Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 9168:2012 về Công trình thủy lợi - Hệ thống tưới tiêu - Phương pháp xác định hệ số tưới lúa

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 9168 : 2012

CÔNG TRÌNH THỦY LỢI - HỆ THỐNG TƯỚI TIÊU - PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH HỆ SỐ TƯỚI LÚA

Hydraulic structure - Irrigation and drainage system - Method of irrigation coefficient determination for rice crop

Lời nói đầu

TCVN 9168 : 2012 được chuyển đổi từ 14TCVN 61-92 theo quy định tại khoản 1 Điều 69 của Luật Tiêu chuẩn và Quy chuẩn kỹ thuật và điểm a khoản 1 Điều 7 Nghị định số 127/2007/NĐ-CP ngày 1/8/2007 của Chính phủ quy định chi tiết thi hành một số điều của Luật Tiêu chuẩn và Quy chuẩn kỹ thuật.

TCVN 9168 : 2012 do Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam biên soạn, Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn đề nghị, Tổng cục Tiêu chuẩn đo lường Chất lượng thẩm định, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

CÔNG TRÌNH THỦY LỢI - HỆ THỐNG TƯỚI TIÊU - PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH HỆ SỐ TƯỚI LÚA

Hydraulic structure - Irrigation and drainage system - Method of irrigation coefficient determination for rice crop

1. Phạm vi áp dụng

1.1. Tiêu chuẩn này quy định yêu cầu kỹ thuật cơ bản trong tính toán xác định hệ số tưới và chế độ tưới cho ruộng lúa, áp dụng cho hệ thống tưới có quy mô từ cấp III trở lên.

1.2. Đối với các hệ thống tưới có quy mô cấp IV có thể vận dụng tiêu chuẩn này để tính toán chế độ tưới và hệ số tưới lúa, hoặc xác định theo TCVN 8641 : 2011 .

1.3. Khi sử dụng các hệ số trong tiêu chuẩn này, cần phân tích lựa chọn các thông số đầu vào phù hợp với tình hình cụ thể của từng vùng, từng địa phương.

2. Tài liệu viện dẫn

Các tài liệu viện dẫn sau đây là rất cần thiết khi áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với các tài liệu viện dẫn ghi năm công bố thì áp dụng bản được nêu. Đối với các tài liệu viện dẫn không ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản mới nhất, bao gồm cả các bản sửa đổi, bổ sung (nếu có).

TCVN 8641 : 2011, Công trình thủy lợi - Kỹ thuật tưới tiêu nước cho cây lương thực và thực phẩm.

3. Thuật ngữ và định nghĩa

Trong tiêu chuẩn này sử dụng các thuật ngữ, định nghĩa sau.

3.1. Lượng bốc hơi mặt ruộng ET_c (Evapotransporation of crop)

Lượng thoát hơi nước qua lá trong quá trình phát triển của cây trồng cộng với lượng bốc hơi nước qua mặt thoáng trong thời kỳ đó.

3.2. Lượng bốc hơi tiềm năng ET_o (Potential evaptransporation)

Lượng bốc thoát nước qua một thảm thực vật được duy trì độ ẩm đầy đủ trong suốt thời gian sinh trưởng.

3.3. Hệ số tưới (Coefficient of irrigation)

Lưu lượng nước cần thiết phải cung cấp cho một đơn vị diện tích canh tác trong một đơn vị thời gian để đáp ứng yêu cầu sinh trưởng và phát triển của cây trồng có mặt trên diện tích đó, ký hiệu l/s.ha.

Hệ số tưới được phân thành: Hệ số tưới tại mặt ruộng, hệ số tưới tại công trình đầu mối hoặc hệ số tưới của toàn thể hệ thống tính theo công thức:

trong đó

q_ht là hệ số tưới của toàn hệ thống;

q_mr là hệ số tưới mặt ruộng;

η là hệ số sử dụng nước của toàn hệ thống tưới, phương pháp xác định đã được quy định trong tiêu chuẩn thiết kế kênh tưới.

4. Các tài liệu cơ bản cần thiết cho việc tính toán hệ số tưới

4.1. Tài liệu về cây trồng: Thời vụ, thời kỳ sinh trưởng, chế độ canh tác gieo cấy (làm ải, làm dầm, gieo cấy đồng thời, tuần tự).

4.2. Tài liệu về đất đai, địa chất thủy văn như thành phần cơ giới, độ rỗng của đất, độ ẩm ban đầu, độ ẩm tối đa đồng ruộng, hệ số ngấm bão hòa, hệ số ngấm ổn định, vị trí của mực nước ngầm trước khi tưới, vị trí của tầng đế cày.

4.3. Các tài liệu về khí tượng thủy văn như mưa, bốc hơi, nhiệt độ, độ ẩm không khí, gió, bức xạ, số giờ nắng trong ngày. Liệt các tài liệu đo đạc này phải đủ dài (trên 12 năm) để đảm bảo độ chính xác trong tính toán.

4.4. Tần suất mô hình mưa tưới thiết kế để tính toán xác định nhu cầu cấp nước đảm bảo cho hệ thống tưới được quy định là 85% cho tất cả các cấp công trình.

4.5. Tài liệu mô hình mưa tưới thiết kế bao gồm:

- Tổng lượng mưa năm tương ứng với tần suất thiết kế và phân phối lượng mưa theo từng ngày trong năm;

- Chọn mô hình mưa thiết kế được xác định thông qua mô hình mưa điển hình. Mô hình mưa điển hình là mô hình đã xảy ra trong thực tế, có tổng lượng mưa xấp xỉ với tổng lượng mưa thiết kế, có dạng phân phối là phổ biến và thiên về bất lợi.

5. Phương pháp xác định hệ số tưới mặt ruộng lúa

5.1. Theo nguyên tắc là phương pháp giải phương trình cân bằng nước đến và lượng nước hao cho năng suất cao của cây trồng

W_min ≤ W_c ≤ W_max

trong đó

W_min, W_max là lượng nước tương ứng với lớp nước mặt ruộng nhỏ nhất và lớn nhất theo công thức tưới tăng sản;

W_max - W_min là dung tích điều tiết nước trên ruộng lúa.

5.2. Phương trình cân bằng nước

Trong một thời gian tính Δt nào đấy, hệ số tưới mặt ruộng lúa cho 1 ha đại diện được xác định thông qua việc giải phương trình cân bằng nước mặt ruộng như sau:

W_o + m + 10CP = W_ng + W_bh + W_th + W_c                           (1)

trong đó

W_o là lượng nước mặt ruộng có đầu thời đoạn tính toán, tính bằng m³/ha;

m là mức tưới trong thời hạn tính toán, tính bằng m³/ha;

10CP là lượng mưa được sử dụng trong thời đoạn tính toán, tính bằng m³/ha;

P là lượng mưa rơi xuống trong thời đoạn tính toán, tính bằng mm;

C là hệ số sử dụng nước mưa (C ≤ 1);

W_ng là lượng nước ngấm trên ruộng trong thời đoạn tính toán, tính bằng m³/ha;

W_bh là lượng nước bốc hơi mặt ruộng trong thời đoạn tính toán, tính bằng m³/ha;

W_th là lượng nước phải thay đi trong thời đoạn tính toán, tính bằng m³/ha;

W_c là lượng nước mặt ruộng còn lại cuối thời đoạn tính toán, tính bằng m³/ha;

Trong công thức (1) mức nước tưới m có thể thay bằng:

m = 3,6n.t.q                                          (2)

trong đó

n là số giờ tưới trong 1 ngày;

q là hệ số tưới (l/s - ha);

t là số ngày duy trì hệ số tưới q

5.3. Hệ phương trình (1), (2), cho suốt thời vụ của lúa sẽ xác định đường quá trình hệ số tưới, thời gian duy trì hệ số tưới t và hệ số sử dụng nước mưa C.

Do (1) là một bất phương trình nên sẽ có lời giải về q, t và C. Lời giải thích hợp nhất là lời giải có tổng mức tưới là nhỏ nhất, đồng thời thỏa mãn các điều kiện quản lý khai thác hệ thống tưới, hoạt động có lợi nhất của các công trình tưới, theo yêu cầu cho năng suất cao của cây trồng.

5.4. Trị số Δt xác định tùy theo tính chất hoạt động và cấp công trình, thời kỳ sinh trưởng, tài liệu cơ bản có được và mức độ chính xác của tài liệu. Trị số Δt có thể là ngày, tuần, tháng hoặc cả vụ. Trong trường hợp làm ải, gieo cấy tuần tự, trị số Δt phải là ngày.

Việc triệt để sử dụng dung tích điều tiết trên ruộng lúa là rất cần thiết khi cần khắc phục tình hình không ổn định về mực nước và chất lượng nước tại các vùng ven biển chịu ảnh hưởng của triều mặn.

5.5. Đại lượng W_o trong phương trình (1) được xác định theo công thức:

W_o,t = 10.a_o,t + 10.a'_o,t.α'_t (m³/ha-ngày)                              (3)

trong đó

a_o,t là lớp nước mặt ruộng đã có đầu thời đoạn tính toán trên các diện tích đã gieo cấy tính bình quân cho 1 ha đại diện, tính bằng mm;

a'_o,t là lớp nước sẵn có trên các diện tích sẽ gieo cấy trong thời đoạn Δt, tính bằng mm;

α'_t là tỷ lệ diện tích sẽ gieo cấy trong thời đoạn Δt so với tổng diện tích.

Khi thời đoạn tính toán là 1 ngày đêm việc gieo cấy là tuần tự và diện tích gieo cấy hàng ngày là không đổi thì trị số α'_t được xác định theo công thức:

                                                (4)

trong đó

tg là số thời đoạn gieo cấy.

5.6. Tùy theo thời đoạn tính toán sử dụng khi tính cân bằng nước theo phương trình (1) mà lượng mưa P trong đại lượng 10 CP sẽ là lượng mưa ngày hoặc lượng mưa tuần 10 ngày của vụ tính toán.

Hệ số sử dụng nước mưa ở ngày thứ t trong một thời đoạn tính toán nào đấy xác định theo công thức:

C_t = γ_t.α_t                       (5)

trong đó

α_t là tỷ lệ diện tích hao nước ở thời đoạn tính toán Δt so với tổng diện tích.

γ_t là hệ số điều tiết nước mưa tại ruộng ở ngày thứ t;

trong đó

P_t là lượng mưa rơi xuống ở ngày thứ t;

P_o,t là lượng mưa được trữ lại trên ruộng lúa.

Trị số γ_t được xác định trong quá trình giải phương trình cân bằng nước (1).

Khi việc gieo cấy là tuần tự, thời đoạn tính toán là 1 ngày đêm, diện tích gieo cấy hàng ngày là không đổi và trên đồng ruộng xảy ra quá trình tịnh tiến thời vụ, trị số α_t được xác định phụ thuộc vào các đại lượng trong Hình 1

CHÚ DẪN:

t_n Thời gian ngâm ruộng trước khi cấy lúa (ngày);

Σt_st Tổng thời gian sinh trưởng của lúa (ngày);

tg Thời gian gieo cấy (ngày);

T Thời gian hao nước đồng ruộng (ngày).

Hình 1 - Biểu đồ xác định hệ số α_t

5.7. Các đại lượng hao trong vế phải của phương trình cân bằng (1) biến đổi theo một quá trình nhất định. Dạng đường quá trình phụ thuộc với hình thức gieo cấy, thời gian gieo cấy (tg), cường độ hao nước (e_h) và thời gian hao nước trên ruộng (t_h).

Khi hình thức gieo cấy là tuần tự, diện tích gieo cấy hàng ngày không đổi, cường độ hao nước không đổi đối với từng loại nước hao cơ bản như Hình 2.

Hình 2 - Ba dạng đường nước hao cơ bản

Khi gieo cấy đồng thời tg = 1 ngày và như vậy t_h luôn luôn lớn hơn tg.

5.8. Lượng nước ngấm (W_ngấm) trong phương trình cân bằng (1) bao gồm lượng nước ngấm bão hòa và ngấm ổn định.

Ngấm bão hòa xảy ra khi độ ẩm trong đất còn thấp hơn độ ẩm bão hòa, tức trong giai đoạn đầu tiên khi cho nước vào ruộng đã được phơi ải.

Cường độ ngấm bão hòa được xác định theo công thức:

 mm/ngày                                         (6)

trong đó

H là chiều sâu tầng bão hòa, tính bằng mm. Trên thực tế, chiều sâu tầng bão hòa tùy theo trường hợp cụ thể, có thể là chiều sâu của tầng đế cầy, hoặc chiều sâu tầng đất trên mực nước ngầm;

A là độ rỗng của đất (% thể tích của đất);

β_o là độ ẩm ban đầu (% của A);

t_b là thời gian hao nước do ngấm bão hòa trên ruộng, tính bằng ngày.

Các đại lượng A, H, β_o, t_b xác định theo các thí nghiệm trên đồng ruộng ứng với năm khô hạn.

Cường độ ngấm ổn định trên ruộng lúa được lấy bằng hệ số ngấm ổn định K_ôd, công thức:

e_h,ôd = K_ôd (mm/ngày)                              (7)

Hệ số K_ôd xác định theo các thí nghiệm trên đồng ruộng. Trên thực tế K_ôd biến đổi ít và trung bình có thể lấy bằng 2 mm/ngày.

Thời gian hao nước do ngấm ổn định xác định theo công thức:

T_h,od = t_n + t_st - t_b … (ngày)                                               (8)

5.9. Lượng bốc hơi mặt ruộng W_bh

Lượng bốc hơi mặt ruộng bao gồm chủ yếu lượng bốc hơi qua lá và bốc hơi khoảng trống trong từng thời đoạn sinh trưởng của cây trồng.

Đối với lúa phân thành 5 thời đoạn sinh trưởng sau: cấy đến đẻ nhánh; đẻ nhánh đến phân hóa đòng; phân hóa đòng đến trổ; trổ đến chín. Tùy theo mức độ đảm bảo các tài liệu cơ bản và tài liệu nghiên cứu ở các vùng mà lựa chọn một trong hai công thức sau đây làm công thức tính toán cường độ hao nước do bốc hơi mặt ruộng.

a) Công thức Penman

Công thức có dạng:

ET_o = C.((WR_n + (1 - W))f_(v)(e_a - e_d)) (mm/ngày)                 (9)

trong đó

W là yếu tố hiệu chỉnh hiệu quả của bức xạ đối với bốc hơi do nhiệt độ và độ cao khu tưới

W = f(nhiệt độ, độ cao khu tưới), W có thể tra Bảng C.10, Phụ lục C.

Chênh lệch giữa bức xạ tăng và bức xạ giảm của sóng ngắn và sóng dài (MJ/m²ngày)

R_n = R_ns - R_nL

trong đó

R_ns là bức xạ của mặt trời được giữ lại sau khi đã phản xạ đối với mặt đất trồng trọt, tính bằng MJ/m²ngày

R_ns = (1 - α)R_s

trong đó

α là hệ số phản xạ bề mặt diện tích trồng trọt. Theo FAO thì α = 0,25

R_s là bức xạ mặt trời, tính bằng MJ/m²ngày,

R_a là bức xạ ở lớp biên của lớp khí quyển, tính bằng MJ/m² ngày.

R_a = f(vĩ độ, tháng) tra Bảng C.14.

R_nL là bức xạ tỏa ra bởi năng lượng hút được ban đầu, tính bằng MJ/m² ngày

f_(t): Hàm hiệu chỉnh về nhiệt độ,

trong đó L = 59,7 - 0,055t

t là nhiệt độ bình quân ngày;

là hàm hiệu chỉnh về áp suất khí quyển.

e_d là áp suất hơi nước thực tế ở nhiệt độ không khí trung bình, tính bằng mbar

f_(v) là hàm hiệu chỉnh về tốc độ gió. f_(v) = 0,35.(1 + 0,54V2)

V2 là tốc độ gió ở độ cao 2 m. Khi độ cao ≠ 2 m phải hiệu chỉnh. Do đó, khi tính toán sử dụng hệ thức

V2 = K.V_h

V_h là tốc độ gió ở độ cao h mét, tính bằng m/s;

K là hệ số hiệu chỉnh < 1, tra Bảng 1.

Bảng 1 - Hệ số hiệu chỉnh tốc độ gió

e_d được xác định:

e_a là áp suất hơi nước bão hòa, có quan hệ với nhiệt độ không khí, tra theo bảng C.13, Phụ lục C;

H_r là độ ẩm tương đối trung bình của không khí, tính bằng %;

C là hệ số hiệu chỉnh về sự bù trừ của tốc độ gió ban ngày và ban đêm cũng như sự biến đổi của bức xạ mặt trời và độ ẩm tương đối lớn nhất của không khí, tra theo Bảng C.11 và Bảng C.12, Phụ lục C.

b) Công thức Penman sửa đổi

Để tiện tính toán không sử dụng bảng tra, năm 1992 FAO đã đưa ra công thức Penman ở dạng khác. Công thức này tiện sử dụng tính toán trên máy vi tính.

Công thức có dạng:

(mm/ngày)          (10)

trong đó

t là nhiệt độ bình quân ngày tính toán, tính bằng ^oC;

Δ là độ nghiêng của đường quan hệ của nhiệt độ với áp suất hơi bão hòa tại nhiệt độ t, tính bằng K.Pa. ^oC^-1;

Δ được xác định theo hệ thức:

e_a là áp suất hơi nước bão hòa (K.Pa):

R_n Giống ý nghĩa như công thức (9) R_n­ = R_ns - R_nL

trong đó

R_a = 37,6d_r(W_s.sinψ.sinδ + cosψ.sinW_s)

W_s = arccos(-tanψtanδ)   (rad)

ψ: Góc vĩ độ địa lý (rad)

δ: Góc lệch theo ngày (rad)

δ = 0,409.sin(0,0172J - 1,39)

d_r: Khoảng cách tương đối theo ngày

d_r = 1 + 0,033.cos(0,0172J)

J: Số thứ tự theo ngày tính toán

R_nL: theo công thức:

N: Số giờ nắng cực đại: N = 7,64 W_s      (h)

G: Thông lượng nhiệt của đất (MJ/m²ngày)

Nếu tính G theo ngày thì: G = 0,38(t_i - t_i-1)

t_i, t­_i-1: Nhiệt độ không khí ngày i và i - 1 (^oC)

Nếu tính G theo nhiệt độ bình quân của tháng thì:

G = 0,14(t_m - t_m-1)

t_m, t_m-1: Nhiệt độ bình quân của tháng thứ m và m - 1 (^oC)

γ: Hằng số biểu nhiệt độ,

z: Cao độ so với mực nước biển (m)

λ = 2,501 - 2,361.10 - 3t

V2: Tốc độ gió ở cao độ 2 mét (m/s)

Ưu điểm của công thức cải tiến là các yếu tố trong công thức có thể tính trực tiếp theo hệ thức không qua bảng tra nhưng việc tính toán phức tạp hơn so với công thức cũ.

Thí dụ tính toán theo công thức này xem các Bảng C.8 và C.9.

c) Công thức Blaney - Griddle

e_h,mr = K_c.ET_o                                                                 (11)

trong đó

K_c là hệ số cây trồng;

ET_o là lượng bốc hơi mặt ruộng chuẩn, tức lượng bốc hơi mặt ruộng cho một diện tích trồng cỏ rộng lớn, cỏ có chiều cao 8 cm đến 15 cm, mọc tốt, phủ kín hết mặt đất và luôn luôn đủ nước, tính bằng mm/ngày.

Hệ số cây trồng K_c phụ thuộc với loại thời đoạn sinh trưởng của cây trồng.

Đối với lúa, theo các thí nghiệm của FAO quy định việc tính toán trị số K_c cho vùng Việt Nam Bảng C.2.

Trị số ET_o xác định theo quan hệ

(mm/ngày)                                   (12)

trong đó

f là nhân tố tiêu hao nước xác định theo công thức:

f = Ρ.(0,46t + 8,13) (mm/ngày)                                       (13)

P là tỷ số độ dài ngày trung bình trên tổng số độ dài ngày cả năm, tính bằng %. Trị số P phụ thuộc với thời gian trong năm và vĩ độ địa lý;

t là trị số nhiệt độ trung bình ngày giữa nhiệt độ tối đa và tối thiểu, tính bằng ^oC;

                                        (14)

Trong tính toán khí hậu được phân thành 2 cấp:

Nóng khi t > 30 ^oC

Mát khi             t < 15 ^oC

HR_min Độ ẩm tương đối tối thiểu và trong tính toán được chia thành 3 cấp:

Thấp khi HR_min < 20 %

Trung bình khi HR_min = 20 % đến 50 %

Cao khi HR_min > 50 %

Tham số phản ánh tình hình bức xạ mặt trời

n là số giờ nắng thực tế hàng ngày;

N là số giờ nắng thiên văn lớn nhất hàng ngày.

Trong tính toán tính hình bức xạ mặt trời được phân thành 3 cấp:

Yếu khi  < 0,6

Trung bình khi  = 0,6 ÷ 0,8

Cao khi  > 0,8

U₂ - Tốc độ gió ban ngày ở chiều cao 2 m và được phân thành 4 cấp trong tính toán.

Nhẹ khi U₂ = 2 m/s hay 175 km/ngày

Điều hòa khi U₂ = 2 m/s đến 5 m/s hay 175 km/ngày đến 425 km/ngày

Mạnh khi U₂ = 5 m/s đến 6 m/s hay 425 km/ngày đến 700 km/ngày

Rất mạnh khi U₂ = 8 m/s hay 700 km/ngày

5.10. Cường độ thay nước để điều hòa nhiệt độ trong ruộng xác định theo công thức:

(mm/ngày)                                     (15)

trong đó

a_t là lớp nước trước khi thay, tính bằng mm;

C₁, C₂, C₃ lần lượt là nhiệt độ nước trước khi thay, sau khi thay và nhiệt độ nước thay, tính bằng ^oC;

t_thay là thời gian tiến hành thay nước, tính bằng ngày.

Việc thay nước tiến hành theo quy trình:

Hạ thấp lớp nước mặt ruộng từ a_t đến a_o nào đấy. Cho lượng nước thay với nhiệt độ là C₃ vào, lớp nước mặt ruộng đạt lại vị trí số a_t như cũ, nhưng nhiệt độ nước lúc này là C₂.

Như vậy, khi tháo hết nước cũ, thay nước mới vào (C₂ = C₃) ta sẽ có:

(mm/ngày)                                                  (16)

Cũng tương tự, trong trường hợp thay nước để điều hòa chất lượng nước, cường độ thay nước xác định theo công thức:

(mm/ngày)                                     (17)

trong đó

S₁, S₂, S₃ lần lượt là nồng độ muối của nước ruộng trước khi thay, sau khi thay và nồng độ muối của nước thay.

5.11. Khi thiếu các tài liệu thực đo về H, A, β_o, t_b trị số e_h,bh xác định gần đúng theo tình hình đất đai và mức độ phơi ải như sau:

- Trên đất cát pha: e_h,bh = 12 mm/ngày đến 18 mm/ngày

- Trên đất thịt: e_h,bh = 7 mm/ngày đến 12 mm/ngày

5.12. Tổng mức tưới trong thời gian làm đất có phơi ải và gieo cấy được coi là mức tưới ải.

M_a là thời gian làm đất này thường từ 20 ngày đến 30 ngày.

Trong tính toán sơ bộ cho phép tính mức tưới ải ở các vùng không phèn mặn và không làm bèo dâu theo công thức:

   (m³/ha)                                      (18)

trong đó

a là lớp nước mặt ruộng khi làm ải, cấy, lấy từ 30 mm đến 50 mm;

là cường độ hao nước trung bình trong thời gian tg. Trị số  thay đổi từ 8 mm/ngày đến 16 mm/ngày. Khi t_g thời gian càng lớn, ải càng thầm  càng nhỏ và ngược lại.

6. Điều hòa hệ số tưới

6.1. Khi hình thức gieo cấy là tuần tự, nhu cầu nước đầu vụ trong giai đoạn gieo cấy không đồng đều, càng về cuối càng lớn. Do vậy cần áp dụng các biện pháp để điều hòa nhu cầu tưới hay hệ số tưới đầu vụ trong thời gian gieo cấy. Sử dụng 3 biện pháp sau đây để điều hòa nhu cầu tưới:

- Biện pháp tưới trữ;

- Biện pháp thay đổi diện tích gieo cấy hàng ngày;

- Biện pháp kết hợp giữa tưới trữ và thay đổi diện tích gieo cấy hàng ngày.

6.2. Tưới trữ tức lợi dụng khả năng điều tiết nước ở ruộng lúa trữ thêm vào ruộng một lớp nước nhất định và sử dụng nó để bù hao, duy trì lớp nước mặt ruộng ở các giai đoạn sau:

Lớp nước mặt ruộng tối đa trong tưới trữ có thể lấy bằng lớp nước chịu ngập không giảm sản. Trong trường hợp có ngâm ruộng khi gieo cấy, lớp nước này có thể lớn hơn và đạt tới trị số 200 mm đến 250 mm.

6.3. Khi thay đổi diện tích gieo cấy hàng ngày để điều hòa nhu cầu nước tỷ lệ diện tích hàng ngày so với tổng diện tích xác định theo công thức:

                                                            (19)

trong đó:

Y_t là tỷ lệ gieo cấy ở ngày thứ t so với tổng diện tích;

tg là thời gian gieo cấy, tính bằng ngày;

                                                       (20)

a là lớp nước mặt ruộng cần được tạo thành để gieo cấy, tính bằng mm;

e_h là cường độ hao nước hàng ngày, tính bằng mm/ngày.

Tỷ lệ diện tích đã gieo cấy đến ngày thứ t so với tổng diện tích sẽ là:

                             (21)

6.4. Trong trường hợp tưới trữ không đạt yêu cầu đồng đều hóa nhu cầu nước cần kết hợp giữa tưới trữ và thay đổi diện tích, gieo cấy giữa các đợt tưới trữ, trong cùng đợt tưới trữ, diện tích gieo cấy hàng ngày không đổi.

7. Trình tự xác định hệ số tưới cho lúa bằng đồ giải

7.1. Hệ phương trình (1), (2) được giải bằng đồ thị với trình tự sau:

(1) Phân tích lựa chọn các tài liệu và công thức tính toán lượng bốc hơi mặt ruộng.

(2) Xác định hình thức điều hòa nhu cầu tưới trong giai đoạn làm ải, gieo cấy.

(3) Vẽ đường quá trình hao nước thành phần và tổng cộng theo lớp nước tối thiểu trong công thức tưới tăng sản.

(4) Xác định dung tích điều tiết nước trên ruộng theo công thức tưới tăng sản và theo điều kiện chịu ngập không giảm sản của lúa.

(5) Xác định đường quá trình lượng mưa thiết kế theo công thức đã trình bày:

P_tk,t =  α_t.P_t

(6) Phối hợp giữa đường quá trình hao nước tổng cộng theo lớp nước tối thiểu và đường quá trình mưa thiết kế, xác định đường quá trình hệ số tưới.

(7) Kiểm tra tình hình điều tiết nước theo dung tích cho phép của công thức tưới tăng sản, kiểm tra điều kiện làm việc của công trình theo các ràng buộc đã nêu cũng như khả năng cung cấp nước của nguồn nước.

7.2. Cho phép áp dụng các phần mềm đã được kiểm định để tính toán xác định hệ số tưới cho lúa.

Phụ lục A

(Quy định)

Thí dụ tính toán chế độ tưới

A.1. Hãy tính toán chế độ tưới với các tài liệu đã cho sau

A.1.1. Các tài liệu về nông nghiệp

Bảng A.1 - Chỉ tiêu cơ lý của đất

- Thời gian gieo cấy tg = 25 ngày;

- Ngày cho nước vào ruộng 1/l;

- Thời gian ngâm ruộng t_n­ = 3 ngày;

Bảng A.2 - Thời vụ và công thức tưới

- Khả năng chịu ngập tối đa cho phép trong giai đoạn cấy bén rễ: 150 mm không quá 1 ngày.

A.1.2. Tài liệu về quản lý khai thác và điều kiện hoạt động của công trình

- Thời gian duy trì hệ số tưới tối đa không quá 1 tháng và tối thiểu không ít hơn 7 ngày.

7 ngày ≤ t ≤ 30 ngày

- Khoảng cách giữa các đợt tưới

Δt ≥ 7 ngày

A.1.3. Tài liệu về khí hậu

Bảng A.3 - Lượng mưa ngày với tần suất p = 75 % (mm)

Bảng A.4 - Lượng bốc hơi ngày bình quân (mm), P = 50 %

A.2. Tính toán cụ thể

A.2.1. Chọn công thức xác định lượng bốc hơi mặt ruộng

Do trong vùng đã có tài liệu nghiên cứu về hệ số Capop nên trong tính toán, lượng bốc hơi mặt ruộng được xác định theo công thức Capop.

A.2.2. Chọn biện pháp điều hòa nhu cầu nước trong thời gian gieo cấy.

Do thời gian gieo cấy ngắn, cường độ hao nước trong thời gian ngâm ruộng lớn (ải phơi nỏ) và để thuận tiện cho việc tổ chức gieo cấy, ta chọn biện pháp điều hòa nhu cầu tưới và biện pháp tưới trữ với diện tích gieo cấy hàng ngày là không đổi.

A.2.3. Vẽ đường quá trình hao nước thành phần và đường quá trình hao nước tổng cộng theo lớp nước mặt ruộng tối thiểu trong công thức tưới tăng sản.

Đường quá trình hao nước thành phần bao gồm: đường quá trình hao nước do ngấm (ngấm bão hòa và ngấm ổn định) đường quá trình hao nước do bốc hơi trong các thời kỳ sinh trưởng. Trong trường hợp của chúng ta không tiến hành thay nước nên sẽ không có đường quá trình hao nước thành phần do thay nước trên ruộng lúa.

Tổng hợp đường quá trình hao nước thành phần theo thứ tự thời gian ta sẽ có đường quá trình hao nước tổng cộng.

Tổng hợp đường quá trình hao nước tổng cộng với đường quá trình tạo thành và nâng cao lớp nước mặt ruộng tối thiểu trong công thức tưới tăng sản.

1) Vẽ các đường quá trình hao nước thành phần

- Đường quá trình hao nước do ngấm bão hòa

Để vẽ được bất kỳ một đường quá trình hao nước nào trong trường hợp gieo cấy tuần tự, ta cần xác định được:

+ Cường độ hao nước bình quân

+ Thời gian hao nước trên diện tích gieo cấy đồng thời: t_h

+ Thời gian gieo cấy: tg

Trong trường hợp này, cường độ hao nước bình quân do ngấm bão hòa xác định theo công thức:

 (mm/ngày)                                          (A.1)

trong đó:

A là độ rỗng của đất đã phơi ải (% thể tích đất);

H là chiều sâu tầng bão hòa, tính bằng mm;

β_o là độ ẩm ban đầu, tính bằng % A;

t_h là thời gian bão hòa, tính bằng ngày.

Theo Bảng A.1 ta có:

mm/ngày                       (A.2)

Thời gian hao nước t_h = t_b = 5 ngày

tg = 25 ngày

Như vậy t_h ≤ t_g và đường quá trình hao nước do ngấm bão hòa sẽ là (Hình A.1)

Hình A.1 - Đường quá trình hao nước

mm/ngày

- Đường quá trình hao nước do ngấm ổn định.

Tiếp sau quá trình ngấm bão hòa là quá trình ngấm ổn định.

Cường độ hao nước bình quân do ngấm ổn định cũng chính là hệ số ngấm ổn định.

Như vậy:

e_h,ođ = 2 mm/ngày

Thời gian hao nước do ngấm ổn định sẽ là:

t_h,ođ = Σt_st + t_n - t_b

trong đó

Σt_st là tổng thời gian sinh trưởng của lúa;

Σt_st = 119 ngày

t_n là thời gian ngâm ruộng, t_n = 3 ngày

t_b là thời gian ngấm bão hòa, t_b = 5 ngày

Vậy: t_h,od = 119 + 3 - 5 = 117 ngày

Từ đó: t_h > t_g; W_max = e_h,ođ = 2 mm/ngày.

Đường quá trình hao nước do ngấm ổn định như Hình A.2

Hình A.2 - Đường quá trình hao nước do ngấm ổn định

+ Các đường quá trình do bốc hơi mặt ruộng trong các thời kỳ ngâm ruộng, cấy, bén rễ, đẻ nhánh, đứng cái làm đòng, trổ bông phơi màu, ngậm sữa, chắc xanh như Bảng A.6.

Khi vẽ các đường quá trình hao nước này, cường độ hao nước sẽ là trị số bình quân trong thời gian hao nước đồng ruộng T_h, có nghĩa là:

trong đó

α là hệ số Capop (Bảng A.2);

E_o là lượng bốc hơi mặt nước tự do ngày xác định theo các tài liệu Bảng A.6;

T_h = t_h + t_g

t_h xác định theo Bảng A.3, tương ứng với số ngày của các thời kỳ sinh trưởng.

2) Đường quá trình tạo thành lớp nước mặt ruộng

Đường quá trình tạo thành lớp nước mặt ruộng bao gồm: đường quá trình tạo thành lớp nước mặt ruộng tối thiểu (a_min) và đường quá trình tạo thành lớp nước mặt ruộng tối đa (a_max) trong công thức tưới tăng sản.

Bảng A.5 - Đường quá trình tạo lớp nước mặt ruộng

Thời gian tạo thành lớp nước mặt ruộng trên 1 thửa đơn vị (gieo cấy đồng thời) là 1 ngày đêm tức t_h = 1,(t_h < t_g), nên đường quá trình tạo thành lớp nước mặt ruộng tối thiểu như Hình A.3 a), đường quá trình tạo thành lớp nước mặt ruộng tối đa như Hình A.3 b)

Hình A.3 a)

Hình A.3 b)

Hình A.3 - Đường quá trình tạo thành lớp nước mặt ruộng tối đa (3a, 3b)

Lớp nước mặt ruộng tối đa và tối thiểu theo đầu bài (Bảng A.3) là:

a_min = 50 mm, a_max = 100 mm

Các trị số W_max trong Hình A.3 a), A.3 b) sẽ là:

mm/ngày, mm/ngày

A.3. Tổng hợp các đường quá trình hao nước thành phần và đường quá trình tạo thành lớp nước mặt ruộng tối thiểu, ta sẽ được đường quá trình hao nước tổng cộng theo lớp nước mặt ruộng tối thiểu. Đó là giới hạn dưới của quá trình hao nước tổng cộng (Hình A.3).

A.4. Xác định dung tích điều tiết nước trên ruộng theo công thức tưới tăng sản và theo điều kiện chịu ngập không giảm sản của lúa.

Lần lượt vẽ đường lũy tích của các đường quá trình tạo thành lớp nước mặt ruộng a_min, a_max, [a] ta sẽ xác định được đường quá trình dung tích điều tiết nước trên ruộng theo công thức tưới tăng sản và điều kiện chịu ngập không giảm sản. Đó là các giới hạn điều tiết nước trên ruộng lúa.

A.5. Xác định đường quá trình lượng mưa thiết kế

Lượng mưa thiết kế ở ngày thứ t xác định theo công thức:

P_tk,t = α_t x P_t

trong đó:

α_t là tỷ lệ diện tích hao nước ở ngày thứ t so với tổng diện tích;

Trong tg ngày đầu vụ:

Trong thời gian ngày cuối vụ:

t₃ = t - (Σt_st + t_n) = t - (119 + 3) = t - 121

Ở giai đoạn giữa vụ: α_t = 1

P_t là lượng mưa rơi xuống ở ngày thứ t (Bảng A.4)

Bảng A.6 - Kết quả tính toán đường quá trình lượng mưa thiết kế

Đơn vị tính bằng mm/ngày

A.6. Phối hợp giữa đường quá trình mưa, nước hao tổng cộng, xác định đường quá trình hệ số tưới theo phương trình cân bằng nước (1) đã ghi trong tiêu chuẩn.

A.7. Kiểm tra kết quả tính toán

Qua kết quả tính toán, ta thấy:

- Đường quá trình hệ số tưới thỏa mãn các ràng buộc về điều kiện quản lý khai thác và hoạt động của công trình như Điều A.4 của đầu bài đã cho.

- Lớp nước mặt ruộng luôn nằm trong phạm vi lớp nước tối đa và tối thiểu.

- Hệ số điều tiết nước mưa:

trong đó:

804 là tổng lượng mưa đã sử dụng (mm) xác định từ đồ thị;

1150 là tổng lượng mưa thiết kế (mm) xác định từ bảng kết quả tính toán chế độ tưới được tổng kết ở Bảng A.7.

Bảng A.7 - Tổng kết kết quả tính toán chế độ tưới

Mức tưới toàn vụ: 6 515,6 m³/ha

Mức tưới trong thời gian làm ải (mức tưới trong tg ngày đầu tiên): 2 074 m³/ha.

A.8. Hãy tính toán lượng bốc hơi mặt ruộng vào tháng 7 cho một vùng trồng lúa với các tài liệu đã cho sau:

Nhiệt độ bình quân tối đa trong tháng 7:

^oC

Nhiệt độ bình quân ngày tối thiểu trong tháng 7:

^oC

Vĩ độ: 30^o N

Độ cao: 95 m

tức xếp vào loại mạnh/trung bình.

Trị số độ ẩm tương đối tối thiểu

HR_min = 35 % tức xếp vào loại trung bình.

Vận tốc gió ở độ cao 2 m

U₂ = 3 m/s tức xếp vào loại điều hòa.

Với các tài liệu đã cho, ta có:

^oC

Trị số P được xác định từ bảng 4 ứng với vĩ độ 30^o N trong tháng 7

P = 0,31

Vậy f = Ρ.(0,46t + 8,13) = 0,31.(0,46 x 28,5 + 8,13)

f = 6,6 mm/ngày

Với trị số f đã xác định với các tính chất của U₂, n/N, HR_min bằng đồ thị xác định được:

ET_o = 8 mm/ngày

Trị số K_c xác định theo bảng 10 ứng với trường hợp I với gió điều hòa.

Ta có: K_c = 1,1

Vậy e_h = K_c x ET_o

e_h = 1,1 x 8 = 8,8 mm/ngày

A.9. Tính toán mức nước tưới, hệ số tưới lúa chiêm cho hệ thống thủy nông nhỏ, thiếu tài liệu cơ bản

A.9.1. Các tài liệu cho trước

- Đất đai trong vùng là đất cát pha không bị nhiễm phèn mặn

- Lượng mưa ngày với tần suất 75 % như bảng 3 phụ lục

- Ngày bắt đầu làm ải: Ngày 10 tháng 1

- Thời gian gieo cấy tg = 20 ngày

- Thời kỳ sinh trưởng của lúa như Bảng A.2.

A.9.2. Phương pháp và kết quả tính toán

Do vùng tưới nhỏ và thiếu tài liệu cơ bản nên việc tính toán hệ số tưới có thể căn cứ vào các quy định trong TCVN 8641 : 2011 .

Xác định được mức tưới ải là 1 800 m³/ha, mức tưới trong thời kỳ dưỡng lúa xác định cụ thể là:

- Từ ngày cấy đến làm đòng cứ 8 ngày tưới 1 lần với mức tưới mỗi lần là 400 m³/ha.

- Từ thời kỳ làm đòng đến 6 ngày tưới 1 lần với mức tưới mỗi lần 400 m³/ha.

- Ở các thời đoạn lượng mưa rơi xuống không đáng kể (< 10 mm) riêng thời đoạn tử 29 tháng 3 đến 6 tháng 4 có lượng mưa rơi xuống là 23 mm. Do vậy cần hiệu chỉnh lại mức tưới trong thời đoạn này.

- Mức nước tưới sau khi hiệu chỉnh sẽ là: 400 x  = 270 m³/ha

- Mức tưới dưỡng tổng cộng sẽ là: 400 x 11 + 270 = 4670 m³/ha

- Hệ số tưới lớn nhất rơi vào thời gian tưới ải

l/s-ha

Phụ lục B

(Quy định)

Phân cấp thiết kế hệ thống tưới

B.1. Cấp thiết kế hệ thống tưới là căn cứ để xác định các yêu cầu kỹ thuật bắt buộc phải tuân thủ theo các mức khác nhau phù hợp với quy mô và tầm quan trọng của công trình, là cơ sở và căn cứ pháp lý để quản lý hoạt động xây dựng.

B.2. Công trình thủy lợi được phân thành 5 cấp thiết kế (cấp đặc biệt, cấp I, cấp II, cấp III, cấp IV) tùy thuộc vào quy mô công trình hoặc tầm quan trọng, mức độ ảnh hưởng của nó đến phát triển kinh tế - xã hội, an ninh, quốc phòng ..v.v.. Công trình ở các cấp khác nhau sẽ có yêu cầu kỹ thuật khác nhau. Hệ thống tưới được phân thành 4 cấp, từ cấp I đến cấp IV (không có cấp đặc biệt) được quy định trong Bảng B.1.

Bảng B.1 - Phân cấp hệ thống tưới

Phụ lục C

(Quy định)

Bảng C.1 - Hệ số K_c của cây lúa nước tại một số vùng

Bảng C.2 - Số giờ thiên văn trong ngày N (giờ) theo các tháng trong năm và theo vĩ độ

Bảng C.3 - Sự biến đổi của f theo t ^oC và P %

Bảng C.4 - Sự biến đổi trị số P theo vĩ độ (%)

Bảng C.5 - Công thức tưới tăng sản cho lúa

Bảng C.6 - Kết quả tính toán tỷ lệ diện tích gieo trồng theo công thức

            với

Bảng C.6 (tiếp theo)

Bảng C.7 - Bảng tính toán bốc hơi theo công thức Penman tại trạm Kỳ Anh - Hà Tĩnh

Bảng C.8 - Bảng tính toán bốc hơi theo công thức Penman sửa đổi tại trạm Kỳ Anh - Hà Tĩnh

Bảng C.9 - Yếu tố hiệu chỉnh (W) của bức xạ đối với bốc hơi ở các nhiệt độ và độ cao khác nhau

Bảng C.10 - Độ dài thiên văn ngày bình quân của giờ chiếu sáng (N) theo tháng và vĩ độ

Bảng C.11 - Hệ số hiệu chỉnh C đối với công thức Penman

Bảng C.12 - Áp suất hơi bão hòa (ea) quan hệ với nhiệt độ không khí

Bảng C.13 - Bức xạ của mặt trời trên biên giới của khí quyển (Ra) mm/ngày

Bảng C.14 - Thời gian chiếu sáng (%) của từng tháng trong năm - Vĩ độ Bắc