đồ án mô hình hóa MT

Nguyễn Văn Thiết, giảng viên dạy bộ môn Mô hình hóa môi trường, chúng tôi đã chọn đề tài nghiên cứu của mình là ”Ứng dụng mô hình Cropwat để tính nhu cầu nước của cây lúa cho từng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

KHOA MÔI TRƯỜNG

* * * * *

ĐỒ ÁN MÔ HÌNH HÓA MÔI TRƯỜNG

Đề tài: ỨNG DỤNG MÔ HÌNH CROPWAT ĐỂ TÍNH TOÁN NHU CẦU NƯỚC CỦA CÂY LÚA CHO TỪNG GIAI ĐOẠN SINH TRƯỞNG VÀ ĐƯA RA CÁC ĐỀ XUẤT HƯỚNG QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN NƯỚC

VÀ CƠ CẤU CÂY TRỒNG TRONG BỐI CẢNH BIẾN ĐỔI BIẾN KHÍ

LỜI CẢM ƠN

Được sự đồng ý của TS Nguyễn Văn Thiết, giảng viên dạy bộ môn Mô hình hóa môi trường, chúng tôi đã chọn đề tài nghiên cứu của mình là ”Ứng dụng mô hình Cropwat để tính nhu cầu nước của cây lúa cho từng giai đoạn sinh trưởng vàtổng lượng nước cần sử dụng đối với 1ha lúa để từ đó đề xuất hướng quản lýtài nguyên nước và cơ cấu cây trồng cho phù hợp trong bối cảnh biến đổi khíhậu (BĐKH) Giả sử rằng năm 2030 lượng mưa của toàn miền bắc sẽ bị giảm10% so với hiện tại ”

Để hoàn thành bài đồ án này trước hết chúng tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy, cô giáo trong khoa Quản lý môi trường trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội đã tận tình giúp đỡ, truyền thụ, trao đổi kiến thức chuyên môn cùng tôi trong thời gian qua Đặc biệt, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến TS Nguyễn Văn Thiết đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ chúng tôi thực hiện bài đồ án này.

Mặc dù đã có nhiều cố gắng để thực hiện đề tài một cách hoàn chỉnh nhất Xong do mới đầu làm quen với công tác nghiên cứu khoa học cũng như hạn chế về kiến thức và kinh nghiệm nên không thể tránh khỏi những thiếu sót nhất định mà bản thân chưa thấy được Tôi rất mong được sự đóng góp của các thầy cô để bài đồ

án được hoàn chỉnh hơn.

Tôi xin chân thành cảm ơn!

MỤC LỤC

MỤC LỤC 2

MỞ ĐẦU 4

1 Tính cấp thiết của đề tài 4

2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 5

2.1 Mục tiêu chung 5

2.2 Mục tiêu cụ thể 5

3 Nội dung nghiên cứu của đề tài 5

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 6

1.1 Cơ sở lý luận của đề tài 6

1.2 Cơ sở tính toán 6

1.3 Các phương pháp tính nhu cầu dùng nước………… 6

1.4 Lựa chọn kịch bản BĐKH……… 7

CHƯƠNG II: ĐỊA ĐIỂM, THỜI GIAN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 16

2.1 Địa điểm và thời gian nghiên cứu 9

2.1.1 Địa điểm nghiên cứu 9

2.1.2 Thời gian nghiên cứu 12

2.2 Đối tượng nghiên cứu 12

2.3 Phương pháp nghiên cứu 12

2.3.1 Phương pháp luận 12

2.3.2 Phương pháp thu thập dữ liệu, thông tin 12

2.3.3 Phương pháp xử lý và phân tích số liệu, dữ liệu, thông tin 13

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ 16

CHƯƠNG IV: ĐÁNH GIÁ 23

1 Kết luận 23

2 Giải pháp 23

TÀI LIỆU THAM KHẢO 25

DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT

1 BĐKH- Biến đổi khí hậu

2 FAO- Tổ chức lương thực thế giới

3 Cropwat – chương trình tính toán tưới cho các loại cây trồng đã được áp dụng phổ biến trên toàn thế giới, được tổ chức Lương thực và Nông nghiệp của Liên hiệp quốc FAO công nhận.

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Trong những năm gần đây, do sự biến đổi khí hậu(BĐKH) toàn cầu, sựnóng lên của khí quyển đã gây nên sự tác động đối với sản xuất nông nghiệp,đặc biệt là đối với năng suất và sản lượng cây trồng, vật nuôi Sự gia tăngnhiệt độ, biến động lượng mưa bất thường và các yếu tố khác có thể làm tăngbốc thoát hơi, tăng nhu cầu nước của cây trồng , giảm độ ẩm đất( Yoshino,1991) Đối với cây lúa, sự biến động của năng suất và sản lượng có sự thamgia lớn của các yếu tố khí tượng thủy văn ( Nguyễn Văn Viết et al., 2002) Ảnh hưởng chủ yếu của BĐKH đến năng suất trong nông nghiệp là do tácđộng của sự thay đổi nhiệt độ, lượng mưa và ảnh hưởng bổ sung của CO2

trong không khí đến cây trồng( Rahmstorf và Hans, 2008)

Tỉnh Nam Định là một trong số những địa phương chịu ảnh hưởngnặng nề của BĐKH và nước biển dâng Trong những năm qua, sản xuất nôngnghiệp chịu nhiều tác động bất thường của BĐKH nên giảm năng suất, chấtlượng sản phẩm và thu nhập người dân Theo thống kê của Trạm khí tượng-Thủy Văn tỉnh Nam Định , trong 22 năm qua ( từ 1991-2013) nhiệt độ trungbình ở Nam Định tăng 0,7 ; độ ẩm giảm trung bình 2,01 %; nhiệt độ tăng0,031 /năm; độ ẩm giảm 0,091%/năm; mỗi năm tỉnh phải gánh chịu từ 4-6cơn bảo, cường độ mạnh hơn, nhiều hơn và muộn hơn những năm trước Việnđịa chất và Địa chất Vật lý biển Việt Nam cho biết, từ 2007-2012, các xã venbiển của 3 huyện Nghĩa Hưng, Giao Thủy và Hải Hậu mực nước biển đã dânglên 10cm, bình quân mỗi năm tăng xấp xỉ 2mm; triều cường tăng 30-40cm(đạt mức 4m) Tình trạng xâm nhập mặn tăng, độ muối 1‰vào sâu trong đấtliền gần 25km Các hiện tượng thời tiết cực đoan xuất hiện ngày càng nhiềunhư:nóng nắng hạn; mưa rét kéo dài, lượng mưa ít nhưng cường độ lớn, bấtthường; bão nhiều; triều cường thay đổi đột ngột… Theo dự báo, mực nướcbiển dâng giai đoạn 2020-2100 sẽ tăng từ 12-74cm so với giai đoạn 1980-

1999, làm gần 62km2 bị ngập, trong đó 3 huyện ven biển ngập nhiều nhất Trong đó, nông nghiệp là ngành chịu tác động trực tiếp

Để ước tính sự ảnh hưởng của các yếu tố khí tượng thủy văn lên năngsuất cây trồng nói chung và cây lúa ở đây nói riêng, Tổ chức Lương thực Thếgiới ( FAO) đã phát triển mô hình CROPWAT năm 1990, dựa trên những điềukiện nhiệt độ , lượng mưa, số giờ nắng, độ ẩm hay tốc độ gió Đề tài nghiêncứu được thực hiện nhằm đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố khí tượng thủyvăn lên nhu cầu nước của cây lúa cho từng giai đoạn sinh trưởng thông quachương trình Cropwat, từ đó đề xuất hướng quản lý tài nguyên nước và cơcấu cây trồng cho phù hợp trong bối cảnh BĐKH

2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

3 Nội dung nghiên cứu của đề tài

Để hoàn thành được mục tiêu nghiên cứu của bài đồ án là “ Ứng dụng mô hình cropwat để nghiên cứu nhu cầu nước của cây lúa cho từng giai đoạn sinh trưởng và phát triển trong bối cảnh BĐKH của tỉnh Nam Định” cần nắm được đặc điểm của khu vực nghiên cứu, thu thập được các số liệu cần thiết để chạy mô hình Cropwat Từ đó đánh giá, đề xuất hướng quản lý tài nguyên nước và cơ cấu cây trồng cho phù hợp trong bối cảnh BĐKH.

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 1.1 Cơ sở lý luận của đề tài

Lượng bốc hơi mặt ruộng bao gồm lượng bốc hơi khoảng trống vàlượng nước do cây trồng hút lên ( gồm có lượng nước tạo thành thân lá vàlượng bốc hơi mặt lá)

Trong đó lượng bốc hơi mặt lá chiếm phần lớn còn lượng nước để tạothành thân và lá thì chỉ chiếm 0,2% lượng nước mà cây hút lên Trongthực tế, rất khó tách hai đại lượng trên ra riêng biệt vì bản chất của haihiện tượng có khác nhau, một bên mang bản chất vật lý còn một bên mangbản chất sinh lý Do đó trong thực tế người ta gộp hai đại lượng trênthành một

Lượng bốc hơi khoảng trống chiếm 1 tỷ lên lớn trong lượng bốc hơilượng bốc hơi mặt ruộng và có liên quan chặt chẽ với lượng bốc hơi mặtlá

1.2 Cơ sở tính toán

Lượng bốc hơi thoát nước tiêu chuẩn, theo định nghĩa của FAO.Phương pháp của FAO là dựa vào ETo để tính toán nhu cầu nước cho cácloại cây trồng khác nhau bằng cahcs nhan ET0 với một hệ số cây trồng Kc

cho từng loại cây cụ thể

Dựa vào các điều kiện khí hậu, như nhệt độ không khí, độ ẩm khôngkhí; số giờ nắng, kinh độ , vĩ độ và độ cao của trạm khí tượng, tốc độgiá… để tính toán bốc hơi thoát bốc thoát hơi nước tiêu chuẩn gọi tắt tắt là

ET0 ( reference crop evapotranspiration)

1.3 Các phương pháp tính nhu cầu dùng nước

Hệ số tưới của hệ thống lấy ứng với tần suất mưa 75% (vùng núi)và 85% (đồng bằng và trung du) Dòng chảy đến hàng năm cũng lấytheo các tần suất này Hệ số tiêu trong hệ thống lấy ứng với suất đảmbảo từ 10% -20% Đối với sinh hoạt lấy mức đảm bảo là 95% Sản xuấtnăng lượng điện là 85% Đối với các công trình phòng lũ lấy tần suấtđảm bảo 5% Nước giao thông vận tải đảm bảo môi trường sinh thái vàđẩy mặn hạ du lấy tươnng đương 95% nước mùa kiệt

Nước cho nuôi trồng thủy sản tính từ 8000 – 12000m 3 /ha/nămcho diện tích nuôi trồng Trên lưu vực tồn tại hai hình thức nuôi trồngthủy sản nước mặn và thủy sản nước ngọt Công trình này tính toán chonuôi trồng thủy sản nước mặn Nguyên lý và thời vụ nuôi trồng nhưsau:

Thời gian vệ sinh ban đầu (chuẩn bị vùng nuôi tôm) duy trì lớpnước từ 0,8- 1,0 m với độ mặn 7‰ trong thời gian 10 ngày

- Từ ngày thứ 11- 20 thay 2/3 lớp nước cũ với độ mặn từ 8-9 ‰

- Từ ngày 21 -40 thay lớp nước và tăng độ sâu lên 1,2 m với độmặn 12‰

- Từ ngày thứ 41- 70 cứ 10 ngày thay 1/3 lớp nước, duy trì độmặn 15‰

- Từ ngày thứ 71 – 90 thay nứoc 2 lần với độ mặn 18‰

- Từ ngày thứ 91 – 130 thay nước 15 ngày 1 lần, duy trì độ sâu1,2-1,5 m; độ mặn 22‰

Từ ngày thứ 130 – 145 thay nước 1 lần với độ mặn 22‰, độ sâuduy trì từ 1,5 -1,7 m đến khi thu hoạch

Khi không có tài liệu chi tiết có thể ước tính cho 1 m2 diện tíchmặt nước sử dụng khoảng 8000 – 12000m3 /hàng năm Các chỉ tiêu sửdụng nước sinh hoạt chăn nuôi

Bảng 1: Định mức nước sinh hoạt

Bảng 2: định mức nước nông nghiệp

TT Cây trồng Lượng nước cần Hệ số tưới lớn

nhất(1/s/ha)

1 Lúa chiêm xuân 3500-4000 1,16

2 Lúa mùa, hè-thu 5000-5500 1,16

CHƯƠNG II: ĐỊA ĐIỂM, THỜI GIAN VÀ PHƯƠNG

PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Địa điểm và thời gian nghiên cứu

2.1.1 Địa điểm nghiên cứu

Hình 2.1 Khu vực nghiên cứu, Nam Định

(Nguồn: https://earth.google.com )

Nam Định là một tỉnh lớn với 2 triệu dân nằm ở phía Nam đồng bằng

Bắc Bộ Theo quy định năm 2008 thì Nam Định thuộc vùng duyên hải BắcBộ

Vĩ độ: 19°54′B - 20°40′B, Kinh độ: 105°55′Đ - 106°45′Đ Nam Địnhtiếp giáp với tỉnh Thái Bình ở phía đông bắc, tỉnh Ninh Bình ở phía tây,tỉnh Hà Nam ở phía tây bắc, giáp biển (vịnh Bắc Bộ) ở phía đông nam.Diện tích: 1.652,6 km²

Nam Định có bờ biển dài 72 km có điều kiện thuận lợi cho chăn nuôivà đánh bắt hải sản Ở đây có khu bảo tồn thiên nhiên quốc gia XuânThủy (huyện Giao Thủy) và có 4 cửa sông lớn: cửa Ba Lạt sông Hồng, cửaĐáy sông Đáy, cửa Lạch Giang sông Ninh Cơ và cửa Hà Lạn sông Sò.Ngành trồng trọt giữ vai trò chủ chốt trong sản xuất nông nghiệp của tỉnh

 Trong ngành trồng trọt, sản xuất lương thực chiếm ưu thế (đặcbiệt là trồng lúa) với diện tích bằng khoảng 88% tổng diện tíchcây trồng Diện tích trồng cây lương thực những năm qua hầunhư không thay đổi, thậm chí còn giảm chút ít (năm 1995 là181,9 nghìn ha, năm 1998 là 179,0 nghìn ha) Nhờ năng suất tăngnhanh (đặc biệt tăng năng suất lúa) nên sản lượng lương thựckhông ngừng tăng lên

 Bình quân lương thực đầu người của Nam Định đã đạt trên 500kg/người/năm, cao hơn bình quân của cả nước là 18,8% và caohơn hình quân của vùng Đồng bằng sông Hồng là 25,7% Nôngnghiệp của tỉnh đa đạt được chỉ tiêu an toàn về lương thực

Địa hình Nam Định có thể chia thành 3 vùng:

 Vùng đồng bằng thấp trũng: gồm các huyện Vụ Bản, Ý Yên, MỹLộc, Nam Trực, Trực Ninh, Xuân Trường Đây là vùng có nhiềukhả năng thâm canh phát triển nông nghiệp, công nghiệp dệt,công nghiệp chế biến, công nghiệp cơ khí và các ngành nghềtruyền thống

 Vùng đồng bằng ven biển: gồm các huyện Giao Thủy, HảiHậu và Nghĩa Hưng; có bờ biển dài 72 km, đất đai phì nhiêu, cónhiều tiềm năng phát triển kinh tế tổng hợp ven biển

 Vùng trung tâm công nghiệp – dịch vụ thành phố Nam Định: cócác ngành công nghiệp dệt may, công nghiệp cơ khí, công nghiệpchế biến, các ngành nghề truyền thống, các phố nghề… cùng vớicác ngành dịch vụ tổng hợp, dịch vụ chuyên ngành hình thành vàphát triển từ lâu Thành phố Nam Định là một trong những trungtâm công nghiệp dệt, công nghiệp nhẹ của cả nước và trung tâmthương mại - dịch vụ phía Nam của đồng bằng sông Hồng TPNam Định là đô thị lớn thứ ba trên toàn miền Bắc chỉ sau Hà Nộivà Hải Phòng từ xưa đến nay

Khí hậu Nam Định mang tính chất chung của Khí hậu đồng bằng Bắc

Bộ, là khí hậu chí tuyến gió mùa ẩm có mùa đông lạnh khô do đồng bằng chịutác động mạnh nhất của gió mùa đông bắc, so với dải đồng bằng miền Trungvà đồng bằng Nam Bộ Mặt khác, khí hậu Nam Định cũng có những sắc thái

riêng do vị trí đông nam và giáp biển của tỉnh Nam Định trong khu đồng bằngBắc Bộ

Nhiệt độ trung bình năm tại Nam Định 23o7C (Văn Lý 23o5C) ứng vớitổng nhiệt độ 8650oC Tháng lạnh nhất là các tháng 12 và 1, với nhiệt độ trungbình từ 16 – 17 °C Tháng 7 nóng nhất, nhiệt độ khoảng trên 29 °C

Lượng mưa trung bình trong năm từ 1,750 – 1,800 mm, chia làm 2 mùa

rõ rệt: mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 10, mùa ít mưa từ tháng 11 đến tháng 2năm sau Vượt lượng bốc hơi (836mm tại Nam Định và 974mm tại Văn Lý).Như vậy là đạt tiêu chuẩn chí tuyến ẩm Lượng mưa mùa đông do không khílạnh gây nên cũng do tác động bức chắn của dải đồi núi này mà tăng lên tạivùng Đông Nam đồng bằng Bắc Bộ trong đó có Nam Định, khiến cho một sốtháng khô cũng giảm (tại Bắc Ninh - Bắc Giang là 4 tháng, tại Hà Nội là 3tháng) tại Nam Định là 2 tháng Đồng thời tính chất lạnh cũng giảm bớt, tạiNam Định chỉ còn hai tháng lạnh với nhiệt độ dưới 18oC so với 3 tháng lạnhnhư thế tại các tỉnh ở phần phía Bắc đồng bằng Bắc Bộ Vì vậy vụ đông xuân

ở Nam Định có chế độ nhiệt ẩm thuận lợi, nhất là cho lúa Ngoài ra, do vị trígiáp biển, chịu tác động của Vịnh Bắc Bộ, khiến cho khí hậu Nam Định còn

có sự phân hóa giữa phần nằm ngay tại bờ biển và phần ở sâu một chút trongđất liền, như phần phía hữu ngạn sông Nam Định Phần bờ biển có tốc độ giólớn hơn quanh năm (tốc độ gió trung bình năm tại Văn Lý 3,8 m/s so với 2,3m/s tại Nam Định và 2,0 m/s tại Phủ Lý), dẫn đến sự gia tăng bốc hơi, giảm

độ ẩm tương đối, tăng giờ nắng, khiến cho sản xuất muối tại Văn Lý là mộtthế mạnh của tỉnh

Mặt khác, do nằm trong vùng vịnh Bắc Bộ nên hàng năm Nam Địnhthường chịu ảnh hưởng của bão hoặc áp thấp nhiệt đới, bình quân từ 4 – 6cơn/năm Thuỷ triều tại vùng biển Nam Định thuộc loại nhật triều, biên độtriều trung bình từ 1,6 – 1,7 m; lớn nhất là 3,31 m và nhỏ nhất là 0,11 m

Số giờ nắng trong năm: 1,650 – 1,700 giờ Độ ẩm tương đối trung bình: 80 –85%

d) Cơ cấu kinh tế

 Trong những năm qua, PCI của Nam Định liên tục được cải thiện: Năm

2011 đứng thứ 48/63; năm 2012 đứng thứ 56/63; năm 2013 đứng thứ42/63; năm 2014 đứng thứ 33/63; đặc biệt năm 2015 Nam Định vươnlên đứng thứ 17/63 tỉnh, thành trong cả nước Để có được kết quả nhưtrên là thành quả của quá trình dài nỗ lực của Đảng bộ, chính quyền,nhân dân và cộng đồng doanh nghiệp trong việc khắc phục khó khăn,đồng hành, tạo thuận lợi để doanh nghiệp hoạt động, phát triển theopháp luật

 PCI được cải thiện đồng thời bức tranh thu hút đầu tư cũng có nhiềugam màu sáng Giai đoạn 2011 – 2015, Nam Định đã có 188 dự án đầu

tư (trong đó 38 dự án FDI) với tổng số vốn đăng ký đạt gần 16.000 tỷđồng và trên 450 triệu USD.

 Phát huy kết quả đạt được, giai đoạn 2016 – 2020, tỉnh Nam Định tiếptục quan tâm cải thiện chỉ số PCI, tạo động lực cho thu hút đầu tư, pháttriển doanh nghiệp, phát triển kinh tế - xã hội Xác định được tầm quantrọng, Ban chấp hành Đảng bộ tỉnh đã ban hành Nghị quyết, Uỷ bannhân dân tỉnh ban hành kế hoạch “Đẩy mạnh cải cách hành chính, nângcao năng lực cạnh tranh, xúc tiến và thu hút đầu tư giai đoạn 2016-2020“; coi đây là nhân tố quan trọng, quyết định đến việc phát triểnkinh tế - xã hội, tạo đột phá về kinh tế Theo đó, Nam Định quyết tâmnâng cao năng lực cạnh tranh của tỉnh, phấn đấu đứng trong tốp đầuhạng khá trở lên trên bảng xếp hạng chỉ số PCI các tỉnh, thành phốtrong cả nước và tiến tới nằm trong các tỉnh có chỉ số PCI xếp loại tốt.Giai đoạn 2016 - 2020, phấn đấu thu hút đầu tư trực tiếp nước ngoàitrên địa bàn tỉnh đạt trên 3 tỷ USD, đầu tư từ các nguồn vốn trong nướcđạt trên 30.000 tỷ đồng

2.1.2 Thời gian nghiên cứu

Đề tài nghiên cứu được thực hiện trong 5 ngày từ ngày 3/8/2017 đến6/8/2017

2.2 Đối tượng nghiên cứu

Nhu cầu nước của cây lúa trong các giai đoạn sinh trưởng

2.3 Phương pháp nghiên cứu

2.3.1 Phương pháp luận

Xuất phát từ vấn đề muốn nghiên cứu, tác giả đã thu thập thông tin,nghiên cứu về nhu cầu sử dụng nước của cây lúa và các vấn đề liên quan đếnvấn đề nghiên cứu để đưa ra mục tiêu, đề xuất nội dung và phương phápnghiên cứu

2.3.2 Phương pháp thu thập dữ liệu, thông tin

Số liệu thứ cấp: Đó là các số liệu được thu thập trên các sách báo,Internet, luận văn, báo cáo tốt nghiệp,… liên quan đến đề tài nghiên cứu

Số liệu sơ cấp: Được thu thập thông qua điều tra tại các trạm quan tắc tạiđịa phương, khu vực nghiên cứu, điều tra người dân địa phương theo phươngpháp phỏng vấn trực tiếp với mẫu điều tra đã được chuẩn bị sẵn