Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên : Nghiên cứu ứng dụng phần mềm CROPWAT 8.0 tính toán nhu cầu nước của cây trồng trong một dự án thủy lợi

Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên

MỤC LỤC
MỤC LỤC..................................................................................................................................1
CHƯƠNG 1 ĐẶT VẤN ĐỀ.......................................................................................................1
CHƯƠNG 2 NHU CẦU NƯỚC CỦA CÂY TRỒNG................................................................2
2.1 Các thời kỳ sinh trưởng phát triển của cây trồng..............................................................2
2.2 Nhu cầu nước của cây trồng..............................................................................................4
2.3 Xác định lượng bốc hơi thực vật ET và ETo.....................................................................4
CHƯƠNG 3 PHẦN MỀM CROPWAT 8.0................................................................................9
3.1 Giới thiệu phần mềm.........................................................................................................9
3.2 Cơ sở lý thuyết của phần mềm..........................................................................................9
3.3 Tìm hiểu các thanh cơng cụ của cropwat 8.0..................................................................15
CHƯƠNG 4 NGHIÊN CỨU NHU CẦU NƯỚC CỦA CÂY TRỒNG DỰ ÁN HỒ SUỐI MỠ
TỈNH BẮC GIANG..................................................................................................................18
4.1 Giới thiệu dự án...............................................................................................................18
4.2 Tài liệu dùng trong tính tốn...........................................................................................18
4.3 Kết quả nghiên cứu.........................................................................................................21
CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN..........................................................................................................34
0985448933

CHƯƠNG 1

ĐẶT VẤN ĐỀ

Thực hiện công cuộc xây dựng và phát triển đất nước, một trong những mục tiêu
quan trọng của Đảng ta là xóa đói giảm nghèo, chuyển dịch cơ cấu cây trồng, nâng cao
đời sống cho nông thôn và nông dân. Một trong những biện pháp hữu hiệu và bền
vững để thực hiện mục tiêu đó chính là đầu tư xây dựng các hồ chứa nước phục vụ
nơng nghiệp. Thực hiện chủ trương đó, một loạt các dự án thủy lợi đã được đầu tư xây
dựng như hồ chứa nước Cửa Đạt, Định Bình, Ngàn Trươi, Suối Mỡ…

1


Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên

Trong quá trình thực hiện các dự án này, một bước rất quan trọng là tính tốn nhu
cầu nước của cây trồng. Nhu cầu nước của cây trồng là thông số quan trọng quyết định
quy mô hồ chứa, thông số của hệ thống tưới, kế hoạch tưới. Xác định đúng và đủ nhu
cầu nước của cây trồng sẽ giúp tính tốn đúng quy mơ của cơng trình và đảm bảo sự
thành cơng của dự án. Nhu cầu nước của cây trồng lại phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố,
q trình tính tốn phức tạp và tồn tại nhiều quan điểm và công thức tính tốn khác
nhau. Việc tính tốn nhu cầu nước nhiều khi gây lúng túng khó khăn cho các kỹ sư
thủy lợi. Vì lẽ đó mà nhóm sinh viên chúng em quyết định thực hiện đề tài “Nghiên
cứu ứng dụng phần mềm CROPWAT 8.0 tính tốn nhu cầu nước của cây trồng trong
một dự án thủy lợi”. Đây là một phần mềm được FAO khuyến cáo thống nhất sử dụng
và được ứng dụng rộng rãi trên thế giới. Mục tiêu của chúng em là nghiên cứu cơ sở lý
thuyết và cách sử dụng phần mềm CROPWAT 8.0 nhằm phổ biến rộng rãi công cụ này
cho các bạn sinh viên cũng như các kỹ sư. Nhóm nghiên cứu cũng cố gắng ứng dựng
phần mềm này để tính tốn nhu cầu nước cho dự án hồ chứa nước Suối Mỡ tỉnh Bắc
Giang. Các phần tiếp theo của thuyết minh sẽ trình bày các bước nghiên cứu và kết
quả đạt được.

CHƯƠNG 2

NHU CẦU NƯỚC CỦA CÂY TRỒNG

2.1 Các thời kỳ sinh trưởng phát triển của cây trồng
Mỗi loại sinh vật trong giới tự nhiên đều có các thời kỳ sinh trưởng khác nhau, cây
trong tự nhiên hay cây do con người cải tạo, trồng cấy cũng như thế. Mỗi thời kỳ sinh
trưởng và phát triển thực vật nói chung và cây trồng nói riêng đều có những nhu cầu

khác nhau về các yếu tố như: nước, chất dinh dưỡng, nhiệt độ, ánh sáng và khơng khí.

2


Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên

Nhưng loại cây trồng nào cũng có thể phân biệt được các thời kỳ sinh trưởng của
chúng như sau:
− Thời kỳ gieo trồng ( initial).
− Thời kỳ phát triển (development).
− Thời kỳ ra củ, ra quả hay thời kỳ trưởng thành (mid-season).
− Thời kỳ thu hoạch (late season).
Thời kỳ gieo trồng: là thời kỳ bắt đầu cho quá trình sinh truởng và phát triển của
cây trồng. Đặc trưng của thời kỳ này là quá trình nảy mầm, mỗi loại cây trồng sau thời
gian thu hoạch đều trải qua một thời gian trong trạng thái ngưng nghỉ, khi thời gian
ngưng nghỉ kết thúc là bắt đầu cho quá trình nảy mầm. Trong hạt keo bắt đầu có sự
chuyển hố của keo ngun sinh chất, làm giảm tính ưu mỡ và độ nhớt của keo đẫn
đến sự biến đổi mạnh trong quá trình trao đổi chất của hạt, q trình này làm tăng sự
hơ hấp mạnh mẽ của phôi hạt và làm tăng áp suất thẩm thấu trong hạt giúp cho quá
trình hút nước vào trong hạt diễn ra nhanh chóng. Khi đó q trình phân giải protein
dưới tác dụng của các loại men như amylaza hay proteaza tạo thành các axit amin để
tổng hợp nên các protein thứ cấp, cấu trúc nên chất nguyên sinh của phôi hạt vá cây
con. Nhiệt độ môi trường có ảnh hưởng mạnh mẽ đến q trình này, nó có thể làm tăng
q trình hơ hấp đẩy mạnh sự nảy mầm, do đó ta nên tạo một nhiệt độ thích hợp cho
q trình ngâm, ủ giống (với đa số cây trồng nên chọn nhiệt độ từ 25÷28 0C) . Độ ẩm
thích hợp cũng có tác dụng kích thích sự nảy mầm của hạt và củ, ta nên tạo độ ảm
thích hợp từ 50÷70٪. Oxi là thành phần khhơng thể thiếu trong q trình hơ hấp, và
biện pháp tốt nhất để cung cấp đủ lượng oxi cho phôi giống cây trồng là tạo độ xốp
cho đất.

Thời kỳ phát triển: sau quá trình nảy mầm cây trồng bắt đầu vào thời kỳ phát triển
dinh dưỡng, bộ rễ phát triển tăng dần về số lượng rễ và chiều dài theo bề rộng lẫn bề
sâu, đối với các loại cây lấy củ thì các rễ củ đã phân hoá và tiếp tục phát triển. Quá
trình sinh trưởng thân lá diễn ra nhanh, diện tích mặt lá tăng dần và đạt tối đa vào cuối
thời kỳ. Trong thời kỳ này, giai đoạn phát triển sinh sản cũng đã bắt đầu, các cơ quan
sinh sản hoạt động hấp thụ các chất dinh dưỡng, phân hoá chúng thành các mầm hoa,
mầm quả và bắt đầu một q trình sinh sản. Lúc này cây trồng có sự biến đổi rõ rệt về
hình thái, hoạt động sinh lý cũng như sức chống chịu với điều kiện tư nhiên. Đây
chính là thời kỳ nhạy cảm của cây trồng ảnh hưởng đến năng suất, do đó cần có một
chế độ chăm sóc hợp lý về mặt dinh dưỡng, nhiệt độ (20 ÷ 28 0C), độ ẩm (70 ÷ 80٪) và
nhu cầu về nước.
Thời kỳ ra củ ra quả: quá trình hình thành củ quả bắt đầu diễn ra ngay tại thời kỳ
nảy mầm, đó là sự hình thành rễ con và rễ củ, tuy nhiên trong hai thời kỳ đầu quá trình
phát triển chủ yếu là rễ con cùng với sự phát triển về dinh dưỡng của cây trồng. Sau
giai đoạn dinh dưỡng bộ rễ tạo đủ số lượng và kích thước, diện tích mặt đã đạt gần tối
3


Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên

đa, các chất dinh dưỡng và hữu cơ được tập trung mạnh cho cơ quan sinh sản, thúc đẩy
quá trình phát triển của củ và quả. Thời kỳ này trong củ và quả trải qua những biến đổi
sinh lý phức tạp, về kích thước và màu sắc. Điều kiện mơi trường thích hợp nhất là
nhiệt độ(20÷280C), độ ẩm (70÷80٪) và nhu cầu nhiều nước và dinh dưỡng từ đất cho
cây trồng.
Thời kỳ thu hoạch: quả chín, củ đạt được kích thước tối đa thì quá trình sinh trưởng
và phát triển của cây kết thúc. Thời kỳ này diễn ra rất ngắn, chỉ trong vài ngày nhu cầu
về nước của cũng có thể đảm bảo được từ lượng nước ẩm trong đất.
2.2 Nhu cầu nước của cây trồng
Nhu cầu nước của cây trồng phụ thuộc vào nhiều yếu tố như nhóm đối tượng khí

tượng, thuỷ văn, tuỳ thuộc vào cả bản thân loại cây trồng và thời kỳ phát triển của nó.
Mỗi thời kỳ sinh trưởng phát triển của cây trồng đều đòi hỏi điều kiện phù hợp về:
nước, độ ẩm , nhiệt độ, và công tác làm đất. Nhu cầu nước cũng vậy, thay đổi theo
từng thời kỳ sinh trưởng, phát triển của cây trồng như đã trình bày trong các thời kỳ
của cây trồng ở phần trước.
Các nhóm yếu tố trên cho ta những thơng số đặc trưng từ những thí nghiệm:
− Điều kiện mơi trường khí hậu: nhiệt độ , độ ẩm, bức xạ mặt trời…(ET0, P).
− Điều kiện về đất đai, thổ nhưỡng: loại đất, chất đất, biện pháp canh tác đất (GW, L,
θ).
− Đặc tính của các loại cây trồng (ET,Drz)

Hình 2-1: Nhu cầu nước qua các thời kỳ sinh trưởng phát triển

2.3 Xác định lượng bốc hơi thực vật ET và ETo
Từ kết quả nghiên cứu quá trình sinh học của cây trồng cho ta phương trình giải
thích nhu cầu nước của cây trồng: Nhu cầu nước = Bốc hơi thực vật (ET)
Và để kể đến các yếu tố ảnh hưởng nên ta đưa ra công thức sau:
4


Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên
ET=Kc.ET0

(1.1)

Trong đó:
+ ET: lượng bốc hơi của từng loại cây trồng(mm)
+ Kc : hệ số tuỳ thuộc vào loại cây trồng và các thời kỳ sinh trưởng phát triển.
+ ET0: lượng bốc hơi tiềm năng chung cho các loại cây trồng, phụ thuộc vào điều
kiện thời tiết khí hậu.

Để xác định được lượng bốc hơi thực vật của cây trồng năm 1990 tổ chức FAO đề
nghị áp dụng chung cho các nước trên thế giới các phương pháp:
− Phương pháp Penman-Monteith.
− Phương pháp Blaney-Crriddle.
− Phương pháp bốc hơi chậu
Trong đó phương pháp Penman-Monteith xác định ET0 được áp dụng phổ biến nhất
vì sự tiện lợi và dễ sử dụng của nó. Cơng thức của phương pháp này như sau:
(1.2)

Với:
+ ET0: lượng bốc hơi tiềm năng chung đối với cây trồng (mm/ngày)
+ Rn: bức xạ mặt trời trên bề mặt cây trồng (MJ/m2/ngày)
+ G:mật độ dòng nhiệt trong đất (MJ/m2/ngày)
+ T: nhiệt độ trung bình ngày tại chiều cao 2m (oC)
+ u2: tốc độ gió tai chiều cao 2m (m/s)
+ es: áp suất hơi bão hoà(kPa)
+ ea: áp suất hơi thực tế (kPa)
+ ∆: độ dốc của áp suất hơi trên đường cong (kPa/oC)
+ γ: hằng số ẩm (kPa/oC)
Hệ số bốc hơi của cây trồng Kc là tỉ số giữa lượng bốc hơi thực vật và lượng bốc
hơi tiềm năng của cây trồng trong từng thời kỳ sinh trưởng. Hệ số này phụ thuộc vào
từng giai đoạn sinh trưởng của cây trồng và điều kiện khí hậu

5


Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên

Hình 2-2: Hệ số Kc cho từng giai đoạn sinh trưởng của cây trồng

Các giá trị Kc được xác định thông qua các kết quả nghiên cứu thực nghiệm. Tổ
chức Lương thực Thế giới (FAO) đã cung cấp cho khu vực Đông Nam Á bảng giá trị
Kc cho những loại cây trồng đặc trưng như:
Bảng 2-1: Hệ số Kc cho một số loại cây trồng cơ bản
Cây trồng
Lúa nước
Lúa mì
Lúa mạch
Đậu
Cải bắp
Cà rốt
Bơng lanh
Dưa chuột
Cà chua
Đậu hà lan
Ngô
Hành
Lạc
Hồ tiêu
Khoai tây
Củ cải
Đậu nành
Củ cải đường
Chuối
Nho
Dưa hấu
Mía

Gieo trồng
1.1-1.15

0.3-0.4
0.3-0.4
0.3-0.4
0.4-0.5
0.4-0.5
0.4-0.5
0.4-0.5
0.4-0.5
0.4-0.5
0.4-0.5
0.4-0.6
0.4-0.5
0.3-0.4
0.4-0.5
0.4-0.5
0.3-0.4
0.4-0.5
0.5-0.65
0.35-0.55
0.3-0.4
0.4-0.6

Thời kỳ sinh trưởng của cây trồng
Phát triển
Trưởng thành
1.1-1.5
1.1-1.3
0.7-0.8
0.95-1.2
0.7-0.8

0.95-1.2
0.65-0.75
0.95-1.05
0.7-0.8
0.95-1.1
0.7-0.8
0.95-1.1
0.7-0.8
1.0-1.1
0.7-0.8
0.85-0.95
0.7-0.8
1.05-1.25
0.7-0.75
1.05-1.2
0.7-0.9
1.05-1.2
0.7-0.8
0.95-1.05
0.7-0.8
0.95-1.05
0.6-0.75
0.95-1.05
0.7-0.8
1.05-1.15
0.55-0.65
0.85-0.95
0.7-0.8
1.0-1.15
0.75-0.85

1.05-1.2
0.8-0.9
1.0-1.2
0.6-0.8
0.7-0.9
0.7-0.8
0.95-1.05
0.7-0.8
1.15-1.25

Thu hoạch
0.95-1.05
0.2-0.25
0.2-0.25
0.85-0.95
0.8-0.95
0.8-0.95
0.65-0.7
0.7-0.8
0.6-0.7
0.95-1.1
0.95-1.1
0.75-0.85
0.55-0.6
0.8-0.9
0.7-0.8
0.85-0.95
0.4-0.5
0.6-0.7
1.0-1.15

0.55-0.7
0.65-0.75
0.05-0.15

Sử dụng giá trị thứ nhất khi độ ẩm cao (RHmin ≥ 70%) và gió nhẹ (U≤5m/s).
6


Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên

Sử dụng giá trị thứ hai khi độ âmr thấp (RHmin < 70%) và gió mạnh (U>5m/s).
Trong trường hợp khơng thoả mãn cả hai trường hợp trên thì K c lấy gía trị trung
bình.
Bảng 2-2: Thời gian từng thời kỳ sinh trưởng phát triển của cây trồng
Cây trồng

Tổng

Thời kỳ gieo
trồng

Thời kỳ phát
triển

Thời kỳ
trưởng thành

Thời kỳ thu
hoạch

Lúa nước

150
180
120
150
75
90
120
140
100
150
180
195
105
130
135
180
90
100
125
180
70
210
130
140
120
210
105
145

35
40
135
150
160
230
365
390
240
120
160
365

30
30
15
15
15
20
20
25
20
25
30
30
20
25
30
35
15

20
20
30
25
20
25
30
25
30
25
30
5
10
20
20
25
45
120
120
20
25
30
30

30
45
25
30
25
30

25
30
30
35
50
50
30
35
40
45
25
30
35
50
30
35
35
40
35
40
30
35
10
10
30
30
35
65
60
90

40
35
45
60

60
65
50
65
25
30
60
65
30
70
55
65
40
50
40
70
35
35
40
60
10
110
45
45
40

110
30
50
15
15
60
70
60
80
180
120
120
40
65
180

30
20
30
40
10
10
15
20
20
20
45
50
15
20

25
30
15
15
30
40
5
45
25
25
20
30
20
30
5
5
25
30
40
40
5
60
60
20
20
95

Lúa mì, lúa mạch
Đậu
Cải bắp

Cà rốt
Bơng
Dưa chuột
Cà chua
Đậu hà lan
Ngơ
Hành
Lạc
Hồ tiêu
Khoai tây
Củ cải
Đậu nành
Củ cải đường
Chuối
Nho
Dưa hấu
Mía

Các bảng tra phục vụ cropwat 8.0
7


Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên
Bảng 2-3: Bảng tra chiều sâu rễ và chiều cao cây trồng
Cây trồng
Lúa nước
Lúa mì
Lúa mạch
Đậu
Cải bắp

Cà rốt
Bơng lanh
Dưa chuột
Cà chua
Đậu hà lan
Ngơ
Hành
Lạc
Hồ tiêu (loại ngọt)
Khoai tây
Củ cải
Đậu nành
Củ cải đường
Chuối (1 năm)
Nho (gốc Mỹ)
Dưa hấu
Mía

Chiều sâu rễ ở thời kỳ:
Gieo trồng
0.1
0.3
0.3
0.3
0.1
0.2
0.3
0.3
0.2
0.3

0.3
0.1
0.3
0.25
0.3
0.25
0.3
0.3
0.3
1.5
0.3
1.5

Ra củ- ra quả
0.6
1
1
0.8
0.6
0.9
1.4
1
1.1
1
1.3
0.4
0.8
0.8
0.6
0.6

1
0.6
0.9
1.5
1
1.5

Chiều cao cây
trưởng thành
(m)
1
1.5
1.5
0.4
15
0.4
1.3
2.3
0.9
0.6
1.5
0.4
0.4
1
0.6
0.3
0.45
0.4
3
1.5

0.4
3

Bảng 2-4: Bảng tra loại đất trồng
Tên loại đất

Tổc độ thẩm hiệu quả
Lượng mưa thấm
Độ ẩm ban đầu
(mm/m)
max (mm/ngày)
(%)
Đất sét nặng
200
40
0
Đất sét trung bình
290
40
0
Đất cát nhẹ
60
40
0
Đất sét đen
200
30
50
Đất mùn đỏ
180

30
0
Đất cát đỏ
100
30
0
Đất mùn cát đỏ
140
30
0
Chiều sâu rễ tối đa của các loại cây trồng được nghiên cứu cung cấp nước là: 9m

8


Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên

CHƯƠNG 3

PHẦN MỀM CROPWAT 8.0

3.1 Giới thiệu phần mềm
Phần mền cropwat 8.0 được phát triển bởi Joss Swennenhuis cho Hội tưới tiêu
Quốc tế và cơ quan quản lý trực thuộc tổ chức lương thực thế giới FAO. Phần mềm
này được kế thừa từ phiên bản DOS cropwat 5.7 năm 1992 và cropwat 7.0 năm 1999.
Qui trình, số liệu gốc, tài liệu đã được phát triển và thử nghiệm bởi Martin Smith,
Geardo Van Halsema, Florent Maraux, Gabriella Izzi, Robina Wahaj và Giovanni
Munoz.
3.2 Cơ sở lý thuyết của phần mềm
3.2.1 Tìm vụ mùa hồn hảo

Vào tháng 5- 1990, một cuộc hội thảo của các chuyên gia và các nhà nghiên cứu đã
được tổ chức bởi FAO (tổ chức lương thực thế giới) trong chương trình hợp tác với tổ
chức tưới tiêu toàn cầu và tổ chức kí tượng thủy văn nhằm mục đích xem xét lại
phương pháp của FAO đối với vấn đề nhu cầu nước cho mùa vụ và đưa ra những lời
khuyên để sửa chữa và cải tiến quy trình.
9


Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên

Báo cáo của các chuyên gia đề nghị coi phương pháp kết hợp Penman - Monteith
của FAO như là một tiêu chuẩn mới để tính lượng bốc - thốt hơi nước và đưa ra
những lời khun về quy trình tính tốn với những thông số khác nhau. Phương pháp
kết hợp Penman - Mointeith của FAO đã thực sự phát triển bằng việc xác định rõ mùa
vụ hoàn hảo chỉ như một mùa mang tính chất giả thuyết với chiều cao giả định là
0,12m với sự bốc hơi bề mặt là 70 s/m và hiệu suất bốc hơi là 0,23 bằng lượng nước
bay hơi của một bề mặt cỏ xanh trải dài với chiều cao không đổi, phát triển nhanh và
được tưới nước hợp lý. Phương pháp này đã khắc phục được những nhược điểm của
phương pháp trước đây và cung cấp những số liệu quý giá về việc sử dụng nước mùa
vụ trên toàn thế giới.
Đặc điểm của vụ mùa tham khảo mang tính chất giả thuyết này được miêu tả như
hình vẽ sau.

3.2.2 Lượng nước yêu cầu
Lượng nước cần thiết để bù lại lượng nước do bốc hơi trong suốt vụ được gọi là
lượng nước yêu cầu. Mặc dù trị số về bốc hơi thực vật (ETc) và lượng nước yêu cầu là
giống nhau, lượng nước yêu cầu nói đến lượng nước cần cung cấp trong khi bốc hơi
thực vật là nói đến lượng nước mất mát trong suốt quá trình bốc - thốt hơi nước.
Lượng bốc - thốt hơi nước có thể được tính tốn dựa trên những số liệu khí hậu
và việc kết hợp trực tiếp sức chống chịu của cây trồng, sự bức xạ và yếu tố độ chịu của

khơng khí trong phương pháp Penman-Monteith. Do vẫn cịn thiếu rất nhiều thông tin
từ những vụ mùa khác nhau, phương pháp Penman-Monteith được sử dụng để ước
lượng lượng bốc - thoát hơi nước tiềm năng (ETo). Tỷ số ETc/ Eto (tỷ lệ giữa lượng
bốc thoát hơi thực vật so với lượng bốc thoát hơi tiềm năng), được gọi là hệ số bốc hơi
của cây trồng (Kc). Hệ số này được sử dụng để liên kết giữa hai chỉ số ETo và ETc, do
đó chúng ta có thể tính lượng bốc thốt hơi nước mùa vụ theo cơng thức ETc = Kc x
10


Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên

ETo. Đây được xem như phép tính gần đúng hệ số bốc hơi để tính ra lượng bốc - thốt
hơi nước.
Những sự khác nhau về cấu trúc lá, đặc điểm về lỗ khí trên lá, tính chất khí động
lực và ngay cả khả năng bức xạ đã khiến cho ETc và ETo khác nhau dưới cùng điều
kiện khí hậu. Do sự khác nhau về đặc tính mùa vụ trong suốt mùa phát triển, Kc của
một vụ nhất định thay đổi từ lúc gieo hạt đến khi thu hoạch.
Để tính tốn được lượng nước yêu cầu cho một mùa vụ - một yếu tố hết sức cơ bản
trong việc quản lý nguồn nước, FAO đã chú ý đến sự tiêu chuẩn hóa và phổ biến
những phương pháp chính xác nhất và được chấp nhận nhiều nhất. Năm 1990, FAO đã
tổ chức một cuộc hội thảo của các chuyên gia và các nhà nghiên cứu trong chương
trình hợp tác với tổ chức quốc tế về tưới, thốt nước và tổ chức khí tượng thủy văn
nhằm mục đích xem xét lại phương pháp của FAO đối với vấn đề nhu cầu nước cho
mùa màng và đưa ra những lời khuyên để sửa chữa và cải tiến quy trình. Báo cáo của
các chuyên gia đề nghị việc thông qua phương pháp kết hợp Penman - Monteith của
FAO như là một tiêu chuẩn mới để tính lượng thốt bốc hơi nước và đưa ra những lời
khuyên về quy trình tính tốn với những thơng số khác nhau. Tài liệu này được đăng
tải trên số báo 56 trong loạt bài về tưới, thoát nước của FAO.
Trong CROPWAT 8.0, việc tính tốn lượng nước cần có cho một mùa vụ được
thực hiện 10 ngày một lần. Để tính ra lượng nước yêu cầu này, phép tính gần đúng hệ

số mùa vụ đã được sử dụng.
Lượng bốc thoát hơi nước mùa vụ cứ 10 ngày được tính 1 lần bằng cách nhân số
ngày năng suất trong suốt vụ. Để chuyển đổi lượng nước hàng tháng sang lượng nước
cứ 10 ngày, phép nội suy theo đường thẳng đã được thực hiện.
Trị số cho 10 ngày đầu tiên và 10 ngày thứ ba của mỗi tháng được tính bằng phép
nội suy với lần lượt tháng trước và tháng kế tiếp. Để bù cho độ lệch giữa tháng nhiều
nhất và tháng ít nhất, sự lặp lại đã được thực hiện để hoàn thành điều kiện rằng trị số
của 30 ngày đạt mức trung bình của tháng ban đầu.
Sau đó lượng nước yêu cầu được tính tốn bởi sự khác biệt giữa lượng bốc - thốt
hơi nước và lượng nước mưa phù hợp.
Việc tính tốn ra lượng nước tưới yêu cầu cho lúa vùng đất trũng khác so với
những cây trồng khác. Lượng nước tưới cũng nên cần được bổ sung để không chỉ bù
lại lượng nước bị bốc hơi mà còn lượng nước bị thấm đối với những cánh đồng ngập
nước. Hơn nữa, trước khi cấy phải yêu cầu lượng nước tưới cần thiết để làm đất và
chăm sóc lúa. Quy trình đưa vào và tính tốn này do đó sẽ khác so với những loại cây
trồng khác - những loại cây trồng này sẽ đề cập trong một chương trình riêng biệt
trong CROPWAT 8.0

11


Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên

3.2.3 Hệ số bốc hơi của cây trồng
Tỷ số ETc/ETo được đưa ra thơng qua các thí nghiệm, được gọi là hệ số bốc hơi
thực vật Kc được sử dụng để liên kết giữa ETo và ETc. Hệ số này tính theo cơng thức
ETc = Kc * ETo.
Bức xạ nhiệt, nhiệt độ không khí, độ ẩm, và tốc độ gió cùng kết hợp để ước lượng
ra lượng bốc thoát nước tham khảo. Do đó, ETo được xem như là một chỉ số để xác
định nhu cầu về mặt khí hậu trong khi đó Kc (hệ số mùa vụ) khác nhau do những đặc

điểm mùa vụ cụ thể và chỉ đạt tới 1 phạm vi giới hạn do sự bay hơi khí hậu và đất đai.
Điều đó làm chuyển dịch những trị số tiêu chuẩn của hệ số mùa vụ giữa những địa
điểm khác nhau và những vùng khí hậu khác nhau. Đó cũng là nguyên nhân chính
khiến cho cách tính hệ số mùa vụ và các hệ số thời vụ trong các nghiên cứu trước được
chấp nhận và sử dụng rộng rãi toàn cầu.
ETO được xác định và tính tốn bằng cách sử dụng công thức Penman - Monteith
của FAO. Kc thể hiện sự kết hợp của những tác động với 4 đặc điểm chính, những đặc
điểm này giúp phân biệt mùa vụ dưới phân tích từ mùa vụ tham khảo. Những đặc điếm
đó là:
− Chiều cao của cây trồng: chiều cao của cây trồng ảnh hưởng đến thời hạn chống
chịu khí động lực” (ra) theo phương trình FAO Penman-Monteith và sự chuyển
dịch bất thường của hơi nước từ cây vào khơng khí. Thuật ngữ “ra” xuất hiện 2 lần
trong bản đầy đủ của phương trình FAO Penman-Monteith
− Bức xạ của bề mặt đất: Suất phân chiếu bị ảnh hưởng bởi phân số của mặt đất
được bao phủ bởi thảm thực vật và độ ẩm của bề mặt đất. Suất phân chiếu của bề
mặt đất ảnh hưởng đến sự hấp thu bức xạ nhiệt do bề mặt. Đây là nguồn chính để
trao đổi năng lượng cho quá trình bốc hơi nước.
− Bề rộng của tán lá: khả năng chống chịu của cây trồng đối với sự chuyển dịch hơi
nước bị tác động bởi bề mặt lá cây (số lượng lỗ khí), điều kiện và tuổi của lá và
mức độ hạn chế lỗ khí. Độ chịu của vòm che ảnh hưởng đế sức chịu đựng của bề
mặt đất(rs)
− Sự bay hơi của đất, đặc biệt là đất bị phơi.
Độ ẩm của bề mặt đất và phân số mặt đất được bao phủ bởi thảm thực vật ảnh
hưởng đến sức chịu đựng của bề mặt (rs). Sau độ ẩm của đất, tỉ lệ truyền hơi nước từ
bề mặt đất cũng khá cao đặc biệt đối với những loại cây trơng khơng được bao phủ
hồn tồn. Sự kết hợp sức chống chịu bề mặt của vòm che và đất quyết định mức
chống chịu bề mặt (rs). Thời hạn chống chịu bề mặt trong phương trình FAO PenmanMonteith nói đến khả năng chống chịu đối với luồng hơi nước từ bên trong lá cây
trồng và từ dưới bề mặt đất.
Hệ số mùa vụ (Kc) trong phương trình trên cho phép dự đốn ra ETc. Nó nói lên
hình bao bên trên của lượng bốc thoát hơi nước và nói lên những điều kiện mà ở đó sự

12


Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên

phát triển của cây trồng hoặc lượng bốc thốt hơi nước khơng bị giới hạn do thiếu
nước, mật độ cây trồng, sâu bệnh, hạt giống hay độ mặn. ETc được dự đoán bởi Kc,
nếu cần thiết sẽ được điều chỉnh tới điều kiện dưới chuẩn thơng qua lượng bốc thốt
hơi nước dưới điều kiện khơng chuẩn ở đó bất cứ đặc điểm hay điều kiện mơi trường
nào cũng có tác động hoặc hạn chế ETc.
3.2.4 Yêu cầu về lượng nước tưới
Tưới nước được yêu cầu khi lượng nước mưa không đủ đề bù lại lượng nước bị
mất do bốc hơi. Mục đích chủ yếu của việc tưới nước là cung cấp nước vào thời điểm
thích hợp với lượng nước phù hợp. Bằng cách tính tốn sự cân bằng lượng nước của
đất của một vùng ban đầu theo tính tốn hàng ngày; chúng ta có thể xác định được thời
gian và lượng nước tưới trong tương lai. Trong bảng số liệu dưới đây, vùng ban đầu
được trình bày bằng một bình chứa trong đó lượng nước có thể dao động.

Hình 3-3: Nhu cầu nước qua các thời kỳ sinh trưởng phát triển

Biểu diễn lượng nước bị tháo ở vùng ban đầu là rất cần thiết. Nó làm cho việc cộng
và trừ lượng nước mất đi và có được trở nên đơn giản hơn bởi vì những tham số khác
nhau của trữ lượng nước trong đất ln ln được trình bày theo độ sâu của nước.
Lượng nước mưa, nước tưới, việc tăng lượng ống mao dẫn nước trong đất làm tăng
lượng nước đối với vùng ban đầu và giảm lượng nước tháo đi. Sự bốc hơi nước của
đất, sự thoát hơi nước của cây và mất mát do thấm nước lấy nước từ vùng ban đầu và
tăng lượng nước bị tháo đi.
13

Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên

Sự cân bằng lượng nước hàng ngày được tính theo lượng nước bị tháo đi vào lúc
cuối ngày
Dr,i = Dr,i-1 - (P - RO)i - Ii - CRi + ETc, i + DPi

(4.1)

Trong đó:
+ Dr,i là lượng nước bị tháo đi ở vùng gốc (vùng ban đầu) vào cuối ngày
+ Rr,i-1 lượng nước ở vùng gốc vào cuối ngày trước đó, i-1(mm)
+ Pi là lượng mưa trong ngày (mm)
+ ROi lượng nước thất thoát từ bề mặt đất trong ngày
+ Li lượng nước tưới trong ngày rỉ vào đất
+ CRi là số lượng ống mao dẫn từ bề mặt đất tính trong ngày
+ ETc là lượng bốc hơi thực vật (mm)
+ DPi là lượng nước mất đi khỏi vùng gốc do thấm nước tính trong ngày(mm)
Để có thể tính tốn được lượng nước tưới u cầu, CROPWAT 8.0 tính tốn sự cân
bằng lượng nước hàng ngày của vùng gốc như công thức bên trên. Do đó lượng nước
tưới yêu cầu bằng lượng nước tháo đi. Để tránh những áp lực do thiếu nước, việc tưới
nước nên được áp dụng trước hoặc tại thời điểm khi mà lượng nước trong đất sẵn có bị
tháo đi. Để tránh sự mất mát lượng nước do bị thấm (lượng nước có thể lọc những chất
dinh dưỡng cần thiết ra khỏi vùng đất gốc) chiều sâu của hệ thống tưới nước nên nhỏ
hơn hoặc bằng lượng nước bị tháo đi ở vùng gốc.
3.2.5 Lượng mưa hiệu quả
Đối với sản xuất nơng nghiệp, lượng mưa hiệu quả nói đến lượng nước mưa cây
trồng có thể sử dụng được. Điều đó có nghĩa khơng phải tất cả nước mưa đều được
phục vụ cho cây trồng vì một lượng đã mất do chảy đi (RO) hoặc do bị thấm vào trong
đất (DP).
Bao nhiêu nước thực sự đã bị rỉ trong đất phụ thuộc vào dạng đất, độ dốc, hệ thống

mái che, mật độ những trận mưa và lượng nước chứa trong đất ban đầu. Phương pháp
chính xác nhất để quyết định lượng nước mưa phù hợp là thông qua sự quan sát trên
những cánh đồng. Lượng mưa sẽ là phù hợp khi có ít hoặc khơng có lượng nước chảy
đi. Lượng nước mưa nhỏ sẽ khơng hiệu quả vì lượng nước nhỏ này sẽ nhanh chóng
mất đi do bốc hơi.
Giống như lượng mưa hàng tháng, số liệu về lượng mưa trung bình, thực sự có căn
cứ có thể được đưa ra. Việc lựa chọn những tham số phù hợp cho lượng mưa hiệu quả
nên được chú ý một cách kĩ lưỡng, dựa trên những phân tích số liệu về lượng mưa dài
hạn được thực hiện một cách riêng rẽ.
Thông qua những sự chọn lựa trời mưa, CROPWAT 8.0 đưa ra khả năng sử dụng
một vài phương pháp để tính lượng mưa hiệu quả.
14


Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên

− Tính theo tỷ lệ phần trăm cố định của lượng mưa.
− Những trận mưa đáng tin cậy
− Theo kinh nghiệm
− Theo phương pháp bảo vệ đất USDA
Hơn nữa, CROPWAT 8.0 cũng đưa ra khả năng thực hiện những tính tốn về lượng
nước tưới mà ko cần chú ý đến lượng mưa.
3.3 Tìm hiểu các thanh công cụ của cropwat 8.0
Phần mền cropwat8.0 đơn giản và dễ sử dụng, thuận tiện cho việc tính tốn nhu cầu
nước của cây trồng khi có đầy đủ số liệu cần thiết. Sau đây là những giao diện cần xử
lý các dữ liệu trong phần mềm để có được kết quả sơ bộ lượng nước cần tưới đáp ứng
nhu cầu nước của cây trồng:

Hình 3-4: Nhập số liệu về điều kiện khí hậu - tính kết quả ETo

15


Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên

Hình 3-5: Cài đặt cơng thức và chọn đơn vị

Hình 3-6: Chọn phương pháp tính mưa hiệu quả

16


Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên

Hình 3-7: Giao diện xử lý đặc tính sinh trưởng của cây trồng

Hình 3-8: Giao diện nhập số liệu về đặc tính đất canh tác

17


Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên

Hình 3-9: Giao diện kết quả tính tốn lượng nước cần tưới cho cây

CHƯƠNG 4

NGHIÊN CỨU NHU CẦU NƯỚC CỦA CÂY TRỒNG DỰ
ÁN HỒ SUỐI MỠ TỈNH BẮC GIANG

4.1 Giới thiệu dự án
Hồ chứa nước Suối Mỡ tỉnh Bắc Giang được xây dựng có nhiệm vụ chính là cấp
nước tưới cho 400 ha lúa 2 vụ, 120 ha màu. Ngoài ra xây dựng hồ cịn giúp duy trì
dịng chảy của thác Mỡ tạo cảnh quan du lịch cho khu di tích Đền Suối Mỡ và tạo
nguồn cấp nước sinh hoạt cho nhân dân trong vùng dự án.
4.2 Tài liệu dùng trong tính tốn
4.2.1 Tài liệu khí tượng thủy văn
Căn cứ vào các số liệu quan trắc đo đạc tại trạm thuỷ văn An Châu và trạm Lục
Nam để tính tốn các đặc trưng khí hậu, khí tượng của vùng như sau:
a) Nhiệt độ trung bình các tháng:
Nhiệt độ trung bình nhiều năm là 22,6 0C, nhiệt độ trung bình tháng cao nhất vào tháng
VI và tháng VII, nhiệt độ cao nhất là 39,1 0C ( tháng V năm 1966), nhiệt độ trung bình
thấp nhất vào tháng I, thấp nhất là -2,8 0 C xuất hiện vào tháng 1 năm 1974. Bình quân
một năm có một ngày sương muối.

18


Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên
Bảng 4-3: Số liệu nhiệt độ trung bình các tháng
Tháng

1

ToC TB

15

2

3

4

5

6

7

8

9

16.5 19.8 23.7 27.0 27.9 28.2 27.4 26.2

10

11

12

23.4

19.7

16.4

b) Độ ẩm khơng khí:
Đọ ẩm trung bình khơng khí trong khu vực 81%. Lớn nhất vào mùa mưa, độ ẩm

trung bình từ 82%÷86%.
Bảng 4-4: Số liệu độ ẩm trung bình các tháng
Tháng
W (%)

1
78

2
80

3
82

4
81

5
79

6
82

7
82

8
86

9

84

10
82

11
79

12
77

c) Gió:
Khu vực nằm trong miền nhiệt đới ẩm, gió mùa. Gió mạnh nhất đạt trên 20m/s và
xuất hiện ở nhiều hướng, nhiều năm, tốc độ gió trung bình là 1.1m/s.
Bảng 4-5: Số liệu tốc độ trung bình của gió
Tháng

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

V (m/s)

1.0

1.1

1.2

1.4

1.2

1.2

0.9

0.9

0.9

0.9

0.9

1.0

d) Lượng mưa:
Mùa mưa bắt đầu từ tháng V đến tháng IX lượng mưa chiếm khoảng 77% lượng
mưa cả năm.
Mùa khô bắt đầu từ tháng X đén tháng IV năm sau, lượng mưa nhỏ chỉ chiếm
khoảng 23% lượng mưa cả năm.
Tại trạm An Châu đo được lượng mưa trung bình nhiều năm là 1517mm.
Tại trạm Lục Nam đo được lượng mưa trung bình nhiều năm là 1304mm.
e) Số giờ nắng
Bảng 4-6: Số giờ nắng trung bình tháng
Tháng

1

Giờ

15

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

16.5 19.8 23.7 27.0 27.9 28.2 27.4 26.2 23.4 19.7

12
16.4

4.2.2 Tài liệu về cây trồng
Tài liệu về cây trồng bao gồm tài liệu về thời vụ, hệ số cây trồng Kc và các giai
đoạn sinh trưởng - phát triển của các loại cây trồng trong khu vực dự án.

19


Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên
Bảng 4-7: Thời vụ gieo cấy và diện tích của một số loại cây trồng trong khu
vực
Tên cây trồng

Lúa chiêm
Lúa mùa
Lạc
Ngô đông

Thời gian gieo cấy

Thời gian thu hoạch

DT. Gieo cấy (ha)

15/01
12/07
05/02
05/10

15/05
30/10
26/05
22/01

400
400
120
120

Bảng 4-8: Giai đoạn sinh trưởng của lúa chiêm
Giai đoạn sinh trưởng

Từ ngày

Đến ngày

Số ngày

Mạ
Mạ - làm đất
Cấy - bén rễ
Đẻ nhánh - đứng cái
Đứng cái - làm đòng
Trỗ cờ - phơi màu
Ngậm sữa - chắc xanh
Chắc xanh - thu hoạch
Tổng

16/12
20/12
15/01
04/02
06/03
10/04
30/04
10/05

14/01
14/01
03/02
05/03
09/04
29/04

09/05
15/05

30
18
20
30
35
20
10

Hệ số cây
trồng Kc
1.10
1.10
1.10
1.15
1.15
1.15
0.95
0.95

150

Bảng 4-9: Giai đoạn sinh trưởng của lúa mùa
Giai đoạn sinh trưởng

Từ ngày

Đến ngày

Số ngày

Mạ
Mạ - làm đất
Cấy - bén rễ
Đẻ nhánh - đứng cái
Đứng cái - làm đòng
Trỗ cờ - phơi màu
Ngậm sữa - chắc xanh
Chắc xanh - thu hoạch
Tổng

22/6
07/07
12/07
01/08
31/08
30/09
15/10
25/10

11/07
11/07
31/07
30/08
29/09
14/10
24/10
30/10

20
5
20
30
30
15
10
5
130

Hệ số cây
trồng Kc
1.10
1.10
1.10
1.15
1.15
1.15
0.95
0.95

Bảng 4-10: Giai đoạn sinh trưởng của ngô đông
Giai đoạn sinh trưởng
Gieo hạt – mọc mần
Mọc mần – 3 lá
3 lá – trỗ cờ
Trỗ cờ - phơi màu
Phơi màu - chín
Tổng

Từ ngày

Đến ngày

Số ngày

05/10
16/10
30/10
14/12
24/12

15/10
29/10
13/12
23/12
22/01

11
14
45
10
30
110

Hệ số cây
trồng Kc
0.3
0.7

1.1
1.1
1.0

20


Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên
Bảng 4-11: Giai đoạn sinh trưởng của cây lạc
Giai đoạn sinh trưởng
Giai đoạn đầu
Giai đoạn phát triển
Giai đoạn giữa
Giai đoạn cuối
Tổng

Từ ngày

Đến ngày

Số ngày

05/02
25/02
27/03
01/05

24/02
26/03
30/04

25/05

20
30
35
25
110

Hệ số cây
trồng Kc
0.4
0.7
0.95
0.60

4.3 Kết quả nghiên cứu
4.3.1 Các bảng kết quả chạy bằng phần mềm Cropwat 8.0:

Hình 4-10: Kết quả tính giá trị ETo

21


Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên

Hình 4-11: Kết quả tính tốn lượng mưa hiệu quả theo cơng thức kinh nghiệm

Hình 4-12: Số liệu đầu vào về địa chất khu vực

22

Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên

− Kết quả tính cho lúa mùa:

Hình 4-13: Giai đoạn phát triển và các đặc tính của cây lúa mùa

23


Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên

Hình 4-14: Lượng nước cần tưới và thời đoạn tưới cho cây lúa mùa

− Kết quả tính cho lúa chiêm:

Hình 4-6: Giai đoạn phát triển và các đặc tính của cây lúa chiêm
24


Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên

Hình 4-7: Lượng nước cần tưới và thời đoạn tưới cho cây lúa chiêm

− Kết quả của ngơ đơng xn:

Hình 4-8: Giai đoạn phát triển và các đặc tính của cây ngơ đơng xuân

25