Lưu vực thu nước và thủy văn toàn cầu

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 chất lượng nước. Trong chương này đề cập đến các vấn đề có tính chất tiếp cận

đến sự tổng hợp 8 chương trên và cố gắng chứng minh các phản ứng bên trong các

quá trình thuỷ văn đi liền với các khung không gian diễn ra chu trình thủy văn.

pdf75 trang | Chia sẻ: lelinhqn | Ngày: 18/11/2013 | Lượt xem: 351 | Lượt tải: 0download
Nội dung tài liệu Lưu vực thu nước và thủy văn toàn cầu, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
305 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 306 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 307 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) Lo¹i HÖ thèng ChiÒu dµi ®iÓn h×nh Hµnh tinh 10.000.000 Lôc ®Þa 1.000.000 Lín Macro L­u vùc lín 1.000.000 L­u vùc nhá 10.000 Phô l­u vùc 1.000 Lo¹i võa Meso L­u vùc thµnh phÇn 100 Cét yÕu tè 01 §iÓm lôc ®Þa 0,00001 Lo¹i nhá Micro 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 308 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 309 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. 310 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 311 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 Ký hiÖu C¸c th«ng sè gi÷ n­íc Ph¹m vi cho phÐp SM Th«ng sè gi÷ n­íc do thùc vËt 0 < x < 5 RC HÖ sè dßng ch¶y mÆt 0 < x < 1 RDEL HÖ sè trÔ theo ngµy cña dßng ch¶y (ngµy) x > 0 RK YÕu tè dù tr÷ tÝnh to¸n x > 1 PE YÕu tè bèc h¬i Penman hë 0,3 < x < 1 HÖ sè trÔ theo ngµy cña dßng ch¶y ngÇm x > 0 GS ChØ sè dù tr÷ dßng ch¶y ngÇm x > 1 YÕu tè dù tr÷ dßng ch¶y ngÇm x > 30 312 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 313 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 314 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 315 250 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 M Tham sè dßng ch¶y s¸t mÆt Tiªu chuÈn pha lo·ng vµ ph©n tÝch n­íc trong

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdfpages_from_nguyen_ly_thuy_van_10_529.pdf
Tài liệu liên quan