Các quá trình vật lý và hóa học của hồ - Chương 2 pot

http://www.ebook.edu.vn Chơng 2 Các Quá Trình Thủy Văn V Cân bằng Nớc Của Hồ Giới thiệu Hồ tơng tác với mọi thnh phần của hệ thống thủy văn: nớc khí quyển, nớc mặt v nớc ngầm. Những thông lợng nớc đến v đi khỏi các hồ tơng ứng đối tợng tính toán no, dù nó l hồ, đầm lầy, hay đồng bằng ngập lụt đều đòi hỏi phải xem xét đến ton bộ hệ thống thủy văn; do đó, cần phải có ý kiến về mặt chuyên môn của một chuyên gia thủy văn hoặc một đội ngũ các chuyên gia về các nhánh của thủy văn học. Vì ý kiến chuyên môn không phải l có sẵn trong nhiều nghiên cứu, thông thờng cân bằng nớc có chất lợng khác nhau trong các trờng hợp khác nhau. Tính bất định trong khả năng so sánh cân bằng nớc ny đã hạn chế sự nâng cao hiểu biết về thủy văn hồ, cũng nh cơ hội để so sánh giữa các tình huống. Hơn nữa, phần lớn các cân bằng nớc không bao gồm sự đánh giá mức độ bất định của các giá trị thủy văn cần tính toán (Winter 1981), cũng hạn chế sự hữu dụng của chúng. Để xác định cân bằng nớc v có thể sử dụng nó với một mức tin cậy, cần phải có nhận thức về những nguyên lý cơ bản, các kỹ thuật đo đạc, v những hiểu biết về tính bất định về giá trị của các yếu tố thủy văn khác nhau co tơng tác với hồ. Mục đích của chơng ny l cung cấp một nền tảng để từ đó phát triển sự hiểu biết về những quá trình thủy văn liên quan đến hồ. Chơng ny hớng vơqí các thnh phần ny thể hiện cân bằng nớc của hồ. Về mặt toán học, khái niệm cân bằng nớc dễ lầm tởng đơn giản l: lợng nớc gia nhập cân bằng với lợng nớc thoát hoặc sự thay đổi lợng trữ (có thể âm hoặc dơng). Tuy nhiên, trong thực tế, đo đạc một cách chính xác các thnh phần nớc đến v đi khỏi hồ l không đơn giản, bởi vì có nhiều quan niệm khác nhau về sự biến thiên của các quá trình thủy văn v khả năng đánh giá các thnh phần thủy văn còn hạn. Cân bằng nớc l một thnh phần quan trọng của nhiều nghiên cứu. Nó đợc đề cập đến chủ yếu do các mối quan tâm về hóa học hay sinh học. Cần phải biết những đờng dẫn nớc để xác định vận chuyển hóa học; bởi vậy, cân bằng nớc đợc xác định cho một số lợng lớn các mục đích khoa học v quản lý khác nhau. Việc xác định cân bằng nớc của bất kỳ vo từng thnh phần của hệ thống thủy văn với sự lu tâm tới những nguyên lý cơ bản về sự vận động của nớc, các giả thiết cần để sử dụng, lựa chọn các phép đo hoặc tính toán, v độ bất định về giá trị đợc xác định bởi các phơng pháp khác nhau. Hệ thống thủy văn hồ 57 http://www.ebook.edu.vn Xem xét hồ nh một đối tợng tính toán có thể nhận thấy, hồ nhận nớc từ: (1) khí quyển, bởi giáng thủy trực tiếp trên bề mặt của hồ, (2) nớc mặt, bởi dòng chảy tới hồ, từ các sông suối, bởi dòng chảy trn hay dòng chảy sờn dốc, v (3) nớc ngầm, bởi quá trình thấm vo trong hồ. Hồ mất nớc từ: (1) khí quyển, bởi sự bay hơi trực tiếp từ bề mặt hồ, (2) nớc mặt, bởi dòng chảy mặt đi ra từ hồ, v (3) nớc ngầm, bởi sự ngấm ra từ hồ. Trong một thời đoạn no đó, sự bất cân bằng giữa nguồn đến v tổn thất dẫn đến sự thay đổi lợng trữ, đợc phản ánh bằng sự thay đổi mực nớc hồ. Đối với một số thnh phần của cân bằng nớc ta có thể đo đạc chúng một cách trực tiếp v ở chính vị trí biên của hồ. Ví dụ, dòng chảy thông thờng có thể đo đợc tại các tuyến chảy vo v ra của hồ. Kết quả l các giá trị đo đạc có độ chính xác cao đối với những thnh phần nớc mặt. Ngoi ra, có thể thu đợc những giá trị đầu vo khá chính xác từ khí quyển bằng cách sử dụng thích hợp số lợng v khoảng cách những trạm đo giáng thủy ở hồ. Với những thnh phần khác, không thể đo đạc trực tiếp những giá trị dòng chảy một cách chính xác. Ví dụ, bốc hơi, chảy trn, v nớc ngầm chảy vo hay chảy ra nói chung, cần đợc tính toán từ nhiều loại số liệu thủy văn v khí hậu khác nhau. Mặc dù có thể đo đợc dòng chảy ngầm một cách trực tiếp bằng việc sử dụng những đồng hồ đo thấm, hầu hết những thiết bị ny thờng chỉ đợc sử dụng tại những điểm mẫu lựa chọn trong không gian v thời gian, chứ không theo dõi liên tục. Hơn nữa, mặc dù một số thnh phần thủy văn có thể đo đợc tại ranh giới của hồ, để hiểu v mô hình hóa sự cân bằng nớc của hồ, đặc biệt l sự tơng tác giữa hồ với những thnh phần nớc mặt v nớc ngầm, cần thiết phải có một kiến thức về đờng dòng bên trong lu vực nớc mặt v nớc ngầm liên quan đến hồ. 2.1 Sự t}ơng tác của hồ với n}ớc khí quyển 2.1.1 Giáng thủy Sự vận động của nớc trong khí quyển biến động lớn theo không gian, thời gian v rất phức tạp. Điều ny cũng đúng cho các yếu tố thnh tạo giáng thuỷ. Bởi vậy, lâu nay nó vẫn l một thách thức cho các nh thủy văn học để đo đạc hoặc giống tính toán lớp giáng thủy của khu vực. Những kiểu thời tiết khác nhau gây ra những loại giáng thủy khác nhau. Trong một số vùng v vo những mùa nhất định, phổ biến, những kiểu thời tiết giống nhau, dẫn đến giáng thủy nhau trên khu vực; phép đo giáng thủy dới những điều kiện ny có thể khá chính xác. Tuy nhiên, nếu giáng thủy phần lớn từ những cơn ma giông đối lu kèm theo gió mạnh, thì đo đạc chính xác giáng thủy thực tế l rất khó khăn v 58 http://www.ebook.edu.vn có những sai số đáng kể. Ngoi ra, dạng v cờng độ của giáng thủy từ ma đối lu có tính biến động cao theo không gian, v tính khu vực của dữ liệu địa phơng lấy ở các trạm đo có thể có sai số đáng kể. Kết quả nghiên cứu v tìm hiểu về động lực học khí quyển, những thí nghiệm đo đạc giáng thủy, v những so sánh tính khu vực bởi Illinois State Water Survey (ví dụ, Huff v Neill 1957, Huff v Shipp 1969) trong vi thập niên đã hỗ trợ đáng kể cho nhận thức về các dạng giáng thủy, thực sự cần thiết cho việc xác định chính xác thnh phần đầu vo từ khí quyển của cán cân nớc. Mặc dù tồn tại sự bất định trong đo đạc giáng thủy (xem Larson 1971 nh một g số rất nhiều ti liệu xem xét về đề ti ny), thách thức cơ bản trong việc xác định lợng nớc từ khí quyển tới hồ l sự lm sáng tỏ hay phân phối theo vùng của số liệu đo đạc. Những phơng pháp chủ yếu của việc phân vùng số liệu ma điểm l phơng pháp đờng đẳng trị lợng ma, ph- ơng pháp đa giác Thái Sơn, v phơng pháp tính trung bình có trọng số. Những phơng pháp ny đợc mô tả trong hầu hết các sách giáo khoa thủy văn học, nhng một ví dụ đồ thị của sự so sánh ba phơng pháp bởi Linsley v những ngời khác (1975) chỉ ra rằng những thể tích nớc tính toán cho một vùng nhất định sử dụng cùng những số lợng phép đo trong một mạng lới các trạm đo đạc chênh lệch nhau từ 9-18%. Ví dụ ny trình by việc xác định giáng thủy trên lu vực có những trạm đo phân bố. Nớc từ khí quyển rơi trực tiếp vo hồ hiếm khi đợc đo đạc trên bề mặt nớc. Vì các trạm đo giáng thủy thông thờng phải đợc đặt trên mặt đất, cần phải sử dụng một số phơng pháp phân vùng no đó để xác định lớp nớc trên ton bộ hồ từ lớp nớc đo đợc tại những trạm đo. Với những hồ nhỏ thì số liệu ma rơi trên mặt đất khá tiêu biểu cho ma rơi trên hồ. Tuy nhiên, với những hồ a Kỳ mật độ lới trạm của Uỷ ban thời tiết quốc gia (NWS) ở khoảng 40 km theo các hớng khác nhau từ hồ, v mạng lới nhỏ hơn gồm có các trạm đọc ví dụ của một tron lớn, cần phải sử dụng một số trạm đo đạc xung quanh hồ để tính toán ma rơi trên hồ. Trong một số trờng hợp thậm chí cách tiếp cận ny vẫn cha phải l thỏa mãn. Ví dụ, những hồ lớn đôi khi không có mây che phủ trong khi vùng đất xung quanh lại có, v tại thời điểm khác thì ngợc lại. Với những hồ lớn, chúng ta hầu nh không thể biết đợc mức độ bất định của thể tích nớc rơi trực tiếp trên mặt nớc. Thnh phần giáng thủy của cán cân nớc thờng đợc xác định từ số liệu mạng lới quốc gia. ở Ho 2 l xấp xỉ 650 km một trạm đo. Những trạm đo ny ít khi đợc đặt ngay trong vùng lân cận của hồ cần quan tâm; bởi vậy, một trong những phơng pháp phân vùng đợc đề cập ở trên thờng đợc sử dụng. Siegel v Winter (1980) so sánh các phơng pháp phân vùng ở hồ Williams, Minnesota, sử dụng số liệu giáng thủy mùa hè năm 1978. Lợng giáng thủy tới hồ đợc tính toán sử dụng ba phơng pháp; trung bình số học, trung bình trọng số, v đờng đẳng trị lợng ma, chẳng hạn nh sử dụng số liệu từ hai mạng lới riêng biệt. Mạng lới lớn hơn gồm có ba trạm đo đạc NWS đặt 59 http://www.ebook.edu.vn giá trị quan trắc định vị ở bên trong xấp xỉ 5 km của hồ. Những lợng của giáng thủy tính toán đợc so sánh với những lợng của giáng thủy đo bởi dụng cụ đo tự ghi tại hồ. Bên trong mỗi mạng lới dữ liệu, tính toán giáng thủy hng ngy trung bình thời đoạn hơn 2 tuần thì tơng tự với cả ba phơng pháp tính toán (Hình 2.1). Hình 2. 1 A, B: Sự khác nhau giữa giáng thủy đợc đo bởi một trạm tự ghi ở hồ Williams, Minnesota, v đợc đánh giá bằ vùng sử dụng số liệu từ mạ p Portage) v mạng lỡi qui iáng thủy trung bình ngay trong thời kỳ 2 tuần. B: lợng giáng thủy c thời kỳ 2 tuần. (Đ el v Winter 1980) Những đánh giá từ mạng lới quy mô n những giá trị g sai khác lớn nhất vớ i hồ, khi xem xét trung bình một tuần hai lần, l cho háng tám, khi sử dụng số liệu NWS. Việc so sánh ti liệu ma cho cơn ma lớn nhất xuất hiện trong suốt ng ba cách phân ng lới qui mô nhỏ (Dee mô lớn (NWS). A: Lợng g ơn bío lớn nhất trong trong cả ợc xác định bởi Sieg hỏ thông thờng l sát với i những giá trị ghi đợc tạhi đợc tại hồ. Sự thời kỳ giữa t 60 http://www.ebook.edu.vn thời đoạn 2 tuần chỉ ra rằng độ sâu ma rơi tính toán từ mạng lới qui mô nhỏ thì luôn luôn gần nh tơng tự với những số liệu m đợc ghi tại hồ hơn l độ sâu ma rơi tính toán từ mạng lới NWS. Sự khác nhau lớn nhất l một cơn ma lớn vo giữa tháng tám, khi m những độ sâu tính toán đợc từ mạng lới NWS chênh lệch hơn 25 mm so với nhữ c tại hồ hoặc từ m . Những dữ liệu ần thiết để ợc đo đạc cng gần hồ thì cng tốt, nếu không phải bởi những trạm đo đạc đáng tin cậy ở gần hồ. 2.1.2 Bốc hơi rình m nớc ở bề mặt hồ đ sang trạng thái hơi. Tốc độ bốc hơi phụ thuộc trực tiếp vo gradien kh ngang qua mặt tiếp giáp giữa không . P rê h ữa v xá rối theo ơn ẳn g hu ơi di í ơn ữa, b i vì ẩ iệt hoá hơ n hân n lợng bốc ín c nh t có t ể, cầ độ không khí, gradien khí áp, v nhiệt độ của nớc. Một cách lý t cân bằng năng lợng củ (Hình 2 c t õi tụ những ao hí hậu. ng độ sâu ghi nhận đợ ạng lới qui mô nhỏ ny chỉ ra rằng giáng thủy c đ ghi đợc tại vị trí đó, thì ít nhất cũng bởi những trạm đo đạc đọc quan trắc Bốc hơi l quá t ợc chuyển đổi từ trạng thái lỏng í áp khí v ph nớc gth hía t n ran giới gi yể h nớc nv không khí, gió uy trì gra o trộn g đứn vận c nnh n ớc, nh vậy d ớc lớn, nhiệt có thể toả ra từ chính bản t en kh áp. H n ở lợng i của ớc (Ragotzkie 1978). Bởi vậy, n phải đo đạc bức xạ, nhiệtđể xác định hơi ch h xá ấ h ởng, ton bộ a hồ .2) phải đợ heo d liên c bởi vì đặc trng động lực c của k Hình 2.2: Nguồn năng lợng v thấm liên quan với ngân qũy năng lợng của các hồ. Q s l bức xạ mặt trời sóng ngắn tới; Q r l bức xạ sóng ngăn phản xạ; Q a l bức xạ mặt đất sóng di đến; Q ar l bức xạ sóng di phản xạ; Q bs l bức xạ sóng di phát ra từ nớc; Q b l năng lợng thu đợc chuyển động ngang tới v từ các trầm tích; Q v l năng lợng thu đợc chuyển động ngang tới v từ hồ; Q x l thay đổi lợng trữ nhiệt trong hồ. Những nghiên cứu về cân bằng năng lợng của các hồ thông thờng cha đợc tiến hnh bởi liên quan đến chi phí v nhân lực. Không chỉ l những dụng cụ đắt tiền, m còn cần phải kiểm tra thờng xuyên sự định kích cỡ của chúng với những cảm kế riêng biệt v cần nhiều thời gian để bảo đảm chất lợng của ti liệu khí hậu, dẫn đến những chi phí nhân sự cao. Ngoi ra, những profile nhiệt độ ở nhiều lát cắt trong hồ, sự khảo sát nhiệt, cần đợc tiến hnh đều đặn th- ờng xuyên trong những khoảng thời gian nh hng tuần, một tuần hai lần hoặc hng tháng. Tuy vậy, phơng pháp cân bằng năng lợng trong tính toán bốc hơi nói chung 61 http://www.ebook.edu.vn đợc xem xét nh l phơng pháp chính xác nhất cho những nghiên cứu bao trùm những giai đoạn các tháng, các mùa, hoặc các năm; bởi vậy, đó l tiêu chuẩn m căn cứ vo đó để đánh giá những phơng pháp thực nghiệm. Một thảo luận chi tiết về phơng pháp cân bằng năng lợng để tính bốc hơi cha đợc giới thiệu ở đây, bởi vì sự di chuyển nhiệt năng với sự lu tâm tới các hồ đợc bn luận bởi Imboden v Wuest v bởi Hostetler, v nó đợc bn luận rộng rãi trong những cuốn khác nh l sách của Brutsaert (1982). Một khía cạnh của nghiên cứu cân bằng năng lợng m hiếm khi đợc xem xét đến l năng lợng bình lu liên quan đến nớc ngầm; đa số các nghiên cứu tr- ớc đây cho rằng năng lợng bình lu liên quan đến giáng thủy v tầng nớc mặt. Nớc ngầm có thể l một thnh phần chính trong cán cân nớc của những hồ kín. Một ví dụ về ảnh hởng của năng lợng bình lu liên quan đến nớc ngầm tới sự bay hơi từ một hồ kín trong một khí hậu ôn hòa đợc giới thiệu bởi Sturrock cùng cộng sự (1992). Những yếu tố trong cân bằng năng lợng, bao gồm dòng năng lợng liên quan với nớc ngầm, đã đợc xác định rõ cho hồ Williams, một hồ kín nhỏ (40 ha) ở trung tâm phía bắc Minnesata, với chu kỳ mở nớc l 5 năm. Nớc ngầm chiếm hơn 50% lợng nớc hng năm tới hồ v hơn 50% tổn thất nớc hng năm từ hồ. Tuy nhiên, vì nớc ngầm trong khí hậu ny thì khá lạnh (xấp xỉ 7 0 C), nó đóng góp nhỏ nhất lợng nhiệt năng đợc nhập vo hồ. Nớc hồ ngấm tới tầng nớc ngầm thì chỉ ấm vo 1 hoặc 2 tháng mùa hè; bởi vậy, năng lợng nhiệt tối thiểu bị tổn thất cho nớc ngầm. Ton bộ ảnh hởng của tổn thất nớc cho sự bốc hơi ở hồ Williams đợc tính toán bởi năng lợng bình lu liên quan đến nớc ngầm nhỏ hơn 1%. Hầu hết các nghiên cứu cán cân nớc, bốc hơi đợc xác định bằng phơng pháp thực nghiệm, bởi vì những chi phí thao tác cho việc xác định sự bốc hơi bằng phơng pháp cân bằng năng lợng lớn. Có ít nhất 30 phơng pháp thực nghiệm đã đợc sử dụng hoặc đề xớng cho việc xác định bốc thoát hơi nớc, rất nhiều trong số đó đã đợc sử dụng để xác định bốc hơi bề mặt nớc. Những phơng pháp ny yêu cầu phạm vi số liệu rộng. Ví dụ, một số phơng pháp biến thể của cách tiếp cận cân bằng năng lợng, yêu cầu số liệu từ nhiều cảm kế hay đầu dò, trong khi những phơng pháp khác yêu cầu số liệu từ một cảm kế hay đầu dò đơn giản nh một đầu dò nhiệt độ. Mặc dù một số nghiên cứu đã so sánh nhiều phơng pháp thực nghiệm khác nhau trong việc xác định bốc hơi thực vật (ví dụ nh Tanner 1967; McGuiness v Bordne 1972), các nghiên cứu so sánh những phơng trình đợc chọn cho việc sử dụng trên những bề mặt nớc thoáng thì có ít hơn (ví dụ, Harbeck cùng cộng sự 1958; Brutsaert 1982; Warnala v Pochop 1988). Nghiên cứu cân bằng năng lợng của hồ Williams, Minnesota, đòi hỏi sử dụng nhiều cảm kế hay đầu dò. Bởi vậy, rõ rng có thể đánh giá một số phơng pháp thực nghiệm xác định sự bay hơi dựa vo những giá trị đã xác định bằng phơng pháp cân bằng năng lợng. 62 http://www.ebook.edu.vn Bảng 2.1. Các phơng pháp đí sử dụng để so sánh lợng bốc hơi đợc xác định bằng các phơng pháp thực nghiệm với lợng bốc hơi đợc xác định bằng phơng pháp ngân qũy năng lợng cho hồ Williams, Minnesota. Phơng pháp Ti liệu tham khảo Brutsaert-Stricker Brutsaert v Stricker (1979) DeBruin DeBruin (1978) DeBruin-Keijman DeBruin v Keijman (1979) Hamon Hamon (1961) Jenson v Haise McGuinness v Bordne (1972) Makkink McGuinness v Bordne (1972) Khối lợng di chuyển Harbeck v những ngời khác (1958) Papadakis McGuinness v Bordne (1972) Penman Jensen v những ngời khác (1974) Priestley-Taylor Stewart v Rouse (1976) Stephens v Stewart McGuinness v Bordne (1972) Bảng 2.2: Tổng kết thống kê về sự chênh lệch trong lợng bốc hơi từng tháng cho hồ Williams, Minnesota Mặt đất Các chuẩn mựcPhơng pháp Trung bình SD Trung bình SD Trung bình SD Trung bình SD Jenson v Haise 0.00 1.80 -0.33 1.83 0.10 1.95 Penman -0.03 0.80 -0.79 0.82 -0.87 0.83 Khối lợng di chuyển -0.10 1.27 -4.64 1.76 -6.26 2.09 -5.20 2.23 DeBruin-Keijman 0.16 0.90 0.08 0.91 Makkink -0.35 1.58 -0.46 1.56 -0.14 1.76 Priestley-Taylor 0.42 0.96 0.30 0.96 Papadakis -0.43 1.21 2.13 1.35 1.49 1.19 Hamon 0.77 1.65 0.46 1.70 0.85 1.79 DeBruin 0.86 1.78 -4.22 2.05 -5.27 2.28 -4.28 2.22 Stephens v Stewart -1.30 1.32 -1.57 1.33 -1.10 1.50 Brutsaert-Stricker 2.17 1.27 2.22 1.27 2.09 1.25 e 0 áp suất hơi nớc bão ho; T o , nhiệt độ nớc mặt; T a , nhiệt độ không khí. a e 0 tại T 0 l áp suất hơi nớc bão ho tại nhiệt độ nớc mặt của hồ. b e 0 tại T a l áp suất hơi nớc bão tại nhiệt độ không khí Mời một phơng pháp thực nghiệm để xác định sự bay hơi đã đợc đánh giá trong nghiên cứu hồ Williams (Winter v những ngời khác 1995). Các phơng pháp tham khảo l dạng của những phơng trình sử dụng đợc liệt kê trong bảng 2.1. Có những sự so sánh các giá trị bốc hơi mặt nớc tháng của 22 tháng trong thời kỳ 5 năm. Những tháng m hồ bị băng tuyết bao phủ (tháng 6-7 mỗi năm), xem nh những tháng m không có bộ số liệu đầy đủ, đã bị loại trừ trong sự so sánh. Số liệu từ ba trạm khí hậu đã đợc sử dụng trong nghiên cứu: một trạm ở trung tâm của hồ, một trạm mặt đất cách bờ hồ khoảng gần 100 m v một trạm khác thuộc mạng lới nông nghiệp ở vị trí cách 60 km về phía nam 63 http://www.ebook.edu.vn cña hå. Tãm t¾t thèng kª vÒ nh÷ng sù so s¸nh ®îc chØ ra trong b¶ng 2.2. 64 http://www.ebook.edu.vn Hình 2.3 a,b: Chênh lệch giữa giá trị bốc hơi đợc tính bằng phơng pháp cân bằng năng lợng v các giá trị đợc tính toán bằng các phơng pháp thực nghiệm cho hồ Williams, Minnesota, 1982-1986. Những phơng pháp cần cho mạng lới bức xạ có thể không sử dụng khi sử dụng dữ liệu Staples. Duy nhất phơng pháp cần áp suất hơi nớc bão ho (e 0 ) đã sử dụng tính toán e 0 tại T a trong vị trí của e 0 tại T 0 . Giá trị (cm) đợc xác định bởi cân bằng năng lợng v bởi 11 phơng pháp kinh nghiệm sử dụng số liệu từ ba trạm khí hậu khác nhau. Số liệu đợc quan trắc từ trạm ở giữa hồ, trạm mặt đất cách hồ 100m, v trạm khí hậu tại Staples, Minnesota, cách 60 km về phía nam của hồ. Dựa vo giá trị trung bình v độ lệch chuẩn của sự chênh lệch bay hơi hng tháng, các phơng pháp Perman, DeBruin-Keijman, v Priestley-Taylor cho các giá trị gần nhất với các giá trị cân bằng năng lợng. Giá trị trung bình của chênh lệch hng tháng thì nhỏ hơn 0.5 cm, v độ lệch chuẩn của chênh lệch hng tháng nhỏ hơn 1.0 cm cho cả ba phơng pháp khi sử dụng số liệu của trạm ở giữa hồ. Hơn nữa, sự bốc hơi xác định theo ba phơng pháp ny sử dụng số liệu của trạm mặt đất cũng cho các giá trị gần với các giá trị cân bằng năng lợng (Hình 2.3a). Những loại số liệu chung m ba phơng pháp ny yêu cầu l nhiệt độ không khí, bức xạ thực v sự biến đổi nhiệt độ trong hồ giữa các lần khảo 65 http://www.ebook.edu.vn sát. Bởi vậy, sử dụng những phơng pháp ny yêu cầu những dụng cụ đợc định vị ở hồ, v vị trí đó đợc tạo ra để kiểm tra các dụng cụ v để tiến hnh các khảo sát nhiệt. Số liệu l từ các trạm khí hậu dựa trên một trạm giữa hồ, ở trên mặt đất cách hồ 100m v tại một trạm khí hậu tại Staples, Minnesota, cách 60km về phía nam của hồ. Các phơng pháp thực nghiệm m cho kết quả phù hợp nhất với các giá trị cân bằng năng lợng l DeBruin-Keijman, Priestley-Taylor, v Penman. Những phơng pháp còn lạíit phù hợp nhất, đặc biệt l nếu số liệu không phải l của trạm giữa hồ, l b truyền khối lợng v DeBruin. e0 tại T0 l áp suất hơi nớc bão ho tại nhiệt độ của nớc mặt; e 0 tại Ta l áp suất hơi nớc bão tại nhiệt độ không khí; raft l số liệu của trạm giữa hồ; land l số liệu của trạm mặt đất cách hồ 100m; Staples l số liệu của trạm khí hậu ở Staptes Minnesota, cách 60km về phía nam của hồ. (của Winter v những ngời khác 1995). Những phơng pháp so sánh các giá trị thuận lợi tối thiểu với các giá trị cân bằng năng lợng khi sử dụng số liệu từ trạm mặt đất l khối lợng di chuyển v phơng pháp Debruin (Hình 3b). Cả hai phơng pháp ny coi tốc độ gió nh một thnh phần nổi bật trong phơng trình. (Mặc dù tốc độ gió đợc sử dụng trong phơng pháp Penman, đó l yếu tố thứ hai sau yếu tố bức xạ thực). Hệ số khối lợng di chuyển đợc lấy dựa vo cân bằng năng lợng sử dụng số liệu từ trạm giữa hồ, bởi vậy, sự chênh lệch trung bình của những giá trị cân bằng các nh nghiên cứu về hồ tỉ lệ với sự quan trọng của nó. năng lợng sử dụng số liệu từ trạm giữa hồ chỉ -0.10 cm, nhng độ lệch chuẩn thì lớn (1.27 cm). Tuy nhiên, khi số liệu gió của trạm mặt đất đợc thay thế cho số liệu gió của trạm giữa hồ, phơng pháp tỏ ra l không thoả mãn. Số liệu tốc độ gió của hồ Williams chỉ ra rằng tốc độ gió ghi đợc tại trạm mặt đất thông thờng nhỏ hơn tốc độ gió ghi đợc tại trạm ở trung tâm của hồ l 20-40%. Những kết quả ny cho thấy rằng các phơng pháp thực nghiệm để xác định sự bay hơi m yêu cầu sử dụng số liệu gió chỉ thỏa mãn khi tốc độ gió đợc đo tại một trạm ở trung tâm của hồ. Mặc dù các nh khí hậu học đã quan tâm về tính chất vật lý của sự bốc hơi qua nhiều năm, nhng thnh phần ny của sự cân bằng nớc hồ đã không nhận đợc sự chú ý của Công việc đáng kể hơn nhiều l đánh giá các hệ số, các hằng số, các giả thiết, trang bị máy móc, v thiết kế vị trí phần tử nhạy cho nhiều phơng pháp xác định sự bốc hơi. Những sự đánh giá cần đợc tiến hnh cho các hồ nằm trong một môi trờng địa lý v khí hậu đa dạng, rộng lớn. 2.2. Sự t}ơng tác của các hồ với n}ớc mặt Nớc mặt l thnh phần duy nhất của hệ thống thủy văn nói chung, đợc xác định cẩn thận với sự chú ý tới thứ nguyên vật lý của nó. Hơn 100 năm nghiên cứu đã dẫn đến một sự hiểu biết vật lý của dòng chảy trong lòng dẫn hở v sự phát triển của những cấu trúc đo đạc nh các đập trn v máng dẫn nớc. Khi 66 [...]... một cơ chế của sự vận chuyển các hóa chất tới v ra khỏi các hồ Vận chuyển hóa học bởi tầng n ớc sát mặt thông th ờng có vai trò lớn đối với đặc tính hóa học của những hồ kín hoặc những hồ m liên quan với các dòng chảy nhỏ Nghiên cứu của những hồ trong địa tầng băng giá chỉ ra rằng đặc tính hóa học ion chính của nhiều hồ có liên quan tới vị trí của nó cần chú ý tới những hệ thống dòng n ớc ngầm (LaBaugh... trên các hồ ở vùng núi Adirondack New York v những hồ địa tầng băng giá ở phía bắc Wisconsin 2. 3 Sự t ơng tác của các hồ với n ớc sát mặt Thnh phần sát mặt th ờng không phải l một yếu tố nổi bật của sự cân bằng n ớc Đa số các hồ nhận: cho khí quyển v n ớc mặt nhiều n ớc hơn Tuy nhiên, xét d ới góc độ vận chuyển hóa học, n ớc sát mặt có thể l quan trọng, bởi vì nó l một cơ chế của sự vận chuyển các hóa. .. tác của các hồ v tầng n ớc ngầm nói chung l của dòng chảy qua các hồ, chẳng hạn nh , n ớc ngầm ngấm vo ở một phía của hồ v n ớc hồ ngấm ra ngoi ở phía khác (RinaldoLee v Anderson 1980; Karls 87 http://www.ebook.edu.vn 19 82; Krabbenhoft v những ng ời khác 1990; Wentz v những ng ời khác 1990) Hình 2. 20: Các thời kỳ của dòng nhập tập trung đ ợc tạo nên bởi hai thời kỳ m a lớn dẫn đến sự đảo ng ợc của. .. chảy về phía hồ Williams, Minnesota, m th ờng có thấm tới tầng n ớc ngầm Các đ ờng đ thiết kế nh UM-1 v UM-3 l các biểu đồ thủy văn của mực n ớc trong các giếng xuống dốc của hồ (Tham khảo từ Rosenberry 1985) Cách tiếp cận ny với những kết quả t ơng tự, cũng đ ợc sử dụng để nghiên cứu sự t ơng tác của n ớc ngầm v các hồ đá cuội ở Thụy Điển (Landberg 19 82) Hầu hết những nghiên cứu ny l của ton bộ những... có công nghệ sẵn sng để đo một cách chính xác mực n ớc hồ trên một cơ sở liên tục Hình 2. 21: Các bản đồ đo sâu của hồ Eklon, Thụy Điển, chứng tỏ ton bộ sai số đ ợc xác định theo kinh nghiệm trong tính toán diện tích đáy hồ tại ba độ sâu Các diện tích đ ợc tô đen thể hiện sự chênh lệch về hình dạng của các đ ờng viền giữa các độ sâu đ xác định từ các tuyến đo vẽ hồi âm v các độ sâu m có tr ớc đó đ ợc... kiểm chứng những kết quả của nghiên cứu lý thuyết Hình 2. 18A-D: Các mô hình mặt cắt thủy văn của hồ Snake, Wisconsin, thể hiện sự hình thnh v phát triển của hệ thống dòng ngầm cục bộ kín liên quan tới phần dốc xuống cao hơn mực n ớc ngầm nhất thời của hồ Tại lúc ban đầu của dòng nhập (A) hồ có các điều kiện chảy qua, chẳng hạn nh một mặt thấm vo trong mặt khác thấm ra ngoi Sau 20 ngy (B) dòng nhập gây... không sử dụng tới phép đo bởi các đập trn hoặc các máng dẫn n ớc, chúng th ờng cần đ ợc đo đạc bằng cách sử dụng một đồng hồ đo dòng chảy, một dụng cụ tự ghi đo quá trình, một quan hệ l u l ợng - mực n ớc hoặc bằng cách sử dụng ph ơng pháp chất chỉ thị mu Để sử dụng đồng hồ đo dòng chảy, dụng cụ tự ghi đo quá trình, v quan hệ quá trình l u l ợng, phải nhận thức rằng vận tốc của dòng n ớc bên trong những... để tập hợp những bản ghi liên tục của l u l ợng Sự thật của những phép đo khác trực tiếp của dòng chảy, phép đo trực tiếp của thấm không dẫn tới việc hiểu hồ t ơng tác với các quá trình thủy văn nh thế no m tạo ra dòng chảy Bởi vậy, khảo sát những quá trình thủy văn sát mặt liên quan đến các hồ l hữu ích Thnh phần sát mặt của hệ thống thủy văn thông th ờng đ ợc xử lý nh hai hệ thống con, đới không... l ợng các mô hình Một lợi thế chính của cách tiếp cận l u vực l sự kết nối với những thnh phần khác của hệ thống thủy văn, v những rng buộc tạo bởi chúng, l bộ phận của quá trình nghiên cứu Một sự bất lợi của cách tiếp cận ny l yếu tố sát mặt m thông th ờng đ ợc xử lý sao cho đơn giản hóa nhiều giả thiết Hơn nữa, ít vùng nghiên cứu đ ợc chuẩn bị công cụ một cách kỹ l ỡng để xác định các qúa trình quy... cứu lý thuyết về hệ thống dòng n ớc ngầm liên quan đến các hồ cho một số hình thế hình học khác nhau của hồ v một sự đa dạng rộng về những điều kiện biên của hệ thống n ớc ngầm Nghiên cứu ny đã đ ợc thiết kế để xác định những kiểu dòng chảy ngầm v những mẫu thấm đáy hồ đ ợc tạo ra do sự khác biệt của các yếu tố: (1) hình học của hệ thống n ớc ngầm, (2) độ dị h ớng, l tỷ số giữa hệ số thủy lực của ph . -0 .46 1.56 -0 .14 1.76 Priestley-Taylor 0. 42 0.96 0.30 0.96 Papadakis -0 .43 1 .21 2. 13 1.35 1.49 1.19 Hamon 0.77 1.65 0.46 1.70 0.85 1.79 DeBruin 0.86 1.78 -4 .22 2. 05 -5 .27 2. 28 -4 .28 2. 22 Stephens. 1.80 -0 .33 1.83 0.10 1.95 Penman -0 .03 0.80 -0 .79 0. 82 -0 .87 0.83 Khối lợng di chuyển -0 .10 1 .27 -4 .64 1.76 -6 .26 2. 09 -5 .20 2. 23 DeBruin-Keijman 0.16 0.90 0.08 0.91 Makkink -0 .35 1.58 -0 .46. 1.78 -4 .22 2. 05 -5 .27 2. 28 -4 .28 2. 22 Stephens v Stewart -1 .30 1. 32 -1 .57 1.33 -1 .10 1.50 Brutsaert-Stricker 2. 17 1 .27 2. 22 1 .27 2. 09 1 .25 e 0 áp suất hơi nớc bão ho; T o , nhiệt độ nớc mặt;