Đánh giá ảnh hưởng của sự biến đổi tình hình sử dụng đất đến dòng chảy mặt lưu vực sông Lam sử dụng mô hình WetSpa

Đồng thời chạy mô hình cho vùng thượng lưu lưu vực sông Cả sông Lam nhằm đánh giá sự ảnh hưcmg của các kịch bản sử dụng đất lên dòng chảy lũ.. Xuất phát tìir những vấn đề nêu ừên, đề tài

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

T R Ư Ờ N G Đ Ạ I H Ọ C K H O A H Ọ C T ự N H IÊ N

— „ ea

ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA s ự BIẾN Đ ổ l TÌNH HÌNH s ử

CN NGUYỄN THỊ THỦY

1 Báo cáo tóm tắt bằng tiếng Việt

a Tên đề tài: Đánh giá ¿ ử i h ư ^ g cùa sự biên đổi tình hình sử dụng đất đên dòng chảy m ặt lưu vực sông Lam sử dụng mô hình WetSpa

M a số: QT-08-65

b Chủ trì đề tài: TS Nguyễn Tiền Giang

c Các cán bộ tham gia: TS Trần Ngọc Anh

NCS Trần AÌnh Phương

sv Nguyễn Thị Thủy

d M ục tiêu và nội dung nghiên cứu

Thiệt hại do thiên tai gây ra như lũ lụt, hạn hán ở Việt Nam hàng năm là rất lớn, đặc biệt là các tỉnh miền Trung Việt Nam Cơn bão số 5 túih đến ngày 4/10/2007 thiệt hại 424 tỷ đồng, sau 4 ngày m ưa lũ ở Bắc và Trung Bộ (10/10) đã làm 57 người chết, 13 người mất tích Riêng Nghệ An thiệt hại nặng nề nhất: 21người chết, 3 người mất tích Còn ở Hà Tĩnh, ước túih thiệt hại ở tâm bão Kỳ Anh

là 360 tỷ đồng Vì vậy, cần có những mô hình mới để dự báo chúửi xác và đề ra các biện pháp phòng tránh kịp thời, giảm thiểu được các thiệt hại do thiên tai gây ra.Mục tiêu của nghiên cứu là khai thác và đóng góp thêm m ột m ô hình mưa rào- dòng chảy mới kết hợp với công nghệ GIS vào bộ mô hình thủy văn ứng dụng tại Việt Nam Đồng thời chạy mô hình cho vùng thượng lưu lưu vực sông Cả (sông Lam) nhằm đánh giá sự ảnh hưcmg của các kịch bản sử dụng đất lên dòng chảy lũ Qua đó, giúp các nhà quy hoạch đưa ra các biện pháp sử dụng tài nguyên hợp lý

Để đạt được hai mục tiêu trên đề tài đã khai thác mô hình W etSpa, một môhình mưa dòng chảy phân phối, đang trong quá trình phát triển b ầ Trường Đại học

Tự Do Brussel, Vương quốc Bỉ Mô hình này được viết cho các lưu vực km, vừa vànhỏ Mồ hình đầu tiên được chạy thử nghiệm cho thượng lưu vực sông Cả tính đếntrạm Dừa (sông Lam) Tuy thiếu số liệu thảm phủ, thổ nhưỡng và khí tượng thủyvăn của phần thượng lưu thuộc lãnh thổ Lào, nhưng m ô hình vẫn cho ra kết quả môphỏng phù hợp với lũ thực đo Kết luận đầu tiên mang tính triết học khoa học đượcrút ra là: luận điểm ”một mô hình sai có thể cho kết quả dự báo đúng do tính bấtđịnh về số liệu, thông số và cấu trúc mô hình” được khảng định Tiếp theo, mô hìnhđược tác giả đề tài sửa đổi mã nguồn để đưa phần nhập lưu vào m ô hình để có thể

áp dụng cho các lưu vực hở Mô hình được hiệu trinh và kiểm định lại và đã cho kếtqua tot hơn so VƠ I kêt qua cua mô hmh trước khi sửa đổi Mô hình sửa đổi này được

sử dụng chạy cho các kịch bản thay đổi sử dụng đất Các kịch bản này thuộc loạikịch bản cực trị (extreme scenarios) về đô thị hóa, phá rừng và trồng rừng Các kếtquả thu được đều phù hợp một cách định tính vói lý thuyết chung về ảnh hưởng của thảm phủ đến các đặc trưng dòng chảy lũ

e Căc kết quả đạt được

- Kết quả khoa học công nghệ

+ Nghiên cứu, nắm bắt được cơ sở lý thuyết m ột mô hình mưa dòng chảy phân phối mói và đã sửa đổi để áp dụng cho các sông của Việt Nam

+ Đã chứng minh lại luận điểm mang túih triết học khoa học ”một mô hình sai có thể cho kết quả dự báo điíng do tính bất định về số liệu, thông số và cấu trúc

+ Kết quả mô phỏng có thể làm tài liệu tham khảo cho các nhà ra quyết định trong lũứi vực sử dụng hđply tài nguyên thiẽii nhiên

- Kết quả đào tạo

+ Hướng dẫn một sinh viên K49 làm luận vãn tốt nghiệp cử nhân

- Báo khoa học

+ Hoàn thànli 01 bài báo để đăng trên tập chí Khoa học Trái Đất

f Tuửi hình kinh phí của đề tài (hoặc dự án)

Đã sử dụng hết kinh phí của đề tài

ĐƠN VỊ QUẢN LÝ

(Ký và ghi rõ họ tên)

CHỦ TRÌ ĐỂ TÀI (Ký và ghi rõ họ tên)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC T ự NHIÊN

oưẠ Mlfu TBƯÓNG

2 Summary in English

a Title: Impact assessment o f land-use change on surface flow in Lam River Basin using WETSPA model

Code: QT-08-65

b Coordinator: Dr Nguyen Tien Giang

c Participants: Dr Tran Ngoc Anh

R iD student Tran Anh Phuong Bachelor Nguyen Thi Thuy

d Aim and contents

Damages caused by the natural disasters such as floods, inundations and droughts in Vietnam armually are often very huge The damage caused by the storm number 5 is 424 billions dong (4/10/2007), during 4 days of storm there were 57 casualties, 13 m issing in the north and central north regions Nghe An province is the most heavily affected: 21 casualties, 3 missing In Ha Tinh province, the estimated loss in the storm central (Ky Anh district) is 360 billions dong Therefore, it is necessary to have new numerical models to predict flood precisely and take in-time actions in order to reduce the damages caused by the natural disasters

The first objective of this project is to explore and contribute a distributed rain fall - run o ff (catchment) model to the existing hydrological models in Vietnam The second objective is to apply the model to the upper part of Ca river basin (Lam river basin when Dua station is the downstream control point) to assess the impact of landuse change on the flood flow characteristics The resuh can be a good reference for the decision makers in the process of undertaking actions in sustainable use of natural resources

To achieve the above two objectives, the project exploited the WetSpa, a distributed rain fall - run off model, which is being developed by hydrologists in Free University o f Brussels, Belgium The model was formulated for close basins with small and m edium size The original models was use to simulate the flood flow

in Ca river basin (up to Dua gauging station) In the absence of hydro­meteorological, lithological and topographical data, a goof agreement between simulated and observed flood events was obtained This verifies again the philosophical hypothesis: “A wrong model can give right predictions due to the uncertainty in m odel data, parameters and structure” Next, the original model was developed to include the tributary from upstream so that it can be applied to open river basin This model was calibrated and verified again and gave a better agreement between observed and simulated flood flow series in comparison with ones obtained by the original model The model then was used to simulate the floods

corresponding to different landuse scenarios Those scenarios belong to extreme scenario type The results obtained are in qualitative agreem ent with general theory and principle o f impact mechanism o f landuse change on flood flow characteristics.

e Achieved results

- Achievements in Science and Technology

+ The concept of WetSpa model was studied and understood and further development o f the model for application to river basins in Vietnam was successful.+ The hypothesis: “A wrong model can give right predictions due to the uncertainty in model data, parameters and structure” was verified

+ Application of the modified model to study the impact of landuse change on flood flow characteristics of Lam river was successfully carried out

- Achievements in practical application

+ The m odified WetSpa model can be used to predict the flood and to assess the impact o f land-use change on flood characteristics in international river basins in Vietnam

+ The application results can be a good source of reference for the decision makers in the field of sustainable use of natural resources

M ỤC LỤ C

MỤC LỤC

DANH M Ụ C H ỈN H V Ẽ

DANH M Ụ C BẢ NG B I Ể U

M Ở Đ Ẳ U 01

C H Ư Ơ N G 1 Đ Ặ C ĐẶC ĐIẺM ĐIẠ LÝ T ự NHIÊN VÀ KENH TÉ XÃ H Ộ I L ư u V ự c SÔNG C Ả 03

1.1 Vị trí địa lý 03

1.2 Đặc điểm địa hình 04

1.3 Thảm phủ thực vật 04

1.4 Đặc điểm sông n g ò i 05

1.5 Đặc điểm khí h ậ u 07

1.6 Đặc điểm thủy văn 11

1.7 Hiện trạng kinh tế xã hội .14

1.8 Đặc điểm tài nguyên nước mặt và công trình thuỷ lợi 15

1.8.1 Tài nguyên nước m ặt 15

1.8.2 Đặc điểm công trình thủy lợi 17

C H Ư Ơ N G 2 G IỚ I T H IỆ U M Ô H ÌN H W ETSPA C Ả I T I É N 19

2.1 Lịch sử phát triển của mô hình W etSpa cải tiế n 19

2.1.1 Mô hình W e tS p a 19

2.1.2 W etSpass 20

2.1.3 W etSpa cải ti ế n 21

2.2 Xây dựng mô h ìn h 22

2.2.1 Mục tiê u 22

2.2.2 Cấu trúc mô h ìn h 22

2.2.3 Các giả thiết cùa mô h ìn h 23

2.2.1 Các hạn chế của mô h ìn h 24

2.3 Các công thức ưong mô hình 24

2.3.1 M ưa 26

2.3.2 Ngưng t ụ 26

2.3.3 Lượng mưa vượt thấm và thấm m ặt 27

2.3.4 Tổn thất điền trũng và dòng chảy tràn 28

2.3.5 Cân bằng nước ứong đới rễ cây 30

2.3.6 Bốc thoát hơi tìr đ ấ t 30

2.3.7 Thấm sâu và dòng chảy sát m ặ t 31

2.3.8 Lượng trữ nước ngầm và dòng chảy cơ b ản 33

2.3.9 Dòng chảy tràn và diễn toán dòng chảy trong kênh 34

CHƯƠNG 3 CHẠY THỬ NGHIỆM MÔ HÌNH WETSPA CHO THƯỢNG L ư u LƯU Vực SÔNG CẢ 38

3 ỉ Thu thập và xử lí dữ liệ u 38

3.1.1 Dữ liệu không g ia n 38

3.L2 Mô tả lưu vực và xác định các tham s ố 38

3.2 Hiệu chỉnh và kiểm nghiệm mô h ìn h 42

3.2.1 Hiệu chỉnh mô h ìn h 42

3.2.2 Kiểm định mô hình 43

C H Ư Ơ N G 4 SỬA Đ Ỏ I M Ô H ÌN H W ETSPA VÀ M Ô PH Ỏ N G LŨ V Ớ I CÁ C K ỊC H BẢN s ủ DỤNG Đ Ấ T K H Á C N H A U 46

4.1 Sửa đổi mã nguồn của mô hình và chạy lại cho lưu vực sông C ả 46

4.2.1 Hiệu chỉnh mô h ìn h 47

4.2.2 Kiểm định mô hìn h 48

4.2 Đánh giá sự thay đổi thảm phủ đến các đặc trưng lũ 49

K É T LU Ậ N VÀ K IÉ N N G H Ị 54

TÀ I L IỆ U T H A M K H Ả O .56

PH Ụ LỤ C 58

DANH M ỤC H ỈN H VẼ

Hình 1.1 Lưu vực sông Cả gồm cả hai phần ửiuộc Việt Nam và L ào 03

H ìnhl 2 Bản đồ địa lý hành chính lưu vực sông Cả phần ở Việt N a m 04

Hình 1.3 Bản đồ thảm phủ luu vực sông C ả 06

Hinh 1.4 Bản đồ mạng lưới trạm khí tượng -thủy văn ứên sông C ả 13

Hình 2.1 Cấu trúc mô hỉnh W etSpa 20

Hình 2.2 M ột ô lưới giả thiết trong W etSpass 21

Hình 2.3 Cấu trúc của mô hình WetSpa cải tiến ở cấp độ ô lư ớ i 24

Hình 2.4 Mối quan hệ giữa hệ số mưa vượt thấm và lượng ẩm của đất 28

Hình 3.1 Bản đồ địa hình và thảm phủ của phần lưu vực thử ng h iệm 38

Hình 3.2 Bản đồ thổ nhưỡng (trái) và các trạm khí tượng thủy văn (p h ải) 39

Hình 3.3 Hệ số dòng chảy (trái) và khả năng trữ ở các vùng trũng (p h ải) 39

Hình 3.4 Thời gian chảy trung bình từ ô lưới đến lưu vực cửa ra (trái) và độ lệch chuẩn cùa thời gian (p h ả i) 40

Hình 3.5 Kết quả hiệu chỉnh mô hình với một số trận lũ năm 2001 .42

Hinh 3.6 Kết quả hiệu chỉnh mô hình với một trận lũ năm 2001 43

Hình 3.7 Kết quả kiểm định mô hình với một số trận lũ năm 200 5 43

Hình 3.8 Kết quả kiểm định mô hình với một trận lũ nám 2005 .44

Hình 4.1 Bản đồ địa hình và thảm phủ của phần lutt vực sau khi thay đ ổ i 46

Hình 4,2 Bản đồ phân chia lun vực nghiên c ứ u 47

Hình 4.3 Bản đồ thổ nhưỡng (trái) và các trạm khí tượng thủy văn (p h ải) 47

Hình 4.4 Kết quả hiệu chinh mô hình với một số trận lũ năm 2001 .48

Hình 4.5 Kểt quả kiểm định mô hình với một số trận lũ năm 2 0 0 5 49

Hình 4.6 Tỷ lệ thảm phủ được thay đồi trong ba kịch bản so với hiện t ạ i 50

Hình 4,7 Mô phỏng các đưcmg quá trình cho m ỗi k Ịch bản đối với trận lũ năm 2005 .^ 51

Hình 4.8 Đường quá trình dòng chảy mặt với các kịch bản khác nhau 52

Hình 4.9 Đường quá trình dòng chảy sát mặt với các kịch bản idiác nhau 52

Hình 4.10 Đường quá trinh dòng chảy ngầm với các kịch bản khác n h au 53

DANH M ỤC BẢNG B IẺU

Bảng 1.1 Đặc tnm g hình thái lưu vực s ô n g 07

Bảng 1.2 Nhiệt độ tháng, năm, trung bình nhiều năm tại một số vị trí trên lun vực 08

Bàng 1.3 Độ ẩm trung bình nhiều năm của tháng ữong năm (% ) 09

Bảng 1.4 Lượng mưa trung binh ứiáng và năm (mm) 10

Bảng 3.1 Bảng các tham số toàn cục dùng trong trong mô hinh 42

Bảng 4.1 Bảng giá tộ các tham số dùng trong trong mô h ìn h 48

Bảng 4.2 Các đặc trưng mô phỏng của ba kịch b ả n 51

M Ở ĐẦUTrong những thập ki vừa qua thiên tai như lũ lụt, hạn hán xảy ra với tần suất cao hơn và múc độ thiệt hại cũng ngày càng nhiều hơn, đặc biệt trong vùng nhiệt đới ẩm Nguyên nhân chính có thể là do biến đổi khí hậu và hoạt động phát triển kinh tế xã hội của con người gây ra Những trận lũ lớn gần đây đã gây ra những thiệt hại vô cùng to lớn về người và của Ví dụ như hàng ỉoạt cơn lũ liên tiếp đang hoành hành ở các tinh miền Trung năm 2007: cơn bão số 5 tính đến ngày 4/10/2007 làm thiệt hại 424 tỷ đồng; sau 4 ngày mưa lũ ở Bắc và Trung Bộ (10/10) đã làm 57 người chết, 13 người mất tích Riêng Nghệ An thiệt hại nặng nề nhất: 21 người chết,

3 người mất tích Còn ở Hà Tĩnh, ước tính thiệt hại ở tâm bão Kỳ Anh là 360 tỳ đồng [8] Do đó việc giảm thiểu thiệt hại do lũ lụt gây ra ngày càng trở nên bức thiết hơn Những biện pháp thủy lợi chính phòng chống lũ là xây dựng và củng cố hệ thống đê, các công trình phân lũ, cắt lũ và chậm lũ Song muốn quản lý khai thác tốt các hệ thống trên cho nhiệm vụ phòng chống lũ cẩn phải có những thông tin về diễn biến các quá trình mực nước và lưu lượng trên các hệ thống sông [6], Vì vậy việc ứng dụng các mô hình lưu vực để và dự báo các đặc tnm g thủy vãn, đặc biệt là lũ lụt là một việc làm hết sức cần thiết

Tài nguyên nước nói chung và tài nguyên nước mặt nói riêng là một trong những yếu tố quyết định sự phát triển kinh tể xâ hội của một vùng lãnh thố hay một quốc gia Nếu xét chung cho cả nước, thì tài nguyên nước mặt của nước ta tương đối phong phú chiếm khoảng 2% tổng lượng dòng chảy của các sông trên thế giới Tuy nhiên, một đặc điểm quan trọng của tài nguyên nước mặt là sự biến đổi mạnh

mẽ theo thời gian và phân bố rất không đều theo không gian Sự gia tăng dân số và phát triển kinh tế xã hội đã ảnh hưởng mạnh mẽ tới các đặc trưng thủy văn và tài nguyên nước Một trong những yếu tố ảnh hưởng mạnh mẽ nhất là sự thay đổi thảm phủ do con người gây ra Do đó, một vấn đề cần phải giải quyểt cùng với việc mô phỏng lũ là đánh giá sự thay đổi tình hình sử dụng đất lên dòng chảy mặt nói chung

và sự hình thành các trận lũ nói riêng

Hiện nay, tại Việt Nam, dạng mô hình lưu vực mới đang ở những giai đoạn phát triển Có thể kể đến một số mô hình nhập ngoại như MIKE SHE, MARINE, STREA M v.v Các mô hình này có ưu thế là được phát triển bởi một đội ngũ các chuyên gia hùng hậu, độ tin cậy cao, dễ sử dụng, phạm vi áp dụng rộng v.v Tuv nhiên, nhược điểm là giá thành cao, người sừ dụng không thể thay đổi các phương trình cũng như cấu trúc của mô hình đê áp dụng cho các trưòng họp cụ thể v.v

Xuất phát tìir những vấn đề nêu ừên, đề tài này được hình ứìành với mục đích là:

- Chạy thử nghiệm mô hình WetSpa cho thuợng lưu sông Cả để đánh giá khả năng ứng dụng của mô hình, nhằm đóng góp vào kho mô hình một mô hình mưa - dòng chảy mới có kết hợp với GIS vào ứng dụng ở Việt Nam

- Sử dụng mô hình WetSpa chạy cho các kịch bản thay đồi thảm phủ trên lưu vực nhằm nghiên cứu sự thay đổi đặc trưng lũ dưới tác động của sự thay đôi tình hình sử dụng đất trên lưu vực sông Cả

Do phần thượng lưu lưu vực sông Cả thuộc lãnh thổ Lào không có số liệu nên giới hạn lưu vực nghiên cứu chỉ ờ phần diện tích Việt Nam Phần hạ lưu được khống chế tại trạm Dừa (trên sông Lam) nên trong báo cáo này lưu vực sông Lam hay luxi vực sông Cả ở chương 3 và chương 4 có ý nghĩa như nhau

Ngoài phần mở đầu và nhận xét, nội dung báo cáo gồm 4 chưong chính;

CHƯƠNG 1 ĐẶC ĐIẺM ĐIẠ LÝ T ự NHIÊN VÀ KINH TÉ XÃ HỘI

LƯU Vực SÔNG CẢ

1.1 VỊ T R Í Đ ỊA LÝ

Hệ ứiống sông Cả là hệ ứiống sông lón ở Việt Nam {sau hệ ứiống sông M ê Kông, sông Hồng - Thái Bình, sông M ã) có tổng diện tích lưu vực là 27.200 km^ Là một con sông nằm ở hai nước Cộng H oà X ã Hội Chủ Nghĩa Việt N am và Cộng H oả Dân Chủ Nhân Dân Lào Phần tìiượng nguồn của dòng chửứi có tên là sông Nậm N ơn b ầ nguồn ù*ên lãnh ửiổ 2 tình Hủa Phăn và Xiêng Khoảng thuộc C H D O Æ ) Lào có diện tích khoảng 9.470 km^ chiếm 34,8% diện tích lưu vực Phần còn lại có diện tích khoảng 17.730 km^ (chiếm 6 5 ^ % diện tích tôàn lưu vực) chảy vào lãnh tìiổ Việt Nam có tên là sông Cả qua 2 tình tíiuộc v ừ ig Bắc Trung Bộ là: Nghệ A n và Hà Im h

Lưu vực sông C ả (ứiuộc V iệt N am ) được giới hạn tò:

18°15’ đến 20"10’3 0 ” v ĩ độ Bắc

V à từ 103°45’2 0 ” đến 105°15’2 0 ” kinh độ Đ ông

1.2 Đ Ặ C Đ IỂ M Đ ỊA H ÌN H

L ư u vực sông C ả p hát triển theo hướng Tây B ắc - Đ ông N am , ngh iên g dần ra biển T oàn bộ v ù n g th ư ợ n g nguồn trên đất Lào cỏ độ cao bình quân ư ê n 1.000 m , ở địa phận V iệt N am hom 80% diện tích là đồi núi D iện tích đất có độ dốc thoả m ãn cho y êu cầu p h át triên nôn g nghiệp chỉ chiếm 19% toàn vùn g v à 14% to àn lưu vực

D ãy núi P hu H oạt ở thượng nguồn sông H iếu có đỉnh cao 2.452 m , th ư ợ n g nguồn sông G iăng, sông L a là các dãy núi T rường Sơn có độ cao ữ ê n 2.000 m , càng gần

về p h ía N am v à T ây nam núi đồi thấp dần xuống độ cao 1.300-1.800 m , đến vùng núi đồi H à T ĩnh độ cao giảm còn 400-600 m D ải T rường Sơn v à các dãy núi cao của 6 hu yện m iền núi N g h ệ A n đã hìn h th àn h m ộ t bức trư ờ n g th àn h ngăn gió biển thổi vào đất Lào tạo nên sự khác biệt về chế độ khí hậu của hai nước

H ìn h l.2 B ản đồ địa lý hành chính lưu vực sông C ả phần ở V iệt N am

1.3 TH Ả M PH Ủ TH Ự C V Ậ T

Dù tỷ lệ đất rừng tự nhiên còn khá cao (51,5% diện tích tự nhiên), nhưng diện tích có rừng rất thấp (29%) và do bị khai thác nên độ che phủ kJlông cao, những cánh rừng nguyên sinh chỉ ở trên núi cao nơi không thể khai thác được, rừng mới trồng độ che phủ càng thấp Độ che phủ càng thấp, đất rừng bị phong hoá dề bị xói mòn, cây rừng bị chặt phá nên rất nhiều cành khô củi mục khi có mưa lớn rẩt dễ bị cuốn trôi theo dòng lũ tạo nên dòng chảy có nhiều bùn, rác và thậm chí có cả các cây gỗ lớn gây ra hậu quả nặng nề Bản

1.4 ĐẶC ĐIÊM SÔNG NGÒI

Hệ thống sông Cả có mật độ lưới sông ỉà 0,6 km/km^ Dòng chính sông Cả dài

531 km được bắt nguồn từ các dãy núi cao thuộc tỉnh Xiêng Khoảng có độ cao trên

2000 m và chạy theo hướng Tây Bắc- Đông Nam cho tód vị trí cách biển 40 km thì chuyển theo hướng Tây - Đông rồi đổ ra biển tại Cửa Hội Lòng chính sông Cả ổn định, ít bãi bồi Chiều rộng đoạn sông ở thượng nguồn từ 50-60 m, phần trung lưu 50-150 m, phần hạ đu 200-3OOm và càng mở rộng ra phía cửa biển Hệ sổ uốn khúc của sông Cả là 1,74 Phẩn thưọrng nguồn trên đất Lào có độ dốc lòng sông lớn, khi đến Việt Nam thì độ dốc giảm nhiều Đoạn Nậm Nơn chạy dọc theo biên giới Việt - Lào hướng Tây - Đông Từ biên giới Việt Lào đến Cửa Rào sông khá phẳng, dài khoảng 102 km có hướng Tây Bắc-Đông Nam, độ dốc đáy khoàng 3%, lòng sông

có nhiều thác ghềnh Từ Cửa Rào đến Con Cuông, sông Cả chày trong một máng động cũ nên sông khá sâu, độ dốc nhỏ khoảng 0,4% Trung lưu sông Cả kể từ Con Cuông đến Anh Sơn, thung lũng sông mở rộng rõ rệt, độ dốc đáy giảm xuống 1% Sông Cả có 44 phụ lưu cấp I (diện tích luxi vực tò 90 km^ trở lên) Trong đó đáng chú ý là sông Nậm Mô, sông Hiếu, sông Giăng, sông Ngàn Sâu Các nhánh sông thường ngắn và dốc bất nguồn tìr các tâm mưa lớn nên nước lũ tập trung nhanh.+ Sông Nậm Mô: Chủ yếu nằm trên đất Lào với diện tích lưu vực 3.970 km^,

chiều dài đòng chính 160 km, độ dốc lòng sông 0,35 °/oo, độ rộng bình quân 30 - 35

m và đổ vào sông Cả tại Cửa Rào

+ Sông Hiếu: Bắt nguồn từ dãy núi Phu Hoạt có đinh cao 2.452 m Dòng chính thượng nguồn chảy qua vùng có lượng mưa năm trên 2000 mm, càng về hạ du sông chảy qua các vùng có lưọng mưa năm nhỏ hơn (1.500 - 1.800 mm) thuộc các huyện Quỳ Châu, Nghĩa Đàn, Tân Kỳ và đồ vào sông Cả ở ngã ba Cây Chanh Thượng nguồn sông Hiếu về đến Quỷ Châu lòng hẹp có nhiều ghềnh thác Sông Chàng, sông Dinh là 2 chi lưu lớn của sông Hiếu

+ Sông Giăng: Diện tích lưu vực là 1.050 km^ bắt nguồn từ đỉnh núi cao của dãy Trường Sem nhập vào sông Cả ở ngã ba Thanh Tiên Lòng sông hẹp, dốc chày qua vùng mưa trên 2.000 mm/năm của huyện Con Cuông và Thanh Chương nên dòng chảy khá dồi dào.

+ Sông La: có diện tích lưu vực 3.210 km^ đồ vào sông Cả ở ngã ba Chợ Tràng Sông La được tạo bởi 2 nhánh lớn: Ngàn Phố có diện tích 1.070 km^ chảy trong địa phận cùa huyện Hương Sơn, lòng dẫn của sông Ngàn Phố biến đổi mạnh

và trực tiếp uy hiếp tới sự ổn định của các công trình ven bờ Ngàn Sâu chảy qua vùng mưa lớn của huyện Hương Khê (2.200 - 2.400) mm/nãm, môđun dòng chảy lớn (65 1/s.km^)

Bảng I ỉ Đặc trưng hình thái lưu vực sông

Lưu vực

sông

Diện tích lưu vực (km^)

Độcaobìnhquân(m)

Độdốcbìnhquân(km)

Chiềurộngb.q(km)

Mật độ ỉưới sông (km/km

Hệ SỐ

đối xứng

Hệ số hinh dạng

Vị trí địa lý, hình thái địa hình, địa mạo, lớp phủ thực vật là những nhân tố chính quyết định chế độ khí hậu lưu vực Lưu vực sông nằm thiên về phía Nam nên

sụ ảnh hưởng của các khối không khí lạnh về đến đây đã bị giảm bớt, ảnh hưởng của gió Tây Nam đến đây lại sớm hon nên mùa Đông của lưu vực kết thúc sớm hơn

so với ở Bắc Bộ Các dãy núi chạy dài theo các hướng khác nhau nên những tâm mưa và vùng mưa lệch pha nhau Sự phân cẳt cùa địa hình và chế độ khí hậu đã ỉàm cho chế độ thuỷ văn trên dòng chính và các phụ lưu lớn diễn ra rất phức tạp

- Chế độ nhiệt

Nhiệt độ trung bình năm tìr 23,5-23,8 “c Mùa lạnh thường tìr tháng XII năm trước đến tháng III năm sau Mùa nóng kéo dài từ tháng V đến tháng VIII, tháng VII là tháng nóng nhất Chế độ nhiệt cụ thể cho một số vị trí được thể hiện trên bảng 1.2

Bcmg 1.2 Nhiệt độ tìiáng, năm trung bình nhiều năm tại một số vị ừí trên lưu vực

Đơn vị: °c

Quỳ Châu 16,6 17,9 20,9 24,4 27,0 27,8 27,9 27,1 26,0 23,8 20,6 17,6 23,1Tây Hiếu 16,2 17,4 20,3 24,0 27,2 28,1 28,4 27,3 26,0 23,6 20,5 17,5 23,0Cửa Rào 17,5 18,9 21,8 25,2 27,4 28,0 28,1 27,3 26,2 24,1 20,9 18,2 23,6Con Cuông 17,0 18,1 20,9 24,7 27,5 28,3 28,7 27,0 26,3 24,0 21,0 18,1 23,5

Đô Luơng 17,2 18,2 20,6 24,2 27,3 28,7 29,1 27,9 26,4 24,3 21,3 18,6 23,7Vinh 17,0 17,9 20,3 24,1 27,7 29,2 29,6 28,7 26,8 24,4 21,6 18,9 23,9Quỳnh Lưu 17,0 17,6 20,1 23,7 27,5 28,9 29,4 28,3 26,8 24,4 21,4 18,5 23,6Hương Khê 17,0 18,1 20,3 24,6 27,5 28,5 29,0 27,7 25,9 23,7 20.7 18,2 23,5

(Nguồn: [1])

- Chế độ ẩm

Độ ẩm tương đối trung bình năm của lưu vực dao động tìr 80% đến 85% Độ

ẩm trung bình tháng VII đạt trị số thấp nhất vì thưòng có gió Lào Độ ẩm trung bình mùa lạnh ở đồng bằng cao hơn ở vùng núi, nhưng độ ẩm tương đối trung binh tháng thì ngược lại

- Chế độ gió, bão

+ Gió: các tháng mùa Đông có hướng gió thịnh hành là Đông và Đông Bắc, vận tốc trung binh từ 1,5 m/s đến 2 m/s v ề mùa hè hướng gió thịnh hành là gió Tây

và Tây - Nam, với vận tốc gió bình quân đạt từ 2 m/s đến 3 m/s Tốc độ gió lớn nhất

có thể đạt tới 40 m/s Hàng năm từ tháng V đến tháng VIII có 30 - 35 ngày có gió Lào và được chia thành từ 5 - 7 đợt

+ Bão: bão thưòmg đổ bộ vào lưu vực trong tháng IX và tháng X gây ra mưa lớn trên diện rộng Những đợt mưa lớn kéo dài tìr V đến VII ngày gây ra lũ lụt nghiêm trọng Cường độ mưa lớn nhất khi có bão đạt tời 700-899 mm/ngày và xảy

ra trên diện rộng tạo nên lũ lớn trên lưu vực nhu lũ nãm 1978, 1996

Bảng ỉ 3 Độ ẳm tương đối trung bình nhiều năm của ứiáng ữong năm (%)

Diễn biễn lượng mưa: Trong mùa mưa thường xuất hiện 2 đỉnh mưa, đinh phụ xuất hiện vào cuối tháng V, tháng VI tạo nên lũ tiều mân, lượng mưa trong 2 tháng

5 và 6 chiếm khoảng 20% lượng mưa năm Đỉnh mưa chính thường xuất hiện vào tháng IX hoặc tháng X, lượng mưa khoảng 40% tơi 50% lương mưa năm.

Đẩu mùa hạ lượng mưa đạt cực đại vào tháng VI, Cường độ mưa trong mùa mưa bão rất lớn, trong 1 ngày lượng mưa có thể đạt từ 700 mm đến 800 mm, mưa 3 ngày đạt trên lOOOmm Ngày 20/8/1965 ở thành phố Vinh chỉ trong 1 giờ lượng mưa đạt 142 mm

v ề mùa khô lượng mưa lại khá nhỏ Tổng lượng mưa ừong 6 tháng mùa khô

(rtr tháng XII năm trước đến tháng V năm sau) chỉ chiếm có 10- 20% lượng mưa năm Lượng mưa cực tiểu thường rơi vào tháng II, tháng III Nhiều noi trong vùng lượng mưa tháng chỉ đạt 1- 2% lượng mưa năm

Bảng Ị 4 Lượng mưa ừung bình tìiáng và năm (mm)

Quỳ Châu 18,1 16.4 27.4 83.0 207.2 214.5 198.9 280.0 320.4 226.8 55.8 17.5 1671.7 Quỳ Họp 22.7 33.0 28.2 63.1 187.1 207.6 182.6 283.4 294.0 252.4 52.0 19.1 1648.6 Tây Hiến 24.2 24.6 28.6 70,8 150.3 168.9 162.9 299.8 349,8 273.6 65.1 22.9 1611,8 T.Dương 10.2 15.3 36.6 86.2 147.6 146.5 145.1 229.6 219.1 159.0 38.8 11.3 1245.2 Quỳnh Lưu 22.1 25.0 28.4 58.6 101.4 143.3 119.5 230.2 418.3 328.1 89.7 31.7 1592.5 Con Cuông 34,7 36.0 42.7 81.2 182.6 152,3 162.2 161.7 357.0 294.4 95.2 32.3 1729.9

1.6 ĐẶC ĐIẾM THỦY VÄN

- Dòng chảy năm

Mô số dòng chảy bình quân nhiều năm có xu tìiế tăng dần từ thượng nguồn ra đên của sông, phù hợp với sự phân bố lượng mưa nhiều năm ở lưu vực Chiều sâu dòng chảy sữứi ra trong năm frên các sông nhánh đều lớn hơn ở dòng chính sông Cả Do ảnh hưởng của thời tiết khô nóng nên hệ số dòng chảy năm ở lưu vực sông Cả chỉ đạt từ 0,4 đến 0,5 Tuy nhiên ở thượng nguồn sông La, sông Giăng, sông Hiếu thì hệ số dòng chảy năm có thể đạt được tới 0,6 đến 0,7

Trên dòng chính sông Cả lượng nước các tháng mùa lũ chiếm tới 70 - 75% lượng nước cả năm, lưu lượng bình quân tháng lớn nhất có thể gấp 10 lần tháng nhỏ nhất Giá trị lun lượng lớn nhất thường hay xuất hiện vào tháng IX, giá trị nhỏ nhất lại hay xuất hiện vào tháng III, tổng lượng dòng chảy năm nhiều nước gấp 2,7 tới 2,9 lần so với năm ít nước Còn ở các sông nhánh tỷ lệ giữa năm nhiều nước và năm

ít nước còn biến động lớn hơn Những năm nhiều nước thường xuất hiện lũ lớn

hoặc đặc biệt lớn, trước hoặc sau những năm có các trận lũ lớn thường là những

năm nước kiệt Trên sông La có xu hướng xuất hiện hai giá trị cực tiểu của lưu lượng bình quân tháng (tháng IV và tháng VII), lớn nhất vào tháng VI và tháng IX

Sự xuất hiện những năm nhiều nước ở thượng nguồn sông Cả và các nhập lull thường không đồng thời xảy ra vào cùng một năm Năm 1973 ở thượng nguồn, năm

1960 ở sông Ngàn Sâu, năm 1962 lại ở sông Hiếu Thời gian bắt đầu và kết thúc mùa lũ ở tìmg vùng trên lưu vực sông Cả cũng khác nhau Phần lưu vực trên đất Lào mùa lũ bắt đầu và kết thúc sớm hơn ở phần lưu vực thuộc Việt Nam

+ Mối quan hệ giừa mưa và lũ: Nước lũ sông Cả có quan hệ rất chặt chẽ với quá trình diễn biến mưa trên bề mặt iưu vực Do mưa lũ xảy ra không đồng thời ở

cả vùng khác nhau trên cùng một lưu vực nên lũ lớn ở các sông nhánh thường xảy

ra một cách không đồng thời giữa chúng và dòng chính sông Cả Trong 2 tháng EX

và X trên lưu vực thưòmg có những trận mưa kéo dài tìr 5-10 ngày xảy ra trên diện rộng, đặc biệt là khi gặp bão thì lũ càng lớn thường gây ra lụt lội nghiêm trọng ờ đồng bằng và hạ du Do có quan hệ chặt chẽ với mưa nên lũ sông Cả xuất hiện vào tháng VII và VIII thưòng không nguy hiểm vì sự hoạt động của các hình thái thời tiết gây mưa ờ lưu vực chưa phát triển mạnh

+ Cường suất nước lũ: Những tâm mưa lớn thường xuất hiện ở sườn phía Đông Nam của những dãy núi chắn gió, vùng khu giữa từ Dừa đến Yên Thượng, lưu vực sông Giăng, thượng nguồn sông Ngàn Phố, Ngàn Sâu, sông Hiếu Mưa lớn rơi trên bề mặt các sông suối ngắn và dốc làm cho nước lũ tập trung rất nhanh,cường suất mực nước lũ đạt tới Im /giờ ở các sông suối nhỏ; 7- 8 m/ngày ờ các sông

+ Tổ họp lũ: có 13 trong số 30 trận lũ lớn nhất trong năm tại Cửa Rào xuất

hiện đồng bộ với lũ lớn nhất tại Dừa, chiếm tỷ lệ 43,3% Lũ lớn nhất trong năm tại

Cửa Rào gặp lũ lóm nhất trong năm tại Nghĩa Đàn (sông Hiếu) chỉ có 6 trường hợp

chiếm 20%, trong khi đỏ lũ lớn nhất trong năm tại Nghĩa Đàn (sông Hiếu) trùng

hợp với lũ lớn nhất trong năm tại Dừa là 20 con lũ chiếm 66,7% ờ thưẹmg nguồn sông Cả năm có lũ lớn là: 1963, 1980, 1988; sông Hiếu năm 1962, 1978, 1988; sông

Giăng 1978, 1988; sông Ngàn Phố 1960, 1978, 1988 1989; sông Ngàn Sâu 1960,

1978, 1988 Trong vòng 30 năm có tài liệu chỉ có năm 1988 trên toàn bộ các sông nhánh lÓTi và thượng nguồn có lũ lớn đồng thời xảy ra nên đã gây lũ lón ở hạ du

Năm 1978 tuy thưọng nguồn chỉ là năm có lũ thuộc loại trung bình nhưng cả 4 sông nhánh lớn đều có lũ lớn nên cũng gây ra lũ lớn ở trung, hạ du tạo nên đường mức

nước lũ cao nhất (trong 30 năm) trên dòng chính sông Cả từ Dừa về tới Bến Thủy

[8]

- Dòng chảy kiệt

Mùa kiệt ở lưu vực sông Cả được bất đầu từ tháng XII cho tới tháng V, nhưng

ở các sông nhánh thượng nguồn bắt đầu và kết thúc sớm hơn, còn các sông nháah ở

hạ du lại bất đầu và kết thúc muộn hơn Khả năng xuất hiện mực nước kiệt nhất tập

trung chủ yều từ các tháng in , IV, V, VI ở thượng nguồn và dòng chính sông Cả Trên sông Ngàn Sâu và Ngàn Phố mực nước kiệt xuất hiện tập trung từ tháng V đến tháng v n i Trong mùa kiệt khả năng sinh thuỷ lớn nhất là sông Giăng và sông La.Khả năng sinh thủy trên thượng nguồn sông Cả và sông Hiếu rất kém Sự biến động của lun lượng trong mùa kiệt cũng khá lớn (Cv = 0,3 trên dòng chính và Cv= 0,25 trên hai sông Ngàn Phố và Ngàn Sâu).

1.7 HIỆN TRẠNG KINH TÉ XÃ HỘI

- Dân số:

Dân số ừong lưu vực sông Cả khoảng 3.358.000 người (tính đến năm 2002) Tỷ

lệ táng bình quân 1,29% Có khoảng 20% dân số thành phố, đô thị và gần 30% dân sống ở vùng đồi núi và vùng núi cao Mật độ dân số đồng bằng 453 người/km^ Trên lưu vực có 8 dân tộc sinh sống, người Kinh chiếm 90%, dân tộc ít nhất là dân tộc Chút có khoảng 250 người sống ờ vùng núi thuộc tỉnh Hà Tĩnh

- Các ngành kinh tế có liên quan đến nguồn nước

+ Nông nghiệp: Tổng sản lượng toàn lưu vực đạt 1.043.953 tấn, trong đó Nghệ An 812.888 tấn, Hà Tình 228.054 tấn Nhờ vào các biện pháp giống cây trồng, kỹ thuật thâm canh và nhất là công tác thuỷ lợi phục vụ sản xuất nông nghiệp đã đưa năng xuất bình quân 26,2 tạ/ha (1992) lên đến 40,2 tạ/ha (2002) đã tăng cường được vụ Đông Xuân Nâng hệ số quay vòng đất lên 1,92 lần

+ Chăn nuôi: Các vật nuôi trên luu vực chủ yếu là Trâu, bò, lợn, gia cầm, hươu, dê theo quy mô hộ gia đình Chăn nuôi trên lưu vực đóng góp từ 25 30% giá trị thunhập cho người dân trên lưu

+ Còng nghiệp và tiểu thủ công nghiệp: Công nghiệp trên lưu vực sông Cả trong

thời kỳ đổi mới đã có những bước tiến quan trọng Công nghiệp đã hình thành cơ cấu đa ngành Đã bắt đầu hình thành các khu công nghiệp như công nghiệp xi măng Hoàng Mai 1,5x10^ tấn/năm, công nghiệp Nghĩa Đàn, mía đưòng Quỳnh Hợp, khai thác thiếc Quỳnh Hợp, công nghiệp xi măng Anh Scm, công nghiệp tổng hợp Vinh- Bến Thuỷ- Cửa Lò, công nghiệp Thanh Chương, Nghi Xuân, Hồng Lĩnh, Hưomg Khê ngoài ra còn phát triển tiểu thủ công nghiệp và công nghiệp cơ khí sửa chữa, chế biến nhỏ Tuy nhiên công nghiệp trên lưu vực sông Cả còn nhỏ lẻ chưa đồng

bộ, thiết bị lạc hậu, thiếu vổn sản xuất và thiếu nguyên liệu.

+ Thuỷ sản: Thuỷ sản được nuôi trồng theo hai nguồn: thuỷ sản nước ngọt, thuỷ sàn nước mặn, lợ Việc nuôi ữồng thuỷ sản mặn lợ tập trung đang được phát triển và có triển vọng, cho thu nhập cao nhưng cũng là một ừong những nguồn gây ô nhiễm ở ven biển M ột số vùng ven biển sản xuất nông nghiệp kém hiệu quả đang được chuyển đổi sang nuôi trồng thuỷ sản Tuy nhiên ngành này đang gặp khó khăn về nguồn nuớc để nuôi.

+ Lâm nghiệp: Độ che phủ rừng trên toàn lưu vực đạt 41,58% (2002), một số loài thú quý hiếm đang quay trở lại như voi, hổ Đông Dưcmg, bò tót, khỉ đuôi dài Có 2 vưÒTì quốc gia lớn là Phù Mát (Nghệ An) và Vũ Quang (Hà Tình) Hàng năm lâm nghiệp trên lưu vực sòng Cả cung cấp cho thị trường 45.000 gỗ và các sản phẩm khác Tính đến năm 2002 Nghệ An có 554.519 ha rừng tự nhiên và 30.481 ha rừng trồng Hà Tĩnh 191.900 ha rừng tự nhiên và 53.700 ha rừng trồng

+ Giao thông; Giao thông đã phát triển đều khẳp cả bốn loại hình: Đường bộ, đường thuỷ, hàng không và đường sất Có các tuyến giao lưu quan trọng như đường 7, Thanh Thuỷ, đường 8 Ngành giao thông đã phát triển nhanh chóng để phục vụ tốt cho phát triển kinh tể trên lưu vực

+ Du lịch: Du lịch có nhiều lợi thế phát triển theo dạng du lịch sinh thái, nghi ngơi,

lễ hội, ngành du lịch đang vươn lên để chiếm lĩnh thị trường

+ Y tế- Giáo dục: Thành phố Vinh đang trở thành trung tâm giáo dục đào tạo nguồn nhân lực cho khu vực, là đất hiếu học, giáo dục ở đây phát triển đều khắp trên địa bàn Lực lượng lao động có văn hoá chiếm tỷ lệ cao Công tác giáo dục cộng đồng được chú trọng Y tế phát triển mạnh mẽ về số lượng và chất lượng, đã có bác sỹ về tuyến xã, y tể cộng đồng làm tốt không để dịch bệnh lây lan

+ Thương mại: Thương mại vẫn đang ở dạng tự tiêu, tư sản, trung tâm thương mại Vinh, dọc đường 8 chưa có phát ữiển kinh tế thị trưÒTig Đã bắt đầu hình thành các siêu thị còn nhỏ lẻ

1.8 ĐẶC ĐIẾM TÀI NGUYÊN N ư ớ c MẶT VÀ CÔNG TRÌNH THỦY LỢI

1.8.1 Tài nguyên nước mặt

Tài nguyên nước mặt trên lưu vực được tạo thành chủ yếu là từ mưa, sau khi bị

ngấm, bốc hơi và tiêu thụ của tầng phủ thực vật trên bề mặt lưu vực (nhất là phần

lưu vực ở miền núi) rồi sinh ra dòng chảy Đề xác định được lượng nước mặt sản sinh trên toàn lưu vực cần có các trạm đo quan trắc lưu lượng

Tổng lượng dòng chảy năm trên lưu vực sông Cả là 23,5 tỷ nước với lưu lượng trung bình là 745 mVs, mô số trung bình là 27,4 l/s.km^.

Phân bố dòng chảy không đều theo không gian:

+ Vùng thượng nguồn sông Cả tại Cửa Rào có F = 12.800 km^, tổng lượng dòng chảy năm 6,72 tỷ m^, chiếm 42,0% dòng chảy sông Cả tới Yên Thượng, 28,6% lượng dòng chảy năm toàn lưu vực trong khi đó diện tích lưu vực chiếm 55,6% diện tích lưu vực sông Cả tại Yên Thượng, 47% diện tích toàn lưu vực

+ Sông Hiểu một nhánh lớn của sông Cả có tổng lượng dòng chảy năm 5,34

tỷ chiếm 33,7% lượng dòng chảy năm của sông Cả tại Yên Thượng và bằng 22,7% dòng chảy trên toàn luxj vực Trong khi đó diện tích của lưu vực sông Hiếu 23,2% diện tích lưu vực sông Cả tại Yên Thượng, 19,6% diện tích toàn lưu vực Dòng chảy trên lưu vực sông Hiếu khá dồi dào với mô số bình quân toàn lưu vực 31,6 1/s.kml

+ Khu giữa từ Cửa Rào, cửa sông Hiếu tới Yên Thượng có diện tích là 4.860kiĩi^, chiếm 21,1% diện tích sông Cả tại Yên Thượng 17,9% diện tích toàn lưu vực Tổng lượng dòng chảy năm là 3,94 tỷ m^, chiếm 24,6% dòng chảy sông Cả tại Yên Thượng và bằng 16,8% lượng dòng chảy toàn lưu vực sông Cả

+ Khu giữa này có sông Giăng nhập lưu vào sông Cả với diện tích lưu vực l.OSOkm^ chiếm 4,57% diện tích luxi vực sông Cả tại Yên Thượng, 3,86% diện tích lưu vực sông Cả, nhưng tổng lượng dòng chảy năm đạt 1,49 tỷ chiếm 9,31% tổng lượng dòng chảy sông Cả tại Yên Thượng, 6,34% lượng dòng chảy toàn lưu vực Mô số dòng chảy năm trung bình đạt 44,9 1/s.km^

+ Lưu vực sông La có diện tích 3.210km^, chiếm 11,8% diện tích toàn lưu vực sông Cả Tổng lưọng dòng chảy năm 6,29 tỷ chiếm 26,8% tổng lượng dòng chày năm toàn luTJ vực Mô sổ dòng chảy năm trung bình rất lớn đạt 62,0 1/s.km^

Theo thời gian trong năm phân phối dòng chảy năm trung bình không đều Mùa

lũ tò tháng VII XI với tổng lượng dòng chảy năm là 17 tỷ chiếm 72,5 lượng dòng chảy năm, mùa kiệt từ tháng XII tới tháng VI với tổng lưọng dòng chảy 6,45

tỷ chiếm 27,5% lượng dòng chảy nãm Ba tháng kiệt nhất là tháng II, III, IV với tổng lượng dòng chảy là 2,23 tỷ chiếm 9,5% dòng chảy năm

Với tần suất p = 75%, tổng lượng dòng chảy năm trên lưu vực là 18,4 tỷ ỉượng dòng chảy mùa lũ là 12,8 tỷ mùa kiệt là 5,61 tỷ ba tháng kiệt nhất1,85 tỷ m^.

Với tần suất p = 85%, tổng lượng dòng chảy năm là 16,1 tỷ mùa lũ 11,2 tỷm^, mùa kiệt 4,95 tỷ m^, 3 tháng kiệt nhất là 1,63 tỷ

Với tần suất p = 95%, tổng lượng dòng chảy năm trên luu vực là 13 tỷ m^,lượng dòng chảy mùa lũ là 9 tỷ m^, mùa kiệt là 4,05 tỷ m^, ba tháng kiệt nhất 1,34tỷ

Nhận xét chung: Dòng chảy năm trên lưu vực sông Cả là khá dồi dào, tuy nhiên phân bố dòng chảy không đều theo không gian và thời gian Trong năm lượng dòng chảy mùa lũ lớn chiếm 72,5% lượng dòng chảy năm còn lại là mùa kiệt Dòng chảy

3 tháng nhỏ nhất trung bình chì chiếm 9,5% lượng dòng chảy năm c ầ n phải có biện pháp công trình điều hoà phân phối lại dòng chảy đề phục vụ cho nhu cầu nước về mùa kiệt

1.8.2 Đặc điểm công trình thuỷ lợi

Là một vùng nông nghiệp chịu ảnh hưởng khắc nghiệt của thiên tai, thuỷ lợi ở đây thực sự là mặt trận hàng đầu cho sản xuất nông nghiệp Do đặc điểm tự nhiên của lưu vực nên các công trinh và hệ thống công trìn thuỷ lợi mới đảm bảo yêu cầu tưới cho các loại cây trồng là chủ yếu và cây lúa là cây lưong thực chinh ở toàn vùng Các hệ thống thuỷ nông lớn trong vùng gồm có:

+ Hệ thống Bắc (Đô lương - Diễn - yên - quỳnh) (1932-1937)

+ Hệ thống Nam (Nam - Hưng - Nghi) (1936-1945)

+ Hệ thống sôn g N ghèn

Các hồ chứa và trạm bơm nằm dọc theo dòng chính dòng nhánh sông cả

Tính dến nay tổng năng lực thiết kế tưới của các công trình thuỷ lợi hiện có lưu vực sông Cả thuộc đất Việt Nam là 158.450 ha, thực tưới là 106.290 ha N hờ có các công trình thuỷ lợi phục vụ nông nghiệp, năm 2000 trong vùng dự án đã gieo trồng được 106.287 ha lúa chiêm xuân, 70.278 ha lúa hè thu, 54.287 ha lúa mùa, diện tích màu trong vụ chiêm xuân là 64.714 ha, vụ thu mùa 32.362 ha Các công trình thuỷ lợi ngoài việc dẫn nước tưới nước cho cây trồng còn cải thiện việc cấp nước cho sinh hoạt nhân dân ở các khu xa sông chính và sông nhánh, Một số trạm thuỳ điện nhỏ miền núi đã thực sự đem lại ánh sáng văn hoá cho vùng cao

Tuy nhiên, những tồn tại chúih của các công ữình thuỷ lọd hiện có là:

- Tình ữạng xuống cấp của các công trình thuỷ lợi

- Vấn đề quản lý khai thác còn nhiều tồn tại, sử dụng nước còn lãng phí và tuỳ tiện

- Nhiều công trình chưa được xây dựng đầy đủ tìr đầu m ối đến mặt ruộng.

Các công ừình xây dựng tập trung chủ yếu ở đồng bằng và những cánh đồng lớn ven sông ở các huyện trung du, việc xây dựng các công trình thuỷ lợi ở miền núi còn quá ít ỏi

Mặc dù có những tồn tại nhất định nhưng công tác thuỷ lợi ở lưu vực sông Cả

đã có những đóng góp quyết định cho những kết quả đạt được của ngành nông nghiệp và những ngành kinh tế quốc dân trên toàn lưu vực

CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU MÔ HÌNH WETSPA CẢI TIÉN

Sự p h á t triển của hệ thốn g thông tin địa lý (G IS ) và công nghệ viễn thám ữ o n g ứiời gian gần đây đã cho phép con người ứiu thập v à quản lý m ột số lượng lớn các ứiam số v à b iến số th ủ y v ãn phân bố theo không gian G ắn k ểt giữa G IS với các m ô hìn h th ủ y v ăn th am số ph ân phối ngày càn g có ý ng h ĩa quan trọng giúp ích cho công tác nghiên cửu ảnh h ư ở n g của h oạt động con người lên các đặc trư ng thủy văn ữ ê n

m ộ t lưu vự c sông T heo lý thuyết, các m ô hìn h lưu vực nên nắm bất bản chất kiểm soát vật lý của các yếu tố địa hình, th ổ nh ư ỡ n g v à th ảm phủ (hay sử dụng đất) lên sự sinh đòng chảy cũng n h ư cân bàng nước và nhiệt C ác m ô hình tìiủy văn th am số phân phối được cấu trú c m ột cách điển hình để đặc trư ng ho á các điều kiện của lưu

vự c như địa hình, th ổ nhưỡng, sử dụng đất, m ật độ thoát nước, m ức độ bão hoà của đất v à các thuộc tính của m ưa m à lợi thế lớn là sử dụng d ữ liệu của các đặc trư ng này dưới định dạng G IS ở đây chúng ta sẽ nghiên cứu cơ sở lý th u yết của m ô hình

W etSpa cải tiến - là m ột tro n g nh iều các m ô hình lưu vực nêu trên

2.1 L ỊC H S Ử P H Á T T R IỂ N C Ủ A M Ô H ÌN H W E T SPA C Ả I TIẾN

M ô hình WetSpa cải tdến được phát triển dựa trên m ô hình WetSpa và đồng ũiời vód

mô hình WetSpass cải tiến Hai m ô hình này sẽ được mô tả vắn tắt ở các mục sau đây

2.1.1 M Ô H ÌN H W E T SPA

W etSpa là m ộ t m ô hình thủy văn phân phối dựa trên quy luật tự nhiên dùng cho dự báo trao đổi nướ c và nhiệt giữ a đất, thảm phủ thực vật, khí quyển trong phạm vi m ột vùng, m ộ t lưu vực, có bước thời gian là ngày M ô hình được trư ờng

Đ H T ự D o B rúc xen, Bỉ xây dựng [19] Trong m ô hình h ệ thống thủy văn của m ột lưu v ụ c được xem xét bao gồm khí quyển, lớp tán lá của thảm phủ, đới rễ cây, tầng chuyển tiếp v à tầng b ão hoà L ư u vực được chia nhỏ thành các ô lưới nhàm xem xét tính không đồng n hất theo khô ng gian của các yếu tổ ảnh hưỏng M ỗi ô lưới lại được chia ra thành hai phần: đất trổng v à phần đất có thảm ph ủ m à theo đó cân bàng nước và n h iệt được duy trì H ìn h 2.1 mô tả các quá trình thủy văn dưới dạng giản đồ

Sự chuyển động của nước trong đất được g iản ho á là dòng chảy m ột chiều thẳng đứng, bao gồm quá trình thấm m ặt, thẩm sâu và dâng m ao dẫn trong tầng không bão ho à và bổ cập xuống tần g nước ngầm M ô hình đã được thiết kế để m ô phỏ n g dòn g chảy tràn H orton và khái niệm tạo dòng chảy biến đổi với diện tích nguồn Đ ể có được sự thể hiện trung thực hơn m ối tư ơ ng tác giữa dòng chảy m ặt và

lượng trữ ngầm, m ột mô hình dòng ngầm được tích hçfp mà frong đó cân bàng nước ngầm ữong đới bão hoà được miêu tả bàng phưcmg trình dòng chảy hai chiều theo phuơng ngang Dupuit-Forchheimer Với các điều kiện biên thích hợp vị trí mực nước ngầm được xác định bằng sơ đồ sai phân cho mối ô lưới, và là sơ đồ hiện theo mỗi bước tíiời gian Mô hình đã được xây dựng cho mục đích nghiên cứu với độ phân giải theo thời gian lả phút Điều này gây khó khăn ừong việc áp dụng mô hình vào các bài toán ửiực tế do khó khăn về số liệu sử dụng.

Hình 2.1 Cấu trúc mô hình WetSpa

2.1.2 W ETSPASS

M ột mô hinh đơn giản WetSpass được phát triển bởi Batelaan và De Smedt dựa trên cơ sở của W etSpa có thể được sử dụng như là đầu vào của các mô hình dòng ngầm trong một vùng và cho quá ttlnh phân tích các hệ thống dòng ngầm trong một vùng để ước lưẹmg lượng trao đổi nước ngầm theo không gian trong thời

kì lâu dài W etSpass tìiể hiện sự ữao đổi của nước và nhiệt giữa đất, thảm phủ và khí quyển dưới các điều kiện gẩn như là ổn định, dựa trên cơ sở GIS, mô hinh thủy văn phân bố theo không gian để tính toán lượng bốc thoát hơi, dòng chảy ừàn và dòng ngầm phân bố trong không gian theo từng năm và từng mùa Mô hình chứa các biến không gian theo sự phân bố của đất, thảm phủ, độ dốc H ình 2.2 đưa ra lược đồ cân bằng nước ở một ô lưới Tổng lượng cân bàng nước cho mỗi ô theo một lưới phân bố theo không gian được tách ra, phụ thuộc vào cân bàng nước cho các phần đất trổng, thực vật, ao hồ và đất không ửiấm Điều này giải thích sự không đồng nhất của tìiảm phủ phụ thuộc vào độ phân giải cùa ô lưới Các quá ừình trong mỗi phần của m ột ô lưới được sắp xếp theo ưmg lớp Điều này có nghĩa là sau khi mưa rơi ữên lưu vực, tiếp sau đó sẽ diễn ra các quá trình như hình vẽ

Hình 2.2 Một ô lưới giả thuyết ừong Wetpass

2.1.3 W ETSPA CẢI TIẾN

W etspa cải tiến là một mô hình thủy văn phân phối dựa trên cơ sở GIS cho dự báo lũ và mô phỏng cân bàng nước ừên lưu vực, nó có khả năng dự báo lưu lượng ờ cừa ra của lưu vực hay bất kì điểm hội tụ nào ừên lưu vực với các bước thời gian khác nhau [10] Mục tiêu của mô hình không chỉ dự báo lũ mà còn nghiên cứu các nguyên nhân tác động đến lũ, đặc biệt là sự phân bố theo không gian cùa địa hình, thàm phù và loại đất So sánh với mô hình WetSpa gốc, những thay đổi chính liên quan đến phần cải tiến là:

Bước ứiòd gian của ầ t cả các yếu tố tham gia trong quy trình ứiửy văn được thay đổi ứiành nhiều độ phân giải khác nhau (phứt, giờ, ngày, ) tuỳ tìieo sự cần ứiiết của quá tììiih dự báoỉũ

Các thành phần diễn toán dòng chảy theo dòng chảy fràn và chảy trong kênh được kết hợp giải gần đúng bàng phương pháp sóng khuếch tán tuyến tứứi

Thành phần dòng bên sát mặt đuợc ửiêm vào mô hình gốc để mô phỏng dòng sát mặt giải gần đúng bàng phưcmg pháp sóng động học

Thành phần tuyết tan được ứiêm vào mô hình gốc để mô phỏng lượng tuyết tan sử dụng phương pháp nhiệt độ ngày

Quá trình thủy văn tích nước ở các vùng trũng được xác định bằng một trong

những tổn thất chính của lượng triết giảm ban đầu.

M ô phỏng dòng ngầm được thực hiện trên lưu vực con bằng phương pháp hồ chứa tuyến tính để đom giản hoá các biến của mô hình.

Một vài công ứiức được tìiay đổi cho phù hợp với bản chất vật lý và các đữ liệu sẵn có.Tất cả các giá trị tham số ừong các bàng tra cứu trong mô hình được hiệu chinh lại dựa ừên tài liệu và các trưcmg hợp nghiên cứu trước đây

Các chương trình trong mô hình sử dụng ngôn ngữ Arc View Avenue và Fortran do đó sử dụng các đầu vào và đưa ra kết quả các đầu ra không gian rất tốt.2.2 X Â Y D ỰNG MÔ HÌNH

và dòng chảy ngầm Hệ thống mô phỏng quá trình thủy văn gồm có bốn bể chứa: lớp phủ tíiực vật, lóp đất bên frên, tầng rễ cây và tầng nước ngầm bão hoà Mưa rơi

tà khí quyển ữước khi xuống mặt đất bị giữ lại bởi lượng ngưng tụ trên lá cây Phần mưa còn lại rơi xuống mặt đất được chia thành hai phần phụ thuộc vào diảm phủ, loại đất, độ dốc, cường độ mưa và độ ẩm kì ừirớc của đất Thành phần đầu tiên làm đầy các vùng trũng trên mặt đất và đồng thời chảy tràn trên mật đất trong khi phần còn lại ngấm vào đất Phần mưa ngấm đó có thể giữ lại ở đới rễ cây, chảy sát mặt

hay thấm sâu hem xuống tầng nước ngầm, chúng phụ thuộc vào độ ẩm cùa đất Nước tích tụ từ một ô lưới bất kì chảy sát mặt phụ thuộc vào lượng trữ nước ngầm

và hệ sổ triết giảm Thấm tùr lớp đất được giả định cung cấp cho lượng nước ngầm Chảy sát mặt tìr đới rễ cây được giả định đóng góp vào dòng chảy tràn và diễn toán

ra cửa ra của lim vực cùng với dòng chảy tràn Tổng lượng dòng chảy ữàn từ mỗi ô lưới là tổng lượng dòng chảy ừàn, sát mặt và dòng ngầm Bốc thoát hơi diễn ra từ thực vật qua hệ thống rễ cây ở trong lớp đất và một phần nhỏ từ lượng nước ngầm Cân bằng nước đối với lượng ngưng tụ gồm có mưa, bốc hơi và qua dòng chảy -Cân bằng nước cho các vùng trũng gồm có lượng mưa rơi, thấm, bốc hơi và chảy tràn Cân bàng nước cho khối đất gồm: ngấm, bốc thoát hơi, ứiấm và chày sát mặt Cân bằng nước cho lượng nước ngầm gồm: luợng cung cấp cho nước ngầm, bốc thoát hod từ tầng sâu và dòng chảy sát dòng ngầm Hình 2.3 đưa ra cấu trúc mô hình ở mức độ ô lưới

2.2.3 Các giả thiết của mô hình

Các đặc điểm của đất và địa mạo là đồng nhất trên mỗi ô lưới

Thảm phủ và lớp đất đồng nhất ừên mồi ô lưới

Giáng ứiủy đồng nhất đieo không gian frên một ô lưới

Dạng chảy tràn Horton có thể sử dụng cho hầu hết các khu vực

Bốc tìioát hơi được bỏ qua trong suốt cơn bão và khi độ ẳm đất ứiấp hơn độ ẩm dư.Bốc thoát hơi sâu diễn ra khi đất khô và giới hạn bởi lượng ữữ nước ngầm hiệu quà.Lượng ẩm đất đồng nhất trong một ô khi lượng trừ nước ngầm phân bố không đều trên ti lệ lưu vực con cho mỗi bước thời gian

Nước chày dọc ứieo hướng chảy tìr một ô này tới một ô khác và không bị phân chia cho ô lưới bên cạnh

Phương pháp sóng khuếch tán tuyến tính có thề áp dụng để diễn toán cho dòng chảy tràn và chảy ừong kênh

Bán kúứi thủy lực phụ ửiuộc vào vị trí, thay đổi ứieo tần suất ỉũ nhưng không đổi trong một trận lũ

Dòng sát mặt xảy ra khi lượng ẩm đất cao hơn khả năng trữ và có ứiể được ước lượng bỏd định luật Darcy và phưong pháp sóng động học

Các tổn thất cùa quá trình ngấm sâu xuống đất không quan trọng

Bốc tìioát hcri Giáng ứiùy

Hình 2.3 Cấu trúc của mô hình W etSpa cải tiến ở cấp độ ô lưới

2.2.4 Các hạn chế của mô hình

Mô hình ứiủy văn là một công cụ dùng để mô phỏng các quá ừình thủy vãn thực tế thông qua sử dụng dữ liệu đầu vào mô tả các đặc điểm vật lý của hệ ứiống, các thuật toán để chuyển dữ liệu đầu vào thành các dữ liệu đầu ra quan trọng, và đơn giản hoá các giả định đã hạn chế phạm vi sử dụng của mô hình Các hạn chế của mô hình phải được xem xét trong quá trình chạy mô hình và đưa ra đầu ra Dưới đây là những hạn chế chính liên quan đến quá trình mô phỏng mô hình:

Mô hình W etspa cải tiến chạy với chuỗi số liệu đầu vào liên tục Do đó, kiểm tra túih liên tục và độ tữi cậy phải được thực hiện ừong giai đoạn chuẩn bị dữ liệu Nểu chuỗi số liệu mưa hoặc bốc thoát hod tiềm năng bị thiếu thì phải nội suy Đẻ đánh giá tính liên tục của mô hình, các giá ứ ị âm phải được thay thế ừong trưòmg hợp các dữ liệu ứiực đo bị thiếu

Các loại sử dụng đất được nhóm lại do đó có m ột vài nhóm ừong số đó có thể không r õ ràng V í dụ, thành phần đất nông nghiệp có thể gồm đất ở các trang trại, bãi cỏ, đất không sử dụng và những loại đất khác không xác định như ừong thành phần sử dụng đất cụ thể khác Vụ mùa luân canh hàng năm không có giá trị ừong

mô hình Bên cạnh đó, đường quốc lộ và đường nông thôn không được đưa ra xem xét, nhưng chúng được kết hợp với thành phần đất ở vùng nông thôn, điều này có thể làm giảm lượng đòng chảy mặt và thay đổi hướng chảy

Các giá trị được gán cho mỗi raster hay ô lưới biểu hiện giá trị teuing bình trên diện tích mỗi ô Sự biến thiên trên mỗi ô lưới càng lớn, sai số sẽ càng tăng qua việc

sử dụng giá trị trung bìiủi Do đó, kích thước ô lưới nên được xác định rõ ràng Kích

cỡ ô lưới nhỏ có tíiể biểu hiện tốt hơn sự thay đổi các đặc điểm vật lý trên lưu vực, nhưng dẫn đến việc giả định thòi gian và tốn bộ nhớ hom tì-ong suốt thời gian mô phỏng, đặc biệt cho những lưu vực lớn Sự cân bằng nên được thiết lập giữa độ chính xác của mô hình và khả nàng của máy tính

Phải xác định bước thời gian để giải quyết các bài toán thủy văn cụ thể Ví dụ, thật là không khả ứii khi sử dụng bước thời gian là ngày hoặc giờ để dự báo iũ cho một lưu vực rất nhỏ, noi lượng nước thừa có thể chảy ra ngoài ngay ở bước thòã gian đầu tiên Trong trường hợp này phải chọn bước thòi gian ngắn hơn nếu có số liệu

Tích tụ tuyết và tuyết tan được mô hình hoá theo cách đơn giản dùng phương pháp hệ

số nhệt độ ngày, nó sẽ phân bố ỉại lóp tuyết, các ảnh hưởng về độ dốc, sử dụng đất

Mô hình W etSpa cải tiến mô phỏng dòng chảy tràn sử dụng phương pháp hệ

số kinh nghiệm được hiệu chinh chứ không sừ dụng các phưcmg ừình biểu diễn gần với các quá trình vật lý

Qua hạn chế này, việc sừ dụng phương pháp có nhiều thuận lợi để liên kết dòng chảy và các các đặc điểm của ô lưới như độ dốc, thảm phủ, loại đất và lượng

ẩm, và có khả năng lớn để dự báo ảnh hưởng của sự thay đổi thảm phủ lên các quá trình thủy văn trong lưu vực

Phần diện tích không thấm ở khu vực đô thị được đưa vào mô hình một cách chủ quan, phụ thuộc vào kích cở ô lưới, bòi vì không có các số liệu chi tiết Ví dụ, một ô lưới kích cớ 50x50 m ữù 30% diện tích không ứiấm được gán vào khu vực dân cư, 70% cho khu vực công nghiệp và ứiương mại và 100% cho bãi đỗ xe, đường dây liên lạc chinh Điều này không phản ánh ứiực tế và mang đến nhiều sai số cho kết quả mô hình

W etSpa cải tiến sử dụng nhiều tham sổ mặc định, những tham sổ này được nội suy từ các nghiên cứu tniớc đây và sử dụng cho toàn bộ lưu vực

Do phạm vi dao động quá lớn, các tham số như độ dẫn thuỳ lực, hệ số

n h á m .c ó thể ửiay đ ổi lớn khi ứng dụng mô hinh đến những địa điểm khác với m ôi

trường hoàn toàn khác Do đó, việc hiệu chỉnh mô hình là cần thiết và điều này mang đến những khó khăn cho quá trinh tham số hóa của mô hình ở lưu vực không

có trạm đo

W etSpa cải tiến giả định tầng nước ngầm ở phía dưới đới rễ cây Điều này hạn chế phạm vi sử dụng mô hình cho những vùng đất ngập nước.

2.3 CÁC CÔNG THỨC TRONG MÔ HÌNH

W etSpa cải tiến là mô hình liên tục, phân bố dựa ừên các quá trình vật lý mô

tả các quá trình mưa, chảy tràn và bốc thoát hcri cho cả vùng địa hình đơn giản và phức tạp Nó là mô hình phân bố vì lưu vực và mạng lưới kênh thể hiện thông qua một mạng lưới các ô M ỗi ô được mô tả bời các ửiam số, điều kiện ban đầu và lượng mưa riêng biệt Nó là mô hình liên tục vì có các thành phần mô tả sự di chuyển của lượng nước trong đất và bốc tìioát hoã giữa các cơn bão và do đó có sự cần bằng nước và nhiệt giữa các com bão Nó là mô hình dựa trên các quá ừình vật

lý vi các mô hình toán sử dụng mô tả các thành phần dựa trên các nguyên tắc vật lý như bảo toàn khối lượng và động lượng

2.3.1 Mưa

M ưa là một thành phần quan trọng trong bất cứ mô hình thủy văn nào Hiện nay W etSpa sử dụng phưcoig pháp đa giác Theissen Khu vực nào gần một trạm đo mưa nhất sẽ sử dụng số liệu mưa ở trạm đó Điều này dẫn đến những vùng mưa cùng sổ liệu với tính không liên tục giữa các vùng Thêm vào đó, không có căn cứ nào giả định rằng các điểm đo mưa cung cấp những giá ừị mưa chính xác cho những vùng xung quanh

Phưong pháp cổ điển nhất để ước lưẹmg lượng mưa cho một vùng là dựa vào các đường đẳng mưa với sự giúp đỡ của cấu trúc ô lưới LưọTig mưa trung binh tính toán giữa các đường đẳng mưa kế tiếp nhau Phương pháp này khó khăn cho việc sử dụng mô phỏng các bước ửiời gian vói dữ liệu mưa rải rác

Phương pháp ừọng số tì lệ nghịch ửieo khoảng cách là lựa chọn tiếp ứieo trong mô hinh, lượng mưa ở bất kì vỊ frí mong muốn nào được nội suy từ dữ liệu ứiực tế dụa trên khoảng cách tìr mồi trạm đo mưa và vị trí mong muốn Tuy nhiên, việc nội suy rất khó khăn với phưong pháp ừọng số tì lệ nghịch tìieo khoảng cách đối với ma teận số liệu lớa

2.3.2 Ngưng tụ

Ngimg tụ là một phần của giáng thủy, nó được trữ lại hoặc tích tụ bởi ứiảm phủ và bị bốc hơi sau đó Trong các nghiên cứu về những cơn bão, lượng tổn thất

do ngưng tụ tần lá cây nói chung là được bỏ qua Tuy nhiên nó có thể là nhân tố ảnh

hường quan trọng ch o những com bão vừa hay nhỏ và tinh toán cân bằng nước sẽ có

những sai số nếu không túứi đến tổn thất bốc hod từ lưẹmg ngưng tụ

- Cân bằng khối lượng của lượng ngưng tụ

Giáng thủy là một quá trinh phức tạp, nó bị ảnh hưởng bởi các đặc trưng của bão, loại thảm phủ, độ che phủ, giai đoạn trưởng thành, mùa, tốc độ gió T ổn thất ngưng tụ cao hơn ừong giai đoạn đầu của một cơn bão và đạt đến giá ừị 0 sau đó Trong phần W etSpa m ờ rộng, tốc độ mưa bị giảm cho đến khi đạt tới khả năng trữ Nếu tốc độ m ua ữong bước thời gian đầu tiên lớn hcm khả năng trữ ửiì cường độ mưa sẽ bị giảm bời khả năng ữữ Mặt khác, tất cả lượng mưa bị ngưng tụ ở lớp thảm phủ và phần còn lại của lượng ngưng tụ sẽ bị di chuyển tìr mua theo các bước thời Cân bằng khối lượng của lượng ngưng tụ tìrong một ô lưới:

S I , ự ) - S T , ( t - l ) + I , ự ) - E Ỉ , ự ) (2 1 )

Trong đó: Slị(t-l) và Sli(t) là khả năng ngưng tụ của ô thứ i ở bước ửiời gian t-

1 và t (miĩi), EI,(t) là lượng bốc hợi của ô thứ i ưr lượng ngưng tụ (mm), I|(t) là tổn thẩt ngưng tụ ở ô thứ i ữong toàn bộ bước tìiòã gian t (mm)

chảy ừàn nhanh ch ón g thay đổi thành lưu lượng và là m ột thành phần quan trọng

cho ước lượng quá ừình phản ứng của lưu vực

Thấm mật là dòng chảy đi xuống tầng đất tò bề mặt được định nghĩa là lượng mưa không đóng góp vào dòng chảy mặt Dưới các điều kiện bình ữiường, tốc độ thấm mặt là một hàm của; các đặc trưng của mưa, điều kiện mặt đệm, đặc điểm của đất, lượng ẩm ban đầu của đ ấ t Trong WetSpa cải tiến, phương pháp hệ số thay đổi

để ước lượng dòng chảy mặt và quá ừ-ình ngấm sử dụng liên kết chày ừàn và ngấm với địa hình, loại đất, thảm phủ, lượng ẩm và cường độ mưa Phưomg trình được biểu diễn dưới dạng:

P E , =CXP, { t ) - I Xt ) e ,(0

(2.4)Trong đó: PEi(t) là lượng mưa vượt ứiấm của ô thứ i ừên toàn bộ khoảng tíiòd gian (mm), Fi(t) là lượng thấm mặt của ô thứ i (mm), Ii(t) là tổn ũiất qua lá (mm), ej(t) là luçfng ẩm của đất trong bước thời gian t (mVm^), Gị s là độ rỗng đất(mVm^),

a là số m ũ liên quan đến cường độ mưa, Ci là hệ sổ mưa vượt ũiấm tiềm năng hay

hệ số dòng chảy tiềm năng ờ ô ứìứ i

Các hệ số mưa vượt ũiấm mặc định cho độ dốc, loại đất và ửiảm phủ khác nhau được ửiam khảo tìr tài liệu [10] Dựa ừèn sự phân tích vật lý và nội suy tuyến tính của các giá trị này, một bảng tra cứu đã được tììià lập liên quan đến hệ sổ mưa vượt ứiấm tiềm năng và sự

tổ họp của độ dốc, ỉoại đất và tìiảm phủ Mưa vượt ữiấm gần như liên quan đến độ ẩm tưcmg đối của đất Khi đất khô không có mưa vượt tìiấm, và hệ số mưa vượt thấm thực tế đạt đến ngưỡng (lượng nước ngấm được xem xét sử dụng cho ửiấm, bốc tìioát hoi và chảy sát mặt) khi Iưọng ẳm của đất gần đạt bão hoà

Hệsố

mưa vượt thấm

ac 0,: c,4 0 6 OS '.oTrạng thái bão hòa tương đối

Hình 2.4 M ổi quan hệ giữa hệ số mưa vượt thấm và lượng ẩm của đất

2.3.4 Tổn th ấ t điền trũ n g và dòng chảy trà n

M ưa rơi xuống mặt đất có thể ngấm hay bị giữ lại ở những vùng trũng nhỏ như là: mương, v ữ ig nước và trên mặt đất Ngay khi cường độ mưa vượt khả năng ứiấm cục bộ, lượng mưa vượt ứiấm bắt đầu làm đầy các vùng trũng Nước giữ ưong vùng trũng ở cuối ư ận mưa hoặc bốc hơi hoặc đóng góp cho độ ẩm đất và chảy sát mặt theo quá ừình thấm Các yếu tố ảnh hường đến tích đọng vào các vùng trũng là địa hình; độ đốc: chênh lệch độ dổc càng Icm, tổn thất càng nhò; loại đất: càng nhiều

đất pha cát, tổn thất càng lớn; tìiảm phủ: rừng càng nhiều, tổn tìiất càng nhỏ; lượng mưa kì trước: lượng ẩm càng nhiều, lượng trữ càng ít và ứiời gian: tổn ứiất giảm theo thời gian Trong W etSpa cải tiến, tích nước cho các vùng trũng được xem xét trong hệ số mưa vượt thấm tiềm năng, liên quan đến nhấn mạnh các ảnh hưởng của

nó đến quá trình sinh dòng chảy, đặc biệt là độ nhám bề mặt và cho những cơn lũ nhỏ Do đó, hệ số mưa vượt thấm tiềm năng mặc đinh nên được quyết định cẩn thận tùr tài liệu, nhấn mạnh đến ảnh hưởng của ngưng tụ và tích nước cho các vùng trũng

- Công ứiức tứứi lượng tích nước từ các vùng tôíng

Phương trình thực nghiệm của Linsley sừ dụng ữong W etSpa cài tiến;

Trong đó: SDi(t) là lượng trữ nước từ các vùng trũng ừong ô thứ i ở thời gian t (mm), SDi,0 là khả năng trữ nước từ các vùng trũng (mm) Giá trị này được lấy tò bảng ừ a cứu

PCj là luợng mưa vượt thấm tích tụ trên lớp đất mặt (mm)

S D ^ t - ị

Theo phưong ừinh (2.6) tất cả dòng chảy tràn và lượng tích nước từ các vùng trũng xảy ra đồng tiiời, theo sự di chuyển nước của dòng chảy tràn, thậm chí nếu lượng mưa vượt ứiấm ít hcm khả năng trữ nước từ các vùng trũng

- Cân bằng khối lượng của lượng trữ nước từ các vùng trũng

Nhắc lại rằng lượng mưa vượt thấm là tổng của dòng chảy tràn và sự thay đồi lượng trừ nuớc tìr các vùng trũng, do đó lượng chảy ừàn ửên toàn bộ khoảng thời gian RSt (m) được viết như sau:

2.3.5 Cân bằng nước trong đới rễ cây

Lượng ẩm của đất là lượng nước thực tế giữ trong đất ờ bất kì ứiời điểm nào, thường ứng dụng cho lớp đất có thực vật phát triển Dựa vào lượng ẩm khác nhau của đất, lượng fcrữ ẩm có thể được chia thành lượng bão hoà, khả năng chứa, độ ẩm dư W etSpa cải tiến tính toán cân bằng nước ừong đới rễ cây cho từng ô lưới Lượng nước ữong đất được cung cấp bởi ngấm và di chuyển tìr đới rễ cây bỏã bốc thoát hơi, chảy sát mặt và thấm xuống khu trữ nước ngầm

Lượng trữ ẳm ữong đới rễ cây được xác định bởi một phương trình cân bàng đơn giản;

D, [0, (t) - 0, (0] = F, (/) - ES, (0 - RG, (0 - Rỉ, (t) (2.10)Trong đó: 6 (t) và 0j (t -1 ) là lượng ẩm của đất ờ ô thứ i với bước thời gian t

và t-1 (m^/m^), Dj là độ sâu của rễ cây, Fj(t) là lượng ngấm qua lóp đất mặt trong khoảng thời gian t gồm lượng ngấm trong suốt cơn mưa và lượng ngấm từ các vùng trũng sau cơn mưa (mm), ESị(t) là lượng bốc thoát hơi thực tế tò đất ừong khoảng thời gian t (mm), RGị(t) là lượng thấm tìr đới rễ cây hay cung cấp cho dòng ngầm (mm), Rli(t) là dòng chảy sát mật cùa ô thứ i ữong khoảng thời gian t (mm)

2.3.6 Bốc thoát hơi từ đất

- Bốc thoát hod tiềm năng

PET được định nghĩa là lượng nước bốc hcfi, nó có thể được thoát ra từ thực vật hay lớp đất mặt tìrên mỗi đofn vị diện tích và mỗi đcm vị thời gian dưới những điều kiện tồn tại m à không cỏ giới hạn cung cấp nước Các nhân tố ảnh hường chữih

đến bốc ứioát hơi tiềm năng là : bức xạ mặt trời; tốc độ gió , đưa độ ẩm ra khỏi mặt

đất, và chênh lệch độ ẩm riêng của lớp không khí phía ừên lớp nước, động lực cho khuếch tán hori nước Trong W etSpa cải tiến, ba lựa chọn để ước lượng PET là:

+ Phưong ừình Penman-Monteiíh :

+ Phưomg pháp thống kê dựa ừên số liệu lịch sử:

De Smedt dựa trên ửiực nghiệm đã xây dựng phương trình tính bốc hoi tiềm năng trung bình ngày:

Bốc hơi tò đất trũng cung cấp một cách đo kết hợp ảnh hưởng của nhiệt độ, độ

ẩm, tốc độ gió và ánh nắng mặt tròã cho PET

Có thể sử dụng hệ số đất trũng và sử dụng trực tiếp trong mô hinh cho quá trình hiệu chỉnh thông sốvà mô phỏng mô hình

- Bốc thoát hoi ứiực tế

Không xem xét bốc hơi từ lượng ngưng tụ và các vùng trũng, lượng bốc thoát hơi thực tế là tổng lượng nước bốc hơi tìr đất và thực vật với lượng ẩm thực tế của đất Do đó nếu đất bão hoà, tốc độ bốc thoát hơi thực tế sẽ bằng với tốc độ PET Các yếu tố ảnh hưỏng đến bốc thoát hơi tiềm năng là: thời tiết, thảm phủ, đất Trong W etSpa cài tiến, bốc thoát hơi gồm bốn phần: bổc hơi từ lượng ngưng

tụ, bốc hơi từ các vùng trũng, bốc thoát hơi từ đất và bốc thoát hơi từ lượng nước ngầm D òng ngầm đóng góp cho bốc hơi sẽ được mô tả sau Lượng bốc thoát hơi