Xem mẫu
- 20 Quy ho¹ch vµ thiÕt kÕ hÖ thèng thñy lîi
Ch−¬ng 2
Quan hÖ ®Êt - n−íc vμ c©y trång,
nguyªn lý ®iÒu tiÕt n−íc ruéng
2.1. ¶nh h−ëng cña n−íc ®èi víi sù ph¸t triÓn cña c©y trång vµ
t¸c dông c¶i t¹o ®Êt
Nhê cã n−íc, chÊt dinh d−ìng, nhiÖt ®é, ¸nh s¸ng vµ kh«ng khÝ mµ c©y trång ph¸t
triÓn b×nh th−êng. C¸c yÕu tè ¶nh h−ëng lÉn nhau vµ cã t¸c dông quan träng ngang nhau
kh«ng thÓ thay thÕ nhau ®−îc. Phèi hîp tèt c¸c yÕu tè nµy th× c©y trång ph¸t triÓn thuËn lîi,
còng nh− lµm thay ®æi qu¸ tr×nh h×nh thµnh ®Êt, kh«ng ngõng t¨ng ®é ph× cho ®Êt.
Trong c¸c yÕu tè trªn, n−íc vµ chÊt dinh d−ìng lµ hai yÕu tè quan träng vµ ®ãng vai
trß quyÕt ®Þnh. Mçi qu¸ tr×nh t¹o thµnh vµ ph©n hñy cña thùc vËt ®Òu lÊy n−íc lµm m«i
giíi. N−íc chiÕm ®Õn 80% trong nguyªn sinh chÊt cña thùc vËt. N−íc gióp qu¸ tr×nh ph©n
gi¶i chÊt h÷u c¬ trong ®Êt hoÆc c¸c qu¸ tr×nh trao ®æi kh¸c.
Nhê cã n−íc hßa tan c¸c chÊt kho¸ng trong ®Êt trång mµ rÔ c©y míi cã thÓ hót vµ vËn
chuyÓn c¸c chÊt ®ã tõ rÔ lªn th©n vµ l¸ ®Ó nu«i c©y. Nhê cã ®Çy ®ñ n−íc trong c¸c tÕ bµo
mµ c©y cã thÓ duy tr× ®−îc ¸p lùc b×nh th−êng.
99,8% l−îng n−íc ®· bèc h¬i qua c¸c khÝ khæng ë mÆt l¸ ®Ó ®iÒu tiÕt nhiÖt ®é cho c©y,
b¶o ®¶m sù sinh ho¹t b×nh th−êng cña c©y, chØ cã 0,2% l−îng n−íc lµ tham gia vµo viÖc t¹o
thµnh th©n vµ l¸ c©y, l−îng n−íc nµy tuy Ýt nh−ng kh«ng thÓ thiÕu ®−îc. V× vËy ph¶i b¶o
®¶m ®Çy ®ñ l−îng n−íc cho c©y.
Kh¶ n¨ng hót n−íc cña rÔ c©y trong ®Êt phô thuéc vµo l−îng ngËm n−íc trong ®Êt vµ
nång ®é dung dÞch cña c¸c chÊt trong ®Êt.
2.1.1. ¶nh h−ëng cña n−íc ®Õn kh¶ n¨ng hót n−íc cña c©y trång
1. N¨ng lùc hót n−íc cña rÔ c©y cã thÓ biÓu thÞ b»ng hÖ thøc
Ψ Pi − gZ i − ϕXi
n
U=∑ (2.1)
R Pi + R ri
i =1
trong ®ã:
U - n¨ng lùc hót n−íc cña rÔ, th−êng biÓu thÞ b»ng ¸p lùc hoÆc ®é cao cét n−íc;
ΨPi - thÕ n¨ng dÉn cña líp i (bao gåm c¶ kh¶ n¨ng thÈm thÊu);
- 21
Ch−¬ng 2 - Quan hÖ ®Êt - n−íc vµ c©y trång, nguyªn lý ®iÒu tiÕt n−íc ruéng
ϕXi - thÕ n¨ng cña n−íc trong rÔ;
RPi - søc c¶n cña ®Êt ë líp i;
Rri - søc c¶n cña rÔ, søc c¶n nµy ®−îc x¸c ®Þnh theo hÖ thøc:
R
R ri = n ∑ L i
n
Rn - ®é s©u rÔ;
Li - mËt ®é rÔ ë líp i;
n - sè líp tÝnh to¸n mËt ®é rÔ c©y.
N¨ng lùc hót n−íc cña rÔ c©y cã quan hÖ víi søc gi÷ n−íc cña ®Êt (¸p lùc gi÷ n−íc cña
®Êt), mµ ¸p lùc gi÷ n−íc cña ®Êt l¹i cã quan hÖ víi ®é Èm cña ®Êt. ¸p lùc gi÷ n−íc cña ®Êt
tû lÖ nghÞch víi ®é Èm cña ®Êt, ®é Èm cµng bÐ th× lùc gi÷ n−íc cña ®Êt cµng lín vµ ng−îc
l¹i. §Ó c©y trång cã thÓ hót ®−îc n−íc tõ trong ®Êt th× ¸p lùc hót cña rÔ c©y ph¶i th¾ng ®−îc
¸p lùc gi÷ n−íc cña ®Êt.
Ta cã thÓ biÓu diÔn ph−¬ng tr×nh ®¹i sè vÒ lùc gi÷ n−íc trong ®Êt ®−îc biÓu thÞ b»ng
thÕ n¨ng:
φ = Ha − Ψ + gZ + Pγ (2.2)
φ - tæng thÕ n¨ng gi÷ n−íc cña ®Êt, cã thÓ biÓu thÞ b»ng bar hoÆc cm cét n−íc;
Ha - lùc hót, khi ®Êt ë tr¹ng th¸i kh« th× xuÊt hiÖn lùc nµy. ¸p suÊt gi÷ n−íc cã thÓ ®¹t
hµng chôc, hµng tr¨m bar tïy thuéc vµo tr¹ng th¸i kh« cña ®Êt;
Ψ - lùc mao qu¶n, xuÊt hiÖn ë tr¹ng th¸i n−íc mao qu¶n. Lùc nµy bÐ h¬n lùc hót (lùc
dÝnh kÕt);
gZ - lùc träng tr−êng, lùc nµy xuÊt hiÖn ë tr¹ng th¸i n−íc tù do, biÕn ®æi theo søc hót
cña tr¸i ®Êt vµ vÞ trÝ thÕ;
Pγ - lùc thñy tÜnh, lùc nµy xuÊt hiÖn khi n−íc trong ®Êt ®· b·o hßa.
Tæng thÕ n¨ng gi÷ n−íc cña ®Êt φ thay ®æi theo tr¹ng th¸i Èm cña ®Êt, ®Êt cµng kh«
kiÖt, gi¸ trÞ φ cµng lín vµ ng−îc l¹i. ë mét tr¹ng th¸i Èm cña ®Êt, chØ tån t¹i mét thµnh phÇn
chiÕm −u thÕ cña c¸c thÕ thµnh phÇn, vÝ dô ë tr¹ng th¸i n−íc liªn kÕt (®Êt rÊt kh«) th× gi¸ trÞ
Ha chiÕm −u thÕ, cßn c¸c thµnh phÇn kh¸c bá qua.
Trong 4 thµnh phÇn trªn, lùc hót vµ lùc mao qu¶n lµ quan träng nhÊt.
Lùc hót lµ do t¸c dông hÊp dÉn ®−îc thùc hiÖn ®èi víi n−íc cña bÒ mÆt ph©n tö ®Êt.
Lùc hót cã gi¸ trÞ ®Õn hµng ngµn kg/cm2 mµ t¸c dông trªn kho¶ng c¸ch v« cïng bÐ, chØ 1/10
angstrom (1 angstrom = 10-7mm).
Nhê lùc hót n−íc ®−îc gi÷ chÆt trong ph©n tö ®Êt vµ nhê lùc dÝnh c¸c phÇn tö n−íc sÏ
liªn kÕt víi nhau vµ t¹o thµnh mµng ë xung quanh phÇn tö ®Êt. Mµng cµng dµy th× ph©n tö
n−íc ë bªn ngoµi cña mµng gi÷ l¹i víi lùc rÊt nhá ®Õn khi lùc hót triÖt tiªu. Cã nghÜa lµ lùc
hót tû lÖ nghÞch víi ®é dµy cña mµng n−íc phÝa ngoµi ph©n tö ®Êt.
- 22 Quy ho¹ch vµ thiÕt kÕ hÖ thèng thñy lîi
Cã thÓ nãi r»ng:
- §Êt b·o hßa n−íc, ®Ó t¸ch n−íc khái ®Êt th× cÇn n¨ng l−îng bÐ, v× n−íc ®−îc gi÷ víi
¸p lùc nhá;
- §Êt cµng kh« th× yªu cÇu ng−îc l¹i;
- ë mÆt n−íc tù do (møc n−íc tÜnh) th× ¸p lùc vµ søc c¨ng b»ng 0;
- ë mÆt n−íc thñy tÜnh (vïng viÒn mao qu¶n) ¸p lùc lµ ©m, bÐ h¬n ¸p lùc atmosfer (¸p
lùc khÝ quyÓn);
- ë d−íi mÆt n−íc tù do ¸p lùc lµ d−¬ng, tøc lµ lín h¬n ¸p lùc atmosfer (¸p lùc khÝ
quyÓn).
C¶ hai lo¹i ¸p lùc ©m vµ d−¬ng ta gäi lµ kho¶ng thÕ ¸p lùc.
Theo Schofield ®Ò nghÞ lo¹i ®¬n vÞ x¸c ®Þnh thÕ cña ®é Èm lµ pF (logarit cña thÕ Èm)
biÓu thÞ b»ng cm cét n−íc.
pF = 0 : Lo¹i ®Êt b·o hßa n−íc;
pF = 3 : §Êt Èm ë søc tr÷ n−íc ®ång ruéng;
pF = 3,7 : §Êt Èm ë hÖ sè hÐo t¹m thêi;
pF = 4,2 : §Êt Èm ë hÖ sè hÐo vÜnh viÔn;
pF = 6,5 : §Êt Èm ë hÖ sè hót n−íc;
pF = 7 : §Êt gÇn kh« hoµn toµn.
§iÒu nµy cã ý nghÜa quan träng vÒ lý thuyÕt vµ thùc tÕ cña søc gi÷ n−íc ®èi víi c¸c
lo¹i ®Êt kh¸c nhau.
§Êt c¸t cã søc gi÷ n−íc bÐ h¬n søc gi÷ n−íc ë ®Êt sÐt nÕu cïng mét ®é Èm.
Do ®ã cã thÓ kÕt luËn: Sù hÊp thô n−íc ®èi víi c©y trång kh«ng chØ quan hÖ víi l−îng %
Èm trong ®Êt mµ cßn cã quan hÖ víi søc gi÷ n−íc cña ®Êt. ¸p lùc Èm trong ®Êt b»ng 2atm
th× n−íc trong ®Êt ®−îc c©y hÊp thô dÔ dµng.
¸p lùc cÇn thiÕt ®Ó t¸ch n−íc trong ®Êt:
- B»ng kh«ng ®èi víi ®Êt b·o hoµ n−íc;
⎛ 1 1⎞
- B»ng ⎜ ÷ ⎟ atm ®èi víi ®Êt cã ®é Èm lµ søc tr÷ n−íc tèi ®a ®ång ruéng;
⎝ 10 3 ⎠
- B»ng (15 ÷ 16) atm ®é Èm t−¬ng ®−¬ng víi hÖ sè c©y hÐo.
Quan hÖ gi÷a ®é Èm cña ®Êt vµ ¸p lùc gi÷ Èm cã thÓ biÓu thÞ b»ng biÓu ®å h×nh 2.1.
2. Ph−¬ng ph¸p x¸c ®Þnh søc gi÷ n−íc cña ®Êt
Cã thÓ thùc hiÖn b»ng c¸c ph−¬ng ph¸p:
- Ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch träng l−îng. §©y lµ ph−¬ng ph¸p cæ truyÒn, nh−ng mÊt nhiÒu
thêi gian.
- Ph−¬ng ph¸p x¸c ®Þnh b»ng ¸p lùc kÕ (Tensiometer).
- 23
Ch−¬ng 2 - Quan hÖ ®Êt - n−íc vµ c©y trång, nguyªn lý ®iÒu tiÕt n−íc ruéng
- Ph−¬ng ph¸p x¸c ®Þnh b»ng Ohm kÕ.
H×nh 2.1: Quan hÖ gi÷a ®é Èm vµ søc gi÷ Èm cña ®Êt
a) Ph−¬ng ph¸p ®o b»ng ¸p lùc kÕ (Tensiometer Richards)
CÊu t¹o: Gåm ba bé phËn lµ b×nh xèp, èng chøa n−íc, ¸p lùc kÕ
- 24 Quy ho¹ch vµ thiÕt kÕ hÖ thèng thñy lîi
H×nh 2.2: Tensiometer ®o ®é Èm cña ®Êt
1- B×nh xèp; 2- èng chøa n−íc; 3- ¸p lùc kÕ
Nguyªn lý ®o: Dùa trªn c¬ së c©n b»ng lùc gi÷ Èm trong ®Êt vµ thiÕt bÞ ®o (b×nh xèp
hót Èm).
C¸ch ®o:
+ §−a ®Çu cã b×nh xèp vµo trong ®Êt ë vÞ trÝ cÇn ®o (®é s©u nµo ®Êy cña tÇng ®Êt);
+ N−íc gi÷ trong ®Êt sÏ c©n b»ng víi n−íc tr÷ trong b×nh xèp vµ trong hÖ thèng kÝn;
+ ¸p lùc t¨ng lªn vµ truyÒn vµo cét n−íc trong èng vµ thiÕt bÞ ®o ¸p lùc (Tensiometer).
§ång hå ®o ph©n chia tõ 0 ÷ 100 centibar (1 bar = 1 atm).
Theo Marsh ph©n tÝch gi¸ trÞ sè ®äc ®−îc trªn Tensiometer nh− sau:
- Sè ®äc n»m gi÷a 10 vµ 25 lµ ®iÒu kiÖn lý t−ëng, thÝch hîp gi÷a tû lÖ n−íc vµ kh«ng
khÝ ®èi víi c©y trång c¹n.
- Sè ®äc tõ 40 ÷ 50: NhiÒu lo¹i c©y trång rÔ s©u tõ 50cm b¾t ®Çu thiÕu n−íc.
- Sè ®äc 70: §Êt cã kÕt cÊu trung b×nh vµ c©y trång cã rÔ ph¸t triÓn ®Õn 75cm cÇn t−íi.
- Sè ®äc 70: T−íi cã thÓ b¾t ®Çu (2 ÷ 3 ngµy) sau khi ®äc sè nµy.
- Sè ®äc 80: CÇn t−íi ®èi víi hÇu hÕt c¸c lo¹i c©y trång.
Nh÷ng tiÖn lîi cña lo¹i thiÕt bÞ nµy:
- Cã thÓ ®o liªn tôc;
- Gi¸ thµnh thiÕt bÞ kh«ng ®¾t, dÔ chÕ t¹o;
- X¸c ®Þnh ®é Èm nhanh ë thêi ®iÓm Èm cña ®Êt;
- Sai sè chØ kho¶ng ± 2%.
Nh−îc ®iÓm:
- ChØ ®o ®−îc tõ 0 ÷ 0,85 atm, víi ®Êt cã ¸p lùc gi÷ n−íc cao h¬n th× kh«ng khÝ sÏ chui
vµo b×nh xèp vµ thiÕt bÞ ngõng ho¹t ®éng
- Kh«ng sö dông ®−îc ë ®é s©u lín.
b) §o b»ng Ohm kÕ
ThiÕt bÞ sÏ kh¾c phôc ®−îc nh−îc ®iÓm cña thiÕt bÞ trªn. Bouyoucos ®· nghiªn cøu chÕ
t¹o lo¹i thiÕt bÞ nµy.
CÊu t¹o: gåm ba bé phËn chÝnh
1. Ohm kÕ;
2. Mét hép xèp;
3. Hai d©y nèi víi hai ®iÖn cùc.
- 25
Ch−¬ng 2 - Quan hÖ ®Êt - n−íc vµ c©y trång, nguyªn lý ®iÒu tiÕt n−íc ruéng
Nguyªn lý: Dùa trªn quan hÖ gi÷a ®iÖn trë vµ ¸p lùc gi÷ Èm trong ®Êt, mµ ®é Èm cña
®Êt l¹i quan hÖ víi ¸p lùc gi÷ Èm. Quan hÖ nµy ®−îc thÓ hiÖn ë b¶ng 2.1.
1 1 : Ohmetre
2 : D©y c¸ch ®iÖn
3 : Hép xèp
2 D©y c¸ch ®iÖn phÝa ngoµi
3
H×nh 2.3: ThiÕt bÞ ®o ®é Èm cña ®Êt b»ng Ohmetre
B¶ng 2.1 - Quan hÖ gi÷a lùc gi÷ Èm vµ ®iÖn trë
Lùc gi÷ Èm (atm) §iÖn trë (Ohm)
0 300
0,5 1100
1,0 2500
2,0 8500
4,0 29000
8,0 80000
TiÖn lîi cña thiÕt bÞ:
- Lµm viÖc rÊt nhÑ nhµng;
- §o ®−îc nhiÒu ®iÓm cïng mét lóc;
- Sai sè chØ ®¹t ±1%;
- §o ®−îc ¸p lùc lín (®èi víi ®Êt kh«).
3. C¸c chØ sè vËt lý cña ®Êt cã quan hÖ ®Õn kh¶ n¨ng hót n−íc cña c©y
a) HÖ sè hót n−íc βh
- 26 Quy ho¹ch vµ thiÕt kÕ hÖ thèng thñy lîi
HÖ sè nµy biÓu hiÖn l−îng n−íc mµ ®Êt kh« ë 105°C cã thÓ hót n−íc trong kh«ng khÝ
gÇn b·o hoµ h¬i n−íc. HÖ sè nµy sÏ ®−îc biÓu thÞ b»ng % cña träng l−îng ®Êt kh« sÊy
ë 105°C.
Gi¸ trÞ nµy thay ®æi theo lo¹i ®Êt, cÊu t¹o ®Êt, ®Æc biÖt lµ l−îng sÐt chøa trong ®Êt víi
l−îng mïn.
b) HÖ sè hÐo βch
HÖ sè hÐo ®−îc biÓu thÞ b»ng l−îng chøa Èm cã trong ®Êt mµ ë ®ã c©y trång sÏ bÞ hÐo
vµ chÕt.
- HÖ sè hÐo còng biÓu thÞ b»ng % träng l−îng ®Êt kh« sÊy ë 1050C.
- Ph−¬ng ph¸p x¸c ®Þnh chñ yÕu b»ng thùc nghiÖm.
- Víi ph−¬ng ph¸p gi¸n tiÕp cã thÓ x¸c ®Þnh b»ng hÖ thøc kinh nghiÖm.
βch = 1,5βh
βch = 0,05 + 0,35A
HoÆc:
A: L−îng chøa sÐt trong ®Êt (%).
c) §é Èm tèi ®a ®ång ruéng β®r
§é Èm tèi ®a ®ång ruéng β®r lµ ®é Èm cã trÞ sè mµ khi ®é Èm cña ®Êt v−ît qu¸ trÞ sè
nµy th× sinh ra n−íc träng lùc. §é Èm tèi ®a ®ång ruéng cßn ®−îc gäi lµ ®é Èm lín nhÊt cña
®Êt, nã thÓ hiÖn kh¶ n¨ng gi÷ n−íc tèi ®a cña ®Êt.
Gi¸ trÞ nµy th−êng thay ®æi theo cÊu tróc vµ kÕt cÊu cña tõng lo¹i ®Êt.
Ph−¬ng ph¸p x¸c ®Þnh β®r theo cÊu tróc ®Êt tù nhiªn, chän diÖn tÝch 1/1 hoÆc 4/4m,
xung quanh ®ãng v¸n cõ ë ®é s©u 0,5m. T−íi n−íc ®Õn khi b·o hoµ råi ®Ó n−íc tho¸t ®i.
§Êt kh« hoµn toµn
ThÝch hîp cho Kh«ng thÝch hîp
ThÝch hîp cho kÐo dµi sù sèng víi c©y trång
N−íc hót
(liªn kÕt)
HÖ sè hót n−íc ë kh«ng khÝ b·o hßa
N−íc mao qu¶n
HÖ sè hÐo
sù t¨ng tr−ëng
§é Èm tèi ®a ®ång ruéng
N−íc träng lùc
D− n−íc ph¶i
tiªu víi c©y
trång c¹n
§é Èm b·o hßa
- 27
Ch−¬ng 2 - Quan hÖ ®Êt - n−íc vµ c©y trång, nguyªn lý ®iÒu tiÕt n−íc ruéng
H×nh 2.4: S¬ ®å quan hÖ vÒ c¸c ®Æc tr−ng vËt lý víi tr¹ng th¸i n−íc
Sau 1 ÷ 3 ngµy ®èi víi ®Êt nhÑ, 4 ÷ 6 ngµy ®èi víi ®Êt nÆng th× lÊy mÉu ph©n tÝch x¸c
®Þnh ®é Èm β®r mçi ngµy 2 lÇn; x¸c ®Þnh 2 ÷ 3 lÇn liªn tôc ë cïng ®é s©u, sÏ nhËn ®−îc ®é
Èm xÊp xØ nhau, ®ã chÝnh lµ ®é Èm tèi ®a ®ång ruéng.
4. VÒ ®é Èm thÝch hîp vµ ®é Èm thÝch hîp bÐ nhÊt ®èi víi c©y trång c¹n
§é Èm thÝch hîp bÐ nhÊt trong ®Êt lµ ®é Èm cÇn duy tr× tèi thiÓu, kh«ng ®−îc phÐp
gi¶m d−íi gi¸ trÞ ®ã trªn chiÒu s©u ph¸t triÓn cña bé rÔ c©y chÝnh ®Ó ®¶m b¶o c©y ph¸t triÓn
tèi −u vµ cho n¨ng suÊt lín nhÊt trªn 1ha.
Cã ba quan ®iÓm x¸c ®Þnh ®é Èm nµy:
a) Quan ®iÓm thø nhÊt: Theo quan ®iÓm cña Veihmeyer vµ Hendrickson
C¸c t¸c gi¶ nµy cho r»ng ®é Èm thÝch hîp ®èi víi c©y trång lµ b»ng hiÖu sè gi÷a ®é Èm tèi
®a ®ång ruéng β®r vµ hÖ sè hÐo βch: (β®r - βch) theo quan hÖ ®−êng th¼ng n»m ngang.
B»ng mét lo¹t thùc nghiÖm trªn c¸c v−ên c©y ¨n qu¶, ng−êi ta ®· ph¶n ®èi quan ®iÓm nµy.
H×nh 2.5: Quan hÖ gi÷a ®é Èm vµ n¨ng suÊt c©y trång
b) Quan ®iÓm thø hai: Theo Dolgov, Rode vµ Richards cho r»ng l−îng n−íc thÝch hîp
trong ®Êt ®èi víi c©y lµ gi¶m dÇn tõ ®é Èm tèi ®a ®ång ruéng ®Õn hÖ sè hÐo mét c¸ch ®ång
nhÊt theo ®−êng th¼ng.
100%
75
N¨ng suÊt ®¹t ®−îc
50
25
0
100 (β®r) 75 50 25 0
B B
HÖ sè hÐo (βch)
L−îng n−íc thÝch hîp B B
- 28 Quy ho¹ch vµ thiÕt kÕ hÖ thèng thñy lîi
H×nh 2.6: Quan hÖ gi÷a n¨ng suÊt vµ l−îng n−íc thÝch hîp
Theo quan ®iÓm nµy ®Ó b¶o ®¶m ®é Èm trong ®Êt lu«n lu«n ®¹t ®−îc gi¸ trÞ cao th×
ph¶i t−íi rÊt dµy vµ víi l−îng n−íc nhá. Lý thuyÕt nµy kh«ng ®óng ®¾n hoµn toµn.
c) Quan ®iÓm thø ba: §a sè nhµ nghiªn cøu ®Òu cho r»ng l−îng n−íc thÝch hîp cã
quan hÖ víi ¸p lùc gi÷ n−íc trong ®Êt (cÊu tróc lo¹i) vµ thay ®æi theo d¹ng ®−êng cong.
100%
§Êt nhÑ
§Êt trung b×nh
75
N¨ng suÊt ®¹t ®−îc
§Êt nÆng
50
25
0
100 (β®r) 75 50 25 0
HÖ sè hÐo βch
L−îng n−íc thÝch hîp
H×nh 2.7: Quan hÖ gi÷a n¨ng suÊt ®¹t ®−îc vµ l−îng n−íc thÝch hîp [35]
Tõ nh÷ng lý do trªn ®i ®Õn x¸c ®Þnh ®é Èm thÝch hîp bÐ nhÊt trong ®Êt cÇn duy tr×
kh«ng chØ cã quan hÖ víi ®é Èm tèi ®a ®ång ruéng (β®r) mµ cßn cã quan hÖ víi tÝnh chÊt
cña ®Êt.
§é Èm tèi ®a ®ång ruéng
100
90
80 75% thÝch hîp
§é Èm thÝch hîp %
§Êt sÐt
70
60
50% thÝch hîp
50
HÖ sè hÐo
40 §Êt thÞt
30 25% thÝch hîp
20 §Êt c¸t
10
(βch) 0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
¸p lùc gi÷ Èm thÝch hîp (atm)
H×nh 2.8: Quan hÖ gi÷a ®é Èm thÝch hîp vµ ¸p lùc gi÷ Èm cña ®Êt [35]
Tõ biÓu ®å trªn ta thÊy:
- 29
Ch−¬ng 2 - Quan hÖ ®Êt - n−íc vµ c©y trång, nguyªn lý ®iÒu tiÕt n−íc ruéng
ë ®é Èm thÝch hîp 75% th×: - §Êt sÐt lµ 2 atm
- §Êt thÞt lµ 1 atm
- §Êt c¸t lµ 0,5 atm
ë ®é Èm thÝch hîp 50% th×: - §Êt sÐt lµ 4,5 atm
- §Êt thÞt lµ 2 atm
- §Êt c¸t lµ 1,0 atm
ë ®é Èm thÝch hîp 25% th×: - §Êt sÐt lµ 9 atm
- §Êt thÞt lµ 6 atm
- §Êt c¸t lµ 2 atm
Tõ ®ã ng−êi ta x¸c ®Þnh ®é Èm thÝch hîp ®èi víi c©y trång lµ t−¬ng øng víi ¸p lùc gi÷
n−íc cña ®Êt lµ 2 atm. Do ®ã ®i ®Õn x¸c ®Þnh ®é Èm bÐ nhÊt thÝch hîp cã thÓ x¸c ®Þnh theo
c¸c hÖ thøc sau:
3
(βdr − βch )
βmin = βch +
- §Êt sÐt:
4
3
= βch + ( βdr − βch )
βmin
- §Êt thÞt:
2
3
= βch + ( βdr − βch )
βmin
- §Êt c¸t:
1
Trong ®Êt mÆn th× βmin cßn cã quan hÖ víi nång ®é muèi trong ®Êt.
Mét sè tµi liÖu còng ®Ò nghÞ vÒ ®é Èm giíi h¹n (®é Èm giíi h¹n d−íi cÇn duy tr×).
βcr = (0,55 ÷ 0,65)β®r
- §Êt c¸t vµ c¸t pha:
βcr = (0,65 ÷ 0,75)β®r
- §Êt sÐt trung b×nh vµ sÐt nhÑ:
βcr = (0,75 ÷ 0,85)β®r
- §Êt sÐt pha vµ sÐt:
Ng−êi ta ®· x©y dùng s¬ ®å tæng hîp quan hÖ gi÷a d¹ng n−íc, ®Æc tr−ng vËt lý vµ ®é
Èm thÝch øng.
Kh¶ n¨ng b·o hßa
N−íc d−, thiÕu kh«ng khÝ
N−íc rÊt dÔ hÊp thô
Kh¶ n¨ng mao qu¶n
N−íc
tù do
Kh¶ n¨ng tr÷ n−íc tèi ®a ®ång ruéng N−íc dÔ hÊp thô
N−íc §é Èm gi¸n ®o¹n cña sù liªn tôc mao qu¶n
liªn kÕt
hãa häc N−íc chËm vµ khã hÊp thô
HÖ sè hÐo
HÖ sè hót n−íc lín nhÊt
Kh¶ n¨ng lín nhÊt cña sù hót n−íc N−íc kh«ng hÊp thô
N−íc
®−îc ®èi víi thùc vËt
liªn kÕt
chÆt
Kh« hoµn toµn
- 30 Quy ho¹ch vµ thiÕt kÕ hÖ thèng thñy lîi
H×nh 2.9: S¬ ®å tæng hîp vÒ quan hÖ gi÷a d¹ng n−íc ®Æc tr−ng vËt lý
vµ ®é Èm thÝch hîp ®èi víi c©y trång
2.1.2. ¶nh h−ëng cña n−íc trong ®Êt ®èi víi chÕ ®é tho¸ng khÝ cña ®Êt trång
Trong khe rçng cña ®Êt cã n−íc vµ kh«ng khÝ, n−íc nhiÒu th× kh«ng khÝ Ýt vµ ng−îc
l¹i. §Ó b¶o ®¶m c©y cã thÓ h« hÊp thuËn lîi, ë ruéng trång c©y trång c¹n, thÓ tÝch kh«ng
khÝ ph¶i b¶o ®¶m lín h¬n 10% thÓ tÝch khe rçng. NÕu n−íc qu¸ nhiÒu th× rÔ c©y sÏ h« hÊp
khã kh¨n vµ khi ®ã rÔ c©y tiÕt ra chÊt ®éc. NÕu t×nh tr¹ng thiÕu kh«ng khÝ kÐo dµi th× sù h«
hÊp sÏ kÐm ®i vµ cuèi cïng sÏ ngõng h¼n. V× vËy ®èi víi c©y trång c¹n mµ ®Ó n−íc ngËp
qu¸
1 ÷ 2 ngµy th× ¶nh h−ëng ®Õn sù sinh tr−ëng b×nh th−êng cña c©y trång. NÕu ngËp l©u th×
c©y trång sÏ chÕt.
§èi víi c©y lóa do cÊu t¹o th©n c©y cã thÓ sèng d−íi n−íc ®−îc, v× c©y lóa cã thÓ lÊy
kh«ng khÝ tõ trªn th«ng qua èng rçng cña l¸ vµ th©n ®Ó cung cÊp cho bé rÔ h« hÊp. Tuy vËy
nÕu ngËp qu¸ s©u, thiÕu ¸nh s¸ng lóa kh«ng hót ®−îc thøc ¨n sÏ ®Î kÐm lµm ®ßng muén vµ
chÝn chËm, s¶n l−îng sÏ gi¶m thÊp. NÕu ®Ó ngËp qu¸ s©u, ®Ó b¶o ®¶m sù h« hÊp, c©y sÏ
v−¬n cao, èng th«ng h¬i sÏ më réng, èng c©y lín lªn vµ tÕ bµo máng, th©n c©y mÒm yÕu sÏ
dÔ bÞ ®æ.
MÆt kh¸c, do thiÕu kh«ng khÝ, bé rÔ sÏ kÐm ph¸t triÓn vµ sÏ kh«ng c¾m s©u vµo ®Êt vµ
kh«ng gi÷ ®−îc c©y v÷ng ch¾c. §é ngËp cña lóa theo giai ®o¹n sinh tr−ëng, ®é ngËp th−êng
t¨ng theo giai ®o¹n ph¸t triÓn cña lóa.
2.1.3. ¶nh h−ëng cña n−íc trong ®Êt ®Õn chÕ ®é nhiÖt cña ®Êt
Ta dïng kh¸i niÖm tû nhiÖt ®Ó gi¶i thÝch vÊn ®Ò nµy. Theo ®Þnh nghÜa tû nhiÖt lµ nhiÖt
l−îng s¶n sinh trong m«i tr−êng ®Êt ë ®é Èm nhÊt ®Þnh. NÕu ta dïng tû nhiÖt cña n−íc lµm
1
chuÈn, xem lµ 1 th× tû nhiÖt cña kh«ng khÝ chØ b»ng lÇn tû nhiÖt cña n−íc mµ tû nhiÖt
3300
11
cña ®Êt kh« b»ng ÷ tû nhiÖt cña n−íc. VÝ dô, tû nhiÖt cña c¸t lµ 0,19, tû nhiÖt cña ®Êt
45
sÐt lµ 0,22 vµ tû nhiÖt cña ®Êt bïn lµ 0,25 tû nhiÖt cña n−íc.
Khi ®é Èm trong ®Êt bÐ sÏ dÉn ®Õn nhiÖt l−îng trong ®Êt sÏ bÐ vµ ng−îc l¹i. Lîi dông
tÝnh chÊt ®ã cã thÓ rót bít n−íc trong ®Êt ®Ó gi¶m nhiÖt ®é trong ®Êt hoÆc ng−îc l¹i ®Ó t¹o
®−îc nhiÖt ®é phï hîp víi yªu cÇu cña c©y.
NhiÖt l−îng cña m«i tr−êng ®Êt cã quan hÖ víi ®é Èm cña ®Êt theo tû lÖ thuËn, ®é Èm
lín, nhiÖt l−îng sÏ t¨ng vµ ng−îc l¹i.
B¶ng 2.2 - Quan hÖ gi÷a ®é Èm vµ nhiÖt l−îng trong ®Êt
§é Èm
0 20 50 70 100
3
NhiÖt l−îng (%) Calo/m )
- 31
Ch−¬ng 2 - Quan hÖ ®Êt - n−íc vµ c©y trång, nguyªn lý ®iÒu tiÕt n−íc ruéng
Lo¹i ®Êt
§Êt c¸t 302 385 510 592 717
§Êt sÐt 240 357 532 648 823
§Êt mïn 148 223 525 676 902
2.1.4. ¶nh h−ëng cña n−íc trong ®Êt ®Õn chÕ ®é thøc ¨n cña c©y trång
Vi sinh vËt cÇn mét l−îng kh«ng khÝ vµ nhiÖt ®é ®Ó ph©n gi¶i chÊt h÷u c¬ thµnh
kho¸ng chÊt mµ c©y trång cã thÓ hót ®−îc.
N−íc Ýt, kh«ng khÝ nhiÒu, sù ho¹t ®éng cña vi sinh vËt h¸o khÝ sÏ m¹nh, kho¸ng chÊt
®−îc ph©n gi¶i tõ chÊt h÷u c¬ sÏ nhiÒu. Nh−ng nÕu n−íc Ýt, c©y kh«ng thÓ lîi dông ®−îc
thøc ¨n ®ã, khi gÆp m−a sÏ bÞ tr«i ®i. NÕu n−íc trong ®Êt nhiÒu, sù ho¹t ®éng cña vi sinh
vËt yÕm khÝ sÏ m¹nh vµ sù ho¹t ®éng cña vi sinh vËt h¸o khÝ bÞ h¹n chÕ. V× vËy, c¸c chÊt
h÷u c¬ kh«ng ®−îc ph©n gi¶i vµ sÏ tiÕt ra chÊt a xÝt lµm cho ®Êt bÞ chua.
V× vËy, ph¶i b¶o ®¶m mét ®é Èm thÝch hîp trong ®Êt ®Ó t¹o ®−îc chÕ ®é thøc ¨n thÝch
hîp. VÝ dô ®èi víi c©y l−¬ng thùc, thÓ tÝch kh«ng khÝ cÇn b¶o ®¶m kho¶ng 20 ÷ 30% ®é
rçng, v× thÕ ®é Èm trong ®Êt sÏ lµ 70 ÷ 80% ®é rçng cña ®Êt.
Khi n−íc ngÇm cao, n−íc mao qu¶n sÏ leo lªn lµm ®é Èm cña ®Êt v−ît qu¸ ®é Èm giíi
h¹n, do ®ã ph¶i khèng chÕ mùc n−íc ngÇm ë mét ®é s©u nhÊt ®Þnh ®èi víi c©y trång c¹n.
§é cao khèng chÕ cña mùc n−íc ngÇm phô thuéc vµo lo¹i ®Êt vµ giai ®o¹n sinh tr−ëng cña
c©y trång.
2.1.5. ¶nh h−ëng cña n−íc trong ®Êt ®Õn ®é ph× nhiªu cña ®Êt
N−íc lµm thay ®æi tÝnh chÊt vËt lý cña ®Êt vµ ®iÒu hßa nhiÖt ®é trong ®Êt. NhiÖt ®é cã
¶nh h−ëng ®Õn chÕ ®é tho¸ng khÝ vµ tho¸ng khÝ l¹i ¶nh h−ëng ®Õn sù ho¹t ®éng cña vi
sinh vËt.
MÆt kh¸c n−íc sÏ ¶nh h−ëng ®Õn cÊu t−îng ®Êt. NÕu n−íc trong ®Êt cã ®é Èm thÝch
hîp th× ®Êt sÏ t¹o thµnh cÊu t−îng viªn tèt vµ æn ®Þnh. C¸c chÊt mïn do n−íc sÏ lµm thµnh
keo dÝnh c¸c h¹t ®Êt l¹i víi nhau. N−íc qu¸ nhiÒu lµm hßa tan c¸c chÊt muèi vµ c¸c chÊt dÔ
hßa tan (N, P, K) ë c¸c tÇng trªn ®−a xuèng tÇng d−íi vµ kÐo theo h¹t mÞn lµm tÇng d−íi
thªm chÆt vµ Ýt ngÊm n−íc sÏ h¹n chÕ sù ho¹t ®éng cña bé rÔ mµ tÇng trªn th× nghÌo chÊt
dinh d−ìng.
Cã thÓ xem vÝ dô ¶nh h−ëng cña t−íi ®Õn thay ®æi cÊp h¹t cña ®Êt (theo tµi liÖu cña
Tr−êng §¹i häc Cuban - Liªn X« cò).
B¶ng 2.3 - ¶nh h−ëng cña t−íi ®Õn cÊp h¹t cña ®Êt
§Êt trång C¸c cÊp h¹t (%)
- 32 Quy ho¹ch vµ thiÕt kÕ hÖ thèng thñy lîi
3 ÷ 1mm 1 ÷ 0,25mm < 0,25 mm
Kh«ng t−íi 31,43 41,05 27,52
Sau 3 n¨m t−íi 23,18 46,61 30,22
Sau 15 n¨m t−íi 14,78 50,32 34,90
B¶ng 2.4 - ¶nh h−ëng cña t−íi ®Õn dung träng vµ ®é rçng (theo Ghienko)
Kh«ng t−íi Cã t−íi
§é s©u líp ®Êt
§Êt trång
(cm) Dung träng §é rçng (%) Dung träng §é rçng (%)
2÷7 1,17 59,7 1,18 55,5
T−íi 4 lÇn
10 ÷ 15 1,20 55,5 1,30 51,3
(cµ chua)
20 ÷ 25 1,27 52,4 1,33 50,1
¶nh h−ëng cña t−íi lµm cho hÖ sè thÊm cña ®Êt còng bÞ gi¶m ®i.
2.2. C¸c d¹ng n−íc trong ®Êt
Theo sù ph©n lo¹i ®¬n gi¶n vµ phæ biÕn (theo Briggs) th× n−íc trong ®Êt ®−îc ph©n lµm
ba lo¹i: N−íc träng lùc, n−íc mao qu¶n vµ n−íc liªn kÕt.
2.2.1. N−íc träng lùc
N−íc träng lùc lµ n−íc ë gi÷a ®é Èm tèi ®a (®é Èm giíi h¹n lín nhÊt) vµ ®é Èm b·o
hßa cña ®Êt. N−íc träng lùc chiÕm ®é rçng lín cña ®Êt vµ vËn chuyÓn trªn h−íng th¼ng
®øng vÒ phÝa d−íi, d−íi ¶nh h−ëng cña träng lùc. N−íc träng lùc cßn cã tªn gäi lµ n−íc tù
do v× nã kh«ng liªn kÕt víi ®Êt.
2.2.2. N−íc mao qu¶n
N−íc mao qu¶n biÓu thÞ phÇn n−íc gi÷a ®é Èm tèi ®a vµ hÖ sè hót n−íc. Nã chiÕm
nh÷ng chç rçng nhá h¬n cña ®Êt vµ chuyÓn ®éng ®−îc lµ nhê lùc mao qu¶n, do ®ã mang
tªn lµ n−íc mao qu¶n. N−íc mao qu¶n vËn chuyÓn theo tÊt c¶ c¸c h−íng nh−ng chËm h¬n
nhiÒu so víi n−íc träng lùc. Th−êng vËn chuyÓn theo h−íng ¸p lùc lín nhÊt tøc lµ nh÷ng
phÇn tö Èm h¬n vÒ nh÷ng phÇn tö kh« h¬n cña ®Êt. N−íc mao qu¶n lµ d¹ng n−íc quan
träng nhÊt v× nã l−u ®éng vµ nh¹y c¶m ®èi víi thùc vËt, thùc vËt sÏ hót ®−îc dÔ dµng.
2.2.3. N−íc liªn kÕt
N−íc liªn kÕt lµ d¹ng n−íc g¾n chÆt víi nh÷ng phÇn tö ®Êt d−íi d¹ng mét mµng máng,
kh«ng chuyÓn ®éng d−íi ¶nh h−ëng cña träng lùc vµ lùc mao qu¶n. N−íc liªn kÕt sÏ ®−îc
chuyÓn ®éng trong ®Êt sau khi nã chuyÓn sang tr¹ng th¸i h¬i. Nã kh«ng nh¹y c¶m ®èi víi
thùc vËt.
Tû lÖ gi÷a ba d¹ng n−íc nµy lµ phô thuéc vµo cÊu t¹o ®Êt, cÊu tróc, hµm l−îng mïn vµ
nhiÖt ®é cña n−íc trong ®Êt.
- 33
Ch−¬ng 2 - Quan hÖ ®Êt - n−íc vµ c©y trång, nguyªn lý ®iÒu tiÕt n−íc ruéng
VÒ quan ®iÓm nh¹y c¶m ®èi víi thùc vËt, ng−êi ta chia lµm n−íc nh¹y c¶m vµ kh«ng
nh¹y c¶m.
N−íc nh¹y c¶m biÓu thÞ sù chªnh lÖch gi÷a ®é Èm tèi ®a vµ hÖ sè hÐo. N−íc kh«ng
nh¹y c¶m bao gåm gi÷a n−íc liªn kÕt vµ mét phÇn nhá n−íc mao qu¶n, t−¬ng øng gi÷a hÖ
sè hÐo vµ hÖ sè hót n−íc.
Ngoµi nh÷ng kh¸i niÖm nµy, Lebedev cã xÐt lo¹i n−íc mµng lµ phÇn n−íc gi÷ ®−îc do
lùc ph©n tö, nã chiÕm vÞ trÝ trung gian gi÷a n−íc liªn kÕt vµ n−íc mao qu¶n vÒ mÆt nh¹y
c¶m vµ l−u ®éng.
2.3. ChuyÓn ®éng cña n−íc trong ®Êt
Sù chuyÓn ®éng cña n−íc trong ®Êt lµ mét hiÖn t−îng phøc t¹p, nã cã thÓ theo c¸c
h−íng kh¸c nhau vµ cã thÓ do nhiÒu nguyªn nh©n kh¸c nhau.
Ng−êi ta th−êng chia ba d¹ng chuyÓn ®éng chÝnh cña n−íc trong ®Êt:
- Sù chuyÓn ®éng cña n−íc d−íi d¹ng h¬i;
- Sù chuyÓn ®éng ë d¹ng mao qu¶n;
- Sù chuyÓn ®éng träng lùc.
2.3.1. Sù chuyÓn ®éng cña n−íc d−íi d¹ng h¬i
N−íc ë d¹ng nµy chuyÓn ®éng ®−îc lµ nhê chªnh lÖch ¸p lùc h¬i gi÷a hai vïng. N−íc
sÏ bèc h¬i qua sù lµm nãng, cßn h¬i sÏ khuyÕch t¸n trong lç ®Êt ®Çy kh«ng khÝ s¸t bÒ mÆt
cña nã. Mét phÇn h¬i sÏ ®−îc ng−ng tô, cßn mét phÇn sÏ bay vµo khÝ quyÓn.
H¬i sÏ chuyÓn ®éng theo quy luËt cña khÝ ®éng lùc häc.
2.3.2. ChuyÓn ®éng cña n−íc mao qu¶n
ChuyÓn ®éng cña n−íc mao qu¶n trong ®Êt lµ nhê t¸c dông cña lùc hót vµ lùc dÝnh tøc
lµ d−íi t¸c dông cña thÕ mao qu¶n. ChuyÓn ®éng mao qu¶n cña n−íc trong ®Êt lµ nhê
chuyÓn ®éng ®Æc tr−ng cña ®Êt kh«ng b·o hßa.
D−íi d¹ng mao qu¶n, n−íc nh¹y c¶m ®èi víi thùc vËt. Do ®ã sù t¨ng n−íc mao qu¶n
trong ®Êt tõ mùc n−íc ngÇm lµ rÊt cÇn thiÕt ®èi víi ®Êt trång trät. §èi víi vïng t−íi cã
n−íc ngÇm cao vµ mÆn cÇn ph¶i l−u ý ®Õn hiÖn t−îng mÆn t¸i sinh.
Sù chuyÓn ®éng mao qu¶n lµ ¶nh h−ëng m¹nh bëi cÊu tróc ®Êt. Sù chuyÓn ®éng mao
qu¶n trong lç cã kÝch th−íc bÐ lµ do chªnh lÖch ¸p suÊt gi÷a nh÷ng mµng n−íc cã ®é dµy
kh¸c nhau ë xung quanh phÇn tö ®Êt. Sù chuyÓn ®éng sÏ x¶y ra tõ mµng dµy h¬n vÒ c¸c
mµng máng h¬n, nãi mét c¸ch kh¸c lµ n−íc chuyÓn tõ vïng ¸p suÊt gi÷ n−íc thÊp sang
vïng cã ¸p suÊt gi÷ n−íc cao.
ë ®Êt ch−a b·o hßa n−íc, sù chuyÓn ®éng mao qu¶n cña n−íc lµ chËm h¬n ë ®Êt c¸t vµ
nhanh h¬n ë ®Êt sÐt. ë ®Êt ®· b·o hßa n−íc th× ng−îc l¹i.
§é d©ng lªn cña n−íc trong ®Êt lµ do lùc mao qu¶n:
- 34 Quy ho¹ch vµ thiÕt kÕ hÖ thèng thñy lîi
dS
p=σ (2.3)
dV
§é cao d©ng lªn do mao qu¶n x¸c ®Þnh theo hÖ thøc:
σ
Hc = 2 , (m) (2.4)
r.γ a
trong ®ã:
σ - søc c¨ng bÒ mÆt n−íc;
r - b¸n kÝnh cña èng mao qu¶n;
γa - träng l−îng riªng cña n−íc;
dS - biÕn ®æi diÖn tÝch xung quanh cña èng mao qu¶n;
dV - biÕn ®æi thÓ tÝch èng mao qu¶n.
HÖ thøc (2.4) cã thÓ chøng minh nh− sau:
Theo nguyªn lý thñy tÜnh th×:
dS
p = Hc.ρ.g (2.5)
p
→ Hc = Hc
ρ.g d
dS 1
Thay (2.3) vµo (2.5) th×: H c = σ .
dV ρ.g
2 πrH c 1 σ
Hc = σ =2
HoÆc: . (2.6)
πr H c ρ.g rγ a
2
Nh− vËy hÖ thøc (2.4) ®· ®−îc chøng minh.
B¶ng 2.5 - Quan hÖ gi÷a lo¹i ®Êt vµ ®é d©ng mao qu¶n
Lo¹i ®Êt §é d©ng cao mao qu¶n Hc (m)
0,5 ÷ 1,0
§Êt c¸t
1,0 ÷ 1,5
ThÞt pha c¸t
1,5 ÷ 2,0
ThÞt nhÑ
2,0 ÷ 3,0
ThÞt trung b×nh
3,0 ÷ 4,0
ThÞt nÆng vµ hoµng thæ
4,0 ÷ 5,0
§Êt sÐt
2.3.3. Sù chuyÓn ®éng cña n−íc träng lùc
- 35
Ch−¬ng 2 - Quan hÖ ®Êt - n−íc vµ c©y trång, nguyªn lý ®iÒu tiÕt n−íc ruéng
ChuyÓn ®éng cña n−íc träng lùc lµ ®Æc tr−ng phæ biÕn cña n−íc trong ®Êt sau khi t−íi
ë m«i tr−êng ®Êt víi ®é Èm d−íi b·o hßa hoÆc b·o hßa n−íc. D−íi t¸c dông cña träng lùc,
n−íc sÏ l−u chuyÓn tõ cao xuèng thÊp, tõ ®iÓm cã thÕ träng lùc cao xuèng ®iÓm cã thÕ
träng lùc thÊp.
Cã thÓ chia ra hai tr−êng hîp nghiªn cøu qu¸ tr×nh thÊm trªn ®Êt t−íi:
- ThÊm trong tr−êng hîp ®Êt ch−a b·o hßa n−íc.
- ThÊm ë tr−êng hîp ®Êt ®· b·o hßa n−íc hoÆc gÇn b·o hßa n−íc.
1. Tr−êng hîp thÊm khi ®Êt ch−a b∙o hßa n−íc
Tr−êng hîp nµy ®−îc gäi lµ thÊm hót, th−êng xuÊt hiÖn trªn ®Êt t−íi cho c©y trång c¹n
hoÆc trªn ®Êt lóa giai ®o¹n lµm ®Êt mïa kh«.
ViÖc tÝnh to¸n trong tr−êng hîp nµy cã thÓ tÝnh theo mét sè hÖ thøc hoÆc m« h×nh to¸n.
a) HÖ thøc C«tchiac«p
HÖ thøc ®−îc x©y dùng trªn c¬ së thÝ nghiÖm t−íi n−íc vµ n−íc ®−îc thÊm tõ trªn mÆt
®Êt xuèng líp ®Êt bªn d−íi theo h−íng th¼ng ®øng.
K1
Kt =
HÖ thøc cã d¹ng: (2.7)
tα
Kt - tèc ®é thÊm ë thêi gian t, cã thÓ dïng ®¬n vÞ (cm/h) hoÆc (m/h), tïy ®Æc tr−ng
thÊm cña lo¹i ®Êt, ®Êt c¸t thÊm nhanh h¬n ®Êt sÐt th× tèc ®é thÊm lín h¬n;
t - thêi gian thÊm hót (h);
K1 - c−êng ®é thÊm b×nh qu©n ë ®¬n vÞ thêi gian thø nhÊt, ®¬n vÞ lµ (m/h) hoÆc (cm/h);
α - chØ sè ngÊm cña ®Êt, phô thuéc vµo lo¹i ®Êt, ®Êt nhÑ α t−¬ng ®èi bÐ, cßn ®Êt nÆng
α t−¬ng ®èi lín. §é Èm ban ®Çu cña ®Êt cµng lín th× α cµng nhá, tøc lµ sù biÕn ®æi
cña tèc ®é thÊm cµng chËm. Theo Zarov α = 0,2 ÷ 0,8 khi Kt vµ K1 víi thø nguyªn
lµ cm/h, t lµ giê (h). Cßn theo §¹i häc Vò H¸n - Trung Quèc α = 0,3 ÷ 0,8 víi thø
nguyªn cña Kt vµ K1 lµ m/h, t lµ giê (h).
Tõ hÖ thøc (2.7) ta sÏ tÝnh ®−îc l−îng n−íc thÊm sau thêi gian t
t
K1 K
dt = 1 t1−α
Wt = ∫ (2.8)
α
1− α
0t
K1 − α
Kt =
vµ: (2.9)
t
1− α
b) HÖ thøc Horton
Trong tr−êng hîp nµy còng cã thÓ tÝnh to¸n theo hÖ thøc Horton:
- 36 Quy ho¹ch vµ thiÕt kÕ hÖ thèng thñy lîi
K t = K + ( K 0 − K ) e− St (2.10)
K0 - tèc ®é thÊm ë thêi ®iÓm ban ®Çu;
St - chØ sè ngÊm cã ý nghÜa nh− chØ sè α trong hÖ thøc (2.7);
K - hÖ sè ngÊm æn ®Þnh cña ®Êt.
VÒ mÆt to¸n häc, hÖ thøc nµy biÓu thÞ ý nghÜa vËt lý râ h¬n.
Tõ (2.8) ta còng x¸c ®Þnh ®−îc l−îng n−íc thÊm:
K0 − K
( )
t
Wt = ∫ ⎡ K + ( K 0 − K ) e − St ⎤ dt = K.t + 1 − e − St (2.11)
⎣ ⎦ St
0
Vµ c−êng ®é thÊm trung b×nh sÏ lµ:
K0 − K
( )
1 − e − St
Kt = K + (2.12)
St
c) Nghiªn cøu m« h×nh thÊm trong giai ®o¹n ngÊm hót
Sù vËn ®éng cña n−íc thÊm trong giai ®o¹n nµy cã thÓ biÓu thÞ b»ng ph−¬ng tr×nh c¬ b¶n:
∂θ ⎞ ∂K ( θ ) ∂θ
∂θ ∂ ⎛
= ⎜ D ( θ) ⎟ − (2.13)
.
∂t ∂z ⎝ ∂z ⎠ ∂θ ∂z
trong ®ã:
θ - ®é Èm cña ®Êt ë thêi ®iÓm nghiªn cøu
D(θ) - hÖ sè khuyÕch t¸n Èm, biÓu thÞ l−u l−îng n−íc khuyÕch t¸n trong ®Êt qua mét
®¬n vÞ diÖn tÝch, nã cã quan hÖ víi ®é Èm cña ®Êt:
∂h
D ( θ) = K ( θ) . (2.14)
∂θ
K(θ) - hÖ sè thÊm, cã quan hÖ víi ®é Èm;
h - ¸p lùc n−íc trong ®Êt;
z - biÓu thÞ ®é s©u líp ®Êt nghiªn cøu;
t - biÓu thÞ thêi gian.
Ph−¬ng tr×nh (2.13) nãi râ sù thay ®æi theo chiÒu s©u vµ thêi gian cña ®é Èm trong ®Êt
trong qu¸ tr×nh ngÊm cña n−íc t−íi tõ trªn mÆt ®Êt.
§Ó gi¶i ph−¬ng tr×nh (2.13) ta cÇn x¸c ®Þnh ®iÒu kiÖn ban ®Çu vµ ®iÒu kiÖn biªn.
1. §iÒu kiÖn ban ®Çu: Tr−íc khi m−a hoÆc t−íi, ®é Èm ban ®Çu cña ®Êt t−íi lµ θ0. Do vËy:
θ(z, 0) = θ0
- 37
Ch−¬ng 2 - Quan hÖ ®Êt - n−íc vµ c©y trång, nguyªn lý ®iÒu tiÕt n−íc ruéng
2. §iÒu kiÖn biªn: Khi líp ®Êt cã líp n−íc máng trªn mÆt ®Êt, ®é Èm cña líp ®Êt gÇn
mÆt ®Êt ®¹t ®é Èm b·o hßa, ®é s©u t−¬ng ®èi lín (z → ∞) b»ng ®é Èm ban ®Çu θ0, do vËy
ta cã:
θ ( 0, t ) = θS ⎫
⎪
⎬
θ ( ∞, t ) = θ0 ⎪
⎭
θS - ®é Èm b·o hßa cña ®Êt.
Ph−¬ng tr×nh (2.13) lµ ph−¬ng tr×nh ®¹o hµm riªng phi tuyÕn chØ cã thÓ gi¶i b»ng
ph−¬ng ph¸p gÇn ®óng (ph−¬ng ph¸p sè).
Ngoµi ra ®Ó ®¬n gi¶n tÝnh to¸n, ta sÏ biÕn ®æi ®−a ph−¬ng tr×nh (2.13) vÒ d¹ng tuyÕn
tÝnh vµ cã thÓ gi¶i trùc tiÕp b»ng gi¶i tÝch.
K ( θS ) − K ( θ 0 ) dK
N= =
§Æt: (2.15)
θS − θ 0 dθ
Vµ thay D(θ) b»ng gi¸ trÞ trung b×nh D ( θ ) th× ph−¬ng tr×nh (2.13) sÏ trë thµnh:
∂θ ∂2θ ∂θ
=D 2 −N (2.16)
∂t ∂z
∂z
Dïng ph−¬ng ph¸p biÕn ®æi Laplace, nghiÖm cña ph−¬ng tr×nh (2.16) sÏ lµ:
⎡ ⎛ z + Nt ⎞ ⎤
⎛ z − Nt ⎞ Nz
θ − θ0
θ ( z, t ) = θ0 − S ⎟ + e D erfc ⎜
⎢ erfc ⎜ ⎟⎥ (2.17)
⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎢ ⎝ 2 Dt ⎠ ⎥
2 ⎝ 2 D. ⎠
⎣ ⎦
∞
2
∫e
−u
trong ®ã: erfc = du ;
π z
θ0
5
∫ D ( θ )( θS − θ0 )
2
3
D= dθ .
3 (2.18)
( θS − θ 0 )
5
3θ
S
Quan hÖ gi÷a D ( θ ) víi c−êng ®é thÊm hót (i):
1
π −2
i = ( θS − θ 0 ) t
D
Víi hÖ thøc (2.17) ta sÏ t×m ®−îc sù ph©n bè cña ®é Èm trong ®Êt sau khi t−íi theo thêi
gian vµ theo chiÒu s©u.
θ0 θS θ
0
t1
t2
B B
§é s©u z
t3
B B
t4
B B
t5
B B
- 38 Quy ho¹ch vµ thiÕt kÕ hÖ thèng thñy lîi
H×nh 2.10: Sù ph©n bè cña ®é Èm theo phÉu diÖn ®Êt t−íi sau khi t−íi [35]
d) VËn ®éng cña n−íc trong ®iÒu kiÖn khèng chÕ mùc n−íc ngÇm
Khi mùc n−íc ngÇm n»m n«ng do ¶nh h−ëng cña ®iÒu kiÖn tù nhiªn vµ con ng−êi lµm
cho mùc n−íc ngÇm lu«n biÕn ®éng. Sù biÕn ®éng cña mùc n−íc ngÇm sÏ ¶nh h−ëng trùc
tiÕp ®Õn sù vËn ®éng cña n−íc trong ®Êt. §éng th¸i cña n−íc ngÇm ë ®Êt trång trät cã thÓ
gÆp mét sè t×nh huèng:
1. Mùc n−íc ngÇm t¨ng lªn d−íi ¶nh h−ëng cña m−a hoÆc t−íi;
2. Mùc n−íc h¹ d−íi ¶nh h−ëng cña bèc tho¸t h¬i;
3. Mùc n−íc ngÇm h¹ do ¶nh h−ëng cña biÖn ph¸p thñy lîi (tiªu n−íc mÆt hoÆc tiªu
n−íc ngÇm);
4. Mùc n−íc ngÇm ®−îc khèng chÕ ë ®é s©u nhÊt ®Þnh sau khi m−a hoÆc t−íi.
NÕu nh− ta lÊy h lµ biÕn l−îng cña d¶i biÕn ®éng cña mùc n−íc ngÇm, viÖc nghiªn cøu
ph©n tÝch sù vËn ®éng cña n−íc ngÇm t−¬ng ®èi thuËn tiÖn. Sau khi m−a hoÆc t−íi mùc
n−íc ngÇm sÏ tiÖm cËn gÇn mÆt ®Êt, th«ng qua gi¶i ph¸p tiªu tho¸t khiÕn cho mùc n−íc
ngÇm h¹ thÊp xuèng ®é s©u nhÊt ®Þnh, gi¶ thiÕt lµ L.
Ph−¬ng tr×nh c¬ b¶n vÒ sù vËn ®éng cña n−íc ngÇm ®−îc viÕt d−íi d¹ng:
∂h ⎤
⎡
∂ ⎢K ( h ) ⎥
∂z ⎦ ∂K ( h )
∂h
C (h) = ⎣ − (2.19)
∂t ∂z ∂z
dθ
Víi C ( h ) = biÓu thÞ biÕn ®éng cña ®é Èm theo ¸p lùc, tøc lµ thÓ tÝch n−íc tho¸t ra
dh
trong mét ®¬n vÞ thÓ tÝch ®Êt khi ¸p lùc gi¶m mét ®¬n vÞ.
ThÓ tÝch n−íc tho¸t ra trong ®¬n vÞ thÓ tÝch ®Êt:
§iÒu kiÖn ban ®Çu: h(z, 0) = h0(z)
§iÒu kiÖn biªn trªn: z=0
- 39
Ch−¬ng 2 - Quan hÖ ®Êt - n−íc vµ c©y trång, nguyªn lý ®iÒu tiÕt n−íc ruéng
⎛ ∂h ⎞
−ε = −K ( h ) ⎜ − 1 ⎟ = C ( h ) + d
Khi cã bèc h¬i:
⎝ ∂z ⎠
∂h
=1
Kh«ng bèc h¬i:
∂z
§iÒu kiÖn biªn d−íi: z = L (tÝnh tõ mÆt ®Êt, L: ®é s©u n−íc ngÇm cÇn khèng chÕ):
h(L, t) = 0
Ph−¬ng tr×nh (2.19) sÏ gi¶i b»ng ph−¬ng ph¸p sè (ph−¬ng ph¸p sai ph©n h÷u h¹n).
Ph©n chia tÇng ®Êt thµnh n líp (Δz) vµ thêi gian thµnh i b−íc (Δt).
Thùc hiÖn sai ph©n:
j (t)
j+1
j
j-1
i-1 i i+1 z
H×nh 2.11: S¬ ®å sai ph©n
j+ h j +1 − h j
1
∂h
C ( h ) ≈ Ci 2 i i
∂t Δt
j +1 j +1 j +1 j +1
1 1
∂h ⎤ K j+ 2 h i +1 − h i − K j+ 2 h i − h i−1
⎡
∂ ⎢K ( h ) ⎥ Δz Δz
1 1
∂z ⎦ i+ i−
⎣ ≈ 2 2
∂z Δz
1 1
j+ j+
−K 1
2 2
K1
∂K i+ i−
≈ 2 2
∂z Δz
Thay c¸c gi¸ trÞ trªn vµo ph−¬ng tr×nh (2.19) ta sÏ cã:
1 1
j+ j+
−K
2 2
K
h ij+1 − h ij j+ h j +1 − h j +1 j + h j+1 − h j +1
1 1
1 1
1 i+ i−
j+
= K 1 i +1 2 i − K 1 i i −1
− 2 2
2 2
2
Ci (2.20)
Δt Δz
Δz Δz 2
i+ i−
2 2
nguon tai.lieu . vn
