Chương 9 ứng dụng tin học trong quản lí nước (bộ môn quản lý nguồn nước)

Chơng IX ứng dụng tin học trong quản lý nớc 9.1. Sự cần thiết xây dựng kế hoạch sử dụng nớc Nhìn chung, các hệ thống thuỷ nông phục vụ tới tiêu trong sử dụng đất nông nghiệp ở nớc ta hiện nay là kênh hở bằng đất, việc quản lý khai thác nớc thờng kém hiệu quả. Hệ thống kênh mơng và các công trình trên kênh đã xuống cấp, năng lực phục vụ tới của các công trình giảm so với thiết kế. Để nâng cao năng lực làm việc của hệ thống và ứng dụng tiến bộ kỹ thuật mới vào sản xuất, việc xây dựng kế hoạch sử dụng tới nớc cho hệ thống bằng tin học là cần thiết nhằm: - Giúp hệ thống tới tới hết đợc diện tích đất thiết kế ban đầu. - Phân phối nớc đúng thời gian, đủ lợng nớc theo yêu cầu của chế độ tới đặt ra. - Có cơ sở đúng để thu thuỷ lợi phí, tránh tình trạng tranh chấp về tài chính khi thanh quyết toán giữa bên cung cấp nớc và bên sử dụng nớc. - Giúp các công ty thuỷ nông biết trớc đợc lợng điện tiêu thụ trong một chu kỳ sản xuất, biết trớc đợc tài chính cần chi trả, từ đó có cơ sở thu chi hợp lý để hoạt động của công ty ngày càng hiệu quả. - Thông báo trớc cho các hộ sử dụng nớc biết đợc năng lực phục vụ tới của công ty, cũng nh tài chính mà họ phải đóng góp, từ đó tạo cơ sở thuận lợi cho các hộ dùng nớc sử dụng nớc tới tiết kiệm, hạ giá thành sản phẩm và giúp ngời sử dụng nớc làm quen dần với kỹ thuật tới tiên tiến, để từng bớc áp dụng kỹ thuật này vào quản lý và điều hành hệ thống t ới ngày một hiệu quả hơn. 9.2. Cấu tạo của mô hình quản lý và điều hành hệ thống tới 9.2.1. Các thông số để tính lợng nớc cần (ETc) Việc xác định lợng nớc cần cho cây trồng có thể dựa vào các thông số ETo, ETc và ETc adj, các thông số này đợc thể hiện ở hình 1 và hình 1a. + Lợng nớc bay hơi tiêu chuẩn: ETo, giá trị này đợc xác định từ thông số khí tợng. + Lợng nớc bay hơi nhân với hệ số cây trồng Kc: ETc=EToìKc + Lợng nớc bay hơi nhân thêm với hệ số hiệu chỉnh Ks: ETc adj = EToìKcìKs hoặc = ETcìKc Hình 1. Các thông số tính ET Trạm khí tợng tự động Thông số khí tợng: nhiệt độ tối cao ( o C), nhiệt độ tối thấp ( o C), độ ẩm không khí (%), bức xạ mặt trời (KPa/m 2 /ngày), đợc cập nhật từ trạm khí tợng tự động, tốc độ gió ở độ cao 2 m (m/giây). Hình 1a. Cách tính ETo, ETc và ETc adj 9.2.2. Các công thức để chạy mô hình Công thức Penman Monteith Ký hiệu: ETo- Lợng nớc cần tính toán (mm/ngày) Rn- Bức xạ từ bề mặt cây trồng (MJ/m 2 /ngày) G- Bức xạ mặt đất (MJ/m 2 /ngày) T- Nhiệt độ không khí trung bình ngày ở độ cao 2 m ( o C) U 2 - Tốc độ gió ở độ cao 2 m (m/giây) e s - áp suất hơi nớc bão hoà ở độ cao 2 m (KPa) e a - áp suất hơi nớc thực (KPa) - Đờng cong áp suất hơi nớc bão hoà (KPa/ o C) 900- Hệ số chuyển đổi Công thức tính lợng ma hữu hiệu Công thức 1: Tổng lợng ma ngày nhỏ hơn 250 mm. Công thức 2: Tổng lợng ma ngày lớn hơn 250 mm. Chú thích: Peff: Lợng ma hữu hiệu (mm) Ptot: Tổng lợng ma ngày (mm/ngày) - Đờng cong liền áp dụng cho công thức 1 - Đờng cong gạch áp dụng cho công thức 2 9.2.3. Cấu tạo của mô hình Nạp số liệu vào mô hình: bao gồm số liệu khí tợng, lợng nớc cần ETo, thời vụ gieo trồng, hệ thống cây trồng, tính chất đất đai Danh mục các chơng trình tiêu chuẩn Các bảng biểu số liệu Các đồ thị liên quan Các lựa chọn để biểu diễn kết quả. 9.3. Các bớc chạy mô hình Cropwat 9.3.1. Giới thiệu chung Cài đặt: Đối với Windows 95 hoặc với máy có cấu hình cao hơn, sau khi đa đĩa vào ổ A và kích đúp vào File SETUP.EXE trên màn hình sẽ xuất hiện cửa sổ (hình 2), đa chuột vào OK, chơng trình bắt đầu chạy, sau khi quá trình trên hoàn tất, trên màn hình tiếp tục xuất hiện cửa sổ tiếp theo (hình 3): Hình 2. Cài đặt chơng trình Hình 3. Biểu tợng của mô hình Tiếp tục kích đúp chuột vào biểu tợng CropWat 4 Windows, cửa sổ số 3 xuất hiện (hình 4), trên màn hình xuất hiện các th mục cần thiết để nạp số liệu vào mô hình, các th mục này nằm ở phía trên của màn hình. Hình 4. Th mục chính ở phía trên màn hình Thanh công cụ Để nạp số liệu vào trong máy tính cần sử dụng các biểu tợng ở thanh công cụ nằm ở phía trên cửa sổ màn hình. Hình 5. Thanh công cụ Hình 5 diễn giải các biểu tợng ở phía trên màn hình: Input data (nhập số liệu), Scheduling (lập các biểu), Tables (các bảng sau khi tính toán), Graphs (các đồ thị), Option (các lựa chọn). Hình 6. Diễn giải các biểu tợng trên màn hình 9.3.2. Các tài liệu cần thiết để tính 9.3.2.1. Tính yêu cầu nớc (Crop Water Requirement_CWR) Các tài liệu cần thiết nhập vào máy tính qua bàn phím hoặc lấy số liệu từ file cũ lu trong máy tính, phần này sẽ sử dụng phần Inputdata. Sử dụng công thức Penman-Monteith để tính ETo sau khi nạp xong số liệu khí tợng trung bình tháng (nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng mặt trời, tốc độ gió ). Số liệu sử dụng vào từ bàn phím dùng Inputdata, Climate, Enter/Modify hoặc file sử dụng Inputdata, Climate, Retrieve Cơ cấu cây trồng Cropping Pattern, một hoặc nhiều tên file cây trồng và ngày bắt đầu gieo trồng có sẵn trong máy tính. Số liệu ma tháng Monthly rainfall 9.3.2.2. Lập biểu kế hoạch tới 9.3.2.3. Các kết quả tính toán 9.3.3. Các lựa chọn chính The CropWat for Windows main menu options Hình 7. Các file chính File, Retrieve và File, Save cho phép lấy số liệu hoặc lu số liệu sau khi tính toán. 9.3.4. Các thực đơn chính vào số liệu_The Input data menu Hình 8. Các thực đơn chính 9.3.5. Thực đơn biểu bảng chính_The Schedule menu Hình 9. Thực đơn biểu bảng chính 9.3.6. Các bảng và đồ thị_The tables and Graphs menu Bảng_Tables menu_Ví dụ vào số liệu và kết quả Hình 10. Các bảng Đồ thị_Graphs menu_Biểu thị ví dụ vào kết quả bằng đồ thị Hình 11. Các đồ thị Bảng và đồ thị nhìn thấy trên biểu tợng ở thanh công cụ phía trên của màn hình Biểu tợng cho bảng khí hậu, CWR Biểu tợng cho đồ thị của chỉ tiêu khí hậu, ma, thời vụ. 9.3.7. Nạp số liệu vào mô hình Số liệu khí tợng Đa chuột vào Climate data trên màn hình sẽ xuất hiện cửa sổ (hình 12). Hình 12. Tài liệu khí tợng trung bình tháng Trên hình 12 có đầ y đủ các thôn g số cần thiết: Tên nớc (Countr y ), độ cao của trạm khí tợng, tên trạm, kinh độ, vĩ độ. Số liệu khí tợng có thể vào trực tiếp từ bàn phím (Nhiệt độ tối cao, tối thấp trung bình tháng, ẩm độ không khí, tốc độ gió ở độ cao 2 m, số giờ chiếu sáng, sau khi vào số liệu tháng 1 đã kết thúc, đa chuột vào (Next) sau đó tiếp tục vào số liệu của tháng 2, lần lợt làm đến hết tháng 12. Hoặc có thể rút số liệu từ bảng số liệu khí tợng có sẵn trong máy tính: đa chuột vào Retrieve số liệu cũng sẽ lấp đầy bảng trên. Sau khi hoàn tất quá trình trên, đa chuột vào OK, trên màn hình sẽ xuất hiện cửa sổ tiếp theo (hình 13). Hình 13. Cửa sổ màn hình sau khi tính toán Trên hình 13 cho thấy ETo đã đợc tính cho tháng 1 theo công thức Penman- Monteith, ví dụ tháng 1, ETo sẽ bằng 1,64 mm/ngày. Tính ETo cho cả năm Đa chuột lên thanh công cụ có biểu tợng mặt trời và mây, màn hình sẽ xuất hiện ETo Data và kích chuột, trên màn hình sẽ xuất hiện của sổ tính ETo trung bình ngày cho cả măn từ tháng 1 đến tháng 12. Kết quả thể hiện ở hình 14. Nếu muốn huỷ bỏ kết quả tính toán sử dụng lệnh Clear All, hoặc muốn lu kết quả trên sử dụng lệnh Save. Hình 14. Kết quả tính lợng bốc hơi trung bình ngày theo tháng Vào số liệu ma Đa chuột nên thanh công cụ tại chỗ có biểu tợng ma, đồng thời trên màn hình xuất hiện chữ Rainffall Data và kích chuột. Màn hình máy tính xuất hiện cửa sổ tiếp theo với tên lợng ma tháng Monthly Rainffall Data. Số liệu nạp có thể theo 2 cách: Một là sử dụng bàn phím hoặc lấy số liệu từ ổ cứng của máy tính thì sử dụng lệnh Retrieve sau đó sử dụng lệnh OK trên màn hình cửa số có hai cột: Tổng lợng ma tháng và lợng ma hữu hiệu của tháng xuất hiện (hình 15) và đồ thị_Total and effective rainfall graph (hình 16). Hình 15. Tổng lợng ma tháng và lợng ma hữu hiệu Hình 16. Đồ thị ma và ma hữu hiệu Kết quả sau khi nhập số liệu có đợc bảng gồm các chỉ tiêu khí hậu và lợng nớc cần_hình 17_ Climate dats Table. Hình 17. Bảng số liệu khí tợng Một số ví dụ về đồ thị khí hậu (nhiệt độ tối cao, tối thấ p , lợn g nớc cần) cho ở hình 18, 19. Hình 18. Đồ thị các chỉ tiêu khí hậu (nhiệt độ tối cao, tối thấp) Hình 19. Đồ thị lợng nớc cần (ETo) Bảng tính ETo, diện tích gieo trồng, hệ số cần nớc Kc và yêu cầu tới (hình 20) và đồ thị về yêu cầu tới (hình 21). . Chơng IX ứng dụng tin học trong quản lý nớc 9. 1. Sự cần thiết xây dựng kế hoạch sử dụng nớc Nhìn chung, các hệ thống thuỷ nông phục vụ tới tiêu trong sử dụng đất nông nghiệp. ngời sử dụng nớc làm quen dần với kỹ thuật tới tiên tiến, để từng bớc áp dụng kỹ thuật này vào quản lý và điều hành hệ thống t ới ngày một hiệu quả hơn. 9. 2. Cấu tạo của mô hình quản lý và điều. nâng cao năng lực làm việc của hệ thống và ứng dụng tiến bộ kỹ thuật mới vào sản xuất, việc xây dựng kế hoạch sử dụng tới nớc cho hệ thống bằng tin học là cần thiết nhằm: - Giúp hệ thống tới