CHƯƠNG I TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO KÍCH THƯỚC HẠT MƯA
3.3. Thử nghiệm thực tế và đề xuất xử lý số liệu đo ứng dụng đánh giá xói mịn
3.3.2. Phân tích, xử lý số liệu thông số trận mưa đo được và đề xuất ứng dụng
đánh giá xói mịn đất ở Việt Nam
Về lượng mưa đo được, khi tiến hành hiệu chuẩn tại Trung tâm khí tượng quốc
gia và thử nghiệm thiết bị cải tiến đo mưa thực tế tại trạm Hà Đông – trạm khí tượng quốc tế và đối sánh với thiết bị đo mưa tại trạm. Kết quả (bảng 3.6- trích một phần số liệu đo thử nghiệm) cho thấy, ở dải lượng mưa lớn hơn 10 mm, sai lệch lượng mưa lớn nhất là 0,86 mm. Ở dải lượng mưa nhỏ hơn hoặc bằng 10mm, sai lệch lượng mưa lớn nhất là 0,18mm. Lượng mưa đo được bằng thiết bị cải tiến thấp hơn so với kết quả đo bởi thiết bị tại trạm khí tượng. Tuy nhiên, sai số lượng mưa vẫn trong khoảng cho phép.
Bảng 3.6. Bảng số liệu đo thử nghiệm thiết bị đo của luận án với mưa thực tế
Ngày Giá trị đo lượng mưa
trạm khí tượng đề tài VIELINA-MS.04
(mm)
Giá trị đo lượng mưa của trạm khí tượng Hà Đơng (mm) Sai lệch (A) (B) |A-B| Giờ 19-7 7-19 19-7 7-19 19-7 7-19 15/6 22,94 0,02 23,8 0,0 0,86 0,02 16/6 0,87 0,12 0,7 0,0 0,17 0,12 17/6 0,45 4,12 0,5 4,3 0,05 0,18
Về kích thước, vận tốc và phân bố hạt, hình 3.21 mơ tả phân bố kích thước hạt
trong một trận mưa điển hình đo được trong ngày 16/6/2018 tại Hà Nội. Phân bố kích thước hạt nhỏ hơn 2 mm chiếm cao nhất hơn 33% tổng số hạt mưa rơi đo được trong trận đó. Kích thước trung bình của hạt mưa trong trận là 2,1mm. Trong giai đoạn thử nghiệm, với một trận mưa điển hình, kích thước hạt mưa phân bố rải rác từ dưới 7mm, vận tốc dưới 10mm. Tiến hành khảo sát, phân tích các trận mưa xảy ra trong tháng 6/2018, có thể thấy được mối quan hệ giữa tần suất xuất hiện với kích thước hạt mưa tuân theo hàm Polynome bậc 6 với hệ số xác định R2 >0,9. Trong đó, x là kích thước hạt (đơn vị mm). Hàm Polynome biến thiên từ 0 đến 1. Ví dụ với hạt có kích thước 8mm, trong trận mưa như hình 3.22 thì xác suất xuất hiện tính theo hàm là: 0,17. Với hạt 3mm thì xác suất tính theo hàm là 0,18. Những con số này rất gần với giá trị rời rạc thu được khi khảo sát trận mưa đó.
Hình 3.22. Mối quan hệ giữa xác suất xuất hiện và kích thước hạt
Về mối quan hệ động năng KEtime - cường độ mưa I và độ xói mịn đất do hạt
mưa rơi: tùy theo những điều kiện địa lý và khí tượng, các kiểu mưa của từng khu vực sẽ không giống nhau dẫn đến sự khác nhau về phân bố kích thước và vận tốc hạt mưa làm cho mối quan hệ KEtime – I thay đổi theo. Trong cơng trình [54], từ nhiều nghiên cứu ở các nơi khác nhau trên thế giới, những mối quan hệ giữa động năng hạt mưa KEtime và cường độ mưa I được tìm ra dưới dạng hàm mũ (3.18), hàm logarit (3.19), hàm tuyến tính (3.20) và hàm power-law (3.21). Các hệ số a, b, c trong phương trình mơ tả này được tìm ra nhờ q trình thực nghiệm.
KEtime =a.I(1 - b.e-c.I) (3.18)
KEtime =I(a + b.log (I)) (3.19)
KEtime =a(I - b) (3.20)
KEtime =a.Ib (3.21)
Việc tìm ra mối quan hệ KEtime – I ở khu vực Hà Nội nói riêng và các khu vực
khác tại Việt Nam nói chung cần nhiều thời gian quan sát với nhiều loại mưa khác nhau. Trong thời gian thử nghiệm với mưa thực tế tại Hà Nội, nghiên cứu đã tìm ra mối quan hệ KEtime(I). Mối quan hệ này được mơ tả trong hình 3.23. Trong đó, hàm mơ tả quan hệ KEtime(I) là hàm tuyến tính (biểu thức 3.22) với hệ số xác định R2 > 0,8. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 -0.05 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 Xac suat
Polynomial Fit of Sheet1 Xac suat
X a c su at Co hat (mm) Equation y = Intercept + B 1*x^1 + B2*x^2 + B3*x^3 + B4*x^ 4 + B5*x^5 + B6 *x^6 Weight No W eighting Residual Sum of Squares 9.98037E-4 Adj. R-Square 0.92254
Value Standard Error Xac suat Intercept 0.64193 0.24991 Xac suat B1 -0.87384 0.80057 Xac suat B2 0.61635 0.80204 Xac suat B3 -0.20752 0.35868 Xac suat B4 0.0355 0.0796 Xac suat B5 -0.00303 0.00857 Xac suat B6 1.03648E-4 3.56462E-4
Phan bo kich thuoc hat Phân bố kích thước hạt Cỡ hạt (mm) X ác s uấ t
KEtime =a+b.I (3.22) Trong đó a, b lần lượt là hệ số tìm được nhờ quá trình thực nghiệm nhiều lần.
Hình 3.23. Mô tả mối quan hệ KEtime(I) trong khoảng thời gian quan sát
Trong nghiên cứu của Renard và cộng sự năm 1997, độ mất đất được tính theo biểu thức (3.23) – biểu thức RUSLE
A = R. K. L. S .C .P (3.23)
trong đó:
A: Độ mất đất trung bình hàng năm (độ xói mịn) R: là hệ số xói mịn do mưa
K: là hệ số xói mịn của đất thay đổi tùy theo loại đất
L và S: lần lượt là yếu tố địa hình chiều dài và độ dốc của khu vực khảo sát C: hệ số quản lý độ che phủ đất của cây
P: hệ số kiểm sốt xói mịn thực nghiệm
Theo cơng trình [12], hệ số xói mịn do mưa R là tích của động năng KE và
cường độ mưa lớn nhất trong 30 phút I30 (biểu thức (3.24)).
R=KE. I30 (3.24)
Từ mối quan hệ KE – I tìm được bằng thực nghiệm, dựa vào cường độ mưa I là một tham số được đo rộng rãi có thể suy ngược ra động năng KE. Vì vậy mối quan hệ KE - I trở nên hữu ích trong việc ước tính độ xói mịn của đất theo thời gian và
khơng gian rồi từ đó lập bản đồ các khu vực có nguy cơ xói mịn, dự báo về lượng mưa xói mịn trong tương lai.