CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN
3.4. Thực nghiệm tính lượng bốc thốt hơi nước thực tế từ bề mặt lớp phủ tại tỉnh
3.4.6. Tính lượng bốc thốt hơi nước thực tế ETa theo mơ hình Priestley – Taylor vớ
cao từ DEM tại tỉnh Hịa Bình khu vực Tây Bắc Việt Nam
Sau khi tính được giá trị năng lượng bức xạ rịng trung bình ngày Rnd, giá trị nhiệt ẩn của q trình bốc thốt hơi nước λ, giá trị hằng số Psychrometric (γ), giá trị độ dốc của đường cong áp suất hơi bão hòa Δ tại thời điểm ngày 01/7/2015, ngày 04/6/2017 và ngày 18/8/2021 từ dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat 8 và giá trị độ cao từ DEM. Sử dụng mơ hình Priestley - Taylor với các hệ số mơ hình a = 0,792, b = -0,026 để tính lượng bốc thốt hơi nước được kết quả như hình sau:
Hình 3.17. Bản đồ bốc thốt hơi nước thời điểm ngày 01/7/2015
Kết quả tính lượng bốc thốt hơi nước cho thấy giá trị bốc thoát hơi nước thực tế ngày 01/7/2015 dao động chủ yếu trong khoảng từ 6 – 10 mm/ngàỵ Trong đó, lượng bốc thốt hơi nước trong khoảng từ 6 – 7 và 7 – 8 mm/ngày tập trung ở khu vưc phía Nam và Đơng Nam của tỉnh, khu vực có diện tích đất sản xuất nơng nghiệp,
độ cao địa hình thấp và bề mặt có độ che phủ thấp hơn khu vực khác. Lượng bốc thoát hơi nước trong khoảng 8 – 9 mm/ngày tập trung tại khu vực phía Tây và Tây Bắc của tỉnh, khu vực địa hình cao so với mực nước biển và chủ yếu là diện tích đất lâm nghiệp với độ che phủ caọ Lượng bốc thoát hơi nước trong khoảng 9 – 10 mm/ngày tập trung chủ yếu khu vực diện tích đất mặt nước là Sơng Đà và hồ thủy điện Hịa Bình.
Hình 3.18. Bản đồ bốc thốt hơi nước thời điểm ngày 04/6/2017
Kết quả tính lượng bốc thốt hơi nước cho thấy giá trị bốc thoát hơi nước thực tế ngày 04/6/2017 dao động chủ yếu trong khoảng từ 7 – 11 mm/ngàỵ Trong đó, lượng bốc thốt hơi nước trong khoảng từ 7 – 8 và 8 – 9 mm/ngày tập trung ở khu vưc phía Nam và Đông Nam của tỉnh và huyện Cao Phong, khu vực có diện tích tập trung đất sản xuất nơng nghiệp, độ cao địa hình thấp và bề mặt có độ che phủ thấp hơn khu vực
khác. Lượng bốc thoát hơi nước trong khoảng 9 – 10 mm/ngày tập trung tại khu vực phía Bắc, Tây Nam của tỉnh và vùng giáp ranh của 3 huyện Lạc Sơn, Kim Bơi, Cao Phong, khu vực địa hình cao so với mực nước biển và chủ yếu là diện tích đất lâm nghiệp với độ che phủ caọ Lượng bốc thoát hơi nước trong khoảng 10 – 11 mm/ngày tập trung chủ yếu khu vực diện tích đất mặt nước là Sơng Đà và hồ thủy điện Hịa Bình và khu vực có địa hình cao so với mực nước biển, diện tích đất lâm nghiệp với bề mặt có độ che phủ cao của các huyện Mai Châu, Đà Bắc, Tân Lạc và Lương Sơn.
Hình 3.19. Bản đồ bốc thốt hơi nước thời điểm ngày 18/8/2021
Kết quả tính lượng bốc thốt hơi nước cho thấy giá trị bốc thoát hơi nước thực tế ngày 18/8/2021 dao động chủ yếu trong khoảng từ 5 – 10 mm/ngàỵ Trong đó, lượng bốc thốt hơi nước trong khoảng từ 5 – 6 và 7 – 8 mm/ngày là chủ yếu trên tồn tỉnh. Lượng bốc thốt hơi nước trong khoảng 8 –9 mm/ngày tập trung tại khu vực địa hình cao so với mực nước biển và chủ yếu là diện tích đất lâm nghiệp với độ
che phủ cao của huyện Đà Bắc, Tân Lạc, Mai Châu, Kim Bôi và Lạc Thủỵ Lượng bốc thoát hơi nước trong khoảng 9 – 10 mm/ngày tập trung chủ yếu khu vực diện tích đất mặt nước là Sơng Đà và hồ thủy điện Hịa Bình.
Kết quả giám sát lượng bốc thoát hơi nước tại các thời điểm ngày 01/7/2015, ngày 04/6/2017 và ngày 18/8/2021 cho thấy lượng bốc thoát hơi nước cao nhất là ngày 04/6/2017 trong khoảng từ 8 – 10 mm/ngàỵ Lượng bốc thốt hơi nước có xu hướng giảm tại thời điểm ngày 01/7/2015 khoảng 7 – 9 mm/ngày và lượng bốc thoát hơi nước giảm rõ hơn tại thời điểm ngày 18/8/2021 khoảng từ 6 – 8 mm/ngàỵ Kết quả thực nghiệm cũng cho thấy lượng bốc thốt hơi nước hồn tồn phù hợp với điều kiện về địa hình, khí hậu, nhiệt độ tại tỉnh Hịa Bình tại các thời điểm ngày 01/7/2015, ngày 04/6/2017 và ngày 18/8/2021.
Giá trị bốc thoát hơi nước tại các trạm quan trắc khí tượng, thủy văn ngày 01/7/2015, ngày 04/6/2017 và ngày 18/8/2021 tính theo mơ hình Priestley – Taylor với các tham số đầu vào được chiết xuất, tính tốn từ dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat 8 và giá trị độ cao từ DEM được thể hiện trong bảng sau:
Bảng 3.25. Bảng kết quả tính lượng bốc thốt hơi nước tại các trạm quan trắc khí tượng, thủy văn ngày 01/7/2015, ngày 04/6/2017 và ngày 18/8/2021
TT Tên trạm Bốc thoát hơi nước thực tế ETa_VT ngày 01/7/2015 (mm/ngày) Bốc thoát hơi nước thực tế ETa_VT ngày 04/6/2017 (mm/ngày) Bốc thoát hơi nước thực tế ETa_VT ngày 18/8/2021 (mm/ngày) 1 Khí tượng Hịa Bình 7,9 8,6 7,5
2 Khí tượng Mai Châu 7,2 6,1 6,4
3 Khí tượng Kim Bơi 7,5 7,9 7,4
4 Khí tượng Chi Nê 8,6 9,5 8,1
5 Khí tượng Lạc Sơn 6,7 6,3 7,0
6 Thủy văn HịaBình 7,9 8,6 7,5
7 Thủy văn Hưng Thi 7,6 9,3 7,4
3.4.7. So sánh lượng bốc thoát hơi nước thực tế đo tại các trạm khí tượng thủy văn ETa_Đo và lượng bốc thốt hơi nước tính sử dụng kết hợp mơ hình viễn thám SEBAL với dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat 8 và mơ hình Priestley – Taylor ETa_VT
Sau khi tính được lượng bốc thốt hơi nước sử dụng kết hợp giữa mơ hình viễn thám SEBAL với dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat 8 và mơ hình Priestley – Taylor. Giá trị bốc thốt hơi nước này được so sánh với lượng bốc thoát hơi nước đo trực tiếp tại các trạm khí tượng thủy văn ngày 01/7/2015, ngày 04/6/2017 và ngày 18/8/2021 làm cơ sở để đánh giá độ chính xác kết quả tính lượng bốc thốt hơi nước sử dụng kết hợp mơ hình viễn thám SEBAL với dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat 8 và mơ hình Priestley – Taylor. Kết quả so sánh đánh giá độ chính xác xác định ETa_VT được thể hiện trong các bảng sau:
Bảng 3.26. Bảng so sánh lượng bốc thoát hơi nước thực tế sử dụng kết hợp mơ hình viễn thám SEBAL với dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat 8 và mơ hình Priestley – Taylor ETa_VT và lượng bốc thoát hơi nước đo trực tiếp tại các trạm quan trắc khí tượng,
thủy văn ETa_Đo ngày 01/7/2015
TT Tên trạm
Bốc thoát hơi nước thực tế
ngày 01/7/2015 Chênh lệch giữa ETa_Đo và ETa_VT (mm/ngày) ETa_Đo (mm/ngày) ETa_VT (mm/ngày) 1 Khí tượng Hịa Bình 7,1 7,9 0,8
2 Khí tượng Mai Châu 5,7 7,2 1,5
3 Khí tượng Kim Bơi 5,5 7,5 2,0
4 Khí tượng Chi Nê 7,2 8,6 1,4
5 Khí tượng Lạc Sơn 5,0 6,7 1,7
6 Thủy văn HịaBình 7,2 7,9 0,7
7 Thủy văn Hưng Thi 7,0 7,6 0,6
8 Thủy văn Lâm Sơn 6,8 7,3 0,5
Trung bình 6,4 7,6 1,2
Kết quả tính lượng bốc thốt hơi nước thực tế sử dụng kết hợp mơ hình viễn thám SEBAL với dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat 8 và mơ hình Priestley - Taylor (ETa_VT) và lượng bốc thoát hơi nước đo trực tiếp tại các trạm quan trắc khí tượng, thủy văn (ETa_Đo) ngày 01/7/2015 cho thấy: Giá trị chênh lệch trung bình tại 8 trạm quan trắc khí tượng là 1,2 mm/ngày giá trị chênh lệch lớn nhất là 2,0 mm/ngày tại trạm khí tượng Kim Bơi, giá trị chênh lệch nhỏ nhất là 0,5 mm/ngày tại trạm thủy văn Lâm Sơn. Sai số trung phương tại các trạm khí tượng thuỷ văn tỉnh Hồ Bình ngày 01/7/2015 giữa ETa_VT và ETa_Đo là ±1,27 mm/ngàỵ
Bảng 3.27. Bảng so sánh lượng bốc thoát hơi nước thực tế sử dụng kết hợp mơ hình viễn thám SEBAL với dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat 8 và mơ hình Priestley – Taylor ETa_VT và lượng bốc thoát hơi nước đo trực tiếp tại các trạm quan trắc khí tượng,
thủy văn ETa_Đo ngày 04/6/2017
TT Tên trạm
Bốc thoát hơi nước thực tế
ngày 04/6/2017 Chênh lệch giữa ETa_Đo và ETa_VT (mm/ngày) ETa_Đo (mm/ngày) ETa_VT (mm/ngày) 1 Khí tượng Hịa Bình 9,6 8,6 -1,0
2 Khí tượng Mai Châu 5,7 6,1 0,4
3 Khí tượng Kim Bơi 7,0 7,9 0,9
4 Khí tượng Chi Nê 7,8 9,5 1,7
5 Khí tượng Lạc Sơn 4,6 6,3 1,7
6 Thủy văn HịaBình 9,5 8,6 -0,9
7 Thủy văn Hưng Thi 8,0 9,3 1,3
8 Thủy văn Lâm Sơn 9,2 9,7 0,5
Trung bình 7,7 8,3 0,6
Sai số trung phương ± 1,15
Kết quả tính lượng bốc thốt hơi nước thực tế sử dụng kết hợp mơ hình viễn thám SEBAL với dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat 8 và mơ hình Priestley – Taylor (ETa_VT) và lượng bốc thoát hơi nước đo trực tiếp tại các trạm quan trắc khí tượng, thủy văn (ETa_Đo) ngày 04/6/2017 cho thấy: Giá trị chênh lệch trung bình tại 8 trạm
quan trắc khí tượng là 0,6 mm/ngày, giá trị chênh lệch lớn nhất là 1,7 mm/ngày tại trạm khí tượng Lạc Sơn, khí tượng Chi Nê, giá trị chênh lệch nhỏ nhất là 0,4 mm/ngày tại trạm khí tượng Mai Châụ Sai số trung phương tại các trạm khí tượng thuỷ văn tỉnh Hồ Bình ngày 04/6/2017 giữa ETa_VT và ETa_Đo là ± 1,15 mm/ngàỵ
Bảng 3.28. Bảng so sánh lượng bốc thoát hơi nước thực tế sử dụng kết hợp mơ hình viễn thám SEBAL với dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat 8 và mơ hình Priestley – Taylor ETa_VT và lượng bốc thoát hơi nước đo trực tiếp tại các trạm quan trắc khí tượng,
thủy văn ETa_Đo ngày 18/8/2021
TT Tên trạm
Bốc thoát hơi nước thực tế
ngày 18/8/2021 Chênh lệch giữa ETa_Đo và ETa_VT (mm/ngày) ETa_Đo (mm/ngày) ETa_VT (mm/ngày) 1 Khí tượng Hịa Bình 7,0 7,5 0,5
2 Khí tượng Mai Châu 5,9 6,4 0,5
3 Khí tượng Kim Bơi 6,2 7,4 1,2
4 Khí tượng Chi Nê 6,7 8,1 1,4
5 Khí tượng Lạc Sơn 5,8 7,0 1,2
6 Thủy văn HịaBình 6,8 7,5 0,7
7 Thủy văn Hưng Thi 7,1 7,4 0,3
8 Thủy văn Lâm Sơn 6,2 6,7 0,5
Trung bình 6,5 7,3 0,8
Sai số trung phương ± 0,88
Kết quả tính lượng bốc thốt hơi nước thực tế sử dụng kết hợp mơ hình viễn thám SEBAL với dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat 8 và mơ hình Priestley – Taylor (ETa_VT) và lượng bốc thoát hơi nước đo trực tiếp tại các trạm quan trắc khí tượng, thủy văn (ETa_Đo) ngày 18/8/2021 cho thấy: Giá trị chênh lệch trung bình tại 8 trạm quan trắc khí tượng là 0,8 mm/ngày, giá trị chênh lệch lớn nhất là 1,4 mm/ngày tại trạm khí tượng Chi Nê, giá trị chênh lệch nhỏ nhất là 0,3 mm/ngày tại trạm thủy văn Hưng Thị Sai số trung phương tại các trạm khí tượng thuỷ văn tỉnh Hồ Bình giữa ETa_VT và ETa_Đo là ± 0,88 mm/ngàỵ
3.5. Xây dựng chương trình ước tính, giám sát lượng bốc thốt hơi nước bề mặt lớp phủ từ dữ liệu ảnh vệ tinh trên nền Google Earth Engine lớp phủ từ dữ liệu ảnh vệ tinh trên nền Google Earth Engine
Chương trình ước tính giám sát lượng bốc thốt hơi nước bề mặt lớp phủ từ dữ liệu ảnh vệ tinh trên nền Google Earth Enginẹ Sơ đồ khối và giao diện chính của chương trình như sau:
3.5.1. Sơ đồ khối chương trình ước tính giám sát lượng bốc thốt hơi nước bề mặt lớp phủ lớp phủ
Sơ đồ khối chương trình ước tính giám sát lượng bốc thốt hơi nước bề mặt lớp phủ từ dữ liệu ảnh vệ tinh được thể hiện trong hình sau:
Hình 3.20. Sơ đồ khối chương trình ước tính, giám sát lượng bốc thốt hơi nước bề mặt lớp phủ từ dữ liệu ảnh vệ tinh
Bộ sưu tập ảnh, DEM
XỬ LÝ ẢNH
Lọc mây Xử lý hiệu ứng khí quyển Cắt ảnh theo ranh giới
Tính chuyển pixel ảnh từ dạng số (DN) sang giá trị phản xạ bề mặt
và bức xạ phổ các kênh ảnh
TÍNH CÁC THAM SỐ PHỤC VỤ ƯỚCTÍNH, GIÁM SÁT LƯỢNG BỐC THỐT HƠI NƯỚC
Tính giá trị năng lượng bức xạ rịng trung bình ngày (Rnd) Tính giá trị nhiệt ẩn (λ) Hằng số Psychrometric (γ) Độ dốc đường cong áp suất hơi nước bão
hòa (Δ)
Sơ đồ khối gồm 3 phần chính là xử lý ảnh, chiết xuất, tính tốn giá trị của các tham số phục vụ ước tính giám sát lượng bốc thốt hơi nước bề mặt lớp phủ và phần thể hiện kết quả bản đồ bốc thoát hơi nước theo các thời điểm ảnh đầu vàọ
3.5.2. Các giao diện chính của chương trình
Giao diện chính của chương trình được thể hiện trong hình sau:
Hình 3.21. Giao diện chương trình ước tính, giám sát lượng bốc thốt hơi nước
Chương trình tính tốn lượng bốc thốt hơi nước gồm 2 chức năng chính: [1] Lựa chọn ảnh và tính giá trị lượng bốc thoát hơi nước:
- Lựa chọn khoảng thời gian ảnh: chương trình có chức năng tìm kiếm, thể hiện các ảnh vệ tinh trong khoảng thời gian được lựa chọn;
Hình 3.22. Kết quả lựa chọn khoảng thời gian ảnh và ngưỡng mây
- Tính tốn lượng bốc thốt hơi nước
Hình 3.23. Kết quả tính lượng bốc thốt hơi nước
[2] Xem vị trí và lượng bốc thốt hơi nước
- Xem được giá trị bốc thoát hơi nước và tọa độ của điểm bất kỳ trên bản đồ bốc thốt hơi nước.
Hình 3.24. Xác định vị trí và giá trị bốc thốt hơi nước tại các điểm
Tiểu kết Chương 3
Kết quả thực nghiệm đã xác định được hệ số của mơ hình Priestley – Taylor phù hợp theo điều kiện địa hình khí hậu vùng Tây Bắc Việt Nam thực nghiệm tại tỉnh Hịa Bình cho kết quả hệ số a = 0,792 và b = -0,026;
Sử dụng mơ hình SEBAL với dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat 8 tính tốn giá trị năng lượng bức xạ ròng mặt trời phục vụ ước tính, giám sát lượng bốc thốt hơi nước thực tế từ bề mặt lớp phủ là hoàn toàn phụ hợp và đảm bảo độ tin cậỵ Cụ thể, thời điểm ngày 01/7/2015 chênh lệch trung bình giá trị Rnd gữa mơ hình FAO 56 và mơ hình viễn thám là 1,313 (MJ/m2/ngày) tương ứng 8,07%. Chênh lệch giá trị năng lượng bức xạ rịng trung bình ngày theo tỷ lệ % tại các trạm quan trắc khí tượng, thủy văn giữa Rnd_FAO và Rnd_VT trong khoảng 0 – 5% có 3/8 trạm chiếm 37,5%; trong khoảng 5 – 10 % là 2/8 trạm chiếm 25,0 %; trong khoảng 10 – 15 % là 2/8 trạm chiếm 25,0 % và trong khoảng 15 – 20% là 1/8 trạm chiếm 12,5 %. Sai số trung phương giữa Rnd_FAO và Rnd_VT ± 1,773 MJ/m2/ngàỵ Thời điểm ngày 04/6/2017 chênh lệch trung bình giá trị Rnd gữa mơ hình FAO 56 và mơ hình viễn thám là 0,938 (MJ/m2/ngày) tương ứng 6,60%. Chênh lệch giá trị bức xạ rịng trung bình ngày theo
tỷ lệ % tại các trạm quan trắc khí tượng, thủy văn giữa Rnd_FAO và Rnd_VT trong khoảng 0 – 5% có 5/8 trạm chiếm 62,5%; trong khoảng 5 – 10 % là 1/8 trạm chiếm 12,5 %; trong khoảng 10 – 15 % là 1/8 trạm chiếm 12,5 % và trong khoảng 15 – 20% là 1/8 trạm chiếm 12,5 %. Sai số trung phương giữa Rnd_FAO và Rnd_VT ± 1,444 MJ/m2/ngàỵ Thời điểm ngày 18/8/2021 chênh lệch trung bình giá trị Rnd gữa mơ hình FAO 56 và mơ hình viễn thám là 1,243 (MJ/m2/ngày) tương ứng 8,81%. Chênh lệch giá trị bức xạ rịng trung bình ngày theo tỷ lệ % tại các trạm quan trắc khí tượng, thủy văn giữa Rnd_FAO và Rnd_VT trong khoảng 0 – 5% là 1/8 trạm chiếm 12,5 %; trong khoảng 5 – 10 % là 5/8 trạm chiếm 62,5%; trong khoảng 10 – 15 % là 1/8 trạm chiếm 12,5 % và chênh lệch trong khoảng 15 – 20% là 1/8 trạm chiếm 12,5 %. Sai số trung phương giữa Rnd_FAO và Rnd_VT ± 1,449 MJ/m2/ngày
Thực nghiệm xác định lượng bốc thoát hơi nước thực tế từ bề mặt lớp phủ sử