Bài giảng Tin học ứng dụng trong kỹ thuật tài nguyên nước

BÀI GIẢNG
TIN HỌC ỨNG DỤNG TRONG KỸ THUẬT
TÀI NGUYÊN NƯỚC

Nguyễn Văn Tính
Bộ mơn Kỹ thuật Tài ngun nước
Trường Đại học Thuỷ lợi


Nội dung môn học

Chương 1: Giới thiệu chung

Chương 2: Hướng dẫn sử dụng phần mềm CROPWAT 8.0
Chương 3: Hướng dẫn sử dụng phần mềm SIMIS
Chương 4: Tính tốn hiệu quả kinh tế các dự án thuỷ lợi


Đánh giá kết quả học tập của
sinh viên
Số tín chỉ: 2
- Điểm quá trình (lên lớp, ý thức học tập,
thực hành, bài tập lớn: 50%)
- Thi kết thúc môn học (Thi trên máy
tính,trọng số điểm 50%)


CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU CHUNG

⚫

1. Tin học trong công tác QLKT cơng trình Thuỷ lợi

⚫

2. Các phần mềm ứng dụng.


Giíi thiƯu mét sè phÇn mỊm øng dơng
1. PhÇn mỊm tính toán nhu 2. Phần mềm Quản lý hệ thống
cầu nớc:
ti:
- CROPWAT 4.3 (Cây trồng cạn) - SIMIS (Scheme Irrigation Management
Information System)
- CROPWAT 8.O (Cây lúa+Cây
- BENCHMARKING PERFORMANCE
trồng cạn)
FOR IRRIGATION AND DRAINAGE
(Crop Water Requirement)
SYSTEM.
- Nhu cầu nớc cho các ngành kinh
CANALMAN (Canal Management Sofware)
tế khác (sinh hoạt, công
- ..
nghiệp,)
4. Phần mềm thiết kế đờng ống cấp
nc sinh hoạt: WATER


DISTRIBUTION MODELING

3. Mô hình Thuỷ văn:
NAM model


Phạm vi giới thiệu
Phần mềm:
1. CROPWAT
2. SIMIS
3. TÍNH TỐN HIỆU
QUẢ KINH TẾ CHO CÁC
DỰ ÁN THUỶ LỢI
(EXCEL)


CHƯƠNG 2
HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG
PHẦN MỀM CROPWAT 8.0

2.1 GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM
Sử dụng phần mềm CROPWAT 8.0
để tính tốn xác định nhu cầu nước,
chế độ tưới và kế hoạch thực hiện
tưới cho các loại cây trồng tại mặt
ruộng trong các điều kiện khác
nhau.
Đây là chương trình tính tốn tưới
cho các loại cây trồng đã được áp
dụng phổ biến trên tồn thế giới,
được tổ chức Lương thực - Nơng

nghiệp của Liên hiệp quốc FAO
công nhận.


2.2 . TÀI LIỆU TÍNH NHU
CẦU NƯỚC TƯỚI CHO
CÂY TRỒNG

Tài liệu về khí tượng thuỷ văn
- Nhiệt độ trung bình các tháng
hoặc Nhiệt độ trung bình lớn
nhất, nhỏ nhất .
- Độ ẩm trung bình khơng khí
trong khu vực
- Lượng bốc hơi trung bình nhiều
năm
- Tốc độ gió trung bình tháng
nhiều năm
- Lượng mưa bình quân tháng
nhiều năm
- Số giờ nắng trung bình tháng
nhiều năm


Tài liệu
về
nông nghiệp

- Thời vụ gieo cấy và tỉ lệ diện tích của
các loại cây trồng trong khu vực cần tính

nhu cầu nước.
- Giai đoạn sinh trưởng của các loại cây
trồng.
- Các đặc trưng cây trồng (chiều sâu bộ
rễ, chiều cao cây,…)
- Các chỉ tiêu cơ lý của đất canh tác.
- Hệ số cây trồng Kc của các loại cây
trồng.


2.3 NỘI DUNG TÍNH TỐN –
NGUN LÝ
CÂN BẰNG NƯỚC

Để tính toán lượng nước cần (IRR) cho
cây trồng ta dựa vào phương trình cân
bằng nước. Phương trình cân bằng nước
tổng quát có dạng như sau:
IRR = (ETc + LPrep + Prep) - Peff
mm/ngày), hoặc mm/tuần 10
ngày
Trong đó:
IRR: Lượng nước cần tưới cho cây trồng
trong thời đoạn tính tốn (mm/ngày).
ETC: Lượng bốc hơi mặt ruộng trong thời
đoạn tính tốn (mm).
Peff: lượng mưa hiệu quả cây trồng sử
dụng được trong thời đoạn tính toán
(mm)
Prep: lượng nước ngấm ổn định trong đất

trong thời đoạn tính tốn (mm/ngày)
LPrep: lượng nước làm đất (mm)


Xác định lượng bốc hơi
mặt ruộng (ETc):

Lượng bốc hơi mặt ruộng được trính theo
cơng thức:
ETc= Kc x ET0
(mm/ngày) (1)
Trong cơng thức (1):
KC: Hệ số cây trồng, phụ thuộc vào vùng
canh tác, giai đoạn sinh trưởng của cây
trồng.
ET0: lượng bốc hơi tham khảo (chuẩn)
tính tốn theo cơng thức của PenmanMonteith.
ET0= C [W x Rn + (1-W) x f(u) x (eaed)]
(mm/ngày)
(2)


Xác định lượng bốc hơi mặt
ruộng (ETc):
⚫
⚫

⚫
⚫
⚫

⚫
⚫

Trong công thức (2):
C: Hệ số hiệu chỉnh về sự bù trừ đối với tốc độ gió cũng như sự thay đổi
của bức xạ mặt trời.
W: Hệ số có quan hệ với nhiệt độ và cao độ khu tưới.
Rn: Lượng bức xạ thực tế được xác định từ số giờ chiếu sáng, nhiệt độ
và độ ẩm.
f(u): Hàm quan hệ với tốc độ gió :
(ea-ed): chênh lệch giữa áp suất hơi bão hoà ở nhiệt độ trung bình của
khơng khí và áp suất hơi thực tế đo được.
Kc: phụ thuộc từng loại cây trồng và thời đoạn sinh trưởng của cây đó.
Việc xác định Kc của từng loại cây trồng đã được trình bày ở phần trên.


Tính tốn mưa hiệu quả
(Peff):Có nhiều phương
pháp tính tốn

Tính mưa hiệu quả theo phương pháp tỷ
lệ cố định:
Peff = C x Pmưa. (mm)
(3)
Trong công thức (3):
Peff : lượng mưa hiệu quả trong thời đoạn
tính tốn (mm)
Pmưa : lượng mưa thực tế trong thời đoạn
tính tốn theo mơ hình MTTK (mm)
C: % lượng mưa sử dụng được trong thời

thời đoạn tính tốn
Tính mưa hiệu quả phụ thuộc theo cường
độ mưa:
Peff = 0.6*Pmưa - 10 khi Pmưa < 70 mm
Peff = 0.8*Pmưa - 24 khi Pmưa > 70 mm
Tính mưa theo phương pháp Tổ chức bảo
vệ đất của Mỹ (giáo trình Quy hoạch và
TK HT Thủy lợi).


c. Lượng nước ngấm ổn định (Prep)
Prep= K x t
(mm)
(4)
Trong công thức (4):
K: hệ số ngấm ổn định của đất
(mm/ngày).
t: thời gian tính tốn (ngày).
d. Lượng nước làm đất (LPrep)
Lượng nước làm bão hòa tầng đất
canh tác (S):
S= (1-Sm/100)*d*P/100 (mm)
(5)
Trong cơng thức (5):
d: Độ sâu lớp đất bão hịa nước (mm)
Sm: độ sâu có sẵn đầu thời đoạn tính tốn
(%)
P: Độ rỗng đất (% thể tích đất)
Lượng nước tạo thành và duy trì lớp
nước trên mặt ruộng trong thời gian làm

đất (LĐ).


LĐ= (L/T + S + P + E) - Peff
(mm/ngày)
(6)
Trong công thức (6):
L: tổng lượng nước cần cung cấp trong
thời gian làm đất (mm)
T: thời gian làm đất (ngày)
P, S: lượng nước thấm đứng và ngang
(mm/ngày)
E: lượng bốc hơi mặt ruộng (mm/ngày)
Peff: lượng mưa hiệu quả (mm)
Đối với cây trồng cạn phương trình có
dạng:
IRR = ETc - Peff
Các đại lượng trong phương trình như đã
nêu ở trên.


2.4. CÁCH SỬ DỤNG PHẦN
MỀM CROWAT 8.0
TRONG TÍNH TỐN IRR

• Nhập dữ liệu đầu vào
Để thay đổi mặc định đơn vị của dữ liệu
đầu vào, phương pháp tính mưa hiệu quả,
thời biểu tưới, hiệu quả phương pháp tưới
vào phần settings <

- Nhập dữ liệu về khí tượng
Nhấn vào biểu tượng phía trái màn hình
Màn hình window hiện lên bảng nhập dữ
liệu.
Gồm các thông số cần nhập (chú thích
các thơng số ở cuối bài)
Sau khi nhập xong dữ liệu cần Save lại
đi .pem
Dữ liệu nhập thành cơng thì phần phía
góc trái cuối màn hình hiện lên tên file đã
save.
Lưu ý: Trong giao diện phần mềm có
mục option. Người sử dụng phần mềm bắt
buộc phải nghiên cứu và tìm hiểu để sử
dụng phần này, nếu khơng kết quả tính tốn
sẽ khơng thể tin cậy được.


Giao diện chính phần mềm CROPWAT 8.0


Để nguyên bảng dữ liệu thu nhỏ màn hình lại, khơng đóng dữ liệu.
- Nhập dữ liệu về lượng mưa
Khi nhập lượng mưa trung bình tháng nhiều năm thì phần mềm sẽ tự tính
ra mưa hiệu quả theo cơng thức đã chọn ở phần options
Nhập xong dữ liệu save file lại đuôi . crm
Để nguyên bảng dữ liệu thu nhỏ màn hình lại, khơng đóng dữ liệu.


- Nhập dữ liệu về cây trồng

Khi nhập dữ liệu của cây trồng, nếu như
ta có đủ tài liệu của các thơng số như
trong bảng u cầu thì nhập. Nếu như
khơng có đủ ta có thể mượn thơng số từ
kho dữ liệu của phần mềm bằng cách
chọn File <loại cây trồng.
Màn hình windows sẽ hiện lên bảng dữ
liệu của cây trồng .


Dựa vào tài liệu thu thập được để nhập các số liệu về đất đai, cây trồng.
Làm các thao tác tương tự như trên save file, thu nhỏ cửa sổ.
Chú ý khi save file ta chọn tên mới tuỳ theo vùng tính tốn để file dữ liệu trong
kho khơng bị replace (ghi đè).
- Nhập dữ liệu về đất đai canh tác
Khi nhập các dữ liệu về đất đai, cũng tương tự như nhập dữ liệu về cây trồng, ta
có thể sử dụng kho dữ liệu của phần mềm Cropwat để nhập.
- Nhập dữ liệu về tỉ lệ % diện tích loại cây trồng
Tỉ lệ % của loại cây đã nhập các thông số về cây trồng ở trên so với tồn bộ diện
tích canh tác.


Đọc kết quả
Sau khi nhập xong dữ liệu. Nhấn vào biểu tượng:

Đây là lượng nước cây trồng cần tưới trong 1 tuần (chú ý 1 tuần ở đây là tuần
thuỷ văn, tính là 10 ngày, 1 tháng bao gồm: thượng tuần, trung tuần, hạ tuần)
Kết quả này dùng để tính tốn chế độ tưới, về cách thức tính tốn chế độ tưới để
ra yêu cầu dùng nước của các loại cây trồng.

Lưu ý:
- Khi cần tính chế độ tưới theo ngày ta hồn tồn có thể tính được khi ta nhập
số liệu mưa theo ngày.
- Các slides trong phần này chỉ mang tính hướng dẫn chung, khi người học trực
tiếp sẽ được giảng cụ thể hơn.


CHƯƠNG 3

HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG
PHẦN MỀM SIMIS – QUẢN LÝ HỆ THỐNG TƯỚI
SCHEME IRRIGATION MANAGEMENT INFORMATION SYSTEM


3.1 GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM
⚫

⚫

Hiện nay, việc xây dựng và phát triển các phần mềm quản lý hệ thống
thuỷ lợi (HTTL) cịn tiến triển chậm và chỉ có một vài phần mềm ứng
dụng tổng hợp, đa năng đáp ứng các yêu cầu cơ bản về trợ giúp quản lý
điều hành các hệ thống.
Ban Quản lý và phát triển tài nguyên nước của Tổ chức Nông nghiệp và
Lương thực Thế giới (FAO) đã phát triển một số công cụ được sử dụng
như những hệ thống thông tin quản lý trong lĩnh vực phát triển bền vững
tài nguyên nước. Những công cụ đó bao gồm hệ thống thơng tin thống kê
về sử dụng nước ở các vùng nông nghiệp; các phần mềm về nhu cầu
nước của cây trồng, lập kế hoạch và quản lý tưới tiêu; và các tài liệu
giảng dạy, đào tạo phục vụ phát triển tưới tiêu…

3.1 GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM

⚫

⚫
⚫

Trong số các công cụ nói trên, phần mềm quản lý hệ thống tưới
SIMIS (Scheme Irrigation Management Information System) là bộ
phần mềm đa năng trợ giúp ra quyết định cho công tác quản lý,
vận hành, duy tu, bảo dưỡng các hệ thống tưới tiêu. Phần mềm
này bao gồm 2 Modul chính:
1). Tính tốn nhu cầu nước, kế hoạch tưới, kế hoạch vận hành cho
hệ thống;
2). Lập kế hoạch duy tu bảo dưỡng, kế toán, quản lý nhân sự, thuỷ
lợi phí, tính tốn xác định các chỉ tiêu kinh tế của hệ thống…


3.1 GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM
⚫
⚫

⚫

Phần mềm SIMIS đã được kiểm chứng và sử dụng rộng rãi ở nhiều nước trên
thế giới.
Phương pháp tiếp cận cơ bản trong việc xây dựng và phát triển phần mềm
SIMIS là tạo ra một bộ phần mềm chương trình đa năng có thể sử dụng cho

hầu hết các HTTL. Nó cho phép mơ phỏng các kịch bản nước đến và nước
cần khác nhau và so sánh với tình hình hiện tại. Do đó, SIMIS cũng có thể
được coi là một cơng cụ hữu ích trong cơng tác cải tạo, nâng cấp và hiện đại
hố các HTTL.
SIMIS sử dụng đơn giản, đa ngôn ngữ (Tiếng Anh, tiếng Pháp và tiếng Tây
Ban Nha), có thể điều chỉnh cho phù hợp với các điều kiện cụ thể khác nhau,
bao gồm rất nhiều công cụ bẫy lỗi dữ liệu khơng xác định hoặc khơng phù
hợp. Nó cịn cho phép xử lý cùng một thông tin cơ bản theo các cách khác
nhau để tạo ra những dữ liệu mới cần thiết cho công tác quản lý hệ thống
hàng ngày…