NGHIÊN CỨU MỐI QUAN HỆ GIỮA MƯA THỰC TẾ VÀ MƯA HIỆU QUẢ CỦA<br />
VÙNG HÀ NAM VÀ TP HÀ NỘI<br />
<br />
PGS. TS. Trần Viết Ổn(1)<br />
ThS. Nguyễn Xuân Đông(2)<br />
(1) Khoa Kỹ thuật tài nguyên nước, Trường Đại học Thủy Lợi,<br />
(2) NCS Khoa Kỹ thuật tài nguyên nước, Trường Đại học Thủy Lợi<br />
Tóm tắt<br />
B»ng ph¬ng ph¸p ph©n tÝch t¬ng quan mèi quan hÖ gi÷a lîng ma thùc tÕ vµ lîng<br />
ma hiÖu qu¶ trªn c¬ së m« pháng ®êng qu¸ tr×nh líp níc mÆt ruéng. Vïng nghiªn cøu thuéc<br />
c¸c TP Hµ Néi vµ Hµ Nam. KÕt qu¶ cho thÊy:<br />
1) §èi víi ma trËn, t¬ng quan gi÷a lîng ma hiÖu qu¶ vµ lîng ma thùc tÕ chØ cã ý<br />
nghÜa ®èi víi c¸c trËn ma cã lîng ma nhá h¬n 20 mm. HÖ sè t¬ng quan cña nhãm nµy ®¹t<br />
kh¸ cao (R2 > 0,9). C¸c trËn ma cã lîng ma > 20 mm, t¬ng quan gi÷a ma hiÖu qu¶ vµ thùc<br />
tÕ lµ kh«ng chÆt (R2 < 0,5).<br />
2) §èi víi quan hÖ gi÷a ma thùc tÕ vµ ma trËn theo th¸ng, t¬ng quan gi÷a chóng theo<br />
c¸c th¸ng còng biÕn ®éng rÊt nhiÒu (R2 biÕn ®éng tõ 0,15 ®Õn 0,6). V× vËy còng rÊt khã ®Ó x©y<br />
dùng quan hÖ gi÷a ma thùc tÕ vµ ma hiÖu qu¶ dùa trªn c¬ së ma th¸ng ®¶m b¶o sù tin cËy cÇn<br />
thiÕt.<br />
3) §èi víi ma vô, c¸c chØ tiªu thèng kª cho thÊy cã mèi quan hÖ trung b×nh gi÷a ma<br />
hiÖu qu¶ vµ ma thùc tÕ (hÖ sè t¬ng quan R2 ®¹t tõ 0,5-0,6).<br />
Các từ khóa: Mưa hiệu quả; tương quan mưa; mưa tưới<br />
Abstract<br />
Using regression method for analyzing the relationship between amount of efficient and<br />
real rainfall of each duration were founded. It was shown that, the correlation between the<br />
efficient and real rainfalls of all duration were not significant.<br />
1. Đặt vấn đề<br />
Khã kh¨n trong c¸c kh©u quy ho¹ch, thiÕt kÕ vµ vËn hµnh qu¶n lý c¸c hÖ thèng tíi lµ<br />
viÖc x¸c ®Þnh chÝnh x¸c chÕ ®é tíi. Cã nhiÒu ph¬ng ph¸p tÝnh to¸n chÕ ®é tíi kh¸c nhau nh<br />
ph¬ng ph¸p ®å gi¶i truyÒn thèng, ph¬ng ph¸p lËp b¶ng vµ gÇn ®©y lµ sö dông c¸c phÇn mÒm<br />
nh CROWAT, IRR, WBR, vv tá ra rÊt cã hiÖu qu¶. Nhîc ®iÓm c¬ b¶n cña ph¬ng ph¸p nµy lµ<br />
c«ng thøc x¸c ®Þnh lîng ma hiÖu qu¶ ®îc x©y dùng tõ thùc nghiÖm, phô thuéc chÆt chÏ vµo<br />
chÕ ®é ma vµ chÕ ®é qu¶n lý níc mÆt ruéng cña vïng nghiªn cøu. Do vËy khi ¸p dông c¸c<br />
c«ng thøc nµy vµo thùc tiÔn c¸c vïng ë ViÖt Nam sÏ rÊt khã ®¹t ®îc ®é chÝnh x¸c cÇn thiÕt, ¶nh<br />
hëng nhiÒu ®Õn kÕt qu¶ tÝnh to¸n nãi chung.<br />
V× vËy viÖc nghiªn cøu mèi quan hÖ gi÷a ma hiÖu qu¶ vµ ma thùc tÕ trªn c¬ së chÕ ®é<br />
tíi vµ chÕ ®é ma cña tõng vïng phôc vô cho viÖc tÝnh to¸n chÕ ®é tíi lóa, sö dông c¸c phÇn<br />
mÒm chuyªn dông ch CROPWAT, IRR vv rÊt cã ý nghÜa thùc tiÔn trong c«ng t¸c quy ho¹ch<br />
thiÕt kÕ vµ qu¶n lý vËn hµnh c¸c hÖ thèng thuû n«ng.<br />
2. Phạm vi nghiên cứu<br />
Nghiên cứu được tiến hành trên phạm vi 2 tỉnh Hà Nam và Hà Tây cũ. Đối với tỉnh Hà<br />
Nam, chọn đại diện là vùng tưới thuộc hệ thống thủy nông Nam Hà Nam. Đối với tỉnh Hà Tây<br />
cũ, lấy vùng tưới thuộc hệ thống thủy nông La Khê làm trường hợp nghiên cứu.<br />
Nghiên cứu được tiến hành trong 22 năm (1985-2006).<br />
3. Cơ sở khoa học về mối quan hệ giữa lượng mưa hiệu quả và lượng mưa thực tế<br />
Như đã nêu ở các phần trước đó, việc tính toán chế độ tưới cho lúa dưới bất kỳ phương<br />
pháp nào cũng đều dựa trên cơ sở phương trình cân bằng nước có dạng:<br />
Wj= Wj-1+ RFj – ETJ - Sj + IRj – DRj (1a)<br />
Trong ®ã:<br />
Wj: Mùc níc ruéng cuèi thêi ®o¹n thø j<br />
Wj-1: Mùc níc ruéng ®Çu thêi ®o¹n thø j hay cuèi thêi ®o¹n thø j-1<br />
RFj: Ma trong thêi ®o¹n thø j<br />
ETj: Bèc h¬i trong thêi ®o¹n thø j<br />
Sj: Lîng thÊm thêi ®o¹n thø j<br />
IRj: Lîng níc tíi trong thêi ®o¹n thø j<br />
DRj: Lîng níc tiªu trong thêi ®o¹n thø j<br />
HiÖu cña RFj vµ DRj gäi lµ lîng ma hiÖu qu¶ RFhq:<br />
RFhq = RFj - DRj. (1b)<br />
Lîng ma hiÖu qu¶ phô thuéc chÆt chÏ vµo lîng ma trËn vµ líp níc mÆt ruéng t¹i<br />
thêi ®iÓm cã ma. Phương trình (1a) cũng có thể biến đổi thành:<br />
DRj = RFj - (Wj - Wj-1) - ETj - Sj + IRj (1c)<br />
Trong phương trình (1c), lượng mưa rơi xuống đạt hiệu quả khi lượng nước tiêu DRj là<br />
nhỏ hoặc không có. Điều này có thể đạt được khi lượng mưa rơi xuống trong thời điểm tính toán<br />
được trữ lại tối đa trên ruộng lúa. Do vậy lượng mưa hiệu quả phụ thuộc vào khả năng trữ của<br />
ruộng lúa tại thời điểm có mưa và lượng mưa (Wj) không vượt quá khả năng trữ (Wj - Wj-1) của<br />
ruộng lúa. Ở đây Wj là lớp nước mặt ruộng tối đa là yếu tố không đổi (thường từ 50 mm -:-<br />
90mm). Như vậy khả năng trữ của ruộng lúa phụ thuộc chặt chẽ vào lớp nước đầu thời đoạn tính<br />
toán. Nếu trong ruộng lúa luôn luôn duy trì một lớp nước nhỏ, khả năng trữ của ruộng lúa sẽ<br />
tăng. Điều này phụ thuộc chặt chẽ vào chế độ quản lý lớp nước mặt ruộng (hay công thức tưới<br />
tăng sản khu tưới áp dụng). Nói cách khác lượng mưa hiệu quả của một khu tưới phụ thuộc chặt<br />
chẽ vào chế độ tưới của hệ thống tưới. Đây là yếu tố phụ thuộc vào hệ thống tưới của lượng mưa<br />
hiệu quả. Nếu các hệ thống tưới có cùng một chế độ tưới, khả năng trữ của ruộng lúa sẽ như<br />
nhau.<br />
Từ phương trình (1b) và (1c) cho thấy, rõ ràng có thể xác định lượng mưa hiệu quả thông<br />
qua việc xác định các tham số còn lại trong các phương trình này. Phương trình 1b và 1c có thể<br />
viết lại như sau:<br />
RFhq = RFj - DRj = Wj - Wj-1 + ETj + Sj - IRj (2)<br />
- Các đại lượng Wj, Wj-1 là lớp nước mặt ruộng tại đầu và cuối thời đoạn tính toán,<br />
- Đại lượng ETj là lượng bốc hơi thực tế tại mặt ruộng trong thời đoạn tính toán j-:-(j-1).<br />
Có nhiều công thức xác định lượng bốc hơi mặt ruộng. Trong bài báo này này lượng bốc hơi<br />
được xác định theo công thức Penman trên cơ sở tài liệu nhiệt độ, giờ nắng thực tế của vùng<br />
trong năm tính toán. Cụ thể như sau:<br />
ETj = Kc . ETo (mm) (3)<br />
Trong đó: ETj: lượng bốc hơi thực tế tại mặt ruộng (mm),<br />
ETo: Lượng bốc thoát hơi tiềm năng. ETo được tính theo<br />
công thức Penman như sau:<br />
ETo = C. (W.Rn + (1-W).Fu). (ea-ed) (mm/ngày),<br />
Kc: là hệ số cây trồng.<br />
Trên cơ sở loại cây trồng là lúa, các yếu tố khí hậu như tốc độ gió, nhiệt độ, giờ nắng, vĩ<br />
độ của khu vực nghiên cứu, ETo của các khu vực nghiên cứu được xác định.<br />
- Đại lượng Sj là lượng tổn thất do ngấm. Đại lượng này được xác định trên cơ sở chất<br />
đất của vùng nghiên cứu. Khu vực nghiên cứu thuộc hệ thống La Khê lấy đại diện làn chất đất<br />
thịt trung bình. Khu vực Nam Hà Nam lấy chất đất là thịt pha sét.<br />
- Đại lượng IRj là lượng nước tưới trong thời đoạn tính toán. Đại lượng này được xác<br />
định trên cơ sở lưu lượng lấy vào đầu hệ thống La Khê và Nam Hà Nam, diện tích tưới ở các vụ<br />
trong các năm tính toán. Trong trường hợp này, tài liệu lưu lượng tưới của các vụ trong vòng 22<br />
năm của 2 hệ thống La Khê và Nam Hà Nam được sử dụng cho việc xác định thành phần IRj .<br />
Trên cơ sở nguyên lý tính toán như đã nêu ở trên, với thực tế tưới nông thường xuyên hay<br />
nông lộ liên tiếp (Wj =50mm), lượng mưa hiệu quả (RFhq) theo mưa trận với thời đoạn là 1<br />
ngày được xác định theo (2). Việc tính toán được lập trình dưới dạng phần mềm cải tiến phần<br />
mềm CROPWAT.<br />
4. Nghiên cứu mối quan hệ giữa mưa thực tế và mưa hiệu quả<br />
Trên cơ sở kết quả tính toán xác định lượng mưa hiệu quả vụ Đông Xuân và vụ Hè Thu<br />
trong vòng 22 năm (1985-2008) của 2 hệ thống La Khê (đại diện cho khu vực Hà Tây cũ) và hệ<br />
thống Nam Hà Nam (đại diện cho Hà Nam), các quan hệ giữa lượng mưa thực tế và lượng mưa<br />
hiệu quả theo các thời đoạn và độ lớn của lượng mưa thực tế được phân tích. Chi tiết về các kết<br />
quả phân tích như sau:<br />
4.1 Mối quan hệ giữa lượng mưa hiệu quả và lượng mưa thực tế theo trận mưa<br />
Để phân tích mối quan hệ giữa lượng mưa thực tế và lượng mưa hiệu quả, độ lớn của một<br />
trận mưa được xem xét. Việc xem xét phân nhóm độ lớn của trận mưa căn cứ vào chế độ quản lý<br />
nước mặt ruộng.<br />
Do các hệ thống tưới trên địa bàn tỉnh Hà Nam và Hà Tây cũ nói chung và hai hệ thống<br />
La Khê và Nam Hà Nam nói riêng đều sử dụng công thức tưới nông thường xuyên hay tưới nông<br />
lộ liên tiếp. Điều này có thể giải thích như sau:<br />
Tưới nông thường xuyên là thường xuyên duy trì một lớp nước trên mặt ruộng không<br />
vượt quá một giá trị amax = 50 mm và lớp nước không thấp hơn một giá trị amin = 30 mm. Vì vậy,<br />
nếu lớp nước trên mặt ruộng thường xuyên được duy trì theo công thức tưới này, lượng mưa hiệu<br />
quả sẽ không vượt quá giới hạn của lớp nước mặt ruộng amax - amin = 50 mm - 30 mm = 20 mm.<br />
Đây là giá trị phân chia ngưỡng độ lớn của một trận mưa thực tế.<br />
Đối với các hệ thống áp dụng công thức tưới nông lộ liên tiếp, giá trị của lớp nước mặt<br />
ruộng sẽ không vượt quá amax = 50 mm, và không thấp hơn giá trị amin = 0 mm. Như vậy, giá trị<br />
lượng mưa hiệu quả của một trận mưa sẽ không vượt quá giá trị amax - a min = 50 mm. Đây là cơ<br />
sở để xác định ngưỡng phân chia lượng mưa thực tế nhằm xác định mối quan hệ giữa lượng mưa<br />
thực tế và lượng mưa hiệu quả theo trận mưa.<br />
Kết quả phân tích trên đây cho thấy có thể phân chia độ lớn của lượng mưa thực tế trong<br />
việc xây dựng quan hệ giữa mưa thực tế và mưa hiệu quả theo trận mưa như sau:<br />
+ Nhóm 1: nhóm có lượng mưa trận không lớn hơn RF 50 mm) của hệ thống Nam Hà Nam<br />
4.2 Mối quan hệ giữa lượng mưa hiệu quả và mưa thực tế theo mưa tháng<br />
Để xây dựng quan hệ giữa mưa hiệu quả và mưa thực tế, mối quan hệ giữa lượng mưa<br />
hiệu quả và lượng mưa thực tế được thực hiện theo thời đoạn là tháng. Dưới đây là các kết quả<br />
cụ thê.<br />
4.2.1 Mối quan hệ giữa lượng mưa hiệu quả và mưa thực tế theo mưa tháng hệ thống La Khê<br />
Để phân tích mối quan hệ giữa lượng mưa hiệu quả và lượng mưa tháng hệ thống La<br />
Khê, lượng mưa tháng các vụ Xuân và Mùa trong 22 năm thuộc hệ thống La Khê được phân tích.<br />
Kết quả cho thấy, đối với vụ Xuân, quan hệ giữa mưa hiệu quả và mưa thực tế theo tháng có<br />
tương quan tương đối chặt. Hệ số tương quan R2 các tháng vụ Xuân dao động từ 0,49 đến 0,84.<br />
Các chỉ tiêu thống kê về mưa hiệu quả và mưa thực tế theo tháng vụ Đông Xuân hệ thống La<br />
Khê được thống kê ở bảng 3.<br />
Bảng 3. Các tham số thống kê quan hệ RF và RFhq các tháng vụ Xuân hệ thống La Khê<br />
Hệ số tương Sai số<br />
Tháng Phương trình hồi quy Số mẫu<br />
quan R2 chuẩn<br />
I RFhq = 0,23 RF + 8,4 22 0,49 33,4%<br />
II RFhq = 0,73 RF + 3,7 22 0,84 7,2%<br />
III RFhq = 0,46 RF + 12,2 22 0,76 22,5%<br />
IV RFhq = 0,24 RF + 15,6 22 0,49 33,1%<br />
Bảng 4. Các tham số thống kê quan hệ RF và RFhq các tháng vụ Mùa hệ thống La Khê<br />
Hệ số tương Sai số<br />
Tháng Phương trình hồi quy Số mẫu<br />
quan R2 chuẩn<br />
VI RFhq = 0,125 RF + 41,2 20 0,25 73,4%<br />
VII RFhq = 0,164 RF + 79,8 20 0,48 49,2%<br />
VIII RFhq = 0,2 RF + 74,6 20 0,36 62,5%<br />
IX RFhq = 0,25 RF + 53 20 0,48 49,5%<br />
X RFhq = 0,042 RF + 10,1 20 0,1 84,1%<br />
Kết quả phân tích tương quan giữa lượng mưa hiệu quả và mưa thực tế theo mưa tháng<br />
vụ mùa thuộc hệ thống La Khê cũng cho thấy mối quan hệ giữa chúng không đủ chặt để có thể<br />
xây dựng mối quan hệ hồi quy đảm bảo độ tin cậy cần thiết. Hệ số tương quan R2 trong các<br />
tháng này dao động từ 0,1 đến 0,48. Chi tiết về các tham số thống kê như ở bảng 4.<br />
3.2.2 Mối quan hệ giữa lượng mưa hiệu quả và mưa thực tế theo mưa tháng hệ thống Nam Hà<br />
Nam<br />
Phân tích mối quan hệ giữa mưa hiệu quả và mưa thực tế theo các tháng của hệ thống<br />
Nam Hà Nam cũng cho kết quả tương tự. Tương quan giữa mưa hiệu quả và thực tế của các<br />
tháng vụ Xuân không chặt. Hệ số tương quan R2 các tháng trong vụ dao động từ 0,23 đến 0,65.<br />
Các tháng vụ Mùa cho kết quả rất không chặt. Hệ số tương quan của các tháng dao động từ 0,12<br />
đến 0,35. Chi tiết về các chỉ tiêu thống kê mối quan hệ giữa lượng mưa thực tế và mưa hiệu quả<br />
theo các tháng vụ Đông Xuân và Hè Thu hệ thống Nam Hà Nam được thống kê ở bảng 5 và 6<br />
dưới đây.<br />
Bảng 5. Các tham số thống kê quan hệ RF và RFhq các tháng vụ Xuân hệ thống Nam Hà Nam<br />
Hệ số tương Sai số<br />
Phương trình hồi quy Số mẫu<br />
Tháng quan R2 chuẩn<br />
I RFhq = 0,47 RF + 4,4 22 0,23 84,4%<br />
II RFhq = 0,73 RF + 3,7 22 0,65 35,6%<br />
III RFhq = 0,53 RF + 9,4 22 0,39 69,5%<br />
IV RFhq = 0,32 RF + 11 22 0,34 64,1%<br />
Bảng 6. Các tham số thống kê quan hệ RF và RFhq các tháng vụ Mùa hệ thống Nam Hà Nam<br />
Hệ số tương Sai số<br />
Phương trình hồi quy Số mẫu<br />
Tháng quan R2 chuẩn<br />
VI RFhq = 0,26 RF + 32 22 0,34 67,2%<br />
VII RFhq = 0,09 RF + 117,5 22 0,12 85,2%<br />
VIII RFhq = 0,35 RF + 41,2 22 0,33 71,5%<br />
IX RFhq = 0,24 RF + 60 22 0,35 67,8%<br />
X RFhq = 0,05 RF + 7,5 22 0,14 81,3%<br />
4.3 Mối quan hệ giữa lượng mưa hiệu quả và mưa thực tế theo vụ<br />
4.3.1 Mối quan hệ giữa lượng mưa hiệu quả và mưa thực tế theo vụ hệ thống La Khê<br />
Kết quả phân tích mối quan hệ giữa mưa hiêu quả và mưa thực tế theo vụ của hệ thống<br />
thủy nông La Khê cho thấy quan hệ giữa mưa hiệu quả và mưa thực tế trong các vụ Xuân và<br />
Mùa ở mức trung bình. Hệ số tương quan của chúng đạt từ 0,59 đến 0,65. Các chỉ tiêu thống kê<br />
có thể xem ở bảng 7.<br />
Bảng 7. Các tham số thống kê quan hệ RF và RFhq các vụ hệ thống La Khê<br />
Hệ số tương Sai số<br />
Vụ Phương trình hồi quy Số mẫu<br />
quan R2 chuẩn<br />
ĐX RFhq = 0,47 RF + 22,3 20 0,65 32,2%<br />
HT RFhq = 0,156 RF + 277,4 20 0,59 36,2%<br />
4.3.2 Mối quan hệ giữa lượng mưa hiệu quả và mưa thực tế theo vụ hệ thống Nam Hà Nam<br />
Tượng tự hệ thống La Khê, việc phân tích quan hệ giữa lượng mưa hiệu quả và lượng<br />
mưa thực tế theo vụ của hệ thống Nam Hà Nam cho thấy giữa chúng có mối tương quan trung<br />
bình. Hệ số tương quan giữa chúng đạt từ 0,5 đến 0,62 (Bảng 8).<br />
Bảng 8. Các tham số thống kê quan hệ RF và RFhq các vụ hệ thống<br />
Hệ số tương Sai số<br />
Vụ Phương trình hồi quy Số mẫu<br />
quan R chuẩn<br />
ĐX RFhq = 0,474 RF + 24 20 0,62 25,2%<br />
HT RFhq = 0,144 RF + 313 20 0,5 42,2%<br />
<br />
<br />
5. Kết luận<br />
Kết quả phân tích tương quan giữa lượng mưa hiệu quả và mưa thực tế theo chỉ số mưa<br />
trận, mưa tháng và mưa vụ cho thấy có thể rút ra một số nhận xét như sau:<br />
1) Đối với mưa trận, tương quan giữa lượng mưa hiệu quả và lượng mưa thực tế chỉ có ý<br />
nghĩa đối với nhóm mưa 1 (có lượng mưa nhỏ hơn 20 mm) Hệ số tương quan của nhóm này đạt<br />
khá cao > 0,8. Các nhóm 2 và 3 (có lượng mưa > 20 mm) có sự tương quan không chặt (R <<br />
0,5). Vì vậy khó có thể xây dựng quan hệ chặt giữa mưa thực tế và mưa hiệu quả theo mưa trận.<br />
2) Đối với quan hệ giữa mưa thực tế và mưa trận theo tháng, tương quan giữa chúng theo<br />
các tháng cũng biến động rất nhiều (R2 biến động từ 0,12 đến 0,65). Vì vậy cũng rất khó để xây<br />
dựng quan hệ giữa mưa thực tế và mưa hiệu quả dựa trên cơ sở mưa tháng đảm bảo sự tin cậy<br />
cần thiết.<br />
3) Đối với mưa vụ, các chỉ tiêu thống kê cho thấy có mối quan hệ ở mức trung bình giữa<br />
mưa hiệu quả và mưa thực tế (hệ số tương quan từ 0,5 đến 0,6). Do vậy việc xây dựng quan hệ<br />
hồi quy giữa mưa thực tế và mưa hiệu quả theo vụ cũng khó đảm bảo độ tin cậy cần thiết để xác<br />
định lượng mưa hiệu quả phục vụ cho việc tính toán chế độ tưới.<br />
Mặc dù số liệu nghiên cứu chưa nhiều nhưng kết quả trên đây cho thấy rất khó để xây<br />
dựng quan hệ hồi quy giữa mưa hiệu quả và mưa thực tế. Đây là một khó khăn trong tính toán<br />
chế độ tưới sử dụng các phần mềm đòi hỏi lượng mưa hiệu quả.<br />
5. Tài liệu tham khảo<br />
1. NguyÔn TuÊn Anh, ChÕ ®é tíi cho lóa vïng §BSH, B¸o c¸o chuyªn ®Ò t¹i Héi nghÞ Khoa häc<br />
n¨m 1996.<br />
2. Nguyễn Đức Châu (2001), "Xác đinh nhu cầu nước mặt ruộng cho các loại cây trồng vùng<br />
duyên hải Nam Trung Bộ", Luận án tiến sĩ kỹ thuật, Trường đại học Thủy lợi- Hà Nội.<br />
3. Nguyễn Ngọc Dũng (1999), Nghiên cứu lượng nước cần và nhu cầu nước tưới cho cây trồng<br />
thuộc hệ thống tưới La Khê, Luận án tiến sĩ kỹ thuật, Trường đại học Nông nghiệp I - Hà<br />
Nội.<br />
4. Vũ Đại Nguyên (2006), Hướng dẫn sử dụng phần mềm IDPro 3.0, Báo cáo đề tài NCKH cấp<br />
Bộ, Hà Nội.<br />