Chương 4 NHU CẦU DÙNG NƯỚC
4.1. NHU CẦU NƯỚC CHO NÔNG NGHIỆP
4.1.2. Cách xác định nhu cầu nước cho cây trồng
Nghiên cứu quá trình sinh học của cây trồng, chúng ta thấy rằng cây trồng cần nước chủ yếu cho quá trình bốc hơi (ET), vì vậy đây là thông số quan trọng và chủ yếu nhất để xác định nhu cầu nước cho cây trồng.
Nhu cầu nước = Bốc hơi thực vật (ET)
Để phản ánh được các yếu tố ảnh hưởng, lượng bốc hơi thực vật được xác định theo công thức sau:
ET = Kc.ETo (4.1)
Trong đó:
ET - lượng bốc hơi của từng loại cây trồng (mm);
Kc - hệ số phụ thuộc vào từng loại cây trồng và các thời kỳ sinh trưởng phát triển;
ETo - lượng bốc hơi tiềm năng chung cho các loại cây trồng, phụ thuộc vào điều
kiện thời tiết khí hậu.
Các phương pháp xác định lượng bốc hơi thực vật tiềm năng (ETo)
Trước đây, đã có nhiều phương pháp được đưa ra để xác định ET và ETo, nhưng các phương pháp đó vẫn chưa đưa ra một kết quả chính xác vì chưa xét đến đầy đủ các yếu tố ảnh hưởng đến sự bốc hơi nước của cây trồng. Chính vì vậy, vào năm 1990 Tổ chức Lương thực thế giới (FAO) đã tổ chức một cuộc hội nghị giữa các nhà nghiên cứu đang cộng tác với Hội tưới tiêu quốc tế và với Tổ chức Khí tượng thế giới, để xem xét và đưa ra các phương pháp chung nhất cho việc xác định lượng bốc hơi thực vật của cây trồng. Các phương pháp được FAO đề nghị áp dụng chung cho tất cả các nước trên thế giới, bao gồm:
- Phương pháp Penman - Monteith - Phương pháp Blaney - Crriddle - Phương pháp bốc hơi chậu (Pan)
Qua xem xét và đánh giá, một số tác giả nhận định phương pháp Penman - Monteith cho kết quả chính xác nhất, sau đó đến phương pháp Blaney - Crriddle và sau đó là phương pháp bốc hơi chậu (Gupta, 2001). Hiện nay, ở Việt Nam, hai phương pháp Penman - Monteith và phương pháp Blaney - Crriddle được áp dụng rộng rãi, tương đối phù hợp với điều kiện khí hậu và cây trồng ở nước ta. Sau đây sẽ trình bày chi tiết hai phương pháp này.
(a) Phương pháp Penman-Monteith
Các thông số cần khi tính toán ETo theo phương pháp Penman - Monteith được thể hiện đầy đủ trong quyển hướng dẫn tính toán lượng bốc hơi thực vật của FAO (Food Agricultural Organization) hoặc có thể sử dụng phần mềm Cropwat để tính
toán một cách nhanh chóng hơn. Phương pháp Penman - Monteith xác định ETo
với công thức:
( ) ( )
( )
n 2 s a
o
2
0, 408 R G 900 u e e
T 273
ET 1 0, 34u
Δ − + γ −
= +
Δ + γ + (4.2)
Trong đó:
ETo - 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 tại chiều cao 2m (m/s);
es - áp suất hơi bão hoà (kPa);
ea - áp suất hơi thực tế (kPa);
Δ - độ dốc của áp suất hơi trên đường cong (kPa/oC);
γ - hằng số ẩm (kPa/oC).
Trình tự tính toán để xác định các yếu tố trong công thức (4.2) được giải thích dưới đây.
Bước 1: Xác định nhiệt độ trung bình (T)
Nhiệt độ trung bình của thời đoạn tính toán (có thể là tháng, là ngày hoặc một số ngày) được tính trung bình số học giữa nhiệt độ lớn nhất (Tmax) và nhỏ nhất (Tmin) quan trắc được trong thời đoạn đó.
max min
T T
T 2
= + (oC) (4.3)
Bước 2: Xác định độ thay đổi áp suất hơi bão hòa trên đường cong nhiệt (Δ)
Độ thay đổi áp suất hơi bão hòa trên đường cong nhiệt được tính qua hàm số hóa đối với biến nhiệt độ tại giá trị trung bình thời đoạn (T) vừa tính được ở bước 1.
( )
17,27 T T 237,3
2
4098 0, 6108 e T 237, 3
⎛ ⎞
⎜ + ⎟
⎝ ⎠
⎡ ⎤
⎢ ⎥
⎢ ⎥
⎢ ⎥
⎣ ⎦
Δ = + (kPa/oC) (4.4)
Bước 3: Xác định áp suất không khí (P)
Áp suất không khí (P) được tính qua hàm số hóa đối với biến độ cao so với mực nước biển (z) của khu vực canh tác.
293 0, 0065 z 5,26
P 101, 3
293
⎛ − ⎞
= ⎜⎝ ⎟⎠ (kPa) (4.5)
Bước 4: Xác định hằng số ẩm (γ)
Hằng số ẩm được tính theo áp suất không khí (P) vừa tính được ở bước 3.
0, 665.10 . P−3
γ = (kPa/oC) (4.6)
Bước 5: Xác định áp suất hơi bão hòa khi nhiệt độ là Tmax
Áp suất hơi bão hòa khi nhiệt độ cao nhất được ký hiệu là eo(Tmax) được tính qua hàm số hóa đối với biến nhiệt độ tại giá trị Tmax.
max max
17,27 T T 237,3 o
e (Tmax) 0, 6108 e
⎛ ⎞
⎜ + ⎟
⎝ ⎠
= (kPa) (4.7)
Bước 6: Xác định áp suất hơi bão hòa khi nhiệt độ là Tmin
Áp suất hơi bão hòa khi nhiệt độ thấp nhất được ký hiệu là eo(Tmin) được tính qua hàm số hóa đối với biến nhiệt độ tại giá trị Tmin.
min min
17,27 T T 237,3 o
e (Tmin) 0, 6108 e
⎛ ⎞
⎜ + ⎟
⎝ ⎠
= (kPa) (4.8)
Bước 7: Xác định áp suất hơi bão hòa (es)
Áp suất hơi bão hòa là giá trị trung bình số học của hai giá trị eo(Tmax) và eo(Tmin) vừa tính được ở bước 5 và 6.
o o
max min
s
e (T ) e (T )
e 2
= + (kPa) (4.9)
Bước 8: Xác định bức xạ mặt trời ngoài khí quyển (Ra)
Bức xạ mặt trời ngoài khí quyển được xác định theo vĩ độ và thời gian trong năm của khu vực canh tác. Bảng 4.1 cho phép xác định Ra từ các điều kiện về vĩ độ và thời gian trong năm.
Bước 9: Xác định số giờ nắng lớn nhất trong ngày (N)
Số giờ nắng lớn nhất trong ngày cũng được thống kê theo vĩ độ và thời gian trong năm của khu vực canh tác. Bảng 4.2 cho phép xác định N từ các điều kiện về vĩ độ và thời gian trong năm.
Bước10: Xác định tỷ số n/N
Sau khi có giá trị N từ bước 9 kết hợp với số giờ nắng thực (n) của khu vực canh tác, sẽ dễ dàng tính được tỷ số n/N.
Bước11: Xác định bức xạ sóng ngắn (Rs)
Bức xạ sóng ngắn phụ thuộc vào tỷ số n/N và bức xạ mặt trời ngoài khí quyển (Ra) qua công thức sau:
s a
R 0, 25 0, 50 n R N
⎡ ⎤
= ⎢⎣ + ⎥⎦ (MJ/m2/ngày) (4.10)
Bước12: Xác định bức xạ sóng ngắn khi trời quang mây (Rso)
Bức xạ sóng ngắn khi trời quang mây phụ thuộc vào bức xạ mặt trời ngoài khí quyển (Ra) và cao độ (z) của khu vực canh tác so với mặt biển qua công thức sau:
5
so a
R = ⎡⎣0, 75 2.10+ − . z R⎤⎦ (MJ/m2/ngày) (4.11) Bước13: Xác định lưới bức xạ sóng ngắn (Rsn)
Lưới bức xạ sóng ngắn là giá trị triết tính từ bức xạ sóng ngắn (Rs) khi kể đến trời có mây và độ xiên của tia nắng so với bề mặt hấp thụ. Gần đúng tính theo công thức sau:
ns s
R = 0, 77 R (MJ/m2/ngày) (4.12)
Bảng 4.1: Xác định Ra (MJ/m2/ngày) từ vĩ độ và thời gian trong năm (đối với phần Bắc bán cầu)
Bắc bán cầu Vĩ độ
(độ) Tháng 1 Tháng
2 Tháng 3 Tháng
4 Tháng 5 Tháng
6 Tháng 7 Tháng
8 Tháng
9 Tháng
10 Tháng
11 Tháng 12 70 0,0 2,6 10,4 23,0 35,2 42,5 39,4 28,0 14,9 4,9 0,1 0,0 68 0,1 3,7 11,7 23,9 35,3 42,0 38,9 28,6 16,1 6,0 0,7 0,0 66 0,6 4,8 12,9 24,8 35,6 41,4 38,8 29,3 17,3 7,2 1,5 0,1 64 1,4 5,9 14,1 25,8 35,9 41,2 38,8 30,0 18,4 8,5 2,4 0,6 62 2,3 7,1 15,4 26,6 36,3 41,2 39,0 30,6 19,5 9,7 3,4 1,3 60 3,3 8,3 16,6 27,5 36,6 41,2 39,2 31,3 20,6 10,9 4,4 2,2 58 4,3 9,6 17,7 28,4 37,0 41,3 39,4 32,0 21,7 12,1 5,5 3,1 56 5,4 10,8 18,9 29,2 37,4 41,4 39,6 32,6 22,7 13,3 6,7 4,2 54 6,5 12,0 20,0 30,0 37,8 41,5 39,8 33,2 23,7 14,5 7,8 5,2 52 7,7 13,2 21,1 30,8 38,2 41,6 40,1 33,8 24,7 15,7 9,0 6,4 50 8,9 14,4 22,2 31,5 38,5 41,7 40,2 34,4 25,7 16,9 10,2 7,5 48 10,1 15,7 23,3 32,2 38,8 41,8 40,4 34,9 26,6 18,1 11,4 8,7 46 11,3 16,9 24,3 32,9 39,1 41,9 40,6 35,4 27,5 19,2 12,6 9,9 44 12,5 18,0 25,3 33,5 39,3 41,9 40,7 35,9 28,4 20,3 13,9 11,1 42 13,8 19,2 26,3 34,1 39,5 41,9 40,8 36,3 29,2 21,4 15,1 12,4 40 15,0 20,4 27,2 34,7 39,7 41,9 40,8 36,7 30,0 22,5 16,3 13,6 38 16,2 21,5 28,1 35,2 39,9 41,8 40,8 37,0 30,7 23,6 17,5 14,8
Bắc bán cầu Vĩ độ
(độ) Tháng 1 Tháng
2 Tháng 3 Tháng
4 Tháng 5 Tháng
6 Tháng 7 Tháng
8 Tháng
9 Tháng
10 Tháng
11 Tháng 12 36 17,5 22,6 29,0 35,7 40,0 41,7 40,8 37,4 31,5 24,6 18,7 16,1 34 18,7 23,7 29,9 36,1 40,0 41,6 40,8 37,6 32,1 25,6 19,9 17,3 32 19,9 24,8 30,7 36,5 40,0 41,4 40,7 37,9 32,8 26,6 21,1 18,5 30 21,1 25,8 31,4 36,8 40,0 41,2 40,6 38,0 33,4 27,6 22,2 19,8 28 22,3 26,8 32,2 37,1 40,0 40,9 40,4 38,2 33,9 28,5 23,3 21,0 26 23,4 27,8 32,8 37,4 39,9 40,6 40,2 38,3 34,5 29,3 24,5 22,2 24 24,6 28,8 33,5 37,6 39,7 40,3 39,9 38,3 34,9 30,2 25,5 23,3 22 25,7 29,7 34,1 37,8 39,5 40,0 39,6 38,4 35,4 31,0 26,6 24,5 20 26,8 30,6 34,7 37,9 39,3 39,5 39,3 38,3 35,8 31,8 27,7 25,6 18 27,9 31,5 35,2 38,0 39,0 39,1 38,9 38,2 36,1 32,5 28,7 26,8 16 28,9 32,3 35,7 38,1 38,7 38,6 38,5 38,1 36,4 33,2 29,6 27,9 14 29,9 33,1 36,1 38,1 38,4 38,1 38,1 38,0 36,7 33,9 30,6 28,9 12 30,9 33,8 36,5 38,0 38,0 37,6 37,6 37,8 36,9 34,5 31,5 30,0 10 31,9 34,5 36,9 37,9 37,6 37,0 37,1 37,5 37,1 35,1 32,4 31,0 8 32,8 35,2 37,2 37,8 37,1 36,3 36,5 37,2 37,2 35,6 33,3 32,0 6 33,7 35,8 37,4 37,6 36,6 35,7 36,9 36,9 37,3 36,1 34,1 32,9 4 34,6 36,4 37,6 37,4 36,0 35,0 35,3 36,5 37,3 36,6 34,9 33,9 2 35,4 37,0 37,8 37,1 35,4 34,2 34,6 36,1 37,3 37,0 35,6 34,8 0 36,2 37,5 37,9 36,8 34,8 33,4 33,9 35,7 37,2 37,4 36,3 35,6
Ghi chú: có thể chuyển Ra sang đơn vị mm/ngày bằng cách nhân thêm hệ số λ = 2,45.
Bảng 4.2: Xác định N (số giờ nắng trong ngày) từ vĩ độ và thời gian trong năm (đối với phần Bắc bán cầu)
Bắc bán cầu Vĩ độ
(độ) Tháng 1 Tháng
2 Tháng 3 Tháng
4 Tháng 5 Tháng
6 Tháng 7 Tháng
8 Tháng
9 Tháng
10 Tháng
11 Tháng 12 70 0,0 6,6 11,0 15,6 21,3 24,0 24,0 17,6 12,8 8,3 2,3 0,0 68 2,1 7,3 11,1 15,3 19,7 24,0 22,3 17,0 12,7 8,7 4,1 0,0 66 3,9 7,8 11,2 14,9 18,7 22,0 20,3 16,4 12,7 9,0 5,2 1,9
Bắc bán cầu Vĩ độ
(độ) Tháng 1
Tháng 2
Tháng 3
Tháng 4
Tháng 5
Tháng 6
Tháng 7
Tháng 8
Tháng 9
Tháng 10
Tháng 11
Tháng 12 64 5,0 8,2 11,2 14,7 17,9 20,3 19,2 16,0 12,6 9,3 6,0 3,7 62 5,7 8,5 11,3 14,4 17,3 19,2 18,4 15,7 12,6 9,5 6,6 4,8 60 6,4 8,8 11,4 14,2 16,8 18,4 17,7 15,3 12,5 9,7 7,1 5,6 58 6,9 9,1 11,4 14,1 16,4 17,8 17,2 15,1 12,5 9,9 7,5 6,2 56 7,3 9,3 11,5 13,9 16,0 17,3 16,8 14,8 12,4 10,1 7,9 6,7 54 7,7 9,5 11,5 13,8 15,7 16,8 16,4 14,6 12,4 10,2 8,2 7,1 52 8,0 9,7 11,5 13,6 15,4 16,5 16,0 14,4 12,4 10,3 8,5 7,5 50 8,3 9,8 11,6 13,5 15,2 16,1 15,7 14,3 12,3 10,4 8,7 7,9 48 8,6 10,0 11,6 13,4 15,0 15,8 15,5 14,1 12,3 10,6 9,0 8,2 46 8,8 10,1 11,6 13,3 14,8 15,5 15,2 14,0 12,3 10,7 9,2 8,5 44 9,1 10,3 11,6 13,2 14,6 15,3 15,0 13,8 12,3 10,7 9,4 8,7 42 9,3 10,4 11,7 13,2 14,4 15,0 14,8 13,7 12,3 10,8 9,6 9,0 40 9,5 10,5 11,7 13,1 14,2 14,8 14,6 13,6 12,2 10,9 9,7 9,2 38 9,6 10,6 11,7 13,0 14,1 14,6 14,4 13,5 12,2 11,0 9,9 9,4 36 9,8 10,7 11,7 12,9 13,9 14,4 14,2 13,4 12,2 11,1 10,1 9,6 34 10,0 10,8 11,8 12,9 13,8 14,3 14,1 13,3 12,2 11,1 10,2 9,7 32 10,1 10,9 11,8 12,8 13,6 14,1 13,9 13,2 12,2 11,2 10,3 9,9 30 10,3 11,0 11,8 12,7 13,5 13,9 13,8 13,1 12,2 11,3 10,5 10,1 28 10,4 11,0 11,8 12,7 13,4 13,8 13,6 13,0 12,2 11,1 10,6 10,2 26 10,5 11,1 11,8 12,6 13,3 13,6 13,5 12,9 12,1 11,4 10,7 10,4 24 10,7 11,2 11,8 12,6 13,2 13,5 13,3 12,8 12,1 11,4 10,8 10,5 22 10,8 11,3 11,9 12,5 13,1 13,3 13,2 12,8 12,1 11,5 10,9 10,7 20 10,9 11,3 11,9 12,5 12,9 13,2 13,1 12,7 12,1 11,5 11,0 10,8 18 11,0 11,4 11,9 12,4 12,8 13,1 13,0 12,6 12,1 11,6 11,1 10,9 16 11,1 11,5 11,9 12,4 12,7 12,9 12,9 12,5 12,1 11,6 11,2 11,1 14 11,3 11,6 11,9 12,3 12,6 12,8 12,8 12,5 12,1 11,7 11,3 11,2 12 11,4 11,6 11,9 12,3 12,6 12,7 12,6 12,4 12,1 11,7 11,4 11,3 10 11,5 11,7 11,9 12,2 12,5 12,6 12,5 12,3 12,1 11,8 11,5 11,4 8 11,6 11,7 11,9 12,2 12,4 12,5 12,4 12,3 12,0 11,8 11,6 11,5 6 11,7 11,8 12,0 12,1 12,3 12,3 12,3 12,2 12,0 11,9 11,7 11,7
Bắc bán cầu Vĩ độ
(độ) Tháng 1
Tháng 2
Tháng 3
Tháng 4
Tháng 5
Tháng 6
Tháng 7
Tháng 8
Tháng 9
Tháng 10
Tháng 11
Tháng 12 4 11,8 11,9 12,0 12,1 12,2 12,2 12,2 12,1 12,0 11,9 11,8 11,8 2 11,9 11,9 12,0 12,0 12,1 12,1 12,1 12,1 12,0 12,0 11,9 11,9 0 12,0 12,0 12,0 12,0 12,0 12,0 12,0 12,0 12,0 12,0 12,0 12,0
Bước14: Xác định mức hấp thụ nhiệt độ lớn nhất và nhỏ nhất của cây trồng
Mức hấp thụ nhiệt độ lớn nhất được ký hiệu là σTmaxK4, còn mức hấp thụ nhiệt độ nhỏ nhất được ký hiệu là σTminK4, các giá trị này phụ thuộc trực tiếp vào nhiệt độ cao nhất (Tmax) và thấp nhất (Tmin) và được tra cứu trong bảng 4.3.
Bảng 4.3: Xác định mức hấp thụ nhiệt độ σTmaxK4 và σTminK4
T (°C) sTK4
(MJ/m2/ngày) T (°C) sTK4
(MJ/m2/ngày) T (°C) sTK4
(MJ/m2/ngày) 1 27,70 17 34,75 33 43,08 1,5 27,90 17,5 34,99 33,5 43,36
2 28,11 18 35,24 34 43,64 2,5 28,31 18,5 35,48 34,5 43,93
3 28,52 19 35,72 35 44,21 3,5 28,72 19,5 35,97 35,5 44,50
4 28,93 20 36,21 36 44,79 4,5 29,14 20,5 36,46 36,5 45,08
5 29,35 21 36,71 37 45,37 5,5 29,56 21,5 36,96 37,5 45,67
6 29,78 22 37,21 38 45,96 6,5 29,99 22,5 37,47 38,5 46,26
7 30,21 23 37,72 39 46,56 7,5 30,42 23,5 37,98 39,5 46,85
8 30,64 24 38,23 40 47,15 8,5 30,86 24,5 38,49 40,5 47,46
9 31,08 25 38,75 41 47,76 9,5 31,30 25,5 39,01 41,5 48,06
10 31,52 26 39,27 42 48,37 10,5 31,74 26,5 39,53 42,5 48,68
11 31,97 27 39,80 43 48,99 11,5 32,19 27,5 40,06 43,5 49,30 12 32,42 28 40,33 44 49,61 12,5 32,65 28,5 40,60 44,5 49,92 13 32,88 29 40,87 45 50,24 13,5 33,11 29,5 41,14 45,5 50,56 14 33,34 30 41,41 46 50,87 14,5 33,57 30,5 41,69 46,5 51,19 15 33,81 31 41,96 47 51,51 15,5 34,04 31,5 42,24 47,5 51,84 16 34,28 32 42,52 48 52,16 16,5 34,52 32,5 42,80 48,5 52,49
Bước15: Xác định mức hấp thụ nhiệt độ trung bình (σTK4)
Mức hấp thụ nhiệt độ trung bình là giá trị trung bình cộng của hai giá trị mức hấp thụ nhiệt độ lớn nhất và nhỏ nhất đã xác định được ở bước 14.
max K4 min K4 K4
T T
T 2
σ + σ
σ = (MJ/m2/ngày) (4.13)
Bước16: Xác định lưới bức xạ sóng dài (Rnl)
Lưới bức xạ sóng dài phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: mức hấp thụ nhiệt độ trung bình, áp suất hơi thực (ea), bức xạ sóng ngắn (Rs) và bức xạ sóng ngắn khi trời quang mây (Rso).
nl K4( a) s
so
R T 0, 34 0,14 e 1, 35 R 0, 35 R
⎛ ⎞
= σ − ⎜ − ⎟
⎝ ⎠ (MJ/m2/ngày) (4.14) Bước17: Xác định lưới bức xạ mặt trời (Rn)
Lưới bức xạ mặt trời được tính theo công thức sau.
n ns nl
R = R −R (MJ/m2/ngày) (4.15)
Bước18: Xác định mật độ dòng nhiệt trong đất (G)
Mật độ dòng nhiệt trong đất phụ thuộc vào nhiệt độ trung bình của thời kỳ tính toán (Tn) và thời kỳ trước đó (Tn-1).
( n n 1)
G = 0,14 T − T − (MJ/m2/ngày) (4.16)
Bước19: Xác định độ ẩm nhỏ nhất (RHmin)
Độ ẩm tương đối nhỏ nhất không trực tiếp cần thiết để tính ETo, nhưng cần cho việc xác định hệ số Kc trong công thức (4.1), để từ đó tính được ET. Độ ẩm tương đối nhỏ nhất được tính theo công thức sau:
a
min o
max
RH 100 e
e (T )
= (%) (4.17)
Bước20: Xác định lượng bốc hơi tiềm năng chung cho các loại cây trồng (ETo) Thay các giá trị đã tính toán được ở các bước trên vào công thức (4.2) sẽ tính được lượng bốc hơi tiềm năng chung cho các loại cây trồng trong một ngày.
(b) Phương pháp Blaney - Crriddle
Phần trên đã trình bày quá trình tính ETo theo phương pháp Penman - Monteith, công thức cho kết quả chính xác nhưng khối lượng tính toán lớn và cần đầy đủ tài liệu ban đầu. Trong thực tế, tại một số nơi ở một vài lúc, chúng ta khó có thể thu thập được đầy đủ số liệu như mong muốn, trong trường hợp này, một phương pháp đơn giản hơn và cũng yêu cầu một tài liệu đầu vào rất dễ thu thập là nhiệt độ (T) (Gupta, R. 2001). Đó là phương pháp Blaney - Crriddle. Phương pháp Blaney - Crriddle xác định ETo với công thức rất đơn giản sau:
( )
ETo = P 0, 48 T +8 (mm/ngày) (4.18) Trong đó:
P - tỷ lệ phần trăm của số giờ chiếu sáng trung bình năm đối với các ngày
của tháng trong một chu kì tưới. Giá trị của P phụ thuộc vào vị trí địa
lý và thời gian kỳ tính toán đối với cây trồng, được xác định theo bảng 4.4;
T - nhiệt độ trung bình ngày (oC).
Bảng 4.4: Tỷ lệ phần trăm của số giờ chiếu sáng trong ngày hàng năm trong một chu kì tưới (P)
Vĩ
độ Tháng
Bắc I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Nam VII VIII IX X XI XII I II III IV V VI 60o 0,15 0,20 0,26 0,32 0,38 0,41 0,40 0,34 0,28 0,22 0,17 0,13 58o 0,16 0,21 0,26 0,32 0,37 0,40 0,39 0,34 0,28 0,23 0,18 0,15 56o 0,17 0,21 0,26 0,32 0,36 0,39 0,38 0,33 0,28 0,23 0,18 0,16 54o 0,18 0,22 0,26 0,31 0,36 0,38 0,37 0,33 0,28 0,23 0,19 0,17
52o 0,19 0,22 0,27 0,31 0,35 0,37 0,36 0,33 0,28 0,24 0,20 0,17 50o 0,19 0,23 0,27 0,31 0,34 0,36 0,35 0,32 0,28 0,24 0,20 0,18 48o 0,20 0,23 0,27 0,31 0,34 0,36 0,35 0,32 0,28 0,24 0,21 0,19 46o 0,20 0,23 0,27 0,30 0,34 0,35 0,34 0,32 0,28 0,24 0,21 0,20 44o 0,21 0,24 0,27 0,30 0,33 0,35 0,34 0,31 0,28 0,25 0,22 0,20 42o 0,21 0,24 0,27 0,30 0,33 0,34 0,33 0,31 0,28 0,25 0,22 0,21 40o 0,22 0,24 0,27 0,30 0,32 0,34 0,33 0,31 0,28 0,25 0,22 0,21 35o 0,23 0,25 0,27 0,29 0,31 0,32 0,32 0,30 0,28 0,25 0,23 0,22 30o 0,24 0,25 0,27 0,29 0,31 0,32 0,31 0,30 0,28 0,26 0,24 0,23 25o 0,24 0,26 0,27 0,29 0,30 0,31 0,31 0,29 0,28 0,26 0,25 0,24 20o 0,25 0,26 0,27 0,28 0,29 0,30 0,30 0,29 0,28 0,26 0,25 0,25 15o 0,26 0,26 0,27 0,28 0,29 0,29 0,29 0,28 0,28 0,27 0,26 0,25 10o 0,26 0,27 0,27 0,28 0,28 0,29 0,29 0,28 0,28 0,27 0,26 0,26 5o 0,27 0.27 0,27 0,28 0,28 0,28 0,28 0,28 0,28 0,27 0,27 0,27 0o 0,27 0,27 0,27 0,27 0,27 0,27 0,27 0,27 0,27 0,27 0,27 0,27
Quá trình và các bước tính toán theo công thức (4.18) của Blaney - Crriddle được trình bày dưới đây.
Bước 1: Xác định tỷ lệ số giờ nắng trong ngày (P) theo bảng 4.4.
Bước 2: Xác định giá trị nhiệt độ trung bình ngày của thời kỳ tính toán (T)
Nhiệt độ trung bình ngày của thời đoạn tính toán có thể được tính trung bình số học giữa nhiệt độ lớn nhất (Tmax) và nhỏ nhất (Tmin) quan trắc được trong thời kỳ đó.
max min
T T
T 2
= + (oC) (4.19)
Bước 3: Tính ETo cả thời kỳ
Thay các giá trị P và T tính được trong bước 1 và 2 vào công thức (4.18) sẽ tính được lượng bốc hơi tiềm năng của cả thời kỳ tính toán.
Bước 4: Tính ETo một ngày
Lấy giá trị ETo của cả thời kỳ chia cho số ngày trong thời kỳ tính toán sẽ được lượng bốc hơi tiềm năng ngày.
2. Chế độ tưới
Chế độ tưới là sự thể hiện nhu cầu nước cần thiết của mỗi loại cây trồng trong từng vụ mùa, từng thời kỳ sinh trưởng và phát triển khác nhau thông qua các thông số cơ bản về tưới như:
- Tổng lượng nước cần tưới (V) - Mức tưới mỗi đợt (m)
- Số lần tưới (n)
- Thời gian tưới mỗi đợt (Ti) a. Xác định tổng lượng nước tưới
Mức nước tưới cho cây trồng I phụ thuộc vào nhiều yếu tố, nhưng trong đó chỉ có hai thông số ảnh hưởng chủ yếu đến I là lượng bốc hơi nước thực vật ET và lượng mưa hiệu quả Pe=P-DP-RO. Ngoài ra cần xét đến yếu tố tưới không đều do sử dụng các kỹ thuật tưới khác nhau: thấm, bốc hơi nước khi tưới mặt, hay mất nước do gió mang đi khi tưới phun mưa. Mức nước cần thiết trong một mùa (vụ, năm) tưới cho mỗi loại cây trồng tại một khu vực cụ thể có thể xác định bằng công thức sau:
i,k i,k
i,k
i
(ET) (Pe)
I 100
E
⎡ − ⎤
= ⎢ ⎥
⎣ ⎦ (4.20)
Trong đó:
Ii,k - mức nước tưới cho loại cây trồng i trong vụ thứ k, (mm) ;
(ET)i,k - mức bốc thoát hơi thực vật cho loại cây trồng i trong vụ thứ k, (mm);
(Pe)ik - lượng mưa hiệu quả trong vụ thứ k, (mm);
Ei - hiệu suất tưới trong vụ i, xác định theo bảng 4.5, (%).
Bảng 4.5: Xác định hiệu suất tưới theo kỹ thuật tưới
Kỹ thuật tưới E%
Tưới mặt 50-80 Tưới phun mưa 60-75 Tưới giọt 80-90
Tổng lượng nước tưới cho A đơn vị diện tích gieo trồng loại cây i, được xác định theo công thức sau:
n
k i i, k
i 1
V K (A I )
= ∑= (4.21)
Trong đó:
Vk - lượng nước tưới cần tính, (m3);
K - hệ số, lấy K = 10;
Ai - diện tích gieo trồng loại cây i, (ha).
Quá trình tính toán lượng nước tưới có thể được thực hiện theo các bước sau:
Bước 1: Xác định lượng bốc hơi tiềm năng ETo
Tính toán ET0 như đã trình bày ở trên (có thể tính theo một trong các phương pháp đã giới thiệu).
Bước 2: Xác định khoảng thời gian sinh trưởng của cây trồng.
Bước 3: Xác định hệ số Kc cho từng tháng trong quá trình sinh trưởng của cây Hệ số Kc của cây trồng có thể xác định theo bảng.
Bước 4: Xác định lượng mưa hiệu quả Pe
Pe được đầu bài cho, hoặc tra bảng.
Bước 5: Xác định hiệu suất tưới Ei
Hiệu suất tưới của kỹ thuật tưới được tra bảng 4.5.
Bước 6: Xác định lượng bốc hơi thực vật ET = KcETo.
Bước7: Xác định tổng mức tưới cần thiết cho mỗi loại cây trồng theo công thức (4.20).
Bước 8: Xác định tổng lượng nước cần tưới cho toàn bộ khu tưới theo công thức (4.21).
b. Xác định mức tưới mỗi đợt
Nếu ký hiệu W là lượng nước tưới cần thiết trong thời gian t của một quá trình sau tưới (hoặc biểu thị bằng lớp nước bình thường) thì lượng nước cần tưới (mức tưới) của mỗi đợt tưới là:
m = Wmax – W0 (4.22)
Trong đó: W0 là lượng nước có sẵn trong đất trước khi tưới.
Sau khi đã cấp lượng nước tưới m thì theo thời gian lượng nước này sẽ giảm dần do quá trình hấp thụ nước của cây trồng và do tổn thất bốc hơi mặt đất như minh họa trong hình 4.2.
Wo Wt t
εt
t=0 t
W
Wmin
Hình 4.2: Quá trình sử dụng nước
Trong hình 4.2, ε là lượng nước tiêu hao bình quân mỗi ngày (m3/ha). Tại ngày thứ t tính từ sau khi tưới, lượng nước tiêu hao là εt (m3/ha) và lượng nước còn lại trong ruộng là:
Wt = W – εt (4.23)
Trong đó: εt là lượng nước tiêu hao do bốc hơi, do cây trồng hút nước, do thẩm lậu...
Khi Wt = Wmin ≈ Wo (lượng nước tối thiểu cần duy trì) thì cần phải tưới đợt tiếp theo.
Lượng trữ nước tối thiếu (Wmin) trong đất trồng trước đợt tưới tiếp theo được xác định bằng công thức:
Wmin = Hr. A. βmin. Ft (4.24)
Trong đó:
Hr - độ sâu vùng rễ (m);
A - độ trữ nước toàn phần của tầng đất;
βmin - độ trữ nước tối thiểu trong đất trước đợt tưới (≈ 45%);
Ft - diện tích tưới (ha).
c. Thời gian cần tưới
Ngoài tổng lượng nước tưới và mức tưới đã được xác định, còn một vấn đề nữa là thời gian cần tưới. Thời gian tưới phụ thuộc vào nhiều yếu tố tác động như khí hậu, đất đai trồng trọt, loại cây trồng và một số yếu tố khác. Nước cần được tưới đúng thời điểm mà cây cần nước, đặc biệt trong thời kỳ phát triển của cây trồng, nhu cầu nước rất nhạy cảm, thừa hay thiếu nước đều ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và năng suất cây trồng.