IV. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
3.2.2.1 Nhu cầu nước cho sản xuất nông nghiệp
Hệ thống thuỷ nông Pa Khoang – Nậm Rốm chủ yếu cung cấp nước để tưới cho diện tích sản xuất thuộc vùng lòng chảo Điện Biên với tổng diện tích sản xuất theo thiết kế ban đầu là 3.734 ha lúa và hoa màu hai vụ. Trong những năm tới sẽ quy hoạch tổng thể thủy lợi của tỉnh và dự kiến trong những năm tới Hệ thống thuỷ nông Pa Khoang – Nậm Rốm cần đảm bảo cung cấp nước tưới cho: 4.520 ha lúa và hoa màu hai vụ và tạo nguồn cung cấp cho 100 ha nuôi trồng thủy sản. Trong luận văn tác giả tính toán nhu cầu nước ổn định cho sản xuất đến năm 2020. Số liệu chi tiết trình bày ở bảng 3.5 sau:
Bảng 3.5: Tổng hợp diện tích tưới hiện trạng và nhu cầu đến năm 2020 Vụ canh
tác
Loại cây trồng
Diện tích tưới (ha)
Thiết kế trạng Hiện Quy hoạch đến 2020
Đông xuân Lúa 3317 3200 4000 Đậu tương 200 160 250 Ngô 217 180 270 Thuỷ sản 50 50 100 Hè thu Lúa 3317 3100 4000 Đậu tương 300 210 360 Thuỷ sản 50 50 100
Nguồn: Địa phương xã
b. Tập quán và thời vụ canh tác
Trên khu tưới do hệ thống thuỷ nông Pa Khoang – Nậm Rốm phụ trách đã áp dụng sản xuất 2 vụ lúa và 2 vụ màu, không canh tác 3 vụ như trước đây nhằm tránh những rủi ro về thời tiết. Hiện nay, các giống lúa được trồng các vụ trong khu tưới là những giống lúa có khả năng chống chịu thời tiết khắc nghiệt, kháng được nhiều loại sâu bệnh và cho năng suất cao, chất lượng gạo tốt như: vụ đông xuân cơ cấu giống lúa chủ yếu là Khang Dân 18, DV108, Xi 23, P6, vụ hè thu cơ cấu giống lúa vụ này chủ yếu là KD18, IR13/2, CR203, ML107 là được người dân trồng nhiều nhất. Cây màu trong khu tưới là cây đậu tương, cây ngô và đây là những cây màu cho thu nhập tương đối ổn định sau cây lúa.
*. Thời vụ canh tác của lúa
Bảng 3.6. Thời vụ và công thức tưới lúa đông xuân
Thời đoạn sinh trưởng Thời gian Số
ngày Kc Công thức tưới Từ đến Ngâm ruộng 13/1 15/1 03 1,00 30 Cấy - Bén rễ 16/1 22/1 07 0,93 30 – 60 Bén rễ - Đẻ nhánh 23/1 03/2 12 0,98 30 – 60 Đẻ nhánh - Đứng cái 04/2 16/3 41 1,21 30 – 60 Đứng cái - Làm đòng 17/3 15/4 30 1,25 30 – 60 Làm đòng - Ngậm sữa 16/4 03/5 18 1,12 30 – 60 Ngậm sữa - Thu hoạch 04/5 15/5 12 0,86 30 – 60
Hình thức canh tác là làm ải
Bảng 3.7.Thời vụ và công thức tưới lúa hè thu.
Thời đoạn sinh trưởng Thời gian Số ngày Kc Công thức tưới Từ đến Cấy - Bén rễ 26/6 30/6 05 0,95 30 – 60 Bén rễ - Đẻ nhánh 01/7 10/7 10 1,07 30 – 60 Đẻ nhánh - Đứng cái 11/7 30/7 20 1,27 30 – 60 Đứng cái - Làm đòng 31/7 29/8 30 1,29 30 – 60 Làm đòng - Ngậm sữa 30/8 16/9 18 1,15 30 – 60 Ngậm sữa - Thu hoạch 17/9 28/9 11 0,92 30 – 60
Hình thức canh tác: làm dầm.
*. Thời vụ canh tác của hoa màu
- Đậu tương Đông Xuân:
Bắt đầu trồng từ ngày 10 đến ngày 25 tháng 1 và thu hoạch vào ngày 15 đến ngày 30 tháng 4. Trong luận văn chọn thời gian sinh trưởng là 95 ngày được chia thành các thời kỳ như Bảng 3.8
Bảng 3.8: Thời kỳ sinh trưởng và hệ số Kc của đậu tương Đông Xuân Thời kỳ Giai đoạn đầu (initial) Giai đoạn phát triển (development) Giai đoạn giữa (mid- season)
Giai đoạn cuối (late season)
Thời gian (ngày) 15 25 30 25
Hệ số Kc 0,40 1,15 1,10
- Đậu tương Hè Thu:
Bắt đầu trồng từ ngày 20 đến 30 tháng 5 và thu hoạch vào ngày 20 đến 30 tháng 8.
Trong luận văn chọn thời gian sinh trưởng là 97 ngày với các thời đoạn như Bảng 3.9.
Bảng 3.9: Thời đoạn sinh trưởng và hệ số cây trồng của Đậu tương Hè thu
Thời kỳ Giai đoạn đầu (initial) Giai đoạn phát triển (development) Giai đoạn giữa (mid- season)
Giai đoạn cuối (late season)
Thời gian (ngày) 15 25 32 25
Hệ số Kc 0,40 1,15 1,10
- Ngô Đông xuân:
Bắt đầu trồng từ ngày 01 đến 05 tháng 10 và thu hoạch vào ngày 15 đến 25 tháng 1. Trong luận văn chọn thời gian sinh trưởng là 110 ngày với các thời đoạn như Bảng 3.10.
Bảng 3.10: Thời đoạn sinh trưởng và hệ số cây trồng của Ngô Đông xuân
Thời kỳ Giai đoạn đầu (initial) Giai đoạn phát triển (development) Giai đoạn giữa (mid- season)
Giai đoạn cuối (late season)
Thời gian
(ngày) 25 30 30 25
Hệ số Kc 0,30 1,2 0,5
Các chỉ tiêu cơ lý của đất được trình bày trong bảng 3.11.
Bảng 3.11.Các chỉ tiêu cơ lý của đất:
Chỉ số ngấm α 0,5
Độ rỗng A (% thể tích đất) 40
Hệ số ngấm bão hoà K1 (mm/ngày) 35 Hệ số ngấm ổn định Ke (mm/ngày) 2,6 Độ ẩm sẵn có trong đất βo (% của A) 30 Độ ẩm lớn nhất βmax (% của A) 95 Độ sâu tầng đất canh tác (m) 0.3
d. Xác định mô hình mưa tưới năm thiết kế
Mô hình mưa tưới năm thiết kế cho hệ thống thủy nông Pa Khoang – Nậm Rốm được tính từ liệt tài liệu mưa 46 năm của trạm Điện Biên (1963 - 2008). Đây là trạm đo đạc có liệt tài liệu tương đối đầy đủ hơn so với các trạm lân cận và nằm ở khu vực hạ lưu đập dâng, có thể đặc trưng cho tình hình mưa trong khu tưới. Phương pháp tính toán như sau:
+ Tính lượng mưa năm với tần suất 85% trạm Điện Biên (X85%):
Từ liệt tài liệu lượng mưa thực đo, ta vẽ đường tần suất mưa năm của trạm Điện Biên theo phương pháp đường thích hợp, sau khi hiệu chỉnh ta được đường tần suất lý luận lượng mưa năm của Trạm Điện Biên. Từ đường tần suất lý luận ta xác định được lượng mưa bình quân năm ứng với tần suất thiết kế 85%. Kết quả tính toán giá trị mưa năm với các tần suất tương ứng trích xuất từ file kết quả của chương trình vẽ đường tần suất TSTV – 2002 – Tác giả: Đặng Duy Hiển. Thể hiện trong các phụ lục 3.1; 3.2 và 3.3.
- Chọn mô hình mưa năm đại biểu:
Giá trị mưa năm đại biểu là giá trị mưa của năm có giá trị lượng mưa gần nhất với giá trị lượng mưa ứng với tần suất 85% và có xu hướng phân bố mưa trong các tháng gây bất lợi cho thời kỳ tưới (tháng cần nước thì lại mưa ít và là năm có dạng phân phối thường gặp trong liệt tài liệu).
Trong chuỗi quan trắc lượng mưa năm của trạm Điện Biên từ năm 1963 đến 2008 có giá trị lượng mưa năm 2000 (X2000= 1275 mm) xấp xỉ với lượng mưa ứng với tần suất 85% (X85% = 1275,6 mm) và có phân phối lượng mưa các tháng cao điểm cần nước là khá thấp. Từ phân tích trên, ta chọn năm 2000 làm năm điển hình để đại diện cho tình hình mưa trên khu tưới. Mô hình mưa năm điển hình được trình bày ở Phụ lục 3.4.
e . Tính toán lượng nước cần của cây trồng trong khu tưới *. Phương pháp và công cụ tính toán:
Để tính toán được lượng nước cần hay chế độ tưới của từng loại cây trồng trong khu tưới, ta cần xác định được lượng bốc hơi tiềm năng (lượng bốc hơi mặt ruộng). Hiện nay có nhiều phương pháp để xác định lượng bốc hơi tiềm năng, tuy nhiên qua kiểm nghiệm thực tế và theo đánh giá của các chuyên gia thì phương pháp tính của Penman là một phương pháp có nhiều ưu điểm nhất so với các phương pháp khác. Phương pháp này do nhà khoa học người Anh đề xuất lần đầu tiên vào năm 1948 sau đó đã được cải tiến, hiệu chỉnh và bổ sung qua quá trình vận dụng trong thực tế. Năm 1979, tổ chức Lương thực của liên hợp quốc (FAO) đã thực hiện nhiều kiểm nghiệm ở thực tế để hiệu chỉnh và đưa ra công thức Penman ở dạng đơn giản và dễ sử dụng hơn. Đến năm 1992, để tiện cho việc lập trình tính toán trên máy tính và không phải sử dụng bảng tra, tổ chức FAO đã đưa ra công thức Penman ở dạng khác. Công thức sửa đổi này cho kết quả chính xác, sát với thực tế vì đã đề cập tới nhiều yếu tố, nhưng tính toán lại phức tạp, khối lượng tính toán lớn. Ngoài ra, công thức này đòi hỏi phải có đầy đủ nhiều loại tài liệu trong khi đối với các nước, vùng đang phát triển thì vấn đề tài liệu thực tế là rất khó khăn và số năm quan trắc còn rất ít.
Từ thực tế này, tổ chức FAO đã đề xuất dạng gọn hơn của công thức Penman cải tiến để thuận tiện áp dụng cho những vùng không đáp ứng được điều kiện về tài liệu, đó là công thức Penman - Monteith. Đây là công thức cho kết quả chính xác cao, sát thực tế, vì xác định lượng bốc thoát hơi nước tiềm năng có xét đến nhiều yếu tố khí hậu như nhiệt độ, bức xạ, tốc độ gió, độ ẩm... và loại cây trồng. Hơn nữa
công thức này không đòi hỏi quá nhiều tài liệu về khí hậu nông nghiệp nên ít gây khó khăn cho các nước, vùng đang phát triển áp dụng. Công thức này cũng được tổ chức FAO giới thiệu áp dụng cho các vùng canh tác khác nhau và thực tế kiểm nghiệm đã cho kết quả tốt, sai số tính toán (7 - 10)% là nhỏ nhất so với các công thức hiện dùng. [2]
Công thức Penman - Monteith:
ET0 = C[ WRn + (1 - W)f(v)(ea - ed)] (mm/ngày) (3 - 1) Trong đó:
- ET0 : Lượng bốc hơi tiềm năng.
- C: Hệ số hiệu chỉnh về sự bù trừ đối với tốc độ gió ban ngày và ban đêm cũng như sự thay đổi của bức xạ mặt trời.
- W: Hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc nhiệt độ, bức xạ và độ cao của khu tưới. - Rn: Bức xạ thuần tính, tương đương bốc hơi (mm/ngày).
Rn = Rns - RnL (3 - 2) Rns: Bức xạ mặt trời được giữ lại sau khi phản xạ đối với mặt ruộng.
Rns = (1 - α)Rs (3 - 3) Theo FAO, trị số α = 0,25 Trị số Rslà bức xạ mặt trời: a R N n 0,5 0,25 s R + = (3 - 4)
Ra: Bức xạ ở lớp biên của khí quyển, phụ thuộc vào vĩ độ và thời gian trong năm (mm/ngày).
RnL: Bức xạ được tỏa ra bởi năng lượng hút ban đầu
= N n )f d f(t)f(e nL R (3 - 5)
f(t): Hàm hiệu chỉnh về ảnh hưởng của nhiệt độ với bức xạ sóng dài N n
f : Hàm hiệu chỉnh về hiệu quả của giờ chiếu sáng của mặt trời thực tế với giờ chiếu sáng mặt trời lớn nhất đối với bức xạ sóng dài, được xác định theo biểu thức sau:
N n 9 , 0 1 , 0 n N f = + (3 - 6) - f(v): Hàm quan hệ về tốc độ gió. f(v) = 0,35(1 + 0,54u2) (3 -7)
v2: Tốc độ gió trung bình ở độ cao 2 m (m/s), tốc độ gió ở các trạm khí tượng khi đo ở độ cao lớn hơn 2 m khi tính toán cần hiệu chỉnh.
- (ea - ed): Hiệu số giữa áp suất hơi nước bão hòa ở nhiệt độ không khí trung bình và áp suất hơi nước thực tế trung bình của không khí
ea: Áp suất hơi nước bão hòa, có quan hệ với nhiệt độ không khí. ed: Áp suất hơi nước thực tế, xác định theo công thức:
100 Hr e
ed = a (3 -8) Hr: Độ ẩm tương đối trung bình của không khí (%)
Từ những ưu điểm trên, công thức Penman- Monteith được dùng để tính toán nhu cầu nước cho Lúa và các loại cây hoa màu trong khu tưới. Trên cơ sở công thức Penman- Monteith, cường độ bôc hơi Eto được tính toán qua phần mềm Cropwat đã được trường đại học Thủy Lợi cải tiến cho phù hợp với việc tính toán chế độ tưới cho lúa và điều kiện Việt Nam.
* Giới thiệu về phần mềm tính toán chế độ tưới cho lúa của trường đại học
Thủy Lợi được cải tiến từ phần mềm Cropwat.
Phần mềm tính toán chế độ tưới cho lúa hỗ trợ các chế độ tưới theo ngày, mười ngày và tháng, và cho phép lớp nước mặt ruộng có thể bằng không.
Tất cả các dữ liệu cần thiết cho quá trình tính toán đều được nhập vào trực tiếp trong chương trình ngoại trừ lượng nước bốc hơi. Lượng nước này không cần nhập vào mà sẽ được chương trình tính toán tự động từ phần mềm Cropwat.
Cách tính của chương trình là theo dõi lớp nước mặt ruộng ở cuối mỗi thời đoạn tính (ngày, mười ngày hoặc tháng): Nếu nó ở dưới mức tối thiểu thì sẽ tưới một lượng để nó đạt tới đỉnh (lớp nước cao nhất cho phép), ngược lại sẽ không tưới. Việc tính toán dựa vào phương trình cân bằng nước sau đây:
Hci = Hoi + Mi + Pi – (Ki + Ei) – Ci (3.9) Trong đó:
- Hci là lớp nước mặt ruộng cuối thời đoạn tính (mm). - Hoi là lớp nước mặt ruộng đầu thời đoạn tính (mm). - Mi là lượng nước tưới (mm).
- Pi là lượng nước mưa thiết kế (mm). - Ki là lượng nước ngấm (mm).
- Ci là lượng nước tháo (mm).
*. Kết quả tính toán
Sau khi nhập các số liệu về khí hậu (climate), lượng mưa (rain) của trạm Điện Biên, chương trình sẽ tính toán và cho kết quả giá trị lượng bức xạ (radiation) và lượng bốc hơi tiềm năng ETo ứng với từng thời đoạn tính toán. Kết quả giá trị ETo thể hiện ở phụ lục 3.5.
Kết quả tính toán yêu cầu nước cho Lúa, Đậu tương, Ngô từ phần mềm Cropwat và phần mềm tính toán chế độ tưới cho lúa của trường đại học Thủy Lợi trình bày trong các phụ lục 3.6; 3.7; 3.8; 3.9; 3.10; 3.11; 3.12; 3.13.
Kết quả tính toán lượng nước cần cho sản xuất nông nghiệp hiện tại trình bày trong các phụ lục 3.14.