ỨNG DỤNG MÔ HÌNH NAM KHẢO SÁT TÁC ĐỘNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐẾN DÒNG CHẢY LƢU VỰC SÔNG NHUỆ TRÊN ĐỊA BÀN HÀ NỘI

Cấu trúc của mô hình mưa - dòng chảy lưu vực Trong tất cả các mô hình nhận thức mưa – dòng chảy hai thành phần được sử dụng: sự cân bằng nước trong tầng đất và sự vận chuyển nước tới cửa

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA: KHÍ TƯỢNG - THỦY VĂN - HẢI DƯƠNG HỌC

Phạm Vũ Minh Phượng

ỨNG DỤNG MÔ HÌNH NAM KHẢO SÁT TÁC ĐỘNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐẾN DÒNG CHẢY LƯU VỰC SÔNG NHUỆ TRÊN ĐỊA BÀN HÀ NỘI

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP HỆ ĐẠI HỌC CHÍNH QUY

Ngành: Thủy văn

Cán bộ hướng dẫn: TS Nguyễn Thanh Sơn

Hà Nội – 2010

LỜI CẢM ƠN

Khóa luận tốt nghiệp chuyên ngành Thủy văn đề tài “Sử dụng mô hình NAM đánh giá tác động của biến đổi khí hậu tới dòng chảy lưu vực sông Nhuệ trên địa bàn Hà Nội” đã được hoàn thành tại trường Đại học Khoa học

Tự nhiên vào tháng 5/2010

Để hoàn thành đề tài này em đã nhận được sự giúp đỡ rất tận tình của thầy giáo TS Nguyễn Thanh Sơn, thầy đã cho em những ý kiến quý báu, chỉ đạo tận tình trong việc định hướng nghiên cứu và hoàn thiện khóa luận Nhân dịp này em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn đã cho em những kiến thức quan trọng trong suốt thời gian học tập tại trường Điều đó đã hỗ trợ em rất nhiều trong quá trình học tập và chắc hẳn cả quá trình làm việc sau này

Em xin chân thành cảm ơn!

MỤC LỤC

Trang

LỜI CẢM ƠN 2

MỤC LỤC 3

MỞ ĐẦU 5

Chương 1 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN LƯU VỰC SÔNG NHUỆ 6

1.1 VỊ TRÍ ĐỊA LÝ 6

1.2 ĐỊA HÌNH, ĐỊA MẠO 7

1.3 ĐỊA CHẤT, THỔ NHƯỠNG 7

1.3.1 Địa chất 7

1.3.2 Thổ nhưỡng 8

1.4 KHÍ HẬU 8

1.4.1 Mưa 8

1.4.2 Nhiệt độ 9

1.4.3 Bốc hơi 9

1.4.4 Độ ẩm tương đối 10

1.4.5 Gió 10

1.4.6 Số giờ nắng 10

1.5 THỦY VĂN 11

1.5.1 Mạng lưới sông ngòi 11

1.5.2 Chế độ thuỷ văn 11

1.5.3 Mạng lưới quan trắc 12

Chương 2 GIỚI THIỆU MÔ HÌNH NAM 13

2.1 TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH MƯA – DÒNG CHẢY LƯU VỰC 13

2.1.1 Cấu trúc của mô hình mưa - dòng chảy lưu vực 14

2.1.2 Giới thiệu một số mô hình mưa – dòng chảy lưu vực 15

2.2 TỔNG QUAN MÔ HÌNH NAM 21

2.2.1 Cấu trúc mô hình NAM 21

2.2.2 Các thông số cơ bản của mô hình 23

2.2.3 Các yếu tố chính ảnh hưởng đến dòng chảy trong mô hình NAM 24

2.2.4 Điều kiện ban đầu của mô hình 27

2.2.5 Hiệu chỉnh thông số mô hình 27

Chương 3 XÂY DỰNG KỊCH BẢN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU 28

3.1 SƠ LƯỢC TÌNH HÌNH BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU HIỆN NAY 29

3.2 DAO ĐỘNG CÁC ĐẶC TRƯNG KHÍ HẬU CỦA VIỆT NAM VÀ HÀ NỘI 30

3.3 CÁC KICH BẢN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU 33

3.4 LỰA CHỌN KỊCH BẢN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU PHÙ HỢP VỚI KHU VỰC NGHIÊN CỨU 35

Chương 4 ÁP DỤNG MÔ HÌNH NAM KHẢO SÁT TÁC ĐỘNG CỦA BẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐẾN BIẾN ĐỘNG DÒNG CHẢY LƯU VỰC SÔNG NHUỆ 38

4.1 TÍNH TOÁN DÒNG CHẢY LƯU VỰC SÔNG NHUỆ 38

4.1.1 Số liệu đầu vào 38

4.1.2 Áp dụng mô hình NAM vào khu vực nghiên cứu 39

4.1.3 Hiệu chỉnh mô hình NAM 40

4.1.4 Kiểm định mô hình NAM 44

4.1.5 Nhận xét chung 45

4.2 ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU TỚI DÒNG CHẢY 46

4.3 NHẬN XÉT 49

KẾT LUẬN 50

TÀI LIỆU THAM KHẢO 51

MỞ ĐẦU

Biến đổi khí hậu là một trong những thách thức lớn nhất đối với nhân loại trong thế kỷ 21 Thiên tai và các hiện tượng khí hậu cực đoan khác đang gia tăng ở hầu hết các nơi trên thế giới Trong tương lai không xa biến đổi khí hậu sẽ làm suy thoái tài nguyên nước trên các lưu vực sông, ảnh hưởng nghiêm trọng tới đời sống của hàng chục triệu người dân và mọi hoạt động sản xuất Và theo theo đánh giá của Chương trình Phát triển Liên Hợp Quốc (UNDP, 2007) thì Việt Nam sẽ là một trong năm nước

sẽ bị ảnh hưởng nghiêm trọng của biến đổi khí hậu

Sông Nhuệ hiện nay là nguồn cung cấp nước chủ yếu cho các hoạt động nông nghiệp và nuôi trồng thủy sản trong lưu vực; nó đóng vai trò rất quan trọng trong đời sống kinh tế - xã hội của thủ đô Hà Nội Đứng trước thực trạng biến đổi khí hậu hiện hữu, thì việc đánh giá biến động tài nguyên nước càng trở nên hữu ích cho đời sống và sản xuất kinh tế của nhân dân cũng như công tác quản lý tài nguyên nước lưu vực sông Nhuệ

Khóa luận này đã sử dụng mô hình NAM đánh giá tác động của biến đổi khí hậu tới dòng chảy lưu vực sông Nhuệ trên địa bàn Hà Nội Mục đích của đề tài này là cung cấp một cách nhìn cụ thể hơn về các thay đổi dòng chảy của lưu vực sông Nhuệ trên địa bàn Hà Nội trước tình hình biến đổi khí hậu trong những năm tiếp theo Để từ đó có thể đưa ra các giải pháp khai thác, sử dụng hợp lý tài nguyên, bảo vệ môi trường và góp phần phòng tránh thiên tai lưu vực sông Nhuệ

Nội dung chính của khóa luận bao gồm:

o Đặc điểm địa lý tự nhiên lưu vực sông Nhuệ

o Giới thiệu mô hình NAM

o Xây dựng các kich bản biến đổi khí hậu

o Áp dụng mô hình NAM khảo sát tác động của biến đổi khí hậu đến dòng chảy lưu vực sông Nhuệ trên địa bàn Hà Nội

Chương 1 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN LƯU VỰC SÔNG NHUỆ

1.1 VỊ TRÍ ĐỊA LÝ

Sông Nhuệ (Nhuệ Giang) là một nhánh sông lớn phía bên bờ hữu của sông Đáy, sông lấy nước từ sông Hồng qua cống Liên Mạc (xã Thụy Phương, Hà Nội) chảy dọc qua địa phận Hà Nội, tiếp nhận nước thải của thành phố tại cầu Bươu sau đó đổ vào sông Đáy tại TX Phủ Lý

Sông Nhuệ là con sông nhỏ dài khoảng 62.9 km (tính riêng trên địa bàn Hà Nội)

và dài 76 km nếu tính từ nguồn là cống Liên Mạc về đến cống Phủ Lý (Hà Nam) Độ rộng trung bình sông là 30 – 40 m, với độ cao đáy sông 0.52 ÷ 2.8 m Sông chảy ngoằn ngoèo theo hướng Bắc – Nam ở phần thượng nguồn và theo hướng Tây Bắc - Đông Nam ở hạ và trung lưu

Diện tích lưu vực 1.070 km², diện tích bờ phải là 584 km2 và diện tích bờ trái là

486 km2

Phía Đông Bắc giáp lưu vực sông Hồng

Phía Tây Nam giáp lưu vực sông Đáy

Phía Nam giáp lưu vực sông Châu Giang.[2]

1.2 ĐỊA HÌNH, ĐỊA MẠO

Địa hình lưu vực sông mang đặc trưng chính của địa hình đồng bằng châu thổ sông Hồng và xen kẽ địa hình thấp trũng Địa hình lưu vực cao ở các vùng ven sông Đáy, sông Hồng thấp dần vào trục chính sông Nhuệ (dạng địa hình lòng máng), thấp dần từ Tây Bắc xuống Đông Nam, từ Tây sang Đông, và bị chia cắt thành những dải nhỏ chạy dài theo hướng Tây Bắc – Đông Nam Địa hình lưu vực sông Nhuệ có thể phân thành các dạng:

 Đồng bằng thấp trũng, lầy thụt ở khu vực Ứng Hoà, Mỹ Đức (Hà Tây) Có độ cao dưới 2 m với thành phần cấp hạt chủ yếu là sét, sét bột, bùn nhão

 Đồng bằng thấp xen kẽ những ô trũng nhỏ, độ cao từ 2 ÷ 4 m với thành phần cấp hạt là sét, sét bột Loại đồng bằng này phân bố ở Ứng Hoà, Phú Xuyên, Mỹ Đức

 Đồng bằng cao trong đê có độ cao 5 ÷ 8 m, thành phần cấp hạt chủ yếu là bột, sét bột Dải đồng bằng ven đê có độ cao 7 ÷ 11 m, là những gò đất bãi bồi cao

1.3.2 Thổ nhưỡng

Hệ thống sông Nhuệ là vùng đồng bằng được tạo thành do quá trình bồi tụ phù

sa của hệ thống sông Hồng và sông Đáy Mặc dù được bao bọc bởi các đê sông Hồng

và sông Đáy, song hầu như hàng năm toàn bộ diện tích canh tác ít nhiều đều được tưới bằng nước phù sa lấy qua các cống tự chảy hoặc các trạm bơm Quá trình hình thành, bồi tụ và phát triển của các nhóm đất ở từng khu vực có khác nhau nên đã tạo ra sự đa dạng về loại đất trong lưu vực Song nhìn chung chúng đều là các loại đất ít chua và chua có hàm lượng mùn và các chất dinh dưỡng ở mức trung bình đến nghèo Những vùng cao ven sông Hồng, sông Đáy đất có thành phần cơ giới nhẹ chủ yếu là đất cát hoặc pha cát khá chua và nghèo chất dinh dưỡng Các vùng trũng ven sông Nhuệ, Duy Tiên và Châu Giang đất có thành phần cơ giới nặng hơn, chủ yếu là đất thịt nặng và sét nhẹ ít chua và giàu chất dinh dưỡng hơn.[10]

Theo thời gian lượng mưa cũng phân bố rất không đều, phân thành 2 mùa rõ rệt: mùa mưa và mùa khô

 Mùa mưa kéo dài từ tháng VI đến tháng XI, lượng mưa chiếm 80 ÷ 85% tổng lượng mưa năm Trong thời kỳ này thường có bão với mưa và gió lớn, cường độ mạnh, lượng mưa trong bão chiếm khoảng 25 ÷ 35% lượng mưa cả năm

 Mùa khô kéo dài từ tháng XII đến tháng V năm sau với nửa thời kì đầu thời tiết lạnh, khô; nửa thời kì sau thời tiết mưa phùn Lượng mưa đạt khoảng 300 ÷ 400mm, chiếm khoảng 15 ÷ 20% tổng lượng mưa năm, chủ yếu là mưa phùn cường độ nhỏ Lượng mưa các tháng mùa khô dưới 150 mm/tháng, trong đó tháng XII, I, II, III dưới 50 mm/tháng

Lượng mưa lớn nhất năm vùng phía bắc vào tháng VII, VIII; còn phía nam vào tháng VIII, IX Lượng mưa trung bình 1 ngày lớn nhất là 120 ÷ 160 mm, 3 ngày lớn nhất là 180 ÷ 230 mm, 5 ngày lớn nhất là 210 ÷ 260 mm, 7 ngày lớn nhất là 230 ÷ 280

mm Chênh lệch lượng mưa thời đoạn ngắn giữa vùng phía trên Đồng Quan và phía dưới Đồng Quan khoảng 50 mm

Lưu vực sông Nhuệ là một trong những vùng có số ngày mưa phùn nhiều nhất

cả nước, hàng năm có khoảng trên 40 ngày có mưa phùn.[10]

Bảng 1 Mưa bình quân nhiều năm trạm Láng (mm)

Trạm I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm Láng 22.7 27.3 47.7 102.5 183 267.1 264.2 287.5 221.7 151.8 68.0 15.9 1653

1.4.2 Nhiệt độ

Lưu vực sông Nhuệ quanh năm tiếp nhận được lượng bức xạ mặt trời rất dồi dào

và có nền nhiệt độ tương đối cao Nhiệt độ không khí trung bình năm là 23 ÷ 24ºC

Nhiệt độ không khí trong vùng thấp nhất vào mùa Đông (tháng XII ÷ II), nhiệt

độ trung bình giảm xuống còn 16 – 19ºC Vào mùa Hè (tháng V ÷ VIII) nhiệt độ trung bình tăng cao khoảng 27 ÷ 30 ºC.[10]

Bảng 2 Nhiệt độ bình quân tháng trạm Láng (o C)

Trạm I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm Láng 16.5 17.5 20.2 24.0 27.5 29.0 29.3 28.6 27.6 25.1 21.6 18.2 23.8

1.4.3 Bốc hơi

Lượng bốc hơi trung bình năm đạt gần 1000 mm

Lượng bốc hơi bình quân tháng lớn nhất tại trạm Láng (Hà Nội) là tháng VII với lượng bốc hơi 98.2 mm/tháng (bảng 3).[10]

Bảng 3 Bốc hơi bình quân tháng trạm Láng (mm)

Trạm I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm

Láng 68.8 55.8 56.9 64.9 94.3 96.8 98.2 82.3 87.3 96.6 88.3 82.0 972

1.4.4 Độ ẩm tương đối

Độ ẩm tương đối bình quân nhiều năm dao động trong khoảng 83% - 85% Vào tháng IV độ ẩm tương đối đạt tới 90% tại trạm Hà Đông

Bảng 4 trích dẫn độ ẩm tương đối tại trạm Hà Đông.[10]

Bảng 4 Độ ẩm tương đối trạm Hà Đông (%)

Trạm I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm

Các tháng chuyển tiếp hướng gió không ổn định, tần suất mỗi hướng thay đổi trung bình từ 10 – 15%

Tốc độ gió trung bình khoảng 2 – 3m/s.[10]

1.4.6 Số giờ nắng

Khu vực nghiên cứu nằm trong miền khí hậu nhiệt đới gió mùa, với lượng bức

xạ tổng cộng trung bình năm khoảng 105 – 120 Kcal/cm2 và có số giờ nắng thuộc loại trung bình, dao động trong khoảng 1500 – 1600 giờ Tại Hà Đông bình quân số giờ nắng trong tháng biến đổi từ 48 giờ vào tháng III đến 184 giờ vào tháng VII.[10]

Bảng 5 Số giờ nắng trạm Hà Đông (giờ)

Trạm I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm

Hà

Đông 69 49 48 93 168 164 184 172 172 152 137 123 1530

1.5 THỦY VĂN

1.5.1 Mạng lưới sông ngòi

Sông Nhuệ có tổng chiều dài 76 km trong đó đoạn chảy qua Hà Nội có chiều dài khoảng 59.2 km với hệ số uốn khúc là 1.53, chiều rộng trung bình từ 30 ÷ 40m

Sông có nhiều phụ lưu chảy qua các thị xã, huyện, khu công nghiêp, khu dân cư… như sông Đăm, sông Tô Lịch, sông Lương, sông Đồng Bồng, sông Cầu Ngà và máng Hoà Bình Trong đó sông Tô Lịch là nhánh sông chính, sông đổ vào sông Nhuệ tại 2 điểm là cống Thanh Liệt và cống Hòa Bình Sông có chiều dài 14.6 km, rộng 20 ÷

30 m, sâu 3 ÷ 4m, bắt nguồn từ cống Phan Đình Phùng chảy qua địa phận Từ Liêm, Thanh Trì qua đập Thanh Liệt và đổ vào sông Nhuệ Đoạn cuối sông Tô Lịch đảm nhận toàn bộ nước thải của thành phố Hà Nội

Sông Tô Lịch là một trong bốn con sông thoát nước chính thì Hà Nội, ba con sông còn lại là sông Lừ, sông Sét và sông Kim Ngưu Sông Kim Ngưu dài 11.8 km, rộng 20 – 30 m, sâu 3 – 4 m, bắt nguồn từ điểm xả cống Lò Đúc, sông Kim Ngưu gặp sông Tô Lịch tại Thanh Liệt Sông Lừ (sông Nam Đồng) là một phân lưu của sông Kim Ngưu, tách khỏi Kim Ngưu ở Phương Liệt và chảy về phía Nam Thanh Trì và hợp với

Tô Lịch; sông dài 5.6 km, rộng trung bình 10 – 20 m, sâu 2 – 3 m nhận nước thải và nước mưa từ các cống Trịnh Hoài Đức, cống Trắng (Khâm Thiên) Sông Sét dài 5.9

km, rộng 10 m, sâu 2 – 3 m bắt nguồn từ cống Bà Triệu, hồ Bảy Mẫu rồi đổ ra sông Kim Ngưu tại Giáp Thị.[2]

1.5.2 Chế độ thuỷ văn

Sông Nhuệ và các phụ lưu của nó đã được xây dựng một hệ thống cống điều tiết dòng chảy phục vụ tưới tiêu Mực nước trung bình của sông Nhuệ vào khoảng 5.3 đến 5.7 m, với tổng lưu lượng 250 m3/s hệ thống thuỷ nông sông Nhuệ phục vụ tưới tiêu cho 107.530 ha lưu vực (trong đó diện tích canh tác là 84.790 ha) thuộc địa bàn Hà Nội

và Hà Nam, trong đó có 65.717 ha thuộc địa bàn Hà Nội Như vậy chế độ dòng chảy của sông Nhuệ phụ thuộc vào sự điều tiết của con người Mặt khác do bắt nguồn từ sông Hồng và kết thúc tại hợp lưu của sông Đáy nên chế độ thuỷ văn sông Nhuệ chịu

sự tác động của chế độ động lực sông Hồng và sông Đáy Trên thực tế, mực nước sông Đáy tại khu vực hợp lưu với sông Nhuệ thường thấp, lưu lượng dòng chảy thấp nên mặc dù chế độ thuỷ văn sông Đáy tương đối phức tạp nhưng mức độ ảnh hưởng đối với

sông Nhuệ là không lớn Chế độ khí hậu cũng ảnh hưởng tương đối rõ ràng đến chế độ thuỷ văn sông Nhuệ.[2]

Dòng chảy lũ: Dòng chảy mùa lũ từ tháng VI – X, chiếm khoảng 75 – 80%

lượng dòng chảy năm Tháng IX là tháng có lượng dòng chảy trung bình lớn nhất chiếm khoảng 20 – 30% lượng dòng chảy năm và lũ lớn nhất trong năm cũng thường xảy ra vào tháng IX Trong trường hợp xuất hiện lũ, các cống trong sông mở (để tiêu nước cho lưu vực) và cống Liên Mạc phải đóng (để ngăn nước lũ từ sông Hồng) Khi nước sông Đáy dâng cao thì các cống tiêu trong lưu phải đóng, nếu không sẽ làm mực nước trên sông Nhuệ dâng lên rất cao Dòng chảy lũ chiếm tới 80 ÷ 85% tổng lượng dòng chảy năm.[2]

Dòng chảy kiệt: Vào mùa kiệt, mực nước trong sông tương đối thấp (thấp nhất

là tháng II), được cung cấp bởi sông Hồng qua cống Liên Mạc Khi các cống đóng, dòng chảy trong sông nhỏ (dòng chảy lúc này chỉ do sự bơm lấy nước tưới lên đồng ruộng, do gió), lưu lượng thấp Khi cống mở (để lấy nước vào đoạn sông phục vụ cho

nông nghiệp), lưu lượng và dòng chảy lớn hơn.[2]

1.5.3 Mạng lưới quan trắc

Có 2 trạm khí tượng đang hoạt động trên lưu vực là trạm Hà Đông (20 o 58’0” vĩ

độ Bắc và 105o46’0” kinh độ Đông) và trạm Láng (21 o1’0” vĩ độ Bắc và 105o48’0” kinh độ Đông) Đo các yếu tố như: số giờ nắng, lượng mưa, nhiệt độ không khí, lượng bốc hơi, độ ẩm không khí, tốc độ gió,…[2]

Chương 2 GIỚI THIỆU MÔ HÌNH NAM 2.1 TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH MƯA – DÒNG CHẢY LƯU VỰC

Chế độ thuỷ văn của một lưu vực sông bị ảnh hưởng rất lớn bởi quá trình sử dụng đất và biến đổi khí hậu Và để nghiên cứu được quá trình ảnh hưởng đó cần có sự hiểu biết về mối tương tác qua lại giữa các yếu tố khí hậu, địa hình – địa mạo, đất và thảm phủ thực vật Những mối tương tác đó có thể được mô phỏng một cách đơn giản hơn bằng các mô hình mưa – dòng chảy Những mô hình mưa – dòng chảy truyền thống trước đây thường mô phỏng được vùng nghiên cứu có kích thước hạn chế và có thời gian tính toán dài Nhưng ngày nay với quá trình phát triển nhanh chóng của máy tính và công nghệ thông tin mô hình mưa – dòng chảy ngày càng được đổi mới và trở thành một công cụ hữu ích không thể thiếu được trong công tác nghiên cứu ngập lụt và tính toán dự báo lũ

Các mô hình mưa – dòng chảy có nhiều ứng dụng khác nhau, ví dụ ứng dụng trong thủy văn vận hành, quản lý tài nguyên nước hoặc trong nghiên cứu Cấu trúc đặc trưng của bất cứ mô hình mưa – dòng chảy nào đều từ cấu trúc lưu vực đơn giản như

hệ thống bể chứa thẳng đứng – hình thành mô hình tầng tuyến tính Các bể chứa chính gồm mưa, bốc thoát hơi (bao gồm cả phần bị giữ lại bởi thảm phủ), dòng chảy trực tiếp, dòng chảy trong đới bão hòa, dòng chảy ngầm và dòng chảy trong lòng dẫn Để tính toán các quá trình diễn ra trong mỗi bể chứa, nhiều phương trình được ứng dụng Cấu trúc và các phương trình này được sử dụng trong phần lớn các mô hình như TOP, HEC - HMS, MIKE - SHE, NWS, TANK, NASIM, HBV và nhiều mô hình khác

Hình 2 Cấu trúc chung của mô hình thủy văn

2.1.1 Cấu trúc của mô hình mưa - dòng chảy lưu vực

Trong tất cả các mô hình nhận thức mưa – dòng chảy hai thành phần được sử dụng: sự cân bằng nước trong tầng đất và sự vận chuyển nước tới cửa ra của lưu vực

Sự cân bằng nước trong tầng đất là thành phần quan trọng nhất trong việc biểu thị đặc điểm và cấu tạo mô hình Thành phần vận chuyển nước nói chung được chia thành hai giai đoạn: đầu tiên là sự vận chuyển nước từ các sườn dốc tới các mạng lưới kênh tiêu nước và sau đó là sự vận chuyển nước từ các mạng lưới kênh tiêu nước tới cửa ra của lưu vực

Đặc điểm chung nhất của mô hình là phân chia lưu vực thành các đới theo trật

tự thằng đứng Các đới này được tính với sự hỗ trợ của mô hình tầng tuyến tính

Có rất nhiều phương trình được sử dụng để tính toán các quá trình thủy văn trong mỗi bể chứa này:

Giáng thủy (bao gồm cả mưa và tuyết): chúng được đưa vào mô hình dưới dạng

số liệu theo chuỗi thời gian lấy từ các trạm đo khí tượng hoặc radar khí tượng Để tính toán ảnh hưởng của tuyết các phương pháp chỉ số nhiệt độ, hoặc cân bằng năng lượng được sử dụng

Bốc thoát hơi (bao gồm cả phần bị giữ lại): lượng bốc thoát hơi và lượng bị giữ

lại thực tế được tính từ chuỗi số liệu khí tượng từ các trạm đo khí tượng nếu có Nó cũng có thể lấy từ lượng bốc thoát hơi thực tế từ bốc thoát hơi tiềm năng

Dòng chảy mặt từ các lưu vực: phương pháp được sử dụng phổ biến nhất là thủy

văn đơn vị UH và các biến đổi khác (Clark’s, Snyder’s, SCS) Người sử dụng cũng có thể sử dụng các phương pháp khác dựa vào mô hình sóng động học hoặc phương pháp sai phân hữu hạn

Dòng chảy sát mặt trong đới không bão hòa: có vài phương pháp được sử dụng

như phương pháp SCS, tính lưu lượng theo các thông số thủy văn của thổ nhưỡng, điều kiện ban đầu (bão hòa) hoặc sử dụng đất; phương pháp Green-Ampt hoặc SMA (tính toán độ ẩm đất) Các phương pháp khác dựa vào các cách tiếp cận phức tạp hoặc đơn giản bắt đầu từ mô hình 2 lớp, đến mô hình trọng số, cuối cùng đến mô hình dựa vào phương trình Richard

Dòng chảy cơ sở: phụ thuộc vào mô hình cụ thể, phần lớn sử dụng phương pháp

dựa vào mô hình tầng tuyến tính, giảm theo hàm mũ hoặc dòng chảy cố định Mô hình tính dòng chảy cơ sở 2 chiều, 3 chiều dựa vào phương pháp sai phân hữu hạn cũng được sử dụng phổ biến

Dòng chảy trong lòng dẫn hở: mô hình mưa – dòng chảy áp dụng các phương

pháp được gọi là diễn toán thủy văn như phương pháp Muskingum – Cunge, mô hình sóng động học hoặc phương trình khuếch tán Các phương pháp này dựa vào giải phương trình cơ bản của lòng dẫn hở là hệ phương trình động lượng và phương trình liên tục - như hệ phương trình St.Venant

Công trình trên sông: Trong mô hình mưa – dòng chảy một vài công trình như

bể chứa, đầm lầy có đê chắn thủy triều hoặc công trình phân nước được mô hình hóa.[7]

2.1.2 Giới thiệu một số mô hình mưa – dòng chảy lưu vực

Mô hình TOP: Mô hình TOP (Topography Model) do giáo sư Mike Kirkby

thuộc trường Đại học Địa lý Leeds phát triển vào năm 1974 dưới sự bảo trợ của Hội đồng nghiên cứu môi trường thiên nhiên Vương quốc Anh Năm 1975, Keith Beven bắt

đầu xây dựng chương trình TOPMODEL bằng ngôn ngữ Fortran IV

Mô hình thông số phân bố TOP là mô hình nhận thức mưa – dòng chảy Mô hình hoạt động dựa trên các mô tả gần đúng về thuỷ văn, thuỷ lực Để biểu diễn sự biến đổi của các trạng thái cũng như tính chất nội bộ của các lưu vực con, mô hình đã

mô phỏng bằng các hàm số và sử dụng ít thông số nhất có thể để xác định giá trị các hàm số này Các khái niệm của mô hình luôn được đơn giản đủ để các nhà làm mô hình có thể sửa đổi sao cho phù hợp với nhận thức cũng như sự khác biệt của lưu vực giúp cho việc sử dụng mô hình hiệu quả hơn Chính vì sự đơn giản trong khái niệm và thành phần cấu trúc nên mô hình hiện được ứng dụng rất rộng rãi và phát triển theo nhiều hướng khác nhau để giải quyết các bài toán thuỷ văn như tính xói mòn, tính toán phân bố mực nước ngầm,…Thành phần cơ bản của mô hình gồm:

 Khả năng chứa nước của vùng đất rễ cây (Soil root capacity)

 Dòng chảy bề mặt từ vùng quá bão hoà

 Dòng chảy bề mặt do vượt thấm

 Dòng chảy từ vùng bão hoà

 Lượng bốc thoát hơi

Mô hình TOP là một mô hình thuỷ văn thông số phân bố ra đời cách đây hơn 30 năm nhưng vẫn được phát triển và ứng dụng rộng rãi cho đến tận bây giờ Các khái niệm và cấu trúc của mô hình được đơn giản hoá tới mức có thể nhưng vẫn mô tả tốt tính chất vật lý của dòng chảy Điều này đã giúp cho người sử dụng có thể chỉnh sửa tương đối dễ dàng để sử dụng cho các mục đích khác của mình.[1]

Hình 3 Cấu trúc mô hình TOP

Mô hình MIKE – SHE: Mô hình mưa – dòng chảy MIKE – SHE của Viện Thủy

lực Đan Mạch thuộc nhóm mô hình phân bố Nó bao gồm vài thành phần tính dòng

chảy và phân bố theo các pha riêng của quá trình dòng chảy:

 Giáng thủy – Số liệu đầu vào

 Bốc thoát hơi, bao gồm cả phần bị giữ lại bởi thực vật – số liệu đầu vào

 Dòng chảy mặt – tính bằng phương pháp sai phân hữu hạn 2 chiều

 Dòng chảy trong lòng dẫn – sử dụng diễn toán 1 chiều của Mike 11 Mô hình này cung cấp vài phương pháp như Muskingum, phương trình khuếch tán hoặc phương pháp giải phương trình St.Venant

 Dòng chảy sát mặt trong đới không bão hòa – mô hình 2 lớp , mô hình trọng

số hoặc mô hình dựa vào phương trình Richard

 Dòng chảy cơ sở - MIKE SHE tích hợp mô hình dòng chảy cơ sở 2 chiều và

3 chiều dựa vào phương pháp sai phân hữu hạn

Đối với modun thổ nhưỡng, bộ dữ liệu bao gồm đặc tính thủy văn của đất (độ lỗ hổng, độ dẫn thấm thủy lực ) được tạo ra Kết hợp với 2 phần mềm ESRI Arcview 3.x

hoặc ArcGIS 9.1 Phần kết hợp này được sử dụng để xử lý số liệu đầu vào: Geomodel được sử dụng để lấy các thông tin địa chất; DaisyGIS mô tả tất cả các quá trình quan

trọng gắn với hệ sinh thái nông nghiệp

Mô hình có chế độ hiệu chỉnh tự động thông qua AUTOCAL, đưa ra phương án tốt nhất theo điều kiện biên và ban đầu.[7]

Mô hình HEC – HMS: Mô hình HEC-HMS là phiên bản tiếp của HEC-1, phát

triển từ thập kỷ 60 của quân đội Mỹ Mô hình được xây dựng để mô phỏng dòng chảy mặt tạo nên từ mưa bằng các đặc trưng hoá lưu vực như một hệ thống các thành phần

bên trong với nhau

Lưu vực được chia thành các lưu vực con, các đoạn sông và các hồ chứa Có 3 thành phần, mỗi thành phần mô tả một khía cạnh của quá trình mưa – dòng chảy trong các lưu vực con, bao gồm dòng chảy trên lưu vực, sông ngòi và hồ chứa Kết quả cuối cùng của quá trình mô hình hoá là tính được đường quá trình dòng chảy trực tiếp cho các tiểu lưu vực và đường quá trình dòng chảy sông ngòi tại các vị trí mong muốn của lưu vực

Thành phần cơ bản của mô hình bao gồm:

 Lượng mưa hiệu quả – tính bằng các phương pháp như SCS, Green - Ampt hoặc SMA

 Lưu lượng dòng chảy trực tiếp – sử dụng phương pháp đường đơn vị, các dạng biến đổi khác (Clark, Snyder, SCS), hoặc sử dụng phương pháp sóng động học

 Dòng chảy cơ sở - người sử dụng có thể lựa chọn các phương pháp khác nhau, ví dụ phương pháp bể chứa tuyến tính, phương pháp dạng hàm mũ, hoặc phương pháp dòng chảy cơ sở là hằng số theo từng tháng

 Mô đun diễn toán – phương pháp Muskingum, phương pháp trễ, mô hình sóng động học hoặc các biến đổi của chúng

 Ngoài ra mô hình còn mô hình hóa một số công trình trên sông như hồ chứa, công trình phân nước

 Mô hình HEC-HMS mở rộng giao diện Arcview gọi là HEC - GeoHMS Dựa vào sự kết hợp này hỗ trợ cho việc đọc vài đặc tính thủy văn cơ bản của lưu vực cơ sở như hướng dòng chảy, độ dốc.[7]

Mô hình NWS: Mô hình US National Weather Service hay còn được gọi dưới

tên khác là Sacramento, nó được phát triển từ 1970 bởi Bob Burnash và Larry Ferral tại Viện khí hậu quốc gia Hoa Kỳ tại Sacramento (California) Là mô hình dùng để tính

toán độ ẩm của đất Cấu trúc của nó gồm 3 bể chứa cơ bản là:

Bể chứa trong đới không bão hoà: tạo ra dòng chảy trực tiếp chảy tới cửa ra của lưu vực, còn lượng nước mưa dư thừa sẽ được cung cấp cho vùng bão hoà phía dưới sau khi đã đóng góp một phần cho dòng chảy mặt

Bể chứa trong đới bão hoà: tạo ra dòng chảy hợp lưu và cung cấp nước cho tầng nước ngầm phía dưới

Bể chứa nước ngầm: được phân chia thành nước có áp và nước không áp Hợp nhất của hai loại nước này tạo thành dòng chảy cơ sở

Sacramento là mô hình độ ẩm đất, dữ liệu quan trọng nhất là dữ liệu thổ nhưỡng – độ dẫn thấm thủy lực, độ lỗ hổng

Sacramento hỗ trợ cả hiệu chỉnh tự động và hiệu chỉnh thông thường Cùng với

24 thông số có thể được hiệu chỉnh, và được phân loại theo đới riêng.[7]

Mô hình NASIM: Mô hình mưa – dòng chảy NASIM (Niederschlag – Abfluss

Simulation Model ) của viện thủy văn Đức, phát triển kể từ thập niên 80 và thuộc nhóm

mô hình bán phân bố, tất định, nhận thức Các thành phần cơ bản sau:

 Số liệu giáng thủy – để xác định dạng giáng thủy, mô hình sử dụng phương

 Phân phối mưa theo không gian – chuyển đổi từ các giá trị tại các điểm thành giá trị mưa cho khu vực

 Phân chia thành phần dòng chảy – dòng chảy trong đới chưa bão hòa (dòng nhập lưu) và đới bão hòa (dòng chảy cơ sở) bằng mô hình tầng tuyến tính và phi tuyến Đối với dòng chảy mặt, sử dụng phương pháp đường đơn vị

 Dòng chảy trong lòng dẫn – sử dụng phương pháp Kalinin – Miljukov Kết hợp với Arcview 3.x để hỗ trợ phân tích dữ liệu Những kết hợp quan trọng nhất là “Zfl” và “Verchneidung” “Zfl” thiết lập hàm diện tích – thời gian của lưu vực

“Verchneidung” xây dựng các đặc tính cơ bản của lưu vực

Mô hình chưa tích hợp công cụ tự hiệu chỉnh, nhạy với các thông số thể hiện đặc tính của đất như độ dẫn thấm thủy lực theo phương ngang và phương thẳng đứng,

độ lỗ hổng, tốc độ thấm…[7]

Mô hình TANK: Mô hình TANK của Sugawara (Nhật) là một mô hình dự báo

dòng chảy từ mưa đã được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trên thế giới

Mô hình TANK có hai loại cấu trúc:

Mô hình TANK đơn: Trong vùng ẩm ướt, nơi có mưa quanh năm và đất luôn

ẩm ướt bởi mưa và nước ngầm, có thể mô phỏng dòng chảy trên lưu vực khá tốt bằng

mô hình TANK đơn Trong mô hình, tác giả biểu thị quá trình hình thành dòng chảy trên lưu vực bằng một chuỗi bể chứa kế tiếp nhau theo chiều thẳng đứng Mỗi bể chứa

có một hay nhiều cửa ra ở thành bên biểu thị các thành phần dòng chảy và một cửa ra ở đáy bể biểu thị lượng thấm xuống các bể chứa phía dưới từ các bể chứa phía trên

Trong mô hình tác giả coi dòng chảy ở cửa ra của lưu vực gồm 3 thành phần: dòng chảy mặt, dòng chảy sát mặt và dòng chảy ngầm

 Bể trên cùng: tương ứng với cấu trúc mặt đất và dòng chảy mặt

 Bể thứ hai: tương ứng với dòng chảy sát mặt

 Bể thứ ba, thứ tư: tương ứng với dòng chảy cơ bản (dòng chảy ngầm)

Mô hình có 36 thông số Các thông số có thể được xác định bằng thử sai, tự động dò tìm hoặc tối ưu hóa

Mô hình TANK kép: Trong vùng không ẩm ướt, chỉ có một số phần lưu vực ẩm ướt, còn một số phần khô Dòng chảy mặt chỉ xuất hiện ở vùng ẩm ướt, còn ở vùng khô thì toàn bộ lượng mưa bị đất hút hết Mô hình TANK kép thể hiện chi tiết sự biến đổi

độ ẩm các tầng đất trên lưu vực theo không gian, theo không gian, trong lưu vực được chia thành nhiều vành đai ẩm dọc theo bờ sông, mỗi vành đai có lượng ẩm khác nhau

và được mô tả bằng một TANK cấu trúc đơn.[4]

Mô hình HBV: Mô hình thủy văn HBV, phát triển từ thập niên 70 ở viện khí

tượng và thủy văn Thụy điển Nó là một phần của hệ thống mô hình IHMS (hệ thống

mô hình thủy văn kết hợp) Các thành phần đặc trưng là:

 Modun tuyết – xác định dựa vào nhiệt độ theo ngày

 Modun độ ẩm đất – thành phần tính toán chính của dòng chảy mặt

 Modun dòng chảy – dựa vào phương pháp đường đơn vị

 Modun bể chứa .[7]

Phương pháp SCS: Cơ quan bảo vệ thổ nhưỡng Hoa Kỳ (1972) đã phát triển

một phương pháp để tính tổn thất dòng chảy từ mưa (gọi là phương pháp SCS) Theo

đó, trong một trận mưa rào, độ sâu mưa hiệu dụng hay độ sâu dòng chảy trực tiếp Pe không bao giờ vượt quá độ sâu mưa P Tương tự, sau khi quá trình dòng chảy bắt đầu,

độ sâu nước bị cầm giữ có thực trong lưu vực, Fa bao giờ cũng nhỏ hơn hoặc bằng một

độ sâu trữ nước tiềm năng tối đa nào đó S Đồng thời có một lượng Ia bị tổn thất ban đầu không sinh dòng chảy trước thời điểm sinh nước đọng trên bề mặt lưu vực Do đó,

có lượng dòng chảy tiềm năng là P - Ia Trong phương pháp SCS, giả thiết rằng tỉ số giữa hai đại lượng có thực Pe và Fa bằng với tỉ số giữa hai đại lượng tiềm năng P - Ia

và S, có nghĩa là:

a

e a

I P

P S

Đó là phương trình cơ bản của phương pháp SCS để tính độ sâu mưa hiệu dụng hay dòng chảy trực tiếp từ một trận mưa rào Qua nghiên cứu các kết quả thực nghiệm trên nhiều lưu vực nhỏ đã xây dựng được quan hệ:

S P

P e

8 0

2

số không thứ nguyên, lấy giá trị trong khoảng 0 ≤ CN ≤ 100 Đối với các mặt không thấm hoặc mặt nước, CN = 100 ; đối với các mặt tự nhiên, CN < 100 Số hiệu của đường cong CN và S liên hệ với nhau qua phương trình:

10 1000

Để mô hình hóa các quá trình mưa – dòng chảy, có thể sử dụng nhiều phương pháp Các phương pháp này có thể sử dụng để giải đáp các mục tiêu thủy văn khác nhau, như thủy văn vận hành, lũ lụt, hạn hán hoặc mô hình hóa truyền ô nhiễm Một trong những bước đầu tiền để giải quyết vấn đề là lựa chọn mô hình phù hợp với mục tiêu thủy văn cụ thể.[7]

2.2 TỔNG QUAN MÔ HÌNH NAM

2.2.1 Cấu trúc mô hình NAM

Mô hình NAM được viết tắt từ chữ Đan Mạch Nedbor – Afstrommings – Model nghĩa là là mô hình mưa – dòng chảy NAM được xây dựng vào năm 1982 tại Khoa Thuỷ văn, Viện Kỹ thuật Thuỷ động lực, trường Đại học Kỹ thuật Đan Mạch Nó được xem như là mô hình dòng chảy tất định, tập trung và liên tục cho ước lượng mưa - dòng chảy dựa theo cấu trúc bán kinh nghiệm Mô hình NAM có thể sử dụng để mô

phỏng mưa trong nhiều năm, hoặc cũng có thể thay đổi bước thời gian để mô phỏng trận mưa và các cơn bão nhất định

Để đánh giá sự thay đổi của các thuộc tính thủy văn của lưu vực, lưu vực chia

ra thành nhiều lưu vực con khép kín Quá trình diễn toán thực hiện bởi modun diễn toán thủy động lực trong kênh của MIKE 11 Phương pháp này cho phép các tham số khác nhau của NAM ứng dụng trong mỗi một lưu vực con Mô hình NAM được xây dựng trên nguyên tác xếp 5 bể chứa theo chiều thẳng đứng và 2 bể chứa tuyến nằm ngang :

 Bể chứa tuyết tan: được kiểm soát bằng các điều kiện nhiệt độ Đối với điều kiện khí hậu nhiệt đới ở Việt Nam, không xét đến bể chứa này

 Bể chứa mặt: lượng ẩm trữ trên bề mặt của thực vật, lượng nước điền trũng trên bề mặt của lưu vực và lượng nước trong tầng sát mặt được đặc trưng bởi lượng trữ bề mặt Giới hạn trên của bể chứa này được ký hiệu là Umax

 Bể chứa sát mặt (bể tầng rễ cây): bể này thuộc tầng rễ cây, là lớp đất mà thực vật có thể hút để thoát ẩm Giới hạn trên của lượng nước trong bể chứa này được ký hiệu Lmax, lượng nước hiện tại được kí hiệu là L và tỷ số L/Lmax biểu thị trạng thái ẩm của bể chứa

 Bể ngầm: Lượng nước bổ sung cho dòng ngầm phụ thuộc vào độ ẩm của đất

ở tầng rễ cây Lượng cấp nước ngầm được chia thành 2 bể chứa: bể chứa nước ngầm tầng trên và bể chứa nước ngầm tầng dưới Hoạt động của hai bể chứa này như các hồ chứa tuyến tính với các hằng số thời gian khác nhau Nước trong hai bể chứa này sẽ tạo thành dòng chảy ngầm

Mưa hoặc tuyết tan đều đi vào bể chứa mặt Lượng nước (U) trong bể chứa mặt liên tục cung cấp cho bốc hơi và thấm ngang thành dòng chảy sát mặt Khi U đạt đến

Umax, lượng nước thừa là dòng chảy tràn trực tiếp ra sông và một phần còn lại sẽ thấm xuống các bể chứa tầng dưới và bể chứa ngầm

Nước trong bể chứa tầng dưới liên tục cung cấp cho bốc thoát hơi và thấm xuống bể chứa ngầm Lượng cấp nước ngầm được phân chia thành hai bể chứa: tầng trên và tầng dưới, hoạt động như các hồ chứa tuyến tính với các hằng số thời gian khác

Dòng chảy tràn và dòng chảy sát mặt được diễn toán qua một hồ chứa tuyến tính thứ nhất, sau đó các thành phần dòng chảy được cộng lại và diễn toán qua hồ chứa tuyến tính thứ hai Cuối cùng cũng thu được dòng chảy tổng cộng tại cửa ra.[8]

2.2.2 Các thông số cơ bản của mô hình

CQOF: hệ số dòng chảy tràn không có thứ nguyên, có phạm vi biến đổi từ 0.0 đến 0.9 Nó phản ánh điều kiện thấm và cấp nước ngầm Vì vậy nó ảnh hưởng nhiều đến tổng lượng dòng chảy và đoạn cuối của đường rút Thông số này rất quan trọng vì

nó quyết định phần nước dư thừa để tạo thành dòng chảy tràn và lượng nước thấm Các lưu vực có địa hình bằng phẳng, cấu tạo bởi cát thô thì giá trị CQOF tương đối nhỏ, ở những lưu vực mà tính thấm nước của thổ nhưỡng kém như sét, đá tảng thì giá trị của

nó sẽ rất lớn

CQIF: hệ số dòng chảy sát mặt, có thứ nguyên là thời gian (giờ)-1 Nó chính là phần của lượng nước trong bể chứa mặt (U) chảy sinh ra dòng chảy sát mặt trong một đơn vị thời gian Thông số này ảnh hưởng không lớn đến tổng lượng lũ, đường rút nước

CBL: là thông số dòng chảy ngầm, được dùng để chia dòng chảy ngầm ra làm hai thành phần: BFU và BFL Trường hợp dòng chảy ngầm không quan trọng thì có thể chỉ dùng một trong 2 bể chứa nước ngầm, khi đó chỉ cần CBFL = 0, tức là lượng cấp nước ngầm đều đi vào bể chứa ngầm tầng trên

CKOF, CKIF: là các ngưỡng dưới của các bể chứa để sinh dòng chảy tràn, dòng chảy sát mặt và dòng chảy ngầm, các thông số này không có thứ nguyên và có giá trị nhỏ hơn 1 Chúng có liên quan đến độ ẩm trong đất, khi các giá trị của ngưỡng này nhỏ hơn L/Lmax thì sẽ không có dòng chảy tràn, dòng chảy sát mặt và dòng chảy ngầm Về

ý nghĩa vật lý, các thông số này phản ánh mức độ biến đổi trong không gian của các đặc trưng lưu vực sông Do vậy, giá trị các ngưỡng của lưu vực nhỏ thường lớn so với lưu vực lớn

Umax, Lmax: thông số biểu diễn khả năng chứa tối đa của các bể chứa tầng trên và tầng dưới Do vậy, Umax và Lmax chính là lượng tổn thất ban đầu lớn nhất, phụ thuộc và điều kiện mặt đệm của lưu vực Một đặc điểm của mô hình là lượng chứa Umax phải nằm trong sức chứa tối đa trước khi có lượng mưa vượt thấm, khi đó lượng nước thừa

sẽ PN xuất hiện, tức là U< Umax Do đó trong thời kỳ khô hạn, tổn thất của lượng mưa trước khi có dòng chảy tràn xuất hiện có thể được lấy làm Umax ban đầu

CK1,2, CKBF: là các hằng số thời gian biểu thị thời gian tập trung nước Chúng là các thông số rất quan trọng, ảnh hưởng đến dạng đường quá trình và đỉnh .[8]

Hình 4 Cấu trúc của mô hình NAM

2.2.3 Các yếu tố chính ảnh hưởng đến dòng chảy trong mô hình NAM

Lượng trữ bề mặt: lượng ẩm bị giữ lại bởi thực vật cũng như được trữ trong các

chỗ trũng trên tầng trên cùng của bề mặt đất được coi là lượng trữ bề mặt Umax biểu thị giới hạn trên của tổng lượng nước trong lượng trữ bề mặt Tổng lượng nước U trong lượng trữ bề mặt liên tục bị giảm do bốc hơi cũng như do thấm ngang Khi lượng trữ bề mặt đạt đến mức tối đa, một lượng nước thừa PNsẽ gia nhập vào sông với vai trò là

dòng chảy tràn trong khi lượng còn lại sẽ thấm vào tầng thấp bên dưới và tầng ngầm

Lượng trữ tầng thấp hay lượng trữ tầng rễ cây: độ ẩm trong tầng rễ cây, lớp đất

bên dưới bề mặt đất, tại đó thực vật có thể hút nước để bốc thoát hơi đặc trưng cho

Độ ẩm trong lượng trữ tầng thấp cung cấp cho bốc thoát hơi thực vật Độ ẩm trong tầng này điều chỉnh tổng lượng nước gia nhập vào lượng trữ tầng ngầm, thành phần dòng

chảy mặt, dòng sát mặt và lượng gia nhập lại

Bốc thoát hơi nước: nhu cầu bốc thoát hơi đầu tiên được thoả mãn từ lượng trữ

bề mặt với tốc độ tiềm năng Nếu lượng ẩm U trong lượng trữ bề mặt nhỏ hơn yêu cầu (U < Ep) thì phần còn thiếu được coi rằng là do các hoạt động của rễ cây rút ra từ lượng trữ tầng thấp theo tốc độ thực tế Ea Ea tương ứng với lượng bốc hơi tiềm năng và biến đổi tuyến tính theo quan hệ lượng trữ ẩm trong đất, L/Lmax, của lượng trữ ẩm tầng thấp

Dòng chảy mặt: khi lượng trữ bề mặt đã tràn, U > Umax, thì lượng nước thừa PN

sẽ gia nhập vào thành phần dòng chảy mặt Thông số QOF đặc trưng cho phần nước thừa PN đóng góp vào dòng chảy mặt Nó được giả thiết là tương ứng với PN và biến đổi tuyến tính theo quan hệ lượng trữ ẩm đất, L/Lmax, của lượng trữ ẩm tầng thấp

OF

OF OF

T Q

(2)

Trong đó: CQ OF = hệ số dòng chảy tràn trên mặt đất (0 ≤ CQOF ≤ 1),

T OF = giá trị ngưỡng của dòng chảy tràn (0 ≤ TOF ≤ 1)

Phần lượng nước thừa PN không tham gia vào thành phần dòng chảy tràn sẽ

thấm xuống lượng trữ tầng thấp Một phần trong đó, ∆L, của nước có sẵn cho thấm,

(PN - QOF), được giả thiết sẽ làm tăng lượng ẩm L trong lượng trữ ẩm tầng thấp Lượng

ẩm còn lại, G, được giả thiết sẽ thấm sâu hơn và gia nhập lại vào lượng trữ tầng ngầm

Dòng chảy sát mặt: sự đóng góp của dòng chảy sát mặt, QIF, được giả thiết là tương ứng với U và biến đổi tuyến tính theo quan hệ lượng chứa ẩm của lượng trữ tầng thấp

T Q