ứng dựng IDPro 3.0 trong tính tưới khu vực tà pao – bình thuận

Hiện nay, ở nước ta việc phổ cập Tin học ngày càng phát triển ở mức độ khá cao. Khó có thể tìm thấy một Công ty KTCTTL, một Xí nghiệp QLTN hoặc một Xí nghiệp KSTK và XD Thủy lợi địa phương nào m

ỨNG DỰNG IDPro 3.0 TRONG TÍNH TƯỚI KHU VỰC

TÀ PAO – BÌNH THUẬN

SV: Nguyễn Đức Việt

Cơ sở 2 – Đại học Thủy Lợi

Chương trình : IDPro 3.0 for VWRAP

Ứng dụng : Tính tưới khu vực Tà Pao – Bình Thuận

GVHD : Ks Triệu Ánh Ngọc

SVTH : Nguyễn Đức Việt

Lớp : S6 - 45N

Phần I: GIỚI THIỆU PHẦN MỀM IDPro 3.0

Chương 1: LỜI MỞ ĐẦU Hiện nay, ở nước ta việc phổ cập Tin học ngày càng phát triển ở mức độ khá

cao Khó có thể tìm thấy một Công ty KTCTTL, một Xí nghiệp QLTN hoặc một Xí nghiệp KSTK và XD Thủy lợi địa phương nào mà không sử dụng máy tính Máy tính

đã ngày càng đáp ứng các nhu cầu tính toán thiết kế, quản lý và lưu trữ dữ liệu của thực tiễn sản xuất Vì vậy, việc đòi hỏi và áp dụng các phần mềm trong công tác KSTK, tính toán, xây dựng các bản vẽ trong thiết kế, thi công và quản lý hệ thống là hết sức cấp thiết

Việc xây dựng các phần mềm thuộc lĩnh vực Thuỷ lợi trong vài năm trở lại đây

đã bước đầu đáp ứng kịp thời chủ trương của Bộ và nhà nước Một số phần mềm thuộc lĩnh vực thủy lợi như tính toán kết cấu, tính toán thủy lực, tính toán ổn định và tính dự toán công trình, đã được thử nghiệm áp dụng trong phạm vi trong nước và dần dần đội ngũ lập trình thuộc các cơ quan trong Bộ sẽ từng bước trưởng thành để bắt kịp những tiến bộ khoa học của thế giới, hội nhập chung với các nước trong khu vực và trên thế giới trong tương lai không xa Tuy nhiên, các phần mềm trong nước viết về tính toán thủy nông công trình (như tính toán hệ số tưới, hệ số tiêu cho các loại cây trồng, xác định lưu lượng và cao trình khống chế tưới tự chảy cho hệ thống kênh, ) hậu như chưa có

Giao diện Chương trình IDPro 3.0 for VWRAP

Xuất phát từ các vấn đề nêu trên, phần mềm tính toán hệ thống thủy nông IDPro 3.0 là Đề tài NCKH cấp Bộ, đã được các chuyên gia hàng đầu thuộc Bộ NN&PTNT xem xét, thử nghiệm và đánh giá một cách nghiêm túc, khách quan và đã được các thành viên trong Hội đồng KH của Bộ đều đánh giá là xuất sắc

Phần mềm IDPro 3.0 đã bám sát các quy trình, quy phạm của Việt Nam, đồng thời tham khảo nhiều phần mềm có liên quan trong lĩnh vực thủy nông của nước ngoài

để xây dựng chương trình tính toán thủy nông một cách hệ thống hơn Chương trình được viết bằng ngôn ngữ VB trên nền Windows 98, Windows 2000 và Win XP

Hệ thống khu tưới tưới Tà Pao thuộc tả ngạn sông La Ngà, gồm các huyện

Tánh Linh, Đức Linh tỉnh Bình Thuận Vùng dự án thuộc các xã: Đồng Kho, Huy Khiêm, Bắc Ruộng, Măng Tố, Đức Tân và Nghị Đức thuộc huyện Tánh Linh Dân cư chủ yếu là dân đi vùng kinh tế mới, dân di cư tự do và vùng đồng bào dân tộc ít người sống xen ghép trong các xã, sự phân bố dân cư ít tập trung Để phục vụ mục đích cho công việc nghiên cứu khoa học do cơ sở 2 - Đại học Thủy Lợi phát động trong sinh viên tôi chọn các thông số của khu tưới Tà Pao sử dụng cho phần mềm IDPro 3.0 để đưa ra các kết quả sơ bộ trong tính tưới

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

I- PHƯƠNG PHÁP TÍNH LƯỢNG NƯỚC THẤM CHO VÙNG ĐẤT TƯỚI

Để tính toán thấm trong giai đoạn thấm hút, chúng ta nhập các thống số ban đầu vào bảng phía trái của form Khi gặp các khó khăn trong việc nhập thông số ban đầu, bạn có thể nhấn vào các nút Help để tìm các trợ giúp cần thiết

Sự thấm của nước mưa hoặc nước tưới vào trong đất là nguồn cung cấp chủ yếu của nước ở ruộng lúa và ruộng màu Sau khi nước ngấm vào trong đất, độ ẩm của phẫu diện lớp đất tưới thay đổi và phân bố lài theo một qui luật nhất định Vấn đề này

có ý nghĩa quan trọng đối với việc lựa chọn biện pháp điều tiết nước ruộng, lãm cho phù hợp với yêu cầu nước của cây trồng và đạt được nàng suất thu hoạch cao

Chúng ta nghiên cứu trường hợp tổng quát: khi mực nước ngầm nằm sâu, trên mặt ruộng có nước với độ sâu bé, quá trình ngấm được nghiên cứu như sau:

a

Hình l.1 Phẫu diện đất tưới

Trong trường hợp thấm thẳng đứng, phương trình cơ bản biểu thị sự vận động của nước trong đất sẽ là:

) 1 1 (

* ) ( ] ) ( [

z D t

θθθ

θθθ

Trong đó:

θ - hàm lượng nước trong đất hoặc độ ẩm của đất trong quá trình nghiên cứu;

D(θ) - hệ số khuếch tán ẩm, biểu thị lưu lượng nước khuếch tán trong đất qua một đơn vị diện tích, nó có quan hệ với độ ấm:

θθθ

∂

∂

D( ) ( )

K (θ) - hệ số thấm có quan hệ với độ ẩm, H là áp lực nước trong đất;

z : biểu thị độ sâu lớp đất nghiên cứu

Phương trình (1-1) nói rõ sự thay đổi theo chiều sâu và thời gian của độ ẩm trong đất trong quá trình ngấm của nước tưới từ trên mãt đất

Để giải phương trình (1-1) ta cần xác định điều kiện ban dầu và điều kiện biên

- Điều kiên ban đầu : trước khi mưa hoặc tưới, độ ẩm ban đầu của lớp đất tưới là θ, do đó ta có :

θs : độ ẩm bão hòa của nước trong đất

Phương trình (1- 1) là phương trình đạo hàm riêng phi tuyến, chỉ có thể giải bằng phương pháp gần đúng (phương pháp số)

Ngoài ra dể đơn giản tính toán, ta sẽ biến đổi đưa phương trình (1-1) về phương trình tuyến tính để giải bằng giải tích :

s

o K s K

=

−

) (

và D(θ) bằng giá trị trung bình (Dtb) thì phương trình (l-l) sẽ trở thành:

) 2 1 (

Dtb t

θ θ

θDùng phương pháp biến đổi Laplace, nghiệm của phương trình (1-2) sẽ là :

)31()

.2

(

2

(2

Nt z erfe e

t Dtb

Nt z erfe o s o

t

Nz

θ θ θ

s z

s Dtb du

e

θ θ

3 / 2 3

/

) (

3 / 5 ,

2

Với hệ thức (1-3) ta sẽ tìm được sự phân bố của độ ẩm sẵn có trong đất sau khi tưới

Ngoài việc nghiên cứu vấn đề truyền ẩm và sự phân bố ẩm trong lớp đất tưới, việc tính toán lượng nước thấm trong giai đoạn này là vô cùng quan trọng ,

Tính toán thấm trong giai đoạn thấm hút ta thường sử dụng công thức sau :

Công thức Koctiakov:

) 4 1 ( )

/ (

K1: Tốc độ ngấm ở cuối đơn vị thời gian thứ nhất, (cm/h)

α : Chỉ số kinh nghiệm, có quan hệ với loại đất và độ ẩm ban đầu, thường chọn

α = 0,3 ÷ 0,8

t : Thời gian ngấm, thường tính bằng giờ

Từ công thức (1- 4) ta sẽ tính được lượng nước ngấm trong thời gian t theo hệ thức :

) 5 1 ( )

( 1

( 1

II- PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH LƯỢNG NƯỚC HAO MẶT RUỘNG :

Ở nước ta trước đây thường sử dụng ba công thức :

i : chỉ số nhiệt tháng:

514 , 1

) 5

,0108

6,

a

I x

I khi

x x x a

1000

8,8,

805

,02

2

=

Kết quả tính theo công thức này có xu hướng thiên bé vì chỉ phù hợp đối với vùng ẩm

2 Công thức của Blaney-Criddle

Công thức này quan hệ với hai yếu tố: nhiệt độ và độ chiếu sáng Công thức này

do hai tác giả người Mỹ nghiên cứu từ năm 1931 đến năm 1945 và công bố năm 1945, Công thức được sử dụng cho vùng hạn và bán khô hạn

Công thức có dạng:

ET = 0,458p.C(t + 17,8) (mm/tháng) (II-6) Trong đó :

p : tỷ số giờ chiếu sánh bình quân ngày của các tháng so với tổng số giờ chiếu sáng của cả năm, tính theo %, nó thay đổi theo vĩ độ bắc và tháng, có thể tra theo Bảng (II-8)

Việc tính toán theo phương pháp này có khó khăn hơn so với các phương pháp

kể trên nhưng độ nhạy của nó tương đối cao, do vậy công thức được sử dụng nhiều trên thế giới và ở Việt nam bắt đầu được sử dụng ngày càng nhiều

Công thức có dạng:

ET = C[WRn + (1 - W)f(ϕ)(ea – ed) ] (mm/ngày) (II-8)

Trong đó :

W : có ý nghĩa như trong công thức (II-7)

Rn : chênh lệch giữa bức xạ tăng và giảm,

Rn = Rns - Rnl , với Rns = (l - α)Rs (Theo FAO α = 0,25)

Rn : bức xạ mặt trời được giữ lại sau khi phản xạ đối với mặt ruộng;

Rs : bức xạ mặt trời;

Rs = (0,25 + 0,5.n/N)Ra

Ra : đã được giải thích ở công thức (II-7),

Rnl : bức xạ được tỏa ra bởi năng.lượng hút được ban đầu

Rnl = f(t).f(ed).f(n/N);

f(t) : hàm hiệu chỉnh về hiệu quả của nhiệt độ đối với bức xạ sóng dài

f(t) = τ.Tk4/L = 118(273 + t)4.l09/L Với L = 59,7 - 0,055t

τ : là hằng số Stéfan, τ = l,19.l0-7 cal/cm2/ngày

Tk : nhiệt độ Kelvin , oK = oC + 273,l

Giá trị của f(t) có thể tra theo bảng tính sẵn;

f(n/N) : hàm hiệu chỉnh về hiệu quả của giờ chiếu sánh của mặt trời thực tế với giờ chiếu sáng mặt trời max đối với bức xạ sóng dài, N tra theo bảng (II-6)

f(n/N) = 0,l + 0,9.n/N , hoặc tra theo bảng tính sẵn f(ed) : hàm hiệu chỉnh về hiệu quả của áp suất hơi thực tế đối với bức xạ sóng dài,

f ( ed) = 0 , 34 − 0 , 044 ed , hoặc tra theo bảng tính sẵn

f(v) : hàm quan hệ với tốc độ gió:

f(v) = 0,35(l + 0,54v)

v : tốc độ gió trung bình ở độ cao 2m (m/s);

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, tra theo bảng (II-7) Hệ số C nếu không có tài liệu chính xác có thể chọn bằng 1

(ea - ed) : chênh lệch giữa áp suất hơi bão hòa ở nhiệt độ trung bình của không khí và áp suất hơi thực tế đo được

ea : hàm số quan hệ với nhiệt độ, tra bảng (II-l0);

ed : được xác định theo hệ thức:

100

r a

d

H e

e =

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

Thường tốc độ lấy ở các trạm khí tượng thường đo ở cao độ >2m, khi tính toán cần phải hiệu chỉnh khi đưa về 2m

V2 = KVh (m/s) Trong đó :

V2 : tốc độ gió ở độ cao 2m

VH : tốc độ gió ở độ cao Hm

Ngoài các công thức giới thiệu ở trên còn nhiều công thức khác nữa nhưng ít được sử dụng nên chúng tôi không đề cập đến

Việc tính toán theo công thức Penman tương đối phức tạp, đòi hỏi phải thu thập

và tra cứu các thông số ban đầu một cách cẩn thận và chính xác

III- PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ TƯỚI CHO LÚA :

a) Lúa vụ chiêm :

Mức tưới cho một giai đoạn được xác định như sau :

M = M1 + M2 (m3/ha) Trong đó:

M1 : Mức tưới cho giai đoạn làm đất

M2 : Mức tưới cho giai đoạn tưới dưỡng

M 1 = W1+W2+W3+W4-10Po (m3/ha) Trong đó:

W1 : Lượng nước cần thiết làm bão hòa tầng đất canh tác, được tính theo công thức:

W1 = 10H.A(1-βo) (m3/ha)

H : Độ sâu tầng đất canh tác (mm)

A : Độ rỗng của đất theo thể tích (%)

βo : Độ ẩm ban đầu của đất (%A)

W2 : Lượng nước cần thiết để tạo thành lớp nước mặt ruộng, được tính theo công thức:

W2 = 10.a (m3/ha)

a : Độ sâu lớp nước mặt ruộng (mm)

W3 : Lượng nước ngấm ổn định trong thời kì làm đất, được tính theo công thức:

) (

10

H

a H K

(m3/ha)

K : Hệ số ngấm ổn định (mm/ngày)

ta : Thời gian làm đất (ngày)

tb : Thời gian ngấm bão hoà tầng đất canh tác (ngày)

W4 : Lượng nước bốc hơi mặt nước tự do thời kì làm đất, tính theo công thức

W4= 10.e.ta (m3/ha)

e : Cường độ bốc hơi ngày thời kì làm đất (mm/ngày)

P0 : Lượng mưa hữu ích sử dụng được (mm), theo tài liệu Trung

Trong đó:

Wd : Lượng nước sẵn có đầu thời đoạn tưới dưỡng

Wh : Lượng nước hao trong thời kì tưới dưỡng, tính theo công thức

a1 : Lớp nước tưới đầu thời đoạn (mm)

a2 : Lớp nước tưới tăng thêm cuối thời đoạn (mm)

Po : Lượng nước mưa hữu ích sử dụng được

Có thể viết phương trình cân bằng nước theo độ sâu( giai đoạn tưới dưỡng) như

sau :

hc = hd + ∑P - ∑C + ∑m - ∑(e + k) (mm) Trong đó :

hd : độ sâu lớp nước mặt ruộng ở đầu thời đoạn tính toán (mm)

hc : độ sâu lớp nước mặt ruộng ở cuối thời đoạn tính toán (mm)

∑P : tổng lượng nước mưa rơi xuống ruộng trong thời đoạn tính (mm)

∑C : tổng lượng nước tháo đi trong thời đoạn tính (mm)

∑m : tổng lượng nước tưới trong thời đoạn tính (mm)l ∑(e + k) : tổng lượng nước tiêu hao( gồm bốc hơi mặt ruộng và ngấm) trong thời đoạn tính (mm)

b) Lúa vụ mùa :

Phương trình cân bằng nước cho lúa mùa cũng giống như phương trình cân bằng

nước cho giai đoạn tưới dưỡng của lúa chiêm

IV- PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ TƯỚI CHO HOA MẦU

Công thức tổng quát tính tưới cho hoa mầu như sau :

∑m = (E + Wt) - (Wo + Po + WT + Wk) (m3/ha) Trong đó :

∑m : tổng lượng nước tưới trong thời đoạn tính toán;

E : lượng nước tiêu hao (lượng nước cần trong thời đoạn), tính theo công thức thực nghiệm

Wt : lượng nước tích trữ trong đất ở cuối thời đoạn tính toán, tính theo công thức sau :

Wt = 10.β.H.γK (m3/ha) Với các tham số sau :

β : độ ẩm của đất ở cuối thời đoạn tính (%βdr)

βdr : độ ẩm tối đa đồng ruộng (%γK)

H : độ sâu lớp đất tưới (mm)

γK : dung trọng khô của đất (tấn/m3)

Wo : lượng nước sẵn có trong đất ở đầu thời đoạn, tính theo công thức :

W0 = 10.β0.H.γk (m3/ha) Với :

β0 : độ ẩm sẵn có trong đất ở đầu thời đoạn tính toán ( %βdr)

WT : lượng nước lợi dụng được do tầng đất canh tác được tăng thêm, tính theo công thức sau :

WT = 10 β0 γk (H2-H1) (m3/ha)

Hl : độ sâu tầng đất canh tác được tưới ở đầu thời đoạn tính (mm);

H2 : độ sâu tầng đất canh tác được tưới tăng thêm ở cuối thời đoạn tính toán (mm)

Còn các tham số khác như đã giải thích ở trên

Wk : lượng nước ngầm mà cây trồng sử dụng được do tác dụng mao quản, thường xác định bằng công thức:

Wk = Kn.E

Kn : hệ số sử dụng nước ngầm,

Kn = f (độ sâu mực nước ngầm và kết cấu đất)

E : lượng nước hao;

Po : lượng nước nưa hữu ích mà cây trồng sử dụng được trong thời đoạn tính Po = αP

α : hệ số sử dụng nước mưa

Hệ số α có thể sử dụng theo các phương pháp sau

Tính theo Tổ chức bảo vệ đất của Mỹ (theo mưa tháng):

Po = P(125 - 0,2P)/125 , khi P < 250 mm

Po = 125 – 0,1P , khi P > 250 mm

Tính theo công thức của Nga:

Khi P<=E+(Wdr-Wo) thì α = 1 Khi P>E+(Wdr-Wo) thì α = [E+(Wdr-Wo)]/P

Trong đó:

E : lượng nước cần của cây trồng

Wdr : lượng trữ nước tối đa của đồng ruộng = 10βdr.γk.H

Wo : lượng trữ nước sẵn có trong đất lúc ban đầu = 10βo.γk.H

Tính theo công thức của Trung Quốc:

Khi P <5mm thì α = 0

Khi 5mm<P <50mm thì α = 0,8 - l,0

Khi P >50 mm thì α = 0,7 - 0,8

Để tính nhanh trong phần mềm IDPro, ta dùng phương pháp giải tích, dựa trên

cơ sở của phương trình cân bằng nước để xác định mức tưới toàn vụ

PHẦN II: NHẬP SỐ LIỆU, SỬ DỤNG CHƯƠNG TRÌNH

I- CÁC TÀI LIỆU CẦN THIẾT CHO CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TƯỚI

- Tài liệu về địa chất vùng đất tưới

- Tài liệu về khí hậu

- Tài liệu thời gian, diện tích của các thời kì tưới cây lúa, hoa màu

II- CÁC BƯỚC NHẬP SỐ LIỆU

Để thực hiện tốt quá trình tính toán ta làm những bước như sau:

BƯỚC 1

• Vào chương trình tính toán (Hình 1)

Hình 1: Khởi

động IDPro 3.0

Hình 2:

Giao diện

tính Thấm

BƯỚC 2

• Nhập K1 và α theo tài liệu địa chất khu vực

VD: Đất cát ⇒ nhắp nút Help bên trái (hình 2)

• Muốn trở về phần tính toán trước đó, bạn nhắp chuột vào biểu tượng , muốn

in form bạn nhấn vào biểu tượng và để kết thúc chương trình bạn có thể nhắp vào biểu tượng

BƯỚC 3

• Để tính tiếp, bạn nhấn vào biểu tượng để chuyển sang phần tính lượng

nước hao mặt ruộng (hình 4)

Hình 4:

Giao diện tính

Lượng Nước Hao

• Nhập trực tiếp bằng tay các thông số khí hậu

Chú ý: Khi bạn rê chuột tới các biểu tượng trong (hình 4), các bạn sẽ đọc được các

thông báo về nội dung thực hiện của các nút đó, vì vậy các bạn có thể chạy chương trình một cách hiệu quả hơn

• Khi bạn nhấn vào các nút mầu vàng có hình mũi tên, máy sẽ tự động tính toán

và tra tự động các thông số tính toán cần thiết Điều này sẽ làm tăng tốc độ tính

toán cũng như độ chính xác của chương trình (hình 5)

Để tính tưới cho lúa ta chọn nút mầu vàng (hình 5) có hình mũi tên để tới giao

diện của chương trình tính (hình 6)

bằng tay theo Form cho trước và nhắp chuột vào biểu tượng để chương trình tính ra qtướicho các thời đoạn (hình 7)

tưới của lúa

Để tính cho hoa màu nhắp chuột vào biểu tượng (hình 5) xuất hiện giao

diện bảng tính cho hoa màu (hình 9)