Chúng ta biết rằng mỗi lưu vực sông là một hệ sinh thái, là một tổng thể tự nhiên khá hoàn chỉnh, đó là một tập hợp có quy luật của nhiều thành phần và nhiều bộ phận các điều kiện tự nhiên xã hội. Ngoài những nhân tố tự nhiên trên đây có ảnh hưởng tích cực hoặc tiêu cực đối với dòng chảy, trong thời đại hiện nay sự phát triển cực kỳ nhanh chóng của sản xuất, đã xuất hiện một khả năng tác động của con người có
ảnh hưởng sâu sắc và nhanh chóng đến dòng chảy sông ngòi. Trên lãnh thổ nước ta hiện nay cả hai chiều hướng trên đây đều thể hiện rất rõ nét.
Những ảnh hưởng tích cực của hoạt động kinh tếđối với dòng chảy sông ngòi nước ta ngày càng trở
thành mặt chủ yếu. Đó là sự nghiệp thủy lợi hoá, trị thủy và khai thác tổng hợp các dòng sông lớn nhỏ. Có thể nói trên khắp nước ta ngày nay đang diễn ra một cuộc chiến đấu vĩđại với thiên nhiên. Bằng các công trình thủy lợi, thủy điện, con người đang phân bố và phân phối lại nguồn nước cho phù hợp với yêu cầu dùng nước của sản xuất và sinh hoạt. Nhiều công trình thủy lợi, thủy điện sẽ giúp con người chinh phục các dòng sông, hạn chế, xoá bỏ bất lợi do chếđộ dòng chảy của nó gây nên, tranh thủ khai thác triệt để nguồn thủy lợi vốn rất giầu có của sông ngòi nước ta. Chúng ta có thể nêu lên một số công trình làm ví dụ:
Công trình trên sông Đà tại Hòa Bình có hồ chứa tới 9,5 tỷ m3 nước, điện năng sản xuất là 8,16tỷ
56
400000 kw. Công trình thủy điện Đa Nhim, công trình thủy lợi Dầu Tiếng thực hiện phân bố nguồn nước trong không gian và thời gian, nhằm phục vụ cho sản xuất và đời sống... Đó là những tác động rất tích cực
đối với dòng chảy sông ngòi. Trong suốt 40 năm qua sự nghiệp thủy lợi hoá chinh phục các dòng sông ở
nước ta đã có nhiều thành tích. Nếu trước kia, thời thuộc Pháp cả nước mới chỉ có một hồ chứa Xuân Dương với dung tích 7,7 triệu m3, vài ba trạm bơm điện, dăm bảy hệ thống thủy nông thì ngày nay cả nước ta đã có tới 3500 hồ chứa nước nhỏ, 650 hồ chứa nước lớn và vừa, hơn 2000 trạm bơm điện. Các công trình thủy lợi ở khắp lãnh thổ có khả năng tưới cho 2,2 triệu ha, tiêu cho 85 vạn ha và ngăn mặn cho 70 ha đất nông nghiệp. Sức mạnh dời non lấp biển của nhân dân ta thực sựđã làm thay đổi dòng chảy theo hướng có lợi cho sản suất và đời sống. Bằng sự phân phối và phân bố tự nhiên công trình thủy lợi, chúng ta đã có thể
hạn chế lượng dòng chảy lớn nhất, tăng cường lượng dòng chảy nhỏ nhất - cụ thể là phân phối lượng dòng chảy trong năm, đó là việc làm tích cực nhất đối với cải tạo sông ngòi.
Một tác động tích cực khác đến dòng chảy sông ngòi cũng khá rộng khắp là phong trào trồng cây gây rừng, thực hiện canh tác theo khoa học nông lâm kết hợp để bảo vệđất, bảo vệ nước.
Phân phối các loại cây để tạo nên một cấu trúc rừng rậm kín thì đất bị xói mòn ít và giữ nước nhiều nhất. Thực hiện một cấu trúc rừng đồng thời phối hợp bậc thang, mương giữ nước, có thể duy trì được sản xuất với năng suất ổn định trên cơ sở giữđược nước và đất. Điều đó có ảnh hưởng rất tích cực đến dòng chảy của sông ngòi. Những ảnh hưởng tiêu cực nghiêm trọng đến dòng chảy sông ngòi nước ta là nạn phá rừng, nhiễm bẩn nguồn nước...
Việc thu hẹp thảm rừng, tỷ lệ che phủ xuống dưới 25% diện tích đất tự nhiên đã gây ra nạn xói mòn rất trầm trọng. Hàng năm các sông suối của nước ta đã đổ ra biển Đông một lượng đất khổng lồ, khoảng 300 triệu tấn. Vùng đồi núi không có cây che phủ bị bào mòn trung bình 1 - 2 cm, mất đi khoảng100 - 200 tấn đất /ha. Tình hình đó làm cho đất trống, đồi núi trọc lan rộng, đất mới khai thác cũng bị cằn cỗi, bồi lấp
đầy hồ chứa, sông, luồng lạch. Hồ Thác Bà có tới 2,7 triệu tấn chất lắng đọng, hồ Đa Nhim cũng bị cạn nhiều, không đủ nước để phát điện trong mùa khô, hồ Cấm Sơn đã cạn khoảng 2 m trong 10 năm, một số
hồ chứa cỡ vài chục triệu m3 chỉ sau vài năm đã cạn đến mức không có khả năng tưới nữa. Tình hình đó đã và sẽ gây nên những thiệt hại lớn cho sản xuất và đời sống.
Tình hình thảm rừng bị thu hẹp nhanh chóng trong những năm gần đây có thể là những nguyên nhân dẫn đến lũ lụt, hạn hán có chiều hướng xảy ra nhiều hơn và nghiêm trọng hơn. Nhiều sông suối ở các miền trên nước ta có hiện tượng mực nước trung bình thấp hơn hẳn so với trước kia và mực nước ngầm ở nhiều nơi cũng bị hạ thấp. Nhiều bản làng ở Tây Bắc đã phải dời đi nơi khác vì các sông suối đã cạn sau khi rừng
đầu nguồn bị phá huỷ. Ở Quảng Bình 2 vạn ha rừng đầu nguồn bị bom đạn Mỹ phá huỷ, nên từ năm 1970 lũ lụt xảy ra trên sông Gianh và Nhật Lệ tăng lên 2,7 lần, chếđộ thủy văn ở hai vùng kể trên bịảnh hưởng và xấu đi một cách rõ rệt. Hiện tại và trong tương lai, nhịp độ xây dựng và sản xuất phát triển chưa từng có, những tác động tiêu cực của con người tới dòng chảy cũng diễn ra hàng ngày và sâu sắc, chúng ta phải có ngay biện pháp kể cả pháp luật và vận động giáo dục để bảo vệ nguồn nước làm cho những dòng sông của chúng ta mãi mãi giữđược lượng nước và chất nước tự nhiên của chúng.
Trên đây là một số nhân tố chủ yếu ảnh hưởng tới dòng chảy sông ngòi trên lãnh thổ nước ta. Việc tách bạch từng nhân tố chỉ là xem xét những ảnh hưởng của chúng theo hướng nào mà thôi. Các nhân tố
của môi trường địa lý có thể tác động riêng rẽ như trên, nhưng đồng thời chúng cũng phối hợp thành một tổng thể tự nhiên hoặc một hệđịa sinh thái để tác động dòng chảy sông ngòi.
Chúng ta biết rằng, dòng chảy sông ngòi trên một vùng cụ thể là hệ quả tất yếu của sự tác động tổng hợp của cả hệđịa sinh thái trong đó có dòng chảy sông ngòi, ở các kiểu cảnh quan khác nhau thì lượng dòng chảy sông ngòi có thể chênh nhau tới 60 - 70 %. Điều đó đã chỉ rõ sựảnh hưởng tổng hợp của môi
trường tới dòng chảy sông ngòi là rất rõ rệt. Mọi tác động vào môi trường đều phải quan tâm đầy đủđến các thành phần của cảnh quan đểđảm bảo cho nguồn nước được bình thường và trong sạch vì rõ ràng thể
tổng hợp địa lý thay đổi sẽ kéo theo sự thay đổi tương ứng về thủy văn. Chính điều đó một lẫn nữa khẳng
định một điều là mọi tính toán, phân tích về thủy văn sông ngòi một lưu vực, một vùng nào đó hoàn toàn không thể chấp nhận sự xem xét đến các yếu tố cảnh quan - các yếu tốảnh hưởng đến dòng chảy một cách phiến diện hoặc sơ sài.
58
Chương 5
DAO ĐỘNG DÒNG CHẢY NĂM
Trong qui hoạch lãnh thổ và thiết kế công trình thủy không chỉ cần biết được chuẩn dòng chảy năm, mà còn cần biết cả sự biến đổi của đại lượng đó theo cả thời gian lẫn không gian.
Chuẩn dòng chảy năm là một đặc trưng dòng chảy mang tính chất xử lý thống kê của chuỗi thời gian, nên việc xét các dao động của nó liên quan mật thiết đến các kiến thức thống kê trong thủy văn. Các khái niệm về xác suất và tần suất đảm bảo càng có ý nghĩa thực tế khi áp dụng vào thủy văn học.
Độ đảm bảo của một đại lượng thủy văn là xác suất giá trịđang xét của nó có tính trội. Xác suất là thước đo đánh giá độ tin cậy việc xuất hiện giá trị này hay giá trị khác của đặc trưng hay hiện tượng đang xét. Xác suất là tỷ số giữa số các trường hợp thuận lợi m với tổng các trường hợp n:
n m
p= . (5.1)
Người ta phân biệt giữa xác suất lý thuyết lim
n m p= và xác suất thực nghiệm n m p= . Trong thực tế tính toán thủy văn mà cụ thể là tính toán các đặc trưng của dòng chảy (dòng chảy, mực nước) thường sử
dụng các tần suất thực nghiệm được tính toán theo các công thức phổ biến nhất là: Công thức S. N. Kriski và M.Ph. Menkel:
% 100 . 1 + = n m p . (5.2) Công thức Shegodaev: % 100 . 4 , 0 3 , 0 + − = n m p (5.3) với n số thành phần chuỗi; m - số thứ tự số hạng chuỗi dòng chảy xếp thứ tự giảm dần.
Công thức (5.2) cho giá trị thiên lớn vềđoạn đầu của đường cong đảm bảo và nó được sử dụng khi tính toán dòng chảy cực đại; ngược lại công thức (5.3) cho giá trị thiên nhỏ về phần cuối đường cong đảm bảo và nó được dùng để tính các giá trị dòng chảy trung bình, dòng chảy cực tiểu.
Đôi khi người ta còn dùng công thức Hazen A., rất phổ biến trong tính toán thủy văn thực hành ở Mỹ:
% 100 5 , 0 n m p= − . (5.4) Dao động xác suất dòng chảy năm và giá trị độđảm bảo cho trước của nó có thểđược xác định nhờ
các đường cong đảm bảo thực nghiệm dựng theo các số liệu quan trắc. Các đường cong này hoặc dưới dạng
đồ thị hoặc công thức giải tích đều cho phép nội (ngoại suy) với việc sử dụng các phương trình đường cong phân bốđại lượng ngẫu nhiên tương ứng với dạng đường cong thực nghiệm.
Sai số khi thực hiện nội (ngoại suy) các đường cong này để xác định các giá trị dòng chảy với tần suất
đảm bảo tương ứng thường không lớn lắm nếu trong trường hợp khoảng ngoại suy không vượt ra ngoài khoảng quan trắc nhiều lắm.
Việc ngoại suy và làm trơn bằng phương pháp giải tích (mà thực tế thường hay sử dụng) được áp dụng với chuỗi quan trắc ngắn và dài khi có nhu cầu sử dụng phương pháp tương tự thủy văn trên các sông chưa
Cơ sở của các phương pháp là coi chuỗi dòng chảy năm là một chuỗi của các đại lượng ngẫu nhiên và như thế có thể sử dụng lý thuyết xác suất thống kê để mô phỏng các quá trình dòng chảy. Để xây dựng các
đường cong phân bố lý thuyết cần có ba tham số thống kê cơ bản:
1. Đại lượng trung bình nhiều năm (chuẩn dòng chảy năm) Q0 nếu biểu diễn dưới dạng hệ số mô đun có giá trị bằng 1.
2. Hệ số biến đổi Cv. 3. Hệ số bất đối xứng Cs.
5.1. ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT XÁC SUẤT THỐNG KÊ TÍNH DAO ĐỘNG DÒNG CHẢY NĂM Mọi đặc trưng dòng chảy: trung bình năm, cực đại, cực tiểu, phân bố trong năm và sự thay đổi của nó