1. Trang Chủ
  2. Địa Lý
  3. Mô hình hoá mưa - dòng chảy ( Phần cơ sở - Nxb ĐH Quốc Gia Hà Nội ) - Chương 1

Mô hình hoá mưa - dòng chảy ( Phần cơ sở - Nxb ĐH Quốc Gia Hà Nội ) - Chương 1

Trở về cơ bản: quá trình dòng chảy và mô hình hóa quá trình Như những nhà khoa học, chúng ta bị hấp dẫn bởi khả năng xắp xếp những kiến thức một cách có trận tự để thể hiện rằng chúng ta hiểu được khoa học cũng như các hiện tượng tương hỗ phức tạp của nó. W. M. Kohler, 1969 1.1.Tại sao lại mô hình hoá? Như đã nhấn mạnh ở lời nói đầu, có nhiều nguyên nhân khác nhau dẫn tới câu hỏi: tại sao chúng ta cần mô hình hoá quá trình mưa-dòng chảy trong thủy... Ch­¬ng I Trë vÒ c¬ b¶n: qu¸ tr×nh dßng ch¶y v

Thể loại Tài liệu miễn phí Địa Lý

Số trang 22

Ngày tạo 8/29/2018 11:44:01 PM +00:00

Loại tệp PDF

Kích thước 1.19 M

Tên tệp

Tải Mô hình hoá mưa - dòng chảy ( Phần cơ sở - Nxb ĐH ... (.pdf)

Xem mẫu

  1. Ch­¬ng I Trë vÒ c¬ b¶n: qu¸ tr×nh dßng ch¶y vµ m« h×nh hãa qu¸ tr×nh Nh­ nh÷ng nhµ khoa häc, chóng ta bÞ hÊp dÉn bëi kh¶ n¨ng x¾p xÕp nh÷ng kiÕn thøc mét c¸ch cã trËn tù ®Ó thÓ hiÖn r»ng chóng ta hiÓu ®­îc khoa häc còng nh­ c¸c hiÖn t­îng t­¬ng hç phøc t¹p cña nã. W. M. Kohler, 1969 1.1.T¹i sao l¹i m« h×nh ho¸? Nh­ ®· nhÊn m¹nh ë lêi nãi ®Çu, cã nhiÒu nguyªn nh©n kh¸c nhau dÉn tíi c©u hái: t¹i sao chóng ta cÇn m« h×nh ho¸ qu¸ tr×nh m­a-dßng ch¶y trong thñy v¨n. Nguyªn nh©n chÝnh lµ do giíi h¹n cña c¸c kü thuËt ®o ®¹c thñy v¨n. Chóng ta kh«ng cã kh¶ n¨ng ®o mäi thø mµ chóng ta muèn biÕt vÒ hÖ thèng thñy v¨n. Trong thùc tÕ chóng ta chØ cã mét khu«n khæ giíi h¹n c¸c kü thuËt ®o vµ ph¹m vi giíi h¹n bëi kh«ng gian vµ thêi gian. Do ®ã chóng ta ph¶i ngo¹i suy tõ c¸c biÕn ®· ®o ®¹c nµy ®Õn c¸c l­u vùc kh«ng cã ®o ®¹c (ë ®ã viÖc ®o ®¹c kh«ng cã kh¶ n¨ng) vµ vµo t­¬ng lai (viÖc ®o ®¹c kh«ng thùc hiÖn ®­îc) ®Ó kiÓm so¸t ¶nh h­ëng cña c¸c biÕn ®æi thuû v¨n trong t­¬ng lai. C¸c m« h×nh cã d¹ng kh¸c nhau cung cÊp mét ph­¬ng tiÖn ngo¹i suy ®Þnh l­îng hoÆc dù b¸o cã Ých khi ra quyÕt ®Þnh. Cã rÊt nhiÒu m« h×nh m­a-dßng ch¶y thuÇn tuý dµnh cho môc ®Ých nghiªn cøu nh­ mét ph­¬ng tiÖn hiÓu biÕt chÝnh thøc ho¸ vÒ hÖ thèng thñy v¨n. ThÓ hiÖn nh÷ng hiÓu biÕt nh­ thÕ lµ mét b­íc quan träng ®Ó ph¸t triÓn mét lÜnh vùc khoa häc. Nãi chung, chóng ta häc ®­îc nhiÒu ®iÒu khi m« h×nh hoÆc lý thuyÕt cho thÊy m©u thuÉn víi sè liÖu tin cËy th× ph¶i t×m kiÕm nh÷ng thay ®æi nhËn thøc mµ m« h×nh dùa vµo ®ã. Dï sao, môc ®Ých c¬ b¶n cña dù b¸o b»ng c¸ch sö dông m« h×nh ph¶i lµ ®Ó c¶i tiÕn c¸c quyÕt ®Þnh vÒ dù b¸o thñy v¨n vµ c¶ trong quy ho¹ch tµi nguyªn n­íc phßng chèng lò, gi¶m nhÑ « nhiÔm hoÆc cÊp phÐp dïng n­íc. Víi sù t¨ng cña nhu cÇu n­íc trªn thÕ giíi vµ hoµn thiÖn c¸c quyÕt ®Þnh trong hoµn c¶nh thay ®æi thêi tiÕt tõ n¨m nµy sang n¨m kh¸c yªu cÇu ph¶i c¶i tiÕn m« h×nh. §ã chÝnh lµ nh÷ng g× mµ cuèn s¸ch muèn ®Ò cËp. M« h×nh m­a-dßng ch¶y cã thÓ suy ra trong khu«n khæ gi¶i thÝch thuÇn tuý, c¨n cø trªn c¸c quan tr¾c ®Çu vµo vµ ®Çu ra trªn mét l­u vùc. L­u vùc ®­îc coi nh­ mét “hép ®en” mµ kh«ng cã mét tham chiÕu nµo vµo qu¸ tr×nh bªn trong kiÓm tra sù biÕn ®æi m­a thµnh dßng ch¶y. Mét sè m« h×nh ph¸t triÓn theo h­íng nµy ®­îc m« t¶ trong ch­¬ng 4, ë ®ã ®· chØ ra r»ng cã kh¶ n¨ng ®Ó gi¶i thÝch b¶n chÊt vËt lý cña kÕt qu¶ m« h×nh c¨n cø trªn sù hiÓu biÕt ph¶n øng tù nhiªn cña l­u vùc. Sù hiÓu biÕt nµy lµ ®iÓm 13
  2. khëi ®Çu cho bÊt kú m« h×nh m­a-dßng ch¶y nµo. DÜ nhiªn, cã nhiÒu tµi liÖu thñy v¨n m« t¶ c¸c qu¸ tr×nh thñy v¨n víi møc ®é rÊt kh¸c nhau vÒ gi¶i thÝch to¸n häc vµ sè ph­¬ng tr×nh, nhiÒu m« t¶ to¸n häc th­êng kh«ng chØ ra c¸c ®iÒu ®¬n gi¶n ho¸ quan träng ®­îc lµm khi ph©n tÝch chóng. Hä giíi thiÖu c¸c ph­¬ng tr×nh nh­ thÓ chóng cã øng dông ë mäi n¬i. Dï sao, chØ cÇn r¾c mét dung dÞch nhuém ®á lªn bÒ mÆt ®Êt vµ sau ®ã ®µo lªn ®Ó xem liÖu thuèc nhuém ®· biÕn ®æi mµu ®Êt thÕ nµo ®Ó thÊy râ giíi h¹n cña lý thuyÕt thñy v¨n (h×nh 1.1). BÊt kú lóc nµo nghiªn cøu chi tiÕt h­íng dßng ch¶y còng ®­a ®Õn mét lÜnh vùc mµ chóng ta thÊy rÊt phøc t¹p. Chóng ta cã thÓ nhËn thÊy sù phøc t¹p ®ã hoµn toµn dÔ dµng, nh­ng thùc hiÖn viÖc m« t¶ to¸n häc thÝch hîp ®Ó dù b¸o chóng lµ rÊt khã kh¨n vµ th­êng kÐo theo sù ®¬n gi¶n ho¸ vµ gÇn ®óng. Ch­¬ng më ®Çu nµy liªn quan ®Õn m« h×nh quan niÖm cña ph¶n øng l­u vùc nh­ lµ giai ®o¹n ®Çu cña qu¸ tr×nh m« h×nh ho¸. Sù phøc t¹p nµy lµ mét nguyªn nh©n cña vÊn ®Ò t¹i sao kh«ng cã sù nhÊt trÝ chung vÒ chiÕn l­îc m« h×nh ho¸ qu¸ tr×nh m­a- dßng ch¶y. Nh­ng sù lùa chän sù ®a d¹ng vµ xÊp xØ sÏ ®­îc th¶o luËn trong c¸c ch­¬ng sau. H×nh 1.1. Nhuém b»ng thuèc nhuém trong c¸c khu vùc profile ®Êt kh¸c nhau ë Thôy SÜ sau khi thÊm 40mm n­íc (sau mïa ®«ng 1944). T¸i lËp tõ Nghiªn cøu tµi nguyªn n­íc, xuÊt b¶n cña Héi ®Þa vËt lý Mü. 1.2. Sö dông cuèn s¸ch nµy nh­ thÕ nµo? §iÒu râ rµng ®· nãi ë ®Çu ch­¬ng, ®©y kh«ng chØ lµ cuèn s¸ch vÒ lý thuyÕt kh¸c nhau vÒ m« h×nh m­a-dßng ch¶y hiÖn giê ®ang ®­îc dïng. Ng­êi ®äc cã thÓ t×m thÊy mét sè ph­¬ng tr×nh liªn quan ®­îc sö dông trong néi dung chÝnh cña cuèn s¸ch. ë ®©y ®­a ra mét sè ph¸t triÓn lý thuyÕt, ®­îc in trong c¸c hép cuèi c¸c ch­¬ng cã thÓ bá qua ë lÇn ®äc ®Çu tiªn. PhÇn lý thuyÕt còng ®­îc t×m thÊy trong nhiÒu tµi liÖu tham kh¶o ®­a vµo nh­ng cÇn lùa chän. ë ®©y chøa ®ùng nhiÒu h¬n mét cuèn s¸ch vÒ c¸c quan niÖm trong c¸c tiÕp cËn 14
  3. m« h×nh ho¸ kh¸c nhau vµ ph©n tÝch giíi h¹n cña c¸c phÇn mÒm ®ang ®­îc øng dông réng r·i hiÖn nay trong dù b¸o thñy v¨n. Sù biÓu thÞ c¸c m« h×nh nh­ nh÷ng phÇn mÒm ®ang trë thµnh phøc t¹p h¬n, liªn kÕt víi hÖ th«ng tin ®Þa lý vµ hiÓn thÞ Ên t­îng cña ®å thÞ 3 chiÒu. Sù hiÓn thÞ nh­ thÕ dÔ dµng bÞ thuyÕt phôc bëi v× nghÜ r»ng ®Çu ra cña m« h×nh lµ sù m« pháng tèt mét ph¶n øng thùc cña l­u vùc, ®Æc biÖt nÕu mét sè Ýt sè liÖu cã kh¶ n¨ng kiÓm tra c¸c dù b¸o. Dï sao víi hÇu hÕt c¸c m« h×nh cã s½n hiÖn nay, ®iÒu nµy lµ kh«ng cÇn thiÕt, mµ lµ cÇn thiÕt ®¸nh gi¸ c¸c m« h×nh dù b¸o. Hy väng r»ng ng­êi ®äc sÏ ®äc ®­îc ë cuèn s¸ch nµy nh÷ng quan niÖm vµ kü thuËt cÇn thiÕt ®Ó ®¸nh gi¸ c¸c xÊp xØ m« h×nh ho¸ kh¸c nhau, c¶ phÇn mÒm s½n cã vµ c¸c m« pháng cña m« h×nh trong ¸p dông thùc tÕ. Cã 4 phÇn mÒm cã s½n ®i kÌm trong cuèn s¸ch nµy ®ã lµ: TFM, TOPMODEL, DTM Analysis vµ GLUE, chóng ®­îc tr×nh bµy trong ch­¬ng 4,6,7. Hai vÝ dô ®Çu tiªn cña c¸c d¹ng kh¸c nhau cña m« h×nh cã gi¶ thiÕt riªng vÒ ph¶n øng cña hÖ thèng thñy v¨n. Mét trong c¸c môc ®Ých cña cuèn s¸ch lµ gióp ng­êi ®äc x¸c ®Þnh c¸c m« h×nh kh«ng chØ trong thuËt ng÷ m« h×nh cã thÓ t¸i t¹o l¹i bÊt kú sè liÖu cho kiÓm tra, mµ cßn ®Þnh ra c¸c gi¶ thiÕt. Nh­ vËy c¸c m« h×nh hiÖn h÷u ®i kÌm víi mét danh s¸ch c¸c gi¶ thiÕt. Ng­êi ®äc ®­îc khuyÕn khÝch lµm mét danh s¸ch t­¬ng tù, bÊt kú khi nµo hä gÆp lÇn ®Çu. PhÇn mÒm GLUE lµ mét ­íc l­îng sù bÊt ®Þnh cã thÓ gÆp ë bÊt kú m« h×nh thñy v¨n nµo (ch­¬ng 7). Phiªn b¶n cuèi cïng cña phÇn mÒm nµy ®­îc viÕt cho Window P.C , cã thÓ t¶i trªn Internet (phô lôc A). Mét danh s¸ch trang Web liªn kÕt víi c¸c trang kh¸c liªn quan víi c¸c gãi m« h×nh m­a-dßng ch¶y kh¸c còng cã thÓ t¶i tõ trang web nµy. ë cuèi mçi ch­¬ng cã mét ®o¹n nh¾c l¹i nh÷ng ®iÓm chÝnh xuÊt hiÖn tõ néi dung c¸c ch­¬ng ®· cung cÊp. §ã lµ mét gi¶i ph¸p tèt ®Ó ng­êi ®äc tãm t¾t tr­íc khi ®äc ®Çy ®ñ vµ kü c¸c ch­¬ng. Mét phÇn gi¶i thÝch thuËt ng÷ sö dông trong m« h×nh thñy v¨n ®­îc cung cÊp trong phô lôc B. C¸c thuËt ng÷ nµy ®­îc hiÓn thÞ râ khi chóng xuÊt hiÖn lÇn ®Çu tiªn trong v¨n b¶n. 1.3. Qu¸ tr×nh m« h×nh ho¸ HÇu hÕt c¸c cuèn s¸ch vÒ m« h×nh ho¸ ®Òu b¾t ®Çu víi viÖc chän mét m« h×nh ®Ó sö dông cho thùc hµnh. ë ®©y chóng ta sÏ b¾t ®Çu tõ mét giai ®o¹n ®¬n gi¶n h¬n trong qu¸ tr×nh m« h×nh ho¸: m« h×nh quan niÖm cña qu¸ tr×nh m­a-dßng ch¶y trªn l­u vùc (h×nh 1.2). M« h×nh gi¸c quan lµ sù tãm t¾t c¶m nhËn cña chóng ta vÒ ph¶n øng cña l­u vùc víi c¸c ®iÒu kiÖn m­a kh¸c nhau hoÆc nãi c¸ch kh¸c, lµ c¸c nhËn thøc cña b¹n vÒ ph¶n øng ®ã. Mçi m« h×nh gi¸c quan lµ riªng biÖt, nã phô thuéc vµo sù ®µo t¹o mµ nhµ thñy v¨n ®· cã, c¸c s¸ch vµ bµi b¸o hä ®· ®äc, bé sè liÖu hä ®· ph©n tÝch, lÜnh vùc thùc tÕ hä ®· cã kinh nghiÖm trong c¸c m«i tr­êng kh¸c nhau. Nh­ vËy cã thÓ nãi r»ng m« h×nh gi¸c quan cña c¸c nhµ thñy v¨n sÏ kh¸c nhau. §¸nh gi¸ mét m« h×nh quan niÖm (h×nh 1.2) cho mét l­u vùc thùc tÕ lµ rÊt quan träng, bëi v× ph¶i ghi nhí r»ng tÊt c¶ c¸c m« t¶ to¸n häc cã thÓ dïng cho dù b¸o ch¾c ch¾n lµ mét sù ®¬n gi¶n ho¸ cña mét m« h×nh quan niÖm, trong mét sè tr­êng hîp lµ ®¬n gi¶n qu¸ møc, nh­ng cã thÓ ®ñ ®Ó dù b¸o chÝnh x¸c. ViÖc nµy cã nguyªn nh©n cña 15
  4. nã. M« h×nh gi¸c quan kh«ng bÞ gß Ðp bëi lý thuyÕt to¸n häc. Nã xuÊt hiÖn ®Çu tiªn trong ®Çu cña mçi nhµ thñy v¨n vµ kh«ng cÇn thiÕt ph¶i viÕt ra. Chóng ta cã thÓ n¾m ®­îc sù phøc t¹p cña qu¸ tr×nh dßng ch¶y theo mét con ®­êng hoµn toµn ®Þnh tÝnh (vÝ dô xem thÝ nghiÖm h×nh dung dßng ch¶y cña Flury (1994, h×nh 1.1)), r»ng cã thÓ cã c¸c ý t­ëng rÊt kh¸c nhau ®Ó m« t¶ mét ng«n ng÷ to¸n häc. Dï sao m« t¶ to¸n häc lµ, theo truyÒn thèng, giai ®o¹n ®Çu trong viÖc h×nh thµnh mét m« h×nh dù b¸o ®Þnh l­îng. M« t¶ to¸n häc nµy sÏ ®­îc gäi lµ m« h×nh gi¸c quan cña qu¸ tr×nh hay qu¸ tr×nh ®­îc xem xÐt. ë ®iÓm nµy, c¸c gi¶ thiÕt vµ nh÷ng thõa nhËn ®Ó m« t¶ ®¬n gi¶n mét qu¸ tr×nh cÇn ®­îc lµm râ rµng. VÝ dô, nhiÒu m« h×nh ®· c¨n cø trªn viÖc sö dông m« t¶ dßng ch¶y trong ®Êt b»ng quy luËt Darcy, cho r»ng dßng ch¶y tû lÖ víi gradient cña thÕ n¨ng thñy lùc (xem hép 5.1). C¸c ®o ®¹c chØ ra r»ng, thÕ n¨ng thñy lùc trong ®Êt kÕt cÊu cã thÓ biÕn ®æi ®¸ng kÓ trªn mét kho¶ng c¸ch nhá, sao cho nÕu luËt Darcy ®­îc ¸p dông ë ph¹m vi profile ®Êt hoÆc lín h¬n th× nã ®­îc thõa nhËn ngÇm r»ng mét sè gradient trung b×nh cã thÓ dïng ®Æc tr­ng cho dßng ch¶y vµ ¶nh h­ëng cña dßng ch¶y ­u tiªn qua lç hæng lín trong ®Êt cã thÓ bá qua (mét vÝ dô cña c¸c quan tr¾c trong h×nh 1.1) H×nh 1.2. Mét s¬ ®å ph¸c th¶o cña c¸c b­íc kh¸c nhau trong qu¸ tr×nh m« h×nh ho¸ §¸ng l­u ý lµ trong nhiÒu bµi b¸o vµ c¸c h­íng dÉn sö dông m« h×nh, c¸c ph­¬ng tr×nh trong ®ã m« h×nh dùa vµo cã thÓ chÊp nhËn c¸c gi¶ thiÕt kh«ng râ rµng. Th«ng th­êng, kh«ng khã kh¨n ®Ó liÖt kª ra c¸c gi¶ thiÕt, mét sè kiÕn thøc nÒn cho c¸c ph­¬ng tr×nh. §©y sÏ lµ ®iÓm khëi ®Çu cho viÖc x¸c ®Þnh mèi quan hÖ cña c¸c m« h×nh thùc tÕ víi m« h×nh quan niÖm. LËp mét danh s¸ch tÊt c¶ c¸c gi¶ thiÕt cña m« h×nh lµ mét c«ng viÖc cã lîi mµ chóng ta tiÕp tôc trong c¸c giíi thiÖu vÒ c¸c c¸ch tiÕp cËn m« h×nh. 16
  5. M« h×nh quan niÖm cã thÓ phøc t¹p nhiÒu hay Ýt, tõ viÖc dïng ph­¬ng tr×nh c©n b»ng n­íc ®¬n gi¶n cho c¸c thµnh phÇn miªu t¶ l­îng tr÷ trªn l­u vùc ®Õn c¸c ph­¬ng tr×nh phi tuyÕn ®¹o hµm riªng. Mét sè ph­¬ng tr×nh cã thÓ ®­îc biÕn ®æi dÔ dµng trùc tiÕp thµnh ch­¬ng tr×nh cho ng­êi sö dông m¸y tÝnh sè. Dï sao nÕu ph­¬ng tr×nh kh«ng gi¶i ®­îc b»ng gi¶i tÝch khi ®­a vµo mét sè ®iÒu kiÖn biªn cho mét hÖ thèng thùc (nã th­êng lµ tr­êng hîp c¸c ph­¬ng tr×nh ®¹o hµm riªng trong mét sè m« h×nh thñy v¨n), th× mét bæ sung gÇn ®óng b»ng c¸ch sö dông kü thuËt ph©n tÝch sè ®Ó x¸c ®Þnh m« h×nh thñ tôc trong d¹ng ch¹y ®­îc trªn m¸y tÝnh lµ cÇn thiÕt. Mét vÝ dô lµ sù thay thÕ vi ph©n trong ph­¬ng tr×nh gèc b»ng sai ph©n h÷u h¹n hoÆc thÓ tÝch h÷u h¹n. Mét thËn träng ®¸ng kÓ cÇn ®­îc lµm ë ®iÓm nµy: chuyÓn ®æi tõ c¸c ph­¬ng tr×nh cña m« h×nh quan niÖm sang m· cña m« h×nh thñ tôc ®· thªm vµo sai sè cã ý nghÜa liªn quan ®Õn c¸ch gi¶i gÇn ®óng cña c¸c ph­¬ng tr×nh gèc. Bëi v× c¸c m« h×nh ®ã cã tÝnh phi tuyÕn cao, ­íc tÝnh sai sè cã thÓ lµ khã kh¨n trong c¸c ®iÒu kiÖn m« h×nh ®­îc sö dông. Víi m« h×nh thñ tôc, chóng ta cã m· ch¹y trong m¸y tÝnh. Tr­íc khi chóng ta cã thÓ ¸p dông m· ®Ó dù b¸o sè trÞ cho mét l­u vùc cô thÓ, ®iÒu cÇn thiÕt lµ ph¶i qua giai ®o¹n hiÖu chØnh th«ng sè. TÊt c¶ c¸c m« h×nh sö dông trong thñy v¨n cã c¸c ph­¬ng tr×nh chøa c¸c ®Çu vµo vµ c¸c biÕn tr¹ng th¸i kh¸c nhau. Cã c¸c biÕn x¸c ®Þnh h×nh häc l­u vùc nh­ lµ h»ng sè trong suèt thêi gian m« pháng thùc tÕ. L¹i cã biÕn x¸c ®Þnh ®iÒu kiÖn biªn thay ®æi trong khi m« pháng, ch¼ng h¹n nh­ m­a ë c¸c vÞ trÝ kh¸c nhau t¹i c¸c b­íc thêi gian tÝnh to¸n. Cã biÕn tr¹ng th¸i nh­ l­îng tr÷ n­íc hoÆc ®é s©u thay ®æi trong thêi gian m« pháng nh­ lµ kÕt qu¶ cña tÝnh to¸n m« h×nh. Cã gi¸ trÞ ban ®Çu cña biÕn tr¹ng th¸i x¸c ®Þnh tr¹ng th¸i cña l­u vùc khi b¾t ®Çu m« pháng. Cuèi cïng cã c¸c th«ng sè m« h×nh x¸c ®Þnh c¸c ®Æc tÝnh cña l­u vùc hoÆc l­îng dßng ch¶y. C¸c th«ng sè m« h×nh cã thÓ bao hµm nh­ ®é rçng vµ ®é dÉn thñy lùc cña c¸c møc ®Êt n»m ngang kh¸c nhau trong m« h×nh ph©n bè kh«ng gian hoÆc thêi gian l­u gi÷ trung b×nh trong c¸c vïng b·o hoµ cho m« h×nh sö dông biÕn tr¹ng th¸i ë quy m« l­u vùc. Chóng th­êng ®­îc coi lµ kh«ng ®æi suèt thêi kú m« pháng (mÆc dï mét sè th«ng sè nh­ dung tÝch tr÷ giao nhau cña líp phñ thùc vËt cã thÓ phô thuéc m¹nh vµo thêi gian vµ lµ quan träng cho mét sè øng dông). Trong tÊt c¶ c¸c tr­êng hîp, thËm chÝ chóng ®­îc coi lµ kh«ng ®æi theo thêi gian, còng kh«ng dÔ dµng x¸c ®Þnh gi¸ trÞ cña c¸c th«ng sè cho mét l­u vùc cô thÓ. Thùc vËy ph­¬ng ph¸p chung nhÊt ®Ó hiÖu chØnh c¸c th«ng sè lµ sö dông kü thuËt hiÖu chØnh gi¸ trÞ c¸c th«ng sè ®Ó thu ®­îc sù phï hîp nhÊt gi÷a m« h×nh tÝnh to¸n vµ quan tr¾c cho mét ph¶n øng l­u vùc cô thÓ (xem phÇn 1.8 vµ ch­¬ng 7). Ngay sau khi c¸c th«ng sè ®­îc x¸c ®Þnh cã thÓ tiÕn hµnh m« pháng vµ tÝnh to¸n sè trÞ c¸c ph¶n øng thu ®­îc. Giai ®o¹n tiÕp theo lµ kiÓm chøng vµ ®¸nh gi¸ c¸c tÝnh to¸n nµy. §¸nh gi¸ nµy còng cã thÓ ®­a ra trong khu«n khæ sè trÞ, tÝnh to¸n mét hay nhiÒu chØ sè ®Æc tÝnh cña m« h×nh liªn hÖ víi c¸c quan tr¾c s½n cã vÒ ph¶n øng cña dßng ch¶y. Th­êng kh«ng khã kh¨n ®Ó t×m mét m« h×nh cã thÓ chÊp nhËn ®­îc, thùc tÕ nÕu cã thÓ hiÖu chØnh th«ng sè m« h×nh b»ng c¸ch so s¸nh víi l­u l­îng quan tr¾c, 17
  6. th× hÇu hÕt cÊu tróc m« h×nh cã sè th«ng sè ®ñ cho phÐp ph¶n øng phï hîp víi sè liÖu. VÊn ®Ò lµ ë chç cã nhiÒu tæ hîp kh¸c nhau cña cÊu tróc m« h×nh vµ bé th«ng sè còng ®­a ®Õn sù phï hîp víi sè liÖu. Nh­ vËy trong c¸c sè h¹ng l­u l­îng riªng lÎ ph©n biÖt sù kh¸c nhau cña c¸c m« h×nh tin cËy vµ do ®ã ®Ó ®¸nh gi¸ mét m« h×nh c¸ biÖt sÏ khã kh¨n. §iÒu nµy ®­îc th¶o luËn chi tiÕt h¬n trong ch­¬ng 7 ë phÇn x¸c ®Þnh sù bÊt ®Þnh cña m« h×nh dù b¸o. MÆt kh¸c l­u l­îng dù b¸o còng nh­ c¸c dù b¸o bÊt kú c¸c ph¶n øng bªn trong l­u vùc cã thÓ ®¸nh gi¸ liªn quan ®Õn m« h×nh gi¸c quan ban ®Çu cña l­u vùc. ë ®©y viÖc t×m mét m« h×nh ®­îc chÊp nhËn toµn bé gÆp khã kh¨n nhiÒu h¬n. Sù kh¸c biÖt cã thÓ ®­a ®Õn xem xÐt l¹i gi¸ trÞ c¸c th«ng sè, xem xÐt l¹i m« h×nh gi¸c quan, hoÆc trong mét sè tr­êng hîp, xem xÐt l¹i m« h×nh gi¸c quan cña l­u vùc nh­ lµ sù hiÓu biÕt thu ®­îc tõ sù cè g¾ng m« pháng qu¸ tr×nh thñy v¨n. PhÇn cuèi cña ch­¬ng nµy liªn quan ®Õn c¸c giai ®o¹n kh¸c nhau trong qu¸ tr×nh m« h×nh ho¸. PhÇn 1.4 ®­a ra mét vÝ dô m« h×nh quan niÖm cña ®¸p øng l­u vùc víi m­a. PhÇn 1.5 th¶o luËn nh÷ng th«ng tin bæ sung cã thÓ thu ®­îc tõ viÖc xem xÐt kü th«ng tin ®Þa ho¸ häc. PhÇn 1.6 ®­a ra c¸c yªu cÇu hµm sè cña s¶n sinh dßng ch¶y vµ diÔn to¸n dßng ch¶y. PhÇn 1.7 ®­a ra mét ®Þnh nghÜa cña m« h×nh quan niÖm, hiÖu chØnh vµ kiÓm ®Þnh m« h×nh ®­îc th¶o luËn trong phÇn 1.8. 1.4. C¸c m« h×nh quan niÖm cña thñy v¨n l­u vùc Cã nhiÒu qu¸ tr×nh ph¸c th¶o ph¶n øng l­u vùc ë trong c¸c tµi liÖu ®· xuÊt b¶n. HÇu hÕt chóng dµnh cho qu¸ tr×nh ph¶n øng cña l­u vùc ë møc ®é chi tiÕt nhiÒu hay Ýt. C«ng tr×nh ®­îc biªn so¹n bëi Kirkby (1978), Anderson vµ Burt (1990) trong c¸c ch­¬ng kh¸c nhau ph¶n ¸nh sù quan t©m thùc tÕ kh¸c nhau cña c¸c nhµ thñy v¨n. HÖ thèng thñy v¨n lµ mét tæng hîp phøc t¹p mµ mçi nhµ thñy v¨n sÏ cã m« h×nh Ên t­îng vµ quan niÖm cña riªng m×nh, coi c¸i g× lµ quan träng nhÊt trong qu¸ tr×nh m­a-dßng ch¶y. V× vËy c¸c nhµ thñy v¨n kh¸c nhau cã thÓ kh«ng cÇn ®ång ý vÒ c¸i g× lµ quan träng nhÊt hay c¸ch tèt nhÊt m« t¶ chóng. Cã thÓ thèng nhÊt vÒ c¸c chñ ®Ò chung, nh­ ®­îc nh¾c ®Õn trong c¸c bµi b¸o thñy v¨n, nh­ng sù hiÓu biÕt cña chóng ta vÒ c¸c ph¶n øng thñy v¨n vÉn cßn ®ang më réng vµ cô thÓ phô thuéc vµo c¸c thÝ nghiÖm, d¹ng c¸c thÝ nghiÖm mµ c¸c nhµ thñy v¨n tiÕn hµnh. Qu¸ tr×nh kh¸c nhau cã thÓ bÞ chi phèi trong c¸c m«i tr­êng kh¸c nhau vµ c¸c l­u vùc kh¸c nhau víi c¸c ®Æc tr­ng ®Þa h×nh, líp phñ vµ ®Þa chÊt kh¸c nhau. Mét trong nh÷ng vÊn ®Ò ®­îc h­íng tíi ®Ó cã mét hiÓu biÕt tæng hîp vÒ hÖ thèng thñy v¨n lµ hÇu hÕt dßng ch¶y n»m d­íi ®Êt hoÆc ®¸. Kh¶ n¨ng ®o ®¹c vµ ®¸nh gi¸ qu¸ tr×nh dßng ch¶y s¸t mÆt lµ rÊt giíi h¹n. HÇu hÕt kü thuËt ®o ®¹c nh¾c ®Õn chØ cã thÓ ë ph¹m vi trung b×nh cña m¸y ®o. Khi ®Æc tÝnh cña dßng ch¶y biÕn ®æi nhanh theo kh«ng gian (vµ thêi gian), quy m« nhá cña tù nhiªn ®Ó ®o ®¹c cã thÓ chØ ®­a ®Õn mét bøc tranh rÊt riªng cña dßng ch¶y tù nhiªn. Nh­ vËy ch¾c ch¾n r»ng sù kh«ng hiÓu biÕt vÒ tù nhiªn cña qu¸ tr×nh dßng s¸t mÆt ®­a ®Õn h¹n chÕ c¸c kü thuËt ®o ®¹c hiÖn nay. CÇn ph¶i suy luËn vÒ qu¸ tr×nh dßng ch¶y tõ nh÷ng ®o ®¹c cã thÓ. C¸c suy luËn nh­ thÕ thªm vµo nh÷ng th«ng tin cho m« h×nh quan niÖm cña ph¶n øng thñy v¨n, 18
  7. nh­ng chóng chØ lµ suy diÔn... Mét ph­¬ng ph¸p thu ®­îc sù hiÓu biÕt t­¬ng lai lµ xem xÐt mét phÇn cña hÖ thèng ë møc ®é chi tiÕt h¬n. NhiÒu nghiªn cøu ®· ph©n tÝch qu¸ tr×nh dßng ch¶y trong s­ên dèc hoÆc b·i nhá thùc tÕ hoÆc cét ®Êt nguyªn vÑn mang trë l¹i phßng thÝ nghiÖm. Ng­êi ta ®· t×m thÊy trong nhiÒu nghiªn cøu r»ng, ®iÒu tra chi tiÕt sÏ ph¸t hiÖn sù phøc t¹p vµ ®a d¹ng h¬n trong c¸c ®­êng ®i cña dßng ch¶y. Sù thËt lµ thªm vµo c¸c d¹ng kh¸c nhau cña th«ng tin, nh­ sö dông c¸c dÊu hiÖu m«i tr­êng hoÆc nh©n t¹o. H×nh 1.1 ®­a ra mét vÝ dô tèt vÒ ®iÒu nµy (xem phÇn 1.5). Nh­ thÕ sù phøc t¹p cã thÓ lµ mét phÇn cña m« h×nh. Nh­ ®· l­u ý ë trªn, kh«ng nhÊt thiÕt m« h×nh quan niÖm thÓ hiÖn nhiÒu h¬n mét bé dÊu hiÖu ®Þnh tÝnh, nh­ng sù phøc t¹p ch¾c ch¾n g©y khã kh¨n cho viÖc chän c¸c gi¶ thiÕt ®Ó chuyÓn tõ m« h×nh quan niÖm ®Õn mét hÖ ph­¬ng tr×nh x¸c ®Þnh m« h×nh quan niÖm. C¸c chän lùa ph¶i lµm ®Ó ®¬n gi¶n hãa viÖc m« t¶ vµ nh­ ®· thÊy, c¸c lùa chän nh­ thÕ th­êng kh«ng cã mét nÒn t¶ng tèt trong thùc tÕ thñy v¨n. Tãm l¹i, cã mét m« h×nh quan niÖm cña mét nhµ thñy v¨n häc. Nã c¨n cø trªn mét bé ph¸c th¶o cña Beven (1991.a) víi mét sè nh×n nhËn dùa trªn thÝ nghiÖm bæ sung. Trong thêi kú gi÷a c¸c trËn m­a, l­îng tr÷ trong ®Êt ®· gi¶m dÇn dÇn (h×nh 1.3). H×nh 1.3. Mét miªu t¶ cña c¸c qu¸ tr×nh chøa trong mét m« h×nh quan niÖm cña thñy v¨n s­ên dèc. NÕu cã mét dßng ch¶y ngÇm th× mùc n­íc vµ gradient sÏ gi¶m tõ tõ. L­îng tr÷ th­êng cao h¬n vµ n­íc ngÇm sÏ tiÕp cËn bÒ mÆt trong vïng ven s«ng ®¸y thung lòng, mét phÇn v× dßng ch¶y xu«i dèc, ®Æc biÖt n¬i cã sù héi tô dßng ch¶y trong c¸c chç 19
  8. tròng s­ên dèc. L­îng tr÷ trong vïng ven s«ng còng cã thÓ ®­îc duy tr× bëi dßng ch¶y trë l¹i tõ c¸c líp s©u h¬n (Huff 1982, Genereux 1993), nh­ng còng v× c¸c líp ®Êt cã khuynh h­íng s©u h¬n trong ®¸y thung lòng (Piriol,1997). Tæn thÊt cña n­íc bëi bèc h¬i sÏ cã hiÖu qu¶ lín h¬n hay nhá h¬n trong profile cña l­îng tr÷ phô thuéc vµo m­a, khÝ hËu, d¹ng líp phñ vµ ®é s©u cña rÔ c©y. RÊt nhiÒu thùc vËt cã thÓ hót n­íc tõ ®é s©u ®¸ng kÓ víi rÔ xuyªn tíi hµng chôc mÐt vµo trong ®Êt, khe ®¸ vµ ®­êng dÉn cña rÔ còng ho¹t ®éng nh­ mét ®­êng ®i cho n­íc thÊm (C©y Jawatt cña T©y Australia). Thùc vËt lo¹i h¸o n­íc (nh­ c©y gç Cotton ë miÒn T©y Mü) sÏ hót n­íc trùc tiÕp tõ phÇn thÊp cña dßng ch¶y ngÇm. Sù bèc h¬i vµ qu¸ tr×nh tiªu tho¸t n­íc lµ quan träng trong viÖc kiÓm so¸t c¸c ®iÒu kiÖn tr­íc khi m­a. C¸c ®iÒu kiÖn tr­íc còng nh­ thÓ tÝch vµ c­êng ®é m­a (hoÆc tuyÕt) lµ quan träng trong viÖc ®iÒu tiÕt c¸c qu¸ tr×nh l­u vùc ph¶n øng víi l­îng m­a vµ tû lÖ cña thÓ tÝch ®Çu vµo xuÊt hiÖn trong dßng s«ng nh­ lµ mét phÇn cña thñy ®å (h×nh 1.13 b). Trõ khi dßng ch¶y lµ t¹m thêi, th­êng cã mét ph¶n øng tõ l­îng m­a trùc tiÕp vµo kªnh vµ vïng ven s«ng. MÆc dï chiÕm diÖn tÝch nhá cña l­u vùc (kho¶ng 1-3%) vïng nµy cã thÓ lµ mét ®ãng gãp quan träng vµo thñy ®å cña l­u vùc vµ m­a víi hÖ sè dßng ch¶y thÊp. ThËm chÝ trong dßng ch¶y t¹m thêi, dßng ch¶y mÆt th­êng b¾t ®Çu tr­íc tiªn trong lßng dÉn nhá. Quy m« l­íi s«ng nãi chung sÏ më réng c¸c vïng ®Çu nguån khi mùc tiÕp diÔn m­a vµ trong suèt mïa m­a sÏ lín h¬n mïa kh« (xem Hewlet,1974). C¸c ®Çu vµo m­a vµ tuyÕt kh«ng ®Òu theo kh«ng gian, nh­ng cã thÓ chØ ra sù biÕn ®æi nhanh vÒ c­êng ®é vµ thÓ tÝch trªn mét kho¶ng c¸ch t­¬ng ®èi ng¾n, ®Æc biÖt trong c¸c ®iÒu kiÖn ®èi l­u (Newson 1980, Smith 1996, Goodrich 1997). Sù thay ®æi ë mùc n­íc ngÇm sau khi cÊu tróc m­a bÞ ¶nh h­ëng bëi líp phñ cã thÓ lín h¬n. Mét phÇn l­îng m­a cã thÓ r¬i trùc tiÕp vµo ®Êt nh­ lµ xuyªn trùc tiÕp. Mét phÇn l­îng m­a kh¸c sÏ bÞ gi÷ l¹i vµ bèc h¬i tõ líp phñ vµo kh«ng khÝ. L­îng bèc h¬i cña n­íc bÞ gi÷ l¹i cã thÓ x¶y ra thËm chÝ suèt con lò, ®Æc biÖt tõ líp phñ nh¸m, trong ®iÒu kiÖn giã, khi kh«ng khÝ kh«ng b·o hßa n­íc. Sù kh¸c nhau ®Õn 30% gi÷a m­a tíi vµ m­a xuyªn xuèng ®· ®o ®­îc ë l­u vùc §Þa Trung H¶i ngay c¶ khi m­a lín (Lloren, 1997). L­îng m­a cßn l¹i sÏ ch¶y nhá giät tõ líp phñ thùc vËt nh­ xuyªn qua hoÆc ch¶y xuèng c¸c nh¸nh, th©n vµ nh­ lµ dßng ch¶y tõ th©n c©y. Qu¸ tr×nh sau cã thÓ lµ quan träng ®èi víi mét sè thùc vËt v× 10% hoÆc nhiÒu h¬n l­îng m­a tíi l¹i cã thÓ ch¶y vµo ®Êt nh­ dßng ch¶y nh¸nh, kÕt qu¶ trong sù tËp trung côc bé cña n­íc ë c­êng ®é cao h¬n nhiÒu l­îng m­a tíi. Mét sè thùc vËt nh­ ng« cã cÊu tróc ®Ó chuyÓn n­íc xuèng gèc theo c¸ch nµy. C­êng ®é tuyÕt sÏ biÕn ®æi theo cao tr×nh vµ lµm ¶nh h­ëng ®Õn nhiÖt ®é kh«ng khÝ vµ bøc x¹ ®i vµo líp tuyÕt. L­îng n­íc t­¬ng ®­¬ng cña khèi tuyÕt cã thÓ biÕn ®æi ®ét ngét theo kh«ng gian, tÝnh ®Õn hiÖu qu¶ cña giã thæi trong suèt thêi gian tuyÕt r¬i vµ sau khi líp tuyÕt ®­îc h×nh thµnh do ¶nh h­ëng cña ®Þa h×nh vµ líp phñ thùc vËt. NhiÒu líp tuyÕt s©u h¬n th­êng t×m thÊy trong chç khuÊt giã hoÆc ®Ønh nói, mét ®Æc ®iÓm ®· ®­îc nh¾c ®Õn trong l­u vùc Rayuols Greek ë Pdero vµ mét vµi n¬i kh¸c (xem Bathurst vµ Cooley,1996, phÇn 5.3). §iÒu nµy còng cã thÓ ¶nh h­ëng trë l¹i trong ®ã líp tuyÕt s©u h¬n cã thÓ mang ®Õn l­îng n­íc lín h¬n cho thùc vËt, lµm cho nã ph¸t triÓn nhanh h¬n vµ trong tr­êng hîp cña c©y cèi, l­îng tuyÕt lín h¬n bÞ cuèn ®i theo giã. 20
  9. Ngay khi n­íc m­a hoÆc tuyÕt ch¹m tíi ®Êt nã sÏ b¾t ®Çu thÊm vµo mÆt ®Êt, lo¹i trõ trong vïng ®Êt kh«ng thÊm hoÆc tr¬ ®¸, trªn vïng ®Êt hoµn toµn ®ãng b¨ng hoÆc mét sè bÒ mÆt nh©n t¹o ë ®ã dßng ch¶y b¾t ®Çu hÇu nh­ ngay lËp tøc. C­êng ®é vµ l­îng thÊm sÏ bÞ giíi h¹n bëi mùc n­íc côc bé, c­êng ®é xuyªn qua hoÆc thÈm thÊu vµ kh¶ n¨ng thÊm cña ®Êt. ë ®©u mµ c­êng ®é m­a v­ît qu¸ kh¶ n¨ng thÊm cña ®Êt th× dßng ch¶y trµn trªn mÆt sÏ h×nh thµnh. §Êt cã xu h­íng kh«ng ®ång nhÊt ®Þa ph­¬ng trong c¸c ®Æc tÝnh cña nã. V× vËy, kh¶ n¨ng thÊm vµ tû lÖ dßng ch¶y trµn cã thÓ kh¸c nhau ®¸ng kÓ tõ vÞ trÝ nµy ®Õn vÞ trÝ kh¸c (Loague vµ Kyria Klidinh, 1997). Trong nhiÒu n¬i trªn bÒ mÆt c©y cá, m­a sÏ Ýt khi v­ît kh¶ n¨ng thÊm cña ®Êt cho ®Õn khi ®Êt trë nªn b·o hoµ Èm. Ngoµi ra ë n¬i kh¶ n¨ng thÊm v­ît tréi, vïng ®Êt thÊm lµ nhá nhÊt hoÆc l­îng n­íc ban ®Çu lµ cao nhÊt sÏ b¾t ®Çu vµ v× kh¶ n¨ng thÊm cã khuynh h­íng gi¶m ®i víi sù Èm ­ít t¨ng lªn, sÏ më réng ®Õn vïng kh¶ n¨ng thÊm cao h¬n. §Êt trèng sÏ lµm yÕu ®i sù h×nh thµnh dßng ch¶y v­ît thÊm v× n¨ng l­îng cña h¹t m­a r¬i cã thÕ s¾p xÕp l¹i c¸c h¹t ®Êt ë bÒ mÆt vµ h×nh d¹ng vá bÒ mÆt bÞt kÝn mét c¸ch hiÖu qu¶ nh÷ng lç hæng lín h¬n (Roinkeng 1990, Smith 1999). C©y cá hoÆc líp r¸c sÏ b¶o vÖ bÒ mÆt vµ t¹o ra kªnh rÔ cã thÓ ho¹t ®éng nh­ ®­êng dÉn cho n­íc thÊm. BÒ mÆt trèng cña vËt liÖu ®Êt ph©n t¸n ®Æc biÖt ®Ó t¹o thµnh líp vá cøng vµ líp vá nh­ thÕ, ngay khi h×nh thµnh, sÏ duy tr× gi÷a c¸c trËn m­a trõ khi bÞ ph¸ vì bëi c©y cá ph¸t triÓn, bëi ho¹t ®éng tan b¨ng, ho¹t ®éng cña hÖ ®éng vËt ®Êt, trång trät hoÆc xãi mßn. C¸c nghiªn cøu vÒ sù che phñ ®Êt ®· chØ ra r»ng, trong mét sè tr­êng hîp, tû lÖ thÊm sau khi ®iÒn tròng cã thÓ t¨ng theo thêi gian nhiÒu h¬n lµ mong ®îi tõ kÕt qu¶ cña ®é s©u hè tròng ®¬n ®éc (Fox,1998). §iÒu nµy ®· ®­a ®Õn nguyªn nh©n ph¸ vì hoÆc xãi mßn líp vá. Trong m«i tr­êng l¹nh, c©y cá cã thÓ ®ãng vai trß quan träng trong viÖc kiÓm so¸t nhiÖt ®é líp ®Êt bÞ ®«ng l¹nh tr­íc vµ trong lóc t¹o ra mét khèi tuyÕt b»ng c¸ch kiÓm so¸t ®ång thêi c©n b»ng n¨ng l­îng c¶ ë bÒ mÆt ®Êt vµ phÇn bÞ cuèn tr«i cña líp phñ tuyÕt, thËm chÝ, trong mét sè tr­êng hîp, x¶y ra ë th¸ng muén h¬n (Stadler,1996). §¸ng l­u ý lµ mét líp ®Êt cµy bÞ ®«ng l¹nh lµ kh«ng thÊm ®­îc. §iÒu nµy th­êng h¹ thÊp mét Ýt tiÒm n¨ng thÊm trong lóc ®«ng l¹nh, nh­ng qu¸ tr×nh tan b¨ng mïa còng cã thÓ ®­a ®Õn ph¸ vì líp vá bÒ mÆt vµ lµm t¨ng kh¶ n¨ng thÊm (Skhumm,1956). HiÖu qu¶ cña viÖc lµm l¹nh phô thuéc vµo l­îng Èm cña ®Êt vµ ®é dµi thêi kú l¹nh. ThËm chÝ ë ®©u b¨ng lan réng, kh¶ n¨ng thÊm cã thÓ cao thªm. Tõ l©u ®· suy ®o¸n r»ng, trong thêi gian bÒ mÆt ®iÒn tròng ®­îc më réng, sù gi÷ l¹i kh«ng khÝ vµ ¸p suÊt h×nh thµnh bªn trong ®Êt cã thÓ cã mét hiÖu qu¶ ®¸ng kÓ ®Õn tû lÖ thÊm. §iÒu nµy ®· ®­îc chØ ra trong phßng thÝ nghiÖm (Wang,1995) vµ mét sè c¸c nghiªn cøu kh¸c (Dixon vµ Linden, 1972). Còng cã thÓ suy nghÜ lµ c¸c ¶nh h­ëng cña ¸p suÊt kh«ng khÝ cã thÓ g©y ra ph¶n øng trong mùc n­íc ngÇm côc bé (Linden vµ Dixon,1973) vµ lùc n©ng khi kh«ng khÝ tho¸t khái bÒ mÆt cã thÓ b¾t ®Çu lµm chuyÓn ®éng c¸c h¹t ®Êt. Sù ng¨n c¶n cña kh«ng khÝ sÏ t¨ng lªn bëi sù cã mÆt cña líp phñ bÒ mÆt vµ ®é mÞn cña vËt liÖu, nh­ng hiÖu qu¶ cña khÝ ¸p quan träng sÏ xuÊt hiÖn do yªu cÇu ®iÒn tròng trªn diÖn tÝch qu¶ng canh cña bÒ mÆt lµm tr¬n. Trong c¸nh ®ång cã bÒ mÆt kh«ng ®Òu (nh­ ®èng c©y cá) vµ sù cã mÆt cña c¸c lç rçng lín hy väng cã thÓ h¹ thÊp sù h×nh thµnh cña kh«ng khÝ bÞ gi÷ b»ng c¸ch cho phÐp c¸c con ®­êng côc bé tho¸t khÝ ®Õn bÒ mÆt. Khi kh«ng cã líp phñ, cÊu tróc líp ®Êt n»m d­íi vµ ®Æc biÖt c¸c lç rçng cña ®Êt sÏ 21
  10. lµ sù ®iÒu khiÓn quan träng c­êng ®é thÊm. V× l­u l­îng cña dßng ch¶y tÇng trong kªnh h×nh trô biÕn ®æi theo luü thõa bËc bèn cña b¸n kÝnh, lç rçng lín h¬n vµ sù r¹n vì cã thÓ ®ãng vai trß quan träng trong viÖc ®iÒu khiÓn c­êng ®é thÊm (Beven vµ German,1951). Dï sao sù r¹n vì ®Êt vµ mét sè lç rçng lín kh¸c, nh­ c¸c r·nh giun ®Êt vµ kiÕn cã thÓ chØ më réng ®Õn mét ®é s©u giíi h¹n sao cho ¶nh h­ëng cña nã ®Õn thÊm cã thÓ bÞ giíi h¹n bëi kh¶ n¨ng tr÷ vµ thÊm vµo trong ®Êt nÒn bao quanh còng nh­ c­êng ®é dßng ch¶y cùc ®¹i tiÒm n¨ng. Mét ph¸c ho¹ sè liÖu dßng ch¶y trong c¸c lç giun cña Ehlers (1975), vÉn cßn diÔn ra trong lç hæng cña nã. Mét sè kªnh rÔ, giun vµ kiÕn cã thÓ ®¹t tíi ®é s©u hµng mÐt d­íi bÒ mÆt. C©y Jarratl ë miÒn T©y Australia mét lÇn n÷a lµ mét vÝ dô râ rÖt. Dßng ch¶y trµn còng cã thÓ x¶y ra theo c¬ chÕ v­ît b·o hoµ. DiÖn tÝch cña ®Êt b·o hoµ cã khuynh h­íng x¶y ra tr­íc hÕt ë n¬i cã ®é hót Èm ®Êt nhá nhÊt. §©y lµ vïng ®¸y thung long, ®Æc biÖt, c¸c m¸ng tròng th­îng l­u ë ®ã cã sù héi tô dßng ch¶y vµ gi¶m dÇn dÇn ®é dèc vµo lßng s«ng. Sù b·o hoµ còng cã thÓ x¶y ra ë vïng ®Êt máng n¬i mµ kh¶ n¨ng l­îng tr÷ bÞ giíi h¹n hoÆc sù thÊm nhá vµ vïng ®é dèc nhá, th­êng gi÷ ®é Èm ­ít suèt thêi kú rót n­íc. Vïng ®Êt b·o hoµ cã xu thÕ më réng víi ®é Èm ­ít t¨ng trong lóc m­a, vµ gi¶m sau khi m­a ngõng víi c­êng ®é ®iÒu khiÓn bëi sù cung cÊp n­íc tõ trªn dèc. §©y lµ kh¸i niÖm diÖn tÝch ®ãng gãp ®éng lùc. BÊt kú dßng ch¶y bÒ mÆt nµo trong vïng b·o hoµ ®Òu nh­ thÕ, cã thÓ kh«ng ph¶i tÊt c¶ trong lóc m­a, nh­ng còng cã thÓ trong lóc cã dßng ch¶y trë l¹i cña n­íc d­íi mÆt vµ hiÓn nhiªn lµ d­íi ®iÒu kiÖn bÒ mÆt b·o hoµ, nh­ thÕ m­a cã thÓ thÊm côc bé vµo ®Êt (xem thÝ nghiÖm vÏ l¹i cña Henderson,1996). Theo con ®­êng nµy dßng ch¶y bÒ mÆt cã thÓ duy tr× trong thêi kú sau khi dõng m­a, khi ®ã dßng ch¶y trµn ®­îc t¹o ra bëi c¬ chÕ bÊt kú, mét l­îng tr÷ ®iÒn tròng cã thÓ cÇn thiÕt ph¶i tho¶ m·n tr­íc khi cã mét dßng ch¶y xu«i dèc ®ñ ch¾c ch¾n. ThËm chÝ khi ®ã dßng ch¶y mÆt sÏ cã xu thÕ ®i theo c¸c con ®­êng riªng rÏ t¹o thµnh suèi nhá h¬n lµ x¶y ra nh­ mét líp dßng ch¶y bªn trªn bÒ mÆt nguyªn vÑn. Mét kh¸i niÖm t­¬ng tù cã thÓ ®­îc ®­a ra trong vïng mµ c¸c ph¶n øng ®­îc ®iÒu khiÓn b»ng dßng ch¶y s¸t mÆt. Khi ®ã sù b·o hoµ b¾t ®Çu tÝch luü ë nÒn cña líp ®Êt phñ lªn trªn ®¸ gèc kh«ng thÊm, nã sÏ b¾t ®Çu t¹o thµnh dßng ch¶y xu«i dèc. Dï sao sù liªn kÕt cña b·o hoµ trong líp s¸t mÆt ban ®Çu lµ quan träng. Nã cÇn thiÕt ®Ó tho¶ m·n mét l­îng tr÷ ®¸ gèc ban ®Çu ë chç tròng tr­íc khi cã mét dßng ch¶y xu«i dèc phï hîp. C¸c ®­êng dÉn dßng ch¶y chñ yÕu cã thÓ bÞ c« lËp Ýt nhÊt lµ lóc ®Çu, liªn quan ®Õn sù biÕn ®æi h×nh d¹ng bÒ mÆt ®¸ (MeDonnew,1996). Mét sè l­u vùc víi kh¶ n¨ng thÊm cao vµ ®Êt s©u võa ph¶i cã thÓ cã ®¸p øng tréi h¬n bëi dßng ch¶y s¸t mÆt. §¸ng chó ý lµ ®é s©u 1m ®Êt víi ®é rçng trung b×nh lµ 0,4 cã kh¶ n¨ng tr÷ 400mm n­íc. Nh­ vËy nÕu kh¶ n¨ng thÊm cña ®Êt kh«ng bÞ v­ît, mét l­îng m­a lín h¬n 100mm vÒ nguyªn t¾c cã thÓ bÞ hÊp thô bëi líp ®Êt 1m (bá qua hiÖu qu¶ cña dßng ch¶y xu«i dèc), ngay c¶ nÕu l­îng tr÷ kú tr­íc bÞ thiÕu, chØ lµ 1/4 cña ®é rçng. Mét gi¶ thiÕt chung (vµ rÊt tiÖn lîi) lµ ®¸ gèc n»m d­íi l­u vùc nhá cao nguyªn lµ kh«ng thÊm n­íc. §©y kh«ng ph¶i lµ tr­êng hîp th­êng thÊy, thËm chÝ trong ®¸ cã Ýt hoÆc kh«ng cã thÈm thÊu ban ®Çu trong khèi ®¸ lín. Sù cã mÆt cña d¹ng thÊm thø 2 22
  11. trong d¹ng cña c¸c mèi nèi vµ c¸c chç r¹n nøt cã thÓ cung cÊp mét ®­êng dÉn dßng ch¶y vµ l­îng tr÷ quan träng, cã hiÖu qu¶ duy tr× dßng ch¶y c¬ së trong mét thêi kú dµi. RÊt khã ®Ó biÕt ®­îc b¶n chÊt c¸c con ®­êng nh­ thÕ. C¸c ®Æc ®iÓm bÊt kú th­êng ®­îc suy ra tõ b¶n chÊt ®Þa ho¸ häc cña dßng ch¶y c¬ së v× ®¸ gèc cã thÓ cung cÊp mét m«i tr­êng ®Þa ho¸ kh¸c nhau vµ trong mét thêi gian dµi duy tr× cã thÓ cho phÐp c¸c ph¶n øng phong ho¸ cung cÊp mét sè ho¸ chÊt nång ®é cao h¬n (xem vÝ dô trong nghiªn cøu cña Meal, 1997, ë trong l­u vùc nghiªn cøu Plynlimonxu Walt). Cã mét kh¶ n¨ng thó vÞ liªn hÖ víi hÖ thèng ®øt g·y ®Çy n­íc ho¹t ®éng nh­ mét hÖ thèng b¬m, truyÒn ¶nh h­ëng cña sù lµm ®Çy rÊt nhanh. Nhí r»ng, nÕu n­íc ®­îc b¬m thªm vµo mét ®Çu cña èng ®Çy n­íc sÏ cã mét l­îng ra tøc thêi ë ®Çu kia, bÊt kú ®é dµi èng nh­ thÕ nµo vµ thËm chÝ tèc ®é dßng ch¶y trong èng kh¸ thÊp. Nguyªn nh©n lµ sù truyÒn ¶nh h­ëng ¸p suÊt cña l­îng n­íc b¬m vµo lµ nhanh h¬n nhiÒu tèc ®é dßng n­íc. HiÖu øng thÕ chç nh­ thÕ lµ mét sù gi¶i thÝch cho ph¶n øng s¸t mÆt nhanh chãng víi l­îng m­a (xem phÇn sau). M« h×nh quan niÖm ph¸c ho¹ vÒ viÖc miªu t¶ mét phæ réng kh¶ n¨ng ph¶n øng thñy v¨n cã thÓ x¶y ra trong c¸c m«i tr­êng kh¸c nhau hoÆc thËm chÝ, trong c¸c phÇn kh¸c nhau cña cïng mét l­u vùc trong c¸c thêi ®iÓm kh¸c nhau. Theo truyÒn thèng th­êng cã sù kh¸c biÖt gi÷a c¸c kh¸i niÖm kh¸c nhau vÒ ph¶n øng l­u vùc c¨n cø trªn sù ­u thÕ cña mét sè qu¸ tr×nh so víi c¸c qu¸ tr×nh kh¸c, vÝ dô, m« h×nh Horton, trong ®ã dßng ch¶y ®­îc t¹o thµnh bëi c¬ chÕ v­ît thÊm tÊt c¶ trªn s­ên dèc (h×nh 4.4.a). M« h×nh nµy ®­îc ®Æt tªn Robert E.Horton (1875-1945), mét nhµ thuû v¨n næi tiÕng ng­êi Mü («ng cã thÓ lµ nhµ thuû v¨n hiÖn ®¹i duy nhÊt mµ cã mét th¸c n­íc mang tªn m×nh), ng­êi ®· lµm viÖc võa nh­ mét nhµ khoa häc thñy v¨n võa nh­ mét nhµ t­ vÊn. Ch¾c «ng kh«ng nghÜ r»ng cã thÓ cã ®­îc sù nhÊt trÝ réng r·i nh­ vËy vÒ quan ®iÓm v­ît thÊm. MÆc dï th­êng xuyªn sö dông quan ®iÓm v­ît thÊm nh­ lµ mét ph­¬ng ph¸p tÝnh to¸n tæng l­îng dßng ch¶y tõ m­a (Horton 1933), «ng còng cã mét phßng thÝ nghiÖm thñy v¨n trong khu v­ên cña m×nh ë Voorheesville, bang Newyork (Horton, 1936), ë ®ã râ rµng kh«ng quan tr¾c ®­îc dßng ch¶y trµn v­ît thÊm th­êng xuyªn. Horton lµ mét nhµ khoa häc tuyÖt vêi ®· c«ng bè c¸c bµi b¸o vÒ c¸c hiÖn t­îng phæ biÕn khÝ t­îng vµ thñy v¨n. M« h×nh quan niÖm cña «ng râ rµng liªn quan ®Õn mét ph¹m vi réng cña c¸c qu¸ tr×nh h¬n lµ m« h×nh b©y giê mang tªn «ng (xem vÝ dô, qu¸ tr×nh m« t¶ trong Horton,1942). Cïng mét thêi kú víi Horton, Charle R.Hursh ®· lµm viÖc t¹i l­u vùc Cowetta ë Georgia cña Mü, c¸c l­u vùc Appalaehion miÒn T©y Nam ®­îc trång rõng víi ®Êt bÞ phong ho¸ s©u vµ cã kh¶ n¨ng thÊm cao. Dßng ch¶y bÒ mÆt bÞ h¹n chÕ ch¶y ®Õn c¸c kªnh vµ ë ®ã dßng ch¶y do m­a bÞ ®iÒu khiÓn bëi ph¶n øng bÒ mÆt (h×nh 1.4a). Hursh ®· c«ng bè mét sè bµi b¸o liªn quan ®Õn ph¶n øng cña dßng s¸t mÆt víi m­a (Hursh vµ Brute, 1941). Mét gi¸m ®èc sau nµy cña phßng thÝ nghiÖm Coreeta, John Hewlett, còng cã ¶nh h­ëng trong viÖc ®­a ra tÇm quan träng cña dßng ch¶y s¸t mÆt vµ ®­îc thõa nhËn réng r·i h¬n trong nh÷ng n¨m 1960 (Hewlett vµ Hibbert 1967, Hewlett 1974). 23
  12. H×nh 1.4. Ph©n lo¹i c¬ chÕ qu¸ tr×nh ph¶n øng cña s­ên dèc víi m­a. (a).Dßng ch¶y trµn v­ît thÊm (Horton 1933); (b).Dßng ch¶y trµn diÖn tÝch côc bé v­ît thÊm (Betson,1964); (c).Dßng ch¶y trµn v­ît b·o hoµ (Cappuas 1960, Dunne 1970); (d).Dßng ch¶y m­a s¸t mÆt (Hursh 1935, Hewlett 1987); (e).B·o hoµ mÆt vµ xuyªn qua (Weyman 1970) §éc lËp trong nh÷ng n¨m 1960, c¸c nghiªn cøu bªn trong côc Tennessee Valley (lóc ®ã nh­ mét ®¹i lý thñy v¨n chÝnh ë miÒn §«ng n­íc Mü) ph¸t hiÖn ra r»ng rÊt khã dù b¸o dßng ch¶y ë nhiÒu l­u vùc víi gi¶ thiÕt dßng ch¶y v­ît thÊm ®­îc sinh ra mäi n¬i trªn s­ên dèc. C¸c th«ng tin vÒ kh¶ n¨ng thÊm cña ®Êt vµ c­êng ®é m­a cã thÓ kh«ng ñng hé mét m« h×nh nh­ vËy. Bertson (1964) cho r»ng, th­êng chØ cã mét phÇn l­u vùc sinh dßng ch¶y tõ bÊt kú trËn m­a thùc tÕ nµo vµ r»ng kh¶ n¨ng thÊm cã khuynh h­íng h¹ thÊp do sù t¨ng lªn cña ®é Èm ®Êt vµ dßng ch¶y xu«i dèc trªn s­ên dèc dÉn ®Õn lµm ­ít ®Êt nÒn cña s­ên dèc, diÖn tÝch cña dßng ch¶y mÆt ph¶i cã xu h­íng tõ lßng dÉn vµ tr¶i réng lªn trªn. M« h×nh diÖn tÝch tõng phÇn (h×nh 1.4b) cho phÐp kh¸i qu¸t ho¸ kh¸i niÖm cña Horton, mµ sù thay ®æi tèc ®é dßng ch¶y trµn vµ sù kh«ng ®ång nhÊt cña ®Æc tr­ng ®Êt vµ c­êng ®é thÊm lµ quan träng trong viÖc ®iÒu khiÓn ph¶n øng diÖn tÝch tõng phÇn. NÕu dßng ch¶y t¹o thµnh trªn mét phÇn cña 24
  13. dèc ch¶y vµo vïng cã kh¶ n¨ng thÊm cao h¬n, nã sÏ bÞ tiªu hao (qu¸ tr×nh liªn tôc). NÕu c­êng ®é m­a cao sinh dßng ch¶y trµn trong mét thêi gian ng¾n, khi ®ã còng cã kh¶ n¨ng n­íc sÏ thÊm tr­íc khi nã ch¶y vµo c¸c ®o¹n suèi nhá hoÆc s«ng gÇn nhÊt. Bergkamp (1988), x¸c ®Þnh b»ng mét sè thùc nghiÖm ë b·i ®Êt nhá víi l­îng m­a nh©n t¹o cã c­êng ®é 70mm/h-1 k ho¶ng c¸ch chuyÓn ®éng trung b×nh cña dßng ch¶y trµn lµ 1m. Mét d¹ng kh¸c cña ph¶n øng diÖn tÝch tõng phÇn ®­îc ph¸t hiÖn bëi c¸c nghiªn cøu trong m«i tr­êng kh¸c cña Dunne vµ Bleek (1970) ë Vermont. Dßng ch¶y bÒ mÆt ®­îc quan tr¾c, ë trong ®Êt víi kh¶ n¨ng thÊm cao. Dßng ch¶y bÒ mÆt cã ®­îc tõ c¬ chÕ v­ît b·o hoµ (h×nh 1.4c), mét d¹ng cña ph¶n øng ®· ®­îc nghiªn cøu tr­íc ®ã bëi Cappees (1960) (nh­ng c«ng bè b»ng tiÕng Ph¸p vµ chØ míi ph¸t hiÖn gÇn ®©y). H×nh 1.5. Qu¸ tr×nh ­u thÕ cña ph¶n øng s­ên dèc víi m­a (Dunne 1978). Bèn kh¸i qu¸t ho¸ chÝnh nµy lµ c¸c tËp hîp con cña m« h×nh quan niÖm chung h¬n ®­îc ph¸c ho¹ tr­íc ®©y. B©y giê chóng ta biÕt r»ng v­ît thÊm, v­ît b·o hoµ, hoÆc ph¶n øng s¸t mÆt, tÊt c¶ cã thÓ x¶y ra trong cïng mét l­u vùc ë nh÷ng thêi ®iÓm vµ vÞ trÝ kh¸c nhau trong nh÷ng ®iÒu kiÖn kú tr­íc hoÆc ®Æc tÝnh ®Êt hoÆc c­êng ®é m­a kh¸c nhau. Thªm n÷a, c¬ chÕ m­a v­ît thÊm cã thÓ x¶y ra bªn trong ®Êt ë n¬i ®øt g·y thÊm, cã thÓ kÕt hîp víi mét biªn n»m ngang. §iÒu nµy cã thÓ ®­a ®Õn viÖc t¹o thµnh n­íc ngÇm trªn mÆt vµ thËm chÝ lµm b·o hoµ bÒ mÆt cña ®Êt kh«ng b·o hßa ë rÊt s©u (h×nh 1.4e, Weymen (1970). C¸c cè g¾ng ®­îc thùc hiÖn ®Ó th¶o luËn c¬ chÕ nµo cã thÓ chiÕm ­u thÕ trong c¸c m«i tr­êng kh¸c nhau (h×nh 1.5) nh­ng ®iÒu nµy cã thÓ ph¶i nghiªn cøu nhiÒu tõ c¸c quan tr¾c trùc tiÕp qu¸ tr×nh dßng ch¶y ë c¸c l­u vùc quan t©m. 1.5.Qu¸ tr×nh dßng ch¶y vµ c¸c ®Æc tÝnh ®Þa ho¸ häc Mét trong nh÷ng nh©n tè ¶nh h­ëng chñ yÕu trong viÖc xem xÐt l¹i ý t­ëng thñy v¨n trong 20 n¨m gÇn ®©y lµ sö dông ®Æc tr­ng ®Þa ho¸ ®Ó cung cÊp th«ng tin bæ sung trong qu¸ tr×nh dßng ch¶y. Mét sè ®Æc tr­ng, ®Æc biÖt sö dông dÊu vÕt nh©n t¹o, cã thÓ 25
  14. cung cÊp th«ng tin trùc tiÕp vÒ tèc ®é dßng ch¶y. MÆt kh¸c v× dÊu vÕt m«i tr­êng ®a d¹ng cÇn møc ®é suy luËn lín h¬n. ThËm chÝ kÕt qu¶ cña dÊu vÕt nh©n t¹o cã thÓ khã gi¶i thÝch v× hÇu hÕt dÊu vÕt chuyÓn ®éng theo n­íc trªn ph¹m vi thêi gian dµi lµ kh«ng lý t­ëng vµ khã ¸p dông dÊu vÕt nh©n t¹o ë quy m« l­u vùc. ChÊt ®ång vÞ m«i tr­êng cña «xy vµ hydro th­êng ®­îc sö dông trong nghiªn cøu quy m« l­u vùc (xem phª b×nh cña Sklash, 1990). Chóng cã ­u thÕ lµ mét bé phËn cña ph©n tö n­íc vµ do ®ã sÏ ch¶y theo dßng n­íc trùc tiÕp trªn l­u vùc. Tuy vËy vÉn cßn khã kh¨n gi¶i thÝch kÕt qu¶ sù biÕn ®æi nång ®é cña c¸c ®ång vÞ trong ®Çu vµo m­a theo kh«ng gian vµ thêi gian, ¶nh h­ëng cña thùc vËt ®Õn nång ®é ®Çu vµo vµ sù biÕn ®æi kh«ng gian cña nång ®é n­íc tÝch tr÷ trong c¸c líp ®Êt vµ c¸c phÇn cña l­u vùc kh¸c nhau. Dï sao, Ýt nhÊt, trong ®iÒu kiÖn lý t­ëng khi cã sù kh¸c biÖt lín gi÷a nång ®é quan tr¾c trong m­a vµ nång ®é n­íc tÝch tr÷ trong l­u vùc tr­íc mét con lò, nång ®é ®o ®¹c cã thÓ sö dông trong mét m« h×nh hçn hîp 2 thµnh phÇn ®¬n gi¶n ®Ó ph©n biÖt gi÷a ®ãng gãp cho thuû ®å cña m­a vµ ®ãng gãp cña l­îng n­íc tr÷ trong l­u vùc tr­íc khi lò. Mét sè sù ph©n chia thuû ®å ®Çu tiªn theo d¹ng nµy ®­îc c«ng bè bëi Sklash vµ Farvolden (1979) vµ ph¸t hiÖn r»ng sù ®ãng gãp cña n­íc tr÷ (th­êng gäi lµ thµnh phÇn n­íc tr­íc lò hay n­íc cò) cao ®¸ng kinh ng¹c (xem h×nh 1.6). KÕt qu¶ nµy ®­îc x¸c nhËn bëi nhiÒu nghiªn cøu kh¸c trªn mét ph¹m vi réng c¸c l­u vùc kh¸c nhau, mÆc dï c¸c b¸o c¸o bÞ c¸c kÕt qu¶ tõ c¸c l­u vùc nãng Èm, víi m­a nhá ®Õn trung b×nh chiÕm ­u thÕ. Kü thuËt cã thÓ më réng sù øng dông c¸c dÊu vÕt m«i tr­êng kh¸c cho hçn hîp 3 thµnh phÇn ®Ó ph©n biÖt sù ®ãng gãp m­a tõ c¸c thµnh phÇn “n­íc trong ®Êt” vµ “n­íc ngÇm s©u”, ë ®ã c¸c thµnh phÇn nµy cã thÓ ph©n biÖt b»ng ®Þa ho¸ (xem Bazemore,1994). Thªm n÷a, l­îng n­íc tr­íc lò th­êng ®­îc t×m thÊy lµ thµnh phÇn chÝnh, thËm chÝ trong mét sè tr­êng hîp, cã qu¸ tr×nh ph¶n øng rÊt nhanh nh­ lµ dßng ch¶y èng trong ®Êt ­ít (Sklash,1996). L­îng n­íc tr­íc lò nµy bÞ chiÕm chç tõ l­îng tr÷ bëi ¶nh h­ëng cña m­a. §iÒu nµy dÉn ®Õn tÊt yÕu ph¶i xem xÐt qu¸ tr×nh dßng ch¶y s¸t mÆt. Thùc tÕ lµ nh¸nh lªn cña thñy ®å th­êng bÞ chi phèi bëi thµnh phÇn n­íc tr­íc lò, biÓu lé r»ng sù chiÕm chç th­êng x¶y ra nhanh, mÆc dï tèc ®é dßng ch¶y s¸t mÆt th­êng gi¶ thiÕt lµ chËm h¬n dßng ch¶y mÆt. Trong thùc tÕ quan niÖm nµy lµ nguyªn nh©n cho viÖc tiÕp tôc sö dông kh¸i qu¸t ho¸ Horton sinh dßng ch¶y, thËm chÝ cho ®Õn ngµy nay. NÕu dßng s¸t mÆt lµ chËm th× dßng s¸t mÆt chiÕm phÇn ®ãng gãp chÝnh cho thñy ®å nh­ thÕ nµo? C©u tr¶ lêi n»m trong b¶n chÊt vËt lý cña qu¸ tr×nh ch¶y, cô thÓ trong vïng b·o hoµ. Cã thÓ chØ ra r»ng cã sù kh¸c nhau gi÷a tèc ®é dßng n­íc vµ tèc ®é mµ víi nã nhiÔu ®éng cho vïng b·o hoµ nhËn ®­îc sù lan truyÒn nh­ sãng ¸p suÊt, ®­îc gäi lµ tèc ®é sãng hay sãng cÊp tèc. D¹ng nhiÔu ®éng quan t©m ë ®©y lµ sù bæ sung cña sù lµm ®Çy v× m­a trong suèt con lò. Lý thuyÕt gîi ra r»ng, nhiÔu ®éng v« cïng nhá cña n­íc ngÇm sÏ lan truyÒn v« cïng nhanh. NhiÔu ®éng lín h¬n cã tèc ®é sãng nhá h¬n, ®é lín cña nã lµ hµm nghÞch ®¶o cña kh¶ n¨ng l­îng tr÷ hiÖu qu¶ trong ®Êt (hiÖu sè gi÷a ®é Èm ®Êt hiÖn thêi trong ®Êt ngay trªn mùc n­íc ngÇm vµ ®é Èm b·o hoµ). Trong ®Êt ­ít hoÆc gÇn mùc n­íc ngÇm kh¶ n¨ng tr÷ hiÖu qu¶ cã thÓ rÊt nhá sao cho 26
  15. tèc ®é sãng cã thÓ nhanh h¬n nhiÒu tèc ®é thùc dßng n­íc (xem phÇn 5.4.3). Sù t¨ng cña l­u l­îng vµo s«ng trong thêi kú lò sau ®ã phô thuéc nhiÒu vµo ph¶n øng cña tiÒm n¨ng thñy lùc trong hÖ thèng, ®­îc ®iÒu khiÓn bëi tèc ®é sãng côc bé h¬n lµ tèc ®é thùc dßng n­íc. Nh­ vËy, nÕu l­u l­îng b¾t ®Çu t¨ng tr­íc khi n­íc lµm ®Çy ®· cã thêi gian ®Ó ch¶y trùc tiÕp vµo kªnh, th× nã sÏ lµ l­îng tr÷ trong profile gÇn víi dßng suèi ch¶y vµo s«ng ®Çu tiªn. N­íc nµy chÝnh lµ n­íc tr­íc lò, bÞ chiÕm chç bëi ¶nh h­ëng cña m­a. H×nh 1.6. Ph©n chia thuû ®å c¨n cø trªn nång ®é cña c¸c ®ång vÞ m«i tr­êng (theo Sklash,1990). In l¹i víi sù cho phÐp cña John Wiley & Sons Limited. ¶nh h­ëng t­¬ng tù còng cã ë ®Êt kh«ng b·o hoµ nh­ng bøc tranh (hoÆc quan niÖm) phøc t¹p h¬n bëi liªn quan víi sù biÕn ®æi cña n­íc gi÷ l¹i trong c¸c phÇn kh¸c nhau cña kh«ng gian rçng vµ ¶nh h­ëng cña dßng ch¶y ­u thÕ bªn trong kho¶ng trèng cña cÊu tróc ®Êt. Th«ng b¸o quan träng cã tõ phÇn nµy lµ trong nhiÒu l­u vùc, ®Æc biÖt trong m«i tr­êng Èm, mét phÇn quan träng cña thuû ®å ®­îc t¹o thµnh tõ n­íc “cò” vµ cã thÓ kh«ng lµ m­a r¬i trùc tiÕp ®Õn dßng suèi. DÜ nhiªn cã thÓ kh«ng gi¶ thiÕt r»ng dßng ch¶y nhanh th­êng lµ kÕt qu¶ cña dßng ch¶y trµn hoÆc dßng ch¶y mÆt trªn s­ên dèc cña l­u vùc . 1.6. sinh dßng ch¶y vµ diÔn to¸n dßng ch¶y 27
  16. VÊn ®Ò ®­îc th¶o luËn ë 2 phÇn tr­íc ®· ®ông ch¹m ®Õn qu¸ tr×nh t¹o thµnh dßng ch¶y mÆt vµ s¸t mÆt. Sù t¹o thµnh dßng ch¶y ®iÒu khiÓn bao nhiªu l­îng n­íc ®­a vµo s«ng vµ dßng ch¶y h­íng th¼ng ®Õn cöa ra l­u vùc trong khu«n khæ thêi gian cña trËn m­a vµ thêi kú tiÕp theo ngay sau ®ã. Dï sao còng cã mét thµnh phÇn cÇn quan t©m tiÕp theo, ®ã lµ diÔn to¸n dßng ch¶y tõ nguån ®Õn cöa ra. Ranh giíi gi÷a t¹o thµnh dßng ch¶y vµ diÔn to¸n dßng ch¶y lµ rÊt kh«ng râ rµng. Vµ sÏ râ rµng h¬n nÕu cã kh¶ n¨ng ®o ®¹c hoÆc tÝnh chÝnh x¸c lóc dßng hoµ vµo m¹ng s«ng. Khi ®ã diÔn to¸n chØ phô thuéc vµo qu¸ tr×nh dßng ch¶y trong s«ng, nã cã thÓ ®­îc tÝnh tr­íc kh¸ tèt trªn c¬ së cña c¸c nguyªn lý thuû lùc (mÆc dï trong vïng kh« h¹n còng cã thÓ cÇn thiÕt tÝnh to¸n l­îng thÊm cña n­íc vµo ®¸y s«ng). §¸ng tiÕc lµ nãi chung kh«ng cã kh¶ n¨ng tÝnh tr­íc tæng l­îng vµ thêi gian cña dßng vµo x¸c ®Þnh, v× vËy vÊn ®Ò diÔn to¸n trë thµnh vÊn ®Ò tèc ®é cña dßng mÆt vµ s¸t mÆt trªn s­ên dèc còng nh­ trong s«ng. RÊt khã kh¨n khi t¸ch ra ¶nh h­ëng c¸c ®­êng dÉn dßng ch¶y kh¸c nhau mµ l­îng n­íc kh¸c nhau nhËn ®­îc cña thuû ®å ë cöa ra. Dï sao mçi m« h×nh thuû v¨n ®Òu yªu cÇu hai thµnh phÇn c¬ b¶n: thø nhÊt lµ x¸c ®Þnh bao nhiªu l­îng m­a tõ thµnh phÇn thuû ®å (thµnh phÇn sinh dßng ch¶y) vµ mÆt kh¸c x¸c ®Þnh ph©n bè cña dßng ch¶y nµy theo thêi gian, h×nh thµnh d¹ng cña thuû ®å (thµnh phÇn diÔn to¸n dßng ch¶y). Hai thµnh phÇn nµy cã thÓ xuÊt hiÖn trong nhiÒu tµi liÖu kh¸c nhau vµ møc ®é phøc t¹p kh¸c nhau trong c¸c m« h×nh kh¸c nhau nh­ng chóng th­êng xuÊt hiÖn trong bÊt kú m« h×nh m­a-dßng ch¶y nµo, cïng víi sù khã kh¨n ph©n t¸ch râ rµng mét thµnh phÇn tõ thµnh phÇn m­a. Nãi chung cã thÓ chÊp nhËn r»ng t¹o thµnh dßng ch¶y lµ vÊn ®Ò khã kh¨n h¬n. C¸c thùc nghiÖm chøng tá r»ng, sù phøc t¹p vµ phi tuyÕn cña m« h×nh hãa qu¸ tr×nh t¹o thµnh dßng ch¶y lµ lín h¬n qu¸ tr×nh diÔn to¸n vµ r»ng c¸c m« h×nh t­¬ng ®èi ®¬n gi¶n cho diÔn to¸n cã thÓ lµ ®ñ (xem th¶o luËn ë phÇn 2.2) 1.7. VÊn ®Ò chän mét m« h×nh quan niÖm VÊn ®Ò chÝnh cña c¸c nhµ thuû v¨n lµ øng dông m« h×nh h¬n lµ ph¸t triÓn m« h×nh. Kh«ng Ýt c¸c nhµ thuû v¨n ®Æc biÖt nghiªn cøu ë møc tiÕn sü, ®· tù m×nh thiÕt lËp nhiÖm vô ph¸t triÓn m« h×nh. §iÒu nµy cã thÓ hiÓu ®­îc, v× ngay c¶ b©y giê, sù gÇn ®óng râ rµng lµ vèn cã trong c¸c m« h×nh hiÖn nay, chøng tá r»ng cã kh¶ n¨ng lµm tèt h¬n. Dï sao, nhËn ®­îc ph¹m vi cña c¸c m« h×nh s½n cã trong c¸c tµi liÖu ngµy cµng nhiÒu hoÆc nh­ c¸c gãi phÇn mÒm, vÊn ®Ò chän m« h×nh lµ kh«ng kh¸c nhau cho ng­êi sö dông m« h×nh nh­ ®èi víi nhµ nghiªn cøu muèn ph¸t triÓn mét phiªn b¶n míi vµ c¶i tiÕn m« h×nh. VÊn ®Ò lµ nh­ thÕ nµo ®Ó quyÕt ®Þnh c¸i g× lµ tho¶ m·n? vµ c¸i g× lµ giíi h¹n cña c¸c m« h×nh s½n cã. Chóng ta chØ xem qua s¬ bé ë phÇn nµy, nh­ng sÏ trë l¹i ë ch­¬ng 10. Tr­íc hÕt h·y ph¸c ho¹ lùa chän “chung” lµ g× trong c¸c thuËt ng÷ cña ph©n lo¹i m« h×nh cæ ®iÓn. Cã nhiÒu c¸ch ph©n lo¹i m« h×nh thñy v¨n kh¸c nhau (xem Clark 1973, O’connell 1991, Wheater 1993, Singh 1995). ë ®©y chØ tËp trung vµo mét ph©n lo¹i c¬ b¶n nhÊt. Sù chän lùa ®Çu tiªn lµ liÖu chóng ta sö dông tiÕp c¸c m« h×nh tËp trung hay ph©n bè. M« h×nh tËp trung coi l­u vùc nh­ mét ®¬n vÞ ®¬n gi¶n víi biÕn 28
  17. tr¹ng th¸i ®¹i diÖn trung b×nh trªn toµn l­u vùc, nh­ l­îng tr÷ trung b×nh trong vïng b·o hoµ. M« h×nh ph©n bè tiÕn hµnh c¸c dù b¸o ®­îc ph©n bè trong kh«ng gian víi biÕn tr¹ng th¸i ®¹i diÖn cho trung b×nh côc bé cña l­îng tr÷, ®é s©u dßng ch¶y hoÆc tiÒm n¨ng thuû lùc b»ng c¸ch rêi r¹c ho¸ l­u vùc thµnh sè lín c¸c phÇn tö hoÆc « l­íi vµ gi¶i c¸c ph­¬ng tr×nh cho c¸c biÕn tr¹ng th¸i kÕt hîp víi mçi phÇn tö « l­íi. Gi¸ trÞ c¸c th«ng sè còng ph¶i ®­îc x¸c ®Þnh cho mçi phÇn tö trong m« h×nh ph©n bè. Cã mét sù t­¬ng øng chung gi÷a m« h×nh tËp trung vµ m« h×nh “tÝnh to¸n ®é Èm ®Êt hiÖn” (ESMA) cña O’ connell (1991) (xem phÇn 2.4) vµ gi÷a m« h×nh ph©n bè víi m« h×nh “dùa trªn vËt lý” hoÆc “dùa trªn qu¸ tr×nh”. Ngay c¶ sù t­¬ng øng nµy còng lµ kh«ng chÝnh x¸c dï sao mét sè m« h×nh ph©n bè sö dông thµnh phÇn ESMA ®Ó ®¹i diÖn cho c¸c l­u vùc con kh¸c nhau hoÆc mét phÇn cña c¶nh quan nh­ c¸c ®¬n vÞ ph¶n øng thñy v¨n (xem phÇn 6.2), trong khi thËm chÝ hÇu hÕt c¸c m« h×nh ph©n bè s½n cã hiÖn thêi ph¶i sö dông c¸c biÕn vµ th«ng sè trung b×nh ë « l­íi hoÆc quy m« phÇn tö lín h¬n quy m« biÕn ®æi cña qu¸ tr×nh. Do ®ã, chóng lµ m« h×nh quan niÖm tËp trung ë møc ®é l­u vùc (xem Beven,1989). Còng cã mét sè c¸c m« h×nh kh«ng tÝnh cho mçi ®iÓm cña l­u vùc, nh­ng cho mét hµm ph©n bè cña c¸c ®Æc tr­ng. TOPMODEL, th¶o luËn ë ch­¬ng 6, lµ m« h×nh thuéc d¹ng nµy, nh­ng cã ®Æc ®iÓm lµ c¸c dù b¸o cã thÓ ®­îc ¸nh x¹ trë l¹i kh«ng gian ®Ó so s¸nh víi quan tr¾c bÊt kú ph¶n øng thuû v¨n nµo cña l­u vùc. Do ®ã cã lÏ gäi nã lµ m« h×nh nöa ph©n bè. Mét mèi quan t©m kh¸c lµ nªn sö dông m« h×nh tÊt ®Þnh hay ngÉu nhiªn. C¸c m« h×nh tÊt ®Þnh cho phÐp chØ cã mét l­îng ra tõ viÖc m« pháng víi mét bé ®Çu vµo vµ c¸c gi¸ trÞ th«ng sè. M« h×nh ngÉu nhiªn cho phÐp mét sù ngÉu nhiªn hoÆc bÊt ®Þnh cña l­îng ra v× sù bÊt ®Þnh cña c¸c biÕn vµo, ®iÒu kiÖn biªn hoÆc th«ng sè m« h×nh. PhÇn ®«ng c¸c m« h×nh dïng trong m« h×nh ho¸ m­a-dßng ch¶y ®­îc sö dông theo con ®­êng tÊt ®Þnh, mÆc dï sù kh¸c biÖt kh«ng thùc sù râ rµng, v× cã m« h×nh ®­îc céng thªm mét m« h×nh ngÉu nhiªn cho tÝnh to¸n tÊt ®Þnh vµ còng cã c¸c m« h×nh sö dông hµm ph©n bè x¸c suÊt cña biÕn tr¹ng th¸i nh­ng tÝnh to¸n theo con ®­êng tÊt ®Þnh. Mét nguyªn t¾c lµm viÖc lµ nÕu biÕn ra cña m« h×nh ®­îc kÕt hîp víi mét biÕn ®æi nµo ®Êy hoÆc sè ®o cña sù ph©n t¸n tÝnh to¸n th× m« h×nh cã thÓ coi lµ ngÉu nhiªn. NÕu ®Çu ra lµ mét gi¸ trÞ ®¬n ë c¸c b­íc thêi gian bÊt kú, m« h×nh cã thÓ coi lµ tÊt ®Þnh kh«ng cÇn chó ý ®Õn b¶n chÊt cña c¸c tÝnh to¸n. Cã mét chiÕn l­îc m« h×nh ho¸ kh¸c c¨n cø trªn c¸c ph­¬ng ph¸p mê cho høa hÑn trong t­¬ng lai. Sè c¸c m« h×nh mê hiÖn cßn Ýt (xem Bardossy,1945) nh­ng ph¹m vi øng dông l¹i rÊt lín. §Æc biÖt lµ c¸c m« h×nh mê xuÊt hiÖn ®Ó ®­a ra kh¶ n¨ng chuyÓn trùc tiÕp sù phøc t¹p cña m« h×nh quan niÖm thµnh m« h×nh thñ tôc. ¸p dông ®Õn b©y giê, ®· sö dông mét m« h×nh quan niÖm trung gian ®Ó h×nh thµnh nguyªn t¾c mê vµ lµm mê ho¸ c¸c kÕt qu¶ ®Ó ch¹y vÒ b¶n chÊt nh­ lµ lêi gi¶i tÊt ®Þnh. Nh­ vËy cã sù ph©n lo¹i chung cña m« h×nh m­a-dßng ch¶y: tËp trung hoÆc ph©n bè, tÊt ®Þnh hoÆc ngÉu nhiªn. Bªn trong mçi lo¹i cã thÓ tån t¹i mét lo¹t cÊu tróc m« h×nh. Khi lùa chän c¸c m« h×nh cho mét ¸p dông thùc tÕ th× nªn thÕ nµo? C¸c thñ tôc sau ®©y ®­îc th¶o luËn, c¨n cø trªn sù xem xÐt hµm cÊu tróc m« h×nh: 1. ChuÈn bÞ mét danh s¸ch c¸c m« h×nh ®Ó xem xÐt. 29
  18. Danh s¸ch nµy cã 2 phÇn: c¸c m« h×nh s½n cã vµ c¸c m« h×nh cã thÓ ®­îc xem xÐt cho mét dù ¸n nÕu ®­îc ®Çu t­ thêi gian vµ kinh phÝ. 2. ChuÈn bÞ mét danh s¸ch c¸c biÕn cña m« h×nh vµ yªu cÇu cña chóng. QuyÕt ®Þnh liÖu m« h×nh cã s¶n sinh ®Çu ra cÇn thiÕt cho môc tiªu cña bµi to¸n thùc tÕ kh«ng? NÕu b¹n quan t©m ®Õn sù gia t¨ng n­íc ngÇm ë ®¸y thung lòng khi chÆt ph¸ rõng, m« h×nh dù b¸o ph¶n øng tËp trung cña l­u vùc cã thÓ kh«ng ®¸p øng sù cÇn thiÕt cña dù ¸n. NÕu b¹n chØ quan t©m ®Õn dù tÝnh ph¶n øng l­u l­îng cña l­u vùc cho dù b¸o lò thêi gian thùc, khi ®ã cã thÓ kh«ng cÇn thiÕt chän m« h×nh ph©n bè. 3. ChuÈn bÞ mét danh s¸ch c¸c gi¶ thiÕt cña m« h×nh (xem h­íng dÉn ë c¸c ch­¬ng sau). C¸c gi¶ thiÕt cã thÓ bÞ giíi h¹n bëi c¸c sè h¹ng mµ b¹n biÕt vÒ ph¶n øng cña l­u vùc, kh«ng may c©u tr¶ lêi lµ “®óng” cho tÊt c¶ c¸c m« h×nh, v× vËy sù ®¸nh gi¸ nµy nãi chung lµ lµ t­¬ng ®èi hoÆc tèt nhÊt lµ dïng mét mµn h×nh hç trî ®Ó lo¹i bá c¸c m« h×nh, ®ã lµ nh÷ng m« h×nh hoµn toµn dùa trªn sù m« t¶ kh«ng ®óng ®¾n c¸c qu¸ tr×nh l­u vùc (nghÜa lµ bÊt kú nhµ thuû v¨n s¸ng suèt nµo còng kh«ng thÓ sö dông c¸c m« h×nh c¨n cø trªn quy luËt ch¶y trµn Horton ®Ó m« pháng l­u vùc Coweeta ®Ò cËp trong phÇn 1.4) 4. §­a ra mét danh s¸ch c¸c ®Çu vµo yªu cÇu bëi m« h×nh cho viÖc x¸c ®Þnh l­îng dßng ch¶y, ®iÒu kiÖn biªn vµ ®iÒu kiÖn ban ®Çu vµ x¸c ®Þnh gi¸ trÞ c¸c th«ng sè. QuyÕt ®Þnh liÖu tÊt c¶ c¸c th«ng tin yªu cÇu cã thÓ ®­îc cung cÊp bªn trong thêi gian vµ gi¸ c¶ b¾t buéc cña dù ¸n kh«ng? 5. X¸c ®Þnh liÖu b¹n cã lo¹i bá m« h×nh bÊt kú nµo tõ danh s¸ch cña b¹n kh«ng? NÕu kh«ng xem l¹i 3 b­íc tr­íc, gi¶m bít tiªu chuÈn sö dông. NÕu dù b¸o thùc sù ®­îc yªu cÇu cho mét ¸p dông, Ýt nhÊt mét m« h×nh sÏ cÇn thiÕt ®­îc thõa nhËn trong giai ®o¹n nµy. 1.8. vÊn ®Ò hiÖu chØnh vµ kiÓm ®Þnh m« h×nh Ngay khi 1 hay nhiÒu m« h×nh ®­îc chän cho viÖc xem xÐt trong mét dù ¸n, cÇn thiÕt ph¶i hiÖu chØnh th«ng sè. Kh«ng may lµ kh«ng cã thÓ ­íc l­îng c¸c th«ng sè cña m« h×nh b»ng ®o ®¹c kh¸c hoÆc ­íc l­îng tr­íc ®ã. C¸c nghiªn cøu ®· cè g¾ng lµm viÖc ®ã nãi chung cho thÊy r»ng ngay c¶ sö dông mét chuçi ®o ®¹c hoµn h¶o c¸c gi¸ trÞ th«ng sè th× kÕt qu¶ còng kh«ng hoµn toµn tho¶ m·n (Beven 1984,Refsgaard vµ Knudsen 1996,Loague vµ Kyriakids 1997). C¸c ­íc l­îng tr­íc ®ã trong ph¹m vi cã kh¶ n¨ng cña th«ng sè còng th­êng dÉn ®Õn kho¶ng dù b¸o kh¸ réng vµ cã thÓ kh«ng chøa tÊt c¶ ph¶n øng ®o ®­îc ë mäi thêi ®iÓm (vÝ dô Parkin, 1996). Cã 2 nguyªn nh©n chÝnh g©y khã kh¨n cho viÖc hiÖu chØnh. Tr­íc hÕt lµ do quy m« cña kü thuËt ®o ®¹c nãi chung nhá h¬n quy m« mµ c¸c th«ng sè yªu cÇu. VÝ dô ®ã cã thÓ lµ th«ng sè ®é dÉn thuû lùc trong mét cÊu tróc m« h×nh cô thÓ. Kü thuËt ®o ®¹c ®é dÉn thuû lùc cña ®Êt nãi chung ®­îc tæ hîp trªn diÖn tÝch nhá h¬n 1m2. Nh­ng ngay c¶ m« h×nh ph©n bè hoµn h¶o nhÊt còng yªu cÇu c¸c gi¸ trÞ hiÖu qu¶ ph¶n øng cña c¸c phÇn tö víi diÖn tÝch 100m2 hoÆc ®«i khi lín h¬n. Víi dßng ch¶y b·o hoµ ®· cã mét sè ph¸t triÓn lý thuyÕt gîi ý c¸c gi¸ trÞ hiÖu qu¶ cã thÓ biÕn ®æi nh­ thÕ nµo theo 30
  19. quy m« ®­a ®Õn kiÕn thøc c¬ b¶n cña cÊu tróc quy m« nhá cña gi¸ trÞ ®é dÉn thuû lùc. Nãi chung, thùc hiÖn c¸c ®o ®¹c thùc nghiÖm yªu cÇu ®Ó sö dông lý thuyÕt nh­ vËy ë quy m« s­ên dèc hoÆc l­u vùc sÏ rÊt tèn kÐm vµ mÊt thêi gian, vµ dÉn ®Õn mét sè lín c¸c lç hæng trªn s­ên dèc. Nh­ vËy cÇn thiÕt thõa nhËn r»ng c¸c gi¸ trÞ quy m« nhá cã thÓ ®o ®¹c vµ c¸c gi¸ trÞ hiÖu qu¶ yªu cÇu ë quy m« phÇn tö m« h×nh lµ kh¸c nhau (tõ kü thuËt gäi chóng lµ v« ­íc), mÆc dï c¸c nhµ thuû v¨n theo truyÒn thèng gäi chóng theo cïng mét tªn. Gi¸ trÞ th«ng sè hiÖu qu¶ cho mét cÊu tróc m« h×nh cô thÓ sÏ lµ cÇn thiÕt ®Ó hiÖu chØnh mét ph­¬ng ph¸p nµo ®Êy. H×nh 1.7.BÒ mÆt ph¶n øng cho 2 th«ng sè TOPMODEL (xem hép 6.2) trong mét ¸p dông ®Ó m« h×nh ho¸ l­u l­îng dßng ch¶y cña l­u vùc con Slapton Wood ë Devon, Anh. Hµm môc tiªu lµ hiÖu qu¶ Nash- Sutclffe cã gi¸ trÞ b»ng 1 cho sù phï hîp hoµn h¶o víi l­u l­îng quan tr¾c HÇu hÕt c¸c nghiªn cøu hiÖu chØnh trong qu¸ khø ®­îc tiÕn hµnh theo kiÓu tèi ­u ho¸ c¸c th«ng sè b»ng c¸ch so s¸nh kÕt qu¶ m« pháng lÆp l¹i cña ph¶n øng l­u vùc s½n cã. Gi¸ trÞ cña c¸c th«ng sè ®­îc hiÖu chØnh qua mçi lÇn ch¹y m« h×nh b»ng tay hoÆc b»ng thuËt to¸n tèi ­u ho¸ cña m¸y tÝnh cho tíi khi t×m ®­îc mét bé th«ng sè phï hîp nhÊt. Cã nhiÒu thuËt to¸n tèi ­u ho¸ vµ ®é ®o sù phï hîp kh¸c nhau hay hµm môc tiªu trong c¸c m« h×nh thuû v¨n (ch­¬ng 7). §iÒu chñ yÕu lµ t×m ®Ønh cao nhÊt trªn bÒ mÆt ph¶n øng trong kh«ng gian th«ng sè x¸c ®Þnh b»ng mét sè hµm môc tiªu. Mét bÒ mÆt nh­ thÕ chØ ra trªn h×nh 1.7. Hai trôc c¬ b¶n lµ 2 gi¸ trÞ th«ng sè kh¸c nhau, thay ®æi trong kho¶ng tõ gi¸ trÞ lín nhÊt ®Õn nhá nhÊt. Trôc th¼ng ®øng lµ gi¸ trÞ hµm môc tiªu dùa trªn tæng ®é lÖch b×nh ph­¬ng gi÷a gi¸ trÞ quan tr¾c vµ tÝnh to¸n, nã b»ng 1 cho tr­êng hîp phï hîp tèt. DÔ dµng thÊy tõ vÝ dô lµ t¹i sao l¹i gäi thuËt to¸n tèi ­u ho¸ lµ thuËt to¸n ‘leo dèc’ v× ®iÓm cao nhÊt cña bÒ mÆt ®¹i diÖn cho gi¸ trÞ tèi ­u cña 2 th«ng sè. Nh­ vËy bÒ mÆt ph¶n øng dÔ dµng nh×n thÊy trong kh«ng gian 2 th«ng sè. SÏ khã kh¨n h¬n nhiÒu khi x¸c ®Þnh bÒ mÆt ph¶n øng trong siªu kh«ng gian th«ng sè N-chiÒu. BÒ mÆt nh­ vËy th­êng rÊt phøc t¹p vµ nhiÒu nghiªn cøu thuËt to¸n tèi ­u ho¸ ®· liªn kÕt víi viÖc t×m c¸c thuËt to¸n m¹nh, chó ý ®Õn sù phøc t¹p cña bÒ mÆt kh«ng gian N-chiÒu vµ t×m ®­îc bé th«ng sè tèi ­u toµn côc. 31
  20. Dï sao víi hÇu hÕt bµi to¸n m« h×nh ho¸ thuû v¨n viÖc tèi ­u ho¸ lµ cã h¹i nÕu chØ c¨n cø vµo sù so s¸nh ®¬n ®éc gi¸ trÞ l­u l­îng quan tr¾c vµ m« pháng. §iÒu nµy cã thÓ do kh«ng ®ñ th«ng tin vÒ sè liÖu ®Ó cung cÊp tèi ­u ho¸ m¹nh gi¸ trÞ th«ng sè. Thùc nghiÖm ®· chØ ra r»ng, ngay c¶ khi m« h×nh ®¬n gi¶n chØ cã 4-5 th«ng sè ph¶i ­íc l­îng cã thÓ yªu cÇu Ýt nhÊt 15-20 thuû ®å cho hiÖu chØnh t­¬ng ®«i nhanh vµ nÕu cã sù thay ®æi m¹nh theo mïa trong ph¶n øng m­a sau mét thêi kú dµi h¬n (xem Kikby, 1975; Gupta vµ Srooshian, 1985; Hoonberger vµ nnk, 1985; Yapo vµ nnk,1966). Víi bé th«ng sè phøc t¹p h¬n cÇn nhiÒu sè liÖu h¬n vµ nhiÒu d¹ng kh¸c nhau cña sè liÖu cho mét tèi ­u ho¸, trõ khi cã thÓ Ên ®Þnh nhiÒu th«ng sè tr­íc b»ng c¸ch ®o ®¹c ®éc lËp. Trong thùc tÕ rÊt khã ®¹t ®­îc ®iÒu nµy. Kh«ng chØ cã mét vÊn ®Ò t×m bé th«ng sè tèi ­u. Tèi ­u ho¸ nãi chung gi¶ thiÕt r»ng c¸c quan tr¾c mê ®­îc ®em so s¸nh víi c¸c gi¸ trÞ m« pháng lµ sai sè tù do vµ r»ng m« h×nh lµ ®¹i biÓu thùc sù cña sè liÖu ®ã. Dï sao chóng ta biÕt, Ýt nhÊt víi c¸c m« h×nh thñy v¨n, c¶ cÊu tróc m« h×nh vµ quan tr¾c lµ kh«ng cã sai sè tù do. Nh­ vËy bé th«ng sè tèi ­u t×m thÊy cho mét cÊu tróc m« h×nh cô thÓ cã thÓ lµ kh¸ nh¹y c¶ víi sù thay ®æi nhá cña quan tr¾c hoÆc thêi kú quan tr¾c ®­îc xÐt ®Õn trong khi hiÖu chØnh vµ kh¶ n¨ng biÕn ®æi trong cÊu tróc m« h×nh ®óng nh­ biÕn ®æi trong rêi r¹c ho¸ phÇn tö cho mét m« h×nh ph©n bè (Refsgaard 1997, Saulnier 1997). Cã mét sè liªn hÖ quan träng tiÕp sau ®©y tõ c¸c ph©n tÝch nµy.  Gi¸ trÞ c¸c th«ng sè x¸c ®Þnh b»ng sù hiÖu chØnh chØ hiÖu qu¶ bªn trong cÊu tróc m« h×nh sö dông ®Ó hiÖu chØnh. Cã thÓ lµ kh«ng ®óng khi sö dông c¸c gi¸ trÞ nµy cho c¸c m« h×nh kh¸c (ngay c¶ c¸c th«ng sè cã cïng mét tªn gäi) hoÆc trong c¸c l­u vùc kh¸c.  Kh¸i niÖm bé th«ng sè tèi ­u cã thÓ kh«ng t×m thÊy trong m« h×nh ho¸ thuû v¨n. Khi mét bé th«ng sè tèi ­u th­êng cã thÓ t×m ®­îc còng sÏ cã nhiÒu bé th«ng sè rÊt gÇn nh­ lµ tèt tõ nh÷ng phÇn rÊt kh¸c nhau cña kh«ng gian th«ng sè. HÇu nh­ kh«ng ch¾c nhËn ®­îc bé th«ng sè phï hîp víi sè liÖu sù ph©n cÊp cña c¸c bé th«ng sè nµy trong hµm môc tiªu, sÏ nh­ nhau cho c¸c sè liÖu hiÖu chØnh ë c¸c thêi kú kh¸c nhau. Nh­ vËy quyÕt ®Þnh r»ng mét bé th«ng sè lµ tèi ­u lµ mét lùa chän h¬i tuú tiÖn. Mét sè vÝ dô cña t×nh h×nh nh­ vËy sÏ thÊy trong c¸c ®å thÞ ®iÓm cña ch­¬ng 7, ë ®ã kh¶ n¨ng lo¹i trõ kh¸i niÖm bé th«ng sè tèi ­u nhê ph­¬ng ph¸p dùa trªn sù t­¬ng ®­¬ng cña c¸c cÊu tróc m« h×nh kh¸c nhau vµ bé th«ng sè sÏ ®­îc xem xÐt.  NÕu kh¸i niÖm bé th«ng sè tèi ­u ph¶i ®­îc thay thÕ bëi t­ t­ëng r»ng nhiÒu bé th«ng sè cã kh¶ n¨ng (vµ cã lÏ c¶ m« h×nh) cã thÓ cung cÊp c¸c m« pháng chÊp nhËn ®­îc cña c¸c ph¶n øng cña l­u vùc thùc tÕ, th× suy ra r»ng sù kiÓm chøng c¸c m« h×nh nµy cã thÓ lµ khã kh¨n nh­ nhau. Thùc tÕ, lo¹i bá mét sè m« h×nh chÊp nhËn ®­îc tõ c¸c sè liÖu bæ sung cã thÓ lµ ph­¬ng ph¸p thùc tÕ h¬n lµ cho r»ng c¸c m« h×nh cã thÓ ®­îc kiÓm chøng. ý t­ëng t­¬ng ®­¬ng lµ mét trong nh÷ng ®iÒu quan träng h­íng tíi, ®Æc biÖt tõ ch­¬ng 7. Trong ®ã gîi ý r»ng nhËn ®­îc giíi h¹n cña c¶ cÊu tróc m« h×nh vµ sè liÖu quan tr¾c, cã thÓ mang nhiÒu tÝnh ®¹i biÓu cña l­u vùc, cã thÓ ®­îc kiÓm chøng nh­ nhau trong ®iÒu kiÖn cã kh¶ n¨ng ®Ó sinh ra c¸c m« pháng cã thÓ chÊp nhËn ®­îc cña 32
nguon tai.lieu . vn
Toán học Môi trường Vật lý Sinh học Địa Lý Hoá học Nông - Lâm - Ngư Cơ khí - Chế tạo máy Tiếng Anh phổ thông Khoa học ứng dụng Nông - Lâm Kiến thức tổng hợp Giáo dục học Xã hội học