- Trang Chủ
- Địa Lý
- Mô hình hoá mưa - dòng chảy ( Phần cơ sở - Nxb ĐH Quốc Gia Hà Nội ) - Chương 5
Xem mẫu
- ch¬ng 5
dù b¸o Thuû ®å Sö dông m« h×nh ph©n bè
dùa trªn sù diÔn t¶ c¸c qu¸ tr×nh
Cho ®Õn khi sù hiÓu biÕt ®¹t ®îc qua nghiªn cøu c¸c hiÖn tîng thuû v¨n trë nªn
®Çy ®ñ ®Ó c«ng nhËn c¸c m« t¶ tèt vÒ ®Þnh lîng cña c¸c hiÖn tîng nµy vµ c¸c quan
hÖ hµm sè cña chóng th× c¸c cè g¾ng trong nghiªn cøu sÏ bÞ ¶nh hëng phÇn lín bëi
yÕu tè chñ quan. MiÔn lµ ®iÒu ®ã cßn ®óng th× sù cè g¾ng cña c¸c nhµ thuû v¨n thùc
hµnh sÏ ®îc thõa nhËn réng r·i trong c¸c lÜnh vùc kü thuËt. Hy väng r»ng díi ®iÒu
kiÖn nh vËy cã thÓ n¶y sinh nhiÒu tranh luËn thó vÞ liªn quan c¸c gi¸ trÞ cña c¸c
ph¬ng ph¸p ®èi nghÞch nhau cïng gi¶i quyÕt c¸c vÊn ®Ò cô thÓ.
J. Amorocho & W.E. Hart, 1964
Nhng b©y giê chóng ta cã mét c©u hái: VÊn ®Ò cã thËt sù xÊu nh thÕ kh«ng?
Ngêi ta thêng thÝch sèng kh«ng theo khu«n mÉu h¬n lµ nh÷ng quy t¾c ®Çy ®ñ mµ
ngêi ta kh«ng thËt tin tëng. Tõ tõ tin vµo mét ®iÒu ®óng ®¾n tèt h¬n lµ sím tin
tëng vµo mét ®iÒu sai lÖch. Chóng ta chØ cÇn nh×n vµo chÝnh trÞ, kinh tÕ, gi¸o dôc, y tÕ
sÏ thÊy mét khu«n mÉu kh«ng phï hîp vµ lý thuyÕt kh«ng ®¸ng tin cã h¹i h¬n lµ cã lîi
ë nhiÒu lÜnh vùc khi nã ®¹t tíi møc biÖn chøng vµ thi hµnh thùc tÕ cña nã. Ch¾c ch¾n
víi c¸c vÝ dô cã Ých nh thÕ thuû v¨n kh«ng cÇn qu¸ véi v· trong ph¬ng diÖn nµy.
Mike Abbort, 1992
5.1. C¬ së vËt lý cña c¸c m« h×nh ph©n bè
M« h×nh tæng quan c¸c qu¸ tr×nh ma-dßng ch¶y yªu cÇu diÔn t¶ t¬ng t¸c cña c¸c
qu¸ tr×nh mÆt vµ s¸t mÆt. Nh ®· lu ý trong môc 2.5, mét ph¸c th¶o vËt lý bªn díi
c¸c diÔn t¶ nh thÕ ®· ®îc Freeze vµ Harlan (1969) c«ng bè ®Çu tiªn, mÆc dï sù diÔn
t¶ c¸c qu¸ tr×nh riªng biÖt ®· ®îc thiÕt lËp rÊt tèt tríc ®ã. HÇu hÕt c¸c m« h×nh dùa
vµo vËt lý c¬ b¶n ngµy nay vÉn dùa trªn " thiÕt kÕ " cña Freeze vµ Harlan vµ cã thÓ lµ
trong thùc tÕ ®¬n gi¶n ho¸ c¸c thiÕt kÕ ®ã. ThËm chÝ thiÕt kÕ cña hä kh«ng ®Çy ®ñ.
Liªn quan tíi m« h×nh quan niÖm ë môc 1.4, mét vµi yÕu tè bÞ mÊt ®i, bao gåm c¸c ¶nh
hëng cña c¸c lç hæng lín vµ sù kh«ng ®ång nhÊt kh¸c cña qu¸ tr×nh dßng ch¶y (mÆc
dï cè g¾ng chÊp nhËn ¶nh hëng cña c¸c lç hæng lín trong c¸c m« h×nh sên dèc quy
m« lu vùc ®· ®îc Zuidema (1985) vµ gÇn ®©y ®îc Bronstert vµ Plate (1997);
Feahetal (1997) giíi thiÖu). Trong ch¬ng nµy sÏ ®a ra mét sè m« h×nh dùa trªn thiÕt
kÕ cña Freeze vµ Harlan, tËp trung vµo c¸c gi¶ thiÕt ®Ó cho chiÕn lîc m« h×nh ho¸
ph©n bè sau ®ã cã thÓ ®îc ®¸nh gi¸ trong ¸nh s¸ng cña hÇu hÕt c¸c m« h×nh dùa vµo
vËt lý. Ban ®Çu c¸c thµnh phÇn dßng ch¶y s¸t mÆt (níc trong ®Êt, níc ngÇm) vµ bÒ
122
- mÆt (dßng ch¶y trµn vµ dßng ch¶y trong kªnh) sÏ ®îc xem xÐt tõng phÇn, tiÕp theo lµ
t¬ng t¸c cña chóng.
5.1.1. Dßng ch¶y s¸t mÆt
C¬ së cña tÊt c¶ c¸c diÔn t¶ vÒ dßng ch¶y s¸t mÆt ®îc sö dông trong m« h×nh
ph©n bè lµ ®Þnh luËt Darcy. §Þnh luËt Darcy gi¶ thiÕt r»ng cã mét quan hÖ tuyÕn tÝnh
gi÷a tèc ®é dßng ch¶y vµ gradient thuû lùc víi mét hÖ sè tû lÖ ®îc gäi lµ hÖ sè dÉn
thuû lùc, do ®ã:
d
(5.1)
Vx k
dx
trong ®ã: Vx lµ tèc ®é theo híng x L.T-1], lµ tæng n¨ng lîng hoÆc cét níc thuû
lùc [L] vµ k lµ hÖ sè dÉn thuû lùc [LT-1]. Theo thÝ nghiÖm ban ®Çu cña Henry Darcy
(1856) lµ cho dßng ch¶y qua c¸t b·o hoµ. Richard (1931) tæng hîp c¸c øng dông ®Þnh
luËt Darcy cho trêng hîp dßng ch¶y trong ®íi cha b·o hoµ b»ng c¸c gi¶ thiÕt r»ng
gi÷ nguyªn quan hÖ tuyÕn tÝnh nhng h»ng sè tû lÖ ®îc phÐp thay ®æi theo lîng tr÷
Èm hoÆc tiÒm n¨ng mao dÉn. Do ®ã:
d
Vx K (5.2)
dx
trong ®ã: lµ lîng Èm ®Êt. Hµm K() ®îc sö dông ®Ó chØ ra r»ng K lµ mét hµm cña
. Tæng n¨ng lîng tiÒm n¨ng xÊp xØ b»ng tæng tiÒm n¨ng mao dÉn [L] vµ mét cao
tr×nh trªn to¹ ®é nµo ®ã. Z [L]( Z ), bá qua c¸c th«ng sè kh¸c nh lµ tiÒm n¨ng
thÈm thÊu kÕt hîp víi nång ®é chÊt tan kh¸c nhau. Cho ®Êt cha b·o hoµ, tiÒm n¨ng
mao dÉn sÏ t¨ng gi¸ trÞ ©m v× dung tÝch níc gi¶m vµ níc trong lç hæng mao dÉn
ngµy cµng nhá. §iÒu nµy lµ do cã mét ¸p suÊt ngang qua mÆt ph©n c¸ch kh«ng khÝ-
níc, nã liªn hÖ nghÞch ®¶o víi b¸n kÝnh cong cña mÆt ph©n c¸ch. B¸n kÝnh nµy sÏ
nhá h¬n khi c¸c lç hæng nhá h¬n.
§Þnh luËt Darcy cã thÓ ®îc suy ra tõ c¸c ph¬ng tr×nh dßng ch¶y c¬ b¶n h¬n,
®îc gäi lµ c¸c ph¬ng tr×nh Navier-Stokes, nÕu c¸c gi¶ thiÕt ®îc x©y dùng vÒ b¶n
chÊt cho m«i trêng rçng tù nhiªn cã dßng ch¶y ®i qua, vµ nÕu dßng ch¶y ®ñ chËm ®Ó
ë trong tr¹ng th¸i chÈy tÇng (vÝ dô Hassanizadeh 1986). §©y lµ mét gi¶ thiÕt hay cho
dßng ch¶y trong m«i trêng rçng hçn hîp nhng cã thÓ ph¸ vì dßng ch¶y trong ®Êt víi
c¸c ®Æc trng bÊt ®ång nhÊt (ë ®ã x¸c ®Þnh gradient cña v lµ khã kh¨n ngo¹i trõ quy
m« rÊt nhá) vµ c¸c lç hæng lín (t¹i ®ã dßng ch¶y trong c¸c lç hæng lín vµ dßng ch¶y
trong lç hæng hçn hîp cã thÓ t¬ng øng víi c¸c lo¹i gradient côc bé kh¸c nhau). Do ®ã
®Þnh luËt Darcy chØ ®óng trong mét ph¹m vi giíi h¹n. Bíc ph¸t triÓn gÇn ®©y híng
®Õn xÊp xØ c¸c ph¬ng tr×nh dßng ®Ó thay thÕ ®Þnh luËt Darcy trong viÖc ¸p dông cho
c¸c sên dèc lín h¬n (vÝ dô Reggiani vµ nnk, 1999) nhng lý thuyÕt ®ã kh«ng ®¹t tíi
giai ®o¹n hiÖu qu¶ trong m« h×nh ma-dßng ch¶y. Tuy nhiªn, chó ý r»ng, sö dông
®Þnh luËt Darcy ®Ó diÔn t¶ c¸c dßng trong c¸c phÇn tö lín cña m« h×nh ph©n bè lµ gÇn
thÝch hîp vµ cã ý nghÜa r»ng, gi¸ trÞ ¶nh hëng cña hÖ sè dÉn thuû lùc yªu cÇu cã thÓ
kh¸c nh÷ng g× ®o ®¹c ®îc trong thùc ®Þa (xem phÇn 5.2 bªn díi).
Ph¬ng tr×nh quan träng kh¸c trong diÔn t¶ dßng ch¶y s¸t mÆt lµ ph¬ng tr×nh
123
- liªn tôc hoÆc ph¬ng tr×nh c©n b»ng khèi lîng (xem hép 2.3). Sù kÕt hîp cña ®Þnh
luËt Darcy víi ph¬ng tr×nh liªn tôc hoÆc ph¬ng tr×nh c©n b»ng khèi lîng t¹o thµnh
ph¬ng tr×nh dßng ch¶y (®îc gäi lµ ph¬ng tr×nh Richard) cã thÓ ®îc viÕt víi tiÒm
n¨ng mao dÉn nh biÕn phô thuéc:
K
K
C ET x, y, z , t (5.3)
t z
trong ®ã lµ tiÒm n¨ng mao dÉn côc bé, K( ) lµ hÖ sè dÉn thuû lùc trong ®íi cha b·o
hoµ, nã ®îc xem nh lµ hµm cña h¬n lµ cña , C( ) lµ mét hµm cña x¸c ®Þnh nh
lµ tû lÖ cña sù thay ®æi tr÷ lîng Èm víi sù thay ®æi cña 1 ®îc gäi lµ dung tÝch Èm
thùc vµ ET (x,y,z,t) lµ sù ®a níc lªn b»ng rÔ c©y ®Õn lîng bèc tho¸t h¬i tho¶ m·n
(xem môc 5.1.3 bªn díi). Mét ph¬ng tr×nh t¬ng ®¬ng víi lîng tr÷ Èm còng cã
thÓ ®îc viÕt nh lµ mét biÕn phô thuéc. Nguån gèc hai d¹ng cña ph¬ng tr×nh
Richard ®îc giíi thiÖu trong hép 5.1. Ph¬ng tr×nh Richard lµ mét ph¬ng tr×nh vi
ph©n riªng (xem hép 2.3) vµ bëi v× hÖ sè dÉn thuû lùc thay ®æi phi tuyÕn víi lîng tr÷
Èm nªn nã lµ mét ph¬ng tr×nh vi ph©n riªng phi tuyÕn. C¸c ph¬ng tr×nh nh vËy rÊt
khã gi¶i b»ng gi¶i tÝch, ngo¹i trõ c¸c trêng hîp cña ®iÒu kiÖn ban ®Çu vµ ®iÒu kiÖn
biªn vµ d¹ng rÊt ®¬n gi¶n cña quan hÖ phi tuyÕn liªn quan ®Õn lîng tr÷ Èm, tiÒm
n¨ng mao dÉn vµ hÖ sè dÉn thuû lùc ®îc gäi lµ ®êng cong ®Æc trng ®é Èm ®Êt.
NhiÒu c¸ch gi¶i cho trêng hîp ®Æc biÖt cña thÊm trªn bÒ mÆt ®Êt ®îc ®a ra trong
hép 5.2.
HÇu hÕt c¸c trêng hîp mµ c¸c nhµ thuû v¨n quan t©m ®Òu sö dông c¸ch gi¶i gÇn
®óng sè trÞ cho ph¬ng tr×nh. Còng cã mét sè c¸c ph¬ng ph¸p kh¸c, bao gåm sai ph©n
h÷u h¹n vµ phÇn tö h÷u h¹n, phÇn tö biªn, sai ph©n h÷u h¹n tæng hîp, vµ thÓ tÝch
h÷u h¹n (vÝ dô Pinder vµ Gray 1977). Toµn bé c¸c ph¬ng ph¸p nµy bao gåm gi¸n
®o¹n ho¸ khu vùc vµo trong m¹ng líi hoÆc c¸c phÇn tö (nh lµ gi¸n ®o¹n ho¸ phÇn
tö h÷u h¹n trong h×nh 5.1) vµ gi¶i cho c¸c gi¸ trÞ lîng tr÷ Èm hoÆc tiÒm n¨ng mao
dÉn t¹i mét sè lín c¸c nót, hoÆc lµ c¸c gãc hoÆc t¹i trung t©m c¸c phÇn tö (xem hép
5.3).
Lo¹i m« h×nh nµy yªu cÇu nhiÒu sè liÖu. Ph¶i cung cÊp c¸c th«ng sè m« h×nh cho
tÊt c¶ c¸c phÇn tö líi trong khu vùc dßng ch¶y vµ ®iÒu kiÖn biªn ph¶i ®îc x¸c ®Þnh
cho tÊt c¶ c¸c chiÒu dµi hoÆc diÖn tÝch khu vùc gi¸n ®o¹n. H×nh 5.1 chØ ra mét mÆt c¾t
hai chiÒu qua mét sên dèc víi sù gi¸n ®o¹n ho¸ thµnh mét líi phÇn tö h÷u h¹n vµ
chØ sè c¸c ®iÒu kiÖn biªn cã thÓ ®îc ¸p dông. §iÒu kiÖn biªn dßng x¸c ®Þnh ®îc gäi lµ
®iÒu kiÖn biªn lo¹i Cauchy; biªn dßng b»ng 0 (kh«ng thÊm) gäi lµ biªn Neuman; biªn
¸p suÊt x¸c ®Þnh ®îc gäi lµ ®iÒu kiÖn biªn lo¹i Dirichlet.
Däc theo biªn AD vµ BC, mét biªn ®èi xøng ®îc dïng víi gi¶ thiÕt r»ng ®iÒu kiÖn
dßng ch¶y lµ gièng nhau cho sên dèc ë phÝa kh¸c cña ®êng ph©n chia t¹i B hoÆc
kªnh t¹i D. Mét biªn ®èi xøng lµ t¬ng ®¬ng víi ®iÒu kiÖn kh«ng cã dßng ch¶y däc
theo híng th«ng thêng tíi biªn. Däc theo biªn CD, mét biªn kh«ng dßng ch¶y nãi
chung còng ®îc gi¶ thiÕt trªn c¬ së sên dèc n»m bªn trªn mét líp kh«ng thÊm hoÆc
líp c¸ch níc. §iÒu kiÖn biªn däc theo AB cã thÓ thay ®æi theo thêi gian. Trong khi
ma r¬i vµ bÒ mÆt ®Êt cha tÝch ®äng, sÏ cã cêng ®é dßng ch¶y b»ng cêng ®é lîng
124
- ma hiÖu qu¶ t¹i mÆt ®Êt. NÕu bÒ mÆt ®Êt ®¹t tíi b·o hoµ vµ thÊm vµo trong ®Êt b¾t
®Çu thÊp h¬n cêng ®é ma th× mét phÇn biªn nµy cã thÓ ®îc ®iÒu khiÓn nh lµ mét
biªn cét níc cè ®Þnh víi mét cét n¨ng lîng b»ng ®é s©u cña níc tÝch ®äng. Díi
®iÒu kiÖn biªn kh« h¹n, cã thÓ x¸c ®Þnh cêng suÊt dßng ch¶y b»ng lîng tæn thÊt lu
lîng tõ bÒ mÆt nh lµ bèc h¬i. C¸c nghiÖm thay ®æi theo thêi gian còng yªu cÇu c¸c
®iÒu kiÖn ban ®Çu t¹i ®iÓm b¾t ®Çu cña kho¶ng thêi gian m« pháng. §iÒu kiÖn ban
®Çu lµ gi¸ trÞ cña hoÆc cña t¹i tÊt c¶ c¸c nót dßng ch¶y t¹i thêi ®iÓm b¾t ®Çu m«
pháng.
H×nh 5.1: DiÔn t¶ phÇn tö h÷u h¹n cña mét mÆt c¾t th¼ng ®øng qua mét sên dèc sö dông líi hçn hîp
tam gi¸c vµ « vu«ng víi ®iÒu kiÖn biªn ®Æc biÖt cho khu vùc dßng ch¶y. C¸c diÖn tÝch mê diÔn t¶ ®íi b·o
nh« lªn c¾t ngang mÆt ®Êt trªn phÇn thÊp h¬n cña sên dèc.
Mét vÊn ®Ò chÝnh trong viÖc ¸p dông ph¬ng tr×nh Richard lµ x¸c ®Þnh ®êng
cong ®Æc trng ®é Èm ®Êt phi tuyÕn cho mét vÞ trÝ ®Æc biÖt hoÆc phÇn tö líi. HÇu hÕt
c¸c m« h×nh lo¹i nµy sö dông c¸c quan hÖ hµm gi÷a lîng tr÷ Èm, tiÒm n¨ng mao dÉn
vµ sù thay ®æi hÖ sè dÉn thuû lùc (xem hép 5.4). Toµn bé c¸c quan hÖ nh vËy ®îc x¸c
®Þnh bëi mét sè gi¸ trÞ c¸c th«ng sè. C¸c gi¸ trÞ th«ng sè cÇn thiÕt ®îc x¸c ®Þnh cho
tÊt c¶ c¸c phÇn tö trong líi. Mét thay ®æi cÊu tróc hµm cho viÖc diÔn t¶ c¸c ®Æc trng
®é Èm ®Êt ®îc ®Ò xuÊt. TÊt c¶ yªu cÇu mét sè c¸c th«ng sè kh¸c nhau ®îc x¸c ®Þnh.
HÇu hÕt hµm quan hÖ lµ ®¬n trÞ, nghÜa lµ mçi gi¸ trÞ kÕt hîp víi mét gi¸ trÞ duy nhÊt
, k() vµ C( ). Tuy nhiªn kh«ng ph¶i toµn bé c¸c lo¹i ®Êt ®Òu cho c¸c quan hÖ ®¬n trÞ
nh vËy, ®êng cong thÝch hîp cho lo¹i ®Êt Èm cã thÓ kh¸c ®êng cong thÝch hîp cho
lo¹i ®Êt kh«. §iÒu nµy ®îc xem nh lµ tÝnh trÔ cña ®é Èm ®Êt. Gi¸ trÞ gÇn ®óng cña
, k() vµ C( ) phô thuéc vµo sù thay ®æi cña theo thêi gian. Cã nhiÒu m« h×nh cña
c¸c ®Æc trng ®é Èm ®Êt trÔ s½n cã (môc tæng quan, xem Jaynes 1990), nhng chóng cã
khuynh híng dùa vµo c¸c diÔn t¶ ®Êt lý tëng ®Ó d¬n gi¶n vÊn ®Ò duy tr× ®iÒu kiÖn
kh« vµ Èm cho tõng nót.
§o ®¹c c¸c ®Æc trng ®é Èm ®Êt trªn thùc ®Þa hoÆc trªn c¸c mÉu t¬ng tù trong
phßng thÝ nghiÖm mÊt nhiÒu thêi gian vµ ®¾t ®á. Trong líp ®Êt bÊt ®ång nhÊt, c¸c gi¸
trÞ thu ®îc trªn mét mÉu cã thÓ kh«ng diÔn t¶ c¸c gi¸ trÞ phÇn tö líi cã hiÖu qu¶ cÇn
thiÕt trong m« h×nh. Mét kü thuËt ®îc ph¸t triÓn ®Ó gi¶i vÊn ®Ò nµy lµ sö dông hµm
chuyÓn ®æi thæ nhìng, nã cè g¾ng cung cÊp íc lîng c¸c th«ng sè trong diÔn t¶ to¸n
häc ®êng cong ®Æc trng ®é Èm ®Êt trong d¹ng c¸c biÕn, nh biÕn cÊu tróc ®Êt hÇu
nh dÔ ®o ®¹c h¬n (xem hép 5.5).
125
- Kh¸i niÖm hµm chuyÓn ®æi thæ nhìng lµ ®óng vÒ nguyªn t¾c nhng cÇn thiÕt
thËn träng trong ¸p dông thùc tÕ bëi v× c¸c hµm chuyÓn ®æi s½n cã hiÖn nay nãi chung
®îc x¸c lËp tõ sè liÖu thu ®îc tõ c¸c mÉu thÝ nghiÖm nhá. C¸c gi¸ trÞ th«ng sè ®·
íc lîng theo c¸ch nµy cã thÓ kh«ng phï hîp ë quy m« líi ®o. HÇu hÕt c¸c hµm
chuyÓn ®æi ®Òu dùa trªn ph©n tÝch håi quy cña c¸c th«ng sè ®Æc trng ®Êt t¬ng øng
víi cÊu tróc vµ c¸c biÕn kh¸c. KÕt qu¶ íc lîng cã thÓ ®îc kÕt hîp víi sai sè chuÈn
íc lîng nh mét ®é ®o bÊt ®Þnh kÕt hîp víi c¸c íc lîng. C¸c ph¬ng thøc hµm
chuyÓn ®æi ®· ®îc hîp thµnh trong phÇn mÒn m¸y tÝnh ®Æc trng ®Êt STATSGO cña
phßng n«ng nghiÖp Mü (USDASCS 1992), bao gåm c¸c th«ng tin vÒ cÊu tróc ®Êt cho tÊt
c¶ c¸c nhãm ®Êt chÝnh ë Mü, tõ ®ã cã thÓ nhËn ®îc c¸c íc lîng th«ng sè ®Æc trng ®é
Èm ®Êt.
Ph¬ng ph¸p míi h¬n nhËn ®îc c¸c gi¸ trÞ th«ng sè cho c¸c hµm ®Æc trng ®é Èm
®Êt lµ hiÖu chØnh m« h×nh cña c¸c hµm bªn trong thuËt to¸n gi¶i ph¬ng tr×nh
Richard, sao cho m« pháng tèt nhÊt sè liÖu ®é Èm ®Êt vµ sè liÖu mao dÉn tiÒm n¨ng. ë
nh÷ng n¬i ph¬ng ph¸p nµy ®îc ¸p dông lµ cét ®Êt trong phßng thÝ nghiÖm, lu
lîng tõ c¸c cét còng cã thÓ ®îc sö dông trong hiÖu chØnh. §©y còng ®îc gäi lµ
ph¬ng ph¸p nghÞch ®¶o. Cã mét sè lín tµi liÖu vÒ c¸c ph¬ng ph¸p nghÞch ®¶o cho c¸c
vÊn ®Ò níc ngÇm bao gåm chØ dßng ch¶y trong ®íi b·o hoµ (vÝ dô Mc Laughlin vµ
Townley 1996) vµ mét phÇn mÒm dßng ch¶y níc ngÇm ®îc sö dông réng r·i,
MODFLOW, lµ s½n cã tõ USGS víi mét th«ng sè diÔn to¸n tèi u ho¸ ®îc biÕt nh lµ
MODFLOW (Poeter vµ Hill 1997). Víi dßng ch¶y cha b·o hoµ ph¬ng ph¸p nghÞch
®¶o ®îc Kool vµ nnk (1987) tæng hîp l¹i vµ mét ¸p dông ®Ó x¸c ®Þnh c¸c ®Æc trng ®é
Èm ®Êt trÔ ®· ®îc lµm bëi Simunek vµ nnk (1999). Nh×n chung, hiÖu chØnh c¸c th«ng
sè dßng ch¶y s¸t mÆt kh«ng ph¶i lµ bµi to¸n nghÞch ®¶o mÉu tèt, thêng kh«ng cã ®Çy
®ñ th«ng tin vÒ dßng ch¶y vµ gi¸ trÞ c¸c th«ng sè íc lîng cã thÓ nh¹y víi sai sè
trong cÊu tróc m« h×nh, ®iÒu kiÖn biªn vµ c¸c quan tr¾c. §Æc biÖt trong trêng hîp phi
tuyÕn cña dßng ch¶y cha b·o hoµ, cã thÓ khã ®¹t ®îc c¸c gi¸ trÞ th«ng sè tèi râ
rµng (vÝ dô Abeffuk vµ Wheater 1990; Hollenbeck vµ Jensen 1998). Ch¬ng 7 sÏ th¶o
luËn chung h¬n viÖc hiÖu chØnh th«ng sè.
Cã mét sè phÇn mÒm m¸y tÝnh kh¸c ®Ó gi¶i ph¬ng tr×nh Richard mét, hai, hoÆc
ba chiÒu víi gi¶ thiÕt c¸c gi¸ trÞ th«ng sè ¶nh hëng cho ®Þnh luËt dßng ch¶y Darcy cã
thÓ x¸c ®Þnh ë quy m« phÇn tö, nh ch¬ng tr×nh phÇn tö h÷u h¹n HYDRUS-2D cho
tÝnh to¸n dßng ch¶y vµ sù vËn chuyÓn cña Simunek vµ nnk (1996). §iÒu nµy còng bao
gåm c¸c m« h×nh sö dông sù tiÕp cËn hai khu vùc dù b¸o dßng ch¶y u tiªn (vÝ dô m«
h×nh CHAIN-2D cña Mechanty vµ nnk (1998) vµ m« h×nh MACRO cña Jarvis vµ nnk
(1991). Sù phøc t¹p cña nghiÖm chÝnh x¸c thu ®îc cho thÊy r»ng ph¸t triÓn c¸ch gi¶i
tèt nhÊt thuéc vÒ c¸c chuyªn gia gi¶i tÝch sè nhng c¸c ®iÓm tiÕp theo lµ nh÷ng lu ý
cã gi¸ trÞ cho bÊt kú phÇn mÒm nµo:
Toµn bé kü thuËt gi¶i cho bµi to¸n phi tuyÕn nµy lµ ph¬ng ph¸p gÇn ®óng vµ
rÊt khã ®Ó kh¸i qu¸t r»ng mét ph¬ng ph¸p cã ®é chÝnh x¸c cao h¬n c¸c ph¬ng ph¸p
kh¸c trong mét bµi to¸n cô thÓ.
Víi mét thuËt to¸n gi¶i bÊt kú phï hîp víi ph¬ng tr×nh vi ph©n, ®é chÝnh x¸c sÏ
126
- phô thuéc vµo sù gi¸n ®o¹n ho¸ kh«ng gian vµ thêi gian sö dông. §é mÞn cña bíc
kh«ng gian t¨ng lªn (hoÆc sö dông c¸c phÇn tö nhá h¬n) th× bíc thêi gian ph¶i ng¾n
h¬n.
Cã thÓ cÇn thiÕt sö dông mét sè lín c¸c nót líi ®Ó diÔn t¶ khu vùc dßng ch¶y,
®Æc biÖt trong kh«ng gian ba chiÒu. §iÒu nµy yªu cÇu gi¶i cho mét ph¬ng tr×nh ma
trËn kh«ng gian rÊt lín Ýt nhÊt lµ ngay t¹i tõng bíc thêi gian, cïng víi tÝnh to¸n
hµm phi tuyÕn t¹i tõng nót. Thêi gian tÝnh to¸n yªu cÇu t¨ng nhanh víi sè nót.
C¸c bµi to¸n ë ®ã gradient thuû lùc lín ®îc mong ®îi, nh lµ front Èm trong
suèt qu¸ tr×nh thÊm, hoÆc quanh mét giÕng phun, sÏ yªu cÇu líi phÇn tö nhá (vµ c¶
bíc thêi gian nhá), ®Ó diÔn t¶ gradient vµ tèc ®é dßng ch¶y mét c¸ch ®Çy ®ñ trong
phÇn ®ã cña ph¹m vi dßng ch¶y. §iÒu nµy dêng nh lµ râ rµng nhng thêng kh«ng
thÊy râ trong c¸c ¸p dông ®îc c«ng bè cña m« h×nh ph©n bè.
Gi¶i víi ®é Èm ®Êt nh lµ mét biÕn phô thuéc cã khuynh híng tèt h¬n trong
®iÒu kiÖn ®Êt kh«; gi¶i víi mao dÉn tiÒm n¨ng nh lµ mét biÕn phô thuéc cã khuynh
híng tèt h¬n trong ®iÒu kiÖn ®Êt Èm.
Mét sè ph¬ng ph¸p gi¶i ®Æc biÖt lµ gi¶i hiÖn, khi gi¶i ë bíc thêi gian thø nhÊt
chØ phô thuéc vµo c¸c gi¸ trÞ hµm phi tuyÕn ®îc tÝnh t¹i bíc thêi gian t-1 (xem hép
5.3), sÏ ®a ra nghiÖm kh«ng æn ®Þnh nÕu bíc thêi gian qu¸ lín. Sù kh«ng æn ®Þnh
thêng ®îc xem nh lµ mét dao ®éng lín t¨ng lªn khi gi¶i t¹i vµi nót. §Ó thùc hiÖn
tèt s¬ ®å gi¶i hiÖn ph¶i kiÓm tra sù æn ®Þnh, mÆc dï ph¶i chi phÝ tÝnh to¸n bæ sung vµ
hiÖu chØnh bíc thêi gian t¬ng øng.
Gi¶i Èn, sö dông c¸c gi¸ trÞ biÕn vµ hµm t¹i c¶ t vµ t-1 (xem hép 5.3) nãi chung sÏ
æn ®Þnh h¬n nhiÒu vµ cã thÓ sö dông bíc thêi gian dµi h¬n nhiÒu, nhng cã thÓ bao
gåm mét sè lín c¸c bíc lÆp t¹i mçi bíc thêi gian ®Ó phÐp gi¶i héi tô t¹i bíc thêi
gian t.
Cã vµi vÊn ®Ò cè h÷u vÒ sù æn ®Þnh trong phÐp gi¶i ph¬ng tr×nh Richard, mÆc
dï ®· sö dông mét s¬ ®å bíc thêi gian Èn. §iÒu nµy lµ v× hµm tr÷ lîng Èm ®Êt phi
tuyÕn (C( )) trong ph¬ng tr×nh 5.1) cã ®Ønh t¹i mét gi¸ trÞ ch¾c ch¾n . Do ®ã cã thÓ
gi¶i t¹i mét nót ®Ó t×m ra c¸c gi¸ trÞ kh¸c cña , trong khi ®ã vÉn gi÷ gi¸ trÞ gÇn ®óng
cña C( ).
Trong ph¹m vi dßng ch¶y kh«ng ®ång nhÊt, c¸c gi¸ trÞ cña c¸c th«ng sè ë quy m«
líi hay phÇn tö cã thÓ phô thuéc vµo kÝch cì c¸c phÇn tö. Trêng hîp kh«ng cÇn thiÕt
lµ trêng hîp mµ mét diÔn t¶ Darcy cña dßng ch¶y sö dông c¸c gi¸ trÞ th«ng sè ¶nh
hëng t¹i quy m« phÇn tö m« h×nh lµ mét diÔn t¶ ®Çy ®ñ c¸c qu¸ tr×nh dßng ch¶y. Sù
¶nh hëng vÒ tÝnh kh«ng ®ång nhÊt kh«ng gian cña c¸c ®Æc trng ®Êt, biÕn thêi gian
do qu¸ tr×nh thay ®æi cña líp vá vµ c¸c qu¸ tr×nh kh¸c, vµ dßng ch¶y u tiªn trong ®Êt
cã cÊu tróc, lµ c¸c chñ ®Ò nghiªn cøu víi c¸c m« h×nh m« t¶ kh«ng phï hîp nãi chung.
Thêng trong kiÓm tra m« h×nh, sö dông bíc thêi gian, kh«ng gian kh¸c nhau
®èi chiÕu víi c¸c trêng hîp kiÓm tra ®¬n gi¶n. Kh«ng b¶o ®¶m tuyÖt ®èi r»ng gi¶i gÇn
®óng ph¬ng tr×nh vi ph©n riªng phi tuyÕn sÏ æn ®Þnh vµ chÝnh x¸c trong tÊt c¶ c¸c
trêng hîp. ViÖc kiÓm chøng ®èi chiÕu víi c¸c trêng hîp kiÓm tra tèt nhÊt (nhng
127
- còng Ýt nhÊt) sÏ lµ ®a ra mét híng dÉn.
5.1.2. DiÔn to¸n dßng ch¶y mÆt vµ dßng ch¶y trong kªnh
C¬ së vËt lý cña m« h×nh dßng ch¶y trµn vµ dßng ch¶y trong kªnh lµ t¬ng tù
nhau. Trong c¶ hai trêng hîp, m« h×nh ho¸ ma-dßng ch¶y quy m« lu vùc dßng
ch¶y mét chiÒu xu«i dèc hoÆc xu«i dßng ®îc xem lµ gÇn ®óng thÝch hîp víi dßng ch¶y
ba chiÒu ®Çy ®ñ. Gi¶i mét chiÒu ph¶i sö dông lu tèc b×nh qu©n mÆt c¾t ngang nh lµ
biÕn gi¶i, thËm chÝ cho c¶ trêng hîp dßng ch¶y b·i trµn cña kªnh vµ dßng ch¶y b·i
trµn cã ®é s©u thay ®æi (h×nh 5.2). Trêng hîp mét chiÒu cã thÓ ®îc diÔn t¶ b»ng c¸c
ph¬ng tr×nh x©y dùng bëi Barre' de St Venant (1797-1886). C¸c ph¬ng tr×nh nµy gi¶
thiÕt r»ng dßng ch¶y cã thÓ ®îc diÔn t¶ b»ng c¸c ®¹i lîng lu tèc mÆt c¾t ngang vµ
®é s©u ®îc x©y dùng tõ c©n b»ng khèi lîng vµ ®éng lîng trong dßng ch¶y. Do ®ã,
cho lu tèc b×nh qu©n dßng ch¶y v, ®é s©u b×nh qu©n h trong mét diÖn tÝch mÆt c¾t
ngang A vµ chu vi ít P, ®é dèc ®¸y kªnh S0 vµ dßng nhËp trªn mét d¬n vÞ ®é dµi cña
®é dèc hoÆc kªnh i, ph¬ng tr×nh c©n b»ng khèi lîng cã thÓ viÕt:
A v A
(5.4)
A v i
t x x
vµ ph¬ng tr×nh c©n b»ng ®éng lîng, gi¶ thiÕt r»ng níc lµ kh«ng nÐn ®îc:
Av Av 2 Agh f2
gAs0 gp v
(5.5)
t x x 2g
trong ®ã f lµ hÖ sè nh¸m ®ång nhÊt Darcy-Weisbach.
H×nh 5.2: S¬ ®å dßng ch¶y mÆt. (a) DiÔn t¶ mét chiÒu dßng ch¶y trong kªnh hë víi lu lîng Q, diÖn tÝch
mÆt c¾t ngang A, chu vi ít P, lu tèc b×nh qu©n v vµ ®é s©u trung b×nh y. (b) DiÔn t¶ mét chiÒu cña dßng
ch¶y trµn nh lµ mét dßng ch¶y cã lu lîng q, ®é réng W, lu tèc b×nh qu©n v vµ ®é s©u trung b×nh h,
trong c¶ hai trêng hîp ®é dèc lµ S0, kho¶ng c¸ch x däc theo ®é dèc kªnh.
Ph¬ng tr×nh Saint Venant lµ mét diÔn t¶ ®éng lùc ®Çy ®ñ hoÆc diÔn t¶ sãng ®éng
lùc cña dßng ch¶y. Ph¬ng tr×nh cã thÓ ®îc sö dông trong diÔn to¸n sãng lò vµ thuû
®å cho mét kªnh hoÆc trong mét ®o¹n cña líi s«ng. Vi ph©n c¸c ph¬ng tr×nh nµy
®îc ®a ra trong hép 5.6 cïng víi viÖc më réng phiªn b¶n ®¬n gi¶n ®îc biÕt nh lµ
gÇn ®óng sãng khuÕch t¸n vµ sãng ®éng häc, kÕt qu¶ cã ®îc tõ viÖc bá qua c¸c ®¹i
128
- lîng kh¸c trong ph¬ng tr×nh 5.5. Nh trong trêng hîp cña ph¬ng tr×nh Richard
cña phÇn tríc, gi¶i hÖ ph¬ng tr×nh Saint Venant cho c¸c trêng hîp quan t©m thùc
tÕ nãi chung cÇn mét thuËt to¸n gi¶i gÇn ®óng sè trÞ. Nç lùc ®Çu tiªn lµ phÐp gi¶i sai
ph©n h÷u h¹n hiÖn cho c¸c ph¬ng tr×nh Saint Venant cña Stoker n¨m 1957. B©y giê
cã c¸c s¬ ®å sai ph©n h÷u h¹n æn ®Þnh h¬n nh lµ ph¬ng ph¸p gi¶i Èn 4 ®iÓm m« t¶
bëi Fread (1973-1985), ®· ®îc sö dông díi c¸c ®iÒu kiÖn cùc trÞ cña diÔn to¸n sãng
lò do vì ®Ëp (VD Fread 1985). DiÔn to¸n cho m« h×nh ma-dßng ch¶y nh×n chung
kh«ng cùc trÞ.
C¸c yªu cÇu kh¸c ®Ó ¸p dông mét m« h×nh nh vËy lµ th«ng tin vÒ ®Þa h×nh cña
kªnh. Mét thèng kª vÒ lu tèc vµ ®é s©u ban ®Çu cña dßng ch¶y t¹i thêi ®iÓm b¾t ®Çu
gi¶i, c¸c ®iÒu kiÖn biªn ë c¶ thîng lu vµ h¹ lu cña mét ®o¹n s«ng. Toµn bé nh÷ng
thø nµy-®Þa h×nh, hÖ sè nh¸m, ®iÒu kiÖn ban ®Çu vµ ®iÒu kiÖn biªn chØ ®îc biÕt mét
c¸ch kh«ng chÝnh x¸c vµ cÇn thiÕt tíi c¸c gi¶ thiÕt ®¬n gi¶n.
VÒ khÝa c¹nh ®Þa h×nh kªnh, nã thêng ®îc gi¶ thiÕt h×nh d¹ng cña kªnh cã thÓ
®îc néi suy gi÷a c¸c profile mÆt c¾t ngang kh¶o s¸t ®o ®¹c t¹i c¸c kho¶ng c¸ch kh¸c
nhau däc theo kªnh. T¹i dßng ch¶y thÊp ®iÒu nµy sÏ kh«ng ®a ra mét sù m« t¶ tèt vÒ
c¸c ¶nh hëng cña ®Þa h×nh ao tï cña kªnh; t¹i dßng ch¶y b·i trµn cao, cã thÓ kh«ng
®a ra sù tÝnh to¸n tèt vÒ c¸c ¶nh hëng cña c¸c biÕn ®ª, biªn c¸nh ®ång vµ c¸c c¶n
trë kh¸c tíi dßng ch¶y. §iÒu nµy còng sÏ ¶nh hëng tíi c¸c gi¸ trÞ gÇn ®óng cña th«ng
sè nh¸m hiÖu qu¶, ph¶n ¸nh toµn bé c¸c nguyªn nh©n tæn thÊt ®éng lîng trong mét
®o¹n kªnh. Do ®ã, c¸c gi¸ trÞ ¶nh hëng ph¶i kh¸c nhau víi gi¸ trÞ suy ra tõ profile
lu tèc ®o ®¹c t¹i ®iÓm ®¬n bÊt kú trong kªnh vµ còng cã thÓ yªu cÇu mét diÔn t¶
th«ng sè cña hÖ sè nh¸m thay ®æi nh thÕ nµo theo ®é s©u cña dßng ch¶y, ®Æc biÖt cho
dßng ch¶y b·i trµn díi ®iÒu kiÖn lò.
§iÒu kiÖn biªn sÏ cã mét ¶nh hëng quan träng trong khi gi¶i. HÖ ph¬ng tr×nh
Saint Venant yªu cÇu ®iÒu kiÖn biªn ph¶i chØ râ biªn thîng lu vµ biªn h¹ lu (®èi
lËp víi gi¶i gÇn ®óng sãng ®éng häc th¶o luËn bªn díi). Thùc tÕ, bëi v× trong khi gi¶i
cã 2 Èn, lu tèc vµ ®é s©u cho tõng mÆt c¾t ngang, hai ®iÒu kiÖn biªn thîng lu vµ
hai ®iÒu kiÖn biªn h¹ lu ®îc yªu cÇu cho tÊt c¶ c¸c ®o¹n s«ng tÝnh to¸n. §iÓm nhËp
dßng gi÷a c¸c ®o¹n s«ng sÏ yªu cÇu mét vµi ®iÒu kiÖn ®Æc biÖt ®Ó ch¾c ch¾n gi¶i ®îc
cho c¶ ®o¹n s«ng thîng vµ h¹ lu. Thùc tÕ hiÕm cã ®iÒu kiÖn biªn ®îc x¸c ®Þnh trùc
tiÕp trong d¹ng cña tèc ®é vµ ®é s©u t¹i tõng biªn. Nh×n chung, chóng kh«ng s½n cã.
Cao tr×nh mÆt níc hoÆc mùc níc l¹i cã s½n h¬n, Ýt nhÊt lµ t¹i c¸c ®iÓm ®o, ®ã thêng
lµ c¸c ®iÓm biªn trong phÐp gi¶i cho mét con s«ng lín h¬n. Mét ®o ®¹c mùc níc cã thÓ
®îc sö dông víi mét ®êng mùc níc-lu lîng gÇn ®óng vµ kh¶o s¸t mÆt c¾t ngang
®Ó íc lîng gÇn ®óng lu lîng vµ diÖn tÝch mÆt c¾t ngang, tõ ®ã cã thÓ ®a ra lu
tèc b×nh qu©n mÆt c¾t. §êng cong mùc níc- lu lîng cã thÓ ®îc ®o ®¹c, cã thÓ lµ
mét ®êng cong lý thuyÕt cña cÊu tróc tr¹m, hoÆc cã thÓ nhËn ®îc bëi gi¶ thiÕt r»ng
cã mét vïng dßng ch¶y ®ång nhÊt t¹i biªn. Trong trêng hîp cuèi cïng, quan hÖ gi÷a
lu tèc vµ mùc níc cã thÓ ®îc diÔn t¶ bëi mét ph¬ng tr×nh dßng ch¶y ®Òu nh lµ
ph¬ng tr×nh Manning hoÆc ph¬ng tr×nh Darcy-Weisbach (xem hép 5.6), ®a ra c¸c
hiÓu biÕt vÒ hÖ sè nh¸m gÇn ®óng.
129
- Tuy nhiªn, ë ®©y cÇn cã mét chót quan t©m. Sö dông ®êng cong mùc níc-lu
lîng chÊp nhËn bÒ mÆt níc lu«n lu«n song song víi ®¸y. Tuy nhiªn hÖ ph¬ng tr×nh
®éng lùc häc ®Çy ®ñ c«ng nhËn r»ng ®êng mÆt níc dèc h¬n ®é dèc ®¸y trªn nh¸nh
lªn cña thuû ®å vµ nhá h¬n trªn nh¸nh xuèng, kÕt qu¶ lµ mét ®êng cong mùc níc-
lu lîng trÔ hoÆc mét ®êng cong mùc níc-lu lîng vßng d©y. Gi¶ thiÕt dßng ch¶y
®ång nhÊt chØ cã thÓ cung cÊp mét ®iÒu kiÖn biªn gÇn ®óng cho phÐp gi¶i. H¬n n÷a
quan träng lµ ®¸nh gi¸ c¸c gi¶ thiÕt nµo ®îc dïng trong diÔn t¶ vµ gi¶i cho tõng qu¸
tr×nh.
Ph¶i nhí r»ng diÔn t¶ dßng ch¶y trong kªnh lµ mét diÔn t¶ mét chiÒu víi c¸c biÕn
gi¶i lµ lu tèc vµ ®é s©u trung b×nh cña dßng ch¶y. Lo¹i diÔn t¶ nµy kh«ng thËt chÝnh
x¸c trong mét trËn lò, khi hÖ sè nh¸m, lu tèc vµ ®é s©u côc bé cña dßng ch¶y cã thÓ
thay ®æi nhiÒu trong mÆt c¾t ngang. Trong c¸c ph¸t triÓn gÇn ®©y, c¸c m« h×nh hai
chiÒu ®îc ®a vµo sö dông réng r·i. C¸c m« h×nh nh vËy cã thÓ dù b¸o cÊu tróc cña
lu tèc trung b×nh, ®é s©u trong kªnh vµ mÆt c¾t ngang cña mét b·i trµn mÆc dï cã Ýt
kiÓm chøng dù b¸o nh thÕ ®èi chiÕu víi sè liÖu quan tr¾c. VÝ dô m« h×nh TELEMAC-
2D vµ RMA2 (xem vÝ dô Bates vµ nnk 1992, 1995). M« h×nh ba chiÒu cho dßng ch¶y bÒ
mÆt sö dông phÇn mÒm ®éng lùc chÊt láng tÝnh to¸n chung ®ang b¾t ®Çu ®îc sö
dông (xem tæng quan cña Lane 1998), cã kh¶ n¨ng thùc hiÖn sai tÝnh to¸n cho bµi to¸n
quy m« nhá. ThËm chÝ cßn cã nhiÒu ®iÒu cÇn nghiªn cøu vÒ c¸c diÔn t¶ phï hîp tæn
thÊt rèi vµ tæn thÊt ®éng lîng trong kªnh tù nhiªn cho c¸c m« h×nh nh vËy.
Nh trong trêng hîp gi¶i dßng ch¶y s¸t mÆt cßn mét sè ®iÓm sÏ ph¸t sinh khi
®¸nh gi¸ mét m« h×nh thuû lùc cña c¸c qu¸ tr×nh dßng ch¶y mÆt:
TÊt c¶ cho phÐp gi¶i sè trÞ cho ph¬ng tr×nh dßng ch¶y lµ gÇn ®óng vµ cã thÓ lµ
®èi tîng khuÕch t¸n sè. TiÕp ®ã, mét sè lín c¸c nót cã thÓ lµ cÇn thiÕt ®Ó diÔn t¶
ph¹m vi dßng ch¶y vµ phÐp gi¶i hiÖn cã thÓ cÇn bíc thêi gian cùc ng¾n.
Mét ®iÒu khiÓn quan träng vÒ ®é chÝnh x¸c trong diÔn t¶ c¸c qu¸ tr×nh dßng ch¶y
thùc lµ ®Þa h×nh cña khu vùc dßng ch¶y. C¸c kh¶o s¸t lµ tèn kÐm vµ trong ¸p dông cÇn
thiÕt mét sù tho¶ hiÖp.
X¸c ®Þnh ®iÒu kiÖn biªn vµ hÖ sè nh¸m còng quan träng. HÖ sè nh¸m hiÖu qu¶
cã thÓ phô thuéc ®é s©u dßng ch¶y vµ ph¶i xem xÐt tæn thÊt ®éng lîng do c¸c chíng
ng¹i vËt (c©y, têng ...) còng nh ®é nh¸m bÒ mÆt ®¸y kªnh vµ c¸c bê.
Lu«n lu«n kiÓm tra m« h×nh, sö dông c¸c bíc thêi gian vµ kh«ng gian kh¸c
nhau ®èi chiÕu víi c¸c trêng hîp kiÓm tra ®¬n gi¶n ®Ó ®¸nh gi¸ sù héi tô vµ c¸c ®Æc
trng æn ®Þnh cña thuËt to¸n gi¶i.
5.1.3. Sù cÇm gi÷, bèc tho¸t h¬i níc vµ tuyÕt tan
BÊt kú mét m« h×nh lu vùc dùa trªn vËt lý nµo còng yªu cÇu c¸c thµnh phÇn cho
sù gi÷ l¹i, bèc tho¸t h¬i níc vµ tuyÕt tan. Nh÷ng ®iÒu nµy trong sù liªn kÕt ban ®Çu
víi thµnh phÇn dßng ch¶y s¸t mÆt, sÏ ®iÒu khiÓn sù m« pháng cña c¸c ®iÒu kiÖn kú
tríc cho mét trËn ma, vµ c¸c ®Çu vµo trong suèt trËn ma, chóng lµ quan träng
trong viÖc dù b¸o dßng ch¶y tõ trËn ma nµy. Mét tËp hîp mÉu c¸c thµnh phÇn, nh
trong m« h×nh SHE sÏ th¶o luËn ë phÇn tiÕp theo, sö dông sù tÝnh to¸n bèc tho¸t h¬i
130
- níc thùc Penman-Monteith (xem hép 3.1), mét m« h×nh tr÷ lîng gi÷ l¹i gièng nh
m« h×nh Rutter (xem hép 3.2) vµ mét m« h×nh c©n b»ng n¨ng lîng ®Çy ®ñ hoÆc lµ m«
h×nh tuyÕt tan ®é-ngµy (xem hép 3.2).
5.2. M« h×nh ma-dßng ch¶y dùa trªn vËt lý quy m« lu vùc
5.2.1. Sù kÕt hîp gi÷a c¸c diÔn t¶ qu¸ tr×nh bÒ mÆt vµ s¸t mÆt: Híng ®Õn
mét m« pháng ba chiÒu ®Çy ®ñ
M« h×nh ph©n bè ®îc x¸c ®Þnh bëi Freeze vµ Harlan (1969) lµ mét diÔn t¶ dßng
ch¶y s¸t mÆt b·o hoµ-kh«ng b·o hoµ ba chiÒu ®Çy ®ñ ®îc kÕt hîp víi mét diÔn t¶
dßng ch¶y mÆt hai chiÒu vµ diÔn t¶ dßng ch¶y trong kªnh mét chiÒu. Sù kÕt hîp cña
c¸c diÔn t¶ c¸c qu¸ tr×nh kh¸c nhau cã thÓ ®¹t ®îc th«ng qua c¸c ®iÒu kiÖn biªn
th«ng thêng. VÝ dô, ®é s©u tÝch ®äng cña níc trªn bÒ mÆt ®Êt ®îc dù b¸o bëi mét
phÐp gi¶i dßng ch¶y trµn cã thÓ dïng ®Ó x¸c ®Þnh biªn ®Çu níc côc bé cho phÐp gi¶i
dßng ch¶y s¸t mÆt trong m« pháng cêng ®é thÊm. T¬ng tù ®é s©u cña dßng ch¶y
®îc dù b¸o trong kªnh cung cÊp ®iÒu kiÖn biªn cét níc ®Þa ph¬ng cho dù b¸o c¸c
®êng dßng tõ ®íi b·o hoµ ®i qua ®¸y cña kªnh. Do ®ã, ban ®Çu toµn bé qu¸ tr×nh cã
thÓ ®îc gi¶i trong mét hÖ thèng c¸c ph¬ng tr×nh dùa trªn toµn bé c¸c ®iÒu kiÖn biªn
th«ng thêng. Trong thùc tÕ, ®Ó ¸p dông mét diÔn t¶ nh vËy ë quy m« lu vùc hoÆc
thËm chÝ ë quy m« cña mét sên dèc yªu cÇu sè lîng thêi gian tÝnh to¸n rÊt lín thËm
chÝ víi c¶ c¸c m¸y tÝnh siªu m¹nh ngµy nay. Do ®ã, hÇu hÕt c¸c m« h×nh ph©n bè ®· cè
g¾ng gi¶m khèi lîng tÝnh to¸n theo mét sè c¸ch, mÆc dï vËy phÐp gi¶i ba chiÒu ®ang
b¾t ®Çu ®îc quan t©m khi c¸c c«ng cô thùc hiÖn ®îc trong t¬ng lai.
Mét sè c¸c kü thuËt kh¸c ®· ®îc sö dông, ®Çu tiªn lµ sö dông mét líi th« sao
cho cã mét Ýt nót líi h¬n, mét sè c¸c ph¬ng tr×nh nhá h¬n ph¶i ®îc gi¶i t¹i tõng
bíc thêi gian, vµ th«ng sè cÇn ®îc x¸c ®Þnh Ýt h¬n. ThËt lµ nguy hiÓm khi sö dông
mét m« h×nh mµ gi¶i c¸c ph¬ng tr×nh ®Çu tiªn kh«ng chÝnh x¸c. §©y lµ nguy hiÓm
thùc sù! Nã ch¾c ch¾n cho viÖc ¸p dông hÇu hÕt c¸c m« h×nh ph©n bè ®· ®îc sö dông
trong diÔn t¶ c¸c qu¸ tr×nh ma-dßng ch¶y ë quy m« lu vùc cho ®Õn b©y giê.
Mét kü thuËt thø 2 ®· gi¶m ®i sè chiÒu cña bµi to¸n, vÝ dô chia nã thµnh c¸c phÇn
nhá h¬n. Mét c¸ch ®Ó lµm ®iÒu nµy ®· gi¶i quyÕt trong ®íi cha b·o hoµ, n¬i dßng
ch¶y theo híng th¼ng ®øng chiÕm u thÕ nh lµ mét bµi to¸n mét chiÒu vµ trong ®íi
b·o hoµ n¬i dßng ch¶y ngang chiÕm u thÕ nh lµ mét bµi to¸n hai chiÒu. §©y lµ sù
tiÕp cËn chÊp nhËn bëi m« h×nh SHE (H×nh 5.3; xem Abbott vµ nnk 1986a). §iÒu nµy
cã thÓ lµm t¨ng sè lîng c¸c vÊn ®Ò trong viÖc liªn kÕt c¸c phÐp gi¶i t¹i biªn n¬i mµ cã
c¸c chuyÓn ®éng lªn vµ xuèng cña mÆt níc ngÇm khi ®Êt ít vµ kh«. Gi¶i c¸c bµi
to¸n trong ®íi b·o hoµ phô thuéc vµo profile thµnh phÇn níc trong ®íi cha b·o hoµ
cho tõng phÇn tö líi vµ ngîc l¹i. Th«ng thêng yªu cÇu gi¶i lÆp ®Ó ®¹t ®îc sù héi
tô cña hai phÐp gi¶i. Gi¶i lÆp t¬ng tù cã thÓ ®îc yªu cÇu ®Ó ®¹t ®îc sù héi tô t¹i
c¸c nót trªn bÒ mÆt ®Êt. N¬i ®ã biªn cã thÓ bÞ thay ®æi tõ ®iÒu kiÖn thÊm ®Õn ®iÒu kiÖn
tÝch ®äng trong suèt trËn ma.
131
- H×nh 5.3: S¬ ®å gi¸n ®o¹n mét lu vùc dùa vµo líi nh m« h×nh SHE (theo Refsgaard vµ Storm 1995).
T¸i t¹o víi sù cho phÐp cña Ên phÈm tµi nguyªn níc LLC.
H×nh 5.4. §å thÞ s¬ ®å gi¸n ®o¹n ho¸ mÆt sên dèc lu vùc nh trong m« h×nh IHDM (Calder vµ Wood
1995)
Mét kü thuËt thay thÕ ®Ó tr¸nh sù liªn kÕt gi÷a c¸c vïng cha b·o hoµ vµ b·o hoµ.
Vµ thay cho viÖc ph©n chia däc theo c¸c ®êng dèc lín nhÊt trong lu vùc ®Ó t¹o ra
mét sè c¸c mÆt sên dèc t¹i ®ã chóng ®îc gi¶i t¸ch riªng "trong d¹ng song song". MÆt
c¾t th¼ng ®øng däc theo mçi mÆt sau ®ã ®îc gi¸n ®o¹n theo hai chiÒu, gi¶ thiÕt r»ng
c¸c ®iÒu kiÖn c¾t ngang qua tõng mÆt ®îc xem lµ ®ång nhÊt. §©y lµ sù tiÕp cËn chÊp
nhËn bëi m« h×nh IHDM (h×nh 5.4 xem Calder vµ Wood 1995). Sau ®ã c¸c m« h×nh
nh lµ TOPOG (Vertessy vµ nnk 1993) sö dông c¸c mÆt sên dèc ®é réng thay ®æi
nhng ®îc ph©n chia thµnh ®íi b·o hoµ vµ ®íi cha b·o hoµ; VSAS2 còng sö dông
c¸c mÆt sên dèc ®é réng thay ®æi nhng cã mét sù ph©n chia biÕn thêi gian cña diÖn
tÝch ®ãng gãp b·o hoµ ®Ó gi¶m nhÑ vÊn ®Ò gi¶i sè trÞ ph¬ng tr×nh Richard khi mét
phÇn cña ph¹m vi dßng ch¶y ®· b·o hoµ ®Çy ®ñ (Berner 1985; Prevost vµ nnk 1990;
Davie 1996) vµ m« h×nh Duffy (1996) còng sö dông mÆt sên dèc nhng gi¶i cho tr÷
lîng Èm t¹i tõng ®iÓm tæ hîp trªn profile cho c¶ hai ®íi b·o hoµ vµ cha b·o hoµ.
132
- B¶ng 5.1: C¸c th«ng sè tèi thiÓu ®îc yªu cÇu cho mét m« h×nh dùa trªn c¸c qu¸ tr×nh ë quy m« lu vùc
Th«ng sè Ký §¬n vÞ
hiÖu
C¸c th«ng sè dßng ch¶y s¸t mÆt (cho tõng lo¹i ®Êt trªn
phÇn tö ngang)
ms-1
Ks /s
Ma trËn hÖ sè dÉn thuû lùc b·o hoµ
HÖ sè rçng _
C¸c th«ng sè ®Æc trng ®é Èm ®Êt (xem hép 5.4)
C¸c th«ng sè thùc vËt (cho tõng lo¹i thùc vËt)
Tû lÖ cña lîng xuyªn qua trùc tiÕp P _
Dung tÝch lîng tr÷ gi÷ l¹i C m
Th«ng sè ng¨n c¶n sù th¸o níc _
sm-1
Søc c¶n khÝ ®éng lùc (cã thÓ thay ®æi theo tèc ®é giã) ra
sm-1
Søc c¶n líp phñ bÒ mÆt (cã thÓ thay ®æi theo c¸c biÕn kh¸c) rc
Albedo _
Tû lÖ trong sù ph©n bè ho¹t ®éng rÔ c©y Et (x,y,z) trªn c¸c _
phÇn tö
C¸c th«ng sè dßng ch¶y trµn (cho mçi phÇn tö sên
dèc)
HÖ sè nh¸m dßng ch¶y trµn (cã thÓ thay ®æi theo ®é s©u F _
dßng ch¶y )
Gãc dèc bÒ mÆt côc bé S _
C¸c th«ng s« dßng ch¶y trong kªnh (cho tõng ®o¹n
s«ng)
HÖ sè nh¸m dßng ch¶y trong kªnh (cã thÓ thay ®æi theo ®é F _
s©u dßng ch¶y )
HÖ sè nh¸m dßng ch¶y b·i trµn (cã thÓ thay ®æi theo ®é S _
s©u dßng ch¶y)
§é dèc ®¸y kªnh côc bé So _
C¸c th«ng sè tuyÕt (m« h×nh ®é-ngµy)
NhiÖt ®é tíi h¹n To K
mmday-1K-1
Nh©n tè ®é-ngµy (cã thÓ thay ®æi theo thêi gian) F
§iÓm chÝnh ®îc thùc hiÖn ë ®©y lµ cã mét møc gÇn ®óng xa h¬n, ®îc giíi thiÖu
bëi giíi h¹n m¸y tÝnh vµ sè liÖu. Vµo lóc ®ã, víi sù ph¸t triÓn m¹nh mÏ cña m¸y tÝnh
song song, c¸c giíi h¹n nµy sÏ Ýt bÞ gß Ðp h¬n, m« h×nh 3 chiÒu ®Çy ®ñ sÏ trë nªn kh¶
thi h¬n vµ v× m¸y tÝnh t¨ng n¨ng lùc tÝnh to¸n, líi hoÆc cì c¸c phÇn tö cã thÓ cµng
ngµy cµng mÞn. M« h×nh dßng ch¶y s¸t mÆt víi hµng triÖu nót ®îc sö dông trong tÝnh
to¸n lý thuyÕt vµ m« h×nh lu vùc ba chiÒu ®Çy ®ñ ®îc ¸p dông ë quy m« t¬ng ®èi
nhá (Binley vµ nnk 1989; Paniconi vµ Wood 1993).
Tuy nhiªn, x¸c ®Þnh tÊt c¶ c¸c th«ng sè vÉn lµ mét vÊn ®Ò. Líi cµng mÞn th× c¸c
133
- gi¸ trÞ th«ng sè ph¶i x¸c ®Þnh ngµy cµng nhiÒu. Mét danh s¸ch tèi thiÓu c¸c th«ng sè
yªu cÇu cho m« h×nh ë quy m« lu vùc ®Çy ®ñ ®îc ®a ra trong b¶ng 5.1. Chó ý r»ng,
rÊt nhiÒu c¸c th«ng sè nµy ®îc gi¶ thiÕt lµ kh«ng ®æi trong khi ch¹y m« h×nh riªng
rÏ, cã thÓ trong thùc tÕ chóng phô thuéc vµo c¸c biÕn kh¸c. VÝ dô nh søc c¶n bÒ mÆt
cã thÓ yªu cÇu th«ng sè ho¸ c¬ b¶n h¬n ®Ó tÝnh to¸n sù thay ®æi cña nã víi ®é Èm ®Êt,
bøc x¹ mÆt trêi vµ nhiÖt ®é bÒ mÆt (xem hép 3.1); tr÷ lîng gi÷ l¹i cã thÓ thay ®æi theo
mïa mµng; søc c¶n cña dßng ch¶y trong kªnh cã thÓ thay ®æi theo ®é s©u dßng ch¶y,
mét nh©n tè ®é-ngµy cã thÓ t¨ng trong suèt mïa tuyÕt tan (xem hép 3.3). Toµn bé sù
phô thuéc nµy cÇn thiªt ®îc x¸c ®Þnh trong mét m« h×nh hoµn chØnh cña c¸c qu¸
tr×nh vµ bëi v× gi¶i víi hµng ngh×n phÇn tö yªu cÇu hµng ngh×n c¸c gi¸ trÞ th«ng sè,
®iÒu nµy sÏ kh¶ thi bëi sù liªn kÕt c¸c m« h×nh nh vËy víi c¬ së d÷ liÖu cho sù chuÈn
bÞ vµ lu tr÷ c¸c gi¸ trÞ th«ng sè ¶nh hëng cña hÖ thèng th«ng tin ®Þa lý (GIS). PhÇn
mÒm t¬ng tù sÏ ®îc yªu cÇu cho qu¸ tr×nh sau cña c¸c kÕt qu¶. Líi cµng mÞn gi¸
trÞ th«ng sè ph¶i ®îc x¸c ®Þnh cµng nhiÒu vµ sè liÖu ®îc t¹o ra do mçi m« pháng
cµng nhiÒu. C¸ch duy nhÊt ®Ó ®¸nh gi¸ c¸c th«ng tin nh thÕ dÔ dµng lµ trong d¹ng
®å thÞ m¸y tÝnh. Mét sè sù ph¸t triÓn nµy cã thÓ ®îc xem trong c¸c ¸p dông cña m«
h×nh dßng-ngµy (vÝ dô Abbott vµ Refsgaard 1996).
5.2.2. C¸c m« h×nh dùa trªn phÇn tö líi m« h×nh SHE
M« h×nh hÖ thèng thuû v¨n ch©u ¢u hoÆc m« h×nh SHE lµ m« h×nh thuéc lo¹i nµy
®îc biÕt ®Õn réng r·i nhÊt. Sù ph¸t triÓn cña SHE ®îc b¾t ®Çu n¨m 1977 nh lµ
mét sù céng t¸c cña ViÖn thuû v¨n Anh, ViÖn thuû v¨n §an M¹ch (DHI) vµ
SOGREAH cña Grenoble ë Ph¸p. DiÔn t¶ sím h¬n cña m« h×nh ®îc c«ng bè bëi
Beven vµ nnk (1980). Gi¶i thÝch nguyªn lý m« h×nh ®îc Abbott vµ nnk (1986 a,b) ®a
ra, trong viÖc ¸p dông ®Çy ®ñ ®Çu tiªn bëi ViÖn c¸c lu vùc thö nghiÖm thuû v¨n s«ng
ngßi Wye t¹i Plynlimon, Wales (10 km2) ®îc Bathurst (1986 a,b) c«ng bè trong hµng
lo¹t c¸c bµi b¸o. C¸c ¸p dông kh¸c còng ®· ®îc c«ng bè, ph¹m vi tõ lu vùc Rimbaud
1,4 km2 ë phÝa nam níc Ph¸p (Parkin vµ nnk ; 1996) ®Õn lu vùc Kolar 820 km2 vµ
Narmada 4955 km2 ë Ên §é (Jain vµ nnk 1992; Refsgaard vµ nnk 1992). Tãm t¾t c¸c
¸p dông kh¸c nhau cña SHE ®îc ®a ra trong Refsgaard vµ Storm (1995); Abbott vµ
Refsgaard (1996), Bathurst vµ nnk (1995) vµ Bathurst vµ Cooley (1996).
SHE lµ mét m« h×nh dùa vµo líi, t¸ch lu vùc thµnh mét sè phÇn tö líi h×nh
vu«ng hoÆc ch÷ nhËt, ®îc liªn kÕt víi c¸c ®o¹n s«ng ch¹y däc theo c¸c biªn cña líi
sên dèc (h×nh 5.3). Cì cña líi thay ®æi theo c¸c ¸p dông kh¸c nhau trong ph¹m vi tõ
50 m trªn mét phÝa cña lu vùc Upper Sheep Creek 40 ha ë Ên §é ®Õn trªn 2 km trªn
c¸c lu vùc Kolar vµ Narmada ë Ên §é. Chó ý r»ng, trong trêng hîp sau, nh c¸c t¸c
gi¶ thõa nhËn, cì líi qu¸ lín m« h×nh kh«ng thÓ xem xÐt ®Ó diÔn t¶ dßng ch¶y sên
dèc hoÆc dßng ch¶y trong c¸c kªnh nhá h¬n cña lu vùc theo bÊt kú c¸ch cã ý nghÜa
nµo. Mçi mét phÇn tö líi sên dèc cã mét cao tr×nh x¸c ®Þnh vµ c¸c thµnh phÇn m«
h×nh cho sù gi÷ l¹i, bèc tho¸t h¬i níc, tuyÕt tan vµ dßng ch¶y b·o hoµ th¼ng ®øng
mét chiÒu. C¸c phÇn tö líi ®îc liªn kÕt bëi c¸c thµnh phÇn dßng ch¶y mÆt hai chiÒu
vµ níc ngÇm. §iÒu kiÖn biªn gi÷a cho phÐp liªn kÕt dßng ch¶y bÒ mÆt víi thÊm vµo
trong ®íi cha b·o hoµ, c¸c ®íi b·o hoµ vµ ®íi cha b·o hoµ t¹i mÆt níc ngÇm côc bé,
134
- dßng ch¶y ngÇm vµ dßng ch¶y trong kªnh. C¸c nç lùc lín ®· ®îc thùc hiÖn ch¾c ch¾n
r»ng c¸c qu¸ tr×nh ®· ®îc liªn kÕt thÝch hîp vµ gi¶i sè trÞ æn ®Þnh trong ph¹m vi réng
c¸c ®iÒu kiÖn, mÆc dï do sù phi tuyÕn cña c¸c ph¬ng tr×nh trong ®íi cha b·o hoµ vµ
sù liªn kÕt c¸c qu¸ tr×nh kh¸c nhau, sù æn ®Þnh kh«ng ®îc ®¶m b¶o. M« h×nh cã thÓ
dù b¸o sù thay ®æi cña c¸c qu¸ tr×nh s¶n sinh dßng ch¶y trªn tõng phÇn tö líi, bao
gåm c¶ dßng ch¶y vît thÊm vµ vît b·o hoµ vµ thµnh phÇn dßng ch¶y ngÇm cã thÓ
®îc sö dông ®Ó m« pháng sù ®ãng gãp s¸t mÆt cho thuû ®å díi ®iÒu kiÖn bÒn v÷ng.
Sù diÔn t¶ c¸c vïng b·o hoµ vµ cha b·o hoµ ®îc dùa trªn ®Þnh luËt Darcy; dßng
ch¶y trµn vµ dßng ch¶y trong kªnh ®îc diÔn t¶ bëi xÊp xØ sãng khuÕch t¸n cho hÖ
ph¬ng tr×nh Saint Venant, vµ c¸c lùa chän kh¸c ®îc bao gåm cho m« pháng sù gi÷
l¹i vµ bèc tho¸t h¬i níc, bao gåm ph¬ng tr×nh Penman-Monteith cña hép 3.1. TuyÕt
tan ®îc m« pháng sö dông ph¬ng ph¸p ®é - ngµy hoÆc c©n b»ng n¨ng lîng ®Çy ®ñ
(xem Bathurst vµ Cooley (1996) ®· ®a ra sù so s¸nh cho c¶ hai c¸ch).
C¸c lo¹i gi¸ trÞ th«ng sè ®îc yªu cÇu t¬ng tù víi danh s¸ch trong b¶ng 5.1 vµ cã
tiÒm n¨ng ®Ó cã c¸c th«ng sè kh¸c nhau cho tÊt c¶ c¸c phÇn tö líi vµ trong tõng phÇn
tö líi cho c¸c líp th¼ng ®øng kh¸c nhau. BÊt kú sù ¸p dông nµo cña m« h×nh SHE sÏ
yªu cÇu x¸c ®Þnh hµng ngh×n gi¸ trÞ th«ng sè. C¸c gi¸ trÞ th«ng sè ®îc yªu cÇu lµ c¸c
gi¸ trÞ hiÖu qu¶ t¹i quy m« phÇn tö líi, chóng kh«ng thÓ nh nhau v× c¸c gi¸ trÞ ®îc
®o ®¹c côc bé. Còng cã kh¶ n¨ng x¸c ®Þnh ®Çy ®ñ lîng ma ph©n bè vµ sè liÖu khÝ
tîng qua c¸c phÇn tö líi m« h×nh nÕu sè liÖu s½n cã. Tuy nhiªn, dù b¸o sÏ phô thuéc
vµo quy m« líi ®îc sö dông. Refsgaard (1997) sö dông m« h×nh SHE, lµ mét trong
sè Ýt c¸c nghiªn cøu ®· xem xÐt sù ¶nh hëng cña quy m« líi ®o ®Õn c¸c dù b¸o m«
h×nh. Nghiªn cøu cña «ng trªn lu vùc Karup ë §an M¹ch ®· so s¸nh c¸c dù b¸o b»ng
sö dông mét líi 500 m mÞn nhÊt so víi c¸c líi 1000, 2000 vµ 4000 m. Sù kÕt luËn
cña «ng lµ trªn 1000 m vÉn cã thÓ ®¹t ®îc c¸c m« phámg phï hîp vÒ lu lîng lu
vùc nhng ®iÒu nµy sÏ cÇn sù hiÖu chØnh l¹i c¸c th«ng sè vµ cã kh¶ n¨ng thiÕt lËp l¹i
cho mét sè thµnh phÇn m« h×nh. ¤ng chØ ra r»ng kh«ng cÇn c¶i tiÕn nhiÒu, sù chÝnh
x¸c sÏ ®¹t ®îc bëi sù sö dông líi ®o mÞn h¬n 500 m, nhng kÕt luËn nµy cã thÓ lµ do
®iÒu kiÖn tù nhiªn cña lu vùc Karup cã dßng ch¶y ngÇm chiÕm u thÕ. Xevi vµ nnk
(1997) còng chøng minh r»ng kÕt qu¶ cña m« h×nh SHE nh¹y c¶m víi cì líi.
Nhãm ph¸t triÓn SHE kh¸c ®· thùc hiÖn ®Çy ®ñ c¸c phÇn mÒm tríc vµ sau khi
xö lý chuÈn bÞ cho c¸c ¸p dông m« h×nh vµ h×nh dung c¸c dù b¸o ph©n bè, bao gåm sù
chuyÓn ®éng ®å thÞ cña ph¶n øng dù b¸o. Dù b¸o sù ph©n bè cña m« h×nh SHE còng
cho phÐp c¸c thµnh phÇn kh¸c trong c¸c phiªn b¶n gÇn ®©y nhÊt, ®ang ®îc ph¸t triÓn
mét c¸c ®éc lËp tõ c¸c phÇn ban ®Çu. Phiªn b¶n UK, SHETRAN, ®Æt c¬ së trong
nghiªn cøu hÖ thèng tµi nguyªn níc cña trêng ®¹i häc Newcastle, thªm vµo ®ã c¸c
thµnh phÇn vËn chuyÓn chÊt « nhiÔm vµ vËn chuyÓn bïn c¸t (Bathurst vµ nnk 1995).
Phiªn b¶n DHI, MIKE SHE còng thªm vµo mét thµnh phÇn vËn chuyÓn chÊt « nhiÔm
(Refsgaard vµ Storm 1995). Trong c¶ hai trêng hîp, dù b¸o sù vËn chuyÓn chÊt «
nhiÔm ®Òu dùa trªn ph¬ng tr×nh ph©n t¸n trong tÇng b×nh lu. C¶ DHI vµ trêng ®¹i
häc Newcastle ®Òu cã phiªn b¶n SHE, x©y dùng ph¬ng thøc gi¶i ba chiÒu ®Çy ®ñ cho
ph¹m vi dßng ch¶y trong ®íi b·o hoµ vµ cha b·o hoµ. MIKE SHE còng bæ sung mét
tuú chän ®Ó dù b¸o sù n¹p l¹i u thÕ trong ®íi b·o hoµ nh lµ mét tû lÖ cña cêng ®é
135
- thÊm (Refsgaard vµ Storm 1995) mÆc dï kh«ng cã sù chøng minh tÝnh chÊt vËt lý thùc
cho mét diÔn t¶ kh¸i niÖm nh vËy.
Cã nhiÒu m« h×nh kh¸c dùa trªn phÇn tö líi s½n cã. M« h×nh ba chiÒu ®Çy ®ñ cña
Binley vµ nnk (1989) vµ Paniconi vµ Wood (1993) sö dông mét líi diÔn t¶ kh«ng gian
c¬ b¶n. M« h×nh ANSWER (xem Beasley vµ nnk 1980; Silburn vµ Connolly 1995;
Connolly vµ nnk 1997) cã nguån gèc lµ mét trong c¸c m« h×nh dùa trªn líi ®Çy ®ñ
®Çu tiªn cña Huggins vµ Monke (1968), chØ cÇn thiÕt quan t©m tíi c¬ chÕ s¶n sinh
dßng ch¶y vît thÊm sö dông ph¬ng tr×nh thÊm Green-Ampt (xem hép 5.2) ®Ó dù
b¸o lîng ma hiÖu qu¶ trªn tõng phÇn tö líi. Dßng ch¶y s¶n sinh sau ®ã ®îc diÔn
to¸n trong kªnh theo híng dèc nhÊt tõ tõng phÇn tö líi. M« h×nh CASC 2D cña Doc
vµ nnk (1996) còng t¬ng tù trong ®ã còng sö dông ph¬ng tr×nh thÊm Green-Ampt,
nhng sö dông sù gÇn ®óng sãng khuÕch t¸n hai chiÒu ®Ó m« h×nh ho¸ dßng ch¶y trµn
trªn sên dèc vµ mét m« h×nh sãng khuyÕch t¸n mét chiÒu cho c¸c ®o¹n kªnh. Phiªn
b¶n ba chiÒu HILLFLOW cña Bronstert vµ Plate (1997) lµ mét m« h×nh dùa trªn líi
víi mét tuú chän thó vÞ cña viÖc m« h×nh ho¸ ph¬ng tr×nh Richard khi sö dông quy
t¾c mê cña Bardossy vµ nnk (1995). HILLFLOW còng cã mét tuú chän hai chiÒu cho
sù m« h×nh ho¸ c¸c phÇn tö sên dèc riªng rÏ theo c¸ch t¬ng tù víi c¸c m« h×nh cña
phÇn sau, vµ mét phiªn b¶n mét chiÒu cho c¸c profile ®Êt riªng lÎ. Toµn bé c¸c phiªn
b¶n HILLFLOW cã mét thµnh phÇn m« h×nh ho¸ dßng ch¶y u tiªn trong c¸c lç hæng
lín, chØ thªm vµo mét th«ng sè. Bronstert (1999) ®a ra mét tæng quan vÒ kinh
nghiÖm sö dông HILLFLOW trong nh÷ng ¸p dông kh¸c nhau.
5.2.3. C¸c m« h×nh dùa trªn c¸c phÇn tö sên dèc: IHDM, TOPOG
ChiÕn lîc gi¸n ®o¹n ho¸ lu vùc thay thÕ chÝnh lµ chia nhá thµnh c¸c mÆt sên
dèc (h×nh 5.4). Sù ph©n chia nµy lµ c¸ch lµm lý tëng däc theo c¸c ®êng dßng. Nh
vËy bÊt kú sù thay ®æi bªn trong nµo cña níc gi÷a c¸c phÇn tö sên dèc s¸t c¹nh
nhau cã thÓ ®îc bá qua. Mét sè c¸c m« h×nh ph©n bè dùa trªn vËt lý tríc ®©y chØ cè
g¾ng gi¶i cho sên dèc ®¬n cña lo¹i nµy (vÝ dô Freeze (1972) sö dông c¸ch gi¶i sai
ph©n h÷u h¹n vµ Beven (1977) sö dông c¸ch gi¶i phÇn tö h÷u h¹n). TÊt nhiªn, dÔ
dµng h¬n ®Ó x¸c ®Þnh c¸c ®êng dßng nÕu dßng ch¶y ch¶y theo ®Þa h×nh bÒ mÆt. C¸c
phÇn tö sên dèc cã thÓ ®îc x¸c ®Þnh trªn c¬ së ph©n tÝch ®Þa h×nh lu vùc. Lo¹i m«
h×nh nµy sÏ ho¹t ®éng tèt nhÊt t¹i líp ho¹t ®éng thuû v¨n gÇn líp ®Êt bÒ mÆt vµ nã
kh«ng bao hµm phÇn dßng ch¶y trong líp c¸ch níc s©u h¬n. Víi hÖ thèng s©u h¬n,
gi¶i hai chiÒu ph¼ng (nh lµ trong SHE) hoÆc ba chiÒu ®Çy ®ñ cho ph¹m vi dßng ch¶y
s¸t mÆt sÏ gÇn ®óng h¬n.
Tuy nhiªn, cã nhiÒu lu vùc viÖc gi¸n ®o¹n ho¸ c¸c phÇn tö sên dèc dùa trªn ®Þa
h×nh bÒ mÆt sÏ lµ xÊp xØ hîp lý theo c¸c híng dßng ch¶y. Trong c¸c m« h×nh lu vùc
tríc ®©y, c¸c yÕu tè ®é réng, ®é s©u vµ ®é dèc sên dèc thay ®æi ®îc diÔn t¶ bëi c¸c
mÆt t¬ng ®¬ng cã ®é réng ®ång nhÊt, ®é s©u vµ ®é dèc ®ång nhÊt (c¸c th«ng sè ®Êt
vµ bÒ mÆt còng thêng ®ång nhÊt). C¸c phiªn b¶n tríc ®©y cña häc viÖn m« h×nh
thuû v¨n ph©n bè (IHDM) còng thuéc lo¹i nµy còng nh c¸c m« h×nh dùa trªn dßng
ch¶y sinh ra do vît thÊm Horton kh«ng bao gåm gi¶i toµn bé cho dßng ch¶y s¸t mÆt
vµ coi lîng thÊm ®ã nh lµ sù tæn thÊt (vÝ dô m« h×nh cña Smith vµ Woolhiser 1971)
136
- ®îc lËp sau ®ã trong gãi KINEROS ®îc diÔn t¶ bëi Smith vµ nnk (1995) xem phÇn
5.3.2).
M« h×nh cña Beven (1977) chØ ra r»ng sö dông phÇn tö h÷u h¹n t¬ng ®èi dÔ dùa
theo h×nh d¹ng thùc cña sên dèc vµ cho phÐp ®é s©u cña c¸c tÇng kh¸c nhau trong
mét sên dèc lµ kh¸c nhau (nh trong gi¸n ®o¹n ho¸ mÆt th¼ng ®øng ë môc 5.1).
Nghiªn cøu nµy còng giíi thiÖu ý tëng ®¬n gi¶n bao hµm ®é réng phÇn dèc trong c¸c
ph¬ng tr×nh sao cho c¸c sên dèc héi tô vµ sù ph©n kú cã thÓ ®îc diÔn t¶ (xem hép
5.7). §iÒu nµy còng ®îc giíi thiÖu trong phiªn b¶n 4 cña IHDM (Beven vµ nnk 1987)
vµ tõ ®ã cã c¸c c¶i tiÕn sè trÞ xa h¬n (Calder vµ Wood 1995). C¸c ¸p dông ®îc giíi
thiÖu bëi Calder (1988) vµ Binley vµ nnk (1991) cho lu vùc Wye t¹i Plynlimon xø
Wales, vµ bëi Cammeroat (1993) cho mét sên dèc thÝ nghiÖm ë Luxembourg.
V× kÕt qu¶ cña d¹ng gi¸n ®o¹n ho¸ nµy cã mét gi¶ thiÕt Èn r»ng c¸c th«ng sè ®Êt
vµ bÒ mÆt ph¶i coi lµ h»ng sè qua ®é réng cña sên dèc (trong c¸ch t¬ng tù cña m«
h×nh SHE th× c¸c gi¸ trÞ ¶nh hëng ®îc yªu cÇu cho tõng phÇn tö líi). Sù thay ®æi
cña c¸c gi¸ trÞ th«ng sè gi÷a c¸c tÇng ®Êt kh¸c nhau hoÆc cho tõng phÇn tö riªng rÏ
trong sù gi¸n ®o¹n ho¸ nh h×nh 5.1, chóng cã thÓ ®îc diÔn t¶ nhng ph¶i lµ c¸c gi¸
trÞ ¶nh hëng tæng hîp trªn vïng kh«ng ®ång nhÊt bÊt kú cña sên dèc. Do ®ã, thËt
khã ®Ó ®o ®¹c c¸c gi¸ trÞ nh vËy trªn thùc ®Þa, vÝ dô, Calder vµ Wood (1995) th«ng
b¸o r»ng kinh nghiÖm cña hä trong viÖc sö dông m« h×nh lµ c¸c gi¸ trÞ ®o ®¹c hÖ sè
dÉn thuû lùc cã xu híng thiªn nhá so víi c¸c gi¸ trÞ ®îc yªu cÇu ®Ó diÔn t¶ dßng
ch¶y s¸t mÆt nhanh trong m« h×nh.
ë Australia, cã hai m« h×nh t¬ng tù lµ THALES vµ TOPOG ®· ®îc x©y dùng
dùa trªn gãi ph©n tÝch c¸c ®o ®¹c ®Þa h×nh TAIPE-C, x¸c ®Þnh c¸c phÇn xu«i dèc mét
chiÒu cña c¸c phÇn tö sên dèc tõ sè liÖu ®êng ®ång møc kh«ng cã bÊt kú sù néi suy
nµo xen vµo líi cao tr×nh raster (xem vÝ dô h×nh 3.5). C¶ hai m« h×nh ®Òu sö dông
gÇn ®óng sãng ®éng häc cña dßng xu«i dèc trong ®íi b·o hoµ vµ ®îc diÔn ®¹t chi tiÕt
h¬n trong phÇn 5.5.3 bªn díi.
5.3. Trêng hîp nghiªn cøu: M« h×nh ho¸ c¸c qu¸ tr×nh dßng ch¶y
t¹i Reynolds Creek vµ Idaho
Reynolds Creek lµ mét lu vùc réng 234 km2 ë vïng nói owyhee cña Idaho, ®îc
qu¶n lý bëi Trung t©m nghiªn cøu lu vùc T©y B¾c USDA. §©y lµ mét trong c¸c vÞ trÝ
®Çu tiªn cè g¾ng ®¸nh gi¸ c¸c dù b¸o cña mét m« h×nh thuû v¨n dùa vµo qu¸ tr×nh
ph©n bè. Stephenson vµ Freeze (1974) ®· sö dông mét m« h×nh sai ph©n h÷u h¹n cho
dßng ch¶y s¸t mÆt Darcy b·o hoµ riªng phÇn trong mét ¸p dông cho mét mÆt ph¼ng
th¼ng ®øng qua mét sên dèc phøc t¹p trong lu vùc Reynolds Creek. Dù b¸o m« h×nh
®îc kiÓm tra ®èi chiÕu víi c¸c ®o ®¹c thùc ®Þa ®îc lµm trong suèt mïa tuyÕt tan.
Sau khi cho c¸c íc lîng ban ®Çu vÒ gi¸ trÞ th«ng sè cho c¸c líp ®Êt vµ ®¸ trªn sên
dèc, hä hiÖu chØnh m« h×nh b»ng ph¬ng ph¸p thö sai, hiÖu chØnh c¸c gi¸ trÞ th«ng sè
lµ ®Ó thö vµ c¶i thiÖn sù phï hîp víi c¸c quan tr¾c. T¹i thêi ®iÓm ®ã, c¸c h¹n chÕ m¸y
tÝnh ®· giíi h¹n sè lÇn ch¹y hiÖu chØnh. KÕt qu¶ cña m« pháng tèt nhÊt ®îc chØ ra
trong h×nh 5.5.
137
- H×nh 5.5: M« h×nh ho¸ dùa trªn qu¸ tr×nh cña sên dèc Reynolds Creek. (a) §Þa h×nh, ®Þa chÊt vµ c¸c thiÕt
bÞ ®o ®¹c, (b) Gi¸n ®o¹n ho¸ sên dèc trong m« h×nh sai ph©n h÷u h¹n. (c) KÕt qu¶ m« pháng hiÖu chØnh
ng¾n cho mïa tuyÕt tan tõ ngµy 5 th¸ng 4 ®Õn nµy 13 th¸ng 7 n¨m 1971 (Stephesonvµ Freeze 1974) T¸i
t¹o tõ Nghiªn cøu tµi nguyªn níc 10(2): 284-298, 1974, xuÊt b¶n bëi Héi ®Þa vËt lý Mü .
ThËm chÝ, sau 25 n¨m, nghiªn cøu nµy vÉn cßn thó vÞ bëi v× ®ã lµ mét trong c¸c
nghiªn cøu ®Çu tiªn ®Ó nhËn ra r»ng cã thÓ giíi h¹n c¸c ¸p dông vµ kiÓm chøng cña
m« h×nh t¹i c¸c vÞ trÝ ®Æc biÖt. Hä kÕt luËn :"chóng t«i nhËn ra r»ng sù hiÖu chØnh cña
chóng t«i cha ®ñ b¶o ®¶m nhng nã cã thÓ miªu t¶ x¸c suÊt nh÷ng g× cã thÓ ®¹t ®îc
khi mét m« h×nh to¸n häc tÊt ®Þnh ®Çy ®ñ ®îc ¸p dông cho mét vÞ trÝ thùc ®Þa víi sù
hoµn thiÖn võa ph¶i nhng kh«ng ®ñ sè liÖu ®o ®¹c thùc ®Þa" (Stephenson vµ Freeze
1974, trang 293)
Còng chó ý r»ng, kiÓm chøng c¸c m« h×nh nh vËy lµ mét vÊn ®Ò rÊt khã bëi v× nã
bao hµm sù hiÓu biÕt ®Çy ®ñ vÒ toµn bé c¸c ®iÒu kiÖn biªn c¸c gi¸ trÞ th«ng sè vµ c¸c
®iÒu kiÖn ban ®Çu ®îc yªu cÇu. C¸c hiÓu biÕt kh«ng ®Çy ®ñ sÏ lu«n cã mét sù dao
®éng (hoÆc bÊt ®Þnh) trong bÊt kú sù cè g¾ng nµo ®Ó kiÓm chøng m« h×nh.
GÇn ®©y, m« h×nh SHE ®îc Bathurst vµ Cooley (1996) ¸p dông cho lu vùc con ë
thîng lu Sheep Creek réng 40,4 ha. T¹i vÞ trÝ nµy mùc níc cña Reynolds Creek cao
h¬n 2000 m, gi¸ng thuû trung b×nh hµng n¨m trªn 1016 mm, trong ®ã trªn 70% lµ
138
- tuyÕt. Sù tÝch tô tuyÕt thay ®æi rÊt lín, víi khèi tuyÕt s©u h¬n h×nh thµnh ë trªn ®ª cã
®é dµy tÝnh tõ ®Ønh cã thÓ trªn 5 m.
H×nh 5.6. KÕt qu¶ cña Bathurst vµ Cooley (1996) m« h×nh ho¸ SHE cho lu vùc Upper Sheep Creek ë
Reynold Creek: (a) Sö dông m« h×nh tuyÕt tan khèi n¨ng lîng phï hîp nhÊt; (b) Sö dông hÖ sè kh¸c
nhau trong mét m« h×nh tuyÕt tan ®é-ngµy. In ra tõ T¹p chÝ Thuû v¨n175, Bathurst vµ Cooley, 181-211,
XuÊt b¶n (1996) víi sù chÊp nhËn cña Elsevier Science.
Bathurst vµ Cooley (1196) ®· m« pháng mét kho¶ng thêi gian tuyÕt tan ®¬n sö
dông m« h×nh khèi n¨ng lîng vµ m« h×nh tuyÕt tan ®é-ngµy trong khu«n khæ m«
h×nh SHE. Mét gi¸n ®o¹n ho¸ m« h×nh dùa trªn 161 « líi (50m 50m) ®· ®îc sö
dông. Toµn bé c¸c th«ng sè cña m« h×nh ®îc x¸c ®Þnh dùa trªn c¸c hiÓu biÕt vÒ ®Êt
®ai vµ thùc vËt lu vùc. §Æc trng khèi tuyÕt ban ®Çu ®îc chØ ®Þnh dùa trªn ¶nh
chôp vµ th«ng tin tuyÕt; ®é dµy cña vïng b·o hoµ ban ®Çu ®îc chØ ®Þnh ®Ó t¸i hiÖn l¹i
dßng ch¶y ban ®Çu t¹i thêi ®iÓm b¾t ®Çu tÝnh to¸n. Nã kh«ng chØ râ profile ®é Èm ®Êt
cha b·o hoµ ban ®Çu ®îc ®Þnh nghÜa nh thÕ nµo, vµ chØ mét thêi kho¶ng 12 giê
®îc cho phÐp m« h×nh ch¹y tríc khi c¸c dù b¸o ®îc so s¸nh víi tµi liÖu quan tr¾c.
Nh vËy mét ®é nh¹y nµo ®ã ®Ó x¸c ®Þnh cÊu tróc th«ng sè ®é Èm ®Êt ban ®Çu ®îc
mong ®îi.
Môc tiªu nghiªn cøu lµ ®Ó kiÓm tra 4 gi¶ thiÕt kh¸c nhau vÒ c¸c qu¸ tr×nh trªn
lu vùc dùa trªn sù m« h×nh ho¸ t¸i t¹o lu lîng dßng ch¶y trong s«ng trong suèt
139
- kho¶ng thêi gian tÝnh to¸n tèt nh thÕ nµo. C¸c gi¶ thiÕt nµy thay ®æi trong c¸c gi¶
®Þnh vÒ quy m« cña vïng ®Êt ®ãng b¨ng vµ ®é s©u cña líp ®Êt kh«ng thÊm. Kh«ng
gièng nh bµi b¸o cña Stephenson vµ Freeze (1974) kh«ng cã sù cè g¾ng nµo ®îc lµm
®Ó kiÓm chøng c¸c dù b¸o m« h×nh hîp lý víi c¸c ®o ®¹c tr¹ng th¸i bªn trong.
C¸c t¸c gi¶ nhËn ®Þnh r»ng “Ph¬ng ph¸p hiÖu chØnh truyÒn thèng ®Ó hiÖu chØnh
c¸c gi¸ trÞ th«ng sè (trong tõng gi¶ thuyÕt) cã vai trß thø hai vµ ®îc ®a ra díi sù gß
Ðp r»ng c¸c gi¸ trÞ ph¶i ph¶n ¸nh l¹i ®o ®¹c thùc ®Þa mµ t¹i ®ã chóng tån t¹i hoÆc ë
®©u ®ã bªn trong c¸c giíi h¹n vËt lý thùc” (Bathurst vµ Cooley 1996, tr.194). Sè lÇn
ch¹y m« h×nh lÇn ®Çu lµ 69, lÇn cuèi lµ 107. Râ rµng r»ng gièng nh Freeze 20 n¨m
tríc c¸c ¸p dung vÉn bÞ giíi h¹n bëi sè lÇn ch¹y m¸y tÝnh.
Dù b¸o lu lîng tèt nhÊt (chØ ra trong h×nh 5.6 (a)) nhËn ®îc víi gi¶ thuyÕt
r»ng phÇn lín dßng ch¶y sinh ra bëi mét c¬ chÕ dßng ch¶y s¸t mÆt hoÆc gÇn mÆt tiÕn
gÇn ®Õn s«ng khi trªn sên dèc, tuyÕt tan thÊm vµo bÒ mÆt ®Êt vµ thÊm th¼ng ®øng
xuèng díi ®íi b·o hoµ s©u trong c¸c lç hæng cña líp bazan ph¬i n¾ng. §iÒu nµy phï
hîp víi nghiªn cøu sím h¬n nhng giíi h¹n h¬n cña Stephenson vµ Freeze (1974)
nhng trong mét ph©n tÝch ®é nh¹y thÊy r»ng c¸c th«ng sè kh¸c nhau ®a ®Õn c¸c kÕt
qu¶ chÊp nhËn b»ng nhau bªn trong c¸c giíi h¹n sè liÖu s½n cã cho ®¸nh gi¸ m« h×nh.
C¸c tÝnh to¸n tuyÕt tan ®é-ngµy còng cã thÓ ®a ra c¸c dù b¸o lu lîng chÊp
nhËn ®îc (h×nh 5.6 (b)) nhng chØ sau khi hiÖu chØnh hÖ sè ®é-ngµy tíi mét gi¸ trÞ
t¬ng ®èi cao so víi c¸c gi¸ trÞ ®îc c«ng bè trong c¸c tµi liÖu.
5.4. Trêng hîp nghiªn cøu: kiÓm tra kiÓm chøng mï cña m« h×nh
SHE trªn lu vùc Rimbaud, Ph¸p
Ewen vµ Parkin ®· ®a ra mét ph¬ng ph¸p cho viÖc kiÓm chøng mï mét m«
h×nh thuû v¨n bao gåm sù x¸c ®Þnh c¸c kiÓm tra vµ tiªu chuÈn thµnh c«ng tríc khi
c¸c m« pháng m« h×nh ®îc so s¸nh víi lu lîng quan tr¾c hoÆc c¸c quan tr¾c kh¸c.
Trong mét ¸p dông ph¬ng ph¸p nµy cho lu vùc Rimbaud 1,4 km2 ë Maures Massif
gÇn Taulon nam níc Ph¸p, Parkin vµ nnk (1996) ®· kiÓm tra phiªn b¶n SHETRAN
cña SHE chØ sö dông c¸c íc lîng thêi kú tríc cña c¸c gi¸ trÞ th«ng sè. Lu vùc
Rimbaud lµ mét trong sè c¸c lu vùc n»m gÇn lu vùc Real Collobrier ®îc qu¶n lý bëi
CEMAGREF.
Lu vùc ®îc diÔn t¶ bëi 144 « líi vu«ng cã kÝch thíc 100m 100m (h×nh 5.7).
C¸c th«ng sè ®îc yªu cÇu bëi m« h×nh (t¬ng tù c¸c th«ng sè trong b¶ng 5.1) vµ ®îc
íc lîng tõ th«ng tin vÒ ®Êt vµ thùc vËt. TÝnh bÊt ®Þnh cña c¸c íc lîng nµy ®îc
cho phÐp bëi mét kho¶ng x¸c ®Þnh cho tõng th«ng sè. Th«ng tin chung vÒ ph¶n øng
dßng ch¶y ®îc sö dông ®Ó thiÕt lËp tiªu chuÈn cho sù thµnh c«ng trong ®¸nh gi¸ m«
h×nh. Sù ®¸nh gi¸ lµ “mï" trong ®ã c¸c nhµ m« h×nh kh«ng truy cËp ®Õn c¸c lu lîng
quan tr¾c tõ lu vùc tríc khi ch¹y m« h×nh.
140
- H×nh 5.7. Lu vùc Rimbaud sö dông trong c¸c kiÓm tra ®¸nh gi¸ mï m« h×nh SHE (sau Parkin và nnk
1996) (a) §Þa h×nh vµ c¸c thiÕt bÞ ®o ®¹c. (b) Gi¸n ®o¹n ho¸ SHE chØ ra c¸c ®o¹n kªnh vµ th«ng sè thùc
vËt m« h×nh. In l¹i tõ T¹p chÝ Thuû v¨n 175: 595-613, XuÊt b¶n (1996) víi sù chÊp nhËn cña Elseiver
Science.
M« h×nh ch¹y cho 13 th¸ng tõ n¨m 1968-1970. Thêi gian ch¹y m¸y tÝnh vÉn lµ
mét h¹n chÕ trong nghiªn cøu nµy. Thay v× tæ hîp c¸c gi¸ trÞ th«ng sè trong ph¹m vi
®Çy ®ñ tríc ®ã, mét sè giíi h¹n cña c¸c tæ hîp c¸c gi¸ trÞ ë biªn ph¹m vi ®îc sö dông
trªn c¬ së r»ng c¸c cùc trÞ nµy nªn xÕp vµo ph¹m vi ph¶n øng cña m« h×nh kh¶ thi.
ThËm chÝ, nhiÒu bíc ch¹y ®· ®îc bá qua trªn c¬ së c¸c ®¸nh gi¸ cña ngêi lµm m«
h×nh tríc khi tÝnh to¸n v× kh«ng høa hÑn kh¶ thi. Do ®ã c¸c h¹n chÕ cña lu lîng dù
b¸o cho mét phÇn thêi kú m« pháng ®îc chØ ra trong h×nh 5.8. C¸c h¹n chÕ nµy diÔn
t¶ mét ph¹m vi kiÓm so¸t cña m« pháng.
M« h×nh ®îc tÝnh to¸n dùa trªn 4 tiªu chuÈn tríc khi b¾t ®Çu kiÓm tra mï. Yªu
cÇu dù b¸o chiÕm 90% lu lîng quan tr¾c, 90% lu lîng ®Ønh, thÓ tÝch dßng ch¶y 11
®Õn 13 th¸ng vµ thÓ tÝch dßng ch¶y tæng céng. Thùc tÕ, m« h×nh chØ thµnh c«ng víi c¸c
tiªu chuÈn cuèi cïng nµy. ChØ 78% thuû ®å lu lîng n»m trong giíi h¹n dù b¸o, 47%
dßng ch¶y ®Ønh (m« h×nh cã xu híng sinh dßng ch¶y bëi c¬ chÕ vît thÊm ®a ®Õn
vît íc lîng vÒ ®Ønh vµ sù suy gi¶m ma qu¸ nhanh), vµ 10 trong 13 dßng ch¶y
th¸ng ë bªn trong giíi h¹n dù b¸o. Kh«ng cã cè g¾ng ®¸nh gi¸ bÊt kú dù b¸o m« h×nh
nµo cho c¸c thay ®æi bªn trong lu vùc liªn quan tíi quan tr¾c.
Nghiªn cøu nµy lµ mét trong rÊt Ýt c¸c nghiªn cøu sö dông khung kiÓm tra mï,
mÆc dï Refsgaard vµ Knudsen (1996) còng ®a ra sù sö dông m« h×nh MIKE SHE víi
íc lîng tríc c¸c th«ng sè (kiÓm tra sù thÝch hîp cña lu vùc ®¹i diÖn, Klemes
1986). Hä còng chØ thµnh c«ng h¹n chÕ víi u thÕ kh«ng râ rµng cña lo¹i m« h×nh nµy
so víi nhiÒu m« h×nh quan niÖm trong mét øng dông nh thÕ, hµm ý r»ng toµn bé c¸c
lo¹i m« h×nh cã lîi tõ Ýt nhÊt mét thêi kú hiÖu chØnh ng¾n (xem môc 10.5) Do ®ã, mét
sè thµnh c«ng h¬n ®îc yªu cÇu bëi Lange vµ nnk (1999) trong dù b¸o ®Ønh dßng ch¶y
trong mét m«i trêng b¸n kh« h¹n cã sö dông m« h×nh ph©n bè ®¬n gi¶n h¬n dùa trªn
c¸c kh¸i niÖm vît thÊm cña Horton, nhng s¶n sinh dßng ch¶y bÒ mÆt dùa trùc tiÕp
trªn c¸c thÝ nghiÖm thÊm ®îc ®o ®¹c thùc ®Þa.
141
nguon tai.lieu . vn