CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
2.3 Xác định nhu cầu nước của hệ thống theo kịch bản biến đổi khí hậu và phát triển
Do đó ta chọn kịch bản nồng độ khí nhà kính cao (RCP8.5) được phát triển bởi Viện Phân tích hệ thống ứng dụng quốc tế Úc. Kịch bản RCP8.5 được đặc trưng bởi bức xạ tác động tăng liên tục từ đầu thế kỷ và đạt 8,5W/m2 vào năm 2100, tiếp tục tăng tới 13W/m2 vào năm 2200 và ổn định sau đó. Kịch bản RCP8.5 tương đương với SRES A1FI (Riahi và nnk, 2007).
2.3 Xác định nhu cầu nước của hệ thống theo kịch bản biến đổi khí hậu và phát triển kinh tế xã hội triển kinh tế xã hội
2.3.1 Tính toán các yếu tố khí tượng , thủy văn
2.3.1.1 Nội dung tính tốn
- Tính tốn xác định các mơ hình mưa vụ ứng với tần suất P = 85 %,
- Tính tốn xác định các mơ hình phân phối các yếu tố khí tượng: nhiệt độ, độ ẩm, tốc
độ gió, số giờ chiếu nắng ứng với tần suất liên quan,
2.3.1.2 Chọn trạm khí tượng
Trạm khí tượng được chọn để tính tốn phải thỏa mãn các điều kiện sau:
- Trạm phải nằm trong hệ thống hoặc gần hệ thống.
- Trạm phải có số năm quan trắc đủ dài và phải có tài liệu quan trắc theo ngày.
- Tài liệu của trạm đã được chỉnh biên xử lý, đảm bảo độ chính xác và mức độ tin cậy
cao.
2.3.1.3 Chọn thời đoạn tính tốn
Để kết quả tính tốn chế độ tưới phù hợp và sát với thực tế thì việc chọn thời đoạn tính tốn khí tượng phải dựa theo thời vụ canh tác. Hơn nữa, qua thực tế quản lý vận hành nhiều năm đã cho thấy vụ Chiêm Xuân là vụ cần lấy nhiều nước nhất nên ta tính nhu cầu nước cho vụ Chiêm Xuân:
+ Vụ Chiêm Xuân: từ tháng 1 đến tháng 6
2.3.1.4 Các đặc trưng khí tượng, thủy văn
a) Khí hậu
Hải Dương nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, có 2 mùa rõ rệt, mùa khô hanh lạnh từ tháng 10 đến tháng 4 năm sau, mùa mưa từ tháng 4 đến tháng 9 hàng năm. Nhiệt độ trung bình năm 23 °C; tháng có nhiệt độ thấp nhất là tháng 1 và tháng 2 (khoảng 10-12 °C); tháng có nhiệt độ cao nhất là tháng 6 và tháng 7 (khoảng 37- 38 °C). Lượng mưa trung bình hàng năm 1,463 mm, tổng tích ơn khoảng 8,2000, độ ẩm tương đối trung bình là 81,6%.
b) Nhiệt độ
Nhiệt độ trung bình năm 23,3oC, dao động trong khoảng 21-26oC. Nhiệt độ tháng thấp nhất vào tháng I, II đạt từ 13-15oC, cao nhất vào tháng VI, VII, đạt từ 30-33oC.
Bảng 2.14 Nhiệt độ trung bình các tháng trong năm trạm Hải Dương
Đơn vị: (oC)
Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm Hải Dương 16,7 17,8 20,0 23,7 26,7 28,9 29,1 28,4 27,1 24,9 21,6 18,0 16,7 Theo kịch bản RCP 8.5, vào đầu thế kỷ, nhiệt độ trung bình năm trên tồn quốc có mức tăng phổ biến từ 0,8÷1,1oC. Vào giữa thế kỷ, mức tăng phổ biến từ 1,8÷2,3oC. Trong đó, khu vực phía Bắc tăng phổ biến từ 2,0÷2,3 oC và ở phía Nam từ 1,8÷1,9 oC. Đến cuối thế kỷ, nhiệt độ ở phía Bắc tăng từ 3,3÷4,0 oC và ở phía Nam từ 3,0÷3,5 oC.
Cách tính: T= T thời kỳ nền + ∆t
Bảng 2.15 Kết quả tính tốn mơ hình nhiệt độ thời kỳ 2030 như bảng sau:
Các tháng trong năm
Mức tăng nhiệt độ trung bình của tháng ứng với các
năm trong tương lai Nhiệt độ tại thời kì nền
Nhiệt độ trung bình các tháng với các năm trong
tương lai RCP 8.5 RCP 8.5 I 1,4 16,7 18,1 II 1,4 17,8 19,2 III 1,4 20,0 21,4 IV 1,5 23,7 25,2 V 1,5 26,7 28,2 VI 1,5 28,9 30,4 VII 1,8 29,1 30,9 VIII 1,8 28,4 30,2 IX 1,8 27,1 28,9 X 1,6 24,9 26,5 XI 1,6 21,6 23,2 XII 1,6 18,0 19,6
Bảng 2.16 Kết quả tính tốn mơ hình nhiệt độ thời kỳ 2050 như bảng sau:
Các tháng trong năm
Mức tăng nhiệt độ trung bình của tháng ứng với các
năm trong tương lai Nhiệt độ tại thời kì nền
Nhiệt độ trung bình các tháng với các năm trong
tương lai RCP 8.5 RCP 8.5 I 3,1 16,7 19,8 II 3,1 17,8 20,9 III 3,1 20,0 23,1 IV 3,1 23,7 26,8 V 3,1 26,7 29,8 VI 3,1 28,9 32 VII 3,7 29,1 32,8 VIII 3,7 28,4 32,1 IX 3,7 27,1 30,8 X 3 24,9 27,9 XI 3 21,6 24,6 XII 3 18,0 21
c) Độ ẩm
Mùa đông, do ảnh hưởng của bốc hơi bề mặt nên độ ẩm tuyệt đối thấp nhất và dao động từ 15 - 17mb. Mùa hạ có độ ẩm khá cao, những trị số trung bình tháng của độ ẩm tuyệt đối thường dao động từ 32 - 34mb. Tuy nhiên, do nhiệt độ cao nên độ ẩm tương đối không lớn và đạt khoảng 87%. Độ ẩm tương đối thường có trị số cao trong năm. Thời kỳ khô hanh, độ ẩm tương đối giảm xuống còn khoảng 79% vào các tháng XI- XII. Nửa đầu mùa đông, do chịu ảnh hưởng của khơng khí cực đới biến tính qua biển nên độ ẩm tăng xấp xỉ tới 90%, tương phản rõ rệt với giai đoạn đầu mùa và đây là thời kỳ ẩm nhất của khu vực.
Bảng 2.17 Độ ẩm tương đối trung bình tại khu vực nghiên cứu
Đơn vị(%)
Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Hải
Dương 82,6 85,3 88,8 89,2 86,4 83,2 83,7 87,2 86,5 81,6 80,0 78,8
+ Độ ẩm khơng khí trung bình năm : 84,5 % + Độ ẩm khơng khí cao nhất : 87,2 % + Độ ẩm khơng khí thấp nhất : 78,8 %
d) Nắng
Nắng là một yếu tố khí hậu có quan hệ chặt chẽ với bức xạ mặt trời và bị chi phối bởi lượng mưa trong khu vực. Tại vùng dự án số giờ nắng trong năm trung bình nhiều năm đạt 1531,5 giờ/năm, ánh sáng mặt trời chiếu sáng cơ bản là quanh năm và thời gian chiếu sáng trong ngày phụ thuộc theo mùa hè và mùa đơng. Bình quân số giờ nắng trong ngày là 4,0 giờ.
Tháng VII có số giờ nắng cao nhất đạt 214,5 giờ và tháng III có số giờ nắng thấp nhất đạt 41,6 giờ.
Bảng 2.18 Số giờ nắng trung bình năm tại khu vực nghiên cứu
Đơn vị: (h)
Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm
Hải
Dương 83 44,4 41,6 85,8 204,4 176,2 214,5 100 106,6 187 157,5 130,5 1531,5
e)Gió
Trung bình tháng năm đạt 1,1-2,4 m/s. Tốc độ gió lớn nhất khi có bão đạt trên 40 m/s, 23/8/1980 tại Hải Dương
Bảng 2.19 Tốc độ gió trung bình năm tại khu vực nghiên cứu
Đơn vị: (m/s)
Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm
Hải
Dương 1,7 1,9 1,9 1,9 1,8 1,6 1,8 1,4 1,4 1,4 1,4 1,4 1,7
2.3.1.5 Xác định mơ hình phân phối mưa vụ ứng với P = 85 % thời kỳ hiện tại
a, Mơ hình phân phối mưa vụ chiêm ứng với tần suất P = 85 %
Bước 1: Chọn mẫu (bảng 1.1 phụ lục 1)
Tác giả lấy số liệu mưa vụ chiêm của 33 năm (từ năm 1985 – 2017).
Bước 2: Xây dựng đường tần suất kinh nghiệm
Xem kết quả chi tiết của Bước 2 tại bảng 1.2 phụ lục 1
Bước 3: Xác định các tham số thống kê
Sử dụng phần mềm FFC 2008 xác định được 3 đặc trưng thống kê:
Đặc trưng thống kê Giá trị trung bình Hệ số phân tán Cv Hệ số thiên lệch Cs
Giá trị 363,03 0,35 1,17
Bước 4: Xác định đường tần suất lý luận
Sử dụng phần mềm FFC 2008 để vẽ đường tần suất kinh nghiệm mưa vụ chiêm và bảng tần suất lý luận mưa vụ chiêm, xem kết quả ở hình 1.1 và bảng 1.3 phụ lục 1
Bước 5: Xác định trị số mưa ứng với P = 85%
234,24 mm
Bước 6: Xác định mơ hình phân phối mưa vụ chiêm ứng với P = 85%
Chọn năm 1995 là năm điển hình vì năm 1995 có lượng mưa vụ gần với lượng mưa vụ ứng với tần suất P = 85% và có mơ hình mưa phân phối rải đều qua các tháng. Xđh=232,20 mm
Kết quả tính tốn mơ hình mưa vụ chiêm thiết kế được xem ở Bảng 1.1 Phụ lục 1
2.3.1.6 Xác định mơ hình phân phối mưa vụ ứng với P = 85 % thời kỳ 2030, 2050 theo kịch bản BDKH RCP 8.5
Theo kịch bản RCP 8.5, vào đầu thế kỷ, lượng mưa năm có xu thế tăng ở hầu hết cả nước, phổ biến từ 3÷10%. Vào giữa thế kỷ, xu thế tăng tương tự như kịch bản RCP 4.5. Đáng chú ý là vào cuối thế kỷ mức tăng nhiều nhất có thể trên 20% ở hầu hết diện tích Bắc Bộ, Trung Trung Bộ, một phần diện tích Nam Bộ và Tây Nguyên
Cách tính: Xp= (1+ a/100).Xpcơsở(85%)
Trong đó: a là độ thay đổi lượng mưa so với thời kỳ nền (%)
Bảng 2.20 Lượng mưa trong tương lai theo kịch bản biến đổi khí hậu 2030
Các tháng trong năm
Sự thay đổi lượng mưa với các năm trong tương lai
(%) Xpcơsở(85%)
Lượng mưa trung bình trong tương lai (mm)
RCP 8.5 RCP 8.5 I -10,4 2,94 2,63 II -10,4 11,97 10,73 III -10,4 32,57 29,18 IV 7,8 53,77 57,96 V 7,8 139,50 150,38 VI 7,8 304,38 328,12 VII -6,2 193,30 181,32 VIII -6,2 74,49 69,87 IX -6,2 102,26 95,92 X -22,9 23,60 18,20 XI -22,9 27,69 21,35 XII -22,9 41,33 31,87
Bảng 2.21 Lượng mưa trong tương lai theo kịch bản biến đổi khí hậu 2050
Các tháng trong năm
Sự thay đổi lượng mưa với các năm trong tương lai
(%) Xpcơsở(85%)
Lượng mưa trung bình trong tương lai (mm)
RCP 8.5 RCP 8.5 I 14,5 2,94 3,37 II 14,5 11,97 13,71 III 14,5 32,57 37,29 IV 17,9 53,77 63,40 V 17,9 139,50 164,48 VI 17,9 304,38 358,86 VII 8,9 193,30 210,50 VIII 8,9 74,49 81,12 IX 8,9 102,26 111,36 X -19,6 23,60 18,98 XI -19,6 27,69 22,27 XII -19,6 41,33 33,23
2.3.2 Tính toán nhu cầu nước hiện tại
2.3.2.1 Phân vùng tưới
Do vụ chiêm là vụ lấy nhiều nước nhất nên ta chỉ tính nhu cầu nước cho Vụ Chiêm. Dựa vào các đặc điểm về nhu cầu dùng nước ta chia vùng tưới của cống Cầu Xe và cống An Thổ làm 13 tiểu vùng nhỏ dựa trên các cơ sở và nguyên tắc sau:
- Cơ sở phân vùng tưới
+ Đặc điểm của đối tượng phục vụ, + Đặc điểm về địa hình địa mạo, + Đặc điểm về khí tượng, thuỷ văn,
+ Điều kiện nguồn nước, thủy thế của khu vực, + Đặc điểm về điều kiện phát triển kinh tế, xã hội,
- Nguyên tắc phân vùng tưới:
Vùng tưới là giới hạn của một khu vực được phân chia khác biệt với các vùng khác bởi mục đích sử dụng, mục đích quy hoạch phát triển, bởi tình hình thuỷ thế, nguồn nước.
Việc phân vùng tưới tuân theo một số nguyên tắc sau đây:
+ Đảm bảo cấp nước chủ động, kịp thời, hiệu quả;
+ Việc phân vùng thuỷ lợi không bị ràng buộc bởi ranh giới hành chính mà theo hệ
thống cơng trình thủy lợi;
+ Phân vùng căn cứ vào mục đích sử dụng của các cơng trình trong hệ thống,
- Kết quả phân vùng tưới trong hệ thống thuỷ lợi
Dựa trên bản đồ phân vùng tưới của hệ thống, địa giới hành chính, sơng trục chính, sơng nhánh và cao độ mặt ruộng tại các vùng tưới, Tiến hành phân vùng tưới, tính tốn lưu lượng u cầu trong mơ hình thủy lực. Kết quả phân vùng tưới như hình 2.1, và bảng 2.22 dưới đây.
Hình 2.1 Bản đồ phân vùng tưới (lưu vực) vùng cấp nước của cống Cầu Xe và cống An Thổ
Bảng 2.22 Chỉ tiêu cơ bản của các lưu vực cấp nước của cống Cầu Xe và cống An Thổ
STT Tiểu Vùng Diện tích (Km2) 1 Tiểu vùng 1 12,94 2 Tiểu vùng 2 7,48 3 Tiểu vùng 3 4,60 4 Tiểu vùng 4 14,56 5 Tiểu vùng 5 8,21 6 Tiểu vùng 6 12,18
STT Tiểu Vùng Diện tích (Km2) 8 Tiểu vùng 8 4,24 9 Tiểu vùng 9 17,75 10 Tiểu vùng 10 5,15 11 Tiểu vùng 11 5,15 12 Tiểu vùng 12 19,19 13 Tiểu vùng 13 37,84 Tổng vùng 158,02
2.3.2.2 Chế độ tưới của các loại cây trồng
Ngun lý tính tốn chế độ tưới dựa vào phương trình cân bằng nước:
Sự thay đổi lớp nước/lượng nước mặt ruộng = Lượng nước đến – Lượng nước đi Trong tính tốn chế độ tưới cho các loại cây trồng, phải lần lượt xác định từng thành phần trong phương trình cân bằng nước đó. Trong đó, vấn đề xác định thành phần nước hao là vơ cùng quan trọng vì nó ảnh hưởng lớn đến lượng nước cần tưới. Lượng nước tiêu hao lớn nhất chính là lượng bốc hơi mặt ruộng. Do đó trước hết, tác giả sẽ đi xác định thành phần này.
a) Tính tốn xác định lượng bốc thốt hơi nước mặt ruộng
Lượng bốc thoát hơi nước mặt ruộng thực tế đối với cây trồng được xác định theo công thức tổng quát:
ETc = Kc . ET0 (2-6)
Trong đó:
+ ETc: Lượng bốc thoát hơi nước của cây trồng theo thời gian tính tốn (mm);
+ ET0: Lượng bốc thoát hơi nước tiềm năng, tính theo các cơng thức kinh nghiệm
(mm);
+ Kc: Hệ số cây trồng, phụ thuộc vào loại cây trồng và giai đoạn sinh trưởng, xác định
qua thực nghiệm.
Do đó, để xác định lượng bốc hơi mặt ruộng ETc cần phải xác định lượng bốc thoát hơi nước tiềm năng ET0. Lượng bốc thoát hơi nước tiềm năng ET0 được tổ chức FAO
khuyến nghị áp dụng phương pháp Penman - Monteith sửa đổi. Vì phương pháp này có độ chính xác cao, có thể tính chính xác ET0 trong phạm vi thay đổi nhiều ở các vùng khí hậu khác nhau.
Bảng tính lượng bốc hơi ETo vụ chiêm xem ở Bảng 1.2 Phụ Lục 1 b) Tính tốn chế độ tưới cho lúa vụ chiêm
Tính tốn chế độ tưới cho lúa vụ chiêm - Chế độ canh tác: Làm ải và gieo cấy tuần tự
- Các tài liệu cần thiết cho tính tốn: Tài liệu về thời vụ và giai đoạn sinh trưởng của lúa. Thời gian gieo cấy tg = 20 ngày.
- Các chỉ tiêu cơ lý của đất: Chiều sâu tầng đất trên mực nước ngầm : H= 0.6 m
Cụ thể tính toán như sau:
* Tính tốn lượng nước hao trong gieo cấy tuần tự
Phương pháp gieo cấy tuần tự có đặc điểm các thành phần trong lượng nước hao sẽ thay đổi theo một q trình nào đó. Các dạng đường q trình này thay đổi tuỳ thuộc vào thời gian gieo cấy tg, thời gian xảy ra quá trình hao nước trên khu ruộng được cấy xong trong 1 ngày, cường độ hao nước eh, diện tích gieo cấy trong một ngày o. ● Lượng nước hao do ngấm:
- Lượng nước hao do ngấm bão hịa
Thời gian ngấm bão hồ được xác định theo cơng thức sau:
1 1 0 0 b K ) - AH(1 t Trong đó: A: Độ rỗng đất, được tính bằng % thể tích đất
0: Độ ẩm trong tầng đất trước khi đưa nước vào ruộng, tính bằng % độ rỗng : Chỉ số ngấm của đất
Ko: Hệ số ngấm hút bình quân trong đơn vị thời gian thứ nhất,
1 K K 1 0
K1: Cường độ ngấm hút ở cuối đơn vị thời gian thứ nhất (mm/ngày)
Tính lượng tổn thất do ngấm ổn định
Giai đoạn ngấm ổn định trên mặt ruộng lúa xảy ra sau q trình ngấm bão hịa. Lúc này lượng nước mặt ruộng ngấm xuống đất chủ yếu do tác động của trọng lực.
Thời gian ngấm ổn định được xác định theo công thức: tôđ = tn + tst - tb
Với tn: thời gian ngâm ruộng tst: thời gian sinh trưởng
tb: thời gian bão hòa tầng đất mặt ruộng
● Lượng nước hao do bốc hơi mặt ruộng:
Do thời kì sinh trưởng của lúa được chia thành nhiều thời đoạn và mỗi thời đoạn có cường độ bốc hơi là khác nhau do ảnh hưởng của các điều kiện ngoại cảnh,độ che phủ…
Vì vậy phải tính q trình hao nước cho từng thời đoạn, tùy thuộc vào thời gian của mỗi thời đoạn hao nước mà có các dạng đường hao nước khác nhau :
Bốc hơi mặt ruộng được đặc trưng bởi các đại lượng : -Thời gian xảy ra hao nước trên diện tích gieo cấy : th (ngày) -Thời gian hao nước trên toàn bộ khu tưới : Th = th + tg