Giáo trình quy hoạch và thiết kế hệ thống thủy lợi - Chương 2 doc

Quy hoạch và thiết kế hệ thống thủy lợi 20
Chơng 2
Quan hệ đất - nớc v cây trồng,
nguyên lý điều tiết nớc ruộng
2.1. ảnh hởng của nớc đối với sự phát triển của cây trồng và
tác dụng cải tạo đất
Nhờ có nớc, chất dinh dỡng, nhiệt độ, ánh sáng và không khí mà cây trồng phát
triển bình thờng. Các yếu tố ảnh hởng lẫn nhau và có tác dụng quan trọng ngang nhau
không thể thay thế nhau đợc. Phối hợp tốt các yếu tố này thì cây trồng phát triển thuận lợi,
cũng nh làm thay đổi quá trình hình thành đất, không ngừng tăng độ phì cho đất.
Trong các yếu tố trên, nớc và chất dinh dỡng là hai yếu tố quan trọng và đóng vai
trò quyết định. Mỗi quá trình tạo thành và phân hủy của thực vật đều lấy nớc làm môi
giới. Nớc chiếm đến 80% trong nguyên sinh chất của thực vật. Nớc giúp quá trình phân
giải chất hữu cơ trong đất hoặc các quá trình trao đổi khác.
Nhờ có nớc hòa tan các chất khoáng trong đất trồng mà rễ cây mới có thể hút và vận
chuyển các chất đó từ rễ lên thân và lá để nuôi cây. Nhờ có đầy đủ nớc trong các tế bào
mà cây có thể duy trì đợc áp lực bình thờng.
99,8% lợng nớc đã bốc hơi qua các khí khổng ở mặt lá để điều tiết nhiệt độ cho cây,
bảo đảm sự sinh hoạt bình thờng của cây, chỉ có 0,2% lợng nớc là tham gia vào việc tạo
thành thân và lá cây, lợng nớc này tuy ít nhng không thể thiếu đợc. Vì vậy phải bảo
đảm đầy đủ lợng nớc cho cây.
Khả năng hút nớc của rễ cây trong đất phụ thuộc vào lợng ngậm nớc trong đất và
nồng độ dung dịch của các chất trong đất.
2.1.1. ảnh hởng của nớc đến khả năng hút nớc của cây trồng
1. Năng lực hút nớc của rễ cây có thể biểu thị bằng hệ thức
=


=
+

n
Pi i Xi
i1
Pi ri
gZ
U
RR
(2.1)
trong đó:
U - năng lực hút nớc của rễ, thờng biểu thị bằng áp lực hoặc độ cao cột nớc;

Pi
- thế năng dẫn của lớp i (bao gồm cả khả năng thẩm thấu);
Chơng 2 - Quan hệ đất - nớc và cây trồng, nguyên lý điều tiết nớc ruộng 21

Xi
- thế năng của nớc trong rễ;
R
Pi
- sức cản của đất ở lớp i;
R
ri
- sức cản của rễ, sức cản này đợc xác định theo hệ thức:
n
ri i
R
RL
n
=

R
n
- độ sâu rễ;
L
i
- mật độ rễ ở lớp i;
n - số lớp tính toán mật độ rễ cây.
Năng lực hút nớc của rễ cây có quan hệ với sức giữ nớc của đất (áp lực giữ nớc của
đất), mà áp lực giữ nớc của đất lại có quan hệ với độ ẩm của đất.
áp lực giữ nớc của đất
tỷ lệ nghịch với độ ẩm của đất, độ ẩm càng bé thì lực giữ nớc của đất càng lớn và ngợc
lại. Để cây trồng có thể hút đợc nớc từ trong đất thì áp lực hút của rễ cây phải thắng đợc
áp lực giữ nớc của đất.
Ta có thể biểu diễn phơng trình đại số về lực giữ nớc trong đất đợc biểu thị bằng
thế năng:
= H
a
+ gZ + P

(2.2)
- tổng thế năng giữ nớc của đất, có thể biểu thị bằng bar hoặc cm cột nớc;
H
a
- lực hút, khi đất ở trạng thái khô thì xuất hiện lực này. áp suất giữ nớc có thể đạt
hàng chục, hàng trăm bar tùy thuộc vào trạng thái khô của đất;
- lực mao quản, xuất hiện ở trạng thái nớc mao quản. Lực này bé hơn lực hút (lực
dính kết);
gZ - lực trọng trờng, lực này xuất hiện ở trạng thái nớc tự do, biến đổi theo sức hút
của trái đất và vị trí thế;

P

- lực thủy tĩnh, lực này xuất hiện khi nớc trong đất đã bão hòa.
Tổng thế năng giữ nớc của đất
thay đổi theo trạng thái ẩm của đất, đất càng khô
kiệt, giá trị
càng lớn và ngợc lại. ở một trạng thái ẩm của đất, chỉ tồn tại một thành phần
chiếm u thế của các thế thành phần, ví dụ ở trạng thái nớc liên kết (đất rất khô) thì giá trị
H
a
chiếm u thế, còn các thành phần khác bỏ qua.
Trong 4 thành phần trên, lực hút và lực mao quản là quan trọng nhất.
Lực hút là do tác dụng hấp dẫn đợc thực hiện đối với nớc của bề mặt phân tử đất.
Lực hút có giá trị đến hàng ngàn kg/cm
2
mà tác dụng trên khoảng cách vô cùng bé, chỉ 1/10
angstrom (1 angstrom = 10
-7
mm).
Nhờ lực hút nớc đợc giữ chặt trong phân tử đất và nhờ lực dính các phần tử nớc sẽ
liên kết với nhau và tạo thành màng ở xung quanh phần tử đất. Màng càng dày thì phân tử
nớc ở bên ngoài của màng giữ lại với lực rất nhỏ đến khi lực hút triệt tiêu. Có nghĩa là lực
hút tỷ lệ nghịch với độ dày của màng nớc phía ngoài phân tử đất.
Quy hoạch và thiết kế hệ thống thủy lợi 22
Có thể nói rằng:
- Đất bão hòa nớc, để tách nớc khỏi đất thì cần năng lợng bé, vì nớc đợc giữ với
áp lực nhỏ;
- Đất càng khô thì yêu cầu ngợc lại;
-
ở mặt nớc tự do (mức nớc tĩnh) thì áp lực và sức căng bằng 0;

-
ở mặt nớc thủy tĩnh (vùng viền mao quản) áp lực là âm, bé hơn áp lực atmosfer (áp
lực khí quyển);
-
ở dới mặt nớc tự do áp lực là dơng, tức là lớn hơn áp lực atmosfer (áp lực khí
quyển).
Cả hai loại áp lực âm và dơng ta gọi là khoảng thế áp lực.
Theo Schofield đề nghị loại đơn vị xác định thế của độ ẩm là pF (logarit của thế ẩm)
biểu thị bằng cm cột nớc.
pF = 0 : Loại đất bão hòa nớc;
pF = 3 : Đất ẩm ở sức trữ nớc đồng ruộng;
pF = 3,7 : Đất ẩm ở hệ số héo tạm thời;
pF = 4,2 : Đất ẩm ở hệ số héo vĩnh viễn;
pF = 6,5 : Đất ẩm ở hệ số hút nớc;
pF = 7 : Đất gần khô hoàn toàn.
Điều này có ý nghĩa quan trọng về lý thuyết và thực tế của sức giữ nớc đối với các
loại đất khác nhau.
Đất cát có sức giữ nớc bé hơn sức giữ nớc ở đất sét nếu cùng một độ ẩm.
Do đó có thể kết luận: Sự hấp thụ nớc đối với cây trồng không chỉ quan hệ với lợng %
ẩm trong đất mà còn có quan hệ với sức giữ nớc của đất.
áp lực ẩm trong đất bằng 2atm
thì nớc trong đất đợc cây hấp thụ dễ dàng.
áp lực cần thiết để tách nớc trong đất:
- Bằng không đối với đất bão hoà nớc;
- Bằng

ữ


11

10 3

atm đối với đất có độ ẩm là sức trữ nớc tối đa đồng ruộng;
- Bằng (15
ữ 16) atm độ ẩm tơng đơng với hệ số cây héo.
Quan hệ giữa độ ẩm của đất và áp lực giữ ẩm có thể biểu thị bằng biểu đồ hình 2.1.
2. Phơng pháp xác định sức giữ nớc của đất
Có thể thực hiện bằng các phơng pháp:
- Phơng pháp phân tích trọng lợng. Đây là phơng pháp cổ truyền, nhng mất nhiều
thời gian.
- Phơng pháp xác định bằng áp lực kế (Tensiometer).
Chơng 2 - Quan hệ đất - nớc và cây trồng, nguyên lý điều tiết nớc ruộng 23
- Phơng pháp xác định bằng Ohm kế.

Hình 2.1: Quan hệ giữa độ ẩm và sức giữ ẩm của đất
a) Phơng pháp đo bằng áp lực kế (Tensiometer Richards)
Cấu tạo: Gồm ba bộ phận là bình xốp, ống chứa nớc, áp lực kế

Quy hoạch và thiết kế hệ thống thủy lợi 24
Hình 2.2: Tensiometer đo độ ẩm của đất
1- Bình xốp; 2- ống chứa nớc; 3- áp lực kế
Nguyên lý đo: Dựa trên cơ sở cân bằng lực giữ ẩm trong đất và thiết bị đo (bình xốp
hút ẩm).
Cách đo:
+ Đa đầu có bình xốp vào trong đất ở vị trí cần đo (độ sâu nào đấy của tầng đất);
+ Nớc giữ trong đất sẽ cân bằng với nớc trữ trong bình xốp và trong hệ thống kín;
+ áp lực tăng lên và truyền vào cột nớc trong ống và thiết bị đo áp lực (Tensiometer).
Đồng hồ đo phân chia từ 0 ữ 100 centibar (1 bar = 1 atm).
Theo Marsh phân tích giá trị số đọc đợc trên Tensiometer nh sau:
- Số đọc nằm giữa 10 và 25 là điều kiện lý tởng, thích hợp giữa tỷ lệ nớc và không

khí đối với cây trồng cạn.
- Số đọc từ 40 ữ 50: Nhiều loại cây trồng rễ sâu từ 50cm bắt đầu thiếu nớc.
- Số đọc 70: Đất có kết cấu trung bình và cây trồng có rễ phát triển đến 75cm cần tới.
- Số đọc 70: Tới có thể bắt đầu (2 ữ 3 ngày) sau khi đọc số này.
- Số đọc 80: Cần tới đối với hầu hết các loại cây trồng.
Những tiện lợi của loại thiết bị này:
- Có thể đo liên tục;
- Giá thành thiết bị không đắt, dễ chế tạo;
- Xác định độ ẩm nhanh ở thời điểm ẩm của đất;
- Sai số chỉ khoảng 2%.

Nhợc điểm:
- Chỉ đo đợc từ 0 ữ 0,85 atm, với đất có áp lực giữ nớc cao hơn thì không khí sẽ chui
vào bình xốp và thiết bị ngừng hoạt động
- Không sử dụng đợc ở độ sâu lớn.
b) Đo bằng Ohm kế
Thiết bị sẽ khắc phục đợc nhợc điểm của thiết bị trên. Bouyoucos đã nghiên cứu chế
tạo loại thiết bị này.

Cấu tạo: gồm ba bộ phận chính
1. Ohm kế;
2. Một hộp xốp;
3. Hai dây nối với hai điện cực.
Chơng 2 - Quan hệ đất - nớc và cây trồng, nguyên lý điều tiết nớc ruộng 25

Nguyên lý: Dựa trên quan hệ giữa điện trở và áp lực giữ ẩm trong đất, mà độ ẩm của
đất lại quan hệ với áp lực giữ ẩm. Quan hệ này đợc thể hiện ở bảng 2.1.

Hình 2.3: Thiết bị đo độ ẩm của đất bằng Ohmetre
Bảng 2.1 - Quan hệ giữa lực giữ ẩm và điện trở
Lực giữ ẩm (atm) Điện trở (Ohm)
0
0,5
1,0
2,0
4,0
8,0
300
1100
2500
8500
29000
80000
Tiện lợi của thiết bị:
- Làm việc rất nhẹ nhàng;
- Đo đợc nhiều điểm cùng một lúc;
- Sai số chỉ đạt 1%;
- Đo đợc áp lực lớn (đối với đất khô).
3. Các chỉ số vật lý của đất có quan hệ đến khả năng hút nớc của cây
a) Hệ số hút nớc

h
1

1
2
3
2
3
: Ohmetre

: Dây cách điện

: Hộp xốp
Dây cách điện phía ngoài
Quy hoạch và thiết kế hệ thống thủy lợi 26
Hệ số này biểu hiện lợng nớc mà đất khô ở 105C có thể hút nớc trong không khí
gần bão hoà hơi nớc. Hệ số này sẽ đợc biểu thị bằng % của trọng lợng đất khô sấy
ở 105C.
Giá trị này thay đổi theo loại đất, cấu tạo đất, đặc biệt là lợng sét chứa trong đất với
lợng mùn.
b) Hệ số héo

ch
Hệ số héo đợc biểu thị bằng lợng chứa ẩm có trong đất mà ở đó cây trồng sẽ bị héo
và chết.
- Hệ số héo cũng biểu thị bằng % trọng lợng đất khô sấy ở 105
0
C.
- Phơng pháp xác định chủ yếu bằng thực nghiệm.
- Với phơng pháp gián tiếp có thể xác định bằng hệ thức kinh nghiệm.

ch
= 1,5

h
Hoặc:
ch
= 0,05 + 0,35A
A: Lợng chứa sét trong đất (%).
c) Độ ẩm tối đa đồng ruộng

đr
Độ ẩm tối đa đồng ruộng
đr
là độ ẩm có trị số mà khi độ ẩm của đất vợt quá trị số
này thì sinh ra nớc trọng lực. Độ ẩm tối đa đồng ruộng còn đợc gọi là độ ẩm lớn nhất của
đất, nó thể hiện khả năng giữ nớc tối đa của đất.
Giá trị này thờng thay đổi theo cấu trúc và kết cấu của từng loại đất.
Phơng pháp xác định

đr
theo cấu trúc đất tự nhiên, chọn diện tích 1/1 hoặc 4/4m,
xung quanh đóng ván cừ ở độ sâu 0,5m. Tới nớc đến khi bão hoà rồi để nớc thoát đi.







Không thích hợp
với cây trồng
Nớc hút
(liên kết)

Thích hợp cho
kéo dài sự sống
Thích hợp cho
sự tăng trởng
Nớc mao quản
ớc phải
i cây
ạn
c
Đất khô hoàn toàn



Hệ số hút nớc ở không khí bão hòa




Hệ số héo




Độ ẩm tối đa đồng ruộng



D n
tiêu vớ
trồng c

Nớc trọng lự
Độ ẩm bão hòa
Chơng 2 - Quan hệ đất - nớc và cây trồng, nguyên lý điều tiết nớc ruộng 27


Hình 2.4: Sơ đồ quan hệ về các đặc trng vật lý với trạng thái nớc
Sau 1 ữ 3 ngày đối với đất nhẹ, 4 ữ 6 ngày đối với đất nặng thì lấy mẫu phân tích xác
định độ ẩm

đr
mỗi ngày 2 lần; xác định 2 ữ 3 lần liên tục ở cùng độ sâu, sẽ nhận đợc độ
ẩm xấp xỉ nhau, đó chính là độ ẩm tối đa đồng ruộng.
4. Về độ ẩm thích hợp và độ ẩm thích hợp bé nhất đối với cây trồng cạn
Độ ẩm thích hợp bé nhất trong đất là độ ẩm cần duy trì tối thiểu, không đợc phép
giảm dới giá trị đó trên chiều sâu phát triển của bộ rễ cây chính để đảm bảo cây phát triển
tối u và cho năng suất lớn nhất trên 1ha.
Có ba quan điểm xác định độ ẩm này:

a) Quan điểm thứ nhất: Theo quan điểm của Veihmeyer và Hendrickson
Các tác giả này cho rằng độ ẩm thích hợp đối với cây trồng là bằng hiệu số giữa độ ẩm tối
đa đồng ruộng
đr
và hệ số héo
ch
: (
đr
-
ch
) theo quan hệ đờng thẳng nằm ngang.
Bằng một loạt thực nghiệm trên các vờn cây ăn quả, ngời ta đã phản đối quan điểm này.

Hình 2.5: Quan hệ giữa độ ẩm và năng suất cây trồng
b) Quan điểm thứ hai: Theo Dolgov, Rode và Richards cho rằng lợng nớc thích hợp
trong đất đối với cây là giảm dần từ độ ẩm tối đa đồng ruộng đến hệ số héo một cách đồng
nhất theo đờng thẳng.

100 (B
đr
B) 75 50 25 0
Lợng nớc thích hợp Hệ số héo (
B
ch
B)
0

Năng suất đạt đợc
100%

75

50

25





Quy hoạch và thiết kế hệ thống thủy lợi 28

Hình 2.6: Quan hệ giữa năng suất và lợng nớc thích hợp
Theo quan điểm này để bảo đảm độ ẩm trong đất luôn luôn đạt đợc giá trị cao thì
phải tới rất dày và với lợng nớc nhỏ. Lý thuyết này không đúng đắn hoàn toàn.

c) Quan điểm thứ ba: Đa số nhà nghiên cứu đều cho rằng lợng nớc thích hợp có
quan hệ với áp lực giữ nớc trong đất (cấu trúc loại) và thay đổi theo dạng đờng cong.








100 (
đr
) 75 50 25 0
Lợng nớc thích hợp Hệ số héo
ch

Năn
g
suất đạt đ
ợ
c
100%

75

50

25

0

Đất nhẹ
Đất trung bình

Đất nặng
Hình 2.7: Quan hệ giữa năng suất đạt đợc và lợng nớc thích hợp [35]
Từ những lý do trên đi đến xác định độ ẩm thích hợp bé nhất trong đất cần duy trì
không chỉ có quan hệ với độ ẩm tối đa đồng ruộng (
đr
) mà còn có quan hệ với tính chất
của đất.







Độ ẩm thíc



h hợp %
100
90

80
70
60
50
40
30
20
10
(
ch
) 0
Hệ số héo
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
áp lực giữ ẩm thích hợp (atm)
Độ ẩm tối đa đồng ruộng
75% thích hợp
Đất sét

50% thích hợp

Đất thịt
25% thích hợp
Đất cát
Hình 2.8: Quan hệ giữa độ ẩm thích hợp và áp lực giữ ẩm của đất [35]
Từ biểu đồ trên ta thấy:
Chơng 2 - Quan hệ đất - nớc và cây trồng, nguyên lý điều tiết nớc ruộng 29
ở độ ẩm thích hợp 75% thì: - Đất sét là 2 atm
- Đất thịt là 1 atm
- Đất cát là 0,5 atm
ở độ ẩm thích hợp 50% thì: - Đất sét là 4,5 atm

- Đất thịt là 2 atm
- Đất cát là 1,0 atm
ở độ ẩm thích hợp 25% thì: - Đất sét là 9 atm
- Đất thịt là 6 atm
- Đất cát là 2 atm
Từ đó ngời ta xác định độ ẩm thích hợp đối với cây trồng là tơng ứng với áp lực giữ
nớc của đất là 2 atm. Do đó đi đến xác định độ ẩm bé nhất thích hợp có thể xác định theo
các hệ thức sau:
- Đất sét:
()

=

+



min ch dr ch
3
4

- Đất thịt:
()

=

+

min ch dr ch
3
2

- Đất cát:
()

=

+



min ch dr ch
3
1

Trong đất mặn thì
min
còn có quan hệ với nồng độ muối trong đất.
Một số tài liệu cũng đề nghị về độ ẩm giới hạn (độ ẩm giới hạn dới cần duy trì).
- Đất cát và cát pha:
cr
= (0,55 ữ 0,65)
đr
- Đất sét trung bình và sét nhẹ:
cr
= (0,65 ữ 0,75)
đr
- Đất sét pha và sét:

cr
= (0,75 ữ 0,85)
đr
Ngời ta đã xây dựng sơ đồ tổng hợp quan hệ giữa dạng nớc, đặc trng vật lý và độ
ẩm thích ứng.
Nớc
tự do
Nớc
liên kết
hóa học
Nớc
liên kết
chặt
Hệ số hút nớc lớn nhất
Khả năng lớn nhất của sự hút nớc
Hệ số héo
Độ ẩm gián đoạn của sự liên tục mao quản
Khả năng mao quản
Khả năng bão hòa
Khả năng trữ nớc tối đa đồng ruộng
Khô hoàn toàn
Nớc d, thiếu không khí
Nớc rất dễ hấp thụ
Nớc dễ hấp thụ
Nớc chậm và khó hấp thụ
Nớc không hấp thụ
đợc đối với thực vật
Quy hoạch và thiết kế hệ thống thủy lợi 30
Hình 2.9: Sơ đồ tổng hợp về quan hệ giữa dạng nớc đặc trng vật lý
và độ ẩm thích hợp đối với cây trồng

2.1.2. ảnh hởng của nớc trong đất đối với chế độ thoáng khí của đất trồng
Trong khe rỗng của đất có nớc và không khí, nớc nhiều thì không khí ít và ngợc
lại. Để bảo đảm cây có thể hô hấp thuận lợi, ở ruộng trồng cây trồng cạn, thể tích không
khí phải bảo đảm lớn hơn 10% thể tích khe rỗng. Nếu nớc quá nhiều thì rễ cây sẽ hô hấp
khó khăn và khi đó rễ cây tiết ra chất độc. Nếu tình trạng thiếu không khí kéo dài thì sự hô
hấp sẽ kém đi và cuối cùng sẽ ngừng hẳn. Vì vậy đối với cây trồng cạn mà để nớc ngập
quá
1 ữ 2 ngày thì ảnh hởng đến sự sinh trởng bình thờng của cây trồng. Nếu ngập lâu thì
cây trồng sẽ chết.
Đối với cây lúa do cấu tạo thân cây có thể sống dới nớc đợc, vì cây lúa có thể lấy
không khí từ trên thông qua ống rỗng của lá và thân để cung cấp cho bộ rễ hô hấp. Tuy vậy
nếu ngập quá sâu, thiếu ánh sáng lúa không hút đợc thức ăn sẽ đẻ kém làm đòng muộn và
chín chậm, sản lợng sẽ giảm thấp. Nếu để ngập quá sâu, để bảo đảm sự hô hấp, cây sẽ
vơn cao, ống thông hơi sẽ mở rộng, ống cây lớn lên và tế bào mỏng, thân cây mềm yếu sẽ
dễ bị đổ.
Mặt khác, do thiếu không khí, bộ rễ sẽ kém phát triển và sẽ không cắm sâu vào đất và
không giữ đợc cây vững chắc. Độ ngập của lúa theo giai đoạn sinh trởng, độ ngập thờng
tăng theo giai đoạn phát triển của lúa.
2.1.3. ảnh hởng của nớc trong đất đến chế độ nhiệt của đất
Ta dùng khái niệm tỷ nhiệt để giải thích vấn đề này. Theo định nghĩa tỷ nhiệt là nhiệt
lợng sản sinh trong môi trờng đất ở độ ẩm nhất định. Nếu ta dùng tỷ nhiệt của nớc làm
chuẩn, xem là 1 thì tỷ nhiệt của không khí chỉ bằng
1
3300
lần tỷ nhiệt của nớc mà tỷ nhiệt
của đất khô bằng
ữ
11
45
tỷ nhiệt của nớc. Ví dụ, tỷ nhiệt của cát là 0,19, tỷ nhiệt của đất

sét là 0,22 và tỷ nhiệt của đất bùn là 0,25 tỷ nhiệt của nớc.
Khi độ ẩm trong đất bé sẽ dẫn đến nhiệt lợng trong đất sẽ bé và ngợc lại. Lợi dụng
tính chất đó có thể rút bớt nớc trong đất để giảm nhiệt độ trong đất hoặc ngợc lại để tạo
đợc nhiệt độ phù hợp với yêu cầu của cây.
Nhiệt lợng của môi trờng đất có quan hệ với độ ẩm của đất theo tỷ lệ thuận, độ ẩm
lớn, nhiệt lợng sẽ tăng và ngợc lại.
Bảng 2.2 - Quan hệ giữa độ ẩm và nhiệt lợng trong đất
Độ ẩm
Nhiệt lợng (%) Calo/m
3
)
0 20 50 70 100
Chơng 2 - Quan hệ đất - nớc và cây trồng, nguyên lý điều tiết nớc ruộng 31
Loại đất
Đất cát
Đất sét
Đất mùn
302
240
148
385
357
223
510
532
525
592
648
676
717

823
902
2.1.4. ảnh hởng của nớc trong đất đến chế độ thức ăn của cây trồng
Vi sinh vật cần một lợng không khí và nhiệt độ để phân giải chất hữu cơ thành
khoáng chất mà cây trồng có thể hút đợc.
N ớc ít, không khí nhiều, sự hoạt động của vi sinh vật háo khí sẽ mạnh, khoáng chất
đợc phân giải từ chất hữu cơ sẽ nhiều. Nhng nếu nớc ít, cây không thể lợi dụng đợc
thức ăn đó, khi gặp ma sẽ bị trôi đi. Nếu nớc trong đất nhiều, sự hoạt động của vi sinh
vật yếm khí sẽ mạnh và sự hoạt động của vi sinh vật háo khí bị hạn chế. Vì vậy, các chất
hữu cơ không đợc phân giải và sẽ tiết ra chất a xít làm cho đất bị chua.
Vì vậy, phải bảo đảm một độ ẩm thích hợp trong đất để tạo đợc chế độ thức ăn thích
hợp. Ví dụ đối với cây lơng thực, thể tích không khí cần bảo đảm khoảng 20 ữ 30% độ
rỗng, vì thế độ ẩm trong đất sẽ là 70 ữ 80% độ rỗng của đất.
Khi nớc ngầm cao, nớc mao quản sẽ leo lên làm độ ẩm của đất vợt quá độ ẩm giới
hạn, do đó phải khống chế mực nớc ngầm ở một độ sâu nhất định đối với cây trồng cạn.
Độ cao khống chế của mực nớc ngầm phụ thuộc vào loại đất và giai đoạn sinh trởng của
cây trồng.
2.1.5. ảnh hởng của nớc trong đất đến độ phì nhiêu của đất
N ớc làm thay đổi tính chất vật lý của đất và điều hòa nhiệt độ trong đất. Nhiệt độ có
ảnh hởng đến chế độ thoáng khí và thoáng khí lại ảnh hởng đến sự hoạt động của vi
sinh vật.
Mặt khác nớc sẽ ảnh hởng đến cấu tợng đất. Nếu nớc trong đất có độ ẩm thích
hợp thì đất sẽ tạo thành cấu tợng viên tốt và ổn định. Các chất mùn do nớc sẽ làm thành
keo dính các hạt đất lại với nhau. Nớc quá nhiều làm hòa tan các chất muối và các chất dễ
hòa tan (N, P, K) ở các tầng trên đa xuống tầng dới và kéo theo hạt mịn làm tầng dới
thêm chặt và ít ngấm nớc sẽ hạn chế sự hoạt động của bộ rễ mà tầng trên thì nghèo chất
dinh dỡng.
Có thể xem ví dụ ảnh hởng của tới đến thay đổi cấp hạt của đất (theo tài liệu của
Trờng Đại học Cuban - Liên Xô cũ).
Bảng 2.3 - ảnh hởng của tới đến cấp hạt của đất

Đất trồng Các cấp hạt (%)
Quy hoạch và thiết kế hệ thống thủy lợi 32
3 ữ 1mm 1 ữ 0,25mm < 0,25 mm
Không tới
Sau 3 năm tới
Sau 15 năm tới
31,43
23,18
14,78
41,05
46,61
50,32
27,52
30,22
34,90
Bảng 2.4 - ảnh hởng của tới đến dung trọng và độ rỗng (theo Ghienko)
Không tới Có tới
Đất trồng
Độ sâu lớp đất
(cm)
Dung trọng Độ rỗng (%) Dung trọng Độ rỗng (%)
Tới 4 lần
(cà chua)
2 ữ 7
10 ữ 15
20 ữ 25
1,17
1,20
1,27
59,7

55,5
52,4
1,18
1,30
1,33
55,5
51,3
50,1
ảnh hởng của tới làm cho hệ số thấm của đất cũng bị giảm đi.
2.2. Các dạng nớc trong đất
Theo sự phân loại đơn giản và phổ biến (theo Briggs) thì nớc trong đất đợc phân làm
ba loại: Nớc trọng lực, nớc mao quản và nớc liên kết.
2.2.1. Nớc trọng lực
Nớc trọng lực là nớc ở giữa độ ẩm tối đa (độ ẩm giới hạn lớn nhất) và độ ẩm bão
hòa của đất. Nớc trọng lực chiếm độ rỗng lớn của đất và vận chuyển trên hớng thẳng
đứng về phía dới, dới ảnh hởng của trọng lực. Nớc trọng lực còn có tên gọi là nớc tự
do vì nó không liên kết với đất.
2.2.2. Nớc mao quản
Nớc mao quản biểu thị phần nớc giữa độ ẩm tối đa và hệ số hút nớc. Nó chiếm
những chỗ rỗng nhỏ hơn của đất và chuyển động đợc là nhờ lực mao quản, do đó mang
tên là nớc mao quản. Nớc mao quản vận chuyển theo tất cả các hớng nhng chậm hơn
nhiều so với nớc trọng lực. Thờng vận chuyển theo hớng áp lực lớn nhất tức là những
phần tử ẩm hơn về những phần tử khô hơn của đất. Nớc mao quản là dạng nớc quan
trọng nhất vì nó lu động và nhạy cảm đối với thực vật, thực vật sẽ hút đợc dễ dàng.
2.2.3. Nớc liên kết
Nớc liên kết là dạng nớc gắn chặt với những phần tử đất dới dạng một màng mỏng,
không chuyển động dới ảnh hởng của trọng lực và lực mao quản. Nớc liên kết sẽ đợc
chuyển động trong đất sau khi nó chuyển sang trạng thái hơi. Nó không nhạy cảm đối với
thực vật.
Tỷ lệ giữa ba dạng nớc này là phụ thuộc vào cấu tạo đất, cấu trúc, hàm lợng mùn và

nhiệt độ của nớc trong đất.
Chơng 2 - Quan hệ đất - nớc và cây trồng, nguyên lý điều tiết nớc ruộng 33
Về quan điểm nhạy cảm đối với thực vật, ngời ta chia làm nớc nhạy cảm và không
nhạy cảm.
Nớc nhạy cảm biểu thị sự chênh lệch giữa độ ẩm tối đa và hệ số héo. Nớc không
nhạy cảm bao gồm giữa nớc liên kết và một phần nhỏ nớc mao quản, tơng ứng giữa hệ
số héo và hệ số hút nớc.
Ngoài những khái niệm này, Lebedev có xét loại nớc màng là phần nớc giữ đợc do
lực phân tử, nó chiếm vị trí trung gian giữa nớc liên kết và nớc mao quản về mặt nhạy
cảm và lu động.
2.3. Chuyển động của nớc trong đất
Sự chuyển động của nớc trong đất là một hiện tợng phức tạp, nó có thể theo các
hớng khác nhau và có thể do nhiều nguyên nhân khác nhau.
Ngời ta thờng chia ba dạng chuyển động chính của nớc trong đất:
- Sự chuyển động của nớc dới dạng hơi;
- Sự chuyển động ở dạng mao quản;
- Sự chuyển động trọng lực.
2.3.1. Sự chuyển động của nớc dới dạng hơi
Nớc ở dạng này chuyển động đợc là nhờ chênh lệch áp lực hơi giữa hai vùng. Nớc
sẽ bốc hơi qua sự làm nóng, còn hơi sẽ khuyếch tán trong lỗ đất đầy không khí sát bề mặt
của nó. Một phần hơi sẽ đợc ngng tụ, còn một phần sẽ bay vào khí quyển.
Hơi sẽ chuyển động theo quy luật của khí động lực học.
2.3.2. Chuyển động của nớc mao quản
Chuyển động của nớc mao quản trong đất là nhờ tác dụng của lực hút và lực dính tức
là dới tác dụng của thế mao quản. Chuyển động mao quản của nớc trong đất là nhờ
chuyển động đặc trng của đất không bão hòa.
Dới dạng mao quản, nớc nhạy cảm đối với thực vật. Do đó sự tăng nớc mao quản
trong đất từ mực nớc ngầm là rất cần thiết đối với đất trồng trọt. Đối với vùng tới có
nớc ngầm cao và mặn cần phải lu ý đến hiện tợng mặn tái sinh.
Sự chuyển động mao quản là ảnh hởng mạnh bởi cấu trúc đất. Sự chuyển động mao

quản trong lỗ có kích thớc bé là do chênh lệch áp suất giữa những màng nớc có độ dày
khác nhau ở xung quanh phần tử đất. Sự chuyển động sẽ xảy ra từ màng dày hơn về các
màng mỏng hơn, nói một cách khác là nớc chuyển từ vùng áp suất giữ nớc thấp sang
vùng có áp suất giữ nớc cao.
ở đất cha bão hòa nớc, sự chuyển động mao quản của nớc là chậm hơn ở đất cát và
nhanh hơn ở đất sét.
ở đất đã bão hòa nớc thì ngợc lại.
Độ dâng lên của nớc trong đất là do lực mao quản:
Quy hoạch và thiết kế hệ thống thủy lợi 34
=
dS
p
dV
(2.3)
Độ cao dâng lên do mao quản xác định theo hệ thức:

=

c
a
H2
r.
, (m) (2.4)
trong đó:
- sức căng bề mặt nớc;
r - bán kính của ống mao quản;

a
- trọng lợng riêng của nớc;
dS - biến đổi diện tích xung quanh của ống mao quản;

dV - biến đổi thể tích ống mao quản.
dS
H
c
d
Hệ thức (2.4) có thể chứng minh nh sau:
Theo nguyên lý thủy tĩnh thì:
p = H
c
.. g ( 2 . 5 )

=

c
p
H
.g

Thay (2.3) vào (2.5) thì:
=

c
dS 1
H.
dV .g

Hoặc:


= =

c
c
2
a
c
2rH
1
H.
.
2
g
r
rH
(2.6)
Nh vậy hệ thức (2.4) đã đợc chứng minh.
Bảng 2.5 - Quan hệ giữa loại đất và độ dâng mao quản
Loại đất
Độ dâng cao mao quản H
c
(m)
Đất cát
Thịt pha cát
Thịt nhẹ
Thịt trung bình
Thịt nặng và hoàng thổ
Đất sét
0,5 ữ 1,0
1,0 ữ 1,5

1,5 ữ 2,0
2,0 ữ 3,0
3,0 ữ 4,0
4,0 ữ 5,0
2.3.3. Sự chuyển động của nớc trọng lực
Chơng 2 - Quan hệ đất - nớc và cây trồng, nguyên lý điều tiết nớc ruộng 35
Chuyển động của nớc trọng lực là đặc trng phổ biến của nớc trong đất sau khi tới
ở môi trờng đất với độ ẩm dới bão hòa hoặc bão hòa nớc. Dới tác dụng của trọng lực,
nớc sẽ lu chuyển từ cao xuống thấp, từ điểm có thế trọng lực cao xuống điểm có thế
trọng lực thấp.
Có thể chia ra hai trờng hợp nghiên cứu quá trình thấm trên đất tới:
- Thấm trong trờng hợp đất cha bão hòa nớc.
- Thấm ở trờng hợp đất đã bão hòa nớc hoặc gần bão hòa nớc.
1. Trờng hợp thấm khi đất cha bo hòa nớc
Trờng hợp này đợc gọi là thấm hút, thờng xuất hiện trên đất tới cho cây trồng cạn
hoặc trên đất lúa giai đoạn làm đất mùa khô.
Việc tính toán trong trờng hợp này có thể tính theo một số hệ thức hoặc mô hình toán.
a) Hệ thức Côtchiacôp
Hệ thức đợc xây dựng trên cơ sở thí nghiệm tới nớc và nớc đợc thấm từ trên mặt
đất xuống lớp đất bên dới theo hớng thẳng đứng.
Hệ thức có dạng:

=
1
t
K
K
t
(2.7)
K

t
- tốc độ thấm ở thời gian t, có thể dùng đơn vị (cm/h) hoặc (m/h), tùy đặc trng
thấm của loại đất, đất cát thấm nhanh hơn đất sét thì tốc độ thấm lớn hơn;

t - thời gian thấm hút (h);
K
1
- cờng độ thấm bình quân ở đơn vị thời gian thứ nhất, đơn vị là (m/h) hoặc (cm/h);
- chỉ số ngấm của đất, phụ thuộc vào loại đất, đất nhẹ tơng đối bé, còn đất nặng
tơng đối lớn. Độ ẩm ban đầu của đất càng lớn thì càng nhỏ, tức là sự biến đổi
của tốc độ thấm càng chậm. Theo Zarov = 0,2 ữ 0,8 khi K
t
và K
1
với thứ nguyên
là cm/h, t là giờ (h). Còn theo Đại học Vũ Hán - Trung Quốc = 0,3 ữ 0,8 với thứ
nguyên của K
t
và K
1
là m/h, t là giờ (h).
Từ hệ thức (2.7) ta sẽ tính đợc lợng nớc thấm sau thời gian t



==


t
1

11
t
0
KK
Wdtt
1
t
(2.8)
và:


=

1
t
K
K
1
t
(2.9)
b) Hệ thức Horton
Trong trờng hợp này cũng có thể tính toán theo hệ thức Horton:
Quy hoạch và thiết kế hệ thống thủy lợi 36
(
)

=+
St
t0
KKKKe

(2.10)
K
0
- tốc độ thấm ở thời điểm ban đầu;
St - chỉ số ngấm có ý nghĩa nh chỉ số trong hệ thức (2.7);
K - hệ số ngấm ổn định của đất.
Về mặt toán học, hệ thức này biểu thị ý nghĩa vật lý rõ hơn.
Từ (2.8) ta cũng xác định đợc lợng nớc thấm:
()
(
t
St St
0
t0
0
KK
WKKKedtK.t 1e
St



=+ =+


)

(2.11)
Và cờng độ thấm trung bình sẽ là:
(

=+
St
0
t
KK
KK 1e
St
)
(2.12)
c) Nghiên cứu mô hình thấm trong giai đoạn ngấm hút
Sự vận động của nớc thấm trong giai đoạn này có thể biểu thị bằng phơng trình cơ bản:
()
(
)



=



K
D.
tz z
z
(2.13)
trong đó:
- độ ẩm của đất ở thời điểm nghiên cứu
D() - hệ số khuyếch tán ẩm, biểu thị lu lợng nớc khuyếch tán trong đất qua một

đơn vị diện tích, nó có quan hệ với độ ẩm của đất:
() ()

=


h
DK.
(2.14)
K() - hệ số thấm, có quan hệ với độ ẩm;
h -
áp lực nớc trong đất;
z - biểu thị độ sâu lớp đất nghiên cứu;
t - biểu thị thời gian.
Phơng trình (2.13) nói rõ sự thay đổi theo chiều sâu và thời gian của độ ẩm trong đất
trong quá trình ngấm của nớc tới từ trên mặt đất.
Để giải phơng trình (2.13) ta cần xác định điều kiện ban đầu và điều kiện biên.
1. Điều kiện ban đầu: Trớc khi ma hoặc tới, độ ẩm ban đầu của đất tới là
0
. Do vậy:
(z, 0) =
0
Chơng 2 - Quan hệ đất - nớc và cây trồng, nguyên lý điều tiết nớc ruộng 37
2. Điều kiện biên: Khi lớp đất có lớp nớc mỏng trên mặt đất, độ ẩm của lớp đất gần
mặt đất đạt độ ẩm bão hòa, độ sâu tơng đối lớn (z ) bằng độ ẩm ban đầu
0
, do vậy
ta có:
()
()

=


=


S
0
0, t
,t


S
- độ ẩm bão hòa của đất.
Phơng trình (2.13) là phơng trình đạo hàm riêng phi tuyến chỉ có thể giải bằng
phơng pháp gần đúng (phơng pháp số).
Ngoài ra để đơn giản tính toán, ta sẽ biến đổi đa phơng trình (2.13) về dạng tuyến
tính và có thể giải trực tiếp bằng giải tích.
Đặt:
(
)
(
)

=
=


S0

S0
KK
dK
N
d
(2.15)
Và thay D() bằng giá trị trung bình
(
)

D
thì phơng trình (2.13) sẽ trở thành:

=


2
2
DN
tz
z
(2.16)
Dùng phơng pháp biến đổi Laplace, nghiệm của phơng trình (2.16) sẽ là:
()




+
= +

Nz
S0
D
0
zNt zNt
z,t erfc e erfc
2
2D. 2Dt
(2.17)


=


u
z
2

erfc e du
;
trong đó:
()
()( )


=



0
S
2
3
S0
5
3
S0
5
3
DD
d
. (2.18)
Quan hệ giữa
(
)

D
với cờng độ thấm hút (i):

()


=
1
2
S0
it
D

Với hệ thức (2.17) ta sẽ tìm đợc sự phân bố của độ ẩm trong đất sau khi tới theo thời
gian và theo chiều sâu.



0
0

S

Độ sâu z
t
1

t
B
2
B

t

B
3
B

t
B
4
B
tB
5
B
Quy hoạch và thiết kế hệ thống thủy lợi 38




Hình 2.10: Sự phân bố của độ ẩm theo phẫu diện đất tới sau khi tới [35]
d) Vận động của nớc trong điều kiện khống chế mực nớc ngầm
Khi mực nớc ngầm nằm nông do ảnh hởng của điều kiện tự nhiên và con ngời làm
cho mực nớc ngầm luôn biến động. Sự biến động của mực nớc ngầm sẽ ảnh hởng trực
tiếp đến sự vận động của nớc trong đất. Động thái của nớc ngầm ở đất trồng trọt có thể
gặp một số tình huống:
1.
Mực nớc ngầm tăng lên dới ảnh hởng của ma hoặc tới;
2.
Mực nớc hạ dới ảnh hởng của bốc thoát hơi;
3.
Mực nớc ngầm hạ do ảnh hởng của biện pháp thủy lợi (tiêu nớc mặt hoặc tiêu
nớc ngầm);
4.

Mực nớc ngầm đợc khống chế ở độ sâu nhất định sau khi ma hoặc tới.
Nếu nh ta lấy h là biến lợng của dải biến động của mực nớc ngầm, việc nghiên cứu
phân tích sự vận động của nớc ngầm tơng đối thuận tiện. Sau khi ma hoặc tới mực
nớc ngầm sẽ tiệm cận gần mặt đất, thông qua giải pháp tiêu thoát khiến cho mực nớc
ngầm hạ thấp xuống độ sâu nhất định, giả thiết là L.
Phơng trình cơ bản về sự vận động của nớc ngầm đợc viết dới dạng:
()
()
()








=

h
Kh
Kh
h
z
Ch
tz
z
(2.19)
Với
()

=
d
Ch
dh
biểu thị biến động của độ ẩm theo áp lực, tức là thể tích nớc thoát ra
trong một đơn vị thể tích đất khi áp lực giảm một đơn vị.
Thể tích nớc thoát ra trong đơn vị thể tích đất:
Điều kiện ban đầu: h(z, 0) = h
0
(z)
Điều kiện biên trên: z = 0
Chơng 2 - Quan hệ đất - nớc và cây trồng, nguyên lý điều tiết nớc ruộng 39
Khi có bốc hơi:
() ()


= = +



h
Kh 1 Ch d
z

Không bốc hơi:

=

h

1
z

Điều kiện biên dới: z = L (tính từ mặt đất, L: độ sâu nớc ngầm cần khống chế):
h(L, t) = 0
Phơng trình (2.19) sẽ giải bằng phơng pháp số (phơng pháp sai phân hữu hạn).
Phân chia tầng đất thành n lớp (z) và thời gian thành i bớc (t).
Thực hiện sai phân:









j (t)



j + 1

j

j - 1

i - 1 i i + 1 z
Hình 2.11: Sơ đồ sai phân
()

+
+




1
j
1
j
j
ii
2
i
hh
h
Ch C
tt

()
+
++
++
+
+

+

11
j
1
j
1
j
1
j
1
jj
i1 i i i1
22
11
ii
22
hh hh
h
KK
Kh
zz
z
zz

++
+




11
jj
22
11
ii
22
KK
K
zz

Thay các giá trị trên vào phơng trình (2.19) ta sẽ có:
+
+
+++++
+

++
+
+
+


=

11
jj
22
11
11
1
j1j j1j1 j1j1
ii
jj
j
ii i1i ii1 2
22
2
i
11
22
ii
22
KK
hh hh hh
CK K
tz
zz
2
(2.20)
Quy hoạch và thiết kế hệ thống thủy lợi 40
trong đó:
i = 1, 2, , N;

j = 1, 2, , M.
Ta lấy:
(
)()
+
+
+
=
j
1
j
1
j
ii
2
i
Ch Ch
C
2


++
+
+
+

+

=
11
jj
22
i1 i
1
j
2
1
i
2
Kh Kh
K
2

++

+


+



=
11
jj
22
ii
1

j
2
1
i
2
Kh Kh
K
2
1

+
+
+
=
1
j
1
j
j
ii
2
i
hh
h
2

Với các giá trị trên sau khi đồng nhất và biến đổi phơng trình (2.20) sẽ trở thành
phơng trình đại số của
+
j

1
i
h
.
++ +

+
+
+=
j1 j1 j1
ii1 ii ii1 i
Eh Fh Gh H
(2.21)
Với:
+

=
1
j
2
i
1
i
2
EK

+
+
=
1

j
2
i
1
i
2
GK

++
+
+
=++
11
1
jj
j
22
2
ii
11
ii
22
FK K rC

++
+
+

=+

11
1
jj
j
j
22
2
iii
11
ii
22
HrCh zK K

=

2
z
r
t

Chơng 2 - Quan hệ đất - nớc và cây trồng, nguyên lý điều tiết nớc ruộng 41
Phơng trình (2.21) là phơng trình đại số, cho biến i biến đổi từ 1, 2, , N ta sẽ lập hệ
phơng trình đại số tuyến tính và sẽ giải gần đúng theo phơng pháp giải tích ta sẽ có
+
j
1
i
h

ở các độ sâu lớp đất khác nhau theo các bớc thời gian t từ j = 1, 2, , M.
Từ quan hệ áp lực (h) với độ ẩm của đất ta sẽ lập đợc sự diễn biến của độ ẩm theo
thời gian ở các độ sâu khác nhau của lớp đất.
2. Tính lợng nớc thấm trong giai đoạn đất bo hòa nớc hoặc gần bo hòa nớc
Khi mực nớc ngầm nằm nông, độ ẩm của đất tơng đối cao, lợng nớc thấm có thể
tính theo định luật Dacxy:
+
=
t
ah
WK
h
t
, (cm) (2.22)
trong đó:
K - hệ số ngấm (cm/h);
a - độ sâu lớp nớc trên mặt ruộng;
h - độ sâu lớp nớc ngấm vào trong đất, trớc đây thờng xem h là hằng số, do đó việc
tính toán đơn giản;
t - thời gian cần thiết để làm bão hòa đất trên mực nớc ngầm, có thể xác định theo
công thức của Verdernikov:


+

=

ah
thaln
Ka
(2.23)
- hệ số thoát nớc của đất, phụ thuộc vào loại đất, = A(1

đr
);
A - độ rỗng của đất;

đr
- sức trữ nớc đồng ruộng (độ ẩm tối đa), phụ thuộc vào loại đất.
Để nâng cao độ chính xác tính toán lợng thấm trong trờng hợp xem h là thay đổi
theo thời gian, GS. Tống Đức Khang đã nghiên cứu và xác định đợc hệ thức tính W
t
(chi
tiết xem Tuyển tập công trình nghiên cứu của ĐHTL - 1999):
()
()


++ +


=+ ++

2
2
t
Kt 2a Kt 4aKt
K1
W t Kt 4 aKt aln
24 2a
(2.24)
2.4. Điều tiết nớc ruộng
Để xác định biện pháp tới tiêu đối với vùng đất nông nghiệp ta cần nghiên cứu
nguyên lý điều tiết nớc ruộng.
2.4.1. Nguyên lý điều tiết nớc ruộng
Nguyên lý điều tiết nớc ruộng dựa trên cơ sở cân bằng nớc trên mặt ruộng.
Ta chia làm hai trờng hợp:
Quy hoạch và thiết kế hệ thống thủy lợi 42
1. Cân bằng trong điều kiện tự nhiên
Trờng hợp này là cân bằng theo trạng thái tự do, cha có tác động bên ngoài.

Hình 2.12: Sơ đồ nghiên cứu cân bằng nớc
Phơng trình cân bằng tổng quát:
V + W = (P + N + G + A)
(E + S + R) (2.25)
trong đó:
V - chênh lệch nớc mặt trong thời gian nghiên cứu;

W - chênh lệch nớc dới đất trong thời gian nghiên cứu;
P - lợng nớc ma trong thời gian nghiên cứu;
N - lợng nớc mặt chảy trên vùng nghiên cứu từ vùng lân cận;
G - lợng nớc ngầm bổ sung vào vùng trên mực nớc ngầm;
A - lợng ngậm nớc trong đất;
E - lợng bốc hơi trong thời gian nghiên cứu;
S - lợng nớc mặt chảy ra khỏi vùng nghiên cứu;
R - lợng nớc chảy xuống tầng sâu bổ sung vào nớc ngầm.
2. Khi có tác động từ bên ngoài
Phơng trình (2.25) đợc viết thành:
= (P + N + G + A)
(E + S + R) (V
gh
V
0
) (W
gh
W
0
) (2.26)
trong đó:
V
gh
, W
gh
- lợng nớc mặt và lợng nớc ngầm giới hạn do điều kiện sử dụng;
V
0
, W
0

- lợng nớc mặt và lợng nớc ngầm sẵn có trong vùng nghiên cứu ở thời
điểm ban đầu.
Dựa vào giá trị ta sẽ phán đoán đợc tình trạng nớc trong vùng trong thời đoạn
nghiên cứu:
Chơng 2 - Quan hệ đất - nớc và cây trồng, nguyên lý điều tiết nớc ruộng 43
< 0 - Biểu hiện rõ tình trạng thiếu nớc, phải có biện pháp công trình tới;
> 0 - Biểu hiện rõ tình trạng d nớc, cần có giải pháp tiêu nớc.
2.4.2. Chất lợng nớc tới
Đất với nớc tới cho cây trồng ngoài khối lợng nớc cần thiết còn phải bảo đảm
chất lợng nớc. Chất lợng nớc thờng đợc đánh giá qua các chỉ tiêu: Nhiệt độ, chất lơ
lửng và độ khoáng hóa (nồng độ muối).
1. Nhiệt độ nớc tới
Nhiệt độ của nớc thấp hay cao đều có ảnh hởng đến tốc độ phát triển của cây trồng.
Nhiệt độ nớc quá thấp sẽ làm chậm sự phát triển của cây. Theo kinh nghiệm nếu nhiệt độ
nớc ở 30
0
C thì sản lợng bông sẽ tăng từ 9 ữ 10%, nhng không đợc vợt quá 35C.
Do vậy việc thay đổi nớc để điều tiết nớc trong ruộng lúa là cần thiết. Đối với những
vùng dùng nớc ngầm để tới thì cần phải kiểm tra lại nhiệt độ nớc trớc khi tới, vì có
những giếng nớc bơm lên khi có nhiệt độ cao, vợt quá nhiệt độ cho phép hoặc khi nớc
quá lạnh đạt từ 10 ữ 12
0
C là phải xử lý trớc khi tới.
2. Chất lơ lửng
Hạt phù sa có đờng kính < 0,001mm chứa nhiều chất mùn, đa vào ruộng với mức độ
thích hợp sẽ có tác dụng tốt đối với cây trồng. Nhng nếu đa vào quá nhiều sẽ làm giảm
tính thấm nớc của đất và độ thoáng khí cũng bị ảnh hởng.
Loại phù sa có đờng kính từ 0,001 ữ 0,05mm thì chứa ít chất dinh dỡng nhng có
tác dụng cải tạo đất nặng, làm tăng độ thoáng khí của đất cũng nh tính thấm nớc của đất.
Loại phù sa có đờng kính > 0,05mm là loại phù sa không nên sử dụng đa vào ruộng.

3. Phản ứng muối và độ khoáng hóa
Phản ứng kiềm và axít đợc biểu thị bằng độ pH. Giá trị này thay đổi từ 6 ữ 8,5.
Khi pH = 6,5 ữ 7,5 là thích hợp đối với phần lớn cây trồng.
Độ khoáng hóa là nồng độ muối hòa tan trong nớc. Độ khoáng hóa biểu thị bằng
nồng độ muối (g/
l) hay là độ ẩm điện (EC) đo bằng đơn vị micromho/cm ở nhiệt độ
chuẩn 25C.
Độ ẩm điện biểu thị bằng tỷ lệ nghịch của điện trở (1 mho = 1/ohm).
Chất lợng nớc tới theo độ khoáng hóa có thể phân loại theo nhiều chỉ tiêu khác
nhau, tùy theo khả năng thiết bị phân tích.
Bảng 2.6 - Phân loại nớc tới theo hệ số dẫn điện
(theo Thorne và Peterson - 1954)
Quy hoạch và thiết kế hệ thống thủy lợi 44
EC
(Micromho/cm)
Loại
muối
Độ
khoáng hóa
Chất nớc
< 250 C
1
Yếu Tốt đối với tới
250 ữ 750 C
2
Bình thờng Nói chung thích hợp đối với cây trồng
750 ữ 2250

C
3

Trung bình Thích hợp đối với cây trồng có thể chịu mặn đợc
bình thờng, với cây trồng khác bảo đảm thoát tốt
2250 ữ 4000

C
4

Mạnh

Chỉ thích hợp với cây trồng chịu mặn trên đất thấm
và thoát tốt
4000 ữ 6000

C
5

Rất mạnh

Không thích hợp cho tới, tuy nhiên có thể sử dụng
cho cây trồng chịu mặn, đất thấm lớn và thoát tốt
> 6000 C
6
Quá mạnh Không thích hợp cho tới
Bảng 2.7 - Bảng phân loại nớc theo giá trị của hệ số khoáng hóa (K
i
)
(theo Priklonski 1949)
Giá trị của hệ số khoáng hóa
K

i
Chất nớc Điều kiện sử dụng nớc
> 8 Tốt Có thể sử dụng tới không cần biện pháp gì
18 ữ 6

Thỏa mãn

Cần những biện pháp ngăn ngừa trữ muối
trong đất, trừ đất thoát tự nhiên tốt
5,9 ữ 1,2 Không thỏa mãn Chỉ có thể sử dụng trên đất thoát mạnh hoặc
thoát nhân tạo
< 1,2 Yếu Không sử dụng tới
Theo điều kiện sử dụng K
i
có thể tính theo bảng 2.8.
Bảng 2.8 - Hệ số khoáng hóa (K
i
) theo Priklonski và Laptev (ME/l)
Hệ thức tính K
i
Điều kiện sử dụng công thức

=
i
228
K
5Cl

+
=

+
i
228
K
Na 4Cl

+

<
Na Cl
: Biểu thị nớc tới clorua - natri

(
)

+
<< +

4
Cl Na Cl SO

: Biểu thị nớc tới clorua và
sunfat - natri