I. TÍNH TỐN CHẾ ĐỘ TƯỚI CHO CÂY TRỒNG
2. Nội dung tính tốn
2.1. Phương pháp chung
Chế độ tưới cho các loại cây trồng phụ thuộc vào nhiều yếu tố phức tạp như: Các yếu tố khí hậu, thổ nhưỡng đất đai, loại cây trồng, thời gian sinh trưởng của cây trồng, quy mô của hệ thống tưới… Các yếu tố này lại luôn luôn thay đổi theo khơng gian và thời gian rất khó ổn định. Do vậy để tính tốn chế độ tưới cho các loại cây trồng ta dựa vào yếu tố chính, những yếu tố có ảnh hưởng lớn đến cây trồng.
Cơ sở khoa học truyền thống và đáng tin cậy để xác định chế độ tưới cho các cây trồng là cân bằng nước ruộng và 3 quan hệ đất - nước – cây trồng – khí hậu.
Nội dung tính tốn chế độ tưới cho các loại cây trồng là nhằm tìm ra chế độ tưới hợp lý cho các loại cây trồng (m~t), đảm bảo cung cấp nước cho cây trồng một cách tốt nhất và tiết kiệm nhất.
Các đại lượng cần phải xác định được trong q trình tính tốn là: - Thời gian tưới mỗi lần t(ngày).
- Mức tưới mỗi lần “m” và mức tưới tổng cộng “M” cho một đơn vị diện tích gieo trồng (m3/ha).
- Số lần tưới “n” trong quá trình sinh trưởng và phát triển của cây trồng (lần). - Hệ số tưới q (l/s/ha).
Phương thức và biện pháp canh tác. Lúa là loại cây trồng chịu ngập, do đó chế độ tưới là chế độ tưới ngập. Đối với vùng quy hoạch trong nghiên cứu này, lúa một năm được trồng 2 vụ là vụ Đông Xuân và vụ Mùa. Vụ Đông Xuân được gieo trồng từ tháng 12 đến tháng 4, thời gian này có lượng mưa ít cịn vụ Mùa được giưo trồng từ tháng 5 đến tháng 9.
2.2. Tính tốn nhu cầu nước
Hiện nay có nhiều phương pháp tính tốn xác định nhu cầu nước của cây trồng. Tổ chức lương thực và nông nghiệp của Liên hợp quốc (FAO) đã đề xướng 4 phương pháp tính tuỳ thuộc vào khí hậu, tình hình tài liệu thực đo để áp dụng cho nhiều vùng khác nhau trên thế giới. Đó là :
- Phương pháp Blaney – criddle : chỉ xét đến một yếu tố khí hậu duy nhất là nhiệt độ.
- Phương pháp bức xạ : xét đến 2 yếu tố khí hậu là nhiệt độ và số giờ nắng.
- Phương pháp Penman : xét đến 4 yếu tố khí hậu chủ yếu là nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ gió và số giờ nắng.
- Phương pháp bốc hơi chậu: nội suy từ đại lượng bốc hơi, đo đạc bằng các loại chậu bốc hơi.
Căn cứ vào tiêu chuẩn TCVN 9168-2012, phương pháp Penman được chọn dùng để tính tốn trong báo cáo này. Việc tính tốn dựa vào chương trình CROPWAT 8.0 của FAO, trong đó cơng thức Penman đã được cải tiến đơi chút để phù hợp với sự khác nhau về điều kiện khí tượng giữa ban ngày và ban đêm, gọi lá công thức Penman – Monteith.
Phương trình cân bằng nước tổng qt có dạng như sau :
IRR = ( ETc + LPrep + Prep) – Peff (mm/ngày). Trong đó :
IRR : Lượng nước cần tưới cho cây trồng trong thời đoạn tính tốn (mm/ngày). ETc : Lượng bốc hơi mặt ruộng trong thời đoạn tính tốn (mm).
Peff : Lượng mưa hiệu quả cây trồng sử dụng được trong thời đoạn tính tốn (mm). Prep: Lượng nước ngấm ổn định trong đất trong thời đoạn tính tốn (mm/ngày). LPrep: Lượng nước làm đất (mm).
a. Xác định lượng bốc hơi mặt ruộng (ETc):
Lượng bốc hơi mặt ruộng được tính theo cơng thức :
ETc = Kc x ETo (mm/ngày). (1)
Trong đó cơng thức (1):
- Kc : Hệ số cây trồng, phụ thuộc vào vùng canh tác, giai đoạn sinh trưởng của cây trồng.
- ETo: Lượng bốc hơi mặt nước tự do tính tốn theo cơng thức của penman – Monteith.
- ETo = C [ W x Rn + (1- W ) x f(u) x (ea – ed ) ] (mm/ngày). (2) Trong công thức (2):
C : Hệ số hiệu chỉnh về sự bù trừ đối với tốc độ gió cũng như sự thay đổi của bức xạ mặt trời .
- W : Hệ số có quan hệ với nhiệt độ và cao độ khu tưới.
- Rn : Lượng bức xạ thực tế được xác định từ số giờ chiếu sáng , nhiệt độ và độ ẩm. - f(u) : Hàm quan hệ với tốc độ gió:
- (ea – ed ) : chênh lệch giữa áp suất hơI bão hồ ở nhiệt độ trung bình của khơng khí và áp suất hơi thực tế đo được .
- Kc : Hệ số cây trồng ,tuỳ thuộc vào loại cây trồng, giai đoạn sinh trưởng và đặc điểm khí hậu của vùng.ở đây, hệ số kc của lúa , mía được chọn theo tài liệu của FAO áp dụng cho vùng Châu á nhiệt đới gió mùa ẩm ướt.
Sử dung phần mềm CROPWAT để tính tốn ETo
b. Tính tốn mưa hiệu quả (Peff) :
Theo (FAO/ AGL W formala) mưa hiệu quả được tính theo cơng thức sau : Peff = 0,6 * Pmưa – 10 khi Pmưatháng <= 70 mm .
Peff = 0,8 * Pmưa - 24 khi Pmưatháng > 70 mm . - Peff : lượng mưa hiệu quả trong thời đoạn tính tốn (mm).
- Pmưa : lượng mưa thực tế trong thời đoạn tinh tốn theo mơ hình MTTK (mm) - C : % Lượng mưa sử dụng được trong thời đoạn tính tốn .
Để có được mưa vụ dùng trong tính tốn này. Ta tính tốn, tổng hợp mưa vụ từ mưa ngày với tần suất thiết kế hiện nay P = 85% .
c. Lượng nước ngấm ổn định (Prep)
Prep = K x t (mm) (3) Trong công thức (4):
- k : hệ số ngấm ổn định của đất (mm/ngày) . - t : thời gian tính tốn (ngày) .
d. Lượng nước làm đất (LPrep) :
Lượng nước làm bão hoà tầng đất canh tác (s) :
S = ( 1 –Sm /100) * d * p/100 (mm). (4) Trong công thức (5) :
d : Độ sâu lớp đất bão hoà nước (mm) .
Sm : Độ sâu có sẵn đầu thời đoạn tính tốn (%) P : Độ rỗng đất (% thể tích đất )
Lượng nước tạo thành và duy trì lớp nước trên mặt ruộng trong thời gian làm đất (LĐ).
LĐ = ( L/T + S + P + E ) – Peff (mm/ngày). (5) Trong công thức (5):
L : Tổng lượng nước cần cung cấp trog thời đoạn làm đất (mm) . T : Thời gian làm đất (ngày) .
P, S : Lượng nước thấm đứng và ngang (mm/ngày) . E : Lượng bốc hơi mặt ruộng (mm/ngày) .
Peff : Lượng mưa hiệu quả (mm) .
Đối với cây trồng cạn phương trình có dạng : IRR = ETc – Peff
Các đại lượng trong phương trình như đã nêu ở trên.
2.2. Xây dựng giản đồ hệ số tưới và tính tốn hệ số tưới
a. Phương pháp xây dựng giản đồ hệ số tưới và tính tốn hệ số tưới
Ngồi việc tính tốn chế độ tưới cho mỗi loại cây trồng, trong khi thiết kế, xây dựng hệ thống thuỷ nông mới hoặc trong công tác quản lý, khai thác một hệ thống thuỷ nơng đã có cần phải xay dựng một chế độ tưới cho cả khu tưới bao gồm : Ngày tưới , thời gian tưới và lưu lượng yêu cầu…
Chế độ tưới đó phải thoả mãn các điều kiện sau :
- Đảm bảo cung cấp đủ và kịp thời nước vào ruộng theo đúng yêu cầu của chế độ tưới cho các loại cây trồng , thoả mãn các yêu cầu dùng nước khác trong khu tưới .
- Phù hợp với điều kiện kinh tế khi thiết kế một hệ thống và tạo điều kiện tốt cho việc quản lý khai thác.
- Phù hợp với kế hoạch sản xuất nông nghiệp và tổ chức lao động trong khu tưới . Để biểu thị chế độ tưới nước của toàn hệ thống ta dùng hai đại lượng là: Hệ số tưới và giản đồ hệ số tưới.
Hệ số tưới
Hệ số tưới là lưu lượng cần cung cấp cho một đơn vị diện tích yêu cầu tưới.Để tính hệ số tưới ta cần tính tốn xác định được lượng nước cần cho từng giai đoạn sinh trưởng, phát triển của các loại cây trồng. Từ đó xác định được hệ số tưới của từng loại cây trồng theo công thức:
q1 = 86mi,4.Ti ( l/s/ha) . Trong đó :
- qi : Hệ số tưới của cây trồng thứ i ( l/s/ha) . - mi : Mức tưới của đợt tưới thứ i ( m3/ha) . - Ti : Thời gian thực hiện mức tưới mi (ngày).
Giản đồ hệ số tưới
Để xác định sự thay đổi chế độ nước của khu tưới phải tổng hợp được hệ số tưới của các lần tưới cho các loại cây trồng theo thời gian. Người ta biểu thị quá trình hệ số tưới băng một đồ thị và đồ thị đó gọi là giản đồ hệ số tưới .
b. Kết quả xây dựng giản đồ hệ số tưới và tính tốn hệ số tưới
Từ kết quả tính tốn hệ số tưới theo thời gian (q ~ t) đã tính tốn bằng phần mềm CROPWAT 8.0, ta đi xây dựng giản đồ hệ số tưới sơ bộ như bảng 4.4 và bảng 4.5 cho hai vụ lúa Đơng xn và Hè Thu.
- Nhìn vào giản đồ hệ số tưới sơ bộ trước khi hiệu chỉnh ta thấy : + Hệ số tưới trong vụ đông xuân :
qmax = 1,3 (l/s/ha) qmin = 0,5 (l/s/ha)
Như vậy hệ số tưới không đồng đều, chênh lệch giữa qmax và qmin khá lớn + Hệ số tưới trong vụ Hè Thu :
qmax = 1.2 (l/s/ha) qmin = 0,5 (l/s/ha)
Như vậy hệ số tưới không đồng đều , chênh lệch giữa qmax và qmin khá lớn
Do giản đồ hệ số tưới chưa hiệu chỉnh nên có nhiều vấn đề chưa hợp lý khi có thời đoạn u cầu tưới q lớn, khi thì yêu cầu tưới quá nhỏ, thời gian yêu cầu tưới khó áp dụng vào quản lý vận hành của hệ thống,dẫn đến khơng đạt hiệu quả cao trong kinh tế.
Do đó cần qua bước hiệu chỉnh giản đồ hệ số tưới cho phù hợp với điều kiện vận hành để đạt hiệu quả cao .
Nguyên tắc điều chỉnh giản đồ hệ số tưới phải tuân theo những yêu cầu sau: - Đảm bao đủ lượng nước yêu cầu tưới .
- Không ảnh hưởng đến sự phát triển bình thường của cây trồng .
- Đảm bảo yêu cầu khai thác và vận hành của cơng trình (theo 14 TCN 61 – 92 của Bộ Thuỷ Lợi ):
- qmin/qmax o,4 .
+ Thay đổi thời gian tưới trong phạm vi cho phép của kỹ thuật nông nghiệp, có thể kéo dài hoặc rút ngắn thời gian tưới .
+ Di chuyển ngày tưới chính của các lần tưới, nên di chuyển ngày tưới về phía trước.
+ Khơng nên thay đổi mức tưới, trường hợp cần thiết thay đổi thì khơng nên quá 5 %
10
Dựa trên nguyên tắc hiệu chỉnh này, hiệu chỉnh giản đồ hệ số tưới sơ bộ để đảm bảo mức độ đồng đều về trị số và thời gian tưới cũng như thời gian tưới giữa hai lần tưới, số lần tưới hợp lý hơn, kết quả bảng tưới như bảng 4.6 và bảng 4.7.
Sau khi tiến hành hiệu chỉnh giản đồ hệ số tưới theo nguyên tắc đã hiệu chỉnh ở trên ta sử dụng kết quả đó để chọn ra hệ số tưới thiết kế qtk . Hệ số tưới thiết kế qtk là chỉ tiêu cơ sở để tính lưu lượng thiết kế Qtk . Vì vậy, nó là một chỉ tiêu khá quan trọng. Hệ số tưới thiết kế qtk ảnh hưởng trực tiếp đến quy mơ kích thước cơng trình nên nó mang một ý nghĩa kinh tế và kỹ thuật rất lớn . Thơng thường qtk phải có trị số lớn nhất hay tương đối lớn nhưng thời gian tưới kéo dài trong giản đồ hệ số tưới đã hiệu chỉnh . có như vậy kênh mương và cơng trình thiết kế với chỉ tiêu này mới có khả năng dẫn với mọi cấp lưu lượng trong giản đồ hệ số tưới và hiệu ích làm việc của kênh mương và cơng trình mới cao.
Bảng 4.3. Chế độ tưới cho lúa Đơng Xuân trước, sau khi hiệu chỉnh
Tháng Đợt
(10 ngày)
Tính tốn Hiệu chỉnh
Lượng nước yêu cầu Lượng nước yêu cầu
mm/10
ngày m3/10 ngày/ha l/s/ha m3/10 ngày/ha l/s/ha
12 1 85,1 851 1,0 851 1,0 12 2 112,6 1126 1,3 1021 1,2 12 3 43,8 438 0,5 543 0,6 1 1 43,8 438 0,5 438 0,5 1 2 42,8 428 0,5 428 0,5 1 3 45,1 451 0,5 451 0,5 2 1 41,7 417 0,5 417 0,5 2 2 43,6 436 0,5 436 0,5 2 3 89,5 895 1,0 895 1,0 3 1 44,7 447 0,5 538,9 0,6 3 2 91,9 919 1,1 827,1 1,0 3 3 89,1 891 1,0 891 1,0
Tháng Đợt (10 ngày)
Tính tốn Hiệu chỉnh
Lượng nước yêu cầu Lượng nước yêu cầu
mm/10
ngày m3/10 ngày/ha l/s/ha m3/10 ngày/ha l/s/ha
4 1 41,7 417 0,5 417 0,5
4 2 44,2 442 0,5 442 0,5
Total 859,6 8.596 8.596
Hệ số tưới sau hiệu chỉnh:
qmax = 1,2 (l/s/ha) qmin = 0,5 (l/s/ha)
Bảng 4.4. Chế độ tưới cho lúa Mùa trước, sau khi hiệu chỉnh
Tháng (10 ngày)Đợt
Tính tốn Hiệu chỉnh
Lượng nước yêu cầu Lượng nước yêu cầu
mm/10
ngày m3/10 ngày/ha l/s/ha m3/10 ngày/ha l/s/ha
5 1 103,3 1033 1,2 930 1,08 5 2 54,7 547 0,6 650 0,75 6 1 52,7 527 0,6 527 0,61 6 2 42,6 426 0,5 426 0,49 7 1 44,8 448 0,5 448 0,52 7 3 42,4 424 0,5 424 0,49 8 1 42,8 428 0,5 601,8 0,70 8 2 86,9 869 1,0 695,2 0,80 Total 470,2 4.702 4.702
Hệ số tưới sau hiệu chỉnh: qmax = 1,08 (l/s/ha) qmin = 0,46 (l/s/ha)
Bảng 4.5. Chế độ tưới cho màu Đơng Xn trước, sau khi hiệu chỉnh
Tháng Đợt
(10 ngày)
Tính tốn Hiệu chỉnh
Lượng nước yêu cầu Lượng nước yêu
cầu
mm/10 ngày m3/10 ngày/ha l/s/ha l/s/ha
12 2 0 0 0,00 12 3 3 30 0,03 0,03 1 1 12.6 126 0,15 0,15 1 2 27.2 272 0,31 0,41 1 3 39.4 394 0,46 0,43 2 1 38 380 0,44 0,42 2 2 40.5 405 0,47 0,42 2 3 31.3 313 0,36 0,41 3 1 38.8 388 0,45 0,40 3 2 14.8 148 0,17 0,17
Tháng (10 ngày)Đợt
Tính tốn Hiệu chỉnh
Lượng nước yêu cầu Lượng nước yêucầu
mm/10 ngày m3/10 ngày/ha l/s/ha l/s/ha
Tổng 245.6 2.456
Hệ số tưới sau hiệu chỉnh: qmax = 0,43 (l/s/ha) qmin = 0,17 (l/s/ha)
Bảng 4.6. Chế độ tưới cho màu Mùa
Tháng Đợt
(10 ngày)
Tính tốn Lượng nước yêu cầu
mm/10 ngày m3/10 ngày/ha l/s/ha
6 1 0,9 9 0,0 6 2 6,4 64 0,1 6 3 4,9 49 0,1 7 1 0,7 7 0,0 7 2 0 0 0,0 7 3 0 0 0,0 8 1 0 0 0,0 8 2 0 0 0,0 8 3 0 0 0,0 Tổng 13 130
Hệ số tưới sau hiệu chỉnh: qmax = 0,2 (l/s/ha) qmin = 0,1 (l/s/ha)
c. Hệ số tưới cho cây cà phê
Cà phê là loại cây trồng lâu năm được trồng trong vùng dự án từ nhiều năm nay, cho năng suất và chất lượng rất tốt. Hệ số tưới cho cà phê được xác định dựa trên lượng nước cần của từng tháng trong năm. Dựa trên các tài liệu đặc điểm khí hậu trong khu vực tính tốn: ( đặc điểm khí hậu, mơ hình mưa thiết kế, ...) và dựa trên đặc tính sinh trưởng phát triển của cây cà phê.
Sử dung phần mềm CROPWAT để tính tốn xác định được ETo (mm/day) từ đó xác định được hệ số tưới như trong bảng sau:
Bảng 4.7. Chế độ tưới cho cây cà phê trong năm
Tháng Lượng nước yêu cầu (m3/tháng/ha) Lượng nước yêu cầu (l/s.ha)
1 700 0,26
2 761 0,31
3 800 0,30
4 457 0,18
Tháng Lượng nước yêu cầu (m3/tháng/ha) Lượng nước yêu cầu (l/s.ha) 5 0 0,00 6 0 0,00 7 0 0,00 8 0 0,00 9 0 0,00 10 0 0,00 11 0 0,00 12 235 0,1 Tổng 2.953
Hệ số tưới của cây cà phê: qmax = 0,31(l/s/ha) qmin = 0,1 (l/s/ha)