Cân bằng nước trong lưu vực

Y1: lượng dòng chảy mặt vào lưu vực W1: lượng dòng chảy ngầm vào lưu vực Z2: lượng nước bốc hơi khỏi lưu vực Y2: lượng dòng chảy mặt ra khỏi lưu vực W2: lượng dòng chảy ngầm ra khỏi lưu

Cân bằng nước trong lưu vực

Một lưu vực có thể đồng thời tju và chi nước theo nhiều con đường khác nhau Tổng đại số của các quá trình thu và chi nước của lưu vực được gọi là phương trình cân bằng nước, dạng tổng quát có thể viết như sau:

X + Z1 + Y1 + W1 = Z2 +Y2 + W2 +U2 -U1,

Trong đó: X: lượng mưa rơi xuống lưu vực,

Z1: lượng nước ngưng kết trong khí quyển và đọng lại trong lưu vực

Y1: lượng dòng chảy mặt vào lưu vực

W1: lượng dòng chảy ngầm vào lưu vực

Z2: lượng nước bốc hơi khỏi lưu vực

Y2: lượng dòng chảy mặt ra khỏi lưu vực

W2: lượng dòng chảy ngầm ra khỏi lưu vực

U1: lượng nước trữ trong lưu vực đầu thời gian tính toán

U2: lượng nước trữ trong lưu vực vào cuối thời gian tính toán

Nguyên lý của cân bằng nước có thể phát biểu như sau: “Trên một lưu vực nhất định, trong một khoảng thời gian nhất định tổng lượng nước đi vào lưu vực cân bằng với tổng lượng nước bị giữ lại trên lưu vực”

Căn cứ vào nguyên lý cân bằng nước có thể xây dựng phương trình cân bằng nước cho các trường hợp cụ thể

- Lưu vực kín

với một lưu vực kín - lưu vực không có dòng chảy mặt và dòng chảy ngầm từ ngoài vào - phương trình cân bằng nước có dạng:

X + Z1 = Z2 +Y2 + W2 +U2 -U1

Nếu tính trung bình cho một thời gian dài thì U2 -U1 = 0, nên phương trình có thể viết:

X = Z2 - Z1 +Y2 + W2

Nếu gọi Z là lượng nước thực tế bị bốc hơi thì Z = Z2 - Z1 thì phương trình được viết:

X = Z +Y2 + W2

Nếu trước khi đến của lưu vực dòng chảy nước ngầm đã chảy vào lòng sông hoà với dòng chảy mặt thì phương trình có thể viết:

X = Z +Y

Trong đó: Y = Y2 + W2

- Lưu vực hoàn toàn kín

Với một lưu vực hoàn toàn kín - lưu vực không có dòng chảy vào và ra khỏi lưu vực, phương trình có dạng:

X = Z + ∆U

Trong đó: ∆U là chênh lệch trữ lượng ẩm của lưu vực giữa kỳ đầu và cuối

Phương trình cân bằng nước là công cụ cơ bản để tính toán dòng chảy, nó cho biết phân bối của các thành phần cấn bằng nước, đánh giá tài nguyên nước trên các lưu vực suy đoán các trị số chưa biết của phương trình cân bằng nước dựa vào các thành phần có thể do tính được v.v

Cân bằng nước ở một số vùng thuỷ văn Việt Nam

Phương trình cân băng nước với một lưu vực kín có thể được viết dưới dạng khác như sau:

Y0 = X0 - Z0

Trong đó: Y0 là lượng dòng chảy năm trung bình nhiều năm

X0 là lượng mưa năm trung bình nhiều năm

Z0 là lượng bốc hơi năm trung bình nhiều năm.

Kết quả tính toán thuỷ văn ở nhiều vùng nước ta cho thấy có thể xem Z0 là hằng

số với mỗi khu vực và phương trình cân bằng nước được viết dưới dạng hàm số biểu diễn sự phụ thuộc của dòng chảy vào lượng mưa

Y0 = f(xo)

Trong bảng 10 giới thiệu kết quả xây dựng phương trình cân bằng nước cho các vùng thuỷ văn nước ta (giáo trình thuỷ văn của Đại học Thuỷ lợi)

Bảng 10 Phương trình cân bằng nước viết cho các vung thuỷ văn

Chuyển tiếp Bắc trường sơn Y0 = X0 - 900

Đồng bằng Bắc bộ và Thanh Hoá Y0 = X0 - 950

Đồng bằng Nghệ Tĩnh Y0 = X0 - 1100

Đồng bằng Quảng Trị Y0 = X0 - 1250

Đồng bằng Thừa Thiên Y0 = X0 - 1000

Đồng bằng Quảng Nam Thuận Hải Y0 = X0 - 1300

Số liệu cho thấy lượng bốc hơi ở các vùng thuỷ văn khác nhau biến động trong phạm vi từ 800 đến 1500mm và tăng dần dần từ Bắc vào Nam, từ vùng núi xuống đồng bằng

Tuy nhiên, lượng bốc hơi phụ thuộc lớn vào điều kiện cụ thể của hoàn cảnh lập địa, đặc biệt là điều kiệnthổ nhưỡng và lớp phủ thực vật Vì vây, ngay trong 1 vùng thuỷ văn, điều kiện thổ nhưỡng và thực vật thay đổi sẽ làm phương trình cân bằng nước thay đổi

1 Những nhân tố chủ yếu ảnh hượng đến các quá trình thuỷ văn và tính hiệu ích của nước trong lưu vực gồm khí hậu, địa hình, thổ nhưỡng và lớp phủ thực vật.

1 Chế độ khí hậu

Khí hậu có ảnh hưởng lớn đến đặc điểm của các quá trình thuỷ văn Những yếu

tố quan trọng của khí hậu có ảnh hưởng rõ nhất đến chế độ thuỷ văn gồm lượng mưa

và sự phân bố của mưa

Lượng mưa càng lớn sản lượng nước càng cao Ở vùng nhiệt đới do lượng mưa thường vượt quá 1500 đến 2000 mm, vì vậy, tổng lượng nước trong lưu vực thường rấ lớn Đây là yếu tố rất quan trọng đảm bảo mức ẩm ướt cao cho hìn thành năng suất của thực vật, đảm bảo nguồn năng lượng dồi dào cho các công trình thuỷ điện, và nguồn nước sinh hoạt phong phú cho con người và thiên nhiên

Tuy nhiên, khi lượng mưa đạt một mức độ nhất định thì sự phân phối theo thời gian trong năm lại có ý nghĩa quan trọng hơn Nó ảnh hưởng đến tính ổn định của dòng chảy, đến tỷ lệ của dòng chảy mặt đất và chất lượng nước nói chung

Sự phân phối không đồng đều của dòng chảy sông suối Theo đặc điểm biến động của dòng chảy trong năm, người ta phân thành mùa lũ và mùa cạn

Mùa lũ gồm các tháng liên tục có lượng dòng chảy bằng hoặc lớn hơn 1/12 lượng dòng chảy cả năm với mức ổn định 50% Đôi khi mưa lũ được hiểu là gồm các

tháng liên tục có lượng dòng chảy từng lên liên tíêp và kết thúc ở tháng có lượng dòng chảy bằng 1/12 lượng dòng chảy cả năm

Ở những lưu vực nhỏ và đất thấm nước kém (mất rừng, trơ sỏi đá) mùa lũ có thể bắt đầu và kết thúc cùng với mùa mưa Ở những lưu vực lớn và đất có khả năng thấm nước cao mùa lũ có thể đến chậm hơn mùa mưa chừng 2 tháng và kết thúc muộn hơn chừng 1 tháng Chằng hạn, vùng Đông Bắc, Tây Bắc, mùa mưa lũ chậm hơn 1 tháng

và kết thúc cùng nó Ở Tây Nguyên mùa lũ chậm hơn mùa mưa chừng 2 tháng và kết thúc chậm hơn chừng 1 tháng

Lượng dòng chảy trong mùa mưa lũ có thể chiếm tới 70 - 80% tổng lượng dòng chảy năm, ở Bắc bộ lượng dòng chảy lớn nhất xảy ra vào tháng 7 và tháng 8, chiếm

30 - 35% lượng dòng chảy cả năm, ở nam Nghệ Tĩnh với bắc Bình Trị Thiên lượng dòng chảy lớn nhất tập trung vào tháng 10, chiếm tới 50% lượng dòng chảy cả năm Ở Tây Nguyên, Nam bộ lượng dòng chảy lớn nhất tập trung vào các thang 9, 10, chiếm

30 -35% lượng dòng cả năm

Phân tích phân bố của dòng chảy trong năm có ý nghĩa quan trọng trong dự tính công suất thuỷ điện, quy hoạch vận chuyển thuỷ, tính toán xây dựng các công trình thuỷ,.v.v Để phản ánh phân bố dòng chảy trong năm người ta thường dùng đươcngf cong duy trì lưu lượng và đường qua trình lưu lượng

(Đường duy trì lưu lượng)

Đường cong duy trì lưu lượng (hình 19) cho biết tần suất hiện dòng chảy với lưu lượng vượt quá một giá trị nào đó Phân bố dòng chảy càng đều thì đường cong duy trì lưu lượng có thể được tổng thời gian trong năm có lưu lượng dòng chảy trong 1 giới hạn cho trước Đường cong duy trì lưu lượng có thể theo tài liệu của cả thời gian quan trắc

Đường quá trinhd lưu lượng cho biết đến biến đỏi của lưu lượng dòng chảy theo thời gian trong năm (hình 20)

Đường cong quá trình lưu lượng cho biết được dùng cho công tác tính toán, quy hoạch sử dụng nguồn nước xây dựng các công trình thuỷ lợi.v.v Nó cũng được sử dụng khi đánh giá hiệu quae của các rừng phòng hộ đàu nguồn, các công trình thuỷ lợi như hồ, đập, v.v

Tinhd không đều của dòng chảy cungc có thể phản ánh qua hệ số biến động dòng chảy Cv:

)2 12

1

1

12

(

∑

−

−

=

Cv

Trong đó: Xi là lượng dòng chảy tháng thư i, X0 là lượng dòng chảy của tháng trung bình

Phân bố dòng chảy càng đều, hệ số biến động dòng chảy càng nhỏ Sử phân phối không đều của dòng chảy gây những khó khăn lớn trong sử dụng nguồn nước trước hết đoa là nguyên nhân gây ra các hiện tượng lũ, lụt, thay đổi công suất của các nhà máy thuỷ điện, các hồ nước, làm gián đoạn các hoạt động vận chuyển thuỷ v.v

* Cấu trúc lớp phủ thực vật

Với khả năng hấp phụ nước trên bề mặt lá, thân, cành cây, khả năng ngăn cản làm trì hoãn dòng chảy mặt đất tạo điều kiện tăng lượng nước ngầm vào đất, lớp phủ thực vật có ý nghĩa đặc biệt quan trọng với các quá trình thuỷ văn Nó được thể hiện rất rõ qua phương trình cân bằng nước viết cho nơi có lớp phủ thực vật

X = I + E1 + E2 + Y + Z + W

Trong đó: X là lượng mưa,

I là lượng nước bị giữ lại trên tán thực vật,

E1 là lượng nước bốc hơi của mặt đất,

E2 là lượng nước thoát hơi từ toàn bộ thực vật,

Y là dòng chảy bề mặt,

Z là dòng chảy ngầm,

W là lượng biến đổi của trữ lượng ẩm trong đất

Lượng nước thoát hơi của quần thụ chiếm phần chủ yếu trong tổng lượng bốc thoát hơi Lượng thoát hơi của rừng Lượng tháot hơi quần thụ phụ thuộc và tổ thành rừng, tuổi, kiểu rừng, độ dày của rừng và điều kiện khí tượng v.v Thoát hơi của quần thụ nhiều khi chiếm tí 50% tổng lượng bốc thoát hơi của rừng Lượng thoát hơi liên quan mật thiết với khối lượng lá Đây là đại lượng dao động quan trong phạm vi rộng Lượng thoát thoát hơi cực đại thường xảy ra trùng với thời kỳ có tăng trưởng lớn nhất

Bốc hơi tổng cộng phụ thuộc và vùng địa lý, còn trong một khu vực, nó phụ thuộc vào kiểu rừng, tổ thành loài, độ tàn che, tuổi quần thụ v.v Trong những vùng khô hạn, chênh lệch của bốc hơi tổng cộng với lượng mưa giảm đi

* Tính chất thổ nhưỡng

* Điều kiện địa hình

* Đặc điểm lớp phủ thực vật

- Trong mọi trường hợp, lớp thảm thực vật luôn làm giảm tổng lượng dòng chảy Một phần đáng kể lượng mưa được đọng lại trên mặt lá, cành cây và quay trở lại khí quyển nhờ quá trình bốc hơi vật lý Mặt khác bằng thân, rễ, cành, lá mục, các hang hốc động vật v.v lớp phủ thực vật làm trì hoãn dòng chảy bề mặt, chuyển nước mặt thành nước ngầm di chuyển vào đất Một phần trong số này lại được thực vật hút và thoát hơi trở lại khí quyển Thực vật che phủ không chỉ làm thay đổi số lượng dòng chảy, mà còn làm thay đổi đặc tính của dòng chảy, chẳng hạn tính biến động của dòng chảy, tỷ lệ bùn cát và chất lượng nước nói chung

- Điều kiện thổ nhưỡng ảnh hưởng đến phương trình cân bằng nước chủ yếu thông qua tính thấm nước và khả năng chứa nước (dung tích chứa nước) của đất Tính thấm nước, và dung tích chứa nước của đất lại phụ thuộc vào độ xấp, thành phần cơ giới nhẹ và độ dày tầng đất Đất xốp, thành phần cơ giới nhẹ và tầng đất dày sẽ làm tăng khả năng thấm và giữ nước của đất, từ đó cung cấp một cách ổn định cho quá trình bốc hơi mặt đất và thoát hơi nước của thực vật

Hệ số tổn thất dòng chảy trong nhiều trường hợp được sử dụng như 1 chỉ tiêu ddeer so sánh khả năng giữ nước của các thảm thực vật hoặc các công trình thuỷ lợi v.v Hệ số tổn thất dòng chảy càng lớn chứng tỏ lượng bốc, thoát hơi càng cao, và dòng chảy càng nhiều

Bảng Chỉ số xói mòn của mưa ở Việt Nam (K)

phương Chỉ số xói

mòn của mưa

phương Chỉ số xói mòn

của mưa

Tên địa phương Chỉ số

xói mòn của mưa

Tên địa phương Chỉ số

xói mòn của mưa

Lai Chau 604 Lang Son 393 Yen Dinh 433 Kom Tum 523

TIÊU CHUẨN CẤU TRÚC BẢO VỆ ĐẤT (C) RỪNG VIỆT NAM

C = (TC/H)+CP+TM Hệ số xói mòn của mưa (K/542) = 0,5

Độ xốp tính bằng % độ dốc tính bàng độ