1/ Tiêu chí đánh giá tác động của BĐKH đến nhu cầu nước của hệ thống
Chỉ tiêu đánh giá tác động của BĐKH đến nhu cầu nước được thiết lập trên cơ
sở xây dựng các công thức xác định định lượng mức biến đổi % của đại lượng tương ứng kịch bản BĐKH (kịch bản phát thải trung bình B2). Chỉ tiêu này được xác định theo công thức sau:
% 100 . nên nên sau w − = Δ Trong đó: : W
Δ Chênh lệch nhu cầu nước tổng cộng của hệ thống ở thời điểm đánh giá so với thời kỳ nền (1980 – 1999). Giá trị này càng lớn thể hiện mức độ tác động càng cao.
nen
W : Nhu cầu nước theo tuần suất thiết kế 85% tính trong các năm thời kỳ nền.
sau: Nhu cầu nước theo tuần suất thiết kế 85% tính trong các năm 2020; 2050
2/ Lựa chọn liệt số liệu khí tượng để tính toán và chọn kịch bản BĐKH
Theo kịch bản biến đổi khí hậu, nước biển dâng cho Việt Nam của bộ Tài nguyên và môi trường năm 2012 thì thời kỳ nền dùng đểđánh giá ảnh hưởng của biến đổi khí hậu trong tương lai vẫn là giai đoạn 1980-1999. Kết hợp giữa tài liệu của Kịch bản biến
đổi khí hậu của bộ TN&MT với quy hoạch, chiến lược phát triền kinh tế xã hội của vùng nghiên cứu ta chọn các mốc trong tương lai đểđánh giá 2020, 2050
Theo tài liệu hướng dẫn “đánh giá tác động của biến đổi khí hậu và xác định các giải pháp thích ứng” của Viện Khoa học khí tượng thủy văn và môi trường ra năm 2011 cùng với các chuyên gia khuyến cáo đối với Việt Nam thì kịch bản “trung bình (B2)” là phù hợp hơn
- Thời kỳ nền: 1980-1999. - Thời kỳ tương lai: 2020, 2050
3.1.2. Tính toán nhu cầu nước của hệ thống
3.1.2.1. Tính toán nhu cầu dùng thời kỳ nền (1980-1999) ứng với tần suất thiết kế
• Tính toán mưa tưới thiết kế
Căn cứ vào đặc điểm khí hậu, kế hoạch canh tác của các huyện trong hệ thống thì tính toán tưới cho cây trồng tính theo cơ cấu 3 vụ như sau:
- Vụ chiêm xuân từ tháng 1 đến tháng 5. - Vụ mùa từ tháng 6 đến tháng 10.
- Vụđông từ tháng 12 đến tháng 4 năm sau.
Tính toán mưa tưới thiết kế với liệt số liệu dài 25 năm từ năm 1975 đến năm 2000. Trạm được chọn để tính toán là trạm Thái Bình
Ứng dụng phần mềm tính toán thủy văn “TSTV-2002” của tác giả Đặng Duy Hiển – Cục quản lý tài nguyên nước và công trình Thủy lợi để tính toán.
Kết quả tính toán các thông số thống kê X, Cv, Csđược thể hiện trong bảng: Bảng 3.1:Kết quả tính toán các thông số thống kê X, Cv,Cs
Thời vụ X (mm) Cv Cs Vụ chiêm 363,70 0,29 1,37 Vụ mùa 1022,44 0,2 1,47 Vụđông 194,00 0,47 0,94 Bảng 3.2: Bảng thống kê chọn mô hình mưa đại diện ứng với từng thời vụ Thời vụ Xp=85% (mm) Năm ứng với Xđh Xđh (mm) Vụ chiêm 264,34 1996 264,4 Vụ mùa 833,66 1980 833,8 Vụđông 104,10 1975 102,5 Dựa vào số liệu và công thức đã cho ở trên ta có kết quả tính toán hệ số thu
phóng như sau: Lúa vụ chiêm: 0,999 4 , 264 34 , 264 % 85 1 = = = = dh P X X k Lúa vụ mùa: 0,999 8 , 833 66 , 833 % 85 1 = = = = dh P X X k
Vụđông: 1,015 50 , 102 10 , 104 % 85 1 = = = = dh P X X k
• Tính toán một vài đặc trưng khí tượng khác
Ngoài mưa và bốc hơi, các đặc trưng khí tượng khác cũng có tác động đến yêu cầu nước của cây trồng đó là: nhiệt độ, độẩm, số giờ nắng, tốc độ gió. Ta chọn trạm Thái Bình để tính toán các đặc trưng khí tượng.
1) Nhiệt độ
Bảng 3. 3: Nhiệt độ bình quân tháng trung bình nhiều năm trạm Thái Bình (1961-2003)
Đơn vị (độo C)
Tháng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Thái Bình 16,8 17,5 19,8 23,7 26,5 28,7 29,2 28,1 26,6 24,8 21,6 17,6
Nguồn: Trung tâm Khí tượng Thủy văn Quốc Gia
2) Độẩm không khí
Bảng 3. 4: Độẩm bình quân tháng trung bình nhiều năm trạm Thái Bình (1961-2003)
Đơn vị (%)
Tháng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Thái Bình 86 89 92 91 89 84 84 89 88 86 83 82
Nguồn: Trung tâm Khí tượng Thủy văn Quốc Gia
3) Gió
Bảng 3. 5: Tốc độ gió bình quân tháng trung bình nhiêu năm tại trạm Thái Bình
Đơn vị (m/s)
Tháng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Thái Bình 2 2 1.8 2.1 2.1 2.0 2.2 1.6 1.7 1.9 1.8 1.8
Nguồn: Trung tâm Khí tượng Thủy văn Quốc Gia
4) Nắng
Bảng 3. 6: Số giờ nắng bình quân tháng trung bình nhiều năm của trạm Thái Bình Đơn vị: h/tháng
Tháng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Thái Bình 59,3 37,5 42,7 99,9 181,6 184,3 172,9 159,5 160,5 157,4 139,6 96,8
5) Bốc hơi
Bảng 3. 7: Tổng lượng bốc hơi bình quân tháng trung bình nhiều năm tại trạm Thái Bình
Đơn vị: mm
Tháng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Thái Bình 57,3 41,4 43,2 46,5 66,4 100,7 109,4 62,5 65,6 82,5 88,0 82,7
Nguồn: Trung tâm Khí tượng Thủy văn Quốc Gia
6) Mưa
Bảng 3. 8: Tổng lượng mưa bình quân tháng trung bình nhiều năm tại trạm Thái Bình Đơn vị: mm
Tháng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Thái Bình 23.3 27.2 43.3 87.2 164.7 193.3 239.6 293.6 332.7 244.6 70.1 26.4
Nguồn: Trung tâm Khí tượng Thủy văn Quốc Gia
• Tính toán nhu cầu nước cho cây trồng
Tính toán tưới cho cây trồng tính theo cơ cấu 2 vụ lúa là chiêm xuân và mùa và một số cây trồng cạn chủ lực như cây ngô.
Nguyên lý chung để tính toán chế độ tưới cho cây trồng là dựa vào sự cân bằng nước giữa lượng nước đến và lượng nước đi, từđó tìm ra mức tưới trên cơ sở
bảo đảm chế độ nước trong ruộng thoả mãn công thức tưới tăng sản. Phương trình cân bằng nước tổng quát như sau:
∑ +∑ −∑ −∑ −∑ + =W m P K ET C Wci oi i oi i ci Trong đó: +Wci: Lớp nước mặt ruộng cuối thời đoạn tính toán (mm) + Woi: Lớp nước mặt ruộng đầu thời đoạn tính toán (mm)
+∑mi : Lượng nước tưới trong thời đoạn tính toán (mm).
+∑Poi: Lượng nước mưa sử dụng được trong thời đoạn tính toán (mm). +∑Ki : Lượng nước ngấm xuống đất trong thời đoạn tính toán (mm/ngày). +∑ETci : Lượng bốc hơi mặt ruộng trong thời đoạn tính toán (mm/ngày). +∑C: Lượng nước tháo đi trong thời đoạn tính toán. Khi lớp nước mặt ruộng lớn hơn độ sâu lớp nước cho phép phải tháo đi, do đó ∑Ci =Wci −Wmaxi
Điều kiện ràng buộc của phương trình cân bằng nước trên là:[ ]hmin i ≤hci≤[ ]hmax i
Luận văn sử dụng phần mềm Cropwat 8.0 để tính toán nhu cầu nước cho cây trồng. Đây là phần mềm tiên tiến nhất hiện nay và được FAO khuyến cáo sử dụng trên toàn thế giới. Sơđồ khối của phần mềm như sau:
a. Nhập dữ liệu về khí hậu (Climate) và tính lượng bốc thoát hơi nước chuẩn ET0
Vào “File”→ “New” → “Climate/ET0” → “Monthly ET0 Penman Monteith”
để nhập số liệu về khí tượng → ET0.
b. Nhập dữ liệu về mưa (Rainfall)
Vào “File”→ “New” → “Rain” → “Monthly ” để nhập số liệu về mưa →
Eff.Rain (Effective rainfall - Lượng mưa hữu hiệu).
Nhập lượng mưa các tháng vào các cột , chương trình chạy ,ta được lượng mưa hiệu quả cột bên cạnh Eff.rain(mm) .
c. Nhập dữ liệu về cây trồng
Kích con trỏ chuột vào “File”→ “New” → “Crop” → “Rice” hoặc “Dry crop”để nhập số liệu về cây trồng.
Dựa theo đề bài mà ta thay các thông số vào bảng tính.
d .Nhập dữ liệu vềđất
Vào “File”→ “New” → “Soil” để nhập dữ liệu vềđất . Nhập số liệu khí
tượng, cây trồng và đất đai
Tính toán Eto và lượng mưa hiệu
quả
Tính toán mức tưới cho cây
trồng In kết quả
e.Kết quả tính toán yêu cầu nước
Vào “Calculation”→ “Crop Water Requierments” → để xem kết quả yêu cầu nước của các loại cây trồng
Các tài liệu về cây trồng
Bảng 3. 9: Thời vụ các loại cây trồng trong hệ thống Bắc Thái Bình
TT
Loại
cây trồng Thời gian gieo trồng Thời gian thu hoạch
Số
ngày
1 Lúa Đông Xuân 5/2 3/6 120 2 Lúa Mùa 1/7 19/10 110
3 Ngô vụđông 10/12 14/03 95
Bảng 3.10: Độẩm trong lớp đất canh tác cho cây trồng cạn
Thời đoạn sinh trưởng (βmin - βmax)% Tầng đất tưới (cm)
Gieo hạt - Nảy mầm 70 - 80 30 Mọc mầm - Ba lá 65 - 75 40
Ba lá - Trỗ cờ 70 - 75 50 Trổ cờ - Chín sữa 70 - 75 60
Bảng 3.11: Thời kỳ sinh trưởng và hệ số cây trồng Kc của lúa
Lúa Mùa Lúa Chiêm Xuân TT Giai đoạn sinh trưởng Thời gian (ngày) Kc Thời gian (ngày) Kc Tổng số ngày 110 120 1 Bắt đầu 10 1,05 - 1,30 15 1,00 - 1,15 2 Phát triển 35 1,10 - 1,50 40 1,10 - 1,50 3 Giữa mùa 15 1,10 - 1,70 15 1,10 - 1,70 4 Cuối mùa 35 1,10 - 1,70 35 1.10 - 1,70 5 Thu hoạch 15 1,20 – 2,00 15 1,50 – 2,00
Bảng 3.12: Thời kỳ sinh trưởng và hệ số cây trồng Kc của các loại cây trồng
Ngô
Thời gian
TT Giai đoạn sinh trưởng
(ngày) Kc Tổng số ngày 120 1 Bắt đầu 15 0,30 - 0,50 2 Phát triển 30 0,70 - 0,90 3 Giữa mùa 30 1,05 - 1,20 4 Cuối mùa 25 1,00 - 1,15 5 Thu hoạch 20 0,95 - 1,10
Các chỉ tiêu của đất trong khu vực tính toán:
Theo tài liệu thổ nhưỡng đã thu thập được, phần lớn diện tích canh tác của vùng nghiên cứu thuộc loại đất thịt nặng. Hệ số thấm ổn định của đất từ 1,4 - 3,0 mm/ngày.đêm. Bảng 3.13: Các chỉ tiêu cơ lý của đất TT Đặc trưng Kí hiệu Trị số Đơn vị 1 Chỉ số ngấm α 0,5 2 Độ rỗng A 45 % 3 Hệ số ngấm ban đầu K1 30 mm/ngày 4 Hệ số ngấm ổn định Kôđ 2 mm/ngày 5 Độẩm sẵn có trong đất βo 60 %A 6 Độẩm lớn nhất của đất βmax 85 %A
7 Chiều sâu tầng đất canh tác H 0,5 m
1/ Tính toán chếđộ tưới cho lúa vụ Xuân
Kết quả yêu cầu nước của lúa vụ Xuân dưới dạng bảng như sau:
Kết quả yêu cầu nước của lúa vụ Xuân dưới dạng biểu đồ như sau:
Tổng hợp kết quả tính toán yêu cầu nước lúa vụ chiêm:
Bảng 3.14: Thống kê kết quả yêu cầu nước của lúa vụ chiêm
Tháng 1 2 3 4 5 Tổng
2/ Tính toán chếđộ tưới cho lúa vụ mùa
Kết quả yêu cầu nước của lúa vụ mùa dưới dạng bảng như sau:
Kết quả yêu cầu nước của lúa vụ mùa dưới dạng biểu đồ như sau:
Tổng hợp kết quả tính toán yêu cầu nước lúa vụ mùa
Bảng 3.15: Thống kê kết quả yêu cầu nước của lúa vụ mùa
Tháng 6 7 8 9 10 Tổng
3/ Tính toán chếđộ tưới cho cây ngô vụĐông Xuân
Khác với lúa là cây trồng chịu ngập, cây trồng cạn là cây trồng phát triển trên môi trường đất ẩm. Độ ẩm trong tầng đất canh tác sẽ được duy trì theo công thức tưới tăng sản.
Cở sở để tính toán chếđộ tưới cho cây trồng cạn cũng nhưđối với lúa là dựa trên phương trình cân bằng nước mặt ruộng.
Phương trình có dạng: ∑mi = (Whi + Wci) - (W0i + ∑P0i + ΔWHi + Wni) Trong đó:
+ ∑mi - tổng lượng nước cần tưới trong thời đoạn tính toán (m3/ha) + Whi - lượng nước hao trong thời đoạn tính toán (m3/ha),Whi = 10ETc.ti ETc - cường độ bốc hơi mặt ruộng (mm/ngày)
ti - thời gian hao nước (ngày)
+Wci-lượng nước cần trữ trong tầng đất canh tác ở cuối thời đoạn tính toán (m3/ha) Wci = 10A.βciHi (m3/ha)
γk - dung trọng khô của đất (tấn/m3)
βci - độẩm của đất cuối thời đoạn, tính theo % dung trọng khô của đất Mà Wci phải khống chế theo điều kiện:Wβmin i≤ Wci ≤ Wβmax i Trong đó: Wβmax i = 10.A.βmaxiHi (m3/ha)
Wβmin i = 10.A.βminiHi (m3/ha)
+ W0i - lượng nước sẵn có trong đất đầu thời đoạn tính toán, xác định theo: W0i = 10A.β0iH0i (m3/ha)
+ ∑P0i - lượng nước mà cây trồng sử dụng được trong thời đoạn tính toán:
∑P0i = 10∑αiCiPi
Pi - lượng mưa rơi thực tế theo tần suất thiết kếở ngày thứ i (mm)
Ci - hệ số biểu thị phần nước mưa có thể ngấm xuống đất, xác định theo thực nghiệm Ci = 1 - σi
σi - hệ số dòng chảy, xác định theo thực nghiệm
+ ΔWHi - lượng nước mà cây trồng sử dụng được do sự gia tăng chiều sâu tầng
đất canh tác vì rễ cây ngày càng phát triển. ΔWHi = 10Aβ0i(Hi - Hi-1) (m3/ha)
+ Wmi - lượng nước ngấm dưới đất mà cây trồng có thể sử dụng được do tác dụng mao quản leo là cho cây trồng hút được lượng nước này. Lượng nước này phụ
thuộc vào chiều sâu mực nước ngầm và loại đất vùng trồng trọt.
Sử dụng phần mềm Cropwat của Tổ chức FAO để tính toán nhu cầu nước cho cây trồng cạn
Kết quả yêu cầu nước của cây ngô dưới dạng bảng như sau:
Bảng 3.16: Thống kê kết quả yêu cầu nước của cây ngô
Tháng 12 1 1 3 Tổng
Mức tưới (mm) 41,1 67,4 77,4 40,7 226,6 Tổng hợp nhu cầu nước cho cây trồng theo từng tháng theo kết quảở các bảng 3-14, 3-15, 3-16 ta được kết quả như sau
Bảng 3.17: Thống kê kết quả yêu cầu nước của cây trồng thời kỳ nền
Nhu cầu nước (m3/ha)
Tháng Lúa chiêm Lúa mùa Cây ngô Tổng
1 1.267 0 674 1.941 2 1.963 0 774 2.737 3 1.086 0 407 1.493 4 1.199 0 0 1.199 5 677 0 677 6 0 2135 0 2.135 7 0 493 0 493 8 0 277 0 277 9 0 160 0 160 10 0 137 0 137 11 0 0 0 0 12 0 411 411 Tổng 6.192 3.202 2.266 11.660
3.1.2.2. Tính toán nhu cầu nước theo các kịch bản BĐKH của Bộ Tài nguyên&Môi trường công bố Tháng 6 năm 2012 (tính cho kịch bản phát thải trung bình B2)
• Kịch bản về nhiệt độ
Bảng 3. 18: Mức tăng nhiệt độ trung bình (°C) so với thời kỳ 1980-1999 ở các vùng khí hậu của Việt Nam theo các kịch bản phát thải trung bình B2
Các mốc thời gian trong thế kỷ 21 Thời kỳ trong năm 2020 2050 2070 2100 XII - II 0,5 1,4 1,7 2,7 III – V 0,4 1,0 1,4 1,8 VI – VII 0,5 1,2 1,7 2,2 IX - XI 0,5 1,3 1,8 2,5
Tính toán nhiệt độ các mốc thời gian trong tương lai: Áp dụng công thức tính trung bình:
Nhiệt độ trung bình các tháng năm 2020 : t2020 = tnền tb + Δt2020 Nhiệt độ trung bình các tháng năm 2050 : t2050= tnềntb + Δt2050
Bảng 3. 19: Nhiệt độở trạm Thái Bình các năm trong tương lai theo kịch bản phát thải trung bình (°C)
Mức tăng nhiệt độ trung bình của tháng so với thời
kỳ nền ứng với các năm trong tương lai
Nhiệt độ trung bình các tháng với các năm trong tương lai Các tháng trong năm 2020 2050 Nhiệt độ trung bình tại thời kỳ nền 2020 2050 1 0,5 1,4 16,8 17,3 18,2 2 0,5 1,4 17,5 18,0 18,9 3 0,4 1,0 19,8 20,2 20,8 4 0,4 1,0 23,7 24,1 24,7 5 0,4 1,0 26,5 26,9 27,5 6 0,5 1,2 28,7 29,2 29,9 7 0,5 1,2 29,2 29,7 30,4 8 0,5 1,2 28,1 28,6 29,3 9 0,5 1,3 26,6 27,1 27,9 10 0,5 1,3 24,8 25,3 26,1 11 0,5 1,3 21,6 22,1 22,9 12 0,5 1.4 17,6 18,1 18,9 • Kịch bản về lượng mưa: Bảng 3. 20: Mức thay đổi lượng mưa (%) so với thời kỳ 1980-1999 ở các vùng khí hậu của Việt Nam theo các kịch bản phát thải trung bình (B2)
Các mốc thời gian trong thế kỷ 21 Thời kỳ trong năm 2020 2050 2070 2100