intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Bài giảng Chuyên đề SWAT (Soil and Water Assessment Tool): Chương 4 - ThS. Nguyễn Duy Liêm

Chia sẻ: Dạ Du | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:28

Thêm vào BST
Báo xấu
7
lượt xem 1
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Chuyên đề SWAT (Soil and Water Assessment Tool) - Chương 4: Chu trình thủy văn trong pha nước. Những nội dung chính được trình bày trong chương này gồm có: Chu trình thủy văn, pha nước của chu trình thủy văn, tính truyền trong kênh chính, tính truyền trong thủy vực. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Chuyên đề SWAT (Soil and Water Assessment Tool): Chương 4 - ThS. Nguyễn Duy Liêm

  1. TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HỒ CHÍ MINH KHOA MÔI TRƯỜNG & TÀI NGUYÊN | BỘ MÔN GIS & TÀI NGUYÊN Chu trình thủy văn trong pha nước (Routing phase of hydrological cycle) Copyright © 2023 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Chuyên đề SWAT 1
  2. Copyright © 2023 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Chu trình thủy văn trong pha nước Nội dung  Chu trình thủy văn (Hydrological cycle)  Tính truyền trong thủy vực (Routing in water bodies)  Pha nước của chu trình thủy văn (Routing phase)  Nước (Water)  Tính truyền trong kênh chính (Routing  Trầm tích (Sediment) in main channel)  Chất dinh dưỡng (Nutrients)  Nước (Water)  Thuốc bảo vệ thực vật (Pesticides)  Trầm tích (Sediment)  Chất dinh dưỡng (Nutrients)  Thuốc bảo vệ thực vật (Pesticides) 2
  3. Copyright © 2023 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Chu trình thủy văn trong pha nước Chu trình thủy văn  Động lực chi phối mọi quá trình diễn ra trong lưu vực. Hệ thống lưu vực SWAT Quá trình trên đất Quá trình trong dòng chảy 3
  4. Copyright © 2023 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Chu trình thủy văn trong pha nước Chu trình thủy văn  Mô hình thủy học trong lưu vực được phân chia thành hai nhóm chính (Susan L.N. et al., 2009):  Pha đất của chu trình thủy văn: kiểm soát lượng nước, phù sa, dinh dưỡng và thuốc bảo vệ thực vật từ mỗi tiểu lưu vực đổ ra sông chính.  Pha nước của chu trình thủy văn: kiểm soát quá trình di chuyển của dòng nước, quá trình bồi lắng, v.v…diễn ra thông qua hệ thống sông ngòi của lưu vực đến cửa xả. Pha đất 4
  5. Copyright © 2023 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Chu trình thủy văn trong pha nước Pha nước của chu trình thủy văn  SWAT xác định, tính toán quá trình di chuyển nước, trầm tích, dinh dưỡng và thuốc bảo vệ thực vật vào mạng lưới sông ngòi bằng cách sử dụng cấu trúc lệnh tương tự như mô hình HYMO (Williams and Hann, 1972).  SWAT còn mô phỏng sự biến chuyển của các chất hóa học trong dòng chảy và đáy sông. Quang phân Thủy phân Bay hơi vào khí quyển Phân hủy sinh học 5
  6. Copyright © 2023 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Chu trình thủy văn trong pha nước Tính truyền trong kênh chính  Bao gồm 4 thành phần chính:  Nước  Trầm tích  Chất dinh dưỡng  Thuốc bảo vệ thực vật 6
  7. Copyright © 2023 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Chu trình thủy văn trong pha nước Tính truyền nước trong kênh chính  Khi dòng nước chảy về phía hạ lưu, một phần lượng nước có thể bị tổn thất do:  bốc hơi,  thấm qua đáy kênh,  lấy nước cho nông nghiệp, công nghiệp và sinh hoạt.  Dòng chảy trong kênh có thể được bổ sung bởi:  lượng mưa rơi thẳng xuống kênh,  lượng nước thải từ những nguồn điểm xả thải.  Lưu lượng và vận tốc dòng chảy trong kênh được tính bằng phương trình Manning.  Lượng dòng chảy được tính truyền theo chiều dài kênh với phương pháp:  hệ số trữ nước biến đổi (variable storage coefficient) của Williams (1969), hoặc  tính truyền Muskingum (Muskingum routing). 7
  8. Copyright © 2023 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Chu trình thủy văn trong pha nước Phương trình cân bằng nước trong kênh chính 𝐕 𝐬,𝟐 = 𝐕 𝐬,𝟏 + 𝐕𝐢𝐧 − 𝐕 𝐨𝐮𝐭 − 𝐭𝐥𝐨𝐬𝐬 − 𝐄 𝐜𝐡 + 𝐝𝐢𝐯 + 𝐕 𝐛𝐧𝐤 Bốc hơi Nước chảy Vs,2: lượng nước trong kênh tại thời điểm sau (m³) (Ech) vào (Vin) Vs,1: lượng nước trong kênh tại thời điểm đầu (m³) Vin: lượng nước chảy vào kênh từ kênh phụ lưu, tiểu lưu vực, lượng mưa rơi xuống kênh (m³) Dòng xả thải/ Nước trong lấy nước Vout: lượng nước chảy ra khỏi kênh (m³) kênh (Vs) (div) tloss: lượng nước thấm qua đáy kênh (m³) Ech: lượng nước bốc hơi từ mặt kênh (m³) Dòng chảy Nước chảy div: lượng nước thêm vào kênh (cống xả thải), lấy ra khỏi kênh Thấm hồi quy ra (Vout) (kênh lấy nước) (m³) (tloss) (Vbnk) Vbnk: lượng nước thêm vào kênh từ dòng chảy hồi quy (m³) 8
  9. Copyright © 2023 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Chu trình thủy văn trong pha nước Bài tập 1 𝐕 𝐬,𝟐 = 𝐕 𝐬,𝟏 + 𝐕𝐢𝐧 − 𝐕 𝐨𝐮𝐭 − 𝐭𝐥𝐨𝐬𝐬 − 𝐄 𝐜𝐡 + 𝐝𝐢𝐯 + 𝐕 𝐛𝐧𝐤 Ngày (i) 1 2 3 4 5 6 Vs 100 124 107 110 120 ? Vin 20 10 ? 50 5 Vout 5 10 10 ? 20 tloss 3 10 5 5 10 Ech 2 2 4 10 5 div 4 -5 10 0 2 Vbnk 10 0 5 0 5 9
  10. Copyright © 2023 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Chu trình thủy văn trong pha nước Lưu lượng và vận tốc dòng chảy trong kênh chính  Phương trình Manning: SWAT giả định kênh chính có hình thang. Wbnkfull Người dùng khai báo: Wbnkfull : chiều rộng kênh khi đầy nước (m), depthbnkfull : độ sâu của nước khi kênh đầy nước (m), Ach zch : nghịch đảo của độ dốc cạnh kênh (mặc định: 2), depthbnkfull Pch Lch : chiều dài của kênh (m) slpch : độ dốc dọc theo chiều dài kênh (m/m), n : hệ số Manning của kênh (s/m1/3) SWAT tính toán: qch : lưu lượng dòng chảy trong kênh (m³/s), Ach : diện tích mặt cắt ngang của dòng chảy trong kênh (m²), Rch : bán kính thủy lực ứng tương ứng độ sâu của nước trong kênh (m), vc : vận tốc dòng chảy (m/s), Wbtm : chiều rộng đáy kênh (m), depth : độ sâu của nước trong kênh (m), Pch : chu vi ẩm ướt tương ứng độ sâu của nước trong kênh (m). 10
  11. Copyright © 2023 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Chu trình thủy văn trong pha nước Bài tập 2  Cho kênh chính với slpch = 1/3 (m/m), n = 0,01 (s/m1/3), zch = 2, Wbnkfull = 500 m, depthbnkfull = 50 m.  Wbtm = 500 – 2 * 2 * 50 = 300 m. depth Ngày Pch (m) Ach (m²) Rch (m) vc (m/s) qch (m³/s) (m) 1 10 300 + 2*10*(1+2²)1/2 (300 + 2*10) * 10 3.200 / 344,72 9,282/3 * (1/3)1/2 /0,01 3.200 * 254,96 = 344,72 = 3.200 = 9,28 = 254,96 = 815.870,70 2 20 ? ? ? ? ? 3 ? 400 4 ? 10.000 5 ? 15 6 ? 300 7 ? ? 500 500.000 11
  12. Copyright © 2023 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Chu trình thủy văn trong pha nước Tính truyền trầm tích trong kênh chính  Chuyển vận trầm tích trong kênh bị chi phối đồng thời bởi 2 quá trình:  lắng đọng, và  xói lở.  Lượng trầm tích lớn nhất mà dòng nước trong một khúc sông có thể vận chuyển được ra khỏi khúc sông đó là hàm số của vận tốc dòng chảy lớn nhất.  Năng lượng của dòng chảy được sử dụng để:  làm trầm tích tan ra và lắng đọng xuống cho đến khi không còn trầm tích.  tạo nên xói mòn đáy kênh.  Lượng xói mòn ở đáy kênh được tính toán theo khả năng bị xói của vật chất đáy sông và lớp phủ. 12
  13. Copyright © 2023 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Chu trình thủy văn trong pha nước Lượng trầm tích lớn nhất có thể vận chuyển theo dòng nước  Phương trình năng lượng dòng chảy của Bagnold (1977) concsed,ch,mx : nồng độ trầm tích tối đa mà nước có thể vận chuyển (tấn/m³ hoặc kg/L), csp : hệ số do người dùng xác định, vch,pk : vận tốc cực đại của kênh (m/s). spexp: số mũ do người dùng xác định (thường thay đổi từ 1,0 đến 2,0, mặc định là 1,5). qch,pk : vận tốc dòng chảy lớn nhất trong kênh (m³/s), prf: hệ số điều chỉnh vận tốc dòng chảy cực đại, qch : vận tốc dòng chảy trong kênh (m³/s), Ach : diện tích mặt cắt ngang của dòng chảy trong kênh (m²), Rch : bán kính thủy lực ứng tương ứng độ sâu của nước trong kênh (m), slpch : độ dốc dọc theo chiều dài kênh (m/m), n : hệ số Manning của kênh (s/m1/3). 13
  14. Copyright © 2023 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Chu trình thủy văn trong pha nước Bài tập 3  Cho csp = 10, spexp = 1,5, prf = 1,5. Ngày Ach (m²) qch (m³/s) qch,pk (m³/s) vch,pk (m/s) concsed,ch,mx (tấn/m³) 1 3.200 1.000 1,5 * 1.000 1.500 / 3.200 10 * 0,471,5 = 1.500 = 0,47 = 3,28 2 5.000 2.000 ? ? ? 3 1000 ? ? 20 4 ? 200 ? 10 5 ? 500 10 14
  15. Copyright © 2023 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Chu trình thủy văn trong pha nước Tính truyền chất dinh dưỡng trong kênh chính  Sự biến đổi chất dinh dưỡng trong kênh được xử lý bởi module chất lượng nước trong kênh, QUAL2E (Brown and Barnwell, 1987).  Mô hình theo dõi chất dinh dưỡng hòa tan trong nước kênh và bị hấp phụ bởi trầm tích.  Chất dinh dưỡng hòa tan được chuyển vận theo dòng nước.  Lượng chất bị trầm tích hấp phụ được lắng đọng cùng với trầm tích xuống đáy kênh. 15
  16. Copyright © 2023 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Chu trình thủy văn trong pha nước Tính truyền thuốc bảo vệ thực vật (TBVTV) trong kênh chính  Số lượng TBVTV được sử dụng thực tế trong mỗi HRU là không giới hạn, nhưng để giảm tính phức tạp của quá trình mô phỏng, SWAT chỉ tính truyền được một loại thuốc theo mạng lưới sông ngòi.  Tương tự như chất dinh dưỡng, tổng lượng TBVTV khi vào trong kênh được chia thành hai dạng: hòa tan và hấp phụ vào trầm tích.  Lượng TBVTV hòa tan chuyển vận theo dòng nước,  Lượng TBVTV hấp phụ bị chi phối bởi hiện tượng lắng đọng và chuyển vận của trầm tích.  Quá trình biến đổi chất của TBVTV trong hai dạng hòa tan và hấp phụ bị chi phối bởi quan hệ giảm thiểu bậc nhất.  Những quá trình mô phỏng chính bao gồm lắng đọng, chôn vùi, lơ lửng, bay hơi, khuếch tán và biến đổi chất như phản ứng hóa học. 16
  17. Copyright © 2023 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Chu trình thủy văn trong pha nước Tính truyền trong thủy vực  Trong SWAT, có 4 loại thủy vực:  ao,  đất ngập nước, Tiểu lưu  vùng trũng/ổ gà, vực  hồ chứa. Kênh chính  Ao, đất ngập nước và vùng trũng/ổ gà  Nằm trong một tiểu lưu vực, bên ngoài kênh chính.  Chỉ nhận nước từ tiểu lưu vực của nó.  Hồ chứa  Được đặt trên kênh chính.  Nhận nước từ tất cả các tiểu lưu vực phía trên nó. 17
  18. Copyright © 2023 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Chu trình thủy văn trong pha nước Phương trình cân bằng nước trong thủy vực V = 𝐕 𝐬𝐭𝐨𝐫𝐞𝐝 + 𝐕 𝐟𝐥𝐨𝐰𝐢𝐧 − 𝐕 𝐟𝐥𝐨𝐰𝐨𝐮𝐭 + 𝐕 𝐩𝐜𝐩 − 𝐕 𝐞𝐯𝐚𝐩 − 𝐕 𝐬𝐞𝐞𝐩 Nước chảy Bốc hơi vào (Vflowin) V là dung tích thủy vực vào cuối ngày (m³), Lượng mưa (Vevap) (Vpcp) Vstored là dung tích thủy vực vào đầu ngày (m³), Vflowin là lượng nước chảy vào thủy vực trong ngày (m³), Nước trong thủy vực Vflowout là lượng nước chảy ra thủy vực trong ngày (m³), (Vstored) Vpcp là lượng mưa trên thủy vực trong ngày (m³), Vevap là lượng bốc hơi của thủy vực trong ngày (m³), Vseep là lượng nước thấm qua đáy thủy vực (m³). Thấm Nước chảy (Vseep) ra (Vflowout) 18
  19. Copyright © 2023 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Chu trình thủy văn trong pha nước Bài tập 4 V = 𝐕 𝐬𝐭𝐨𝐫𝐞𝐝 + 𝐕 𝐟𝐥𝐨𝐰𝐢𝐧 − 𝐕 𝐟𝐥𝐨𝐰𝐨𝐮𝐭 + 𝐕 𝐩𝐜𝐩 − 𝐕 𝐞𝐯𝐚𝐩 − 𝐕 𝐬𝐞𝐞𝐩 Ngày (i) 0 1 2 3 4 5 Vstrored 100 112 120 140 200 ? Vflowin 20 ? 40 50 5 Vflowout 5 0 ? 40 20 Vpcp 3 10 20 ? 10 Vevap 2 2 0 10 5 Vseep 4 5 10 10 2 19
  20. Copyright © 2023 | nguyenduyliem@hcmuaf.edu.vn Chu trình thủy văn trong pha nước Tính truyền trầm tích trong thủy vực  Tải lượng trầm tích vào thủy vực có thể đến từ dòng chảy thượng lưu hay từ dòng chảy mặt trong tiểu lưu vực.  Nồng độ trầm tích trong nước thủy vực được ước tính bằng một phương trình đơn giản dựa trên nguyên lý cân bằng thể tích và nồng độ trong dòng chảy vào, chảy ra khỏi thủy vực, và lượng nước tích trữ trong thủy vực.  Lượng trầm tích lắng đọng trong thủy vực bị chi phối bởi nồng độ trầm tích cân bằng và đường kính trung bình của hạt trầm tích.  Lượng trầm tích trong dòng chảy ra khỏi thủy vực là tích số của thể tích nước chảy ra và nồng độ trầm tích lơ lửng trong nước thủy vực vào thời điểm dòng chảy ra khỏi thủy vực. 20
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright ©2025 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
13=>1