M Ở ĐẦU
1. 3.6 Đặc điểm dân sinh kinh tế
3.3. NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN LƯỢNG MƯA HIỆU
Tài liệu sử dụng để tính toán bao gồm các tài liệu: Tài liệu về khí tượng; tài liệu mưa; tài liệu về lịch thời vụ trồng lúa và tài liệu về đất đai trồng lúa.
3.3.1.1. Tài liệu về khí tượng
Tài liệu về khí tượng thủy văn dùng trong tính toán gồm tài liệu đo là trạm Hà Tĩnh đại diện cho vùng khí hậu ít chịu ảnh hưởng gió Lào và trạm Hương Khê đại diện cho vùng khí hậu chịu ảnh hưởng gió Lào. Tài liệu khí tượng, mưa gồm liệt số liệu dài 20 năm từ năm 1990 đến năm 2009. Bao gồm:
- Tài liệu mưa ngày.
- Tài liệu nhiệt độ trung bình tháng lớn nhât, nhiệt độ trung bình tháng nhỏ nhất và nhiệt độ trung bình tháng.
- Tài liệu số giờ nắng trung bình tháng. - Tài liệu độ ẩm không khí trung bình tháng. - Tài liệu tốc độ gió trung bình tháng.
3.3.1.2. Tài liệu về lịch thời vụ và công thức tưới
Lịch thời vụ và công thức tưới được thể hiện ở bảng (3-5) và bảng (3-6). Ở đây hệ số Kc được chọn theo tài liệu của FAO áp dụng cho vùng Châu Á nhiệt đới gió mùa ẩm ướt.
Bảng 3-5: Lịch thời vụ và công thức tưới cho cây lúa vụ Đông xuân TT Thời đoạn sinh trưởng Thời gian Số ngày KC Công thức tưới (mm) Từ ngày Đến ngày Sâu thường xuyên Sâu - lộ liên tiếp 1 Làm đất - Gieo 05/12 14/12 10 1,00 60÷90 0÷90 2 Gieo - Đẻ nhánh 15/12 13/01 30 1,08 60÷90 0÷90 3 Đẻ nhánh - Làm đòng 14/01 12/02 30 1,30 60÷90 0÷90 4 Làm đòng - Trỗ 13/02 24/03 40 1,20 60÷90 0÷90 5 Trỗ - Chín 25/03 23/4 30 0,95 60÷90 0÷90 Tổng 140 60÷90 0÷90
Bảng 3-6: Lịch thời vụ và công thức tưới cho cây lúa vụ Hè thu
TT Thời đoạn sinh trưởng Thời gian Số ngày KC Công thức tưới (mm) Từ ngày Đến ngày Sâu thường xuyên Sâu - lộ liên tiếp 1 Làm đất - Gieo 05/5 14/5 10 1,00 60÷90 0÷90 2 Gieo - Đẻ nhánh 15/5 13/6 30 1,15 60÷90 0÷90 3 Đẻ nhánh - Làm đòng 14/6 13/7 30 1,00 60÷90 0÷90 4 Làm đòng - Trỗ 14/7 22/8 40 1,30 60÷90 0÷90 5 Trỗ - Chín 23/8 16/9 25 1,00 60÷90 0÷90 Tổng 135 60÷90 0÷90
3.3.1.3. Tài liệu về các chỉ tiêu cơ lý đất trồng lúa
Chỉ số ngấm: α = 0,40
Độ rỗng đất: A = 40% (%V) Độ ẩm ban đầu: βR0R = 80% (%A)
Hệ số ngấm bão hòa và hệ số ngấm ổn định (lấy theo tiêu chuẩn ngành 14TCN 61-92):
KRbhR = 10,0 mm/ngày (đất thịt) KRođR = 2,0 mm/ngày (đất thịt) Độ sâu hữu hiệu bộ rễ: H = 200mm
3.3.2. Phương pháp tính toán lượng mưa hiệu quả
Dùng phương pháp tính toán chế độ tưới theo thời đoạn 1 ngày sẽ xác định lượng mưa hiệu quả được chính xác hơn (do gắn với lớp nước mặt ruộng tại thời điểm có mưa). Trong luận văn này tác giả sử dụng chương trình “Tính toán chế độ tưới tiết kiệm nước cho lúa” của tác giả PGS.TS Trần Viết Ổn, Ths. Nguyễn Xuân Đông, KS. Phạm Tất Thắng.
Phần mềm “Tính toán chế độ tưới cho lúa” dùng để tính toán chế độ tưới tiết kiệm cho các vụ mùa. Phần mềm chạy trên môi trường Window, giao diện được thiết kế rất tiện lợi cho người sử dụng. Phần mềm hỗ trợ các chế độ tưới nước theo ngày, mười ngày và tháng, 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 bốc hơi cây trồng không cần nhập vào mà sẽ được chương trình tính toán tự động từ dữ liệu ETo (lượng nước bốc hơi được tính bằng phần mềm Cropwat). Trong quá trình tính toán có thể thay đổi và hiệu chỉnh một số thông số cho phù hợp với điều kiện từng vùng nghiên cứu, việc tính toán nhanh chóng và cho kết quả tin cậy.
Cách tính của phần mềm là theo dõi lớp nước mặt ruộng ở cuối mỗi thời đoạn tính (ngày, mười ngày, 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 (3-4).
WcRiR = WoRi R+ MRiR + PRi R- (KRiR + ERiR) - CRiR (3-4) Trong đó:
WcRiR: Lớp nước mặt ruộng cuối thời đoạn tính (mm) WoRiR: Lớp nước mặt ruộng đầu thời đoạn tính (mm) MRiR: Lượng nước cần tưới (mm)
PRiR: Lượng nước mưa trong thời đoạn tính toán KRiR: Lượng nước ngấm (mm)
CRiR: Lượng nước tháo (mm)
PRhqR: Lượng mưa hiệu quả (mm), PRhqR = PRiR – CRi
ERiR: Lượng nước bốc hơi (mm)
Giá trị ETc được xác định bằng lượng bốc hơi tiềm năng ETo và hệ số cây trồng Kc.
ETc = Kc * ETo (3-5)
Trong đó: Kc là hệ số cây trồng
Hệ số cây trồng phụ thuộc vào giống, loại cây trồng và giai đoạn sinh trưởng, thời gian sinh trưởng, tốc độ sinh trưởng, trạng thái sinh trưởng của cây, điều kiện khí hậu, điều kiện mưa hay tưới nước. Trong luận văn tác giả lấy hệ số cây trồng theo tài liệu của tổ chức FAO áp dụng cho vùng Châu Á nhiệt đới gió mùa ẩm ướt.
ETo: Lượng bốc thoát hơi nước chuẩn (mm/ngày). ETo xác định theo công thức Penman – Monteith:
ETo = C [WRRnR + (1 – W) f(v) (eRaR – aRdR)] (mm/ngày) (3-6) Trong đó:
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. RRnR: Bức xạ thuần tính, tương đương bốc hơi (mm/ngày)
RRnR = RRnsR - RRnLR (3-7) RRnsR: Bức xạ mặt trời được giữ lại sau khi phản xạ đối với mặt ruộng
Theo FAO, trị số α = 0,25 RRsR: Bức xạ mặt trời a s R N n R =(0,25+0,5 ) (3-9)
RRaR: Bức xạ ở lớp biên của khí quyểm, phụ thuộc vào vỹ độ và thời gian trong năm (mm/ngày)
RRnlR: Bức xạ được tỏa ra bởi năng lượng hút ban đầu ) ( * ) ( * ) ( N n f e f t f RnL = d (3-10)
f(t): Hàm hiệu chỉnh về ảnh hưởng của nhiệt độ với bức xạ sóng dài
f(n/N): Hàm hiệu chỉnh về hiệu quả của giơd chiếu sáng của mặt trời thực tế với giừo chiếu sáng mặt trời lớn nhất đối với bức xạ sóng dài, được xác định theo biểu thức: N n N n f( )=0,1+0,9 (3-11) f(v): Hàm quan hệ tốc độ gió f(v) = 0,35(1+0,54uR2R (3-12)
uR2R: 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 2m khi tính toán cần hiệu chỉnh.
(eRaR-eRdR): 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.
eRaR: Áp suất hơi nước bão hòa, có quan hệ với nhiệt độ không khí eRdR: Áp suất hơi nước thực tế, xác định theo công thức:
eRdR = eRaR*HRrR/100 (3-13) Hr: Độ ẩm tương đối trung bình của không khí (%)
Trị số ETo được xác định tự động trên phần mềm CROPWAT 8.0 của tổ chức FAO.
U
Số liệu đầu vào:
Lượng mưa ngày, nhiệt độ không khí lớn nhất và nhiệt độ không khí nhỏ nhất trung bình tháng, tốc độ gió trung bình tháng, số giờ nắng, độ ẩm không khí
bình quân tháng, độ cao trạm đo khí tượng, các thông số cây trồng, thời vụ, thông số về đất đai.
U
Kết quả đầu ra:
Lượng bốc hơi tiềm năng ETo tính theo công thức Penman-Monteith, lượng nước mưa hiệu quả, lượng nước cần tưới thời điểm 1 ngày, cả vụ và lịch cấp nước.
Sơ đồ khối nguyên lý tính toán của phần mềm Tính toán chế độ tưới tiết kiệm nước cho lúa và CROPWAT thể hiện ở hình (3-3).
Hình 3-3: Sơ đồ nguyên lý tính toán Chế độ tưới tiết kiệm nước cho lúa Kết quả tính toán chi tiết lượng mưa hiệu quả cho vụ Đông xuân và vụ Hè thu của vùng nghiên cứu xem phần phụ lục. (Trích vụ Đông xuân 2008-2009 và vụ Hè thu 2009).
Bắt đầu
Nhập tài
liệu mưa NhCROPWAT: nhiập số liệu ở chương trình ệt độ không khí lớn nhất, nhỏ nhất; độ ẩm không khí; tốc độ gió; số giờ nắng; cao độ đặt trạm khí tượng, vị trí địa lý; tên trạm đo
Nhập lịch tưới: Giai đoạn sinh trưởng; hệ số tưới; hệ số cây trồng; lớp nước cao nhất, thấp nhất; hệ số ngấm; tên khu vực tính toán; kết nối file dữ liệu mưa ngày, file dữ liệu mưa 10 ngày, mưa tháng. Tính lượng bốc hơi
tiềm năng ETo
Tính lượng mưa hiệu quả, nhu cầu nước cho các thời đoạn 1 ngày, 10 ngày, tháng theo chế độ tưới cây trồng
3.4. NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG ĐƯỜNG QUAN HỆ GIỮA LƯỢNG MƯA
HIỆU QUẢ VÀ LƯỢNG MƯA THỰC TẾ
Trên cơ sở kết quả tính toán xác định lượng mưa hiệu quả vụ Đông xuân và vụ Hè thu của hai Vùng chịu ảnh hưởng gió Lào và Vùng ít chịu ảnh hưởng gió Lào, các quan hệ giữa lượng mưa thực tế và lượng mưa hiệu quả theo các thời đoạn và độ lớn của lượng mưa thực tế được phân tích.
3.4.1. Mối quan hệ giữa lượng mưa hiệu quả và lượng mưa thực tế theo mưa trận trận
Để phân tích mối quan hệ giữa lượng mưa thực tế và lượng mưa hiệu quả, độ lớn của 1 trận mưa được xem xét. Việc phân nhóm độ lớn của trận mưa căn cứ vào chế độ quản lý nước mặt ruộng.
Các hệ thống tưới trên địa bàn tỉnh Hà Tĩnh nói chung và các hệ thống thủy nông Kẻ Gỗ, hệ thống thủy nông Động tròn nói riêng đều chọn công thức tưới sâu thường xuyên hay tưới sâu lộ liên tiếp.
Tưới sâu thường xuyên là thường xuyên duy trì một lớp nước trên mặt ruộng không vượt quá 1 giá trị aRmaxR = 90mm và lớp nước không thấp hơn một giá trị aRminR = 60mm. Vì vậy, nếu lớp nước trên mặt ruộng thường xuyên được duy trì theo công thức tưới này, lượng mưa hiệu quả sẽ không vượt quá giới hạn của lớp nước mặt ruộng aRmaxR – aRminR = 30mm. Đây là giá trị phân chia ngưỡng độ lớn của một trận mưa thực tế.
Đối với các hệ thống áp dụng công thức tưới sâu lộ liên tiếp, giá trị của lớp nước mặt ruộng sẽ không vượt quá aRmaxR =90mm và không thấp hơn giá trị aRminR = 0mm. Như vậy, giá trị lượng mưa hiệu quả của 1 trận mưa sẽ không vượt quá giá trị aRmaxR – aRminR=90mm. Đây là cơ sở để xác định ngưỡng phân chia lượng mưa thực tế nhằm xác định mối quan hệ giữa lượng mưa thực tế và lượng mưa hiệu quả theo trận mưa.
Kết quả phân tích trên đây cho thấy có thể phân chia độ lớn của lượng mưa thực tế trong việc xây dựng quan hệ giữa mưa thực tế và mưa hiệu quả theo trận mưa như sau:
- Nhóm 1: Nhóm có lượng mưa trận PRttR<=30mm. - Nhóm 2: Nhóm có lượng mưa trận PRttR>30mm - Nhóm 3: Nhóm có lượng mưa trận PRttR<=90mm - Nhóm 4: Nhóm có lượng mưa trận PRttR>90mm
3.4.1.1. Quan hệ giữa lượng mưa trận thực tế PRtt Rvà mưa hiệu quả PRhqR của nhóm 1
Việc xác định lượng mưa hiệu quả cho các khu tưới Vùng chịu ảnh hưởng gió Lào và Vùng ít chịu ảnh hưởng gió Lào của tỉnh Hà Tĩnh được thực hiện theo trình tự đã trình bày trong mục 3.3.
a) Đối với Vùng ít chịu ảnh hưởng gió Lào, quan hệ giữa lượng mưa hiệu quả nhóm 1 nghiên cứu trong 20 năm từ 1990-2009: Đông xuân với 1.179 trận mưa nhỏ hơn 30mm; vụ Hè thu với 771 trận mưa nhỏ hơn 30mm đã được phân tích trong tương quan. Kết quả cho thấy sự tương quan giữa lượng mưa hiệu quả và lượng mưa trận tương đối chặt. Hệ số tương quan của nhóm mưa này đạt trị số RP
2 P = 0,515 vụ Đông xuân và RP 2 P
= 0,624 vụ Hè thu. Chi tiết các chỉ tiêu về tham số thống kê quan hệ giữa mưa thực tế và mưa hiệu quả của nhóm mưa 1 Vùng ít chịu ảnh hưởng gió Lào ở bảng (3-7).
Bảng 3-7: Tham số thống kê quan hệ nhóm mưa 1 Vùng ít chịu ảnh hưởng gió Lào Mùa vụ Phương trình tương quan Số mẫu Hệ số tương quan RP
2
Đông xuân PRhqR = 0.3977PRttR + 1.0531 1.179 0,515 Hè thu PRhqR = 0.4174PRttR + 1.2546 771 0,624
Đường quan hệ tương quan hồi quy giữa lượng mưa hiệu quả và lượng mưa thực tế tương ứng với nhóm mưa 1 của Vùng ít chịu ảnh hưởng gió Lào thể hiện ở hình (3-4) và hình (3-5).
Quan hệ Ptt ~ Phq - Nhóm mưa trận <=30mm - Vụ Đông xuân Công thức tưới sâu thường xuyên (60mm-90mm)
Phq = 0.3977Ptt + 1.0531 R2 = 0.5152 0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 35,0 Mưa thực tế Ptt (mm) M ưa hi ệu quả P hq (m m )
Hình 3-4: Đường quan hệ giữa mưa hiệu quả và mưa trận thực tế tương ứng với nhóm mưa P≤30mm vụ Đông xuân – Vùng ít chịu ảnh hưởng gió Lào.
Quan hệ Ptt ~ Phq - Nhóm mưa trận <=30mm - Vụ Hè thu Công thức tưới sâu thường xuyên (60mm-90mm)
Phq = 0.4174Ptt + 1.2546 R2 = 0.6239 0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 35,0 0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 35,0 Mưa thực tế Ptt (mm) M ưa hi ệu quả P hq (m m )
Hình 3-5: Đường quan hệ giữa mưa trận thực tế và mưa hiệu quả tương ứng với nhóm mưa P ≤ 30mm vụ Hè thu – Vùng ít chịu ảnh hưởng gió Lào.
b) Đối với Vùng chịu ảnh hưởng gió Lào, quan hệ giữa lượng mưa hiệu quả nhóm 1 nghiên cứu trong 20 năm: Đông xuân với 1.410 trận mưa nhỏ hơn 30mm; vụ Hè thu với 1.147 trận mưa nhỏ hơn 30mm, đã được phân tích tương quan. Kết quả cho thấy sự tương quan giữa lượng mưa hiệu quả và lượng mưa trận thực tế tương đối chặt. Hệ số tương quan củu nhóm mưa này đạt trị số: Đông xuân RP
2 P
0,638 và Hè thu RP 2
P
= 0,609. Chi tiết các chỉ tiêu về tham số thống kê quan hệ giữa mưa thực tế và mưa hiệu quả của nhóm 1 - Vùng chịu ảnh hưởng gió Lào ở bảng (3-8).
Bảng 3-8: Tham số thống kê quan hệ nhóm mưa 1 Vùng chịu ảnh hưởng gió Lào Mùa vụ Phương trình tương quan Số mẫu Hệ số tương quan RP 2
Đông xuân PRhqR = 0.4693PRttR + 0.7211 1.410 0,638 Hè thu PRhqR = 0.4403PRttR + 1.3909 1.147 0,609
Đường cong quan hệ tương quan hồi quy giữa lượng mưa hiệu quả và lượng mưa thực tế tương ứng với nhóm mưa 1 của Vùng chịu ảnh hưởng gió Lào ở hình (3-6) và hình (3-7).
Quan hệ Ptt ~ Phq - Nhóm mưa trận <=30mm - Vụ Đông xuân Công thức tưới sâu thường xuyên (60mm-90mm)
Phq = 0.4693Ptt + 0.7211 R2 = 0.6381 0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 35,0 Mưa thực tế Ptt (mm) M ưa hi ệu quả P hq (m m )
Hình 3-6: Đường quan hệ giữa mưa trận thực tế và mưa hiệu quả tương ứng với nhóm mưa P ≤ 30mm vụ Đông xuân – Vùng chịu ảnh hưởng gió Lào.
Quan hệ Ptt ~ Phq - Nhóm mưa trận <=30mm - Vụ Hè thu Công thức tưới sâu thường xuyên (60mm-90mm)
Phq = 0.4403Ptt + 1.3909 R2 = 0.609 0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 35,0 Mưa thực tế Ptt (mm) M ưa hi ệu quả P hq (m m )
Hình 3-7: Đường quan hệ giữa mưa trận thực tế và mưa hiệu quả tương ứng với nhóm mưa P ≤ 30mm vụ Hè thu – Vùng chịu ảnh hưởng gió Lào.