tHAM KHẢO BAN IN ppt

Tính toán mưa tưới thiết kế nhằm mục đích tìm ra tổng lượng mưa vụ và mô hình phân phối mưa vụ ứng với tần suất thiết kế để phục vụ cho tính toán chế độ tưới của cây trồng.. Chọn trạm tí

4.2 tính toán nhu cầu nước.

4.2.1 TÍNH TOÁN CÁC ĐẶC TRƯNG KHÍ TƯỢNG THUỶ VĂN

4.2.1.1 TÍNH TOÁN MƯA TƯỚI THIẾT KẾ:

1.Mục đích, ý nghĩa và nội dung tính toán:

a.Mục đích:

Thường thì trong thực tế lượng nước mưa phân bố không đồng đều, có vùng mưa nhiều có vùng mưa ít, có thời kỳ mưa nhiều có thời kỳ mưa ít Điều đó gây ra nhiều bất lợi đối với cây trồng trong nông nghiệp Do đó để phục vụ cho sản xuất nông nghiệp chúng ta phải xem xét khả năng cung cấp của nước mưa đối với cây trồng

Tính toán mưa tưới thiết kế nhằm mục đích tìm ra tổng lượng mưa vụ và mô hình phân phối mưa vụ ứng với tần suất thiết kế để phục vụ cho tính toán chế độ tưới của cây trồng

b.Ý nghĩa:

Từ đó xác định được lượng nước thừa, thiếu đối với từng loại cây trồng trong từng thời đoạn khác nhau, đảm bảo cung cấp đủ nước theo yêu cầu của cây trồng,đồng thời tiết kiệm được nước tưới

c.Nội dung tính toán:

+ Chọn trạm tính toán và tần suất thiết kế cho tưới

+ Thời đoạn tính toán và phương pháp tính toán

+ Tính toán mô hình mưa vụ thiết kế

- Mưa thiết kế vụ chiêm

- Mưa thiết kế vụ mùa

- Mưa thiết kế vụ Đông

2 Chọn trạm tính toán và tần suất thiết kế cho tưới

a.Chọn trạm tính toán

*) Trạm khí tượng: Là loại trạm chỉ đo một số yếu tố khí tượng chính: Mưa, gió, bốc hơi, nhiệt độ không khí Các yếu tố khí tượng tại trạm khí tượng thường được quan trắc với thời đoạn quan trắc dài

*)Nguyên tắc chọn trạm:

+) Trạm phải nằm trong hoặc gần khu vực tính toán

+)Tài liệu đo đủ dài tối thiểu là 20 năm và đã được chỉnh biên xử lý và đảm bảo tính chính xác

*)Chọn trạm:

Dựa theo những nguyên tắc trên ta chọn trạm tính toán là trạm Thường Tín

b.Chọn tần suất thiết kế cho tưới:

Tần suất thiết kế mưa xác định theo tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam TCXDVN 285 –

2002 và thông tư của Bộ Nông nghiệp và PTNT, chọn tần suất thiết kế cho tưới là P = 85 %

3 Thời đoạn tính toán và phương pháp tính toán:

a Thời đoạn tính toán :

Căn cứ vào mục đích quy hoạch, loại công trình, nhiệm vụ của công trình và giai đoạn sinh trưởng của cây trồng ta chọn thời đoạn tính toán như sau:

+ Vụ chiêm: Từ 1/1 đến 31/5

+ Vụ mùa: Từ 1/6 đến 30/9

+ Vụ đông xuân: Từ 1/10 đến 31/1

b phương pháp tính toán:

Có 2 phương pháp nghiên cứu và tính toán thuỷ văn:

*)Phương pháp phân tích nguyên nhân hình thành:

Phương pháp được xây dựng dựa vào tính tất định của hiện tượng thuỷ văn

Phương pháp phân tích nguyên nhân hình thành có thể phân loại như sau:

+Phương pháp phân tích căn nguyên

+Phương pháp tổng hợp địa lý

+Phương pháp lưu vực tương tự

*)Phương pháp thống kê xác suất:

Hiện tượng thuỷ văn mang tính ngẫu nhiên, do đó có thể coi các đại lượng thuỷ văn đặc trưng là các đại lượng ngẫu nhiên và có thể áp dụng lý thuyết thống kê xác suất để từ đó xác định các đặc trưng thuỷ văn thiết kế theo một tần suất thiết kế đã được quy định

Trong đồ án này em chọn phương pháp thống kê xác suất để xác định mô hình mưa tưới Tài liệu mưa lấy từ trạm khí tượng Thường Tín từ năm 1980 đến năm 2009 tổng là 30 năm

I Nội dung các bước trong phương pháp thống kê xác suất:

+ Đường tần suất kinh nghiệm: Đường tần suất kinh nghiệm là đường tần suất

được xây dựng từ mẫu tài liệu thực đo Để vẽ được đường tần suất kinhnghiệm thì tài liệu mưa phải liên tục và nhiều hơn 20 năm:

- Thống kê lượng mưa vụ hàng năm

-Sắp xếp số liệu lượng mưa vụ theo thứ tự giảm dần

-Tính lượng mưa vụ bình quân nhiều năm liên tục theo công thức :

vu X

1 1

-Tính tần suất kinh nghiệm: Tính tần suất xuất hiện của những trị số đã sắp xếp này Trong tính toán thuỷ văn thường sử dụng một trong 3 công thức: trung bình, số giữa, kỳ vọng để tính tần suất kinh nghiệm

0.3m

n: Số năm được chọn

m: Số thứ tự của liệt quan trắc Xi đã được sắp xếp từ lớn đến nhỏ.Trong 3 công thức trên thì công thức kỳ vọng thường cho kết quả an toàn hơn, được sử dụng tính cho dòng chảy lũ, mưa lũ Công thức số giữa thường tính cho dòng chảy năm, mưa năm Vì vậy trong đồ án này sử dụng công thức kỳ vọng để tính toán tần xuất kinh nghiệm

Vẽ đường tần suất kinh nghiệm quan hệ Pi(%)~ Xi trên phần mềm vẽ đường tần suất FFC2008

+ Đường tần suất lý luận : Để phân biệt với đường tần suất kinh nghiệm, thực chất

là mô hình phân phối xác suất được sử dụng nhiều trong thuỷ văn, nó có một số đặc điểm phù hợp với tính chất vật lý của hiện tượng thuỷ văn Trong một số trường hợp việc xác định tần suất có thể ngoài phạm vi mẫu tài liệu do đó phải ngoại suy từ đường tần suất kinh nghiệm Chính vì vậy cần phải vẽ đường tần suất lý luận tương đối phù hợp với đường tần suất kinh nghiệm ta có thể sử dụng các phương pháp sau để vẽ:

-Phương pháp mô men: Phương pháp này cho rằng các đặc trưng thống kê X−, Cv,

Cs, tính được từ chuỗi tài liệu thực đo bằng các đặc trưng thống kê tương ứng của tổng thể Sau đó giả thiết một mô hình xác suất thường dùng nào đó Kiểm tra sự phù hợp giữa mô hình xác suất giả thiết với chuỗi số liệu thực đo Phương pháp này cho kết quả tính toán khách quan xong gặp trường hợp có điểm đột xuất không xử lý được và cho kết quả thiên nhỏ và bắt quy luật tự nhiên tuân theo của thống kê xác suất Mặt khác nếu dùng phương pháp này khi tài liệu ngắn sẽ chưa phản ánh được toàn bộ quy luật thuỷ văn nên tất cả những thông số tính toán ra không phản ánh được quy luật đó dẫn đến kết quả kém chính xác, chỉ chính xác khi tài liệu đủ dài ≥ 60 năm

- Phương pháp ba điểm: Phương pháp này lấy sự phù hợp giữa đường tần suất lý

luận với đường tần suất kinh nghiệm làm chuẩn mực, các thông số X, Cv, Cs, được tính theo 3 điểm cho trước là 5%, 50%, 95%

Ưu điểm của phương pháp: nhanh chóng, đơn giản

Nhược điểm:

+ Kết quả phụ thuộc vào chủ quan của người vẽ

+ Những điểm giữa 3 điểm này chưa chắc đã phù hợp

+ Khi có ít tài liệu thì không đủ khống chế các điểm đầu và cuối dẫn đến không chính xác Vì vậy mà phương pháp này cần chuỗi tài liệu tương đối dài

và Cv nhỏ

- Phương pháp thích hợp: Phương pháp này cho rằng có thể thay đổi các thông số

đặc trưng thống kê trong chừng mực nhất định sao cho mô hình xác suất giả thiết (đường tần suất lý luận) thích hợp nhất với chuỗi số liệu thực đo Dùng phương pháp

thống kê tìm ra X− , Cv Tính toán X− , Cv sau đó lấy Cs = m Cv, thay đổi m để đường

tần suất lý luận phù hợp với đường tần suất kinh nghiệm

Qua quá trình phân tích ưu nhược điểm của từng phương pháp, kết hợp với tài liêu mưa ngày có của trạm Thường Tín Trong đồ án này sử dụng phương pháp thích hợp

là thích hợp nhất

+ Xây dựng đường tần suất lý luận theo phương pháp thích hợp như sau:

Vẽ đường tần suất kinh nghiệm từ mẫu thực đo Tính tần suất theo công thức (1-1)

Tính X− , Cv theo công thức sau:

n i

i (1-5)

Trong đó : = −

vu

vui i

X

X

k là hệ số mô đuyn lượng mưa

+ Giữ nguyên X− và Cv, tính hệ số lệch Cs = mCv, thay đổi m cho đến khi đường tần suất lý luận tương đối phù hợp với đường tần suất kinh nghiệm

Các bước này đều được thực hiện trên phần mềm vẽ đường tần suất lý luận

*)Bước 3: Xác định trị số mưa vụ thiết kế:

Từ tần suất lý luận, xác định lượng mưa vụ ứng với tần suất thiết kế P = Ptk = 85%

*)Bước 4: Chọn mô hình mưa vụ điển hình.

- Nguyên tắc chọn:

+ )Mô hình điển hình phải có trong tài liệu thực đo

+ )Mô hình mưa được chọn phải có lượng mưa gần bằng lượng mưa ứng với tần

suất thiết kế P%

- Phương pháp chọn: có 3 phương pháp chọn:

+ )Chọn theo quan điểm phân phối bất lợi

+ )Chọn theo quan điểm thường xuyên xuất hiện

+) Chọn theo phương pháp năm thực tế

•Chọn theo quan điểm năm bất lợi: Năm bất lợi là năm có mô hình mưa bất lợi

tức là trong thời kì cây cần nước nhiều thì mưa lại ít mặt khác lại có lượng mưa phân phối không đều trong toàn thời kỳ đó Theo phương pháp này thì công trình rất an toàn

nhưng do lượng nước yêu cầu lớn nên quy mô xây dựng lớn.Vì vậy hiệu quả công trình làm việc ít.

• Chọn theo quan điểm thường xuyên xuất hiện: Chọn mô hình mà dạng phân

phối của nó xuất hiện nhiều lần nhất.Theo phương pháp này hiệu quả làm việc của công trình lớn, công trình rất kinh tế nhưng trong quá trình làm việc công trình không

có khả năng làm việc trong những trường hợp bất lợi nhất

• Phương pháp năm thực tế: Xem xét xem trong thực tế có năm nào có tần suất

gần bằng tần suất thiết kế làm mô hình điển hình hoặc có thể sử dụng luôn năm đó làm năm thực tế Theo phương pháp này thì tính toán tương đối đơn giản nhưng trong tương lai lại rất ít gặp mô hình phân phối mưa này

Trong đồ án này để thiên về an toàn em chọn phương pháp bất lợi để chọn mô hình mưa vụ điển hình

*) Bước 5: Thu phóng mô hình mưa vụ điển hình để xác định mô hình mưa vụ

Trong đó: Xtki và Xđhi là lượng mưa ngày thứ i của mô hình mưa thiết kế và mô hình mưa điển hình

II Tính toán mô hình mưa vụ thiết kế:

II.1.Tính toán mô hình mưa vụ chiêm.

a.Xây dựng đường tần suất:

Thống kê X vụ chiêmcủa 30 năm, sắp xếp theo thứ tự giảm dần

+ Tính X vuchiêm = 1 301

30∑ X i

Xi -lượng mưa vụ năm thứ i

+ Tính tần suất kinh nghiệm Pi theo công thức (1-1): Pi =

1

m

n+ 100%

+ Tính Cv theo công thức (1-5):

1

)1(1

n i

i , với n = 30

Sử dụng phần mềm vẽ đường tần suất FFC2008 vẽ được đường tần suất lý luận

mưa vụ chiêm ta được kết quả ở phụ lục 3.1 và ở bảng sau

Bảng 3.1.Bảng kết quả tính toán tần suất kinh nghiệm vụ CHIÊM

Thứ tự Thời gian Lượng mưa X mm Tần suất P(%) Thứ hạng

Thứ tự Tần suất P(%) X mm Thời gian lặp lại

b.Xác định lượng mưa vụ thiết kế.

Tra trên đường tần suất lý luận, ứng với tần suất thiết kế P = 85% được lượng mưa vụ thiết kế là: X vụ chiêm= 217,15 mm

c.Tính toán mô hình phân phối thiết kế.

- Chọn mô hình mưa vụ chiêm điển hình:

Theo nguyên tắc chọn mô hình điển hình, chọn năm có lượng mưa vụ chiêm gần bằng Xvụ chiêmtk= 217,15 mm, có thể chọn một trong các năm:

Vậy chọn mô hình mưa vụ chiêm điển hình thuộc 1991, có : Xvụ chiêm đh= 212,4 mm + Tính hệ số thu phóng:

Kvụ chiêm =

đhchiemXvu

chiêmtk

vu X

= 217,15

212, 4 = 1,022 + Tính toán mô hình mưa vụ thiết kế:Xtk i = Kvụ chiêm Xđhi

Xtki và Xđhi là lượng mưa ngày thứ i của mô hình thiết kế và mô hình điển hình

Ta có kết quả tính toán mô hình mưa thiết kế vụ chiêm ở bảng sau:

Bảng 3.3 Bảng xác định mô hình mưa vụ CHIÊM thiết kế (P=85%)

II.2.Tính toán mô hình mưa vụ mùa.

a Xây dựng đường tần suất:

Các bước thực hiện tương tự như đối với vụ chiêm

Sắp xếp lượng mưa vụ theo thứ tự giảm dần và tính được tần suất kinh nghiệm mưa vụ mùa

Sử dụng phần mềm vẽ đường tần suất FFC2008 vẽ được đường tần suất lý luận

mưa vụ mùa ta được kết quả ở phụ lục 3.2 và ở bảng sau

Bảng 3.4.Bảng kết quả tính toán tần suất kinh nghiệm vụ MÙA

Thứ tự Thờigian Lượng mưa X mm Tần suất P(%) Thứ hạng

Bảng 3.5 Bảng kết quả tính toán tần suất lý luận vụ MÙA

Các thông số của đường tần suất lý luận như sau:

X vu mùa= 846,73 mm

Cv = 0,29

Cs = 0,51

b Xác định lượng mưa vụ mùa thiết kế.

Tra trên đường tần suất lý luận, ứng với tần suất thiết kế 85% được

Xvụ muàtk = 595,36 mm

c Tính toán mô hình phân phối thiết kế.

Chọn mô hình mưa vụ mùa điển hình:Mô hình điển hình phải có:

Xvụ mùađh = 539,3 mm

+ Tính hệ số thu phóng:

Kvụ mùa =

mùadhXvu

mùatkXvu

= 595,36539,3 =1,104 + Tính toán mô hình mưa vụ thiết kế:

Xtk i = Kvụ mùa Xđhi

Ta có bảng kết quả tính toán mô hình mưa thiết kế vụ mùa như sau:

Bảng 3.6 Bảng xác định mô hình mưa vụ MÙA thiết kế (P=85%)

Ngày

Mô hình mưa vụ mùa 1990 Mô hình mưa vụ mùa thiết kế (p=85%)

II.3.Tính toán mô hình mưa vụ Đông.

a Xây dựng đường tần suất.

Tương tự như hai vụ trên

Sử dụng phần mềm vẽ đường tần suất FFC2008 vẽ được đường tần suất lý luận

mưa vụ đông ta được kết quả ở phụ lục 3.3 và ở bảng sau

Bảng 3.7 Bảng kết quả tính toán tần suất kinh nghiệm vụ ĐÔNG

Thứ tự Thời gian Lượng mưa X mm Tần suất P(%) Thứ hạng

Bảng 3.8 Bảng kết quả tính toán tần suất lý luận vụ ĐÔNG

(năm)

b Xác định lượng mưa vụ thiết kế:

Tra trên đường tần suất lý luận, ứng với tần suất thiết kế 85% được:

Xvụ đông tk = 78,46 mm

c Tính toán mô hình phân phối thiết kế.

Chọn mô hình mưa vụ đông điển hình:Mô hình điển hình phải có:

Xvụ đông đh≈ Xvụ đông tk = 78,46 mm

Có thể chọn mô hình mưa vụ đông điển hình thuộc các năm sau:

Ta có kết quả tính toán mô hình mưa thiết kế vụ đông như sau:

Bảng 3.9 Bảng xác định mô hình mưa vụ ĐÔNG thiết kế (P=85%)

4.2.2 TÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ TƯỚI CHO CÂY TRỒNG

3.5.2.1 Nội dung tính toán:

1 Thời gian cần tưới (ngày tưới chính)

2 Mức tưới mỗi lần:Mức tưới mỗi lần là lượng nước tưới mỗi lần cho một đơn vị diện tích cây trồng nào đó

Mức tưới thường được biểu thị bằng:

- Lượng nước, ký hiệu m (m3/ha)

- Lớp nước, ký hiệu h (mm)

Giữa mức tưới m (m3/ha) và lớp nước trên mặt ruộng h (mm) có mối liên hệ như sau:

m = 10.h (m3/ha) khi h tính bằng (mm)

3 Số lần tưới trong suốt quá trình sinh trưởng của cây trồng, ký hiệu n (lần)

4 Thời gian tưới mỗi lần :

Thời gian thực hiện tưới hết mức tưới mỗi lần, thường ký hiệu là t ( ngày )

Giả sử ta thực hiện mức tưới m ( m3/ha ) trong t ( ngày ) thì hệ số tưới được tính bằng công thức :

q = m

86, 4.t ( l/s-ha )

3.5.2.2 Nguyên lý tính toán.

Chế độ tưới được xác định dựa vào nguyên lý cân bằng nước mặt ruộng và quan

hệ đất nước, cây trồng, khí hậu Phương trình cân bằng nước mặt ruộng biểu thị tương quan giữa lượng nước đến và lượng nước đi trong những điều kiện không gian và thời gian nhất định của một khu vực nào đó

Phương trình cân bằng nước mặt ruộng tổng quát có dạng:

∆V + ∆W = (P + N + G + A) - (E + S + R) (3.1)

Trong đó:

+)∆V - sự thay đổi lớp nước mặt ruộng trong thời đoạn tính toán ∆T

∆V = V1 - V0

+ V0 - lớp nước mặt ruộng đầu thời đoạn tính toán

+V1 - lớp nước mặt ruộng cuối thời đoạn tính toán

+)∆W - sự thay đổi lượng nước trong tầng đất canh tác trong thời đoạn tính toán ∆T

∆W = W1 - W0 +W0 - lượng nước trong tầng đất canh tác đầu thời đoạn tính toán

+W1 - lượng nước trong tầng đất canh tác cuối thời đoạn tính toán

+)P - lượng nước mưa rơi trên mặt ruộng sử dụng được

+)N - lượng nước mặt ở ngoài chảy tới thửa ruộng

+)G - lượng nước ngầm trong tầng đất canh tác

+)A - lượng hơi nước ngưng tụ ở tầng đất

+)E - lượng bốc hơi mặt ruộng

+)S - lượng nước mặt từ khu vực chuyển đi nơi khác trong thời gian ∆T.+)R - lượng nước ngấm xuống tầng sâu của đất, xuống dòng ngầm thoát đi.Gọi m là mức tưới mỗi lần ta có:

m = (E + V1 + W1 + S + R) - (P + N + G + A + W0 + V0)

Vậy để xác định chế độ tưới cho lúa và cây trồng cạn nguyên lý tính toán cơ bản là chia toàn bộ thời kỳ sinh trưởng của cây trồng thành những thời đoạn nhỏ, xác định các thành phần nước hao và nước có thể lợi dụng được trên khu vực cần tính toán đó

và sử dụng phương trình cân bằng nước để xác định lượng nước cần cung cấp cho mỗi lần tưới

3.2.3 Các tài liệu dùng trong tính toán (tham khảo)

1 Các tài liệu về khí tượng:

- Tài liệu về các yếu tố khí tượng: Bốc hơi, nhiệt độ, độ ẩm, gió … của trạm khí tượng Hà Quảng

Bảng 3.2-1 Các yếu tố khí tượng trạm Thái Bình

Tháng Nhiệt độ

( 0 C)

Độ ẩm (%)

Gió (m/s)

Nắng (h/ngày)

2 Các tài liệu về thời vụ:

- Giai đoạn sinh trưởng của lúa Chiêm Xuân:

Bảng 3.2-2: Các giai đoạn sinh trưởng của lúa Chiêm Xuân

TT Giai đoạn sinh trưởng Số

ngày

Từ ngày - Đến ngày

Lớp nước (mm)

Hệ số cây trồng (Kc)

- Giai đoạn sinh trưởng của lúa Mùa

Bảng 3.2-3: Các giai đoạn sinh trưởng của lúa Mùa

TT Giai đoạn sinh

trưởng ngày Số Từ ngày - Đến ngày Lớp nước (mm) trồng (Kc) Hệ số cây

1 Cấy – Hồi xanh 30 15/06 – 14/07 60 – 90 1,2

3 Đứng cái – Làm đòng 20 24/08 – 12/ 09 60 – 90 1,6

110

- Giai đoạn sinh trưởng của Ngô xuân:

Bảng 3.2-4: Các giai đoạn sinh trưởng củaNgô xuân

TT Giai đoạn sinh trưởng Số

ngày

Từ ngày - Đến ngày

Độ ẩm thích hợp (%V)

Hệ số cây trồng (Kc)

TT Giai đoạn sinh trưởng Số ngày Từ ngày - Đến

Bảng3.2- 6: Chỉ tiêu cơ lý của đất canh tác

TT Các chỉ tiêu cơ lý của đất Ký hiệu Trị số

3.5.2.3 Tính toán lượng bốc hơi mặt ruộng (ETc).

Do lượng bốc hơi mặt ruộng chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố khác nhau nên phương pháp xác định lượng bốc hơi mặt ruộng là phân tích mối quan hệ giữa lượng bốc hơi mặt ruộng với các yếu tố ảnh hưởng chính, quan trọng nào đó rồi thông qua các yếu tố đó để 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:

c 0

c ET K

Trong đó: ETc - lượng bốc hơi mặt ruộng thực tế theo thời gian tính toán (mm)

+ET0 - lượng bốc hơi cây trồng tham khảo, tính theo công thức kinh nghiệm (mm)+Kc - hệ số cây trồng, phụ thuộc vào loại cây trồng và các giai đoạn sinh trưởng của cây trồng, xác định thông qua thực nghiệm

Từ công thức tổng quát trên ta thấy: Để xác định lượng bốc hơi mặt ruộng ETc ta chỉ cần xác định lượng bốc hơi cây trồng tham khảo ET0 Các nhà nghiên cứu đã đưa

ra một số các công thức bán kinh nghiệm để tính toán ET0 như: Công thức Thorthwait, công thức Blenry - Criddle, công thức bức xạ, công thức Penman… Và mỗi công thức đưa ra đều có những ưu, nhược điểm khác nhau và được áp dụng trong những điều kiện thích hợp

Nhưng tính lượng bốc hơi chuẩn theo công thức Penman thì cho kết quả tương đối chính xác vì đã đề cập được hết mức độ ảnh hưởng của các yếu tố khí hậu , thảm phủ, thực vật… Vì vậy cho kết quả tính toán tương đối xác với thực tế Nhưng do đề cập

tới nhiều yếu tố khí hậu nên việc tính toán có khó khăn hơn.Để có kết quả tính toán chính xác trong đồ án này em tính lượng bốc hơi chuẩn ETo theo Penman.

Công thức có dạng: ET0 =C[Rn +(1−W) (u)(ea −ed)] (mm/ngày) (3.3)

Trong đó:

*)W - yếu tố hiệu chỉnh hiệu quả của bức xạ đối với bốc hơi do nhiệt độ và độ cao khu tưới, W = f (nhiệt độ, độ cao khu tưới) Tra bảng 3.4 trang 60 giáo trình quy hoạch và thiết kế hệ thống thủy lợi- Tập 1

*)Rn - chênh lệch giữa bức xạ tăng và bức xạ giảm của sóng ngắn và sóng dài (mm/ngày),Rn =Rns −RnL

+)Rns - bức xạ của mặt trời được giữ lại sau khi đã phản xạ đối với mặt đất trồng trọt (mm/ngày),Rns = (1-α)Rs

α - hệ số phản xạ bề mặt diện tích trồng trọt, theo FAO thì α = 0,25

Rs - bức xạ mặt trời (mm/ngày), s Ra

N

n5,025,0

Ra - bức xạ ở biên của lớp khí quyển (mm/ngày), Ra = f (vĩ độ, tháng) và

Rn tra bảng 3.8 trang 63 giáo trình Quy hoạch và thiết kế hệ thống thủy lợi - Tập 1 với

f(t) - hàm hiệu chỉnh về nhiệt độ: ( )

L

10273t118)t(

t - nhiệt độ bình quân ngày

f(ed) - hàm hiệu chỉnh về áp suất khí quyển:f(ed) = 0,34−0,044 ed

Với:ed - áp suất hơi nước thực tế ở nhiệt độ không khí trung bình (mbar):

100

He

nf

ea - áp suất hơi nước bão hòa, có quan hệ với nhiệt độ không khí, tra theo bảng 3.7 trang 62 giáo trình Quy hoạch và thiết kế hệ thống thủy lợi Tập1.

Hr - độ ẩm tương đối trung bình của không khí (%)

*)C - hệ số hiệu chỉnh về sự bù trừ của tốc độ gió ban ngày và ban đêm cũng như sự biến đổi của bức xạ mặt trời và độ ẩm tương đối lớn nhất của không khí, tra theo bảng 3.6 trang 61 giáo trình Quy hoạch và thiết kế hệ thống thủy lợi Tập1 Do không đủ tài liệu về tốc độ gió ngày đêm nên lấy C = 1

*)f(u) - hàm hiệu chỉnh về tốc độ gió: f(u) = 0,35(1 + 0,54U2)

+)U2 - tốc độ gió ở độ cao 2m, khi độ cao ≠ 2m phải hiệu chỉnh Do đó, khi tính toán sử dụng hệ thức: U2 = KUh

+)Uh - tốc độ gió ở độ cao h mét (m/s)

K - hệ số điều chỉnh < 1 (bảng 3-1 trang 56 giáo trình Quy hoạch và thiết

kế hệ thống thủy lợi Tập1.)

Kết quả tính toán lượng bốc hơi mặt ruộng

Với các tài liệu khí tượng đầu bài đã cho, lập bảng tính ET0 theo công thức Penman

ta được kết quả tính toán cụ thể như trong Bảng sau

Bảng 3.18 Bảng kết quả tính toán lượng bốc hơi mặt ruộng ET 0 (mm/ngày)

Yêu tố

to(oC) 16.9 17.8 20.3 23.9 26.8 28.9 29.1 28.4 27 24.7 21.6 18.4Hr(%) 84.4 86.8 87.6 89.3 86.8 83.1 82.6 86 87.8 84.8 82.5 82.3

U2(m/s) 1.7 1.9 1.9 1.9 1.8 1.6 1.8 1.4 1.4 1.4 1.4 1.6n(h) 2.38 1.61 1.81 2.90 5.25 5.45 5.89 5.55 5.80 4.90 4.52 3.63

W 0.65 0.66 0.68 0.73 0.76 0.77 0.78 0.77 0.76 0.74 0.70 0.661-W 0.35 0.34 0.32 0.27 0.24 0.23 0.22 0.23 0.24 0.26 0.30 0.34f(u) 0.67 0.71 0.71 0.71 0.69 0.65 0.69 0.61 0.61 0.61 0.61 0.65

ea 19.28 20.36 23.85 29.63 35.28 39.87 40.33 38.72 35.7 31.13 25.80 21.16

ed 16.27 17.67 20.89 26.46 30.62 33.13 33.31 33.30 31.34 26.40 21.29 17.41ea-ed 3.01 2.69 2.96 3.17 4.66 6.74 7.02 5.42 4.36 4.73 4.52 3.75N(h) 10.94 11.46 12 12.62 13.14 13.38 13.26 12.84 12.3 11.68 11.14 10.84n/N 0.22 0.14 0.15 0.23 0.40 0.41 0.44 0.43 0.47 0.42 0.41 0.33f(n/N) 0.30 0.23 0.24 0.31 0.46 0.47 0.50 0.49 0.52 0.48 0.46 0.40

Ra 10.96 12.51 14.31 15.55 16.3 16.4 16.35 15.85 14.71 13.16 11.41 10.46

Rs 3.93 4.01 4.66 5.67 7.33 7.44 7.72 7.39 7.15 6.05 5.17 4.36Rns 2.95 3.01 3.49 4.26 5.50 5.58 5.79 5.54 5.36 4.54 3.87 3.27

L 58.77 58.72 58.58 58.39 58.23 58.11 58.10 58.14 58.22 58.34 58.51 58.69f(t) 14.18 14.37 14.91 15.70 16.37 16.87 16.92 16.75 16.42 15.89 15.19 14.50f(ed) 0.16 0.16 0.14 0.11 0.10 0.09 0.09 0.09 0.09 0.11 0.14 0.16

RnL 0.68 0.51 0.49 0.55 0.73 0.68 0.73 0.71 0.81 0.86 0.97 0.91

Rn 2.27 2.50 3.00 3.71 4.77 4.90 5.06 4.84 4.55 3.67 2.91 2.36

ETo 2.18 2.30 2.72 3.31 4.40 4.78 5.01 4.49 4.10 3.47 2.87 2.39

3.5.2.4.1 tính toán chế độ tưới cho lúa chiêm:

Lúa là loại cây trồng chịu ngập, do đó chế độ tưới là chế độ tưới ngập Trong quá trình sinh trưởng của lúa trên mặt ruộng sẽ duy trì một lớp nước thích hợp theo công thức tưới tăng sản Việc tính toán chế độ tưới cho lúa được dựa trên phương trình cân bằng nước mặt ruộng Giải phương trình cân bằng nước mặt ruộng kết hợp với điều kiện ràng buộc ta sẽ xác định được chế độ tưới

Bây giờ quan trọng là lựa chọn chế độ canh tác và hình thức gieo cấy phù hợp

I Chế độ canh tác

Có hai hình thức canh tác phổ biến là làm ải và làm dầm

Làm ải: có nghĩa là sau khi gặt xong thì cày ruộng rồi phơi cho đất thật khô và

thoáng (thời gian này khoảng 1 tháng) Sau đó cho nước vào ruộng bừa, ngâm rồi gieo cấy Làm ải vừa có tác dụng cải tạo đất do có thời gian phơi đất vừa thích hợp với những tháng ít mưa như vụ Chiêm, còn vụ Mùa do đặc điểm nhiều mưa nên khó làm ải

Làm dầm: tức là sau khi gặt xong, người ta giữ trong ruộng một lớp nước nhất

định để cày bừa và gieo cấy,

Trong 2 hình thức này chọn hình thức canh tác làm ải, để có thời gian phơi đất cho khô và thoáng nhằm tăng hiệu quả sử dụng đất

II Hình thức gieo cấy

Có hai hình thức gieo cấy trên các thửa ruộng là hình thức gieo cấy đồng thời và hình thức gieo cấy tuần tự

Hình thức gieo cấy đồng thời: Sau khi đất ở các thửa ruộng đã được phơi ải thì ta

cho nước vào các thửa ruộng đó, bừa rồi ngâm ruộng một thời gian dài cho đến ngày cuối cùng của thời gian làm ải Việc cung cấp nước cho các thửa ruộng cùng một thời điểm là rất căng thẳng, lượng nước cần cung cấp là rất lớn Mặt khác các thửa ruộng lại đồng loạt bước vào thời kỳ sinh trưởng nên đòi hỏi nhiều nhân lực để gieo cấy và đưa nước vào ruộng Hình thức gieo cấy đồng thời chỉ thích hợp với diện tích gieo trồng nhỏ và vào mùa có lượng mưa lớn

Hình thức gieo cấy tuần tự: Là hình thức gieo cấy xong thửa ruộng thứ nhất rồi

mới chuyển sang thửa ruộng thứ hai, chuẩn bị gieo cấy đến đâu thì cho nước vào đến

đó Chính vì vậy việc cung cấp nước cho các thửa ruộng không quá căng thẳng như gieo cấy đồng thời, vừa đòi hỏi ít nhân lực vừa tránh được tổn thất nước do ngấm, bốc hơi một cách vô ích ở các thửa ruộng chưa cấy

Vụ chiêm được gieo cấy từ tháng I đến tháng V là thời kỳ ít mưa Do đó trong đồ

án này em chọn quan điểm gieo cấy tuần tự để tính toán chế độ tưới cho lúa vụ Chiêm Với quan điểm gieo cấy tuần tự thì giai đoạn làm đất và giai đoạn tưới dưỡng là xen

kẽ nhau Vì vậy trên mỗi thửa ruộng sẽ có một chế độ tưới khác nhau Chế độ tưới thiết kế phải là chế độ tưới tổng hợp từ các chế độ tưới nhỏ trên mỗi thửa ruộng đó

III Các tài liệu cần thiết cho tính toán

Tài liệu về thời vụ và giai đoạn sinh trưởng của lúa chiêm

Bảng 3.19 Thời vụ và giai đoạn sinh trưởng của lúa vụ Chiêm

TT Giai đoạn sinh trưởng Thời gian sinh trưởng

Công thức tưới: hmin ÷ hmax = 30 ÷ 70 mm

Thời gian gieo cấy: tg = 15ngày

Các chỉ tiêu cơ lý của đất:

Tài liệu về khí tượng: mô hình mưa thiết kế vụ Chiêm (Bảng 3.3)

IV Tính toán chế độ tưới cho lúa vụ Chiêm theo quan điểm gieo cấy tuần tự bằng phương pháp giải tích.

1.Tính lượng nước hao trong gieo cấy tuần tự

Lượng nước hao trên ruộng lúa gồm hai thành phần chính là lượng nước hao do ngấm (bao gồm ngấm bão hòa trong thời gian đầu đưa nước vào ruộng và ngấm ổn định trong suốt quá trình sinh trưởng của lúa) và lượng nước hao do bốc hơi mặt ruộng

Với đặc điểm của phương pháp gieo cấy tuần tự thì các thành phần trong lượng nước hao sẽ thay đổi theo một quá trình nào đó Các dạng đường quá trình này thay đổi tùy 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 Ω0 Có các dạng đường nước hao sau:

• Khi tg > th ta có dạng đường quá trình nước hao loại I:

g

h h

max

t

te

a.Tính toán lượng nước hao do ngấm bão hòa

Thời gian ngấm bão hòa được xác định theo công thức sau:

K

1AHt

K1 - cường độ ngấm hút ở cuối đơn vị thời gian thứ nhất (mm/ngày)

Vậy ta có:

1

1 0,5 b

0.4* 400*(1 0.3)t

t

te10

b.Tính toán lượng nước hao do ngấm ổn định

Thời gian ngấm ổn định được xác định theo công thức:tnôđ = tn + ∑tst - tb

Trong đó:+ tn - thời gian ngâm ruộng

+∑tst- tổng thời gian sinh trưởng

+ tb - thời gian bão hòa tầng đất mặt ruộng

tnôđ = 3 + 125 - 5 = 123 ngày

Do tnôđ = 123 ngày > tg = 15 ngày nên đường quá trình nước hao của giai đoạn ngấm

ổn định là đường loại II

Vậy ta có: Wmax = eh = 10.Ke

H

a

H+

+Ke - Hệ số ngấm ổn định của đất trồng lúa (mm/ngày), Ke = 2,5(mm/ngày)

+a - lớp nước mặt ruộng bình quân trong thời đoạn tính toán

2

70302

max min + = +

c.Tính lượng nước hao bốc hơi mặt ruộng ứng với các thời đoạn sinh trưởng của lúa

Do thời kỳ sinh trưởng của lúa được chia thành nhiều thời đoạn và mỗi thời đoạn

có cường độ bốc hơi mặt ruộng là khác nhau Vì vậy ta phải tính toán chế độ tưới cho từng thời đoạn sinh trưởng của lúa, và với mỗi thời đoạn hao nước thì ta có các dạng đường quá trình nước hao tương ứng

Bốc hơi mặt ruộng được đặc trưng bởi các đại lượng sau:

• Thời gian xảy ra các loại nước hao nào đó trên diện tích gieo cấy trong một ngày: th

• Thời gian hao nước trên toàn bộ khu tưới: Th = th + tg

Cường độ bốc hơi mặt nước trung bình được xác định theo công thức:

h

T 0 1

t

te10

W = (m3/ha-ngày)

• Khi tg < th thì Wmax =10eh (m3/ha-ngày)

• Khi tg = th thì Wmax =10eh (m3/ha-ngày)

Tính toán cụ thể như sau:

*)thời kỳ ngâm ruộng:

Lượng bốc hơi mặt nước tự do xảy ra trong quá trình ngâm ruộng , với thời gian th= t

n=3 ( ngày) < tg = 15(ngày) nên đường hao nước loại I

- Xác định lượng bốc hơi mặt nước tự do:

+ Wbhmax : Lượng bốc hơi mặt nược tự do lớn nhất

+ th : Thời gian bốc hơi mặt nước tự do của 1 ô ruộng

+ tg : Thời gian gieo cấy

+ eh : Cường độ bốc hơi bình quân do bốc hơi mặt nước tự do Xác định theo công thức :

ETo : lượng bốc hơi chuẩn

Bảng 3.20 bốc hơi bình quân ngày trong tháng

Th= 18(ngày) Cho thấy quá trình bốc hơi trong thời gian ngâm ruộng bắt đầu

từ ngày cho nước vào ruộng 13/1 và kết thúc thời gian ngâm ruộng sau 18 ngày, tức là ngày 30/1

*)Thời kỳ Bén rễ - Đẻ nhánh:

- Giai đoạn sinh trưởng từ ngày 23/1 đến ngày 6/2 gồm 15 ngày

- th = 15 (ngày ) = tg, nên đường nước hao loại III

- Th = th + tg = 15+15 = 30 (ngày)

h

T 0 1

- Giai đoạn sinh trưởng từ ngày 7/2-19/4 gồm 41 ngày

- th = 41(ngày) > tg, nên đường nước hao loại II

- Th = 41+15=56(ngày)

h

T 0 1

Wbhmax=10.2,949=29,49(m3/ha-ngày)

*)Thời kỳ đứng cái- làm đòng:

- Giai đoạn sinh trưởng từ ngày 20/3-18/4 bao gồm 30 ngày

- th = 30 (ngày)> tg, nên đường nước hao loại II

- Th =30+15 = 45(ngày)

h

T 0 1

Wbhmax = 10.3,838=38,38(m3/ha-ngày)

*)Thời kỳ làm đòng- ngậm sữa:

- Giai đoạn sinh trưởng từ ngày 19/4-8/5 bao gồm 20 ngày

- th = 20 (ngày)> tg, nên đường nước hao loại II

- Th =20+15 = 35(ngày)

h

T 0 1

Wbhmax = 10.3,422=34,22(m3/ha-ngày)

*)Thời kỳ ngậm sữa- thu hoạch:

- Giai đoạn sinh trưởng từ ngày 9/5-20/5 bao gồm 12 ngày

- th = 12 (ngày)< tg, nên đường nước hao loại I

- Th =12+15 = 27(ngày)

h

T 0 1

Bảng 3.21 Kết quả tính bốc hơi mặt ruộng bình quân trong

các giai đoạn vụ chiêmGiai đoạn sinh

ổn định (mm)

Lượng nước hao do bốc hơi mặt ruộng

2 Xác định lượng mưa sử dụng trong tính toán chế độ tưới.

Lượng mưa thiết kế sử dụng được là lượng mưa rơi xuống trên các diện tích xảy

ra quá trình hao nước Diện tích hao nước thì thay đổi trong thời kỳ gieo cấy Do đặc điểm của phương pháp gieo cấy tuần tự là trong thời kỳ gieo cấy không phải toàn bộ cánh đồng đều bước vào thời kỳ hao nước mà diện tích hao nước tăng dần từ ngày bắt đầu cấy đến ngày thứ tg khi mà tất cả các thửa ruộng đều bước vào thời kỳ hao nước Sau đó ổn định đến ngày th rồi tiếp tục giảm xuống bằng 0 ở ngày thứ tg + th vì các thửa ruộng lần lượt kết thúc thời kỳ hao nước

Lượng mưa rơi trên các diện tích xảy ra quá trình hao nước đước xác định theo công thức: P = αiPi (mm)

- Pi - lượng mưa thiết kế với tần suất P =85% ở ngày thứ i rơi trên diện tích xảy ra quá trình hao nước (đã tính ở phần trước-bảng 3.3)

-αi - hệ số phụ thuộc vào diện tích hao nước, được xác định theo 3 giai đoạn:

• Giai đoạn đầu vụ: Từ ngày đưa nước vào ruộng đến ngày tg, thời kỳ này diện tích

hao nước tăng lên nên ta có:

g

1 i

t

t

=α

- t1 - thời gian tính từ lúc bắt đầu cho nước vào ruộng đến ngày có mưa

-tg - thời gian gieo cấy

• Giai đoạn giữa vụ: Tính từ ngày tg + 1 đến ngày tn + ∑tst, thời kỳ này diện tích hao nước ổn định nên: αi = 1

• Giai đoạn cuối vụ: Tính từ ngày tn + ∑tst + 1 đến ngày kết thúc toàn bộ quá trình

sinh trưởng của lúa tn + ∑tst + tg vậy ta có:

g

3 i

t

t

1−

=α

t3 - thời gian từ ngày tn + ∑tst đến ngày có mưa

Vậy với tg = 15 ngày và lượng mưa thiết kế vụ Chiêm như Bảng 3.3 ta có kết quả tính toán lượng mưa sử dụng được của vụ Chiêm như trong Bảng sau đây:

Bảng3.23 Lượng mưa sử dụng được của vụ chiêm

Độ sâu lớp nước ban đầu được xác định theo hệ thức: '

t

' t 0 t 0 i

+a0t - lớp nước mặt ruộng đã có đầu thời đoạn tính toán trên các diện tích đã gieo cấy, tính bình quân cho một ha đại diện (mm)

+a'0 t - lớp nước sẵn có trên diện tích sẽ gieo cấy trong thời đoạn ∆t (mm)+α'

t - tỷ lệ diện tích gieo cấy trong thời đoạn ∆t so với tổng diện tích

α' t g

4.Công thức tưới tăng sản

Công thức tưới tăng sản trong chế độ tưới lúa làm ải đươc xác định theo công thức:(hmin ÷ hmax) = αi ([hmin]÷[hmax])

Với: + [hmin]÷[hmax] = 30 ÷ 70 mm

+α được xác định theo 3 giai đoạn của vụ như đối với xác định lượng mưa

Kết quả tính toán được đưa luôn vào bảng tính chế độ tưới cho lúa vụ Chiêm

5.Xác định chế độ tưới

Cơ sở của việc xác định mức tưới trong các thời kỳ sinh trưởng, phát triển của lúa là dựa vào phương trình cân bằng nước mặt ruộng:

hci = hoi +∑mi + ∑P0i -∑Ki - ∑ETci - ∑Ci(3.4)

Trong đó: hci - lớp nước mặt ruộng cuối thời đoạn tính toán (mm)

+ h0i - lớp nước mặt ruộng cuối thời đoạn tính toán (mm)

+ ∑mi - lượng nước tưới trong thời đoạn tính toán (mm)

+ ∑P0i - 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)

+∑Ci - lượng nước tháo đi trong thời đoạn tính toán Khi lớp nước mặt ruộng lớn hơn độ sâu lớp nước cho phép thì phải tháo đi một lượng Ci = hci - hmaxi

Điều kiện ràng buộc phương trình cân bằng nước mặt ruộng trên là:

[hmin]i ≤ hci ≤[hmax]i (3.5)

Để giải đúng dần phương trình (3.4) ta chia thời kỳ sinh trưởng của lúa thành nhiều thời đoạn nhỏ Trong mỗi thời đoạn đó với lớp nước mặt ruộng đầu thời đoạn và lượng mưa đã biết, các lượng nước hao đã xác định được, ta giả thiết một giá trị mức tưới m, sau đó sử dụng phương trình cân bằng nước tính được lớp nước mặt ruộng cuối thời đoạn tính toán đó So sánh lớp nước này với công thức tưới tăng sản như biểu thức

(3.5), nếu thấy phù hợp thì giả thiết m là phù hợp, nếu chưa phù hợp thì phải giả thiết lại m đến khi phù hợp thì thôi.

Cứ làm như vậy cho đến hết thời gian sinh trưởng của lúa ta sẽ xác định được số lần tưới cho lúa, mức tưới mỗi lần và tổng mức tưới của toàn vụ

Kết quả tính toán được thể hiện ở Bảng sau:

Bảng 3.24 chế độ tưới cho lúa chiêm

sinh trưởng

nước hao (mm)

Lượng mưa (mm)

Mức tưới (mm)

Sự thay đổi lớp nước mặt ruộng (mm)

Lớp nước tháo đi (mm)

hmin (mm)

hmax (mm)

2 13/1