1. Trang Chủ
  2. Địa Lý
  3. Nguyên lý thủy văn ( NXB ĐH Quốc gia Hà Nội ) - Chương 9

Nguyên lý thủy văn ( NXB ĐH Quốc gia Hà Nội ) - Chương 9

Lưu vực thu nước và thủy văn toàn cầu 9.1. Giới thiệu chung Sự đồng nhất của chu kỳ thuỷ văn đã giới thiệu trọng chương 1 và được nhấn mạnh thường xuyên trong các phân tích diễn tả các quá trình riêng rẽ và trong chương chất lượng nước. Tuy nhiên từ chương 2 đến chương 8 theo đuổi một cách tiếp tục các chủ đề bản chất nhất, tập trung chủ yếu vào các thành phần tiêu biểu của chu trình thủy văn là sự giáng thuỷ, sự cầm giữ, sự bốc hơi, nước ngầm, nước trong đất và... Ch­¬ng 9 L­u vùc thu n­íc vµ t

Thể loại Tài liệu miễn phí Địa Lý

Số trang 75

Ngày tạo 8/29/2018 11:44:02 PM +00:00

Loại tệp PDF

Kích thước 2.08 M

Tên tệp

Tải Nguyên lý thủy văn ( NXB ĐH Quốc gia Hà Nội ) - Ch... (.pdf)

Xem mẫu

  1. Ch­¬ng 9 L­u vùc thu n­íc vµ thñy v¨n toµn cÇu 9.1. Giíi thiÖu chung Sù ®ång nhÊt cña chu kú thuû v¨n ®· giíi thiÖu träng ch­¬ng 1 vµ ®­îc nhÊn m¹nh th­êng xuyªn trong c¸c ph©n tÝch diÔn t¶ c¸c qu¸ tr×nh riªng rÏ vµ trong ch­¬ng chÊt l­îng n­íc. Tuy nhiªn tõ ch­¬ng 2 ®Õn ch­¬ng 8 theo ®uæi mét c¸ch tiÕp tôc c¸c chñ ®Ò b¶n chÊt nhÊt, tËp trung chñ yÕu vµo c¸c thµnh phÇn tiªu biÓu cña chu tr×nh thñy v¨n lµ sù gi¸ng thuû, sù cÇm gi÷, sù bèc h¬i, n­íc ngÇm, n­íc trong ®Êt vµ chÊt l­îng n­íc. Trong ch­¬ng nµy ®Ò cËp ®Õn c¸c vÊn ®Ò cã tÝnh chÊt tiÕp cËn ®Õn sù tæng hîp 8 ch­¬ng trªn vµ cè g¾ng chøng minh c¸c ph¶n øng bªn trong c¸c qu¸ tr×nh thuû v¨n ®i liÒn víi c¸c khung kh«ng gian diÔn ra chu tr×nh thñy v¨n. Trong qu¸ khø, l­u vùc thu n­íc th­êng ®­îc lùa chän nh­ mét ®¬n vÞ kh«ng gian râ rµng vµ tiÖn lîi cho c¸c nghiªc cøu hîp nhÊt vµ tæng thÓ. Nh­ ®· l­u ý trong ch­¬ng 1, mçi mét bån thu n­íc ho¹t déng nh­ mét hÖ thèng thuû v¨n riªng lÎ nhËn ®Çu vµo lµ sè l­îng gi¸ng thuû c¬ b¶n, l­îng gi¸ng thuû ®ã chuyÓn vµo l­u vùc vµ trë thµnh dßng ch¶y, l­îng tr÷ vµ ®Çu ra lµ bèc h¬i vµ dßng ch¶y. Nh­ vËy, bån thu n­íc lµ ®¬n vi ®­îc sö dông th­êng xuyªn nhÊt trong m« h×nh ho¸ c¸c qu¸ tr×nh thuû v¨n, trong nghiªn cøu c©n b»ng n­íc, tæng l­îng ho¸ häc vµ trong kiÓm tra c¸c t¸c ®éng cña con ng­êi lªn hÖ thèng thuû v¨n. Tiªu biÓu, bån thu n­íc thÝ ngiÖm nhá cã ®ãng gãp quan träng tíi thuû v¨n trong h¬n 100 n¨m qua. C¸c vÝ dô cã ý nghÜa bao gåm c¸c l­u vùc thÝ nghiÖm t¹i Emtal, Switzerland (thµnh lËp trong nh÷ng n¨m 1890), Wagon Wheel Crap, USA (1990), Coweeta, USA (1930), Cathedral Peak, RSSA (1940) vµ Plymlimon, UK (1960). Bån thu n­íc còng lµ mét ®¬n vÞ ®Þa m¹o tù nhiªn cho sù ho¹t ®éng cña c¸c qu¸ tr×nh s«ng cã dßng ch¶y láng vµ c¶ s«ng b¨ng, bëi v× sù kiªn khÐp kÝn gi÷a sù ph¸t triÓn cña ®Þa m¹o ®éng lùc vµ thuû v¨n, ®iÒu nµy sÏ më réng h¬n vai trß cña tiÕp cËn l­u vùc trong thuû v¨n. C¶ hai bån thu n­íc thuû v¨n vµ ®Þa m¹o ®Òu lµ c¸c thùc thÓ cô thÓ cña ®éng lùc h¬n lµ c¸c thùc thÓ tÜnh häc. C¸c qu¸ tr×nh cña ®Þa m¹o liªn quan ®Õn h×nh d¹ng mÆt ®Êt vµ qua ®ã n­íc do chuyÓn trong qu¸ tr×nh ®ã ¶nh h­ëng lín tíi c¸c ®Æc tr­ng thuû v¨n nh­ m¹ng l­íi s«ng, tr¾c diÖn ®Êt, ®é s©u mÆt tÇng n­íc ngÊm. Theo kh¸i niÖm nµy ®é nh¹y c¶m ®­îc chØ ra trong h×nh 9.1, ho¹t ®éng ®Þa m¹o t¸c dông ph¶n håi lªn thuû v¨n mµ h×nh thµnh nã (NRC, 1991). Céng nhËn tù nhiªn ®éng lùc cña s«ng vµ c¸c ph¶n håi gi÷a c¸c hÖ thèng bån thu n­íc ®­îc phÇn thùc vÒ b¶n chÊt ®éng lùc cña hÖ thèng l­u vùc vµ t­¬ng t¸c gi÷a chóng ®­îc thùc hiÖn sau ®ã trong sù tiÕp cËn hÖ thèng thñy v¨n s«ng ngßi (Amoros vµ Petts, 1993, Petts vµ Amoros, 1996) ®Ó cè g¾ng hîp nhÊt thuû v¨n häc, ®Þa m¹o häc, vµ sinh th¸i häc b»ng c¸ch xem xÐt hÖ thèng s«ng nh­ sù kÕt hîp phô thuéc bªn trong cña c¶nh quan d­íi n­íc vµ mÆt ®Êt (Petts cµ Bradley, 1997). Mét trong c¸c kh¸i niÖm ch×a ko¸ cña tiÕp cËn hÖ thèng thuû v¨n s«ng ®ã lµ kÝch cì vµ b¶n chÊt 305
  2. cña c¸c thay ®æi bån thu n­íc liªn tôc tõ ®Çu nguån n­íc tíi cöa ra vµ nghiªn cøu chÕ ®é dßng ch¶y, trÇm tÝch tr«i næi, vµ nhiÖt ®é n­íc bÞ ¶nh h­ëng bëi sù t¨ng diÖn tÝch l­u vùc, sù gi¶m gradient ®é cao. T­¬ng tù, m«i tr­êng sèng vËt lý (PHABSIM) (Bovee, 1982) tu©n theo ph­¬ng ph¸p sinh th¸i häc biÓu diÔn sù liªn quan gi÷a c¸c ®iÒu kiÖn vËt lý thay ®æi nµy víi sù thÝch hîp h¬n vÒ m«i tr­êng sèng cña c¸c loµi riªng lÎ. H×nh 9.1. Ph¶n håi trong quan hÖ gi÷c c¸c qu¸ tr×nh thuû v¨n vµ ®Þa m¹o séng tõ mét s¬ ®å ban ®Çu cña NRC, 1991 Tuy nhiªn, nhËn thÊy r»ng, bån thu n­íc kh«ng réng lín th× quy m« cña nã cã thÓ qu¸ nhá cho nghiªn cøu ¶nh h­ëng cña nhiÒu qu¸ tr×nh m«i tr­êng. VÝ dô, thõa nhËn t¸c ®éng ph¹m vi toµn cÇu cña c¸c biÕn khÝ hËu nh­ sù t¨ng lªn cña c¸c th«ng sè khÝ hËu nh­ nhiÖt ®é bÒ mÆt biÓn (SST) kÕt hîp víi sù dao ®éng ë trong lßng biÓn vµ ®¹i d­¬ng nh­ hiÖn t­îng El nino (ENSO), nh÷ng sù kiÖn nµy ®­îc xem nh­ hiÖn t­îng mang tÝnh chÊt vïng hoÆc ®Þa ph­¬ng, chóng ®­îc chó ý trong ph©n tÝch tÝnh chÊt toµn cÇu cña chu kú thuû v¨n (xem phÇn 2.5.3). RÊt nhiÒu c«ng viÖc vÉn cÇn ®­îc thùc hiÖn ®Ó lµm râ lý do c¸c thay ®æi nhiÖt ®é nh­ vËy vµ mèi quan hÖ gi÷a ENSO vµ c¸c sù kiÖn kh¸c. C¸c biÕn th«ng sè dµi h¬n cña SST lÊy tõ sù thay ®æi hoµn l­u ®¹i d­¬ng vµ qu¸ tr×nh x¸o trén th¼ng ®øng trªn quy m« thêi gian 10 n¨m hoÆc l©u h¬n. VÝ dô, dÞ th­êng SST cã thÓ g©y ra c¶ lò lôt vµ m­a ë vïng Sahel, T©y Ên vµ ho¹t ®éng lèc tè ë phÝa §«ng USA, cho phÐp dù b¸o dµi h¬n nh÷ng sù thay ®æi hµng n¨m cña gi¸ng thuû vµ l­u l­îng s«ng ë Florida, USA (Sun vµ Furbish, 1997). T­¬ng tù nh­ vËy, nguån « nhiÔm cã thÓ cã c¸c t¸c ®éng liªn tôc vµ tr¶i réng ra khÝ quyÓn toµn cÇu. Vµ nh÷ng tiÕng sÊm mïa hÌ trªn nh÷ng ®ång b»ng lín cña Mü 306
  3. còng ®ãng gãp vµo sù chuyÓn ®æi hÇu nh­ lµ rÊt hiÕm vµ lµ kÕt qu¶ tõ sù ph¸t triÓn kinh tÕ cña con ng­êi. Hoµn l­u bÞ x¸o trén lín, rÊt phøc t¹p t¹o nªn sù chuyÓn ®æi víi quy m« trung gian (MCCS). Sù phøc t¹p nµy cã thÓ bao phñ phÇn diÖn tÝch trªn 50000 km2 (xem vÝ dô Maddox, 1983). NhiÒu vÊn ®Ò cßn l¹i tr­íc v« sè c¸c hiÖu øng thuû v¨n ®Çy ®ñ cña MCCS lµ râ rµng. Cuèi cïng, c¸c c¸nh rõng më réng trªn l­u vùc Amazon chiÕm kho¶ng 50% rõng th­a nhiÖt ®íi cña thÓ giíi, ®ã lµ do sù ®¶o lén cña m­a vµ hµng ngh×n kilomÐt dßng s«ng mÊt ®i (Michell vµ nnk, 1990). Quan t©m tíi sù ho¹t ®éng quy m« toµn cÇu cña c¸c qu¸ tr×nh thuû v¨n tõ viÖc t¨ng sù thay ®æi khÝ hËu toµn cÇu, ®Æc biÖt cã liªn quan tíi kh¶ n¨ng nãng lªn toµn cÇu, nh­ng còng phÇn nµo lµ do kh¶ n¨ng cã s½n, th«ng qua sè liÖu vÖ tinh hoÆc viÔn th¸m, c¸c th«ng tin thuû v¨n lµ ch×a kho¸ ®Ó nghiªn cøu trªn quy m« toµn cÇu hoÆc quy m« vïng réng lín (vÝ dô Engman vµ Gurney, 1991). C¸c sè liÖu nh­ vËy lµ rÊt tèt vµ phï hîp víi sù hîp nhÊt kh«ng gian quy m« hÖ thèng vïng, lôc ®Þa vµ thËm chÝ dïng trong hÖ GIS toµn cÇu vµ lµ sè liÖu c¬ b¶n rÊt tèt (vÝ dô Kovar vµ Nachtnebel, 1996). TiÕp tôc quan t©m tíi sù ho¹t ®éng cña c¸c qu¸ tr×nh thuû v¨n trªn quy m« toµn cÇu hoÆc quy m« vïng nh»m nhÊn m¹nh tíi sù kh¸c th­êng trªn quy m« kh«ng gian mµ thuû v¨n bao hµm (xem b¶ng 9.1) B¶ng 9.1. Quy m« kh«ng gian trong thuû v¨n (trÝch tõ mét b¶ng trong Dooge, 1988) ChiÒu dµi ®iÓn Lo¹i HÖ thèng h×nh Hµnh tinh 10.000.000 Lín Macro Lôc ®Þa 1.000.000 L­u vùc lín 1.000.000 L­u vùc nhá 10.000 Phô l­u vùc 1.000 Lo¹i võa Meso L­u vùc thµnh 100 phÇn Cét yÕu tè 01 Lo¹i nhá Micro §iÓm lôc ®Þa 0,00001 Ph©n tö 0,0000001 Liªn kÕt Hydro theo quy m« ph©n tö lµ nguyªn t¾c c¬ b¶n vµ lµm cho n­íc dÔ dµng tån t¹i ë 3 tr¹ng th¸i. NhiÒu lý thuyÕt ph©n lo¹i thuû v¨n (vÝ dô cã dßng ch¶y tù do cña n­íc mÆt vµ dßng ch¶y s¸t mÆt b·o hoµ, ch­a b·o hoµ) ®­îc ph¸t triÓn tíi møc cao nhÊt cña quy m« nhá, chØ ra trong b¶ng 9.1 (Dooge, 1998). PhÇn lín c¸c nghiªn cøu thuû v¨n ®Òu mang quy m« l­u vùc hoÆc cËn l­u vùc (Baird, 1997) vµ do ®ã r¬i vµo quy m« trung b×nh vµ quy m« thÊp nhÊt cña quy m« lín. Thuû v¨n toµn cÇu tËp trung vµo quy m« lín nhÊt. Nã cóng sÏ lµm t¨ng c¸c vÊn ®Ò vÒ quy m« trong chuyÓn ®æi lý thuyÕt vµ sè liÖu tõ mét quy m« ®Æc tr­ng nµy sang quy m« ®o ®Æc tr­ng kh¸c. Nã còng chøng minh sù khã kh¨n trong viÖc ¸p dông c¸c mèi quan hÖ ®­îc ph¸t triÓn t¹o quy m« phßng thÝ nghiÖm sang l­u vùc mÆc dï ®ã lµ quy m« nhá. Mét tiÕp cËn thay ®æi lµ phª chuÈn quy luËt ®iÒu khiÓn sù ph¶n øng l¹i cña l­u vùc trªn quy m« lín vµ sau ®ã cè g¾ng kh«ng lµm t¨ng kÕt qu¶ ®Ó cã thÓ ¸p dông cho quy m« trung 307
  4. b×nh (Dooge, 1988). T¹i møc ®¬n gi¶n nhÊt thËm chÝ víi sè liÖu c¬ b¶n còng khã trong phÐp ngo¹i suy tõ quy m« nµy sang quy m« kh¸c. §iÒu nµy ®­îc chøng minh rÊt râ rµng b»ng c¸c ®o ®¹c hÖ sè dÉn thuû lùc. H×nh 9.2 chØ ra c¸c gi¸ trÞ vÒ ®¸ Carbonat t¹i trung t©m Ch©u ¢u, víi c¸c chu kú më cã nghÜa lµ kh¶ n¨ng thÊm trung b×nh. C¸c gi¸ trÞ t¨ng theo quy m« ®o ®¹c bëi v× sù hîp nhÊt trong thÓ tÝch khe nøt t¨ng kh¸ lín vµ thËm chÝ hÖ thèng ®øt g·y më réng h¬n. ViÖc ban hµnh quy m« ®­îc xem nh­ mét trong c¸c vÊn ®Ò chÝnh ch­a ®­îc gi¶i quyÕt trong thuû v¨n n­íc ngÇm (NRC, 1991; Sivapalan vµ Kalma, 1995). C¸c b×nh luËn giíi thiÖu nµy ®· nh¾c tíi vµ c¸c vÇn ®Ò vÒ mçi b×nh luËn nµy ®­îc viÕt trong toµn bé quyÓn s¸ch. Do ®ã, sù th¶o luËn vÒ c¸c vÊn ®Ò cßn l¹i trong ch­¬ng nµy cÇn thiÕt ®­îc lùa chän vµ tËp trung tãm t¾t c¸c m« h×nh ho¸ thuû v¨n trªn quy m« bån thu n­íc, nghiªn cøu c©n b»ng n­íc cho l­u vùc ®­îc lùa chän c¸c vÊn ®Ò cã tÝnh khÈn cÊp cho sù ph¸t triÓn t­¬ng lai cña thuû v¨n toµn cÇu. Theo c¸ch nµy chóng ta hi väng cñng cè ®­îc c¸ch nh×n nhËn cña chóng ta, th«ng qua nguån gèc thuû v¨n cã thÓ d¹y vµ nghiªn cøu tiÖn lîi theo mét chñ ®Ò, mét c¸ch ph©n tÝch, ¸p dông chóng vµo viÖc gi¶i quyÕt c¸c vÊn ®Ò n­íc c¬ b¶n ®¹t ®­îc th«ng qua c¸c nghiªn cøu hîp nhÊt, tæng hîp trªn ph¹m vi quy m« lín. H×nh 9.2. ¶nh h­ëng cña thang ®o hÖ sè dÉn thuû lùc ®o ®¹c cña ®¸ Carbonat ë trung t©m Ch©u ©u (tõ s¬ ®å ban ®Çu trong Garven, 1985) 9.2. M« h×nh bån thu n­íc C¸c nhµ thuû v¨n l­u t©m tíi sù ph¸t triÓn c¸c m« h×nh mµ cã diÔn t¶ chÝnh x¸c thuû v¨n bån thu n­íc nh­ lµ sù kiÓm tra quan träng sù hiÓu biÕt cña hä vÒ c¸c qu¸ tr×nh thuû v¨n. Toµn bé c¸c m« h×nh nh­ vËy thµnh c«ng trong viÖc m« t¶ h¬n lµ trong dù b¸o. C¸c m« h×nh nµy ¸p dông cho mét l­u vùc kh¸c còng thµnh c«ng nh­ ¸p dung cho c¸c l­u vùc thùc nghiÖm. Vµ tõ ®ã chóng ta cã c¸c m« h×nh sè trÞ. Mét vµi trong sè chóng cã kÕt qu¶ h¹n chÕ vµ cã môc ®Ých riªng nh­ng quan t©m Ýt tíi thuû v¨n chung. Mét vµi m« h×nh lµ c¸c m« h×nh hép ®en ®¬n gi¶n nh­ng cã kÕt qu¶ chÝnh x¸c cho mét biÕn thuû v¨n ®­îc lùa chän, vÝ dô biÕn dßng ch¶y x¶y ra trong kho¶ng thêi gian tiªu biÓu nh­ng cã thÓ ®­a ra dù b¸o kh«ng chÝnh x¸c cho c¸c biÕn 308
  5. kh¸c. C¸c biÕn m« h×nh kh¸c tinh vi h¬n vµ cè g¾ng gi¶m ®é phøc t¹p, chØ ra c¸c biÕn kh«ng gian dù b¸o vµ ®Æc tr­ng l­u vùc. Tuy nhiªn, chÊt l­îng cña sè liÖu sö dông vµ cÊt tróc m« h×nh lµ thµnh phÇn thµnh c«ng quan träng h¬n so víi ®é phøc t¹p cña m« h×nh (vÝ dô Gan vµ nnk, 1997). Toµn bé nh÷ng cè g¾ng ®Ó ®­a ra m« h×nh cuèi cïng lµ mét ®iÒu bÝ Èn cña chÝnh l­u vùc (Beven, 1987). Trong mét hoµn c¶nh nµo ®ã, m« h×nh l­u vùc sÏ thùc hiÖn thµnh c«ng theo thêi gian thùc, vµ thùc tÕ, rÊt nhiÒu m« h×nh nh­ vËy ®· ®­îc ph¸t triÓn cho môc ®Ých dù b¸o lò. Mét sè m« h×nh lo¹i ®ã ®· ®­îc Smith vµ Ward (1998) giíi thiÖu. Tuy nhiªn trong tr­êng hîp c¸c m« h×nh ®­îc x©y dùng cho môc ®Ých ®Æc biÖt kh¸c th× ho¹t ®éng cña m« h×nh theo thêi gian thùc cã thÓ chøa c¸c yÕu tè Ýt quan träng h¬n so víi c¸c nh©n tè thÝch hîp kh¸c. Thùc vËy, mét trong c¸c lý do cho sù thay ®æi lín cña m« h×nh l­u vùc ®ã lµ hÇu hÕt ®Òu ®­îc ph¸t triÓn cho môc ®Ých dù b¸o h¬n lµ cho c¸c môc ®Ých kh¶o s¸t khoa häc c¸c qu¸ tr×nh thuû v¨n. Mét lý do kh¸c lµ ph¸t triÓn c¸c m« h×nh ®Ó ®iÒu tiÕt trªn mét ph¹m vi réng mµ c¸c sè liÖu thuû v¨n s½n cã hoÆc tõ c¸c tr¹m ®o lín cña l­u vùc mµ kh«ng cã sè liÖu gi¸ng thuû tõ tµi liÖu cùc trÞ, ®Õn sù ®iÒu hµnh liªn tôc c¸c biÕn thuû v¨n trong mét ph¹m vi nhá nh­ng cã c­êng ®é dßng ch¶y m¹nh ®ã lµ l­u vùc thÝ nghiÖm. 9.2.1. C¸c lo¹i m« h×nh l­u vùc Cã thÓ ph©n lo¹i c¸c m« h×nh theo mét sè c¸ch. VÝ dô, c¸c m« h×nh x¸c ®Þnh m« pháng c¸c qu¸ tr×nh vËt lý x¶y ra trong l­u vùc tõ sù chuyÓn ®æi gi¸ng thuû thµnh sù bèc h¬i vµ dßng ch¶y hoÆc nh­ lµ c¸c m« h×nh x¸c suÊt chó ý ®Õn c¬ héi s¶y ra hoÆc ph©n bè x¸c suÊt cña c¸c biÕn thuû v¨n. C¸c m« h×nh quan niÖm dùa trªn sù diÔn t¶ giíi h¹n c¸c qu¸ tr×nh vËt lý ho¹t ®éng ®Ó ®­a ta ®Çu ra thuû v¨n, vÝ dô, diÔn t¶ l­u vùc bëi sù l­u tr÷ d­íi d¹ng th¸c (h×nh 9.3), trong khi ®ã c¸c m« h×nh vËt lý c¬ b¶n dùa trªn sù hiÓu biÕt h¬n vÒ c¸c qu¸ tr×nh vËt lý thÝch hîp. NhiÒu m« h×nh còng cã thÓ lµ tuyÕn tÝnh hoÆc phi tuyÕn cña mét trong hai lý thuyÕt hÖ thèng, hoÆc lµ håi quy thèng kª. Cã lÏ sù kh¸c biÖt quan träng nhÊt ®ã lµ gi÷a m« h×nh th«ng sè tËp trung vµ m« h×nh ph©n bè. §iÒu nµy phô thuéc vµo sù më réng theo ph©n bè kh«ng gian cña c¸c biÕn thuû v¨n trong l­u vùc ®­îc quan t©m hoÆc theo h­íng x¸c suÊt hoÆc theo h­íng ®Þa h×nh. 309
  6. H×nh 9.3. CÊu tróc cña HYROM (m« h×nh thuû v¨n m­a-dßng ch¶y) thiÕt kÕ ®Ó ch¹y trong m¸y tÝnh c¸ nh©n IBM vµ IBM-compatible (tõ mét s¬ ®å gèc bëi ViÖn Thuû v¨n Willingforrd, Oxon, OX 108 BB, UK) Trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y, mäi ng­êi nhÊn m¹nh ®Õn sù ph¸t triÓn c¸c m« h×nh ph©n bè kh«ng gian cña c¸c biÕn thuû v¨n c¬ b¶n. Lý do c¬ b¶n ®»ng sau sù ph¸t triÓn ®ã lµ mét m« h×nh diÔn t¶ l­u vùc nh­ mét hÖ thèng vËt lý c¸c biÕn kh«ng gian mang b¶n chÊt thùc tÕ h¬n cã kh¶ n¨ng ph¸t triÓn lý thuyÕt lµm cho nã cã Ých h¬n, ph¹m vi ¸p dông réng r·i h¬n c¸c lo¹i m« h×nh kh¸c. Tuy nhiªn, biÕn kh«ng gian trong c¸c m« h×nh lo¹i nµy diÔn t¶ ®¬n gi¶n h¬n sù bÊt ®ång nhÊt cña l­u vùc thùc tÕ vµ th­êng ®¹t ®­îc b»ng viÖc ¸p dông c¸c ph­¬ng tr×nh to¸n häc cña c¸c qu¸ tr×nh thuû v¨n t¹i tõng chç giao nhau cña m¹ng l­íi trªn l­u vùc. Gi¶ thiÕt r»ng c¸c th«ng sè cña c¸c qu¸ tr×nh nµy thay ®æi tèt nhÊt gi÷a c¸c ®iÓm giao nhau vµ tåi nhÊt khi ¸p dông t¹i biªn diÖn tÝch vµ do ®ã kh«ng cã sù tiÕp tôc t¹i c¸c mÆt l­íi biªn. Còng cã vÊn ®Ò vÒ quy m« vËt lý (vÝ dô, Sivapalan vµ Kalma, 1995) vµ cì l­íi. §iÒu nµy thay ®æi cña « l­íi bÒ mÆt lµm tæng céng cña c¸c gi¸ trÞ « thªm vµo xuÊt hiÖn, nh­ng khi gi¶i chóng chØ liªn quan tíi c¸c ®iÓm chung cña mçi bÒ mÆt (Eeles vµ nnk, 1990). Trong mét vµi l­u ý c¬ chÕ ph©n bè cã nghÜa lµ m« h×nh ph©n bè lµ mét m« h×nh mang b¶n chÊt tËp trung t¹i l­íi ®o. ý nghÜa lín h¬n cã lÏ lµ liªn quan tíi c¸c ph­¬ng tr×nh, trong nhiÒu m« h×nh ph©n bè ®­îc sö dông ®Ó diÔn t¶ thùc tÕ thuû v¨n t¹i ®iÓm ®o yÕu tè l­íi lµ kh«ng chÝnh x¸c, vÝ dô viÖc ¸p dông ®Þnh luËt Darcy kh«ng ¶nh h­ëng tíi m« h×nh ph©n bè thËm chÝ c¶ nh÷ng m« h×nh thµnh c«ng nh­ SHE vµ IHDM th«ng qua sù dù b¸o c¸c biÕn tr¹ng th¸i thuû v¨n bªn trong. Beven (1996) ®· diÔn t¶ c«ng tr×nh Jensen cµ nnk (1993), trong MIKE-SHE ­íc l­îng hÖ sè dÉn thuû lùc nh­ lµ mét trong c¸c nghiªn cøu ®· c«ng bè ‘... trong ®ã c¸c dù b¸o m« h×nh ®­îc so s¸nh víi c¸c sè liÖu ®o ®¹c tr¹ng th¸i bªn trong trong vßng ph¹m vi dßng ch¶y’ cña l­u vùc. M« h×nh ph©n bè vËt lý c¬ b¶n gåm c¶ sù phøc t¹p vµ c¸c yªu cÇu biÕn cè cña sè liÖu ®Çu vµo vµ kh¶ n¨ng tÝnh to¸n cña c¸c m« h×nh tËp trung ®¬n gi¶n h¬n, lÊy gi¸ trÞ trung b×nh vµ tæng hîp cho toµn bé l­u vùc, cã thÓ ®­îc diÔn t¶. Mét tiÕp cËn thay ®æi phøc t¹p ngay lËp tøc, lµ c¬ së cña m« h×nh x¸c suÊt – ph©n bè. Thay vÒ xÐt ®Õn 310
  7. c¸c con sè kh«ng gian thùc sù cña c¸c biÕn thuû v¨n trªn l­u vùc, c¸c m« h×nh dùa trªn nguån gèc ph©n bè x¸c suÊt quan t©m tíi tÇn suÊt xÈy ra cña c¸c biÕn thuû v¨n cã ý nghÜa trªn l­u vùc mµ kh«ng cã sù xem xÐt vÞ trÝ ®Þa lý cña mét sù kiÖn tiªu biÓu. Moore (1985) diÔn t¶ m« h×nh ph©n bè x¸c suÊt dùa trªn tæng l­îng thÊm vµ dung tÝch khu tr÷. C¸c m« h×nh ®¬n gi¶n h¬n (vÝ dô, m« h×nh tËp trung, quan niÖm, ph©n bè kh«ng gian ...) ®­îc chØ ra víi sù thÝch hîp kinh nghiÖm ®Çy ®ñ tíi c¸ch quan tr¾c l­u vùc tiªu biÓu (cf. Robinson vµ Sivapalan, 1995) vµ do ®ã ®­îc sö dông réng r·i trong kh¶o s¸t thuû v¨n. C¸c m« h×nh nh­ vËy tréi h¬n h¼n c¸c m« h×nh to¸n PC – based, desk – top. TÝnh phæ biÕn cña nã kh¸ lín vµ thùc tÕ phï hîp víi thãi quen ho¹t ®éng vµ ®Çu ra lµ c¸c ®ªm« b»ng ®å thÞ dÔ sö dông. Tuy nhiªn, ®Æc ®iÓm c¸c m« h×nh nµy lµ c¸c th«ng sè cña chóng ph¶i ®­îc x¸c ®Þnh cì tõ c¸c sè liÖu l­u l­îng vµ hÇu hÕt c¸c tr­êng hîp ®Òu bÞ giíi h¹n kh¶ n¨ng ¸p dông vµ kh¶ n¨ng chuyÓn ®æi chung (Becker vµ Pfuezner, 1990). HYROM ®· ®­a ra mét vÝ dô ®¸ng quan t©m vµ næi tiÕng (m« h×nh thuû v¨n M­a-dßng ch¶y) (Blackie vµ Eeles, 1985). §©y lµ mét m« h×nh quan niÖm M­a-dßng ch¶y, do viÖn thuû v¨n Anh ph¸t triÓn vµ cã kh¶ n¨ng ¸p dông réng r·i. Ch­¬ng tr×nh nµy dÔ sö dông vµ yªu cÇu sù hiÓu biÕt nhá vÒ hÖ thèng ho¹t ®éng m¸y tÝnh hoÆc cÇu tróc file sè liÖu. §Çu ra d­íi d¹ng c¸c ®å thÞ mµn h×nh mµu cã thÓ sao chÐp hoÆc in c¸c ®å thÞ nµy nÕu cã yªu cÇu. Trong HYROM, dù b¸o dßng ch¶y sö dông diÔn t¶ ®¬n gi¶n c¸c qu¸ tr×nh vËt lý ®iÒu khiÓn sù chuyÓn ®éng cña n­íc trong l­u vùc (h×nh 9.4). M« h×nh kÕt hîp sù cÇm gi÷, n­íc trong ®Êt, n­íc ngÇm vµ l­îng tr÷ dßng ch¶y, vµ bao gåm mét diÔn t¶ nµo ®ã vÒ tæn thÊt do bèc h¬n. Cã thÓ ®Þnh vì bëi ng­êi sö dông hoÆc tù ®éng. Cã thÓ chØnh lý 9 th«ng sè m« h×nh (xem b¶ng 9.2), phÇn cßn l¹u th× ®­îc ®Æt l¹i, B¶ng 9.2. C¸c th«ng sè cã thÓ chØnh lý trong HYROM vµ ph¹m vi cho phÐp Ph¹m vi cho Ký hiÖu C¸c th«ng sè gi÷ n­íc phÐp SM Th«ng sè gi÷ n­íc do thùc vËt 01 YÕu tè dù tr÷ dßng ch¶y ngÇm x > 30 311
  8. H×nh 9.4. CÊu tróc m« h×nh l­u vùc Stanford IV (l¸y tõ s¬ ®å ban ®Çu cña FlÑming, 1975). 9.2.2. M« h×nh l­u vùc Stanford (SWM 4) Mét trong sè nh÷ng hiÓu biÕt s©u s¾c nhÊt vÒ m« h×nh l­u vùc quan niÖm lµ m« h×nh Stanford (SWM) lµ phiªn b¶n ®Çu tiªn cña m« h×nh SWM 1, c«ng bè b¨n 1960 nh­ mét m« h×nh m­a-dßng ch¶y. §iÒu nµy ®­îc ph¸t triÓn nhanh chãng chøng tá m« h×nh ho¸ tæng l­îng ph¶n håi l¹i l­u vùc, thÝch hîp h¬n víi dßng ch¶y tõ m­a, vµ næi bËt lµ m« h×nh SWm 4 n¨m 1966. M« h×nh ®­îc Crowford vµ Linsley (1966) m« t¶ chi 312
  9. tiÕt vµ Viessman vµ Levis (1966) chØ dÉn chi tiÕt h¬n ®Ó sö dông tÝnh to¸n ®é Èm ®Êt vµ diÔn t¶ c¸c qu¸ tr×nh thuû v¨n trong l­u vùc th«ng qua hµm l­îng tr÷ vµ diÔn to¸n (h×nh 9.5). Mét hÖ thèng c¸c ph­¬ng tr×nh vËt lý ®­îc sö dông ®Ó tÝnh to¸n dßng ch¶y cña toµn bé l­îng n­íc ®i vµo l­u vùc nh­ gi¸ng thuû, l­îng tr÷ trong hÖ thèng l­u vùc thuû v¨n, vµ l­îng n­íc ra khái nh­ dßng ch¶y hoÆc lµ bèc h¬i. Mçi mét l­îng n­íc ®Çu ®­îc tÝch cho tíi khi nã bèc h¬i, thÊm thµnh n­íc ngÇm tíi mét vÞ trÝ h¹ l­u ®Æc biÖt. Fleming (1975) lµ mét ng­êi khëi x­íng m« h×nh SWM4, ®­a ra danh s¸ch sè liÖu cÇn thiÕt cho m« h×nh ho¸ dßng ch¶y ngµy cïng víi 34 th«ng sè diÔn t¶ c¸c ®Æc tr­ng vËt lý cña l­u vùc (nÕu kh«ng cã tuyÕt tan th× lµ 25 th«ng sè). C¸c th«ng sè nµy cã thÓ thay ®æi b»ng mét sù hiÖu chØnh nhá sè liÖu ®Çu vµo ®Ó nghiªn cøu ¶nh h­ëng cña c¸c ®Æc tr­ng l­u vùc kh¸c nhau trªn ph­¬ng diÖn dßng ch¶y vµ c¸c khÝa c¹nh ®Æc biÖt kh¸c cña thuû v¨n l­u vùc. H×nh 9.5. CÊu tróc cña hÖ thèng Ch©u ©u (SHE) ( tõ biÓu ®å gèc trong Abbott, 1986) MÆc dï d¹ng ®Çu tiªn cña nã, SWM4 lµ mét m« h×nh quan niÖm nguþ biÖn trong ®ã c¸c qu¸ tr×nh thuû v¨n gi÷ l¹i mét quan hÖ chÝnh x¸c víi tõng yÕu tè kh¸c vµ trong ®ã mÆc dï vai trß cña hµm kinh nghiÖm phi tuyÓn ®¬n gi¶n lµ quan träng vµ nã còng cho phÐp ng­êi lµm m« h×nh diÔn t¶ sù bèc h¬i vµ sù tËp trung dßng ch¶y nhanh trong sù biÕn ®æi theo kh«ng gian. Kh«ng ng¹c nhiªn, m« h×nh ®­îc sö dông réng r·i hiÖn nay. 9.2.3. M« h×nh hÖ thèng Ch©u ©u SHE (SystÌme Hydrologique EuropÐen) Mét vÝ dô quan träng vÒ mét m« h×nh ph©n bè vËt lý c¬ b¶n lµ HÖ thèng thuû v¨n Ch©u ¢u (SHE). §©y thËt sù lµ mét khung m« h×nh h¬n lµ mét m« h×nh, kiÕn tróc hÖ thèng mÒm dÎo cña nã ®­îc thiÕt kÕ cho phÐp hîp nhÊt c¸c phiªn b¶n míi cña c¸c m« h×nh thµnh phÇn vµ cung cÊp c¸c tiÒm n¨ng cho viÖc tiÕp tôc ph¸t triÓn thµnh 313
  10. phÇn cho hÖ thèng (¥ connell, 1991), SHE ®­îc ph¸t triÓn víi sù céng t¸c cña ViÖn Thuû v¨n Anh (IH), ViÖn Thuû v¨n §an M¹ch (DHI) vµ SociÐtÐ Grenoblois d’ Etude et d’ Apllicatiãn Hydrauliques (SOGRPAH). IH ®· x©y dùng c¸c thµnh phÇn cÇm gi÷ bèc h¬i vµ tuyÕt tan, DHI ®· x©y dùng c¸c thµnh phÇn dßng ch¶y b·o hoµ vµ ch­a b·o hoµ vµ SOGREAH ph¸t triÓn dßng ch¶y trªn mÆt ®Êt vµ dßng ch¶y trong kªnh. Sù thóc ®Èy ph¸t triÓn SHE tõ sù lÜnh héi c¸c thÊt b¹i cña c¸c m« h×nh ®· tån t¹i tíi sù diÔn t¶ c¸c t¸c ®éng cña ho¹t ®éng con ng­êi tíi chÕ ®é dßng ch¶y l­u vùc, chÊt l­îng n­íc vµ vËn chuyÓn trÇm tÝch (¥ Connell, 1991). C¸c qu¸ tr×nh thuû v¨n ®­îc m« h×nh ho¸ sö dông hoÆc lµ tiÕp cËn kh¸c biÖt h÷u h¹n hoÆc lµ c¸c ph­¬ng tr×nh kinh nghiÖm nghiªn cøu c¬ b¶n. CÊu tróc m« h×nh, s¬ ®å chØ ra trong h×nh 9.5, dùa triªn viÖc ph©n chia l­u vùc thµnh m¹ng l­íi trªn 2000 « vu«ng, víi mét cét t¹i mçi h×nh vu«ng gåm 30 líp ngang. C¸c giíi h¹n vÒ sè liÖu ng¨n c¶n mùc cao cña sù kh¸c nhau nµy cã ®­îc t¹i thêi ®iÓm hiÖn t¹i, c¸c th«ng sè x¸p xØ vµ sè liÖu ®­îc ®Þnh râ riªng rÏ cho tõng « l­íi sö dông, bao gåm c¸c qu¸ tr×nh bÒ mÆt, th¶m phñ thùc vËt, c¸c ®Æc tr­ng ®Êt, sè liÖu khÝ t­îng, sè liÖu søc c¶n dßng ch¶y trong kªnh vµ bÒ mÆt, cao tr×nh ®¸y c¸ch n­íc, cao tr×nh bÒ mÆt tiÒm n¨ng. Dïng m« h×nh x©y dùng c¸c ®iÒu kiÖn dßng ch¶y mÆt vµ s¸t mÆt cho tõng « l­íi, do ®ã cho phÐp kh¶o s¸t c¸c biÕn thuû v¨n ®Þa ph­¬ng. Thµnh phÇn dßng ch¶y mÆt vµ ngÇm 2 chiÒu ®­îc liªn kÕt víi l­îng cÇm gi÷ sö dông ph­¬ng thøc tÝnh to¸n Rutter nh­ng cã thÓ ­íc l­îng sù bèc h¬i theo mét vµi c¸ch, bao gåm ph­¬ng tr×nh Penman-Monteith vµ nã phô thuéc vµo sè liÖu s½n cã. ¦íc l­îng dßng ch¶y trong ®íi ch­a b·o hoµ b»ng ph­¬ng tr×nh Richards mét chiÒu vµ trong ®íi b·o hoµ b»ng ph­¬ng tr×nh Boussinesq 2 chiÒu. X¸c ®Þnh l­îng tuyÕt tan tõ mét tiÕp cËn tæng n¨ng l­îng vµ dßng ch¶y mÆt, dßng ch¶y trong kªnh tõ sù ®¬n gi¶n ho¸ c¸c ph­¬ng tr×nh Sant Vernant. Sù ph¸t triÓn cña m« h×nh ®ã lµ sö dông c¸c th«ng sè mang ý nghÜa vËt lý nµo ®ã vµ cã thÓ ­íc l­îng tõ c¸c ®Æc tr­ng l­u vùc. Còng nh­ vËy, th«ng sè ho¸ cã nghÜa r»ng SHE cã thÓ chuyÓn ®æi theo vïng, thËm chÝ cã thÓ ®­îc ¸p dông trong c¸c l­u vùc s«ng kh«ng cã tr¹m ®o, mÆc dï tÝnh to¸n yªu cÇu rÊt cao (Becker vµ Rfustzner, 1990). Do ®ã, tÝch chÊt cña m« h×nh ph©n bè cho phÐp ®Þnh cì toµn bé l­u vùc dùa trªn sù so s¸nh gi÷a thñy ®å m« h×nh vµ thuû ®å quan tr¾c t¹i mét vµi ®iÓm trong l­u vùc ®ã (TH, 1985). ¸p dông m« h×nh cho mét ph¹m vi m«i tr­êng réng lín, bao gåm Ch©u ¢u kÓ c¶ New Zealand (vÝ dô Lumadjeng, 1989; New Zealand Ministry of Words and Development, 1985). C¸c kiÓm tra trªn lÜnh vùc nh­ vËy ®· lµm s¸ng tá ®iÓm yÕu kÐm m« h×nh vµ ®· diÕn t¶ theo ngµy (vÝ dô Abbott vµ nnk, 1986; Bathurst vµ nnk, 1995; Refsgaard vµ Storm, 1995; Jayatilaka vµ nnk, 1998). 9.2.4. TOPMODEL (m« h×nh thuû v¨n ®Þa h×nh c¬ b¶n) MÆc dï sö dông thuËt ng÷ nh­ng thÊt râ r»ng c¸c m« h×nh nh­ SHE kh«ng ph¶i lµ ‘c¬ së vËt lý’ thËt sù cña c¸c diÔn t¶ ®ã. VÝ dô, c¸c ph­¬ng tr×nh sö dông lµ sù ®¬n gi¶n ho¸ tæng khíp c¸c qu¸ tr×nh thuû v¨n thËt sù vµ tÝnh chÊt vËt lý cña kh«ng gian nhá ®­îc ¸p dông ®Ó m« h×nh ho¸ c¸c « l­íi 250m hoÆc 500 m. Benven (1991) ®· chøng minh vÊn ®Ò b»ng c¸ch tham kh¶o ­íc l­îng m« h×nh tiÒm n¨ng mao dÉn cho thÊy cã mét sè vÊn ®Ò cÇn xem xÐt. TiÒm n¨ng mao dÉn trung b×nh trªn mét yÕu tè l­íi cã nghÜa g× trªn mét « l­íi 314
  11. 250 m  250 m? Nã kh«ng ph¶i lµ biÕn vËt lý cã ®é nh¹y mµ chóng ta cã thÓ ®o ®¹c. Chóng ta cã thÓ so s¸nh nã víi mét ®o ®¹c tõ m¸y ®o søc c¨ng trong « vu«ng l­íi, « vu«ng l­íi lµ mét vïng ¶nh h­ëng cì vµi cm, nh­ thÕ nµo? TiÕp tôc, Gradient tiÒm n¨ng mao dÉn trung b×nh mét « vu«ng l­íi cã nghÜa g×? Khi nµo tÝnh to¸n tõ c¸c nèt 0.05m lµ phÇn th¼ng ®øng cña mét diÖn tÝch 62500 m2. Ngoµi ra c¸c th¶o luËn vÒ c¸c qu¸ tr×nh thuû v¨n trong s¸ch nµy vÉn ch­a x¸c nhËn sù tån t¹i cña c¸c th«ng sè kh«ng gian, ®Æc biÖt nh÷ng ®iÒu ®ã ¶nh h­ëng tíi diÖn tÝch nguån dßng ch¶y nhanh, dßng ch¶y t¨ng chñ yÕu tõ kh¶ n¨ng thay ®æi ®Þa h×nh vµ ¶nh h­ëng cña träng lùc tíi sù chuyÓn ®éng cña n­íc s­ên dèc; TOMODEL diÔn t¶ mét cè g¾ng ®Ó c¶i thiÖn c¸c dù b¸o thuû v¨n b»ng c¸ch hîp nhÊt c¸c thµnh phÇn kh«ng gian thµnh mét m« h×nh ph©n bè quan niÖm th«ng qua c¸ch giíi h¹n sè l­îng c¸c th«ng sè. M« h×nh kÕt hîp kh¶ n¨ng thay ®æi theo kh«ng gian cña diÖn tÝch nguån víi sù ®¸p øng l¹i trung b×nh cña tr÷ l­îng n­íc d­íi ®Êt trong l­u vùc (Beven vµ Kirkby, 1979) do ®ã tèi gi¶n sè l­îng th«ng sè m« h×nh vµ tr­êng sè liÖu ®Çu vµo. TOPMODEL sö dông sè liÖu ®Þa h×nh s½n cã cïng víi sè l­îng h÷u h¹n sè liÖu ®Êt, vµ do ®ã toµn bé c¸c th«ng sè m« h×nh cã thÓ cã ®­îc b»ng c¸ch ®o ®¹c trùc tiÕp. M« h×nh cã kh¶ n¨ng ¸p dông cho l­u vùc kh«ng cã tr¹m ®o trªn 500 km2, chØ cã sè liÖu m­a vµ bèc h¬i s½n cã (Beven vµ nnk, 1984). Sù c¶i thiÖn vµ tinh chÕ c¸c tham sè hîp lý nh»m tÝnh to¸n ngay lÇn ®Çu m« h×nh ®­îc sö dông(vÝ dô, Hornberger vµ nnk, 1985; Sivapalan vµ nnl, 1987; Holko vµ Lepisto, 1997); Saulnier vµ nnk, 1997). B¶ng 9.3. Tæng kÕt c¸c th«ng sè m« h×nh sö dông trong TOPMODEL (lÊy tõ mét b¶ng trong Beven vµ nnk, 1984) Ký hiÖu M« t¶ Sù ®Þnh cì ®o l­êng Sp Søc gi÷ lín nhÊt ThÊm nhá giät Sc Møc chøa thÊm lín nhÊt ThÊm nhá giät io H»ng sè tØ lÖ thÊm ThÊm nhá giät oFv Tham sè dßng ch¶y v­ît thÊm ThÊm nhá giät FC Søc chøa trªn mÆt ThÊm nhá giät Tiªu chuÈn pha lo·ng vµ M Tham sè dßng ch¶y s¸t mÆt ph©n tÝch n­íc trong ®Êt Tiªu chuÈn pha lo·ng vµ qo Th«ng sè dßng ch¶y s¸t mÆt ph©n tÝch n­íc trong ®Êt  H»ng sè ®Þa m¹o cña l­u vùc Ph©n tÝch ®Þa m¹o Tham sè tèc ®é dßng ch¶y CHA Tiªu chuÈn pha lo·ng trong s«ng Tham sè tèc ®é dßng ch¶y CHB Tiªu chuÈn pha lo·ng trong s«ng Mét gi¶ thiÕt c¬ b¶n ®ã lµ mÆt tÇng n­íc ngÇm biÕn ®æi theo ®Þa h×nh, cho phÐp sö dông ®Þa h×nh ­íc l­îng dßng ch¶y ngÇm nh­ sù ®¹i diÖn cho gradient thuû lùc. Theo c¸ch nµy l­u vùc cã thÓ ®­îc ph©n chia thµnh mét vµi ®¬n vÞ l­u vùc t­¬ng ®èi ®ång nhÊt, mçi mét m« h×nh ®­îc m« h×nh ho¸ riªng biÖt vµ l­u l­îng tÝnh to¸n ®­îc diÔn to¸n riªng biÖt th«ng qua kªnh dÉn tíi cöa ra l­u vùc. C¸c th«ng sè m« h×nh 315
  12. ®­îc to¸n t¾t trong b¶ng 9.3, lµ c¬ së vËt lý trong ®ã cã thÓ x¸c ®Þnh trùc tiÕp tõ tr­êng ®o ®¹c. C¸c ®Æc tr­ng chÝnh cña TOPMODEL (s¬ ®å h×nh 9.6) lµ l­îng cÇm gi÷ (S1), tr÷ l­îng thÊm gÇn bÒ mÆt (S2). BiÕn diÖn tÝch ph©n bè thay ®æi theo l­îng tr÷ trung b×nh s¸t mÆt (S3) vµ lµ nguån chÝnh cña dßng ch¶y trªn mÆt. H×nh 9.6. CÊu tróc m« h×nh cËn l­u vùc TOPMODEL (tõ mét s¬ ®å gèc trong Beven, 1977) Mét trong c¸c lý do cña sù thµnh c«ng cña TOPMODEL ®ã lµ mét trong c¸c m« h×nh sö dông ®Ó kiÓm tra c¸c b»ng chøng cña c¸c kh¸i niÖm thuû v¨n ®­îc sö dông. §iÒu nµy ®­îc chøng minh t¹i mét møc ®¬n gi¶n b»ng thùc tÕ mµ TOPMODEL cã thÓ dù b¸o vÞ trÝ ®Þa h×nh cñaa phÇn diÖn tÝch ®Êt b·o hoµ hoÆc gÇn b·o hoµ dÔ dµng (Beven, 1991). 9.3. Nghiªn cøu c©n b»ng n­íc cña l­u vùc ®­îc lùa chän Gi¶i ph­¬ng tr×nh c©n b»ng n­íc cho mét ®¬n vÞ x¸c ®Þnh (vÝ dô ®iÓm, ®o¹n s­ên dèc hoÆc l­u vùc víi kÝch cì bÊt kú) lµ bµi kiÓm tra c¬ b¶n. C¸c nhµ thuû v¨n cã kh¶ n¨ng ®­a ra mét ®¸nh gi¸ chÝnh x¸c vÒ mçi dßng thµnh phÇn dßng ch¶y vµ l­îng tr÷ trong c¸c l­u vùc s«ng vµ c¸c vïng l·nh thæ. §ã lµ sù ®ãng gãp tiÒm n¨ng cña thuû v¨n vµo viÖc gi¶i quyÕt c¸c vÊn ®Ò chÝnh nh­ nguyªn nh©n vµ t¸c ®éng cña sù thay ®æi khÝ hËu, t¸c ®éng cña ho¹t ®éng con ng­êi nh­ ph¸ rõng. Sù ph¸t triÓn thµnh c«ng vµ ®¸ng tin cËy nhÊt lµ m« h×nh hoµn l­u chung khÝ quyÓn. §­a ra sù hiÓu biÕt thÝch hîp vÒ c¸c qu¸ tr×nh thuû v¨n ®Ó x¸c ®Þnh tõng khÝa c¹nh cña c©n b»ng n­íc l­u vùc, tõ ®Çu vµo ban ®Çu cña bøc x¹ mÆt trêi vµ gi¸ng thuû tíi ®Çu ra bèc h¬i vµ dßng ch¶y. Tuy nhiªn, tõ c¸c th¶o luËn theo chñ ®Ò trong quyÓn s¸ch nµy, c¸c hiÓu biÕt cña chóng ta vÒ c¸c qu¸ tr×nh thuû v¨n vÉn ch­a hoµn chØnh, kh¶ n¨ng cña chóng ta vÒ x¸c ®Þnh l­îng tr÷ vµ sù thay ®æi míi chØ lµ s¬ ®¼ng vµ sù hiÓu biÕt cña chóng ta vÒ sù liªn kÕt gi÷a c¸c qu¸ tr×nh, ®Æc biÖt lµ ë quy m« lôc ®Þa vµ toµn cÇu th­êng kh«ng ch¾c ch¾n vµ trong tr­êng hîp nµo ®ã vÉn cÇn thiÕt cã nhiÒu nghiªn cøu. H¬n n÷a, c¸c thµnh phÇn cña ph­¬ng tr×nh c©n b»ng n­íc cã thÓ thay ®æi gi÷a c¸c l­u vùc vµ 316
  13. còng cã thÓ thay ®æi thªm thêi gian trong mét l­u vùc. Do ®ã vÉn kh«ng thÓ hiÓu ®Çy ®ñ nh­ Kbmes (1988) ®· nãi chÝnh x¸c c¸c thµnh phÇn cña ph­¬ng tr×nh c©n b»ng n­íc nh­ lµ mét trong c¸c th¸ch thøc lín nhÊt cña tù nhiªn, trong ®ã “c¸c « vu«ng” ®Ó tÝnh c©n b»ng thay ®æi c¶nh quan, h×nh d¹ng, kÝch cì khi chóng chuyÓn ®éng vßng quanh bëi c¸c lùc kh¸c nhau, vµ trong ®ã cÊu tróc thay ®æi theo thêi gian lµ ®¸ng chó ý nhÊt. Sö dông nhiÒu ph­¬ng ph¸p trong c¸c ®iÒu kiÖn m«i tr­êng cã thÓ x¸c ®Þnh sè l­îng cña c¸c biÕn thµnh phÇn trong ph­¬ng tr×nh c©n b»ng n­íc ®· ®­îc chøng minh qua c¸c kÕt luËn, mÆt kh¸c ®· ®­îc chøng minh b»ng n­íc khÝ quyÓn. Trong nhiÒu l­u vùc, ®Æc biÖt lµ l­u vùc nhá, c©n b»ng n­íc cã thÓ ®­îc x¸c ®Þnh ®Çy ®ñ theo c¸c th«ng sè thµnh phÇn ®Êt cña chu kú thuû v¨n, (h×nh 9.7a). C¸c ®Çu vµo lµ gi¸ng thuû, dßng ch¶y ngÇm, ®Çu ra lµ bèc h¬i, dßng ch¶y mÆt, dßng ngÇm, sù thay ®æi l­îng tr÷ n­íc (n­íc trong ®Êt vµ n­íc ngÇm nguyªn thuû ) trong l­u vùc. §èi víi c¸c l­u vùc lín, cÇn thiÕt xÐt ®Õn c¸c dßng h¬i n­íc trong khÝ quyÓn phÝa trªn l­u vùc (h×nh 9.7b), bëi v× bèc h¬i l­u vùc ®ãng gãp mét l­îng lín h¬i n­íc vµo qu¸ tr×nh gi¸ng thuû ®Þa ph­¬ng, v× h¬i n­íc vµo vµ ra khái khÝ quyÓn bªn trªn l­u vùc cã c¸c chuyÓn ®æi rÊt kh¸c nhau. Sau ®ã, c¸c thµnh phÇn c©n b»ng n­íc ®­îc liªn kÕt l¹i trªn l­u vùc vµ c¸c khèi khÝ quyÓn n»m bªn trªn nã (h×nh 9.7c). H×nh 9.7. C¸c thµnh phÇn c¬ b¶n n­íc (a) trong ®Êt; (b); (c); kÕt hîp ®Êt vµ khÝ quyÓn (trÝch tõ s¬ ®å nguyªn thuû trong OKIvµ nnk 1995) Sù kh¸c biÖt lín kh¸c trong c¸c thµnh phÇn c©n b»ng n­íc cã thÓ ®¬n gi¶n tõ sè liÖu kh«ng thÝch hîp. ThËt vËy, gi¶i ph­¬ng tr×nh c©n b»ng n­íc chØ cã thÓ ¸p dông cho l­u vùc thÝ nghiÖm nhá, n¬i mµ thùc hiÖn ®ù¬c ph¹m vi ®Çy ®ñ c¸c ®o ®¹c thuû v¨n thÝch hîp. Trong c¸c tr­êng hîp nh­ vËy, sai sè th­êng nhá. Trong c¸c tr­êng hîp kh¸c chØ cã thÓ gi¶i ph­¬ng tr×nh c¬ b¶n n­íc tõng phÇn, th­êng cã sai sè lín, mÆc dï cã thÓ cã gi¸ trÞ nÕu nã gióp cho viÖc chøng minh c¸c sù kh¸c nhau lín, vµ c¸c 317
  14. cè g¾ng cÇn thiÕt cho sè liÖu thªm vµo. §èi víi c¸c l­u vùc cã diÖn tÝch më réng, l­îng m­a lín, sè liÖu chÝnh x¸c cho toµn bé c¸c khÝa c¹nh c©n b»ng rÊt khã co thÓ ®¹t ®­îc. KÕt qu¶, sai sè rÊt lín, vµ trong c¸c tr­êng hîp nµy hµm chÝnh cña tÝnh to¸n c©n b»ng n­íc cã thÓ nhÊn m¹nh vÒ sù kÐm hiÓu biÕt vÒ thuû v¨n l­u vùc. Bèn vÝ dô ®­îc lùa chän ®Ó chøng minh ¶nh h­ëng sù s½n cã vÒ sè liÖu, kÝch cì l­u v­c vµ sù phøc t¹p c©n b»ng n­íc ®Õn ®Æc tr­ng, sù h÷u Ých vµ kh¶ n¨ng ¸p dông c¸c tÝnh to¸n c©n b»ng n­íc. 9.3.1. Catchwater Drain, Yorkshire, Uk Khi l­u vùc thÝ nghiÖm nhá ®­îc ®o ®¹c víi c­êng ®é lín cho c¸c môc ®Ých nghiªn cøu thuû v¨n, cã thÓ gi¶i ph­¬ng tr×nh c©n b»ng n­íc ®»y ®ñ. ThËt vËy, ®©y lµ giai ®o¹n ban ®Çu ®Ó ®¸nh gi¸ gi¸ trÞ cña sè liÖu c¬ b¶n vµ tÝnh vÑn toµn thuû v¨n cña l­u vùc thÝ nghiÖm. Trong c¸c tr­êng hîp nh­ vËy, kh«ng nh÷ng cã s½n c¸c chuçi sè liÖu ng¾n vÒ gi¸ng thuû, bèc h¬i vµ dßng ch¶y, mµ cßn chi tiÕt ho¸ sè liÖu s½n cã tõ ®ã thay ®æi c¸c sè ng¾n vÒ n­íc d­íi ®Êt vµ cã thÓ ­íc l­îng ch÷ n­íc ngÇm. H×nh 9.8. §­êng cong khèi l­îng cña c¸c thµnh phÇn c©n b»ng n­íc cho Catchwater Drain, Yorkshire, trong suèt thêi gian m­a m¨n 1969 VÝ dô: Ban ®Çu ë Anh lµ Catchwater Drain ë phÝa ®«ng Yorkshire. ThÝ nghiÖm vÒ l­u vùc nhá(16 km2) nµy ®­îc thùc hiÖn vµo ®Çu nh÷ng n¨m 1960 bëi tr­êng §¹i häc Hull ®Ó kh¶o s¸t c¸c ®Æc tr­ng thuû v¨n cña sÐt (VÝ dô Ward, 1967). Gi¸ng thuû vµ dßng ch¶y trong s«ng ®­îc ®o ®¹c liªn tôc, tÝnh to¸n l­îng bèc h¬i giê tõ sè liÖu khÝ t­îng, vµ ­íc l­îng tr÷ l­îng n­íc ngÇm tõ m¹ng l­íi giÕng quan tr¾c tr÷ l­îng n­íc trong ®Êt, c¸c sè liÖu tho¶ m·n, ®­îc x¸c ®Þnh tõ ®o ®¹c søc c¨ng. TÝnh to¸n c©n b»ng n­íc, trong ph¹m vi thêi gian tõ 8 n¨m ®Õn 10 ngµy, sö dông ph­¬ng tr×nh (9.1) P  Q  E  G  S  0  318
  15. Trong ®ã: P lµ gi¸ng thuû, Q lµ dßng ch¶y trong s«ng, E lµ bèc h¬i, ∆G vµ ∆S lµ c¸c thay ®æi tr÷ l­îng n­íc ngÇm vµ n­íc trong ®Êt. C¸c tÝnh to¸n nµy chØ ra c¸c phÇn d­ nhá gi¶i thÝch nh­ sù x¸c nh©nh sù chÝnh x¸c cña sè liÖu vµ sù ®éc lËp thñy v¨n cña l­u vùc x¸c ®Þnh ( VÝ dô Ward, 1972). Mét chøng minh xa h¬n ®­îc cung cÊp bëi sè liÖu m­a giê trong mét trËn m­a. §­êng cong khèi l­îng cña c¸c thµnh phÇn c©n b»ng n­íc nguyªn thñy trong kho¶ng thêi gian tõ 1 - 12/6/1969 trong h×nh 9.8 chØ ra r»ng ph­¬ng tr×nh 9.1 gi¶i kh«ng cã phÇn d­ 29 – 12 – 25 + 6 + 2 = 0 §­êng cong khèi l­îng gi¸ng thuû chØ ra l­îng m­u 29 mm r¬i trong kho¶ng thêi gian ®ªm 2 -2/6. §­êng cong khèi l­îng dßng ch¶y (12mm) chØ ra thuû ®å ®Ønh nhän víi ®­êng cong khèi l­îng (Q+E) v­ît qu¸ ®­êng cong P 8 mm, sè l­îng cã tÝnh to¸n chÝnh x¸c lµ 6 mm gi¶m tr÷ l­îng n­íc trong ®Êt. KÕt qu¶ c©n b»ng n­íc tho¶ m·n nµy t¹o c¬ së cho sù ph¸t triÓn c¸c m« h×nh quan niÖm cho l­u vùc Catchwater Drain. Trong nh÷ng n¨m ®Çu thÝ nghiÖm cã sù phï hîp gi÷a dßng ch¶y tÝnh to¸n b»ng m« h×nh vµ quan tr¾c, nh­ng mèi quan hÖ nµy thÓ hiÖn ®é chÝnh x¸c gi¶m theo thêi gian. C¸c kh¶o s¸t xa h¬n chØ ra r»ng sù sai kh¸c nµy lµ tõ c¸c thay ®æi trong c¸ch tiÕp cËn thuû v¨n l­u vùc nh­ hÖ thèng tho¸t n­íc mÆt ®Êt vµ bÞ ¶nh h­ëng cña x©y dùng (vÝ dô Pobinson vµ nnk 1985). Do sù hiÓu biÕt, nhËn ®­îc tõ tÝnh to¸n c©n b»ng n­íc ban ®Çu, toµn bé c¸c ®o ®¹c ®ã ®­îc thùc hiÖn cã tÝnh ®Æc tr­ng vµ chÝnh x¸c, cho phÐp sö dông c¸c m« h×nh to¸n tin cËy nh­ mét c«ng cô chuÈn ®o¸n ®Ó nhËn ra c¸c thay ®æi trong thuû v¨n l­u vùc. 9.3.2. S«ng Thame, Anh L­u vùc s«ng Thame giíi h¹n ®Õn tr¹m ®o Kinhston, London cã diÖn tÝch rÊt lín h¬n rÊt nhiÒu, 9948 km2. L­u vùc gåm cã mét ph¹m vi réng ë Jurassic vµ cã ®¸ trÇm tÝch trÎ h¬n vµ mét vµi vØa sÐt quan träng. PhÇn lín tr÷ l­îng n­íc ngÇm trong ®¸ phÊn vµ ®¸ v«i Colitic ®ãng vai trß chñ yÕu t¹o nªn dßng ch¶y c¬ b¶n ë ®©y cã sù më réng ®« thÞ ho¸, ®Æc biÖt c¸c phÇn h¹ l­u cña l­u vùc nªn c©n b»ng n­íc bÞ ¶nh h­ëng lín bëi ho¹t ®éng con ng­êi. Sè l­îng n­íc sö dông cho môc ®Ých n«ng nghiÖp, d©n sinh vµ c«ng nghiÖp lµ ®¸ng kÓ vµ phÇn sö dông n­íc thay ®æi. VÝ dô, n­íc c«ng nghiÖp ë vïng London ®· gi¶m trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y, kÕt qu¶ lµ t¨ng ®¸ng kÓ mùc n­íc ngÇm (xem phÇn “c¸c thay ®æi l­îng tr÷ trong tÇn chøa n­íc” trong ch­¬ng 5). Trong hoµn c¶nh nh­ vËy gi¸ trÞ dßng ch¶y ®o ®¹c, s½n cã tõ n¨m 1883 ®· ®­îcc sö dông tÝnh to¸n c©n b»ng n­íc. Thay v× cÇn thiÕt tÝnh to¸n dßng ch¶y tù nhiªn, c¸c gi¸ trÞ nµy cã xÐt ®Õn toµn bé c¸c nh©n tè nh©n t¹o ¶nh h­ëng tíi gi¸ trÞ dßng ch¶y ®o ®¹c. Trong tr­êng hîp s«ng Thame cã c¸c sè liÖu bao gåm: Tr÷ l­îng hå chøa, l­îng nµy lµm gi¶m bít dßng ch¶y trong s«ng khi c¸c hå chøa ®­îc cung cÊp tõ l­u vùc bªn trªn c¸c tr¹m ®o t¹i Kinhston. §iÒu chØnh s«ng, ®Æc biÖt lµ b»ng c¸ch b¬m n­íc tõ tr÷ l­îng n­íc ngÇm lªn phÝa trªn l­u vùc. Tµi liÖu gi¶ ®Þnh l­îng n­íc cho viÖc cung cÊp n­íc c«ng céng Tµi liÖu gi¶ ®Þnh l­îng n­íc ngÇm cung cÊp trùc tiÕp vµ ®iÒu chØnh s«ng. Tµi liÖu gi¶ ®Þnh n­íc trong c«ng nghiÖp vµ n«ng nghiÖp lµm gi¶m dßng ch¶y tù nhiªn. 319
  16. H×nh 9.9. L­îng d­ c©n b»ng n­íc th¸ng (mm) cho c©n b»ng n­¬c thµnh phÇn cña l­u vùc Thame, Kingston, tõ th¸ng 12/1993 ®Õn th¸ng 12 n¨m 1995: (a) sö dông gi¸ trÞ dßng ch¶y quan tr¾c; (b) sö dông gi¸ trÞ dßng ch¶y tù nhiªn (®­îc vÏ tõ sè liÖu IH/BGS, 1994; 1995; 1996; 1998) Gi¸ trÞ dßng ch¶y tù nhiªn cña l­u vùc s«ng Thame lµ cã s½n tõ c¬ quan l­u tr÷ n­íc quèc gia (vÝ dô IH/BGS, 1996). Trong vÝ dô nµy, gi¸ trÞ dßng ch¶y tù nhiªn th¸ng, cïng víi nã lµ dßng ch¶y ®o ®¹c, l­îng m­a vµ ­íc l­îng gi¸ trÞ bèc h¬i thùc trung b×nh trong kho¶ng thêi gian tõ th¸ng 12/ 1993 ®Õn th¸ng 12/1995, ®­îc sö dông ®Ó gi¶i ph­¬ng tr×nh c©n b»ng n­íc tõng phÇn P - (Q + E) = 0 (9.3) Trong ®ã: P lµ gi¸ng thuû, Q lµ dßng vµ E lµ l­îng bèc h¬i thùc. Gi¸ng thuû vµ dßng ch¶y lµ c¸c gi¸ trÞ quan tr¾c do c¬ quan l­u tr÷ n­íc quèc gia cung cÊp; gi¸ trÞ bèc h¬i thùc ­íc l­îng tõ chuçi trung b×nh th¸ng dµi, dùa trªn sè liÖu cña MCRESC (xem phÇn “sö dông sù ho¹t ®éng cña c¸c m« h×nh bèc h¬i tiÒm n¨ng” trong ch­¬ng 4), vµ sö dông gi¸ trÞ ®ång nhÊt cho c¶ hai n¨m. Kh«ng cã s½n gi¸ trÞ l­îng tr÷ n­íc ngÇm vµ n­íc trong ®Êt. Sö dông gi¸ trÞ trung b×nh chuçi dµi cña l­îng bèc h¬i thùc vµ dßng ch¶y sÏ x¸c 320
  17. ®Þnh ®­îc gi¸ trÞ d­ th¸ng cña ph­¬ng tr×nh 9.3 lµ kh«ng b»ng kh«ng. Tuy nhiªn, thÊy r»ng gi¸ trÞ quan tr¸c lµ gi¸ trÞ thùc vµ gi¸ trÞ ­íc l­îng lµ hîp lý. Thµnh phÇn d­ th¸ng luü tÝch ®­îc chuyÓn vµo thµnh phÇn l­îng tr÷ tæng céng lµ thµnh phÇn t­¬ng ®èi æn ®Þnh tõ n¨m nµy ®Õn n¨m kh¸c. Thµnh ph©n d­ c©n b»ng th¸ng l÷y tÝch, sö dông sè liÖu dßng ch¶y quan trÆc, ®­îc vÏ trong h×nh 9.9 (a). Kh«ng hÒ ng¹c nhiªn, thµnh phÇn nµy lµ kh«ng æn ®Þnh víi ­u thÕ lµ c¸c gi¸ trÞ (+) vµ t¨ng tõ n¨m nµy sang n¨m kh¸c. Gi¸ trÞ cuèi cïng trong n¨m (th¸ng 12) lµ 60 mm n¨m 1993; 139 mm n¨m 1994; 185 mm n¨m 1995. Tuy nhiªn, khi thay thÕ gi¸ trÞ dßng ch¶y tù nhiªn vµo ph­¬ng tr×nh 9.3 (xem h×nh 9.9 (b)) cã sù c©n b»ng tèt h¬n gi÷a phÇn d­ luü tÝch (+) vµ (-) vµ gi¸ trÞ cuèi cña n¨m æn ®inh h¬n (55 mm n¨m 1993; 65 mm n¨m 1994; 38 mm n¨m 1995). L­îng c«ng viÖc cÇn gi¶i quyÕt trong tÝnh to¸n dßng ch¶y tù nhiªn, nªn sö dông sè liÖu th­êng s½n cã cho mét vµi s«ng. Do vËy, sö dông sè liÖu dßng ch¶y quan tr¾c ®Ó thùc hiÖn c¸c tÝnh to¸n c©n b»ng n­íc lµ thuËn lîi. Do ®ã bµi to¸n c©n b»ng n­íc kh«ng gian cã thÓ gi¶i cho c¸c vÊn ®Ò më réng, trong ®ã dßng ch¶y quan tr¾c bÞ ¶nh h­ëng bëi c¸c nh©n tè kh¸c vµ ®­îc xem lµ nguyªn nh©n g©y ra sù h¹n chÕ sö dông tiÕp theo cña chóng. 9.3.3. L­u vùc Muray-Darling, Australia Australia lµ mét lôc ®Þa kh«, hÇu hÕt t¹i ®ã c©n b»ng hµng n¨m gi÷a gi¸n thuû vµ bèc h¬i tiÒm n¨ng lµ thiÕu hôt nÆng. ChØ cã mét sè vïng kh«ng liªn tôc vµ ®­êng bê biÓn t­¬ng ®èi hÑp, kho¶ng mét phÇn ba tæng lôc ®Þa, kµ l­îng m­a hµng n¨m kh¸ cao diÖn ngËp kh¸ lín nªn ®Ó lµm t¨ng sù kÕt hîp c¸c hÖ thèng s«ng vµ biÓn. L­îng n­íc cña s«ng ®i ra biÓn. H¬n mét nöa lôc ®Þa n»m s©u bªn trong l·nh thæ. Cßn l¹i 13,8 % bao gåm l­u vùc b¸n thuû v¨n Muray-Darling, l­u vùc cã sù hîp nhÊt hoÆc kÕt hîp hÖ thèng l­u vùc bªn trong víi mét cöa ra chiÕm kháang 40% l­u l­îng cña nã (Warner, 1997). Dßng ch¶y trong s«ng thÊp nµy mét phÇn lµ do sù ®èi nghÞch c©n b»ng tù nhiªn cña bèc h¬i vµ gi¸ng thuû. MÆt kh¸c mét phÇn lµ tõ thùc tÕ l­u vùc Muray-Darling chiÕm 75% diÖn tÝch t­íi cña lôc ®Þa vµ cã phÇn tr¨m nguån n­íc mÆt vµ n­íc ngÇm bÞ sö dông cao h¬n so víi c¸c l­u vùc kh¸c ë Australia (Stewart vµ nnk, 1990). ë Australia, l­u vùc nµy cã tÇm quan träng vÒ kinh tÕ – x· héi bëi v× vai trß quan träng cña nã trong n«ng nghiÖp. Cïng mét thêi ®iÓm, n­íc sö dông cho t­íi rÊt cao, cã nghÜa lµ nã rÊt tæn h¹i ®Õn sù thay ®æi khÝ hËu vµ c¸c biÕn khÝ hËu. Do vËy, cã thÓ hiÓu c¸c th«ng tin thËt sù vÒ c©n b»ng n­íc ®· ®­îc xem n­íc nh­ lµ c¸c gi¸ trÞ thñy v¨n c¬ b¶n nh­ gi¸ trÞ trung b×nh cña sù ®¸nh gi¸ tµi nguyªn vµ còng nh­ gi¸ trÞ trung b×nh ­íc l­îng c¸c t¸c ®éng thuû v¨n trong qu¸ khø vµ c¸c thay ®æi khÝ hËu t­¬ng lai. Sù phøc t¹p ®Þa h×nh cña l­u vùc Muray-Darling d· g©y khã kh¨n ®Ó x¸c ®Þnh phÇn lín c¸c yÕu tè c©n b»ng n­íc. Tæng diÖn tÝch l­u vùc lµ 1.057.000 km2 ®ång b»ng, chiÒn s«ng Darling dµi h¬n 2700 km. L­u vùc Muray-Darling bao gåm ®ång b»ng thoai tho¶i cã cÊu t¹o bëi trÇm tÝch mÞn më réng, víi diÖn tÝch lín c¸c ®ång b»ng båi tÝch n»m d­íi s©u do c¸c trËn lò gi¸n ®o¹n trong kho¶ng thêi gian dµi t¹o nªn. Cao tr×nh bÒ mÆt ®Êt trong c¸c vïng dao ®éng trong ph¹m vi kho¶ng tõ 150 m ë Cao nguyªn New England ë phÝa ®«ng vµ c¸c d·y nói Snowy cao ®Õn h¬n 2000 m cña Victoria ë phÝa nam. 321
  18. C¸c th«ng sè vÒ ®Þa h×nh chØ ra sù ph©n øng cña sù ph©n bè gi¸ng thuû hµng n¨m. Kho¶ng 80% l­u vùc cã l­îng gi¸ng thuû hµng n¨m d­íi 600 mm. Víi l­îng m­a nhá h¬n 300 mm trªn c¸c vïng më réng ë phÝa T©y vµ vïng cã l­îng m­a trªn 1600 mm lµ c¸c vïng giíi h¹n cña ®Çu n­íc vïng nói Snowy cña s«ng Murray. MÆc dï gi¸ trÞ bèc h¬i tiÒm n¨ng rÊt cao, trong ph¹m vi tõ trªn 200 mm ë phÝa T©y-B¾c ®Õn kho¶ng 1000 mm ë phÝa T©y Nam, tæn thÊt bèc h¬i thËt sù bÞ khèng chÕ bëi l­îng n­íc s½n cã vµ do ®ã nã ph¶n ¶nh sù ph©n bè theo kh«ng gian cña gi¸ng thuû hµng n¨m. Gi¸ trÞ m­a n¨m trung b×nh tõ trªn 600 mm ë c¸c cao nguyªn phÝa ®«ng tíi 200 mm ë vïng ®èi Broken phÝa t©y. Tõ sù ph©n bè cña gi¸ng thuû vµ bèc h¬i, theo ®ã dßng ch¶y hµnh n¨m sÏ rÊt thÊp trªn hÇu hÕt vïng l­u vùc Muray-Darling. C¸c gi¸ trÞ cao h¬n ch¹y däc theo c¸c d¶i phÝa §«ng vµ phÝa Nam. Thùc vËy, mét phÇn hai l­u vùc phÝa T©y cã dßng ch¶y trung b×nh hµng n¨m nhá h¬n 10 mm; vïng ®Êt cao ë phÝa §«ng vµ phÝa Nam nh×n chung cao h¬n 100 mm. Trong c¸c vïng nµy cã phÇn diÖn tÝch h¹n chÕ nh×n chung cã dßng ch¶y cao h¬n 500 mm. ChØ cã vïng nói Snowy cã gi¸ trÞ hµng n¨m v­ît qu¸ 1000 mm. S¬ ®å c©n b»ng n­íc hµng n¨m chØ ra c¸c vÞ trÝ khèng chÕ cña l­u vùc Muray- Darling trong h×nh 9.10. C¸c s¬ ®å nµy nhÊn m¹nh r»ng, gi¸ trÞ trung b×nh trªn hÇu hÕt l­u vùc, l­îng gi¸ng thuû hÇu nh­ ®­îc dïng hoµn toµn cho bèc h¬i, mét Ýt n­íc t¹o thanh dßng ch¶y. ThËm chÝ trong mét sè vïng ®Çu nguån n­íc Èm ­ít, vÝ dô s«ng Murray (h×nh 9.10 (a)) hÖ sè dßng ch¶y chØ b»ng 0,22, hÇu hÕt hÖ sè dßng ch¶y cña l­u vùc nhá h¬n 0,05 (USSR IHD Committª, 1979). Tuy nhiªn phÇn 7.7 nhÊn m¹nh r»ng, sè liÖu trung b×nh cña c¸c vïng b¸n kh« h¹n lµ rÊt cã gi¸ trÞ vµ duy nhÊt. VÝ dô, hÖ sè biÕn dßng ch¶y n¨m cña Darling (Gorgens vµ Huges, 1982). Sù thay ®æi cao nµy cã nghÜa trong vµi thÕ kû tíi vÉn cÇn sè liÖu dßng ch¶y ®Ó nhËn ®­îc c¸c ­íc l­îng tho¶ m·n vÒ ®iÒu kiÖn dßng ch¶y trung b×nh. T¹i Menindee, l­u vùc s«ng Darling diÖn tÝch 570000km2, dßng ch¶y th¸ng th­êng xuyªn b»ng 0. VÒ c¸c phÇn kh¸c, trªn l­u vùc Murray-Darling, l­u l­îng n­íc ngÇm, dßng ch¶y nh×n chung bÞ gi¸n ®o¹n lóc theo thêi gian cã lóc kh«ng, ®Æc biÖt tËp trung ë c¸c vïng cao nguyªn phÝa §«ng vµ phÝa Nam. Trong tr­êng hîp dßng ch¶y trong c¸c th¸ng cña c¸c s«ng chÝnh phÝa d­íi nh­ Darling, trong suèt kho¶ng thêi gian ®ã tæn thÊt nhiÒu h¬n. Do ®ã, khai th¸c nguån n­íc ¶nh h­ëng nÆng tíi tr÷ l­îng n­íc bÒ mÆt. L­îng dù tr÷ rÊt lín n­íc ngÇm cña s«ng nµy ®­îc kÕt hîp víi l­u vùc Great Artesian vµ l­u vùc Murray dïng ®Ó cÊp n­íc. Còng nªn hiÓu sù liªn quan l­îng n­íc c©n b»ng ®éng cã thÓ bÞ ¶nh h­ëng bëi sù thay ®æi khÝ hËu nh­ thÕ nµo. Steward vµ nnk 1990) quan t©m tíi 3 ph­¬ng ph¸p ®¸nh gi¸ t¸c ®éng cña sù thay ®æi khÝ hËu tíi gi¸ng thuû trong l­u vùc Murray – Darling vµ cuèi cïng hä kÕt luËn r»ng høa hÑn nhiÒu nhÊt lµ dïng gi¶i m« h×nh hoµn l­u chung. Tuy nhiªn, c¸c «ng ®· nhÊn m¹nh tíi sù cÇn thiÕt x¸c ®Þnh ®Çu ra thÝch hîp víi quy m« ®Þa ph­¬ng (vÝ dô l­u vùc lín). Hä ®· ®¸nh gi¸ cao sè liÖuthuû v¨n vµ thuû v¨n cè sinh, nh­ mùc n­íc hå, ®¸nh gi¸ l­îng n­íc thay ®æi do sùph¶n øng l¹i cña thuû v¨n do sù thay ®æi khÝ hËu vµ do ®ã ph¸t triÓn kh¶ n¨ng dù b¸o sù ph¶n øng thuû v¨n tõ c¸c thay ®æi khÝ hËu cã thÓ x¶y ra trong t­¬ng lai. 322
  19. H×nh 9.10. C¸c s¬ ®å c©n b»ng n­íc hµng n¨m cho ba vÞ trÝ cña l­u vùc Muray-Darling, Australia. (a) L­u vùc Murray gÇn Abury; (b) L­u vùc Maranoa; vµ (c) L­u vùc Darling gÇn Menindee (dùa trªn sè liÖu cña USSR IHD committee, 1979) 9.3.4 Amazon Lùc vùc s«ng Amaz«n lµ mét sù tËp trung chÝnh c¸c quan t©m cña c¸c nhµ thuû v¨n do kÝch cì khæng lå cña nã 4640000 km2 chiÕm 60% diÖn tÝch Australia) vµ l­îng m­a trung b×nh n¨m cao gÇn 2000 mm, cã nghÜa r»ng sù ho¹t ®éng c¸c qu¸ tr×nh thuû v¨n t¹i ®©y cã tÝnh quy m« lôc ®Þa. S«ng ®ãng gãp gÇn 10% dßng ch¶y tèng céng cña thÕ giíi. Thªm vµo ®ã, phÇn diÖn tÝch lín nhÊt cña thÕ giíi cßn l¹i lµ rõng m­a. Tuy vËy trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y rõng ®· bÞ ph¸ quang, th­êng lµ do ch¸y vµ më réng dÔ dµng diÖn tÝch n«ng nghiÖp . ë ®©y cã sù quan t©m h¬n bëi mét vµi nghiªn cøu cã ý nghÜa to lín cña chu kú gi¸ng thuû trong l­u vùc s«ng. 323
  20. Gi¸ng thuû trªn cïng mét vïng mét phÇn nhËn ®­îc tõ h¬i n­íc ®­îc t¹o thµnh tõ sù bèc h¬i ®Þa ph­¬ng vµ mét phÇn lµ do h¬i n­íc di chuyÓn trong khÝ quyÓn bªn trªn l­u vùc ®ã theo h­íng ngang (xem phÇn 2.3). Chu kú gi¸ng thuû ®­îc ®Þnh nghÜa nh­ sù ®ãng gãp cña bèc h¬i trong mét vïng vµo gi¸ng thuû trong cïng l­u vùc ®ã vµ cã thÓ ®­îc ®Æc tr­ng b»ng tØ sè tuÇn hoµn p, vÝ dô phÇn gi¸ng thuû do bèc h¬i ®Þa ph­¬ng ®ãng gãp (Eltahir vµ Bras, 1994), tØ sè nµy lµ hµm liªn quan tíi kÝch th­íc l­u vùc. Gi¸ trÞ lín nhÊt cña p = 1 cho toµn bé tr¸i ®Êt, vµ mét cùc trÞ nhá nhÊt p=0 t¹i mét sè ®iÓm trªn bÒ mÆt tr¸i ®Êt, do ¶nh h­ëng cña h­íng giã ngang cã thÓ lµm cho c¸c phÇn tö n­íc bèc h¬i tõ ®iÓm ®ã råi l¹i bÞ r¬i xuèng t¹i ®iÓm ®ã. Gi¸ trÞ p phô thuéc vµo kÝch th­íc vïng vµ vÞ trÝ ®Þa ph­¬ng n¬i cã bèc h¬i t¨ng. C¸c nhµ thñy v¨n mong ®îi mét l­u vùc, vïng x¸c ®Þnh réng lín, nh­ Amazon, sÏ cã tØ sè hoµn l­u gi¸ng thuû lín; nã ®­îc x¸c nhËn trong c¸c nghiªn cøu cña Brubaker vµ nnk (1993) vµ Eltahir vµ Bras (1994), nghiªn cøu nµy ®· tÝnh to¸n P=0,25-0,35 vµ p phô thuéc vµo nguån sè liÖu h¬i n­íc. L­îng gi¸ng thuû r¬i trªn l­u vùc Amazon cã nguån gèc tõ bèc h¬i ®Þa ph­¬ng. Trong c¸c t×nh huèng nh­ vËy, c©n b»ng n­íc mÆt ®Êt ®¬n gi¶n ®­îc chØ ra trªn h×nh 9.11 (a) . Tuy vËy h×nh nµy kh«ng ®­a ta mét sù gi¶i thÝch ®Çy ®ñ vÒ thuû v¨n l­u vùc. §Çu vµo gi¸ng thuû (1950 mm) nh­ng ®­îc c©n b»ng víi sù kÕt hîp víi ®Çu ra bèc h¬i (1131 mm) vµ dßng ch¶y (818 mm). Nh­ng mèi quan hÖ gi÷a bèc h¬i vµ gi¸ng thuû cã sù c©n b»ng khi cã sù kÕt hîp c©n b»ng n­íc mÆt ®Êt vµ khÝ quyÓn (h×nh 9.11 (b)). Sau ®ã thÊy râ r»ng 43% (488 mm) bèc h¬i tõ l­u vùc quay trë l¹i l­u vùc d­íi d¹ng gi¸ng thuû, ®ãng gãp 25% h¬i n­íc sö dông trong c¸c qu¸ tr×nh gi¸ng thuû. ý nghÜa thuû v¨n cña chu kú h¬i n­íc trong ph¹m vi l­u vùc nµy, ®Æc biÖt lµ c¸c th«ng sè biÓu thÞ ¶nh h­ëng cña t¸c ®éng tíi c¸c thay ®æi bÒ mÆt ®Êt rÊt cÇn l­u t©m. VÝ dô, trong mét l­u vùc, thùc tÕ kh«ng cã sù gi¸ng thuû do bèc h¬i ®Þa ph­¬ng, thËm chÝ sù sù ph¸ rõng trªn quy m« lín cã thÓ cã t¸c ®éng lín tíi thuû v¨n l­u vùc. Trong t×nh huèng kh¸c, n¬i mµ toµn bé gi¸ng thuû nhËn ®­îc tõ bèc h¬i ®Þa ph­¬ng, c¸c thay ®æi th¶m phñ thùc vËt hoÆc c¸c ®Æc tr­ng bÒ mÆt kh¸c sÏ cã ¶nh h­ëng lín tíi thuû v¨n vµ khÝ hËu l­u vùc. Mét ­íc l­îng cao vÒ chu kú gi¸ng thuû nh­ l­u vùc Amazon, cã thÓ lµ b»ng chøng kÕt luËn vÒ vai trß ®ã (Eltahir vµ Bras, 1994), vµ ®­îc xem nh­ ¶nh h­ëng cña thuû v¨n vµ khÝ hËu do sù ph¸ huû rõng m­a trªn quy m« lín. Liªn quan t­¬ng tù vÒ t¸c ®éng cña sù thay ®æi bÒ mÆt tíi thuû v¨n tiÒm n¨ng còng cÇn ®Ò cËp cho c¸c vïng kh¸c, n¬i cã ­íc l­îng gi¸ng thuû cao,nh­ l­u vùc s«ng Sahel ë Ch©u Phi n¬i mµ Brubaker vµ nnk (1998) ­íc l­îng P = 0,85. H¬n n÷a, nh÷ng n¬i ®ã chu kú gi¸ng thuû ®­îc x¸c ®Þnh theo chu kú th¸ng vµ chu kú n¨m m¹nh lµ hiÓn nhiªn. HÖ sè chu kú p ®­îc x¸c ®Þnh víi gi¸ trÞ trung b×nh th¸ng v­ît qua gi¸ trÞ trung b×nh cña Eurasia vµ Ch©u Phi vµ ®¹t tíi Ýt nhÊt lµ 75% gi¸ trÞ trung b×nh B¾c Mü vµ Nam Mü (Brubaker vµ nnk, 1993). §èi víi c¸c phÇn kh¸c trong hÇu hÕt c¸c l­u vùc ®Òu cã chu kú víi kho¶ng thêi gian n¨m do c¸c thay ®æi bÒ mÆt gÇn mÆt ®Êt gÇn nh­ cã c¸c t¸c ®éng ®Õn chÕ ®é thñy v¨n. 324
nguon tai.lieu . vn
Toán học Môi trường Vật lý Sinh học Địa Lý Hoá học Nông - Lâm - Ngư Cơ khí - Chế tạo máy Tiếng Anh phổ thông Khoa học ứng dụng Nông - Lâm Kiến thức tổng hợp Giáo dục học Xã hội học