Nghiên cứu xây dựng phần mềm tính toán chế độ tưới tiết kiệm nước cho lúa

Bài viết "Nghiên cứu xây dựng phần mềm tính toán chế độ tưới tiết kiệm nước cho lúa" trình bày về những ưu điểm nổi bật của phần mềm tính toán chế độ tưới tiết kiệm nước cho lúa. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung bài viết để có thêm tài liệu học tập và nghiên cứu.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu xây dựng phần mềm tính toán chế độ tưới tiết kiệm nước cho lúa NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG PHẦN MỀM TÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ TƯỚI TIẾT KIỆM NƯỚC CHO LÚA ThS. Nguyễn Xuân Đông, KS. Phạm Tất Thắng, PGS. TS. Trần Viết Ổn 1. Mở đầu Khác với tưới thông thường, quy trình tưới tiết kiệm nước có thời gian phơi ruộng. Trong thời kỳ này, thành phần hao nước do thấm bằng 0, thành phần hao nước do bốc hơi tổng số giảm do độ ẩm đất giảm. Do vậy phải bổ sung hệ số đất Ks vào trong công thức xác định ETc. Phần mềm tính toán chế độ tưới tiết kiệm nước cho lúa sử dụng phần mềm CROPWAT để tính toán lượng bốc hơi ETo trên cơ sở bổ sung hệ số đất Ks vào thông số tính toán ETc và thay thế việc xác định lượng mưa hiệu quả theo công thức hồi quy bằng việc xác định trực tiếp lượng mưa hiệu quả trên cơ sở lượng mưa thực tế, gắn với lớp nước mặt ruộng tại thời điểm có mưa. 2. Cơ sở khoa học và thuật toán Cơ sở khoa học của việc xác định chế độ tưới tiết kiệm nước cho lúa được xác định dựa vào phương trình cân bằng nước, viết cho một khu vực trong một thời đoạn nào đó. Bao gồm việc xác định mức tưới, thời gian tưới và số lần tưới. - Lượng nước đến bao gồm: + Lượng nước tưới + Lượng mưa + Lượng nước mặt chảy từ khu vực khác chảy vào + Lượng nước ngầm có thể sử dụng được - Lượng nước đi bao gồm: + Lượng nước bốc hơi mặt ruộng + Lượng nước ngấm xuống nước ngầm tầng sâu + Lượng nước mặt chảy khỏi khu vực (lượng nước tiêu) Nguyên lý tính toán cơ bản vẫn là chia toàn bộ thời kỳ sinh trưởng của lúa thành những thời đoạn nhỏ, xác định các thành phần trong phương trình cần bằng nước của các thời đoạn tính toán. Phương trình có dạng sau: Wci = Woi + Mi + Pi – (Ki + Ei) – Ci Hay: Wci = Woi + Mi + Phq – (Ki + Ei)  Trong đó - Wci là lớp nước mặt ruộng cuối ngày (mm). - Woi là lớp nước mặt ruộng đầu ngày (mm). - Mi là lượng nước cần tưới (mm). - Pi là lượng nước mưa trong thời đoạn tính toán (mm). - Ki là lượng nước ngấm (mm). - Ci là lượng nước tháo (mm). - Phq là lượng mưa hiệu quả (mm). Phq = Pi – Ci. - Ei là lượng nước bốc hơi tổng số (mm). - i là thời đoạn tính toán. Việc xác định mức tưới Mi trên cơ sở xác định các thành phần của phương trình cân bằng nước sao cho lớp nước mặt ruộng luôn duy trì theo công thức tưới tăng sản (nằm trong phạm vi amin  amax), khi lớp nước mặt ruộng ở mức amin hoặc dưới mức amin thì bắt đầu tưới, tưới đến mức amax thì dừng tưới. Các thành phần Pi, Ki đều được xác định trên cơ sở lượng mưa và lượng nước ngấm trong thời đoạn tính toán. Trong điều kiện đủ nước, thành phần Ei được xác định theo công thức: Ei = ETc = Kc x ETo. Trong đó: ETc: lượng bốc hơi tổng số thực tế (mm), Kc: Hệ số cây trồng, ETo: Lượng bốc hơi tổng số tiềm năng, Tuy nhiên, trong tưới tiết kiệm nước, có quá trình phơi ruộng, Ei được xác định theo công thức: Ei = ETc = Ks x Kc x ETo. Trong đó: Ks là hệ số đất, phụ thuộc vào độ ẩm đất. Ks = 1 khi độ ẩm đất lớn hơn một giá trị nào đó (khoảng 80-90% độ ẩm bão hòa), Ks < 1 khi độ ẩm đất nhỏ hơn độ ẩm bão hòa (Quan hệ giữa hệ số đất và độ ẩm đất được xác định thông qua thực nghiệm). Việc đưa hệ số đất Ks vào công thức xác định lượng nước hao do bốc hơi trong tính toán chế độ tưới tiết kiệm nước cho lúa là điểm cải tiến của phần mềm này nhằm mô phỏng tốt hơn các quá trình hao nước xảy ra trên ruộng . Một vấn đề nữa là thành phần amin trong tưới tiết kiệm nước. Do mặt ruộng được phơi, một phần lượng nước chứa trong đất bị bốc hơi nên độ ẩm đất trong giai đoạn này nhỏ hơn độ ẩm bão hòa. Do vậy để đưa độ ẩm ban đầu βi về độ ẩm bão hòa βbh, cần thiết phải bổ sung một lượng nước là  mi = (βbh - βi) x hi x ω. Trong đó: - hi: là chiều sâu tầng đất nằm trong chiều sâu bộ rễ hữu hiệu của lúa. - ω là diện tích tính toán. Nếu βbh, βi tính theo % thể tích đất, hi tính theo mm, ω tính theo 1 ha, mi sẽ trở thành: mi = 10 x (βbh - βi) x hi (mm). Ở đây khi độ ẩm đất nhỏ hơn giá trị độ ẩm bão hòa, để bắt đầu tạo thành lớp nước mặt ruộng khi tưới cần thiết phải có một lượng nước là mi để làm cho đất từ độ ẩm ban đầu đạt đến trị số độ ẩm bão hòa. Khi tưới nhỏ hơn trị số này, trên ruộng không tạo thành lớp nước mặt ruộng. Do vậy để phù hợp, trong tính toán chế độ tưới lấy trị số âm để biểu thị giá trị amin. Như vậy trong tưới tiết kiệm nước, amin chính là giá trị mi. Xét trên 1 ha canh tác, giá trị amin trở thành: amin = - mi = - 10 x (βbh - βi) x hi Trong đó: mi: là lượng nước cần thiết để độ ẩm đất từ giá trị ban đầu về giá trị độ ẩm bão hòa. Trị số này phụ thuộc vào βi là giới hạn độ ẩm nhỏ nhất mà lúa có thể chịu được trong thời kỳ sinh trưởng nào đó. Đối với các giống lúa thông thường, khả năng chịu hạn kém và rất mẫn cảm với sự thiếu nước. Thực tế cho thấy khi độ ẩm đất giảm xuống dưới 70% giá trị độ ẩm toàn phần, lúa bắt đầu giảm năng suất. Tuy nhiên giá trị này còn tùy thuộc vào thời kỳ sinh trưởng của lúa. Với các loại hình đất lúa hiện nay, giá trị độ rỗng đất dao động từ 0,4 đến 0,5, chiều sâu bộ rễ lúa khoảng 15 cm. Nếu chọn độ ẩm đất tối thiểu là 70% độ ẩm toàn phần (độ ẩm tương ứng với giá trị sức chứa ẩm toàn phần). Như vậy: mi = - (18  23) mm. Giá trị mi trên đây tương ứng với giá trị lượng bốc hơi tổng số trên ruộng lúa từ 3-4 ngày về vụ mùa và 5 đến 7 ngày về vụ chiêm xuân. Việc xác định chính xác lượng mưa hiệu quả là một vấn đề rất quan trọng vì nó quyết định đến độ tin cậy của mức tưới tính toán. Lượng mưa hiệu quả được xác định căn cứ trên cơ sở lượng mưa thời đoạn ngắn và lớp nước mặt ruộng tại thời điểm có mưa. Công thứ ...