1. Trang Chủ
  2. Địa Lý
  3. Mô hình hoá mưa - dòng chảy ( Phần cơ sở - Nxb ĐH Quốc Gia Hà Nội ) - Chương 5

Mô hình hoá mưa - dòng chảy ( Phần cơ sở - Nxb ĐH Quốc Gia Hà Nội ) - Chương 5

dự báo Thuỷ đồ Sử dụng mô hình phân bố dựa trên sự diễn tả các quá trình Cho đến khi sự hiểu biết đạt được qua nghiên cứu các hiện tượng thuỷ văn trở nên đầy đủ để công nhận các mô tả tốt về định lượng của các hiện tượng này và các quan hệ hàm số của chúng thì các cố gắng trong nghiên cứu sẽ bị ảnh hưởng phần lớn bởi yếu tố chủ quan. Miễn là điều đó còn đúng thì sự cố gắng của các nhà thuỷ văn thực hành sẽ được thừa nhận rộng... ch­¬ng 5 dù b¸o Thuû ®å Sö dông m« h×nh ph©n bè dùa trªn sù diÔn t¶

Thể loại Tài liệu miễn phí Địa Lý

Số trang 64

Ngày tạo 8/29/2018 11:44:01 PM +00:00

Loại tệp PDF

Kích thước 2.52 M

Tên tệp

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

Xem mẫu

  1. 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
  2. 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
  3. 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
  4. 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
  5. 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
  6. 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
  7. 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
  8. 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
  9. 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
  10. 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
  11. 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
  12. 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
  13. 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
  14. 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
  15. 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
  16. ®­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
  17. 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
  18. 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
  19. 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
  20. 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
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