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

Chia sẻ: Nguyen Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:75

Thêm vào BST

Báo xấu

139
lượt xem 27
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

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...

Chủ đề:

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

Lưu

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

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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
®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
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
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
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
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
®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
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
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
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