Lưu vực thu nước và thủy văn toàn cầu

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