Nguyên lý thủy văn Chương 7 Dòng chảy mặt

216 Chương 7 Dòng chảy mặt 7.1 Giới thiệu chung Dòng chảy mặt hay dòng chảy sông ngòi là dòng chảy chuyển động do trọng lực của nước trong các lòng dẫn với kích thước thay đổi từ dòng chảy có quy mô nhỏ nhất tới những dòng chảy có quy mô lớn nhất (Amazon, Congo, và Yangtze). Cũng như dòng chảy sông ngòi, dòng chảy mặt có thể được đặc trưng bởi lưu lượng dòng chảy trong sông, hoặc lượng mưa sinh thuỷ của lưu vực. ở mức chung chung mối quan hệ giữa dòng chảy sông ngòi và giáng thủy có thể được biểu thị dưới dạng vòng tuần hoàn liên tục của nước thông qua chu trình thủy văn. Chúng ta có thể thừa nhận rằng trong những trường hợp đơn giản thường xem lưu vực bề mặt và lưu vực nước ngầm trùng nhau và mỗi dòng sông chỉ tiếp nhận nư- ớc từ bản thân lưu vực của chính mình. Bởi vậy, có thể xem mỗi lưu vực như một hệ thống đầu vào là giáng thủy và chuyển hoá chúng thành những đầu ra là sự bay hơi và dòng chảy sông ngòi. Kể cả những sự thay đổi của lượng trữ trong hệ thống, đầu vào phải được cân bằng với đầu ra. Trừ những vùng khô hạn lớn, ở tất cả các vùng, đầu ra từ hệ thống lưu vực là liên tục, nhưng những đầu vào của giáng thủy thì gián đoạn và thường được rời rạc hóa theo thời gian một cách phổ biến. Như một kết quả, đường quá trình dòng chảy hàng năm về cơ bản gồm có những thời kỳ ngắn lưu lượng bị tăng lên một cách đột ngột liên quan đến mưa hoặc tuyết tan và hỗn hợp cả hai có thời gian dài hơn. Trong những thời kỳ nước rút khi dòng chảy sông ngòi được đại diện cho dòng chảy ra là nuớc ngầm từ nước được dự trữ bằng nguồn nước ngầm dưới bề mặt của lưu vực và khi đó đường quá trình dòng chảy lấy dạng hàm số mũ của đư- ờng cong nước rút điển hình (xem Hình 7.14). Những đơn vị đo của dòng chảy mặt Dòng chảy mặt thông thường được biểu thị bằng lưu lượng nước và đó chính là một thể tích trên một đơn vị thời gian. Lưu lượng nước có đơn vị là mét khối trên giây (m3s-1) và mô đun dòng chảy có đơn vị là mét khối trên giây kilômet vuông (m3s-1km-2). Hai số đo trên là những đơn vị thường được sử dụng. Dòng chảy có thể cũng được biểu thị như một độ sâu tương đương trên một đơn vị đo diện tích lưu vực, tức là millimeters trên ngày hoặc tháng hoặc năm. Đây là một đơn vị đặc biệt tiện lợi để so sánh tốc độ và tổng lượng giáng thuỷ và dòng chảy vì giáng thuỷ gần như không thay đổi trong cách biểu thị này. Những biểu diễn dòng chảy khác vẫn được tìm thấy trong nghiên cứu bao gồm hàng triệu Galông trên một ngày (m.g.d.) và đặc biệt là trong nghiên cứu thuỷ lợi ở Mỹ hay dùng đơn vị là feet, tức là thể tích của lớp vỏ nước mà bao phủ một mẫu Anh tới độ sâu một feet. 217 7.2 Dòng chảy nhanh và dòng chảy ngưng trệ Phản ứng trực tiếp tức thời của lưu vực đối với hiện tượng mưa rơi là một phần của lượng mưa tạo thành một tuyến đường có dòng chảy chuyển động rất nhanh trong lòng dẫn (tức là dòng chảy xiết); tương ứng tiếp theo sau đó một phần khác của trận mưa tạo thành một tuyến đường có dòng chảy chuyển động chậm hơn đó là dòng chảy ngưng trệ và thường xuyên được xem như dòng chảy cơ sở. Hai thành phần này của dòng chảy là hiển nhiên trong những dòng sông với tất cả các kích thước khác nhau. Tuy nhiên, ở các hệ thống sông lớn những hiệu ứng trễ, cả bên trong và bên ngoài lòng dẫn đều rất phức tạp. Những đóng góp dòng chảy cho dòng sông chính từ nhiều dòng sông nhánh làm phức tạp. Việc giải thích sự phản ứng của lưu vực thông qua quá trình dòng chảy của những dòng sông chính đối với giáng thuỷ là rất phức tạp. Do đó nhiều thảo luận ban đầu về quá trình dòng chảy trong chương này nhằm giải thích sự phản ứng của lưu vực đối với giáng thuỷ qua những dòng sông suối thượng nguồn của các lưu vực nhỏ trong hệ thống lưu vực sông là tương đối đơn giản. Hình 7.1 Biểu đồ lượng mưa và dòng chảy của 3 trận bão ở Tennessee, USA (theo biểu đồ gốc của Ramser, 1927) Trong những trường hợp như vậy sự phản ứng của các lưu vực với giáng thuỷ th- ường là rất nhanh nhưng hiếm khi giống nhau. Tức là tỉ lệ của giáng thuỷ tạo thành dòng chảy xuất hiện một cách nhanh chóng như một đường quá trình dòng chảy là khác nhau giữa các trận lũ. Hình 7.1 là những đồ thị từ một bài báo đầu tiên của Ramser (1927). Ramser đã nhấn mạnh sự phản ứng của lưu vực đối với mưa và tính biến thiên của dòng chảy trong một lưu vực nhỏ. Lượng mưa và dòng chảy được phác họa trên hình 7.1 có cùng quy mô đã xác định số rất ít phần trăm của lượng mưa tạo nên dòng chảy xiết dưới dạng đường quá trình dòng chảy. Số phần trăm giáng thủy tạo thành dòng thay đổi theo các đặc trưng giáng thuỷ và các điều kiện lưu vực và nó được xác định trung bình toàn cầu là 36% của toàn bộ giáng thuỷ rơi trên những vùng 218 đất sau đó chảy tới các đại dương. Trong số lượng phần trăm này dòng chảy xiết chỉ chiếm khoảng 11% và dòng ngưng trệ tính toán chiếm 25% còn lại của giáng thuỷ. 7.3 Các nguồn và các thành phần của dòng chảy Sự phản ứng khác nhau của lưu vực đối với giáng thuỷ là tạo thành dòng chảy và dòng chảy thay đổi cả theo không gian và theo thời gian. Hai loại dòng chảy mặt và ngầm do giáng thuỷ tạo nên đều chuyển động về phía những lòng dẫn dòng chảy. Hình 7.2 cho thấy rằng giáng thuỷ có thể đến chảy đến lòng dẫn dòng bởi một số loại dòng chảy: dòng chảy mặt do giáng thuỷ trực tiếp đó là dòng chảy trên bề mặt lưu vực; dòng chảy dưới mặt tầng nông (dòng sát mặt) và dòng chảy dưới mặt đất, dòng chảy tầng sâu (dòng nước ngầm). Những sự tích trữ của tuyết và sự tan chảy của tuyết tạo nên một trong số bốn loại dòng chảy này. Hình 7.2 Hướng chảy của các nguồn cung cấp cho dòng chảy sông: Qp là giáng thủy trực tiếp xuống mặt nước, Q0 là dòng chảy tràn trên mặt, Qt là dòng chảy sát mặt và Qg là dòng chảy ngầm. Những loại dòng chảy này được nghiên cứu một cách rộng rãi và tương đối rõ ràng. Nếu chỉ nghiên cứu dòng chảy mặt và dòng chảy trực tiếp đã dẫn đến sự không đầy đủ và không rõ ràng và Hình 7.3 cung cấp một mô hình hình thành dòng chảy thích hợp, logic từ mưa trên lưu vực. Điều này cho thấy rằng dòng chảy bề mặt là bộ phận của dòng chảy tổng cộng chảy đến cửa ra của lưu vực qua dòng chảy tràn trên mặt và các lòng dẫn. Dòng chảy tổng cộng này bao gồm dòng chảy sát mặt, dòng chảy trên bề mặt đất và dòng chảy ngầm. Dòng chảy dưới mặt là tổng của dòng chảy sát mặt và dòng chảy ngầm và nó thường bằng toàn bộ dòng nước đến tại sông suối khi dòng chảy đã bão hòa qua tầng đất đáy và các bờ lòng dẫn. Dòng chảy nhanh, hay dòng chảy trực tiếp, là tổng của giáng thuỷ tạo thành, dòng chảy xiết trên mặt và dòng chảy sát mặt nhanh và nó là thành phần dòng chảy quan trọng đóng góp dòng chảy chính trong thời gian những thời kỳ lũ và phần lớn các trận lũ. Ta thấy rằng dòng chảy nhanh và dòng chảy mặt như được định nghĩa ở trên thì không phải là tương đương nhau. Dòng chảy cơ sở hay dòng chảy ngưng trệ là thành phần dòng chảy duy trì liên tục thậm chí qua những thời kỳ thời tiết khô hạn. Nó thường được xem như tổng của dòng chảy ngầm và dòng chảy sát mặt ngưng trệ, mặc dù một số các nhà thủy văn học không thích gộp toàn bộ dòng sát mặt với dòng chảy ngầm như được minh họa bởi đường nét đứt trong Hình 7.3. Một lần nữa dòng chảy cơ sở và dòng nước ngầm, theo 219 định nghĩa ở trên, thì không phải là tương đương nhau. Thực vậy, trong một số lưu vực núi dốc, dòng chảy cơ sở có thể bao gồm gần như trọn vẹn dòng chảy ở trong tầng không bão hòa từ mặt cắt đất (xem 'Vai trò của dòng chảy sát mặt' ở phần sau trong chương này). Hình 7.3 Biểu đồ biểu diễn quá trình dòng chảy Tầm quan trọng tương đối của những nguồn dòng chảy cơ sở này có thể thay đổi theo không gian và phụ thuộc vào những đặc trưng của lưu vực, như loại đất và nguồn và mật độ lớp phủ thực vật và phụ thuộc vào những điều kiện giáng thuỷ. Ngoài ra, tầm quan trọng của các thành phần dòng chảy riêng lẻ khác có thể thay đổi theo thời gian, ví dụ như trong một năm hoặc từng mùa và cũng có thể thay đổi khá đáng kể trong thời gian một trận lũ riêng lẻ hoặc chuỗi các trận mưa gây lũ liên tục, những biến đổi của khả năng thấm, mực nước ngầm, và diện tích tầng nước mặt. 7.3.1 Sự giáng thuỷ trên lòng dẫn (Qp) Đóng góp của giáng thuỷ rơi trực tiếp trên bề mặt nước thường là nhỏ bởi vì đơn giản là hệ thống lòng dẫn thường xuyên quanh năm chỉ chiếm một phần nhỏ diện tích lưu vực, giá trị giáng thuỷ trên lòng dẫn rất nhỏ và có thể là thành phần duy nhất của biểu đồ quá trình dòng chảy. Khi hệ thống lòng dẫn có kích thước rộng lớn hơn, trong các lưu vực có một diện tích lớn hồ hoặc những đầm lầy lớn hơn và trong những trường hợp này giá trị Qp sẽ có xu hướng tăng lên. Ngoài ra, Qp sẽ tăng một cách đáng kể trong thời gian một trận lũ kéo dài hoặc chuỗi nối tiếp của những đợt giáng thuỷ liên tục và lúc này mạng lưới lòng dẫn được mở rộng (Xem mục 7.4.2). Lượng Qp có 220 thể chiếm 60% hoặc hơn nữa của toàn bộ dòng chảy trong một số lưu vực nhỏ (Ví dụ Rawitz và những người khác năm 1970). 7.3.2 Dòng chảy tràn trên mặt (Qo) Dòng chảy tràn trên mặt là dòng chảy qua bề mặt nền đất tới các lòng dẫn sông suối khác. Dòng chảy gần như là chảy tầng hoặc dòng chảy rối. Dòng chảy này thông thường là dòng chảy nối các dòng chảy nhỏ ở các khe suối phụ nhỏ. Một nguyên nhân hình thành của Qo là do không có khả năng của nước để xâm nhập vào trong các lớp đất và là kết quả của cường độ mưa cao vượt khả năng thấm thấp. Những điều kiện lý tưởng được tìm thấy hiện tượng sản sinh dòng chảy mặt trên các sườn dốc từ độ dốc vừa phải đến dốc đứng ở những vùng đất bán khô hạn và khô hạn. ở đây, lớp phủ thực vật có thể là thưa thớt hoặc không tồn tại, do đó đất bị phơi bày bề mặt để cho các hạt mưa tác động làm biến đổi vỏ trái đất. Như một hậu quả mà thực tế cho thấy rằng ở vùng bị tàn phá bề mặt dòng chảy xuất hiện dưới dạng dòng chảy tràn trên bề mặt (Abrahams và những người khác năm 1994). Những điều kiện khác như đất kỵ nước, đất rất khô và đất có cỏ ít thấm là những yếu tố rất quan trọng đối với hình thành dòng chảy mặt Q0. những ảnh hưởng KHáC có hại của các hoạt động nông nghiệp đến khả năng thấm, và sự đóng băng của bề mặt của nền đất cũng có tác động đến Q0. ở những vùng ẩm ướt, lớp phủ thực vật dày hơn là quan trọng đối với sản sinh dòng chảy mặt Q0 vì ở vùng này có giá trị thấm cao đó là đặc trưng quan trọng của hầu hết các bề mặt có thực vật bao phủ. ở đây dòng chảy tràn trên bề mặt hiếm khi quan trắc được, kể cả ở vùng rừng mưa nhiệt đới (ví dụ Anderson và Spencer, 1991). Tuy nhiên có nhiều vùng và cả ẩm ướt lẫn bán ẩm ướt, nơi mà những ảnh hưởng của địa hình dốc và sự tăng lên của mặt nước ngầm tầng nông tới bề mặt đất trong thời gian mưa cũng làm tăng lượng dòng chảy sát mặt. Trong những điều kiện như vậy khả năng thấm tại các bề mặt nền giảm tới bằng 0 và kết quả là tạo ra sự bão hòa trong lớp đất và tạo điều kiện thuận lợi cho sản sinh dòng chảy tràn (Qo(s)) (Xem mục 7.4.2). 7.3.3 Dòng chảy sát mặt (Qt) Nước thấm vào mặt đất và sau đó di chuyển qua tầng đất sát mặt sau đó chuyển động về phía những lòng dẫn sông suối. Lớp dòng chảy có thể là chưa bão hòa hoặc thông thường hơn là dòng chảy quá bão hoà tầng nông ở trên mực nước ngầm và thường được gọi là dòng chảy sát mặt. Những dạng khác của dòng chảy sát mặt được tìm thấy trong nghiên cứu bao gồm dòng chảy phối hợp của dòng lũ sát mặt, dòng thấm do lũ và dòng chảy cơ sở thứ cấp. Dòng sát mặt dùng để tính dẫn thủy lực của tầng đất bề mặt sang hướng ngang khi nó lớn hơn đáng kể so với dẫn thủy lực thẳng đứng. Sau đó, trong thời gian trận mưa kéo dài hoặc mưa lớn xảy ra trên một sườn dốc, nước sẽ di chuyển theo hướng ngang bên trên của mặt cắt thẳng đứng nhanh chóng hơn là nó chuyển động theo phương thẳng đứng xuyên qua phần đất thấp hơn. Như vậy tích lũy dòng chảy và hình thành một lớp dòng chảy quá bão hoà sẽ làm cho nước sẽ 'thoát' ra theo hướng ngang tức là theo hướng của tính dẫn thủy lực lớn hơn. Khi không có sự nhiễu loạn nhân tạo, sức ép bề mặt do mưa, do lũ, do địa hình dốc để sản sinh dòng chảy sát mặt là thông thường nhất được tìm thấy. Thậm chí trong một hiện trạng đất tương đối đồng nhất ở dưới tầng sâu, tính dẫn thủy lực sẽ có xu hướng lớn ở những lớp đất bề mặt hơn là ở lớp đất tầng sâu trong mặt cắt thẳng 221 đứng, do đó nó thúc đẩy sự phát sinh của dòng chảy sát mặt. Vẫn còn những điều kiện khác thuận tiện hơn cho sản sinh dòng chảy sát mặt tồn tại bao gồm (i) đất thấm nước mỏng nằm trên đá gốc không thấm nước, (ii) hiện trạng đất được xếp thành tầng một cách rõ ràng, hoặc (iii) một tầng đất hình quạt hoặc tầng đất sét có hình quạt xuất hiện tại các lớp đất sát dưới bề mặt. Có thể có một vài mức của lưu lượng sát mặt Qt ở bên dưới bề mặt, tương ứng với những thay đổi cấu tạo giữa các tầng và mối quan hệ giữa lớp phủ trên mặt đất chịu ảnh hưởng của thời tiết và lớp đá gốc. Ngoài ra, có nhiều bằng chứng cho thấy nước sát mặt có thể dịch chuyển xuống dưới sườn dốc xuyên qua những lỗ hổng vĩ mô và những khe nứt vĩ mô (xem đề mục 'Những lỗ hổng vỹ mô' trong mục 6.5.2). Các lỗ hổng vĩ mô này liên quan đến hoạt động của sinh học trong đất và nó đóng một vai trò quan trọng trong việc phát sinh dòng chảy (Bonell và những người khác năm 1984) cũng như trong sự xói mòn lưu vực (Jungerius, 1985). Như vậy với các cơ chế khác nhau của sự hình thành dòng chảy sát mặt dẫn đến tốc độ chuyển động nước khác nhau cho những lòng dẫn sông suối khác nhau. Tương ứng, đôi khi ta có thể phân biệt một cách rõ ràng giữa dòng chảy sát mặt 'nhanh' và dòng chảy 'ngưng trệ' (Xem Hình 7.3). Tuy nhiên, ngoài dòng chảy nhanh xuyên qua những lỗ hổng vĩ mô thông với nhau thì dòng chảy sát mặt cũng đã được các nhà điều tra quan sát thấy nó cũng đến rất nhanh tới những lòng dẫn sông suối. Dòng chảy sát mặt có vẻ như nó đã chiếm chỗ trong các lỗ rỗng pit-tông' (xem 'Vai trò của dòng chảy sát mặt' trong chương này). Một số dòng chảy sát mặt ở một số vị trí không tháo nước được trực tiếp vào trong lòng dẫn. Những điểm bề mặt này là điểm nằm giữa phân chia lưu vực của các sông suối. Lượng nước này tiếp tục sau đó chảy qua bề mặt đất tới sông suối. Thành phần này có thể được xem xét như dòng chảy dưới mặt, mặc dầu đôi khi nó được xem như một sự thêm vào cho dòng chảy tràn và dòng chảy bề mặt, như đã được chỉ dẫn bởi đường liền nét đậm trong hình 7.3. Vai trò của Qt trong toàn bộ dòng chảy được bàn luận chi tiết hơn trong các phần kế tiếp của chương này. Kết quả nghiên cứu qua các bằng chứng thí nghiệm đã chỉ ra rằng dòng chảy sát mặt có thể tính toán chiếm trên 85% của tổng lượng dòng chảy (Hertzler, 1939). 7.3.4 Dòng chảy ngầm (Qg) Lương nước mưa đi ra khỏi từ bề mặt tương đối xiên và dốc của các vùng đất lớp trên mặt, nơi mà dòng chảy dưới mặt được thống trị bởi dòng sát mặt, hầu hết lượng mưa mà xâm nhập vào bề mặt lưu vực sẽ được lọc qua các lớp đất tới tầng nước ngầm nằm bên dưới tầng đất sâu và sẽ dần dần chuyển động đến những lòng dẫn dòng chính và được xem như dòng nước ngầm xuyên qua đới bão hòa. Vì nước ở dưới sâu chỉ có thể di chuyển rất chậm chạp xuyên qua đất, sự chảy ra của nước ngầm vào trong những lòng dẫn sông ngòi có thể cách một khoảng thời gian vài ngày sau sự xảy ra của giáng thuỷ hoặc vài tuần hoặc thậm chí vài năm. Dòng nước ngầm chảy ra sông có xu thế rất có quy luật. Nó thể hiện quy luật rút nước của lưu vực làm cho dòng chảy từ kho chứa của lưu vực biến đổi chậm của lượng ẩm ướt trong đất và những lớp đá. Tuy nhiên, trong một số trường hợp nhất định, nước ngầm có thể thể hiện một sự phản ứng lại nhanh đối với giáng thuỷ. Thực vậy, cơ chế 'chiếm chỗ pit-tông' (Bàn luận trong 'Vai trò của dòng chảy sát mặt') thường dẫn đến một sự đáp lại nhanh của dòng chảy ngầm đối với giáng thuỷ trong những thời khoảng lũ riêng biệt, và đặc biệt trong 222 thời gian mưa mà lũ lớn và điều này được biểu diễn bởi đường thẳng đánh dấu chấm ngang trong Hình 7.3. Hiện tượng này chỉ có thể xảy ra trong những điều kiện đất và tầng đất thịt ẩm ướt. Tuy nhiên, sự bổ xung lượng ẩm ướt lớn do sự thiếu hụt lớn tạo ra, đặc biệt trong thời gian mùa hè có thể dẫn đến một sự phản ứng chậm đáng kể của dòng nước ngầm chảy ra sau khi giáng thuỷ đã xuất hiện. Nhìn chung, Qg đại diện cho thành phần dòng chảy dài hạn chính của tổng lượng dòng chảy và đặc biệt quan trọng trong thời gian có ảnh hưởng khô hạn và khi dòng chảy mặt vắng mặt. 7.4 Những sự biến đổi sự kiện cơ bản Các yếu tố của dòng chảy mặt, ngầm, sát mặt phản ứng với giáng thuỷ ở các quy mô theo thời gian khác nhau (ví dụ sự kiện trận mưa đơn, mưa từng mùa và mưa hàng năm). Các thành phần dòng chảy trên được xác định một cách chính xác theo điều kiện địa lý tự nhiên. Sự cân bằng giữa dòng chảy mặt nhanh và dòng chảy ngầm cơ bản là yếu tố quyết định quan trọng đối với hình dạng đường quá trình dòng chảy. Trên hình 7.2 và 7.3 xác nhận vai trò quan trọng của hai thành phần dòng chảy mặt nhanh và dòng chảy ngầm cơ bản. Những thí nghiệm ban đầu đã giải thích sự biến đổi của dòng chảy theo thời gian, đặc biệt sự biến đổi của dòng chảy qua sự biến đổi của giáng thuỷ. Đặc biệt sự biến đổi của giáng thủy ảnh hưởng đến dòng chảy trên mặt đất. Những nghiên cứu khác đã làm sáng tỏ nguồn gốc làm thay đổi của dòng chảy tràn đã phụ thuộc vào dòng chảy sát mặt và thậm chí có liên quan đến dòng chảy ngầm. Nhiều nhà thủy văn học đã đóng góp cho sự hiểu biết của chúng ta hiện nay về quá trình dòng chảy trong đó đáng chú ý là R.E.Horton và J.D.Hewlett. Họ là người mở đường chủ yếu và công việc của họ đã chứng tỏ có ảnh hưởng mạnh đến phát triển về sau. Bởi vậy sau đây là bàn luận về những đóng góp riêng lẻ của họ. 7.4.1 Giả thuyết Horton Horton (1933) đã đề xuất giả thiết khá đơn giản, đó là sự phân chia mưa rơi trên bề mặt đất một phần biến đổi nhanh chóng thành dòng chảy tràn và chảy tới lòng dẫn dòng sông và phần khác là dòng chảy sát mặt đi vào trong đất và từ đó biến thành dòng nước ngầm và chuyển động tới lòng dẫn sông ngòi trong đó có một lượng nước sẽ bị bay hơi tới khí quyển. Căn cứ vào khả năng thấm của bề mặt đất, tốc độ thấm được định nghĩa như sau: ‘…tốc độ thấm là tốc độ cực đại mà tại đó mưa có thể bị hút bởi một diện tích đất nhất định trong một điều kiện xác định'. Hình 7.4 chỉ ra rằng, trong thời gian (t) của một trận mưa bão có cường độ mưa rơi (i) lớn hơn tốc độ thấm (f) do sức hút bề mặt đất do đó sẽ xuất hiện một lượng giáng thuỷ có hiệu quả (Pe), chảy qua bề mặt đất như dòng chảy tràn (Qo). Sẽ xảy ra trường hợp không có dòng chảy tràn nếu cường độ trận mưa (i) thấp hơn khả năng thấm (f). Sự thấm trên mặt sẽ diễn ra trước hết làm đầy ắp các lỗ rỗng, khe nứt được xem như một kho chứa nước trong đất cho đến khi đạt tới khả năng trữ ẩm trong đất bão hoà, sau đó sự thấm sẽ chuyển động tới các tầng đất lọc sau đó chuyển động tới tầng chứa nước ngầm và tạo thành dòng chảy ngầm (Qg) và lượng (Qg) cuối cùng cũng đi tới lòng dẫn dòng sông ngòi. Horton (1933) đã đề xuất rằng khả năng thấm mặt (f) qua một chu trình được xác định rõ ràng cho mỗi thời kỳ mưa lũ (Xem thêm mục 6.4.2). Bắt đầu trận mưa giá trị cực đại của thấm bề mặt xuất hiện, f giảm dần. Đầu tiên giá trị f giảm rất nhanh sau đó giảm dần và được mô tả bởi đường cong thấm. Nguyên nhân của hiện tượng 223 này như là một kết quả của sự ép (nén) của bề mặt đất bởi các giọt mưa rơi, sự phồng lên của các hạt đất làm đóng kín những vết rạn nứt do sức đốt của mặt trời và những khe hở khác và sự bít kín của những khe hở bởi sự làm ướt của các hạt mịn đất sét. Sau sự giảm nhanh ban đầu, khả năng thấm trở nên ổn định hoặc chỉ giảm rất chậm trong phần còn lại của trận mưa lũ và bắt đầu khôi phục ngay lập tức trạng thái ổn định sau khi kết thúc mưa lũ. Ông đã xác nhận rằng chu trình này của khả năng thấm do sự hoạt động của các quá trình biến đổi tính chất vật lý của đất làm h