Language
Country/Area
No result found
Khám phá bí mật của địa hình: Phương pháp phân định lưu vực sông theo cách thủ công truyền thống là gì?
Phân định lưu vực là quá trình xác định ranh giới của một khu vực lưu vực hay còn gọi là khu vực chứa nước, lưu vực thoát nước hoặc lưu vực sông. Trong một số lĩnh vực, bao gồm khoa học môi trường, kỹ thuật và quản lý, đây là một bước quan trọng trong việc nghiên cứu các vấn đề như lũ lụt, môi trường sống dưới nước hoặc ô nhiễm nước. Hoạt động này thường được thực hiện bởi các nhà địa lý, nhà khoa học và kỹ sư.
Trong lịch sử, việc phân định khu vực lưu vực chủ yếu dựa vào công việc thủ công trên bản đồ địa hình trên giấy, được bổ sung bằng khảo sát thực địa. Những năm 1980, cùng với sự phát triển của máy tính và dữ liệu điện tử, các phương pháp khoanh vùng lưu vực sông tự động bắt đầu xuất hiện và được sử dụng rộng rãi.
Các phương pháp khoanh vùng lưu vực trên máy tính sử dụng mô hình độ cao kỹ thuật số (DEM), là các bộ dữ liệu biểu thị chiều cao của bề mặt Trái đất.
Ngày nay, việc phân định lưu vực sông thường được thực hiện bằng phần mềm mô hình thủy văn chuyên dụng, chẳng hạn như WMS, phần mềm hệ thống thông tin địa lý (như ArcGIS hoặc QGIS) hoặc sử dụng các ngôn ngữ lập trình như Python hoặc R. Là đơn vị địa lý cơ bản của thủy văn, lưu vực liên quan đến sự vận chuyển, phân phối và quản lý nước trên Trái đất.
Phân định thủ công các khu vực lưu vực
Phương pháp tính toán ranh giới lưu vực truyền thống là vẽ thủ công trên bản đồ địa hình trên giấy, đôi khi được hỗ trợ bằng cách sử dụng màng trong suốt. Sau đó, bạn có thể sử dụng máy đo khoảng cách để ước tính diện tích hoặc kết quả có thể được số hóa để sử dụng với phần mềm lập bản đồ. Ngay cả trong thời đại điện tử, kỹ năng khoanh vùng lưu vực thủ công vẫn rất hữu ích vì nó có thể kiểm tra tính chính xác của lưu vực được tạo ra bằng phần mềm.
Theo Cơ quan Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ, các bước để khoanh vùng lưu vực theo cách thủ công bao gồm: xác định các điểm thoát lưu vực trên bản đồ, tưởng tượng hoặc vẽ các đường nước mặt chảy về vùng thấp hơn, đánh dấu vị trí các điểm thoát nước cao, xác định các điểm dòng chảy đến các lưu vực sông và kết nối các điểm này để phân định các khu vực lưu vực.
Một số quy tắc cơ bản để phân định ranh giới bao gồm: ranh giới lưu vực phải vuông góc với các đường đồng mức khi chúng đi qua chúng và không được băng qua sông hoặc suối ngoại trừ lối ra của chúng. Ranh giới lưu vực phải tuân theo các đường sườn núi và nối các điểm cao.
Nhược điểm của việc phác họa thủ công là nó tùy thuộc vào đánh giá cá nhân và có tỷ lệ sai sót nhất định. Cơ quan Bảo vệ Môi trường Illinois tuyên bố: "Việc phân định các lưu vực sông là một khoa học không chính xác. Ngay cả hai chuyên gia cũng có thể đưa ra những ranh giới hơi khác nhau." Đối với các lưu vực sông nhỏ hơn, đặc biệt là khi kết quả chính xác là rất quan trọng, có thể cần phải có những chuyến đi thực địa để khám phá những đặc điểm không được thể hiện trên bản đồ.
Phân định vùng lưu vực nước tự động
Sử dụng phần mềm máy tính để phân định các lưu vực sông thường nhanh hơn và nhất quán hơn so với các phương pháp thủ công vì nó loại bỏ tính chủ quan của nhà phân tích. Các phương pháp khoanh vùng lưu vực sông tự động đã phổ biến từ những năm 1980 và được sử dụng rộng rãi trong cộng đồng khoa học và kỹ thuật.
Các nhà nghiên cứu thậm chí còn sử dụng các phương pháp máy tính để khoanh vùng các khu vực chứa nước trên Sao Hỏa.
Phương pháp phân định lưu vực tự động sử dụng mô hình độ cao kỹ thuật số (DEM), thường sử dụng phương pháp "độ dốc lớn nhất" để tính toán hướng dòng chảy. Quá trình này thường được thực hiện trên một lưới hình chữ nhật, như trường hợp của hầu hết các thuật toán hiện đại. Để có được kết quả chính xác hơn, dữ liệu cần được xử lý và “điều hòa” để có thể tạo ra kết quả thủy văn thực tế.
Trong quá trình khoanh vùng lưu vực nước dựa trên DEM, thuật toán sẽ xem xét các vùng trũng về địa hình, đường dẫn dòng chảy và các yếu tố khác, sau đó xác định hướng của dòng nước, bao gồm nhiều phương pháp tính toán khác nhau . Thuật toán D8 được sử dụng phổ biến hơn có những hạn chế. Nước chảy theo tám hướng, điều này có thể dẫn đến các mô hình dòng chảy không thực tế.
Phần mềm dùng để khoanh vùng lưu vực sông
Một số phần mềm mô tả lưu vực đầu nguồn sớm nhất được viết bằng FORTRAN, chẳng hạn như CATCH và DEDNM. Ngày nay, nhiều gói phần mềm hệ thống thông tin địa lý (GIS), chẳng hạn như ArcGIS, QGIS và GRASS GIS, bao gồm các công cụ phân định lưu vực sông. Ngoài ra, các ứng dụng khoanh vùng lưu vực độc lập như TauDEM cũng có sẵn.
Một số phần mềm có thể dùng để mô phỏng thủy văn và có chức năng phân định lưu vực sông. Chúng bao gồm WMS (phần mềm thủy văn), mô hình SWAT và BASIN, v.v.
Các bộ dữ liệu và tài nguyên có sẵn khác
Có nhiều bộ dữ liệu vectơ biểu thị lưu vực sông có thể được hiển thị và phân tích bằng GIS hoặc phần mềm khác. Các bộ dữ liệu này chia toàn bộ bề mặt đất thành các “lưu vực phụ” hoặc “lưu vực đơn vị”. Các lưu vực đơn vị riêng lẻ có thể được kết hợp để tạo ra các lưu vực lớn hơn, đồng thời có thể xác định đường dẫn và kết nối dòng chảy thông qua phân tích mạng lưới.
Với sự tiến bộ không ngừng của khoa học công nghệ, công nghệ và phương pháp phân định lưu vực sông vẫn ngày càng phát triển. Những dữ liệu chính xác hơn và các thuật toán mới có thể cải thiện hơn nữa độ chính xác của việc phân định. Khi xem xét tác động của biến đổi môi trường và hoạt động của con người, việc phân định lưu vực sông ảnh hưởng như thế nào đến đời sống và hệ sinh thái của chúng ta?
