Quá Trình Thấm Nước Của Đất Dưới Các Trạng Thái Rừng

12.0

10.0

8.0

6.0

4.0

2.0

0.0

5 10 20 30 40 60 80 100 105

Thời gian (phút)

Thông + Keo

Thông + Cây bản địa Keo + Cây bản địa

Tốc độ thấm (mm/phút)

Hình 4.5: Quá trình thấm nước của đất dưới các trạng thái rừng

Vì sự thấm nước trên bề mặt dốc của đất rừng nói chung thuộc về loại vận động của nước không bão hoà, cho nên việc giải phương trình cơ bản về vận động của nước trong đất gặp nhiều khó khăn. Để làm việc này, từ đầu thế kỷ XX đến nay, rất nhiều học giả đã đề ra nhiều mô hình thấm nước nửa lý luận nửa kinh nghiệm, thậm chí mô hình thấm nước hoàn toàn có tính chất kinh nghiệm. Có nhiều loại mô hình thấm nước, luận văn chỉ đề cập tới 2 loại mô hình thấm nước thường sử dụng là mô hình Horton (1933, 1939) và mô hình Philip (1957, 1969).

Tiến hành lấy tích phân đối với thời gian t của từng mô hình thấm nước sẽ thu được lượng nước thấm V. Công thức của lượng nước thấm và mô hình thấm nước tương ứng với nó như liệt kê trong bảng 4.14:

Bảng 4.14: Mô hình thấm nước của đất

Tên mô

hình

Mô hình thấm nước

Công thức diễn đạt lượng nước thấm V luỹ kế

Horton

V = VC + (V0 – VC)e kt

V = VCt + V0 – VC (1 - eKt )/K

Philip

V= 1St 12 + A



2 

1

V = St 2 + At

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 90 trang tài liệu này.

Qua so sánh 2 loại mô hình thấm nước trên có thể thấy, mô hình Horton được suy ra từ việc giải phương trình cho tốc độ khuếch tán ẩm, với tham số K biến đổi linh hoạt; còn mô hình Philip thực sự là một bước cải tiến của mô hình Cốtchiakôp (cộng thêm một hằng số). Kết quả mô phỏng quá trình thấm nước ở các trạng thái thảm thực vật được thể hiện ở bảng 4.15 dưới đây:

Bảng 4.15: Các tham số của mô hình thấm nước ở các trạng thái thảm thực vật

Trạng thái TTV

Mô hình Philip

Mô hình Horton

Thông + Keo

9,63

1,91

0,93

6,6

2,9

0,039

0,921

Thông + Cây bản địa

14,37

3,40

0,952

8,1

4,0

0,040

0,936

Keo + Cây bản địa

10,25

4,98

0,961

11,1

4,5

0,044

0,947

Ghi chú: Khi đo thực tế, lấy t0 = 5,0 phút, f = f0; r: hệ số tương quan

Nhận xét:

Căn cứ vào hệ số tương quan r ở bảng 4.15, có thể thấy rằng mô hình Philip mô tả quá trình thấm nước tốt hơn so với mô hình Horton vì mô hình Philip có hệ số tương quan cao hơn

4.2.4. Quá trình đọng nước

Quá trình đọng nước được ta xét ở đây chỉ mang tính định hướng. Để thể hiện mối quan hệ giữa tốc độ thấm với cường độ mưa, ta nhìn vào biểu đồ dưới đây:

v (mm/ph)

(mm)

t (phút)

Hình 4.6: Biến đổi tốc độ thấm (v, mm/phút) và lượng nước thấm luỹ kế (V, mm) theo thời gian thấm

Nhận xét: Nhìn vào hình vẽ ta thấy:

- Nếu tốc độ mưa (VM) lớn hơn tốc độ thấm nước thì nước mưa sẽ chảy

tràn.

- Nếu trận mưa to, thời gian ngắn, cường độ mưa nhỏ hơn tốc độ thấm nước thì nước mưa không thể chảy tràn được mà sẽ ngấm xuống đất.

Tuy nhiên, khu vực nghiên cứu nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới, nên đa số các trận mưa có đặc điểm:

+ Thời gian mưa dài, cường độ mưa lớn

+ Cường độ mưa thường tăng theo thời gian

Nếu ta xét trong cùng một khoảng thời gian thì:

Lượng nước chảy bề mặt = Lượng mưa - lượng nước thấm xuống đất

Dẫn liệu sau đây dùng để minh hoạ:

Bảng 4.16: Chi tiết thời gian, lượng mưa của một trận mưa

Thời gian

Thời gian mưa

(phút)

Lượng mưa

(mm)

19/06/2008

10h20/ - 12h10/

20h55/- 21h15/

20,8

10,3

v (mm/ph)

11h05 11h55

t (phút)

Hình 4.7: Mô tả quá trình đọng nước của một trận mưa

Trong thời gian quan sát: Bắt đầu mưa lúc 10h20/, đường tốc độ thấm nước và đường cường độ mưa cắt nhau tại thời điểm lúc 11h05/. Tại thời điểm cắt nhau đó chưa thấy xuất hiện dòng chảy. Từ 11h05/ đến 11h55/ thấy có nước đọng do mặt đất có những chỗ không bằng phẳng, lồi lõm. Sau đó, dòng nước chảy bề mặt xuất hiện.

Chỉ tiêu này được sử dụng để đề phòng và kiểm soát các trận mưa có

dòng chảy mạnh, có nguy cơ gây xói mòn.

4.3. Đặc trưng giữ nước của đất rừng

Khả năng giữ nước của đất là khả năng đất giữ nước lại cho mình trong điều kiện có dòng chảy tự do về phía dưới. Nước luôn được đất giữ bên mình do đặc tính điện cực gây nên. Tuy nhiên, lượng nước được giữ lại trong đất biến đổi theo không gian và thời gian.

Nước trong đất gồm ba bộ phận sau đây: (1)- Nước mao quản trong các khe hổng rất nhỏ bé của đất, ở đó lực liên kết lớn (PF > 2,7), loại nước này có thể được bảo vệ trong các vi mao quản của đất, có thể cung cấp cho thực vật hấp thu hoặc bốc hơi nước mặt đất, nó chỉ vận động dưới tác dụng của lực mao quản; (2)- Nước trọng lực trong các khe hổng trung bình của đất (0 < PF

< 2,7), nói chung nó vận động hướng xuống sâu, chịu tác dụng của cả hai lực là trọng lực và lực mao quản. Những khe hổng có nước trọng lực này tồn tại gồm hai loại: Một loại là những khe hổng (1,6 < PF < 2,7), thời gian giữ nước của những khe hổng này tương đối dài; một loại khác là những khe hổng (0 < PF < 1,6), thời gian giữ nước của những khe hổng loại này tương đối ngắn; (3)- Nước trọng lực trong các khe hổng lớn (PF = 0), có thể vận động hướng xuống sâu dưới tác dụng của trọng lực, chúng cũng có thể phát sinh vận động theo mặt phẳng ngang ra xung quanh. Đường nước đi xuống dưới sâu chủ yếu là các lỗ hổng do hệ rễ cây rừng hình thành nên, các khe nứt của đất, các hang động vật vv...đường nước vận động theo mặt phẳng nằm ngang chủ yếu là theo các khe hổng ở tầng bồi tụ và ở tầng A (tầng kết cấu tổng hợp) của đất.

Như vậy, lượng nước tích giữ tiềm tàng của đất rừng bao gồm lượng nước tích giữ tiềm tàng trong khe hổng mao quản, lượng nước tích giữ tiềm tàng trong khe hổng ngoài mao quản và lượng nước tích giữ tiềm tàng bão hòa.

4.3.1. Lượng nước giữ tiềm tàng trong khe hổng mao quản

Lượng nước giữ trong các khe hổng mao quản là lượng nước cây trồng sử dụng chủ yếu. Nó tồn tại trong các khe hổng mao quản có kích thước 0,1 - 8µm, được giữ lại bằng lực mao quản và phụ thuộc vào độ xốp tầng đất, độ dày tầng đất, kích thước các khe hổng mao quản...

Lượng nước tích giữ trong các khe hổng mao quản của đất rừng được tính toán theo độ dày tầng đất, dựa trên số đo bình quân về độ xốp của đất:

Imq = Hd . Xmq

Kết quả ghi dưới bảng sau:

Bảng 4.17: Độ ẩm cây héo và độ ẩm đồng ruộng

Trạng thái rừng	Độ ẩm cây héo (Wch, %)	Độ ẩm đồng ruộng (Wdr, %)
1	Thông + Keo	6,35	22,6
2	Thông + Cây bản địa	7,02	20,3
3	Thông + Cây bản địa	7,01	19,8
4	Thông + Cây bản địa	6,17	21,4
5	Thông + Keo	6,51	23,2
6	Keo + Cây bản địa	6,48	24,3
7	Keo + Cây bản địa	6,05	22,5
8	Keo + Cây bản địa	6,96	23,7

Bảng 4.18: Lượng nước giữ tiềm tàng trong khe hổng mao quản của đất dưới một số trạng thái rừng

Trạng thái rừng

Hđ (cm)

Wđr (%)

Wch (%)

Xmq (%)

Lượng nước giữ trong mao quản đất (Imq, mm)

Thông + Keo

84,5

22,9

6,43

29,3

247,8

Thông + Cây bản địa

83,0

20,5

6,73

27,2

226,0

Keo + Cây bản địa

94,6

23,5

6,5

30,0

283,7

Nhận xét:

Lượng nước giữ trong các khe hổng mao quản dưới các trạng thái rừng không có sự biến động nhiều. Lượng nước lớn nhất là dưới trạng thái rừng Keo + Cây bản địa (283,7 mm), tiếp đến là dưới trạng thái rừng hỗn giao Thông + Keo (247,8 mm), và thấp nhất là dưới trạng thái rừng Thông + Cây bản địa (226,0 mm). Kết quả trên cho thấy lượng nước tích giữ trong các khe hổng chỉ có ý nghĩa đối với thực vật, còn đối với việc hình thành lưu lượng nước ngầm là không đáng kể.

4.3.2. Lượng nước giữ tiềm tàng trong khe hổng ngoài mao quản

Đây là lượng nước chứa trong khe hổng ngoài mao quản của đất hay còn gọi là nước trọng lực. Do nó chuyển động từ trên xuống nhờ trọng lực, đến một lớp đất không hoặc ít thấm nước tạo thành mạch nước ngầm, nên nó chính là lượng nước được giữ lại chủ yếu trong đất và chuyển thành nước ngầm chuyển ra sông suối. Lượng nước này có ý nghĩa rất lớn mà đề tài quan tâm. Lượng nước này phụ thuộc nhiều vào kích thước khe hổng ngoài mao quản. Khi nước mưa chứa đầy hết trong các khe hổng ngoài mao quản này cũng là lúc bắt đầu xuất hiện dòng chảy mặt trên mặt đất.

Bảng 4.19: Lượng nước giữ tiềm tàng trong khe hổng ngoài mao quản của đất dưới một số trạng thái rừng

Trạng thái rừng	Hd (cm)	Xnmq (%)	Lượng nước giữ trong khe hổng ngoài mao quản (Inmq, mm)
1	Thông + Keo	84,5	30,38	256,7
2	Thông + Cây bản địa	83,0	24,71	205,1
3	Keo + Cây bản địa	94,6	26,71	252,6

Nhận xét:

Từ bảng 4.19 cho thấy, lượng nước ngoài mao quản ở trạng thái rừng Thông + Keo là lớn nhất (256,7 mm), tiếp đến là trạng thái rừng Keo + Cây bản địa (252,6 mm), và thấp nhất là trạng thái rừng Thông + Cây bản địa (205,1 mm).

4.3.3. Lượng nước bão hoà tiềm tàng

Lượng nước bão hoà là lượng nước biểu thị trạng thái ẩm cao nhất của đất khi tất cả các khe hổng đều đã bị nước chiếm. Lượng nước này được tính bằng tổng lượng nước chứa trong khe hổng trong và ngoài mao quản. Kết quả được xếp theo thứ tự giảm dần như sau: Thông + Keo > Keo + Cây bản địa > Thông + Cây bản địa, và được thể hiện cụ thể ở bảng 4.20:

Bảng 4.20: Lượng nước bão hoà tiềm tàng

Trạng thái rừng	Imq (mm)	Inmq (mm)	Ibh (mm)
1	Thông + Keo	247,8	256,7	513,4
2	Thông + Cây bản địa	226,0	205,1	410,2
3	Keo + Cây bản địa	283,7	252,6	505,2

4.3.4. Lượng nước chứa hữu hiệu tiềm tàng

Lượng chứa nước hữu hiệu được thể hiện ở hiệu quả giữ nước của đất

rừng. Lượng nước hữu hiệu cung cấp cho cây trồng chủ yếu là lượng nước