4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
3.3.2Cấu trúc mô hình FRASC
Đất, hay bất cứ môi trường xốp nào, có khả năng giữ một lượng nước nào đó trong bể chứa chống lại lực trọng lực. Điều này đôi khi được gọi “khả năng độ ẩm đồng ruộng”. Bằng định nghĩa, nước được trữ trong các bể chứa này không thể trở thành dòng chảy và bể chứa có thể bị rút bởi bốc thoát hơi. Do đó bốc thoát hơi nước trở thành thông số điều khiển gây nên sự thiếu hụt độ ẩm của đất.
Trong những vùng ẩm ướt, các khả năng đồng khảo sát độ ẩm của đất chỉ ra rằng lượng ẩm của đất có thể thường đạt đồng ruộng trong phạm vi toàn bộ vỏ đất. Điều này ám chỉ rằng sự bổ sung của lượng mưa trong thời kỳ kế tiếp sẽ bằng lượng bốc thoát hơi trong thời kỳ xảy ra đó. Điều này đề xuất một mối quan hệ đơn giản giữa mưa và dòng chảy rằng trước khi sinh ra dòng chảy lượng mưa phải thỏa mãn độ thiếu hụt bên dưới khả năng đồng ruộng mà lần lượt bị gây ra bởi bốc thoát hơi nước khi độ ẩm đồng ruộng xảy ra lần cuối và sau khi trận mưa tiếp theo đó sẽ chảy đi hết vì đất không còn khả năng giữ chúng được nữa. Đây là khái niệm hình thành dòng chảy trong trạng thái đầy đủ của bể chứa và là khái niệm cơ bản của mô hình Xinanjiang.
Lưu vực sông được chia thành các tiểu lưu vực. Dòng chảy ra từ các tiểu lưu vực đầu tiên được mô phỏng và rồi sẽ diễn toán xuống các sông suối tới cửa chính của lưu vực. Dựa vào khái niệm hình thành dòng chảy trong trạng thái đầy đủ của bể chứa, mô phỏng dòng chảy từ mỗi tiểu lưu vực bao gồm bốn phần chính sau:
- Bốc thoát hơi nước tạo ra sự thiếu hụt lượng nước trong đất và được chia thành ba tầng: tầng trên, tầng dưới và tầng sâu;
- Dòng chảy sinh ra theo lượng mưa và sự thiếu hụt lượng ẩm trong đất;
- Dòng chảy được phân thành ba thành phần: dòng mặt, dòng sát mặt và dòng ngầm; - Diễn toán dòng chảy từ dòng chảy địa phương tới cửa ra của mỗi tiểu lưu vực tạo
nên dòng chảy ra của tiểu lưu vực đó.
Hình 3.2 Sơ đồ cấu trúc mô hình FRASC[27][29]
Sơ đồ mô hình FRASC được chỉ ra trong Hình 3.2. Tất cả các ký hiệu bên trong hộp là các biến bao gồm đầu vào, đầu ra, biến trạng thái và biến nội bộ, trong khi các ký hiệu bên ngoài các hộp là các thông số.
Đầu vào mô hình là dữ liệu GIS từ DEM, thảm phủ thực vật, mưa trung bình lưu vực (P) và bốc hơi nước tiềm năng theo phương pháp Penman – Monteith (EM). Đầu ra là lưu lượng dòng chảy (TQ) từ toàn bộ lưu vực và từng vị trí ô lưới trong mô hình DEM. Các biến trạng thái là bể chứa nước ứng suất trung bình lưu vực (W), và bể chứa nước tự do trung bình lưu vực (S). Nước ứng suất trung bình lưu vực (W) có ba thành phần WU, WL và WD tương ứng ở tầng trên, tầng dưới và tầng sâu. FR là thông số diện tích góp phần dòng chảy có quan hệ với W. Phần còn lại của các kí hiệu bên trong hộp là tất cả các biến nội bộ. RB là dòng chảy trực tiếp từ phần nhỏ diện tích không thấm.
R là dòng chảy được tạo ra từ diện tích thấm và chia ra ba thành phần RS, RI, và RG tương ứng đó là dòng chảy mặt, sát mặt và dòng ngầm. Ba thành phần dòng chảy này sẽ được truyền và chuyển hóa thành QS, QI và QG và kết hợp với nhau tạo thành tổng dòng chảy vào hệ thống sông suối của tiểu lưu vực. Dòng chảy cửa ra của lưu vực là Q.
Mô hình bao gồm 15 thông số được diễn tả bên ngoài các hộp trong Hình 3.2. K là hệ số giữa lượng bốc thoát hơi tiềm năng và bốc hơi chậu nếu tài liệu lượng bốc hơi chậu thực đo được sử dụng trong mô hình. WM và B là hai thông số mô tả sự phân bố nước ứng suất. WM là sức chứa nước ứng suất trung bình lưu vực có các thành phần UM, LM và DM. B là hệ số mũ của đường cong phân bố sức chứa nước ứng suất. IM là hệ số diện tích không thấm. SM và EX tương tự như WM và B trong khi chúng diễn tả phân bố sức chức nước tự do. KI và KG là các hệ số liên quan đến RI và RG. CI, CG, L, CS, KE và XE là các thông số cho việc diễn toán dòng chảy truyền. Ý nghĩa của tất cả các thông số sẽ được thảo luận thêm ở những phần tiếp theo.
Bảng 3.2 Các thông số của mô hình FRASC
Category Parameter Description Các thông số
bốc thoát hơi nước
K [] Hệ số giữa lượng bốc thoát hơi tiềm năng và bốc hơi chậu
UM [mm] Sức chứa nước ứng suất trung bình lưu vực tầng trên
LM [mm] Sức chứa nước ứng suất trung bình lưu vực tầng dưới
C [] Hệ số bốc hơi tầng sâu Các thông số
hình thành dòng chảy
WM [mm] Sức chứa nước ứng suất trung bình lưu vực
B [] Hệ số mũ của đường cong phân bố sức chứa nước ứng suất
IM [] Hệ số diện tích không thấm Các thông số
phân bố dòng chảy
SM [mm] Sức chứa nước tự do trung bình lưu vực
EX [] Hệ số mũ của đường cong phân bố sức chứa nước tự do
KG [] Hệ số dòng ra của nước tự do thành dòng chảy ngầm
KI [] Hệ số dòng ra của nước tự do thành dòng chảy sát mặt
CG [] Hằng số sút giảm của lượng trữ nước ngầm
Các thông số tập trung dòng chảy
CS []
Hằng số sút giảm trong phương pháp “trễ và lộ trình” cho diễn toán dòng chảy trên hệ thống sông suối trong phạm vi mỗi tiểu lưu vực
L [] Thời gian trễ