4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
3.3.3.2 Hình thành dòng chảy
Khái niệm hình thành dòng chảy trong trạng thái no của lượng trữ đúng cho một điểm đơn lẻ (một diện tích rất nhỏ) của lưu vực liên quan. Đối với toàn bộ lưu vực, mọi thứ phức tạp hơn. Sự thiếu hụt độ ẩm thường biến đổi từ nơi này đến nơi khác. Sự phân bố không đều ảnh hưởng đáng kể đến sự hình thành dòng chảy của toàn bộ lưu vực.
Để giải quyết vấn đề, trong mô hình FRASC, sự phân bố sức chứa nước ứng suất được đề nghị theo cách thống kê.
Để thiết lập cho sự phân bố không đồng nhất của sức chứa nước ứng suất khắp lưu vực hay tiểu lưu vực liên quan, đường cong sức chứa nước ứng suất được giới thiệu, được thể hiện trong Hình 3.3
Hình 3.3 Phân bố sức chứa nước ứng suất trong lưu vực[27][29]
Đường cong sức chứa nước ứng suất lưu vực có nghĩa là đường cong của sức chứa ẩm trong vùng thoáng tại các điểm khác nhau trong lưu vực được xắp xếp theo mức độ tăng dần và được đồ thị với diện tích tương ứng (Hình 3.3). Ở đây f biểu thị diện tích với sức chứa lượng ẩm tại mọi điểm nhỏ hơn hoặc bằng W’M, F biểu thị tổng diện tích của lưu vực.
Đường cong sức chứa nước ứng suất là một hàm đơn điệu tăng và được giới hạn hai phía trong khoảng 0 ≤ W’M ≤ MM đối với những vùng ẩm, trong đó MM là sức chứa lượng ẩm lớn nhất tại mọi điểm trong lưu vực. Diện tích dưới đường cong diễn tả sức chứa nước ứng suất trung bình lưu vực trong vùng thoáng của toàn bộ lưu vực, mà được ký hiệu bởi WM, nghĩa là:
Giá trị f/F diễn tả tỉ lệ diện tích thấm của tiểu lưu vực mà sức chứa nước ứng suất của nó nhỏ hơn hoặc bằng giá trị tung độ W’M. Hơn nữa, thật khó xác định toàn bộ lượng ẩm của đất trong vùng thoáng. Do đó, xem như rằng lượng trữ ẩm trong thời kỳ khô nhất như là điểm không của sức chứa nước ứng suất và sự khác biệt của nó với khả năng đồng ruộng như là sức chứa nước ứng suất của vùng thoáng. Như vậy, sức chứa nước ứng suất bằng độ thiếu hụt lượng ẩm của vùng thoáng trong thời kỳ khô hạn nhất, đó là, độ thiếu hụt lượng ẩm lớn nhất. Vì vậy đường cong sức chứa nước ứng suất lưu vực cũng là đường cong phân bố của độ thiếu hụt lượng ẩm lớn nhất trong vùng thoáng của lưu vực.
Trong Hình 3.3, điểm x trên đường cong diễn tả trạng thái của tiểu lưu vực tại mọi thời điểm. Diện tích phía phải và bên dưới điểm x tương ứng với lượng trữ nước ứng suất trung bình lưu vực W. Điều đó có nghĩa mỗi điểm trong tiểu lưu vực phải chăng tại sức chứa ứng suất (các điểm phía trái x) hay tại một hằng số trạng thái ứng suất (các điểm phía phải x), sức chứa nước ứng suất tại điểm W’M biến thiên từ không đến giá trị lớn nhất MM theo quan hệ sau:
1− f = 1−W'M B ×(1− IM) (3.11)
F MM
Có hai thông số cần được xác định trong phương trình trên, đó là, B và MM. Theo Phương trình (3.11) biểu thức toán học của quan hệ mưa - dòng chảy có thể được rút ra như sau:
MM
WM (3.12)
0
Sức chức nước ứng suất trung bình lưu vực, WM cấu thành một thông số khác với giá trị lớn nhất MM, và được quan hệ thông qua thông số B. Lấy tích phân Phương trình (3.12), ta có thể thu được biểu thức sau:
MM =WM × (3.13)
Tung độ “AU” tương ứng với W trên đường cong sức chứa nước ứng suất có thể được xác định bởi:
W (3.14)
Lấy tích phân Phương trình (2.8), đưa ra:
1
AU = MM 1− 1−WMW 1+B (3.15) Khi lượng mưa vượt quá lượng bốc thoát hơi, tung độ AU trong Hình 2.3 tăng một lượng bằng lượng vượt quá và cùng lúc đó x đi lên theo đường cong. Do đó, dòng chảy được tạo ra tương ứng với diện tích tô đậm phía trái và trên điểm x. Đặt
A=AU+(P−K×EM)
, sự hình thành dòng chảy, R, có thể được diễn tả toán học như sau:
R = AU∫A
Ff − IM d(W 'M ) (3.16)
Bằng việc lấy tích phân, Phương trình (3.16) đưa ra hai trường hợp: • Nếu A nhỏ hơn MM, thì ( R= P − K ×EM −WM +W +WM 1− P − K ×MM EM + AU) (1+ B) (3.17) • Nếu không thì R= P− K×EM −WM +W (3.18)
Khi bốc hơi vượt quá lượng mưa, lượng ẩm ứng suất giảm xuống và điểm x dịch chuyển xuống dọc theo đường cong trên Hình 2.3 tới mức mà lượng nước ứng suất trung bình lưu vực W (diện tích phía phải và dưới điểm x) nhận giá trị thích hợp. Có thể không có giá trị gì rằng điều này đưa đến sự tái phân bố lượng nước trong lưu vực. Ban đầu, nếu trạng thái nước ứng suất của lưu vực được diễn tả bằng đường cong phía trái và đường nằm ngang phía phải x trong Hình 2.3, sự giảm sút trong lượng trữ nước ứng suất tại tất cả các điểm trong lưu vực sẽ được diễn tả bởi sự dịch chuyển xuống dưới một hằng số của đường cong và đường nằm ngang. Tuy nhiên, thay vì không có sự giảm sút được áp đặt cho các điểm phía trái và bên dưới x, nhưng điểm này còn ở mức sức chứa và sự giảm sút lớn hơn tương ứng được áp đặt cho phần còn lại của lưu vực, tức là sự giảm sút lớn hơn ở vị trí của đường nằm ngang. Điều này chỉ ra rằng sự tái phân bố lượng ẩm của đất trong suốt thời kỳ khô hạn, với nước chảy từ những vùng cao của lưu vực xuống những vùng thấp hơn.