Chương IV ỨNG DỤNG KỸ THUẬT VIỄN THÁM TRONG ĐIỀU TRA TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
4.3 Viễn thám trong nghiên cứu thủy văn
Trong viễn thám một lưu vực được chia thành những lớp khác nhau về chế độ thủy văn, sự phân chia này phụ thuộc vào các lớp thông tin của mặt đất. Thông qua việc phân tích ảnh có thể tính toán được hệ số dòng chảy cho mỗi lớp. Khi liên hệ với một số tài liệu thủy văn, những yếu tố của dòng chảy có liên quan đến từng vùng khác nhau của khu vực và được tách ra trên tư liệu viễn thám.
Tiềm năng dòng chảy mặt trong trường hợp này được tính như sau:
Q = 0.0276 C I A
Với: Q - giá trị cực đại của dòng chảy mặt (m3/s).
C - Hệ số dòng chảy (Dòng chảy/ mưa).
I - Giá trị lượng mưa trung bình trong thời gian bằng thời gian tập trung mưa (cm/h).
A - Diện tích lưu vực (ha).
Cơ quan nghiên cứu đất của Mỹ đưa ra trị số kinh nghiệm của đường cong dòng chảy (Curve number C N) được xác định trên cơ sở phân tích tư liệu viễn thám. Trị số này có quan hệ với lượng mưa và hệ số lưu vực (hệ số lưu vực được coi như hệ số dòng chảy, nó thể hiện tiềm năng dòng chảy của lưu vực).
Mối quan hệ đó được thể hiện theo công thức:
( P - 0.2 S )2 Q = ⎯⎯⎯⎯⎯
P + 0.85
Trong đó:
1000
S = ⎯⎯⎯ - 10 C N
Ở ấn Độ công thức có các hệ số thay đổi như sau:
( P - 0.1 S )2 25400
Q = ⎯⎯⎯⎯⎯ và C N = ⎯⎯⎯
P + 0.9S 254 + S
Với : Q - Tổng lượng dòng chảy theo mùa (cm).
P - Tổng lượng mưa (cm).
S - Lượng mước giữ lại trên bề mặt lưu vực (cm).
CN - Hệ số (có liên quan đến thổ nhưỡng, lớp phủ thực vật, lượng ẩm trong đất- có thể xác định bằng thực nghiệm).
Nhiều nhà nghiên cứu đã thử nghiệm xác định hệ số C N bằng các tư liệu viễn thám.
4.3.2 Nghiên cứu các đặc trưng hình thái
Những đặc trưng hình thái của sông có thể xác định trên tư liệu viễn thám ( thông thường ảnh máy bay sẽ có độ chính xác phù hợp với tỷ lệ lớn). Thí dụ có thể xác định độ dài sông suối, độ rộng lòng sông, độ dốc lưu vực, hệ số phân nhánh, hệ số uốn khúc, độ nhám của mặt đệm,... Tốc độ dòng chảy có thể xác định theo công thức:
R 2/3 S 1/2 V = ⎯⎯⎯⎯
n
Trong đó:
A R = ⎯⎯
P
Với: A - Diện tích mặt cắt sông (m2).
P - Chu vi ướt (m).
V - Tốc độ dòng chảy trung bình (m/s).
S - Độ dốc thủy lực.
n - Hệ số nhám.
Trường hợp thực nghiệm vận tốc V có thể tính trên cơ sở phân tích các ảnh mẫu với các vật có chuyển động trên ảnh (thí dụ con thuyền).
Trong trường hợp có trạm đo trên sông, có thể đối chiếu các tư liệu thực tế với tư liệu viễn thám, sử dụng đường cong phân phối nước mặt để tính toán, có thể xác định được lưu lượng dòng chảy trên sông.
4.3.3 Nghiên cứu cân bằng nước lưu vực
Việc nghiên cứu cân bằng nước trên lưu vực cho phép xác định quá trình động thái thủy văn xẩy ra trên phạm vi lưu vực.
Mỗi một thông số của phương trình cân bằng nước có thể được tính toán thông qua thực nghiệm, đối chiếu với thông số trên tư liệu viễn thám từ đó có thể liên hệ tính toán cho toàn lưu vực.
Sơ đồ nghiên cứu tổng quát như sau:
Lượng mưa bị mất Lượng mưa
Bốc hơi Bị chặn lại Dòng chảy mặt
Thoát hơi nước Lưu giữ dạng Dòng chảy Dòng chảy độ ẩm đất mặt trong sông Lưu giữ nước ngầm Dòng chảy ngầm
Hình 4.3 Sơ đồ nghiên cứu cân bằng nước.
4.3.4 Tính toán lượng dòng chảy bùn cát
Để tính được lượng dòng chảy bùn cát (dòng chảy rắn) cho một lưu vực người ta đã thử nghiệm áp dụng phương pháp xử lý số tư liệu ảnh Landsat để tính toán hệ số phổ (Chromaticity Coeficents) ở các băng 4, 5 và 6.
N4 N5
X = ⎯⎯⎯ và Y = ⎯⎯⎯
∑ 61-4 Ni ∑ 61- 4 Ni
Với:
Ni - Hệ số bức xạ trên băng thứ i.
X, Y - Giá trị trên các trục sơ đồ màu.
và X’ = X + Δ X và Y’ = Y + Δ Y
Trong đó ΔX và ΔY là hệ số hiệu chỉnh do khí quyển ở từng vùng trên sơ đồ màu.
Lượng phù sa cho mỗi lưu vực được tính theo công thức:
SYI = EA × V × D × 100/WA
Trong đó EA - Hệ số xâm thực của lưu vực phụ.
WA - Diện tích lưu vực.
V - Giá trị trọng số.
D - Tỷ số phân phối của dòng sông.
Khi áp dụng viễn thám có thể áp dụng công thức:
YSS = a + b( Z6 ) 1/ 2 + C / ( Z7 ) 2 + d ( Z 5 ) 1 / 3 Với : Z 5 = X 5 / 2.8132
Z 6 = X6 / 2.7002
Z 7 = ( X7 - 0.5524)/ 0.4265 YSS - Tổng lượng độ đục (mg/lit).
X5 - Giá trị trung bình trên băng 5.
X6 - Giá trị trung bình trên băng 6.
X7 - Giá trị trung bình trên băng 7.
a = 399.850; b = 135.787; c = -0.0115 và d = 321.630.
( Các hệ số này tính cho vùng Belgal của Ân Độ).
4.3.5 Những ứng dụng khác trong nghiên cứu thủy văn + Nghiên cứu ứng dụng trong thuỷ văn nông nghiệp:
- Xây dựng kế hoạch tưới trong nông nghiêp, đó là xác định hệ số yêu cầu dùng nước cho từng loại cây trồng, kiểu tán lá đối với các nhiệt độ khác nhau và từng thời vụ khác nhau.
- Phân hạng mức độ tưới của đất, xác định sản phẩm mùa màng.
- Xây dựng các đề án tưới tiêu.
- Nghiên cứu dòng hồi quy khi tưới.
- Nghiên cứu sự thất thoát nước qua kênh dẫn.
+ Nghiên cứu môi trường chất lượng nước:
- Xác định vùng nước sạch trong đất liền và vùng biển nông.
- Nghiên cứu chất lượng nước, xác định các nguồn ô nhiễm nước.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của sự đô thị hoá và công nhiệp hoá tới nguồn nước.
- Nghiên cứu sự ô nhiễm do dầu.
- Nghiên cứu sự ô nhiễm nước do các nguyên nhân khác.
- Nghiên cứu môi trường nước: nhiệt độ, độ muối, độ đục,...
- Nghiên cứu hiện trạng và dự báo ngập lụt.
- Nghiên cứu quá trình diễn biến ngập lụt.
+ Nghiên cứu theo dõi các diễn biến khác.
- Nghiên cứu sự mất nước qua đập.
- Nghiên cứu mở rộng các bồn thu nước.
- Theo dõi diễn biến quá trình trầm tích.
- Nghiên cứu quá trình sa mạc hoá.
- Nghiên cứu diễn biến đường bờ sông, bờ biển.
- Nghiên cứu động lực học vùng cửa sông và đới ven biển.
- Nghiên cứu thủy văn đô thị.
- Nghiên cứu quá trình diễn biến khai thác lưu vực.
Để thực hiện các nội dung nghiên cứu này cần phải sử dụng nhiều nguồn tư liệu, kết hợp nhiều nguồn thông tin khác nhau. Đối với tư liệu viễn thám có thể sử dụng các giải sóng nhìn thấy, cận hồng ngoại, hồng ngoại nhiệt và cả sóng ra đa nữa. Tư liệu bao gồm cả ảnh máy bay và ảnh vệ tinh các loại với nhiều thời kỳ chụp khác nhau. Trong quá trình xử lý tư liệu viễn thám cần có sự kết hợp nhuần nhuyễn các kiến thức như thủy văn, kiến thức địa lý địa mạo với các kinh nghiệm trên thực địa, có như vậy mới đảm bảo độ chính xác, sát với thực tế và đần dần từ định tính có thể tiến tới định lượng hoá các kết quả tính toán.