối nhỏ. Mẫu đầu tiên của chúng tôi có một bánh xe đạp cũ, cái chúng tôi sẵn có ở quanh, được gắn vào 14 gầu băng chuyền đã qua sử dụng (Hình 1). Gắn vào đầu ra của bơm là một vòi tưới vườn, trong khi đầu vào lấy nước trực tiếp vào dòng suối. Ban đầu, cách thiết kế này cho phép không khí vào đầu vào của máy bơm, vì vậy chúng tôi đã sử dụng bộ lọc và xô có lỗ để cung cấp mực nước ổn định (Hình 1). Tốc độ dòng chảy trong trường hợp này là khoảng 0,6 đến 0,8 m/s, do đó không quá chậm và không quá nhanh. Độ cao đạt được từ máy bơm đến bể chứa nước trên đồi là khoảng 6 mét, với khoảng cách xấp xỉ 50 mét. Chúng tôi đã tính toán tốc độ dòng chảy khoảng 3 lít mỗi phút, quá đủ vì máy bơm này sẽ chạy 24 giờ một ngày (~4, 500 lít mỗi ngày). Về chi phí, nó chắc chắn phụ thuộc vào sự sẵn có của vật liệu, nhưng chúng tôi đã tính toán thiết kế của mình ở mức 4,000 THB (125 USD).
Cải Thiện Thiết Kế
Mặc dù mẫu ban đầu của chúng tôi nhìn chung hoạt động tốt, chúng tôi cảm thấy mình có thể cải tiến dựa trên các gầu quay bánh xe. Chúng tôi quyết định sửa đổi bánh xe bằng cách dùng một cuộn ống dẫn nước đơn giản cho đường ống ¼ inch. Bản thân trục quay có giá 500 THB (15 USD) và đã có vòng bi, một khung cơ bản, và một tay quay. Để cho bánh xe quay bởi dòng nước chảy từ suối, chúng tôi đã hàn các tấm thép (dày khoảng 2 mm) giữa hai cạnh bên nơi thường đặt ống nước (Hình 4).
Hình 4: Cải tiến theo thiết kế ban đầu, sử dụng khung cuộn vòi và cánh quạt hàn.
Chúng tôi thêm một ống PE (polyethylene) ½ inch vào máy bơm và có thể bắt đầu tưới cây điều cách xa nguồn nước 100 m. Độ cao tương tự như vị trí đầu tiên (~6 m ở mức tăng độ cao) và tốc độ chảy của dòng suối cũng tương tự. Rõ ràng là khoảng cách cần thiết là quá mức với máy bơm, gây áp lực lên pít-tông của máy, và đôi khi khiến nó dừng hoàn toàn. Điều tương tự cũng xảy ra khi nâng đường ống lên độ cao cao hơn. Do không kiểm soát được tốc độ chảy của dòng suối, chúng tôi bị hạn chế về khả năng cải thiện sức làm việc của máy bơm, nhưng chúng tôi đã thành công trong việc cung cấp đủ nước cho cây mỗi ngày để tưới. Nhìn chung, mô hình này rẻ hơn, và diện tích bề mặt lớn hơn của nó cho phép đường ống dài hơn có khả năng bơm nước lên cao hơn.
Những Quan Sát Thêm
Cần phải chỉ ra rằng việc định vị bánh xe nước và máy bơm trong nước là một thách thức lớn cần vượt qua. Nó khó khăn là vì bản thân máy bơm không thể chìm hoàn toàn do thiết kế của nó, nhưng các cánh quạt cần bén nước đủ sâu để luôn quay cách hiệu quả. Sau khi vui thử một khoảng thời gian khá dài, chúng tôi đã có thể tìm thấy điểm cân bằng phù hợp.
Ngoài ra, vì dòng suối của chúng tôi chảy không nhanh lắm, nên chúng tôi phải tạo ra một con kênh nhỏ để dồn nước vào. Điều này giúp tạo ra tốc độ dòng chảy đều đặn và một điểm an toàn để chạy máy bơm (Hình 3). Cuối cùng, chúng tôi thấy rằng ở những nơi cần nước tưới, các máy bơm này có thể dễ dàng được đặt xuống suối bởi một người, khiến chúng rất thuận tiện để dùng.
Hình 3. Chuyển hướng nước và lắp đặt bánh xe ở dòng sông chảy chậm.
Theo một hướng làm khác
Vì chúng tôi đã mua một máy bơm pít-tông nên chúng tôi muốn xem xét một số loại hệ thống cắm và chạy. Lần này chúng tôi tìm hiểu khả năng sử dụng hệ thống bè nổi (Hình 5). Chi phí cho phương pháp tiếp theo của chúng tôi cao hơn nhiều vì chiếc bè mà chúng tôi sử dụng không có sẵn tại địa phương. Bởi vì nuôi tôm không được thực hiện rộng rãi trong khu vực này, chiếc bè phải được vận chuyển từ phía nam của đất nước. Chi phí cho bè, khung, bánh xe và vòng bi vào khoảng 12.000 THB (375 USD).
Hình 5. Mô hình bè nổi, điều chỉnh từ máy sục khí được dùng trong các trang trại nuôi tôm.
Để điều chỉnh hệ thống, chúng tôi đã thêm một đĩa xích vào trục mái chèo và kết nối nó với một đĩa xích lớn hơn vào trục dây đai. Nếu tôi nhớ không nhầm thì chúng tôi có một đĩa xích đường kính 50mm ở trục bơm và một đĩa xích đường kính 150mm ở trục bè.
Hệ thống này đã được thử nghiệm tại một địa điểm khác, ở một dòng suối khác, trong mùa mưa. Chúng tôi ước tính lưu lượng nước tại địa điểm này ít nhất là 1,2–1,5 m/giây. Vấn đề lớn mà chúng tôi gặp phải là khó khăn trong việc cố định chiếc bè nổi để nó ở giữa dòng. Không may là việc cố định bằng một sợi cáp thép dọc theo bờ vẫn cho phép chiếc bè di chuyển sang hai bên và ra ngoài dòng chảy con suối. Một nhược điểm khác của mái chèo sục khí trang trại nuôi tôm là ban đầu chúng có lỗ để sục khí tốt hơn, nhưng không giúp khai thác toàn bộ sức mạnh của dòng nước chảy. Cuối cùng, chúng tôi gặp khó khăn trong việc giữ chiếc bè tại chỗ, trong khi dòng nước mạnh hơn khiến chiếc bè lao thẳng về phía trước.
Kết Luận
Bất chấp những nỗ lực tầm thường của mình, chúng tôi tin rằng mình có thể tìm ra các giải pháp vừa túi tiền để đáp ứng nhu cầu tưới tiêu của người nông dân ở gần nguồn nước chảy.
Hình 6. Xử lý thách thức giữ bè nổi trong dòng chảy trực tiếp của sông.