Tính toán tối ưu nhu cầu nước cho cây trồng

Tính toán tối ưu nhu cầu nước cho cây trồng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI ⎯⎯⎯⎯ CƠ SỞ 2 ⎯⎯⎯⎯ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TÍNH TOÁN TỐI ƯU NHU CẦU NƯỚC CHO CÂY TRỒNG GVHD : TS. Dương Văn Viện KS. Đỗ Tiến Khoa Sinh Viên : Triệu Ánh Ngọc Nguyễn Thị Kim Oanh Lê Minh Tuấn (B) Đặng Hữu Phượng Lớp S4-43N Thành phố Hồ Chí Minh 06/ 2006 BÁO CÁO KHOA HỌC SINH VIÊN NĂM 2006 Tính toán tối ưu nhu cầu dùng nước cho cây trồng Trang 1 Mục lục Mục lục 1 LỜI GIỚI THIỆU 3 GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI . 4 NỘI DUNG ĐỀ TÀI . 5 CHƯƠNG 1 : ĐẶT VẤN ĐỀ . 5 1.1. Sự cần thiết của đề tài 5 1.2. Mục tiêu của đề tài 5 1.3. Phương pháp nghiên cứu của đề tài . 5 1.4. Phạm vi nghiên cứu của đề tài . 5 CHƯƠNG 2 : NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 7 2.1. Lý thuyết về lượng bốc hơi mặt ruộng 7 2.2. Các phương pháp tính lượng bốc hơi mặt ruộng . 7 2.3. Các nhân tố ảnh hưởng: . 8 2.4. Các phương pháp tính lượng bốc hơi mặt ruộng: . 9 2.4.1. Công thức Cốtchiacốp: 9 2.4.2. Công thức Ca-Pốp : . 10 2.4.3. Công thức Sarol 10 2.4.4. Công thức Stoyko . 11 2.4.5. Công thức Thornwthwaite (1948): . 11 2.4.6. Công thức Blaney- Kriddler: 12 2.4.7. Công thức Penman-Monteith : . 12 2.5. Tính toán lượng bốc hơi tiêu chuẩn . 15 2.5.1. Cơ sở tính toán 15 2.5.2. Tính toán lượng bốc thoát hơi nước tiêu chuẩn . 15 2.6. Kiểm nghiệm các thông số kỹ thuật các định lượng bốc thoát hơi mặt ruộng 16 2.6.1. Phương pháp xác định lượng bốc thoát hơi mặt ruộng 16 2.6.2. Hệ số cây trồng Kc . 16 2.6.3. Kết quả tính toán ET c thông qua hệ số Kc . 17 BÁO CÁO KHOA HỌC SINH VIÊN NĂM 2006 Tính toán tối ưu nhu cầu dùng nước cho cây trồng Trang 2 2.7. Tính toán nhu cầu nước cho cây trồng 17 2.7.1. Xác định công thức tưới thích hợp cho cây trồng 17 2.7.2. Tính toán lượng mưa hữu ích . 18 2.8. Tính toánh nhu cầu nước cho cây trồng: . 18 2.8.1. Giới thiệu phần mềm Cropwat 4.3 . 18 2.8.2. Kết quả tính toán bằng phần mền Cropwat như sau: . 27 2.9. So sánh kết luận, kiến nghị 30 CHƯƠNG 3 : KẾT LUẬN CHUNG 31 I. Kết luận 31 II. Một số vấn đề tồn tại và kiến nghị . 31 PHỤ LỤC 32 BÁO CÁO KHOA HỌC SINH VIÊN NĂM 2006 Tính toán tối ưu nhu cầu dùng nước cho cây trồng Trang 3 LỜI GIỚI THIỆU Đề tài: “Tính toán tối ưu nhu cầu nước cho cây trồng” đề cập đến các kiến thức trong lĩnh vực thuỷ nông- cải tạo đất đang được ứng dụng trong tính toán xây dựng và quản lý khai thác công trình thuỷ lợi. Đề tài bao gồm các phần chính sau: ▪ Giới thiệu về đề tài. ▪ Các phương pháp tính bốc hơi mặt ruộng ▪ Phân tích chọn hệ số cây trồng Kc ▪ Tính toán tối ưu nhu cầu nước Mục đích của đề tài nhằm cung cấp cho các bạn sinh viên và những người quan tâm các kiến thức cần thiết trong ngành thuỷ nông và có được phương pháp tính toán hiệu quả trong việc xác định nhu cầu dùng nước cho cây trồng. Đề tài đã được xem xét, mô tả, phân tích theo các chỉ tiêu, chất lượng và các phương pháp khác nhau trong tính toán lượng bốc hơi mặt ruộng và nhu cầu dùng nước cho cây trồng. Đề tài đưa ra từ các phươ ng pháp tính toán khác nhau. Qua đó ta có thể hiểu thêm về các cách tính toán kỹ thuật chuyên ngành trong lĩnh vực thuỷ nông phục vụ cho quản lý, thiết kế các công trình thuỷ lợi. Hy vọng là đề tài này sẽ có ích cho các sinh viên và những người quan tâm trong học tập, nghiên cứu khoa học và tính toán trong thuỷ lợi. Chúng tôi xin gửi lời cảm ơn đến Ban Khoa Học Công Nghệ, thầy cô, bạn bè đã hướng dẫn và tạo mọi điều kiện cho chúng tôi hoàn thành đề tài này. Do thời gian ngắn, khuôn kh ổ chương trình hẹp, kiến thức và kinh nghiệm còn hạn chế, nên đề tài này chắc chắn còn nhiều sai sót. Chúng tôi rất mong nhận được sự chỉ bảo của thầy cô, ý kiến đóng góp xây dựng của các bạn sinh viên và những người quan tâm để đề tài dần được hoàn thiện, phục vụ hữu ích hơn cho công tác nghiên cứu và ứng dụng sau này. Các ý kiến đóng góp xin gửi về Lớp S4_43N Trường Đại Học Thuỷ L ợi-Cơ sở 2. BÁO CÁO KHOA HỌC SINH VIÊN NĂM 2006 Tính toán tối ưu nhu cầu dùng nước cho cây trồng Trang 4 GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI 1. Tên đề tài: “ Tính toán tối ưu nhu cầu nước cho cây trồng” 2. Mục tiêu nghiên cứu khoa học Nhằm đáp ứng yêu cầu đào tạo, tăng khả năng ứng dụng các phần mềm hiện đại phục vụ quá trình học tập trong trường cũng như sau khi tốt nghiệp ra trường. 3. Giáo viên hướng dẫn: - TS. Dương Văn Viện - KS. Đỗ Tiến Khoa 4. Sinh viên thực hiện: - Triệu Ánh Ngọc - Nguyễn Thị Kim Oanh - Lê Minh Tuấn - Đặng Hữu Phượng Lớp S4_43N - Trường Đại Học Thuỷ Lợi – Cơ Sở II 5. Thời gian thực hiện : 3 tháng từ 04/02/06 đến 05/05/06 BÁO CÁO KHOA HỌC SINH VIÊN NĂM 2006 Tính toán tối ưu nhu cầu dùng nước cho cây trồng Trang 5 NỘI DUNG ĐỀ TÀI CHƯƠNG 1 : ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1. Sự cần thiết của đề tài Để tính toán chu cầu dùng nước cho cây trồng được chính xác và hiệu quả thì ta quan tâm đến hai hệ số là lượng bốc hơi mặt ruộng và hệ số cây trồng Kc. Hiện nay ở nước ta đã sử dụng rất nhiều công thức khác nhau để xác định lượng bốc hơi mặt ruộng, nhưng chưa đề cập một cách chính xác những mặt ưu nhược trong những điều kiện khí hậu cụ thể của các công thức làm cho một số công thức tính toán không được phù hợp với thực tế nước ta hiện nay. Chính vì thế, chúng tôi đã thu tập phân tích các phương pháp tính lượng bốc hơi mặt ruộng và hệ số cây trồng Kc nhằm tối ưu trong tính toán nhu cầu nước cho cây trồng. 1.2. Mục tiêu của đề tài - Nhằm nâng cao năng lực nghiên cứu khoa học trong sinh viên tạo điều kiện cho sinh viên có cơ hội tiếp cận các vấn đề khoa học, biết vận dụng, bổ sung, nâng cao các kiến thức đã được học trong nhà trường - Nhằm đưa ra một công thức tính toán tối ưu trong tính toán nhu cầu dùng nước cho cây trồng ở nước ta nói chung và khu vực Dầu Tiếng nói riêng. 1.3. Phương pháp nghiên cứu của đề tài -Thu thập lý thuyết về tất cả các phương pháp xác định lượng bốc hơi mặt ruộng và hệ số cây trồng Kc đang được sử dụng ở nước ta hiện nay. -So sánh, lựa chọn trong số các phương pháp đó một phương pháp cho là tốt nhất, từ đó tính toán tối ưu nhu cầu nước cho cây trồng. 1.4. Phạm vi nghiên cứu của đề tài -Trong phạm vi của đề tài này, chúng tôi chỉ tập trung nghiên cứu các phương pháp tính toán lượng bốc hơi mặt ruộng và thu thập hệ số cây trồng Kc đã sử dụng ở nước ta. BÁO CÁO KHOA HỌC SINH VIÊN NĂM 2006 Tính toán tối ưu nhu cầu dùng nước cho cây trồng Trang 6 - So sánh đối chiếu các phương pháp tính toán, nhận xét ưu nhược điểm của từng phương pháp và chọn ra phương pháp tối ưu. - Tính toán tối ưu nhu cầu nước cho cây trồng và so sánh với kết quả đã tính từ các phương pháp khác, qua đó rút ra kết luận. BÁO CÁO KHOA HỌC SINH VIÊN NĂM 2006 Tính toán tối ưu nhu cầu dùng nước cho cây trồng Trang 7 CHƯƠNG 2 : NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2.1. Lý thuyết về lượng bốc hơi mặt ruộng Lượng bốc hơi mặt ruộng bao gồm lượng bốc hơi khoảng trống và lượng nước do cây trồng hút lên (gồm có lượng nước tạo thành thân lá và lượng bốc hơi mặt lá). Trong đó lượng bốc hơi mặt lá chiếm phần lớn còn lượng nước để tạo thành thân và lá thì chỉ chiếm khoảng 0,2% lượng nước mà cây hút lên. Trong thực tế, rất khó tách hai đại lượng trên ra riêng biệt vì bản chất củ a hai hiện tượng có khác nhau, một bên mang bản chất vật lý còn bên kia mang bản chất sinh lý. Do đó trong thực tế người ta gộp hai đại lượng trên thành một. Lượng bốc hơi khoảng trống chiếm 1 tỷ lệ lớn trong lượng bốc hơi lượng bốc hơi măt ruộng và có liên quan chặt chẽ với lượng bốc hơi mặt lá. 2.2. Các phương pháp tính lượng bốc hơi mặt ruộng Lượng bốc thoát hơi nước phụ thuộc vào nhiều yếu tố để có thể xác định cần phải phân tích, xem xét từ đó chọn phương pháp hợp lý. Xem xét trên mặt ruộng: - Lượng nước đi: + Bốc hơi mặt ruộng (khoảng trống và bốc hơi mặt nước). (Lượng nước cây trồng cần để tạo thân, lá). + Lượng nước ngấm. + Lượng rò rỉ. - Lượ ng nước đến: + Mưa. Theo yêu cầu của cây trồng trong từng thời đoạn sinh trưởng ĐẾN – ĐI > 0 Î THÁO ĐẾN – ĐI < 0 Î TƯỚI Ở đây chỉ xét tưới. Gọi m _ là lượng nước cần bổ xung cho 1 ha (mức tưới m 3 /ha) M =f (E,R,P) E : bốc hơi mặt ruộng BÁO CÁO KHOA HỌC SINH VIÊN NĂM 2006 Tính toán tối ưu nhu cầu dùng nước cho cây trồng Trang 8 R : bốc hơi mưa P : bốc hơi mưa E phụ thuộc: + Cây trồng + Thổ nhưỡng + Địa chất thủy văn + Khí hậu (t,e) + Kỹ thu ật tưới. R: +Thổ nhưỡng + Địa chất thủy văn. P: + Lượng mưa có thể lợi dụng được. 2.3. Các nhân tố ảnh hưởng: Lượng bốc hơi mặt ruộng phụ thuộc vào nhiều yếu tố như điều kiện khí hậu, loại cây trồng, mật độ gieo trồng, độ ẩm của đất( biện pháp và kỹ thuật tưới ). Các nhân tố ảnh hưởng đến lượng nước cần của cây trồng: + Nhân tố khí hậu: Lượng nước cần tăng lên khi: + Nhiệt độ tăng cao + Độ chi ếu sáng lớn + Tốc độ gió lớn + Độ ẩm không khí nhỏ + Bốc hơi mạnh. + Nhân tố cây trồng, kĩ thuật: - Loại cây trồng Æ độ che phủ Æ mức độ bốc hơi - Kỹ thuật nông nghiệp: mật độ gieo trồng, chế độ bón phân. + Phương pháp và kỹ thuật tưới: - Tưới dãi bốc hơi nhiều hơn tưới ngập. - Tưới nông bốc h ơi nhiều hơn tưới sâu. BÁO CÁO KHOA HỌC SINH VIÊN NĂM 2006 Tính toán tối ưu nhu cầu dùng nước cho cây trồng Trang 9 + Nhân tố thổ nhưỡng và địa chất thủy văn. Hiện nay có rất nhiều công trình nghiên cứu khoa học nhằm xác định nhu cầu nước của cây trồng dựa vào các mối quan hệ khác nhau như: ▪ Quan hệ bốc thoát hơi nước và năng suất cây trồng. ▪ Quan hệ bốc thoát hơi nước và bốc hơi tự do. ▪ Quan hệ bốc thoát hơi nước và nhiệt độ không khí. ▪ Quan hệ b ốc thoát hơi nước và nhiệt độ, độ ẩm không khí. ▪ Quan hệ bốc thoát hơi nước và nhiệt độ không khí, cường độ ánh sáng. ▪ Quan hệ bốc thoát hơi nước và nhiều yếu tố khí hậu tổng hợp. 2.4. Các phương pháp tính lượng bốc hơi mặt ruộng: 2.4.1. Công thức Cốtchiacốp: Công thức: YKE .= Trong đó: K : hệ số cần nước (m 3 /tấn) Y: năng suất cây trồng (tấn/ha) Đường quan hệ có dạng n c YcET .= ET c tỷ lệ thuận với Y c, n : hệ số xác định bằng thí nghiệm, nó thay đổi tuỳ theo yếu tố ngoại cảnh : + Khí hậu + Loại cây + Thổ nhưỡng + Địa chất thủy văn Qua thí nghiệm của trường ĐHNN 1 HN thì việc dùng phương pháp này sai số với thực tế -4,5% ÷ +11,3%. Với lúa mùa năng suất 5 ÷ 5,4 T/ha thì K = 970 ÷ 1200 m 3 /T Những kết quả thực đo cho thấy K = 910 ÷ 2280 m 3 /T Lúa nước ở Trung Quốc: K = 850 ÷ 2650 m 3 /T [...]... 165.5 117.4 148.6 2.7 Tính toán nhu cầu nước cho cây trồng 2.7.1 Xác định công thức tưới thích hợp cho cây trồng Trong đề tài này chỉ quan tâm đến nhu cầu nước của cây trồng cạn Dựa vào các kết quả nghiên cứu, thí nghiệm và thực nghiệm nhu cầu nước của cây trồng ảnh hưởng của ngập nước đến năng suất cây trồng của Viện NCKHTLNB đã xác định được công thức tưới thích hợp cho cây trồng Kết quả được trình... cụ thể 2) Đề tài đã tính toán được nhu cầu nước cho cây trồng, cụ thể là cây trồng cạn (cây Ngô) và lúa Đông Xuân, lúa Hè Thu cho vùng với số liệu đảm bảo độ tin cậy Từ số liệu đó phản ánh được lượng nước cần thực tế của cây trồng, cho phép tính toán chế độ tưới cho các loại cây trồng được hợp lý, tối ưu 3) Đề tài đã sử dụng chương trình tính toán chế độ tưới cho cây trồng bằng phần mền Cropwat 4.3 của... sách này cho nhiều thông tin chi tiết hơn Tính toán tối ưu nhu cầu dùng nước cho cây trồng Trang 22 BÁO CÁO KHOA HỌC SINH VIÊN NĂM 2006 Trước khi bất kỳ những sự tính toán nhu cầu nước có thể được thực hiện, bạn phải định nghĩa loại chương trình nào bạn muốn sử dụng, sử dụng Schedule, Criteria Nếu bạn lựa chọn Ok với không có những sự thay đổi khác nào, chương trình sẽ tính toán tưới nước " tối ưu " và... được tính theo công thức: ETC =Kc.ET0 Trong đó: ET0 : lượng bốc thoát hơi chuẩn (đã được đề cập ở phần trên) Kc : hệ số cây trồng 2.6.2 Hệ số cây trồng Kc Hệ số cây trồng Kc thu được thông qua thực nghiệm nhiều năm do Viện NCKHTLNB tiến hành Đã xác định được hệ số Kc cho lúa (1981 – 1989) Tính toán tối ưu nhu cầu dùng nước cho cây trồng Trang 16 BÁO CÁO KHOA HỌC SINH VIÊN NĂM 2006 và một số cây trồng. .. ETo Rainfall : dữ liệu vào & tính toán trận mưa có hiệu quả CWR : những yêu cầu nước của vụ mùa Irrigation Schedule : Việc tưới nước & độ ẩm trong đất Tính toán tối ưu nhu cầu dùng nước cho cây trồng Trang 25 BÁO CÁO KHOA HỌC SINH VIÊN NĂM 2006 Menu Graphs – hiển thị dữ liệu vào và kết quả tính toán: Climate & ETo - nhiệt độ, gió, sự ẩm ướt, giờ nắng, trận mưa và tính toán theo Penman - Monteith Cropping... ************************************************************D:\ANHNG OC\NCKH\HTHU.TXT Theo kết quả tính toán được cho lúa Hè Thu ở trên thì tổng lượng nước cần tưới cho cây trong suốt quá trình sinh trưởng là 289.77 mm/ha ( 2897.7 m3/ha) Tính toán tối ưu nhu cầu dùng nước cho cây trồng Trang 29 BÁO CÁO KHOA HỌC SINH VIÊN NĂM 2006 2.9 So sánh kết luận, kiến nghị So sánh kết quả tính toán được ở trên với các kết quả khác như sau: Ngô Lúa Đông... thể, công thức được chọn tính toán là công thức của tổ chức bảo vệ đất của Mỹ đã được FAO kiểm nghiệm, công thức có dạng sau: phi=pts(125-0,2pts)/125 phi=125+0,1pts nếu pts250 mm/tháng Trong đó: phi : mưa hữu ích (mm/tháng) pts : mưa tổng số (mm/tháng) 2.8 Tính toánh nhu cầu nước cho cây trồng: Trong khuôn khổ đề tài này, việc tính toán nhu cầu nước cho cây trồng được tiến hành đối... được cung cấp nước hợp lý theo yêu cầu sinh trưởng Phương pháp của FAO là dựa vào ET0 để tính toán nhu cầu nước cho các loại cây trồng khác nhau bằng cách nhân ET0 với một hệ số cây trồng Kc cho từng loại cây cụ thể Dựa vào các điều kiện khí hậu, như nhiệt độ không khí, độ ẩm không khí; số giời nắng, kinh độ, vĩ độ và cao độ của trạm khí tượng, tốc độ gió… để tính toán bốc thoát hơi nước tiểu chuẩn... quả tính toán Từ kết quả trên cho thấy, các kết quả được so sánh ở trên là tính cho giai đoạn thiết kế và quy hoạch hệ thống nên có phần thiên về an toàn, đồng thời do tính toán từ các phương pháp khác nhau không đồng bộ So sánh kết quả tính toán được với thực tế dùng nước ở vùng hồ Dầu Tiếng theo điều tra thì kết quả tính toán được ở trên là hoàn toàn phù hợp và có độ tin cậy cao Tính toán tối ưu nhu. .. dữ liệu hệ số gieo trồng Soil - Vào dữ liệu cho loại đất trồng của bạn Data status – cho phép hiện hay ẩn đi trên cửa sổ Windows Những tùy chọn này cho phép bạn vào dữ liệu mới sử dụng một " Cửa sổ vào dữ liệu " (data entry Windows) hay tải/lưu dữ liệu từ / đến các file Tuỳ chọn tải/lưu dữ liệu được thực hiện : File/Retrieve hay File/Save Tính toán tối ưu nhu cầu dùng nước cho cây trồng Trang 21 BÁO