Số liệu cho mô hình mưa - Dòng chảy

63 Ch­¬ng 3 Sè liÖu cho m« h×nh M­a-dßng ch¶y SÏ lµ l¹ lïng khi kÕt thóc sù kiÓm ®Þnh mét m« h×nh chØ b»ng nh÷ng quan ®iÓm r»ng sù ph¸t triÓn cña t­¬ng lai cã quan hÖ mËt thiÕt víi thµnh qu¶ cña viÖc thu thËp sè liÖu míi vµ nh÷ng c«ng viÖc thÝ nghiÖm míi nh­ng, theo chóng t«i, ®ã l¹i lµ thùc tr¹ng cu¶ khoa häc. Gorge Hornberger vµ Beth Boyer, 1995 Cuèi cïng, sù thµnh c«ng cña mét m« h×nh thuû v¨n phô thuéc chñ yÕu chÝnh vµo sè liÖu cã s½n ®Ó thiÕt lËp vµ ch¹y nã. Trong hai ch­¬ng ®Çu cña quyÓn s¸ch nµy cã mét vµi sù tham kh¶o trong thùc tÕ lµ thuû v¨n häc bÞ giíi h¹n nh­ lµ mét khoa häc bëi sè liÖu cã s½n vµ kü thuËt ®o ®¹c. T¹i mét sè n¬i sù thu thËp sè liÖu thÝch hîp víi m« h×nh m­a-dßng ch¶y, kü thuËt ®· ®­îc c¶i thiÖn trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y. Chóng t«i b©y giê cã quan niÖm tèt h¬n nhiÒu vÒ sù thay ®æi m­a trong kh«ng gian v× sù ph¸t triÓn cña c¸c c¶i thiÖn cña ra ®a m­a vµ sè liÖu ®­îc ®o ®¹c chÝnh x¸c h¬n, vµ viÖc ®o ®¹c l­u l­îng, mÆt n­íc ngÇm, ®é Èm ®Êt còng liªn tôc h¬n vµ tin cËy ho¸. Cã c¸c kü thuËt cã s½n cho viÖc ­íc l­îng trùc tiÕp c­êng ®é bèc h¬i, vµ kü thuËt viÔn th¸m ®· ®­a ®Õn mét ph¹m vi sè liÖu kh«ng gian cã thÓ sö dông trong m« h×nh. QuyÓn s¸ch nµy kh«ng nãi vÒ viÖc thu thËp sè liÖu cho c¸c môc ®Ých thuû v¨n vµ còng kh«ng bao phñ toµn bé c¸c kü thuËt ®o ®¹c vÒ chi tiÕt, nh­ng c¸c phÇn cßn l¹i cña ch­¬ng sÏ quan t©m ®Õn th«ng tin kÕt hîp víi c¸c lo¹i sè liÖu chÝnh s½n cã cho c¸c qu¸ tr×nh m« h×nh ho¸ m­a-dßng ch¶y. 3.1 Sè liÖu m­a M« h×nh m­a-dßng ch¶y vÉn phô thuéc mét c¸ch nÆng nÒ vµo c¸c ghi chÐp tõ c¸c ®iÓm ®o m­a, nhËn ®­îc ­íc l­îng c­êng ®é m­a t¹i tõng b­íc thêi gian hoÆc tèt h¬n tr¹m ®o m­a ngµy. Víi c¸c l­u vùc lín, m« h×nh sö dông b­íc thêi gian mét ngµy còng cã thÓ ®Çy ®ñ cho c¸c môc ®Ých ¸p dông: sù thay ®æi vÒ kh«ng gian nh×n chung quan träng h¬n sù thay ®æi vÒ thêi gian. Trong c¸c l­u vùc nhá, b­íc thêi gian mét ngµy cã thÓ lµ h¬n thêi gian ph¶n øng muén cña l­u vùc vµ yªu cÇu ®é ph©n gi¶i thêi gian nhá h¬n ®Ó m« h×nh t­¬ng øng víi ®éng lùc cña ph¶n øng vµ ®Ønh thuû ®å. M­a tù ghi trë thµnh quan träng h¬n nh­ng sè liÖu ®¾t vµ l­u l­îng Ýt h¬n h¬n, do ®ã vÉn cÇn thiÕt ®Õn tr¹m m­a ngµy ®Ó ­íc l­îng ®­îc tæng thÓ tÝch m­a cho mét l­u vùc, sö dông tr¹m ®o m­a tù ghi gÇn nhÊt ®Ó ®­a ra mét xÊp xØ sù ph©n bè m­a theo thêi gian, nghÜa lµ profile m­a. ThËm chÝ trªn mét l­u vùc nhá, l­îng m­a ngµy cã thÓ ®ñ ®Ó thu ®­îc c¸c dù b¸o t­¬ng øng vÒ tæng l­îng dßng ch¶y (thay v× ®Ønh thuû ®å), ®Æc biÖt lµ khi cÇn ®Õn tæng 64 l­îng trong thêi gian dµi h¬n nh­ lµ m­a th¸ng. §iÒu nµy ®­îc ¸p dông b»ng sù m« pháng ®Çy ®ñ vÒ sù thiÕu hôt ®é Èm ®Êt (h×nh 2.10) v× l­u l­îng sÏ thùc hiÖn c©n b»ng n­íc cho c¸c vÞ trÝ nµy. Tuy nhiªn, dù b¸o thuû ®å sÏ ®Æc biÖt khã kh¨n khi m­a hai ngµy ®ång thêi, bëi v× kho¶ng ®o ®¹c m­a ngµy cè ®Þnh (tõ 9h tèi ®Õn 9h s¸ng) lµ kh¸ tuú tiÖn ®èi víi thuû v¨n. Tæng l­îng m­a ®o ®¹c cã thÓ gÆp sai sè chñ quan. §Æc biÖt chóng sÏ phô thuéc vµo c¸c thiÕt kÕ tr¹m ®o m­a trong quan hÖ víi ®iÒu kiÖn giã t¹i vÞ trÝ ®o vµ c­êng ®é m­a. ThiÕt kÕ tèt nhÊt lµ mét ®iÓm ®o m­a víi mét c¸i miÖng èng ®­îc ®Æt trªn mÆt ®Êt vµ bao xung quanh b»ng mét l­íi chèng Èm, nh­ng kh«ng thùc tÕ l¾m, ®Æc biÖt trong vïng th­êng xuyªn cã tuyÕt. Mét thay ®æi thiÕt kÕ víi mµn ch¾n giã ®­îc sö dông t¹i mét sè n­íc kh¸c ®Ó cè g¾ng gi¶m bít sù ¶nh h­ëng cña giã. Sù ¶nh h­ëng cña giã cã thÓ lín: ­íc l­îng gi¶m 20% t¹i nh÷ng vÞ trÝ cã giã cho ®iÓm ®o bªn trªn mÆt ®Êt 30 cm so víi tr¹m mÆt ®Êt (vÝ dô, Rodda vµ Smith 1986). C­êng ®é m­a lín còng cã thÓ g©y nªn mét sè vÊn ®Ò cho tr¹m tù ghi, ch¼ng h¹n lo¹i thïng lËt. NÕu lËt b¾t ®Çu x¶y ra qu¸ nhanh th× thïng ®o m­a bËt lªn do ®ã khi c­êng ®é m­a lín cã thÓ yªu cÇu mét sù hiÖu chØnh ®Æc biÖt. Tæng l­îng m­a vµ c­êng ®é m­a cã thÓ thay ®æi rÊt nhanh theo kh«ng gian vµ thêi gian ®Æc biÖt lµ trong c¸c trËn m­a ®èi l­u (h×nh 3.1). Do ®ã, còng nh­ néi suy l­îng m­a theo thêi gian ®Ó ®­a ra profile m­a, cã thÓ cÇn thiÕt néi suy l­îng m­a theo kh«ng gian bëi v× c¸c ®iÓm ®o m­a chØ diÔn t¶ t¹i ®iÓm ®o. Mét sè kü thuËt s½n cã cho viÖc néi suy kh«ng gian nh­ thÕ bao gåm trung b×nh ®¬n gi¶n, ®a gi¸c Thiesson, träng sè kho¶ng c¸ch nghÞch ®¶o vµ mét sè lo¹i kh¸c, hÇu hÕt ®· ®­îc giíi thiÖu trong thuû v¨n häc (vÝ dô Shaw, 1994). Kh«ng mét kü thuËt nµo cã thÓ tèt h¬n mét xÊp xØ tæng l­îng thùc tÕ trªn toµn l­u vùc, vµ sù chÝnh x¸c cña mét kü thuËt riªng biÖt, cã thÓ thay ®æi tõ trËn m­a nµy tíi trËn m­a kh¸c. H×nh 3.1. Sù biÕn ®æi l­îng m­a theo kh«ng gian vµ thêi gian cho trËn m­a ngµy 27/6/1995 trªn l­u vùc Rapidan Virginia (Smith vµ nnk 1996). T¸i t¹o tõ Nghiªn cøu tµi nguyªn n­íc 32:3099-3113, 1996. B¶n quyÒn cña Héi ®Þa vËt lý Mü Sù ph¸t triÓn cña ra®a ®o m­a ®· dÉn ®Õn mét hiÓu biÕt cao h¬n rÊt nhiÒu vÒ sù 65 thay ®æi theo kh«ng gian vµ thêi gian cña c­êng ®é m­a so víi sè liÖu cã tõ c¸c tr¹m ®o ®¬n ®éc tr­íc ®©y. RÊt nhiÒu n­íc ch©u ¢u vµ mét sè vïng lín ë Mü ®­îc kiÓm so¸t b»ng ra®a ®o m­a ®Æt trªn mÆt ®Êt. Ra®a cã mét ¨ngten xoay göi c¸c xung ®iÖn tõ ®Õn mét gãc thÊp vµo trong khÝ quyÓn. Mét dông cô dß t×m dïng ®Ó ®o ®¹c kho¶ng c¸ch vµ trong mét sè tr­êng hîp lµ sù suy gi¶m tÇn sè cña tÝn hiÖu quay trë l¹i. Nguyªn t¾c lµ tÝn hiÖu quay trë l¹i ra®a phô thuéc m¹nh vµo c­êng ®é gi¸ng thuû trong ®­êng ®i cña chïm tia ra®a t¹i c¸c kho¶ng c¸ch kh¸c nhau tÝnh tõ vÞ trÝ ®o ®¹c. Sau ®ã mét hµm hiÖu chØnh cho phÐp ­íc l­îng c­êng ®é m­a t¹i tõng kho¶ng c¸ch: c­êng ®é m­a ­íc l­îng ®­îc néi suy vµo trong mét l­íi vu«ng, th«ng th­êng ®é ph©n gi¶i cã kÝch th­íc 2 hoÆc 4 km cho c¸c ra®a ho¹t ®éng. §iÒu nµy sÏ ®­a ra mét sù ph¸t triÓn rÊt quan träng cho c¸c lo¹i sè liÖu s½n cã trong m« h×nh ho¸ m­a-dßng ch¶y nh­ng còng cÇn ph¶i biÕt mét vµi giíi h¹n quan träng. Thø nhÊt ra®a kh«ng ®o m­a t¹i mÆt ®Êt mµ trªn mÆt ®Êt mét kho¶ng (th«ng th­êng lµ vµi tr¨m mÐt vµ h¬n tÝnh tõ tr¹m ra®a). Do ®ã, c¸c cÊu tróc c­êng ®é t¹i mÆt ®Êt cã kh¶ n¨ng thay ®æi, ®Æc biÖt t¹i nh÷ng n¬i cã giã m¹nh hoÆc cã ¶nh h­ëng lín cña ®Þa h×nh nói. Thø hai, c¸c tÝn hiÖu ra®a quay trë l¹i tõ c¸c nguån m­a xa cã thÓ bÞ suy gi¶m rÊt lín bëi c¸c nguån m­a gÇn h¬n. Do ®ã, c¸c cÊu tróc tÝn hiÖu ra®a quay trë l¹i ph¶i ®­îc chÝnh x¸c ho¸ cho ¶nh h­ëng suy gi¶m nµy. Thø ba, sù hiÖu chØnh cña ra®a kh«ng chØ phô thuéc vµo c­êng ®é m­a mµ cßn phô thuéc vµo c¸c lo¹i gi¸ng thuû, ®Æc biÖt lµ sù ph©n bè cì h¹t vµ liÖu r»ng m­a lµ láng hoµn toµn hay hçn hîp cña n­íc vµ b¨ng (Nã sinh ra c¸c tÝn hiÖu trë vÒ rÊt kh¸c nhau), do ®ã cÇn ph¶i chÝnh x¸c ho¸ hiÖu chØnh c¬ b¶n cho c¸c tÝn hiÖu ra®a theo c¸c c¸ch kh¸c nhau. HÇu hÕt ®iÒu nµy th­êng ®­îc lµm b»ng c¸ch ®iÒu chØnh liªn tôc c¸c ­íc l­îng c­êng ®é suy ra tõ ra®a b»ng c¸ch sö dông sè liÖu trùc tuyÕn tõ c¸c tr¹m ®o m­a tù ghi t¹i bÒ mÆt ®Êt. Khi ®ã ra®a trë thµnh phÇn kü thuËt néi suy kh«ng gian tèn kÐm (nh­ng hiÖu qu¶). Cã hiÖu qu¶ bëi v× nã cã thÓ ®­a ra mét dÊu hiÖu cña « l­íi cã møc c­êng ®é m­a lín mµ cã thÓ bÞ mÊt hoµn toµn bëi l­íi tr¹m ®o mÆt ®Êt. §iÒu nµy ®Æc biÖt quan träng ®èi víi c¸c t©m m­a lín nh­ lµ ®· chØ ra trong h×nh 3.1. ¦íc l­îng m­a rÊt quan träng trong m« h×nh m­a-dßng ch¶y, bëi v× kh«ng mét m« h×nh nµo, dï cã lý thuyÕt vËt lý hoÆc c¸c chøng minh kinh nghiÖm b»ng th«ng tin qu¸ khø, sÏ cã thÓ ®­a ra c¸c thuû ®å dù b¸o chÝnh x¸c nÕu c¸c ®Çu vµo m« h×nh kh«ng miªu t¶ ®Çy ®ñ c¸c ®Çu vµo m­a (nguyªn t¾c GIGO r¾c vµo, r¾c ra ®· chøng minh râ). Hornberger vµ nnk (1985) ®· c«ng bè mét vÝ dô hay. Trong nghiªn cøu cña hä, mét m« h×nh m­a-dßng ch¶y hiÖu chØnh cho l­u vùc White Oak Run réng 5 km2 ë Virginia, ®Çu tiªn nã t¸i t¹o ®­îc l­u l­îng quan tr¾c nh­ng dù b¸o cho trËn m­a kiÓm chøng sai hoµn toµn. Trªn thùc tÕ, tæng l­îng m­a ®­îc ghi nhËn t¹i c¸c tr¹m ®o nhá h¬n nhiÒu so víi tæng l­u l­îng nhËn ®­îc trong s«ng (cã mét d¶i c¸c tr¹m ®o m­a t¹i c¸c cao tr×nh kh¸c nhau trªn mét phÝa cña l­u vùc nh­ng c­êng ®é m­a l¹i tËp trung ë phÝa kia). Trong c¸c tr­êng hîp ®ã thËt lµ khã cho bÊt kú mét m« h×nh nµo dù b¸o ph¶n øng mét c¸ch chÝnh x¸c. Do ®ã, ­íc l­îng kh«ng ®óng m­a ®Çu vµo cho mét l­u vùc ®· t¨ng thªm ®é bÊt ®Þnh cña c¸c dù b¸o dßng ch¶y. Cã mét sè m« h×nh cho r»ng ®· bao gåm mét nh©n tö m­a nh­ lµ mét th«ng sè 66 ®­îc hiÖu chØnh, nh­ lµ mét c¸ch thö ®Ó tÝnh ®Õn thùc tÕ r»ng c¸c sè liÖu ®o m­a s½n cã kh«ng ph¶i lµ diÔn t¶ tèt ®Çu vµo m­a cña mét diÖn tÝch l­u vùc. Kh«ng râ rµng lµ mét chiÕn l­îc tèt trong ®ã cã thÓ chØ cã vµi trËn lò mµ ®Çu vµo m­a kh«ng ®­îc ­íc l­îng tèt. §èi víi c¸c trËn m­a lín, nh­ lµ trong vÝ dô vÒ White Oak Run bªn trªn, hoµn toµn râ rµng r»ng cã vÊn ®Ò. §èi víi c¸c trËn m­a võa ph¶i, cã thÓ nghi ngê r»ng mét sè trËn m­a kh«ng ®­îc ­íc l­îng tèt, nh­ng nã cã thÓ kh«ng râ rµng lµ c¸c trËn m­a nh­ thÕ cã vÊn ®Ò. Do ®ã mét nh©n tö m­a kh«ng ®æi sÏ kh«ng lµ mét c¸ch xÊp xØ cña sù ®iÒu chØnh c¸c ®Çu vµo l­u vùc. Tèt h¬n lµ tiÕn hµnh mét sè kiÓm tra chÊt l­îng (xem phÇn sau) vµ nÕu cÇn thiÕt lo¹i trõ mét vµi thêi kú sè liÖu tõ c¸c bµi to¸n m« h×nh v× kh«ng ch¾c ch¾n. Tuy nhiªn, cã mét vµi tr­êng hîp khi mét sù ®iÒu chØnh cã thÓ ®­îc chøng minh. §ã lµ nh÷ng t×nh huèng th­êng gÆp, vÝ dô nh­ ®Þa h×nh nói, mét hoÆc vµi tr¹m ®o m­a cã thÓ cã s½n ë d­íi ®¸y thung lòng nh­ng kh«ng cã tr¹m nµo ë vÞ trÝ cao h¬n ë ®ã sè liÖu m­a ®Çu vµo cã thÓ lín h¬n. §Çu vµo m­a trung b×nh l­u vùc cã thÓ cao h¬n víi c¸c ghi nhËn t¹i c¸c ®iÓm ®o ®¸y thung lòng. Mét sè sù hiÖu chØnh lµ cÇn thiÕt ®Ó ®¹t ®­îc sù c©n b»ng n­íc chÊp nhËn ®­îc. ThËm chÝ, trong mét sè tr­êng hîp sù hiÖu chØnh cña mét nh©n tè m­a cã thÓ kh«ng ph¶i lµ c¸ch gi¶i tèt nhÊt bëi v× sÏ cã mét tr­êng hîp riªng mµ qu¸ tr×nh hiÖu chØnh sÏ ®­a ®Õn sù t­¬ng t¸c víi c¸c th«ng sè kh¸c ®­îc hiÖu chØnh trong cïng thêi gian. Do ®ã tèt h¬n lµ t¹o mét hiÖu chØnh tr­íc dùa trªn c¬ së vËt lý tèt h¬n lµ cho phÐp nh©n trong suèt qu¸ tr×nh hiÖu chØnh. §iÒu nµy còng cho phÐp cã thÓ t¹o ra c¸c sù hiÖu chØnh kh¸c nhau trong c¸c thêi kú kh¸c nhau, mÆc dï rÊt hiÕm cã c¸c th«ng tin cÇn thiÕt trong ®ã ®Ó lµm c¬ së cho mét sù hiÖu chØnh thay ®æi. Tuy nhiªn, sù hiÖu chØnh cho bÊt kú gi¸ trÞ th«ng sè nµo kh¸c vÉn lµ ®iÒu kiÖn cho c¸c ®Çu vµo hiÖu chØnh. Trong tr­êng hîp chung, nh­ ®· l­u ý trong phÇn 1.8, c¸c gi¸ trÞ th«ng sè hiÖu chØnh bÊt kú ph¶i lµ ®iÒu kiÖn cho ®Çu vµo sö dông thËm chÝ nÕu nã kh«ng ®­îc hiÖu chØnh nh­ thÕ. Sù ­íc l­îng ®Çu vµo gi¸ng thuû trong d¹ng tuyÕt ®­a ra thªm mét sè vÊn ®Ò. C¸c nhµ thuû v¨n quan t©m ®Õn l­îng n­íc t­¬ng ®­¬ng víi tuyÕt, nã phô thuéc vµo c¶ ®é s©u vµ profila cña mËt ®é, c¶ hai ®Òu thay ®æi theo thêi gian nh­ lµ cÊu tróc cña khèi tuyÕt ®· t¹o ra vµ hoµn chØnh. N­íc tuyÕt t­¬ng ®­¬ng cã thÓ ®­îc ®o ®¹c trùc tiÕp t¹i mét ®iÓm hoÆc trªn mét ®­êng c¾t ngang ®· biÕt nh­ lµ qu¸ tr×nh tuyÕt b»ng c¸c ®o ®¹c thùc ®Þa ®é s©u tuyÕt vµ profile mËt ®é, nh­ng cã thÓ khã vµ ®Çy ®ñ ®Ó duy tr× t¹i c¸c b­íc lÆp th­êng xuyªn. Ph­¬ng ph¸p ®o ®¹c liªn tôc tèt nhÊt lµ ®o träng l­îng cña tuyÕt bªn trªn mét ®iÓm, sö dông mét thiÕt bÞ ®o ®¹c ¸p suÊt nh­ lµ gèi tuyÕt. Sù t¨ng ¸p suÊt sÏ chØ ra mét l­îng tuyÕt míi r¬i xuèng, sù gi¶m sÏ chØ ra mét l­îng tuyÕt mÊt ®i do sù th¨ng hoa hoÆc quan träng h¬n lµ sù tan ch¶y. §o ®¹c liªn tôc ¸p suÊt cã thÓ ®­a ra chØ sè c­êng ®é tan ch¶y ®­îc yªu cÇu trong m« h×nh thuû v¨n. Kh«ng may sù s¾p ®Æt nh­ thÕ lµ tèn kÐm vµ cßn t­¬ng ®èi hiÕm. Gièng nh­ c¸c ®iÓm ®o m­a, chóng chØ ®­a ra chØ sè c¸c ®iÒu kiÖn t¹i c¸c ®iÓm riªng biÖt vµ c¸c khèi tuyÕt cho sù thay ®æi cña chóng trong giíi h¹n c¶ l­îng n­íc t­¬ng ®­¬ng vµ c­êng ®é tan ch¶y, ®Æc biÖt víi ®Þa h×nh nói vµ nh÷ng n¬i cã líp phñ thùc vËt bªn trªn khèi tuyÕt. C¸c nh©n tè nh­ sù ph©n bè l¹i cña tuyÕt bëi giã, sù ¶nh h­ëng cña ®Þa h×nh vµ 67 líp phñ thùc vËt ®èi víi tuyÕt, nhiÖt ®é, ®iÒu kiÖn ph¶n chiÕu n¨ng l­îng vµ c¸c vßng tuÇn hoµn ®ãng b¨ng-tuyÕt tan, thay ®æi cña ph¶n x¹ theo thêi gian, tÊt c¶ c¸c ¶nh h­ëng thay ®æi nµy lµm cho m« h×nh ho¸ tuyÕt tan rÊt khã (xem vÝ dô nghiªn cøu cña Bathurst vµ Cooley, 1996, trong c¸c tr­êng hîp nghiªn cøu phÇn 5.3). §©y lµ mét lÜnh vùc cña thuû v¨n häc ë ®ã viÔn th¸m tá ra lµ ®Æc biÖt cã Ých (xem phÇn 3.7 bªn d­íi). 3.2 Sè liÖu l­u l­îng Sù cã s½n cña sè liÖu l­u l­îng lµ quan träng trong qu¸ tr×nh hiÖu chØnh m« h×nh. Tuy nhiªn, sè liÖu l­u l­îng cã s½n chØ lµ mét con sè nhá cña c¸c vÞ trÝ trong mét vïng nµo ®ã. §ã còng lµ mét sù ®o ®¹c tæng hîp trong ®ã thuû ®å ®o ®¹c sÏ ph¶n ¸nh toµn bé sù phøc t¹p cña qu¸ tr×nh dßng ch¶y trong l­u vùc. Th­êng khã ®Ó suy luËn b¶n chÊt c¸c qu¸ tr×nh nµy mét c¸ch trùc tiÕp tõ thuû ®å thùc ®o, duy tr× mét sè ®Æc tr­ng chung nh­ lµ thêi gian trung b×nh cña ph¶n øng trong sù kiÖn thùc tÕ. M« h×nh ho¸ m­a -dßng ch¶y cho c¸c vÞ trÝ mµ t¹i ®ã kh«ng cã sè liÖu l­u l­îng lµ mét vÊn ®Ò khã kh¨n h¬n rÊt nhiÒu. VÊn ®Ò l­u vùc kh«ng ®o ®¹c lµ mét trong nh÷ng th¸ch thøc thËt sù cho c¸c m« h×nh thuû v¨n trong thÕ kû XXI. Cã rÊt nhiÒu c¸ch kh¸c nhau ®Ó ®o ®¹c l­u l­îng (vÝ dô Herschy 1995). Ngo¹i trõ dßng ch¶y rÊt nhá, rÊt khã ®Ó thùc hiÖn mét ®o ®¹c trùc tiÕp. Tuy nhiªn mùc n­íc trong s«ng t­¬ng ®èi dÔ ®o vµ hÇu hÕt ph­¬ng ph¸p ®Ó ­íc l­îng l­u l­îng yªu cÇu mét sù chuyÓn ®æi mùc n­íc ®o ®¹c thµnh dßng ch¶y. NÕu ®iÒu nµy ®­îc lµm khi cã dßng ch¶y qua mét ®Ëp n­íc hoÆc cÊu tróc m¸ng th× sù chuyÓn ®æi nµy cã thÓ chÝnh x¸c tíi h¬n 5%. NÕu kh«ng cã mét cÊu tróc nh­ thÕ hoÆc cÊu tróc bÞ v­ît ®Ønh khi dßng ch¶y lín th× ®é chÝnh x¸c rÊt kÐm. Trong tr­êng hîp xÊu nhÊt cã lò cùc trÞ, mùc n­íc ®o ®¹c cã thÓ bÞ ph©n chia vµ chØ cã mét c¸ch ®Ó ­íc l­îng dßng ch¶y lín nhÊt b»ng c¸ch sö dông ph­¬ng ph¸p ®é dèc-diÖn tÝch, trong ®ã diÖn tÝch mÆt c¾t ngang cña dßng ch¶y vµ ®é dèc mÆt n­íc ®­îc ­íc l­îng b»ng c¸c vÕt r¸c r­ëi chØ ra ph¹m vi lín nhÊt cña dßng ch¶y, mét ph­¬ng tr×nh ®é nh¸m dßng ®Òu ®­îc sö dông ®Ó x¸c ®Þnh l­u tèc b×nh qu©n. Bëi v× t¹i ®Ønh lò dßng ch¶y cã thÓ kh«ng ®ång nhÊt, ®é rèi lín, vµ søc t¶i c¸t cao trong mét mÆt c¾t ngang biÕn ®æi ®éng lùc, ­íc l­îng mét hÖ sè nh¸m vµ diÖn tÝch mÆt ngang cã hiÖu qu¶ còng nh­ l­u tèc b×nh qu©n vµ l­u l­îng cã thÓ khã kh¨n. Sai sè trong ­íc l­îng l­u l­îng sÏ cao h¬n nhiÒu. C¸c sai sè hÖ thèng cã khuynh h­íng bÞ quªn ®i khi sè liÖu l­u l­îng ®­îc ®­a vµo nh­ mét file m¸y tÝnh ®Ó sö dông trong m« h×nh m­a-dßng ch¶y. Lu«n cã mét xu h­íng cho ng­êi lµm m« h×nh ®­a ra c¸c gi¸ trÞ ­íc l­îng l­u l­îng tèt h¬n. Víi mét sè ph¹m vi ®iÒu nµy ®­îc chøng minh: Sè liÖu lµ chØ sè duy nhÊt cña l­u l­îng thùc vµ lµ sè liÖu tèt nhÊt cho viÖc hiÖu chØnh c¸c th«ng sè m« h×nh. Tuy nhiªn nÕu bÊt kú mét m« h×nh nµo ®­îc hiÖu chØnh b»ng sö dông sè liÖu sai th× c¸c gi¸ trÞ th«ng sè hiÖu qu¶ còng sÏ bÞ ¶nh h­ëng, vµ dù b¸o cho c¸c kho¶ng thêi gian kh¸c phô thuéc vµo c¸c gi¸ trÞ th«ng sè ®­îc hiÖu chØnh sÏ bÞ ¶nh h­ëng. §©y lµ nguån bæ sung cho phÐp bÊt ®Þnh vµ sÏ ®­îc ®Ò cËp thªm trong ch­¬ng 7. B©y giê, cÇn nhÊn m¹nh r»ng tr­íc khi ¸p dông m« h×nh m­a-dßng ch¶y, sè liÖu nªn ®­îc kiÓm tra cho phï hîp. DÜ nhiªn mét sè sai sè vÉn tån t¹i nh­ng cã thÓ kiÓm 68 tra ®¬n gi¶n b»ng mét sè c¸ch sau:  TÝnh to¸n tæng l­îng m­a vµ tæng l­îng dßng ch¶y cho c¸c kho¶ng thêi gian kh¸c nhau ®­îc ghi chÐp. Lùa chän nh÷ng kho¶ng thêi gian ®­îc ph©n chia bëi c¸c dßng ch¶y thÊp t­¬ng tù nhau t¹i nh÷ng n¬i mµ tæng l­îng tÝnh to¸n kh«ng bÞ ¶nh h­ëng bëi l­u l­îng n­íc rót. Ph¶i ch¨ng hÖ sè dßng ch¶y (tØ sè gi÷a dßng ch¶y vµ tæng l­îng m­a r¬i) thay ®æi theo mïa? Gi¸ trÞ sÏ thÊp h¬n vµo mïa hÌ vµ cao h¬n vµo mïa ®«ng.  Cã ph¶i hÖ sè dßng ch¶y t¨ng theo tæng l­îng m­a (cho phÐp thay ®æi theo mïa)? VÝ dô, cã ph¶i bÊt kú hÖ sè dßng ch¶y nµo còng lín h¬n 100% ? §iÒu nµy chØ ra r»ng mét hoÆc c¸c ®o ®¹c kh¸c cã sai sè bëi v× khã ®­a ra sù c©n b»ng khèi l­îng cho mét l­u vùc ®Ó sinh ra dßng ch¶y ®Çu ra lín h¬n l­îng m­a ®Çu vµo.  NÕu cã nhiÒu h¬n mét tr¹m ®o m­a hay tr¹m ®o l­u l­îng, kiÓm tra sù phï hîp gi÷a c¸c tr¹m ®o (chuÈn ho¸ sù kh¸c nhau vÒ diÖn tÝch cho l­u l­îng). So s¸nh c¸c hÖ sè dßng ch¶y hoÆc sö dông ®­êng cong khèi l­îng kÐp ®Ó kiÓm tra sù thay dæi vÒ ®é dèc thÓ tÝch luü tÝch t¹i c¸c tr¹m kh¸c nhau.  KiÓm tra l¹i c¸c tÝn hiÖu ®Ó lÊp chç trèng sè liÖu bÞ mÊt. Mét vÝ dô th«ng th­êng lµ ë ®©u c­êng ®é m­a ®o ®¹c kh«ng ®æi trong kho¶ng thêi gian 24 giê, ®Ò nghÞ r»ng lÊy mét thÓ tÝch tõ tr¹m ®o m­a ngµy ®Ó lµm ®Çy sè liÖu trong kho¶ng thêi gian tr¹m tù ghi kh«ng lµm viÖc. Thuû ®å víi c¸c ®Ønh n»m ngang kÐo dµi còng th­êng lµ tÝn hiÖu chØ ra r»ng cã vÊn ®Ò víi c¸c thiÕt bÞ ®o. KiÓm tra c¸c lo¹i nµy lµ dÔ dµng vµ cho phÐp Ýt nhÊt mét vµi kho¶ng sè liÖu ®o cã d¸ng ®iÖu bÊt th­êng ®­îc kiÓm tra cÈn thËn h¬n hoÆc ®­îc lo¹i bá tõ c¸c ph©n tÝch. DÜ nhiªn cã mét sè nguy hiÓm trong viÖc lo¹i bá c¸c kho¶ng sè liÖu trªn c¬ së r»ng mét m« h×nh ®­îc chän kh«ng thÓ ®­a ra mét m« pháng tèt cho kho¶ng ®ã. Trõ khi cã nhiÒu lý do kh¸c cho viÖc lo¹i bá, ®iÒu nµy kh«ng ®­îc coi lµ tèt bëi v× ®©y th­êng lµ tr­êng hîp mµ ng­êi lµm m« h×nh häc nhiÒu h¬n vÒ c¸c giíi h¹n cña m« h×nh tõ c¸c vÞ trÝ mµ t¹i ®ã kh«ng thÓ ®­a ra m« pháng tèt h¬n so víi m« h×nh ®ang lµm. Tuy nhiªn ng­êi ®äc còng nªn l­u ý r»ng hÇu hÕt c¸c t­ liÖu vÒ m« h×nh thuû v¨n cã khuynh h­íng (hoµn toµn tù nhiªn) ®­a ra c¸c tÝnh to¸n tèt nhÊt cho mét m« h×nh bÊt kú thay cho kÐm nhÊt. 3.3 Sè liÖu khÝ t­îng vµ ­íc l­îng sù gi÷ l¹i vµ sù bèc tho¸t h¬i 3.3.1 ¦íc l­îng bèc tho¸t h¬i n­íc tiÒm n¨ng Trong nhiÒu m«i tr­êng, bèc tho¸t h¬i n­íc chiÕm mét tû sè lín h¬n l­u l­îng dßng ch¶y trong c©n b»ng n­íc l­u vùc. Do ®ã trong c¸c kho¶ng thêi gian dµi cña c¸c m« pháng m­a-dßng ch¶y, nh×n chung cÇn thiÕt ­íc l­îng tæn thÊt do bèc tho¸t h¬i n­íc thùc tõ mét l­u vùc ®Ó cã mét sù diÔn t¶ ®Çy ®ñ vÒ tr¹ng th¸i kú tr­íc cña l­u vùc tr­íc mçi trËn m­a. ë ®©y chóng ta ph©n biÖt gi÷a bèc tho¸t h¬i n­íc tiÒm n¨ng vµ bèc tho¸t h¬i n­íc thùc. Bèc tho¸t h¬i n­íc tiÒm n¨ng lµ tæn thÊt trªn bÒ mÆt mµ kh«ng cã giíi h¹n bëi n­íc. §ã lµ mét hµm cña nhu cÇu khÝ quyÓn, nghÜa lµ c­êng ®é mµ ë ®ã h¬i n­íc cã 69 thÓ chuyÓn dêi xa khái bÒ mÆt. Nhu cÇu khÝ quyÓn phô thuéc tr­íc hÕt vµo n¨ng l­îng s½n cã tõ bøc x¹ h÷u hiÖu chuyÓn ®æi n­íc láng thµnh h¬i, gradient ®é Èm trong khÝ quyÓn thÊp h¬n tèc ®é giã vµ ®é nh¸m bÒ mÆt. C¸c bÒ mÆt nh¸m Èm ­ít nh­ rõng sÏ cã c­êng ®é bèc tho¸t h¬i n­íc tiÒm n¨ng cao h¬n so víi c¸c bÒ mÆt tr¬n, nh­ lµ mét c¸i hå trong ®iÒu kiÖn bøc x¹, ®é Èm vµ giã t­¬ng tù. Nh×n chung c­êng ®é bèc tho¸t h¬i n­íc thùc sÏ b»ng c­êng ®é tiÒm n¨ng cho tíi khi n­íc cung cÊp tõ ®Êt bÞ giíi h¹n. C¸c ph­¬ng ph¸p ­íc l­îng ph¹m vi bèc tho¸t h¬i n­íc tiÒm n¨ng tõ viÖc sö dông mét ®­êng cong h×nh sin hµng n¨m ®¬n gi¶n tíi ph­¬ng tr×nh Penman- Monteith cã c¬ së qu¸ tr×nh vËt lý h¬n ®­îc nªu chi tiÕt trong hép 3.1. Mét ®­êng cong h×nh sin mïa ®¬n gi¶n cho bèc tho¸t h¬i n­íc tiÒm n¨ng ngµy, kh«ng kÓ ®Õn sù thay ®æi thêi tiÕt, ®¬n gi¶n h¬n rÊt nhiÒu mét m« h×nh hiÖu Ých cña bèc tho¸t h¬i n­íc tiÒm n¨ng. Tuy nhiªn nghiªn cøu cña Calder (1983) chØ ra r»ng mét ®­êng cong nh­ thÕ cã thÓ cho kÕt qu¶ tèt nh­ lµ c¸c c«ng thøc phøc t¹p yªu cÇu sè liÖu trong m« h×nh thiÕu hôt ®é Èm ®Êt t¹i mét vµi vÞ trÝ ë Anh. Hä quan t©m tíi l­îng bèc tho¸t h¬i n­íc tiÒm n¨ng trung b×nh ngµy, th«ng sè duy nhÊt yªu cÇu cho m« h×nh nh­ lµ mét th«ng sè ®Ó hiÖu chØnh vµ t×m thÊy c¸c gi¸ trÞ t­¬ng tù cã thÓ ®­îc sö dông cho toµn bé c¸c vÞ trÝ nghiªn cøu. Mét ®­êng cong h×nh sin mïa nãi chung cã thÓ ®­îc x¸c ®Þnh theo dang:              90 365 360 sin1 i EE pp (3.1) trong ®ã: Ep lµ bèc tho¸t h¬i n­íc tiÒm n¨ng trung b×nh ngµy,®¬n vÞ mm.ngµy-1, vµ i lµ sè ngµy trong n¨m. Do ®ã chØ cã mét th«ng sè cÇn thiÕt ®Ó ¸p dông trong ph­¬ng ph¸p ®­êng cong h×nh sin lµ c­êng ®é bèc tho¸t h¬i n­íc tiÒm n¨ng ngµy. NÕu quan t©m tíi sù thay ®æi bèc tho¸t ngµy th× gi¸ trÞ trung b×nh ngµy cã thÓ bÞ ph©n bè l¹i theo thêi gian b»ng c¸ch sö dông mét sù thay ®æi h×nh sin vÒ sè giê n¾ng tiÒm n¨ng mçi ngµy. Ph­¬ng ph¸p nµy cã cã ­u thÕ lµ nã kh«ng yªu cÇu c¸c biÕn khÝ t­îng s½n cã nh­ng râ rµng cã thÓ kh«ng tÝnh to¸n sù ¶nh h­ëng cña thay ®æi nhiÖt ®é, ®é Èm, ®é m©y tõ ngµy nµy sang ngµy kh¸c vµ tõ giê nµy sang giê kh¸c trong ­íc l­îng bèc tho¸t h¬i n­íc tiÒm n¨ng, c­êng ®é bèc tho¸t h¬i n­íc trung b×nh ngµy hiÖu qu¶ Ep sÏ trë thµnh mét th«ng sè ®­îc ­íc l­îng, mÆc dï nghiªn cøu cña Calder vµ nnk (1983) nhËn ®Þnh r»ng, Ýt nhÊt trong m«i tr­êng Èm ®iÒu nµy cã thÓ lµ mét l­îng b¶o tån t­¬ng ®èi trong kh«ng gian. Mét sè c¸c tiÕp cËn kinh nghiÖm trong viÖc ­íc l­îng bèc tho¸t h¬i n­íc tiÒm n¨ng ®· ®­îc gîi ý dùa theo c¸c møc sè liÖu s½n cã kh¸c nhau. VÝ dô nÕu chØ s½n cã sè liÖu nhiÖt ®é trung b×nh ngµy, th× ph­¬ng tr×nh kinh nghiÖm cña Hamon(1961) cã thÓ ®­îc sö dông ®Ó ­íc l­îng c­êng ®é bèc tho¸t h¬i n­íc tiÒm n¨ng ngµy. Cã nhiÒu c«ng thøc kh¸c c¨n cø trªn ®Þnh luËt bèc tho¸t h¬i n­íc Dalton yªu cÇu sè liÖu vÒ sù thiÕu hôt ®é Èm (nghÜa lµ c¶ hai bÇu nhiÖt kÕ Èm vµ kh«, xem Bras 1990; Calder 1990; Singh vµ Yu1997). TÊt c¶ c¸c ph­¬ng ph¸p kinh nghiÖm sÏ lµ cã ®iÒu kiÖn trong ph¹m vi c¸c ®iÒu kiÖn sö dông trong hiÖu chØnh cña chóng vµ kh«ng sö dông bªn ngoµi ph¹m vi ®ã. Mét so s¸nh bªn trong vÒ sù ®a d¹ng cña c¸c ph­¬ng ph¸p trong viÖc ­íc 70 l­îng c­êng ®é bèc tho¸t h¬i n­íc tiÒm n¨ng ®­îc ®­a ra bëi Feder vµ nnk (1996) TiÕp cËn dùa vµo vËt lý ®¬n gi¶n tèt nhÊt lµ ph­¬ng tr×nh Penman- Monteith (Monteith 1965: hép 3.1). Theo mét c¸ch ®¬n gi¶n, ph­¬ng tr×nh nµy cè g¾ng ®­a ra tÝnh to¸n c©n b»ng n¨ng l­îng cho bÒ mÆt vµ c¸ch mµ trong ®ã sù chuyÓn ®éng rèi trong tÇng khÝ quyÓn thÊp, ®iÒu khiÓn chuyÓn ®éng cña h¬i n­íc ®äng l¹i tõ bÒ mÆt, nh­ng ®ßi hái nhiÒu h¬n giíi h¹n vÒ c¶ sè liÖu vµ c¸c gi¸ trÞ th«ng sè. Nã ®ßi hái sè liÖu khÝ t­îng, bøc x¹ h÷u hiÖu, nhiÖt ®é kh«ng khÝ, ®é Èm vµ tèc ®é giã. Nã còng ®ßi hái mét ­íc l­îng cho hai hÖ sè søc c¶n: søc c¶n khÝ ®éng lùc, ra, lµ biÓu thÞ cña ®é nh¸m líp phñ bÒ mÆt, vµ søc c¶n líp phñ rc, lµ mét th«ng sè ¶nh h­ëng cña bÒ mÆt nh­ lµ mét biÓu thøc vÒ sù chuyÓn ®éng h¬i n­íc nh­ thÕ nµo tõ nh÷ng lç khÝ cña l¸ c©y hoÆc c¸c lç th«ng trªn bÒ mÆt tr¬ ®¸ vµo trong kh«ng khÝ. §èi víi líp phñ ­ít søc c¶n bÒ mÆt b»ng 0. §èi víi bÒ mÆt kh«, nh­ng sù cung cÊp n­íc kh«ng bÞ giíi h¹n gi¸ trÞ rc cã thÓ b»ng 50m.s -1. Chó ý r»ng c­êng ®é bèc tho¸t h¬i n­íc tiÒm n¨ng phô thuéc vµo ®iÒu kiÖn líp phñ lµ Èm hay kh« (xem phÇn tiÕp theo). Cã tÝnh ®¹i biÓu trong c¸c ph­¬ng ph¸p cã s½n cho tÝnh to¸n c­êng ®é bèc tho¸t h¬i n­íc tiÒm n¨ng. Tuy nhiªn nh­ ®· th¶o luËn trong ch­¬ng 1, giíi h¹n cung cÊp n­íc cho bèc tho¸t h¬i n­íc trong suèt kho¶ng thêi gian dµi kh« h¹n cã nghÜa r»ng c­êng ®é bèc tho¸t h¬i n­íc thùc cã thÓ nhá h¬n nhiÒu c­êng ®é tiÒm n¨ng. Trong ph­¬ng tr×nh Penman-Monteith ®iÒu nµy sÏ ®­îc ph¶n ¸nh trong viÖc t¨ng søc kh¸ng líp phñ, nh­ ®Êt kh«. HÇu hÕt c¸c m« h×nh m­a-dßng ch¶y bao gåm c¸c thµnh phÇn nhiÒu hoÆc Ýt phøc t¹p h¬n, cè g¾ng ®Ó m« pháng sù gi¶m nµy trong bèc tho¸t h¬i n­íc thËt nh­ lµ ®Êt kh« hoÆc sù cÊp n­íc bÞ giíi h¹n. C¸c m« h×nh ®Çu tiªn cho dù b¸o l­u l­îng cã xu h­íng sö dông c¸c thµnh phÇn t­¬ng ®èi ®¬n gi¶n, c¨n cø trªn quan hÖ gi÷a tr÷ l­îng Èm ®Êt víi tû sè bèc tho¸t h¬i n­íc thùc vµ tiÒm n¨ng; nh­ng gîi ý r»ng cã mét tiÕp cËn tèt h¬n ®Ó dù ®o¸n mét c¸ch trùc tiÕp c­êng ®é bèc tho¸t h¬i n­íc thùc th«ng qua viÖc sö dông søc c¶n bÒ mÆt (vÝ dô Wallace 1995). C¸c ph¸t triÓn gÇn ®©y ®­îc gäi lµ c¸c m« h×nh SVAT (m« h×nh chuyÓn ®æi ®Êt-thùc vËt-khÝ quyÓn), môc ®Ých lµ ®Ó dù b¸o dßng nhiÖt thÊy ®­îc vµ tiÒm tµng vµo khÝ quyÓn nh­ lµ mét ®iÒu kiÖn biªn cho c¸c m« h×nh tuÇn hoµn khÝ quyÓn ®­a ra trong cÊu tróc m« h×nh phøc t¹p víi nhiÒu líp ®Êt vµ líp phñ thùc vËt. Môc ®Ých cña c¸c m« h×nh lµ dù b¸o c¸ch mµ trong ®ã søc c¶n bÒ mÆt Penman-Monteth thay ®æi víi n­íc s½n cã vµ c¸c nh©n tè kh¸c nh­ bøc x¹ mÆt trêi, nhiÖt ®é l¸ c©y, nång ®é cacbondi«xit, sù thiÕu hôt ¸p suÊt h¬i n­íc vµ vÞ trÝ líp phñ. Do ®ã sù phøc t¹p cña c¸c m« h×nh lµ ®­a ra c¸c tÝnh to¸n cho toµn bé c¸c ¶nh h­ëng nµy. Mét sè vÝ dô gÇn ®©y lµ s¬ ®å chuyÓn ®æi sinh quyÓn - khÝ quyÓn (BATS, vÝ dô Dickisnon vµ HendÐon- Sellrs 1988;Gao vµ nnk, 1996), SECHIBA (Ducoudre vµ nnk, 1993), ISBA (t­¬ng t¸c gi÷a ®Êt, sinh quyÓn vµ khÝ quyÓn, Manzi vµ Planton 1994), m« h×nh SiB2 (M« h×nh sinh quyÓn ®¬n gi¶n, Version2 cña Sellera vµ nnk, 1996) vµ c¸c lo¹i kh¸c. C¸c m« h×nh nh­ vËy cã sè l­îng th«ng sè rÊt lín cho tõng líp ®Êt vµ thùc vËt vµ cã thÓ rÊt khã ®Ó ­íc l­îng tr­íc (trong thùc tÕ cã thay ®æi theo thêi gian). C¸c thµnh phÇn t¹o dßng ch¶y cña m« h×nh nh­ vËy cã khuynh h­íng ®¬n gi¶n h¬n (vÝ dô Lohmann vµ nnk, 1998c). §©y lµ mét vÝ dô hay vÒ nh÷ng g× ®­îc coi lµ quan träng 71 trong m« h×nh, Ýt nhÊt trong c¶m gi¸c cña ng­êi lµm m« h×nh. Chó ý r»ng, sù cã s½n cña sè l