CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH NHU CẦU DÙNG NƯỚC CỦA HỆ THỐNG
3.2. TÍNH TOÁN LƯỢNG BỐC HƠI MẶT RUỘNG
Xác định chế độ tưới cho cây trồng theo lý thuyết ta phải giải phương trình cân bằng nước mặt ruộng cho từng loại cây trồng cụ thể. Bốc hơi mặt ruộng là thành phần quan trọng trong phương trình cân bằng nước. Vậy ta phải tính toán lượng bốc hơi mặt ruộng.
3.2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến bốc hơi mặt ruộng
- Yếu tố khí hậu: Nhiệt độ càng cao, năng lượng mặt trời cung cấp nhiều, tốc độ gió càng lớn, độ ẩm tương đối của không khí càng nhỏ, thì lượng bốc hơi mặt ruộng càng lớn và ngược lại.
- Loại cây trồng và giai đoạn sinh trưởng của cây trồng: Với mỗi loại cây trồng trong mỗi thời kỳ sinh trưởng có cơ cấu mặt lá khác nhau, do đó độ che phủ mặt ruộng khác nhau và lượng bốc hơi mặt ruộng sẽ thay đổi theo.
- Các biện pháp kỹ thuật nông nghiệp: như hình thức canh tác, chế độ phân bón, mật độ gieo cấy … đều có ảnh hưởng đền lượng bốc hơi mặt ruộng, vì nó ảnh hưởng đến chế độ nhiệt, không khí và độ che phủ mặt ruộng trồng trọt.
- Phương pháp tưới và kỹ thuật tưới: Phương pháp tưới mặt sẽ yêu cầu nước lớn hơn tưới ngầm, phương pháp tưới ẩm cần ít nước hơn phương pháp tưới khác tưới khác.
Kỹ thuật tưới ẩm lượng bốc hơi và ngấm ít hơn kỷ thuật tưới ngập.
- Thổ nhưỡng và địa chất thuỷ văn: Các yếu tố này có ảnh hưởng tới việc dự trữ nước của đất, điều kiện cung cấp nước cho cây trồng, cơ cấu cây trồng vì thế ảng hưởng tới lượng bốc hơi mặt lá và bốc hơi khoảng trống.
3.2.2. Các phương pháp tính toán lượng bốc hơi mặt ruộng
Lượng bốc hơi mặt ruộng thực tế đối với cây trồng được xác định theo công thức tổng quát:
ETc = Kc. ETo (3.3)
Trong đó:
ETc: Lượng bốc hơi mặt ruộng thực tế theo thời gian tính toán (mm).
ETo: Lượng bốc hơi tham khảo (bốc hơi chuẩn), tính theo các công thức kinh nghiệm, sẽ được giới thiệu sau đây (mm).
Kc: Hệ số cây trồng phụ thuộc vào loại cây trồng và giai đoạn sinh trưởng, được xác định qua thực nghiệm.
3.2.2.1. Phương pháp tính bốc hơi mặt ruộng dựa vào lượng bốc hơi mặt nước tự do (phương pháp hệ số α)
ETc = αEo
hoặc: ETc = aEo + b (3.4)
Trong đó:
Eo: Lượng bốc hơi mặt thoáng trong thời gian tính toán (mm).
α: Hệ số cần nước hoặc là hệ số bốc hơi. α = 1,34 ÷ 1,84.
a,b: Hệ số xác định qua thực nghiệm.
- Ưu điểm: Đơn giản, tài liệu bốc hơi mặt thoáng dễ tìm và tương đối ổn định. Sử dụng chủ yếu với lúa.
- Nhược điểm: Hệ số α ảnh hưởng bởi quy cách chậu đo, phương pháp bố trí, hiện trường quan trắc, điều kiện phi khí hậu. Kết quả không chính xác.
3.2.2.2. Phương pháp lấy năng suất cây trồng làm cơ sở (phương pháp hệ số K) ETc = KY
hoặc : ETc = KYn + C (3.5)
Trong đó:
K: Hệ số cần nước của một đơn vị sản lượng (m3/T).
n, C: Hệ số kinh nghiệm và hằng số.
- Ưu điểm: Đơn giản, phù hợp với cây trồng cạn khi độ ẩm của đất không đủ.
- Nhược điểm: Quan hệ này không chặt chẻ vì, năng suất cây trồng không chỉ phụ thuộc vào lượng nước yêu cầu cần cung cấp.
3.2.2.3. Phương pháp Charov
ET = e tc ∑ (m3/ha) (3.6)
Trong đó:
∑t: Tổng nhiệt độ trung bình ngày theo giai đoạn sinh trưởng của cây trồng (°C).
e: Hệ số cần nước của cây trồng ứng với 1°C tăng lên, được xác định từ tài liệu thí nghiệm ở khu vực (m3/ha/°C)
3.2.2.4. Phương pháp Thornthwaite
a o
ET = 16 10t I
÷
(mm/tháng) (3.7)
Trong đó:
I: Chỉ số nhiệt năm của khu vực, 12
1
I =∑i; với i là chỉ số nhiệt tháng :
1,514
i = t 5
÷
t: Nhiệt độ bình quân tháng (°C).
a: số mũ được xác định 1,6
a = I + 0,5
108 khi I < 80
3 2
a x= −x +2x khi I > 80 với x = (8,8/1000)I
- Ưu điểm: Hệ thức tính toán chỉ phụ thuộc vào một yếu tố là nhiệt độ, yếu tố này dễ dàng tìm thấy ở các trạm khí tượng. Tính toán đơn giản, sử dụng nhiều ở châu Âu.
- Nhược điểm: Công thức chỉ thích hợp cho vùng ẩm vì kết quả tính toán thường nhỏ. Không nhạy vì không xét đến các yếu tố khí tượng khác.
3.2.2.5. Phương pháp Blaney – Criddle
ETo = 0,458pC(t + 17,8) (mm/tháng) (3.8) Trong đó:
p: Tỷ số giữa giờ chiếu sáng của tháng so với tổng số giờ chiếu sáng của năm, tính theo %, nó thay đổi theo vĩ độ và tháng.
C: Hệ số hiệu chỉnh theo vùng, vùng ẩm C = 1,08, vùng khô hạn C = 1,20.
t: nhiệt độ bình quân tháng (°C).
- Ưu điểm: Đã xét đến hai yếu tố khí hậu là nhiệt độ và độ chiếu sáng. Công thức có thể áp dụng cho vùng khô hạn, vùng ẩm, phù hợp với điều kiện Việt Nam.
- Nhược điểm: Phương pháp chưa được phát triển sử dụng.
3.2.2.6. Phương pháp bức xạ
ETo = CWRs (mm/ngày) (3.9)
Trong đó:
W: Hệ số quan hệ giữa cao độ khu tưới và nhiệt độ.
Rs: Bức xạ mặt trời được quy đổi ứng với lượng bốc hơi.
Nhược điểm: Công thức này chưa được sử dụng ở Việt Nam.
3.2.2.7. Phương pháp Penman
ET0 = C[ WRn + (1 – W)f(u)(ea – ed)] (mm/ngày) (3.10)
Ưu điểm: Cơ sở lý luận đáng tin cậy, độ chính xác cao, có thể định lượng bốc hơi tiềm năng từ 1 ngày đến 1 tháng. Nếu có sự hiệu chỉnh có thể tính theo giờ. Đơn giản, dễ sử dụng.
3.2.2.7. Phương pháp Penman sửa đổi.
n 2 a d 0
2
0,75Δ(R - G) +1,84γ 900 U (e - e ) 273 + t
ET = Δ + γ(1+ 0,34U )
(mm/ngày) (3.11)
Cơ sở của phương pháp đáng tin cậy, độ chính xác cao, có thể dự đoán chính xác ET0 trong phạm vi thay đổi nhiều ở các vùng khí hậu khác nhau, các yếu tố trong công thức của phương pháp được tính trực tiếp theo hệ thức thông qua bảng tra, có thể định lượng được lượng bốc hơi tiềm năng từ 1 ngày đến 1 tháng. Nếu có sự hiệu chỉnh có thể tính toán theo giờ. Phương pháp này thường được sử dụng ở Việt Nam và phương pháp này tính toán trên máy tính rất thuận lợi.
3.2.2. Tính toán lượng bốc hơi nước mặt ruộng
Áp dụng công thức (4.11) của phương pháp Penman sửa đổi để tính Trong đó:
t: Nhiệt độ bình quân ngày tính toán (°C),
∆: Độ nghiêng của đường quan hệ nhiệt độ với áp suất hơi bão hòa tại nhiệt độ t (K.Pa.°C-1), được xác định theo hệ thức: a2
4098e (t 273)
∆ = + ea: Áp suất hơi nước bão hoà (K.Pa), a
17, 27t e 0,611exp
t 237
= + ÷
ed: Áp suất hơi nước thực tế ở nhiệt độ trung bình (mbar), d a Hr e = e
100 Hr: Độ ẩm tương đối trung bình của không khí (%),
Rn: Chênh lệch giữa bức xạ tăng và bức xạ giảm của sóng ngắn và sóng dài Rn = Rns - RnL (mm/ngày)
Rns: Bức xạ của mặt trời được giữ lại sau khi đã phản xạ đối với mặt đất trồng
trọt, ns a
R 0,77 0,19 0,38 n R N
= + ÷ (mm/ngày)
Ra: Bức xạ ở lớp biên của lớp khí quyển (mm/ngày) Ra = 37,6dr(ωssinψ.sinδ + cosψ.cosδ.sinωs)
ωs = arccos(-tanψ.tanδ) (rad) ψ: Góc vĩ độ địa lý (rad)
δ: Góc lệch theo ngày (rad), δ = 0,409sin(0,0172J - 1,39)
dr: Khoảng cách tương đối theo ngày, dr = 1 + 0,033cos(0,0172J)
J: Số thứ tự theo ngày tính toán
RnL: Bức xạ toả ra bởi năng lượng hút được ban đầu (mm/ngày)
4 -9
d nL
118(t + 273) 10 (0,34 - 0,044 e 0,1- 0,9 n R = N
59,7 - 0,055t
÷
N: Số giờ nắng cực đại, N = 7,64ωs (h)
n: Số giờ chiếu nắng của mặt trời thực đo trong 1 ngày (h), G: Thông lượng nhiệt của đất (MJ/m2ngày),
Nếu tính theo ngày thì: G = 0,38(ti - ti - 1) ti, ti –1 : Nhiệt độ không khí ngày i và i - 1 (°C)
Nếu tính theo nhiệt độ bình quân của tháng thì : G = 0,14(tm - tm - 1) tm, tm –1: Nhiệt độ bình quân của tháng thứ m và m - 1 (°C)
γ: Hằng số biểu nhiệt độ, P γ = 0,00163
λ với
293 0,0065z 5,26
P 101,3
293
−
= ÷
z: Cao độ so với mực nước biển (m) λ = 2,501 - 2,361.10-3t
U2: Tốc độ gió ở độ cao 2 mét (m/s), 2 h
U 4,87 .U
ln(67,8.h 5,42)
= −
Uh: Tốc độ gió ở độ cao h (m/s) Các yếu tố địa lý của khu vực Phước Lập:
+ Vùng vĩ độ tưới : 11o29’ hay Ψ = 0,200 (rad).
+ Cao độ trung bình của vùng tưới so với mặt nước biển: z = 20,00.
+ Các tài liệu nhiệt độ không khí, độ ẩm không khí, tốc độ gió, số giờ nắng tổng cộng tháng trung bình nhiều năm như ở Phần 1, chương 1.
+ Trạm đo gió có chiều cao cột h = 10 m.
Từ các yếu tố địa lý trên, lập bảng tính toán bốc hơi nước mặt ruộng được thể hiện ở Phụ lục 2, bảng P2-1.
Kết quả tính toán bốc hơi nước mặt ruộng được ghi ở bảng 4- 1.