1. Trang Chủ
  2. Địa Lý
  3. Mô hình hoá mưa - dòng chảy ( Phần cơ sở - Nxb ĐH Quốc Gia Hà Nội ) - Chương 6

Mô hình hoá mưa - dòng chảy ( Phần cơ sở - Nxb ĐH Quốc Gia Hà Nội ) - Chương 6

Tương tự thuỷ văn và các mô hình mưa dòng Chảy hàm phân bố Trong quan hệ mưa dòng chảy, tương tự thuỷ văn thường được kết hợp với hiểu biết mà chúng ta có về hoạt động của các quá trình vào trong một mô hình quan niệm nào đó của hệ thống. Nói chung một số phần của một mô hình quan niệm phức tạp phải dựa nhiều vào các giả thuyết vật lý hơn các mô hình khác. Nhưng ngay cả mô 185 hình có cơ sở vật lý vững chắc nhất cũng không thể phản ánh hết... Nh­ng ë ®©y c = (Ks sin )/ cho tr­êng hîp hÖ sè dÉn

Thể loại Tài liệu miễn phí Địa Lý

Số trang 39

Ngày tạo 8/29/2018 11:44:01 PM +00:00

Loại tệp PDF

Kích thước 2.06 M

Tên tệp

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

Xem mẫu

  1. Nh­ng ë ®©y c = (Ks sin )/ cho tr­êng hîp hÖ sè dÉn kh«ng ®æi vµ: K 0 sin  . exp f D  h  c f cho tr­êng hîp hÖ sè dÉn gi¶m theo hµm mò. Víi dßng ch¶y s¸t mÆt b·o hoµ trªn mét s­ên dèc, Beven (1981) chØ ra r»ng diÔn t¶ sãng ®éng häc lµ mét xÊp xØ tèt cho mét diÔn t¶ ph­¬ng tr×nh Dupuit-Forcheimer ®Çy ®ñ h¬n, nÕu gi¸ trÞ cña th«ng sè kh«ng thø nguyªn ®­îc ®Þnh nghÜa bëi: 4 K s sin   (5.71) i trong ®ã i lµ c­êng ®é hiÖu qu¶ cña l­îng n­íc m­a n¹p l¹i cho s­ên dèc, nã lín h¬n kho¶ng 0.75. Khi gÆp ®iÒu kiÖn nµy ®­êng h¹ mùc n­íc ngÇm t¹i ®iÓm cuèi thÊp h¬n cña dèc v× tiÕp cËn mét kªnh s©u, kh«ng cã ¶nh h­ëng lín ®Õn c¸c l­u l­îng dù b¸o. Tæng kÕt c¸c gi¶ thiÕt vÒ c¸c m« h×nh sãng ®éng häc. Cã chØ mét gi¶ thiÕt ban ®Çu d­íi ®¹o hµm ph­¬ng tr×nh sãng ®éng häc.  A1, Mét quan hÖ hµm gi÷a l­u l­îng vµ tr÷ l­îng cã thÓ ®­îc x¸c ®Þnh cho c¸c qu¸ tr×nh dßng ch¶y cô thÓ ®­îc nghiªn cøu. Mét vµi vÝ dô vÒ c¸c quan hÖ nh­ vËy cho c¶ dßng ch¶y mÆt vµ dßng ch¶y s¸t mÆt ®· ®­îc chøng minh bªn trªn. Giíi h¹n cña tiÕp cËn sãng ®éng häc ph¶i ®­îc ®¸nh gi¸ ®óng, nh­ng ­u ®iÓm chÝnh kh«ng h¹n chÕ c¸c gi¶ thiÕt cña nã vÒ c¸c qu¸ tr×nh dßng ch¶y tù nhiªn, chØ cã l­u l­îng ®­îc xem nh­ lµ mét hµm cña tr÷ l­îng. PhÐp gi¶i gi¶i tÝch c¸c ph­¬ng tr×nh sãng ®éng häc yªu cÇu r»ng c¸c quan hÖ hµm ®ã lµ ®¬n trÞ (nh×n chung lµ cho d¹ng ®¬n gi¶n). Gi¶i sè trÞ kh«ng cã sù h¹n chÕ nµy vµ nã cã thÓ v¹ch ra ph­¬ng ph¸p gi¶i sãng ®éng häc khi cã mét quan hÖ tr÷ l­îng-l­u l­îng trÔ, cã thÓ b¾t ch­íc chÆt chÏ h¬n phÐp gi¶i cho c¸c ph­¬ng tr×nh dßng ch¶y mÆt vµ s¸t mÆt ®Çy ®ñ (trong cïng mét c¸ch mµ ®Æc tr­ng Èm ®Êt trÔ thØnh tho¶ng ®­îc sö dông trong c¸c m« h×nh ®íi ch­a b·o hoµ, xem Jaynes 1990). D­êng nh­ lµ kh«ng cã mét sù cè g¾ng nµo ®Ó thùc hiÖn mét m« h×nh nh­ thÕ trong thuû v¨n. ch­¬ng 6 T­¬ng tù thuû v¨n vµ c¸c m« h×nh m­a dßng Ch¶y hµm ph©n bè Trong quan hÖ m­a dßng ch¶y, t­¬ng tù thuû v¨n th­êng ®­îc kÕt hîp víi hiÓu biÕt mµ chóng ta cã vÒ ho¹t ®éng cña c¸c qu¸ tr×nh vµo trong mét m« h×nh quan niÖm nµo ®ã cña hÖ thèng. Nãi chung mét sè phÇn cña mét m« h×nh quan niÖm phøc t¹p ph¶i dùa nhiÒu vµo c¸c gi¶ thuyÕt vËt lý h¬n c¸c m« h×nh kh¸c. Nh­ng ngay c¶ m« 185
  2. h×nh cã c¬ së vËt lý v÷ng ch¾c nhÊt còng kh«ng thÓ ph¶n ¸nh hÕt tÝnh phøc t¹p vµ kh«ng ®ång nhÊt cña c¸c qu¸ tr×nh x¶y ra trªn l­u vùc. Thuû v¨n l­u vùc vÉn cßn lµ mét m«n khoa häc mang nhiÒu tÝnh kinh nghiÖm. George Hornberger vµ nnk 1985 6.1.T­¬ng tù thuû v¨n vµ c¸c ®¬n vÞ ph¶n øng thuû v¨n Trong bÊt kú l­u vùc nµo nhµ thuû v¨n häc ph¶i ®èi mÆt víi sù ®a d¹ng vÒ ®Þa lý, c¸c lo¹i ®Êt, thùc vËt vµ sö dông ®Êt, c¸c ®Æc ®iÓm vÒ ®Þa h×nh, c¸c nh©n tè t¸c ®éng tíi mèi quan hÖ gi÷a m­a – dßng ch¶y. Mét c¸ch ®Ó thÓ hiÖn ®Æc ®iÓm nµy cña bÊt kú l­u vùc riªng biÖt nµo vµo trong ®¸nh gi¸ lµ d¹ng m« h×nh ph©n bè ®Çy ®ñ ®· ®­îc ®Ò cËp ë ch­¬ng tr­íc, nh­ng nh­ ®· nãi ë ®©y nh÷ng m« h×nh nh­ vËy rÊt khã ¸p dông do c¶ sè liÖu ®Çu vµo yªu cÇu phÇn nhiÒu kh«ng ®o d¹c trùc tiÕp ®­îc vµ c¶ n¨ng lùc m¸y tÝnh ch­a ®¸p øng kÞp. Tuy nhiªn, trong bÊt kú l­u vùc nµo, cã thÓ cã nhiÒu ®iÓm ho¹t ®éng trong con ®­êng t­¬ng tù thuû v¨n, víi sù t­¬ng tù vÒ c©n b»ng n­íc vµ c¸c ®Æc ®iÓm s¶n sinh lµ cña dßng mÆt hay s¸t mÆt. NÕu cã thÓ ph©n lo¹i c¸c ®iÓm trªn l­u vùc trong sù t­¬ng tù nhau vÒ mÆt thuû v¨n, th× d¹ng ®¬n gi¶n h¬n cña m« h×nh cã thÓ ®­îc sö dông dùa trªn ph©n bè cña c¸c hµm ph¶n øng thuû v¨n trong l­u vùc mµ kh«ng cÇn thiÕt xem xÐt c¸c ®iÓm mét c¸ch riªng rÏ. Cã ba ph­¬ng ph¸p chÝnh ®· ®­îc nç lùc ®Ó sö dông ph©n bè nh­ vËy cña c¸c ph¶n øng kh¸c nhau trong l­u vùc cho c¸c qu¸ tr×nh m­a – dßng ch¶y. §Çu tiªn lµ tiÕp cËn thèng kª, dùa trªn ý t­ëng r»ng ph¹m vi cña c¸c ph¶n øng trong mét diÖn tÝch l­u vùc cã thÓ ®­îc miªu t¶ nh­ mét ph©n bè x¸c suÊt cña c¸c bÓ chøa nhËn thøc mµ kh«ng quan t©m râ rµng ®Õn c¸c ®Æc ®iÓm vËt lý ®iÒu khiÓn ph©n bè cña ph¶n øng thuû v¨n. TiÕp cËn nµy do ®ã cã nhiÒu ®iÓm chung víi c¸c m« h×nh hµm chuyÓn ®æi ë ch­¬ng 4, vµ chóng ta sÏ ®­a ra vÝ dô ë môc kÕ tiÕp, m« h×nh ph©n bè x¸c xuÊt cña Moore vµ Clarke (1981), sö dông hµm chuyÓn ®æi d¹ng song song t­¬ng tù cho diÔn to¸n dßng ch¶y ®· s¶n sinh. TiÕp cËn thuÇn tuý thèng kª nµy kh«ng yªu cÇu x¸c ®Þnh h×nh thøc sù t­¬ng tù nµo gi÷a c¸c ®iÓm kh¸c nhau trong l­u vùc. Mét lo¹i kh¸c cña m« h×nh hµm ph©n bè cè g¾ng x¸c ®Þnh sù t­¬ng tù râ rµng h¬n ®ã lµ lo¹i dùa trªn ý t­ëng c¸c ®¬n vÞ ph¶n øng thuû v¨n (HRUs). Chóng ®­îc ph©n ra thµnh c¸c nhãm c¶nh quan kh¸c nhau b»ng viÖc chång chËp c¸c b¶n ®å cã ®Æc ®iÓm kh¸c nhau, ch¼ng h¹n nh­ b¶n ®å vÒ ®Êt, ®é dèc, ®Æc ®iÓm vµ lo¹i thùc vËt... C¸ch ph©n lo¹i c¶nh quan nµy ngµy nay dÔ dµng thiÕt lËp ®­îc b¶n ®å c¸c ®Æc tr­ng nhê viÖc sö dông c¬ së d÷ liÖu c¶nh quan cña hÖ th«ng tin ®Þa lý sao cho t¹o ra c¸c b¶n ®å chång chËp cña c¸c ®Æc tr­ng liªn kÕt lµ mét vµi nh¾p chuét ®¬n gi¶n trªn m¸y tÝnh PC vµ Workstation. Mét vÝ dô vÒ kÕt qu¶ ph©n lo¹i theo ph­¬ng ph¸p c¶nh quan ®· ®­îc minh ho¹ trªn h×nh 2.7. C¸c m« h×nh cña lo¹i nµy kh¸c nhau vÒ lo¹i nhËn thøc ®­îc sö dông cho mçi HRU (xem môc 6.3). TiÕp cËn thø ba lµ ph­¬ng ph¸p xuÊt ph¸t tõ ý t­ëng x¸c ®Þnh sù t­¬ng tù thuû v¨n cña c¸c ®iÓm kh¸c nhau trong l­u vùc dùa trªn gi¶ thuyÕt ®¬n gi¶n vÒ sö dông th«ng tin vÒ ®Þa h×nh vµ lo¹i ®Êt. §èi víi nh÷ng l­u vùc cã ®é dèc tõ trung b×nh cho ®Õn rÊt lín vµ nh÷ng lo¹i ®Êt n»m t­¬ng ®èi n«ng trªn líp ®¸ kh«ng thÊm, ®Þa h×nh cã 186
  3. ¶nh h­ëng quan träng lªn qu¸ tr×nh s¶n sinh dßng ch¶y, Ýt nhÊt trong c¸c ®iÒu kiÖn Èm ­ít, xuÊt ph¸t tõ ¶nh h­ëng cña dßng ch¶y xu«i dèc. §©y lµ c¬ së cho chØ sè t­¬ng tù thuû v¨n ®­a ra bëi Kirkby vµ ®­îc ph¸t triÓn thµnh m« h×nh m­a-dßng ch¶y hoµn chØnh (TOPMODEL cña Kirkby vµ Beven 1979) (xem môc 6.4). Gi¶ thuyÕt c¬ b¶n cña TOPMODEL lµ tÊt c¶ c¸c ®iÓm trªn l­u vùc víi cïng gi¸ trÞ chØ sè ®Þa h×nh (hoÆc mét biÕn ®æi cña nã sÏ ®­îc nãi sau ®©y) sÏ ph¶n ¸nh sù t­¬ng tù vÒ mÆt thuû v¨n. Sau ®ã sÏ kh«ng cÇn thiÕt t×m ra lêi gi¶i cho tÊt c¶ c¸c ®iÓm trªn l­u vùc mµ chØ tÝnh cho c¸c ®iÓm ®¹i biÓu cña tõng nhãm víi chØ sè ®Þa h×nh kh¸c nhau. Hµm ph©n bè cña mçi nhãm sau ®ã sÏ cho phÐp tÝnh c¸c ph¶n øng ë quy m« l­u vùc. C¸c m« h×nh hµm ph©n bè nµy dÔ dµng ®­îc chÊp nhËn vµ yªu cÇu thêi gian ch¹y ch­¬ng tr×nh Ýt h¬n m« h×nh ph©n bè ®Çy ®ñ. Râ rµng chóng lµ mét xÊp xØ cho biÔu diÔn ph©n bè ®Çy ®ñ cña qu¸ tr×nh s¶n sinh dßng ch¶y nh­ng khi ®ã còng lµ thÕ hÖ hiÖn thêi cña m« h×nh ph©n bè “dùa vµo vËt lý” th¶o luËn trong ch­¬ng 5. §iÒu ch­a râ rµng lµ liÖu c¸i sau cã lµ ­u ®iÓm râ rÖt trong ¸p dông thùc tÕ. MÆc dï cßn tån t¹i mét sè giíi h¹n vÒ tÝnh chÝnh x¸c cña c¸c m« h×nh hµm ph©n bè nh­ng viÖc sö dông nh÷ng lo¹i m« h×nh nµy ®· dÉn ®Õn mét sè hiÓu biÕt quan träng . 6.2.M« h×nh ph©n bè x¸c suÊt ®é Èm (PDM) B»ng nhiÒu c¸ch, PDM lµ mét më réng ®¬n gi¶n cña mét sè m« h×nh l­îng tr÷ tËp trung ®­îc ph¸t triÓn trong nh÷ng n¨m 1960 (vµ sau ®ã) cho tr­êng hîp nhiÒu l­îng tr÷ miªu t¶ ph©n bè kh«ng gian cña c¸c kh¶ n¨ng tr÷ kh¸c nhau trong mét l­u vùc. Nã lµ mét më réng hîp lý víi hi väng ph©n bè cña l­îng tr÷ cã thÓ lµ ®¹i diÖn cña sù biÕn thiªn trªn l­u vùc tèt h¬n lµ c¸c phÇn tö l­îng tr÷ tËp trung ®¬n gi¶n. Tuy nhiªn, ë d¹ng ph¸c ho¹ ban ®Çu bëi Moore vµ Clarke (1981) m« h×nh kh«ng cã cè g¾ng thùc sù nµo ®Ó liªn kÕt ph©n bè cña l­îng tr÷ víi c¸c ®Æc ®iÓm vËt lý cña l­u vùc. Trong thùc tÕ, mét trong nh÷ng lý do chÝnh ®Ó ®­a ra ph©n bè l­îng tr÷ ®ã lµ lµm cho c«ng t¸c hiÖu chØnh dÔ dµng h¬n v× hä thÊy r»ng hä ®¹t ®­îc bÒ mÆt ph¶n øng tr¬n h¬n khi cho d¹ng m« h×nh míi so víi m« h×nh cò dùa trªn ph­¬ng ph¸p phÇn tö l­îng tr÷ ESMA tËp trung ë quy m« l­u vùc. BÒ mÆt ph¶n øng tr¬n h¬n, nh×n chung, sÏ lµm cho qu¸ tr×nh tèi ­u ho¸ th«ng sè tù ®éng dÔ dµng h¬n ®Ó t×m ra bé th«ng sè phï hîp nhÊt ( Xem th¶o luËn vÒ hiÖu chØnh th«ng sè ë ch­¬ng 7). ý t­ëng c¬ b¶n cña m« h×nh PDM ®­îc minh ho¹ trªn h×nh 6.1. Nh÷ng phÇn tö l­îng tr÷ béi cho phÐp ®iÒn ®Çy vµ dÉn n­íc trong qu¸ tr×nh m­a vµ giai ®o¹n t­¬ng øng gi÷a c¸c trËn m­a. NÕu bÊt kú bÓ chøa nµo ®· ®Çy th× sau ®ã bÊt kú l­îng m­a thªm sÏ ®­îc coi lµ tíi kªnh nhanh chãng nh­ lµ dßng ch¶y trµn. Thµnh phÇn dÉn n­íc chËm ®­îc phÐp th¸o c¹n bÓ chøa gi÷a c¸c trËn m­a, ®ãng gãp vµo nh¸nh xuèng cña l­u l­îng trong kªnh vµ ®ãng vai trß lµ l­îng tr÷ ban ®Çu cña trËn m­a tiÕp theo. Bèc h¬i còng lÊy n­íc cña l­îng tr÷ trong thêi kú gi÷a c¸c trËn m­a . Trong bÊt kú trËn m­a nµo, râ rµng nh÷ng bÓ chøa víi kh¶ n¨ng tr÷ nhá nhÊt sÏ bÞ ®Çy tr­íc tiªn vµ h×nh thµnh dßng ch¶y nhanh ®Çu tiªn. Mçi kh¶ n¨ng tr÷ ®­îc gi¶ thiÕt lµ biÓu thÞ mét tØ lÖ nhÊt ®Þnh cña l­u vùc ®Ó khi c¸c bÓ chøa bÞ ®Çy, cã thÓ tÝnh ®­îc tû lÖ diÖn tÝch s¶n sinh phÇn dßng ch¶y nhanh. DiÖn tÝch nµy sÏ më réng trong 187
  4. suèt trËn m­a vµ thu nhá l¹i gi÷a c¸c trËn m­a, sao cho vÒ thùc chÊt ph©n bè c¸c bÓ chøa ®¹i diÖn cho diÖn tÝch ®ãng gãp ®éng lùc cho qu¸ tr×nh t¹o thµnh dßng ch¶y. Trong miªu t¶ ®· ®­îc c«ng bè cña c¸c m« h×nh PDM, c¸c t¸c gi¶ ®· ph©n biÖt gi÷a dßng ch¶y mÆt vµ dßng ch¶y c¬ së. Dï sao ®iÒu nµy kh«ng lµ sù gi¶i thÝch cÇn thiÕt v× víi m« h×nh hµm chuyÓn ®æi trong ch­¬ng 4, hoµn toµn coi chóng nh­ dßng ch¶y nhanh vµ chËm. Ph©n bè cña l­îng tr÷ sö dông trong m« h×nh chØ lµ ph©n bè cña l­îng tr÷ nhËn thøc vµ c©u hái n¶y sinh lµ d¹ng ph©n bè nµo cã thÓ phï hîp víi mét l­u vùc cho tr­íc. H×nh 6.1. CÊu tróc cña m« h×nh ph©n bè x¸c suÊt (PDM) Moore vµ Clarke (1981) chØ ra sù kh¸c nhau cña c¸c ph©n bè cã thÓ dÔ dµng hîp nhÊt vµo trong cÊu tróc m« h×nh lo¹i nµy vµ hä dÉn ra c¸c ph­¬ng tr×nh gi¶i tÝch cho ph¶n øng cña c¸c ph©n bè kh¸c nhau. C«ng viÖc cña hä ®­îc Hosking vµ Clarke (1990) ph¸t triÓn. Hai «ng ®· chØ ra lµm thÕ nµo m« h×nh cã thÓ ®­îc sö dông ®Ó rót ra mèi quan hÖ gi÷a tÇn suÊt cña m­a vµ ®é lín ®Ønh dßng ch¶y trong d¹ng gi¶i tÝch. Moore (1985) nghiªn cøu mét tr­êng hîp trong ®ã l­îng tr÷ bÞ tæn thÊt do viÖc dÉn n­íc xuèng s©u vµ bèc tho¸t h¬i, trong khi Moore vµ Clarke (1983) liªn kÕt m« h×nh ®Ó dù ®o¸n sù h×nh thµnh còng nh­ l­u l­îng trÇm tÝch. Mét ph©n tÝch gÇn ®©y cña c¸c kh¸i niÖm vµ ph­¬ng tr×nh ®­îc ®­a ra bëi Clarke (1998). M« h×nh tiÕp tôc ®­îc sö dông vµ ph¸t triÓn. C«ng tr×nh gÇn ®©y ë ViÖn thuû v¨n V­¬ng quèc Anh ®· sö dông cho m« h×nh ch¹y thêi gian dµi ®Ó t×m ra tÇn suÊt cña lò (Lamp,1999) vµ còng ¸p dông ph©n bè nhiÒu h¬n víi sè liÖu ®Çu vµo l­îng m­a vµ tuyÕt tan ®­îc quan tr¾c b»ng ra®a ®Ó dù b¸o lò (Moore vµ nnk 1994; Bell vµ Moore 1998; Moore vµ nnk 1999). ë lÇn ¸p dông muén h¬n (1999) mét m« h×nh ph©n bè x¸c suÊt ®é Èm riªng rÏ ®­îc sö dông cho mçi ®iÓm ¶nh ra ®a l­îng m­a (mét phÇn tö cã kÝch th­íc lµ 2km x 2km víi l­îng m­a ®o ®¹c ra®a ë V­¬ng quèc Anh) quan tr¾c b»ng ra®a ®Ó bÊt kú t¸c ®éng nµo cña ph©n bè kh«ng gian l­îng m­a ®­îc b¶o toµn. Mét sè nç lùc ®· ®­îc thùc hiÖn ®Ó ph¶n ¸nh sù kh¸c nhau vÒ lo¹i ®Êt vµ ®Æc ®iÓm vÒ ®Þa h×nh cña c¸c ®¬n vÞ c¶nh quan bëi c¸c th«ng sè cña ph©n bè bÓ chøa trong mçi phÇn tö theo tõng lo¹i ®Êt vµ gãc dèc trung b×nh. PDM gÇn ®©y còng ®­îc ¸p dông cïng víi m« h×nh ph©n bè dßng ch¶y 188
  5. tuyÕt tan (Moore vµ nnk 1999), mét d¹ng cña m« h×nh ®· ®­îc sö dông nh­ mét m« h×nh thuû v¨n qui m« lín (Armell 1999), vµ mét ph­¬ng ph¸p thay thÕ l­îng tr÷ ph©n bè l¹i gi÷a c¸c phÇn tö tr÷ ®· ®­îc ®Ò xuÊt (Senbeta vµ nnk 1999). ­u ®iÓm cña m« h×nh PDM lµ d¹ng gi¶i tÝch vµ tÝnh to¸n ®¬n gi¶n. Nã cã thÓ ®­îc sö dông ®Ó cung cÊp m« pháng tèt cho c¸c l­u l­îng quan tr¾c trong nhiÒu øng dông, ®Ó ph©n bè l­îng tr÷ nhËn thøc cã thÓ ®­îc gi¶i thÝch lµ ®¹i diÖn hîp lý cña x¸c lËp hµm cña l­u vùc trong d¹ng s¶n sinh dßng ch¶y trªn l­u vùc. Tuy nhiªn, kh«ng cã hiÓu biÕt s©u h¬n nµo vÒ d¹ng cña cÊu tróc c¸c ph¶n øng thuû v¨n lµ cã kh¶ n¨ng, v× kh«ng cã c¸ch nµo ph©n chia c¸c vÞ trÝ riªng biÖt cho c¸c phÇn tö l­îng tr÷. Trong kh¶ n¨ng ph¸n ®o¸n nµy, PDM vÉn lµ mét biÓu diÔn tËp trung ë quy m« l­u vùc (hoÆc phÇn tö l­u vùc con trong phiªn b¶n ph©n bè). Trong thùc tÕ mét sù t­¬ng tù cã thÓ ®­îc m« t¶ gi÷a cÊu tróc cña m« h×nh PDM vµ mét vµi m« h×nh l­u vùc tËp trung, ch¼ng h¹n m« h×nh VIC, lµ m« h×nh sö dông quan hÖ hµm gi÷a l­îng tr÷ l­u vùc vµ diÖn tÝch s¶n sinh dßng ch¶y nhanh (xem h×nh B2.2.1 trong hép 2.2). D¹ng cña mèi quan hÖ nµy ®­îc ®iÒu khiÓn bëi c¸c th«ng sè ®· hiÖu chØnh cho mét diÖn tÝch l­u vùc cô thÓ, nh­ng sau ®ã sÏ chÊp nhËn mét ph©n bè nµo ®ã cña kh¶ n¨ng tr÷ trong l­u vùc theo c¸ch t­¬ng tù nh­ m« h×nh PDM. C¶ hai m« h×nh còng sö dông hµm chuyÓn ®æi song song b»ng c¸ch diÔn to¸n cho dßng ch¶y chËm vµ dßng ch¶y nhanh (dßng ch¶y mÆt vµ dßng ch¶y c¬ së trong h×nh 6.1), t­¬ng tù nh­ m« h×nh hµm chuyÓn ®æi ®Ò cËp ë ch­¬ng 4. 6.3. C¸c m« h×nh ®¬n vÞ ph¶n øng thuû v¨n SÏ lµ rÊt h÷u Ých ®Ó cã thÓ liªn kÕt viÖc t¹o thµnh dßng ch¶y mét c¸ch trùc tiÕp h¬n víi c¸c ®¬n vÞ c¶nh quan, nh­ng sau ®ã lµm thÕ nµo ®Ó tÝnh ®­îc nhiÒu h¬n sù ph©n bè cña c¸c ®Æc ®iÓm vËt lý cña mét l­u vùc mµ kh«ng sö dông ®Õn c¸c m« h×nh ph©n bè ®Çy ®ñ ë ch­¬ng tr­íc? Mét ph­¬ng ph¸p ®· ®­îc ph¸t triÓn dùa trªn viÖc sö dông hÖ thèng th«ng tin ®Þa lý (GIS) trong m« h×nh ho¸ thñy v¨n. Mét GIS th­êng ®­îc sö dông ®Ó chøa d÷ liÖu thu thËp ®­îc tõ b¶n ®å ®Êt, ®Þa chÊt, ®Þa h×nh vµ ph©n lo¹i thùc vËt. Nh­ ®· nãi tõ tr­íc, c¸c b¶n ®å kh¸c nhau nµy kh«ng thÓ cung cÊp th«ng tin sö dông trùc tiÕp trong m« h×nh thuû v¨n, nh­ng chóng cung cÊp th«ng tin thÝch hîp cho m« h×nh. B»ng c¸ch chång chËp nh÷ng d¹ng th«ng tin kh¸c nhau, viÖc ph©n lo¹i c¸c phÇn tö c¶nh quan thµnh c¸c ®¬n vÞ ph¶n øng thuû v¨n (HRUs) cã thÓ ®¹t ®­îc (vÝ dô h×nh 6.2). §©y lµ c«ng viÖc t­¬ng ®èi dÔ víi mét hÖ th«ng tin ®Þa lý hiÖn ®¹i (GIS), hoÆc Ýt nhÊt t­¬ng ®èi dÔ khi tÊt c¶ c¸c nguån th«ng tin kh¸c nhau ®· ®­îc l­u gi÷ vµ ghi nhí tÝnh chÊt kh«ng gian trong c¬ së d÷ liÖu GIS (cã thÓ chi phÝ rÊt nhiÒu thêi gian). C¸c HRU x¸c ®Þnh theo c¸ch nµy cã thÓ kh«ng ®Òu vÒ h×nh d¹ng n¬i mµ c¬ së d÷ liÖu d¹ng vect¬ ®­îc sö dông, hoÆc ®­îc dùa trªn c¸c phÇn tö ®Òu n¬i mµ c¬ së d÷ liÖu d¹ng raster (d¹ng l­íi ®iÓm hoÆc ¶nh ®iÓm) ®­îc sö dông. C¸c HRU t­¬ng tù nhau trong l­u vùc sÏ ®­îc nhãm thµnh mét ®¬n vÞ ®¬n cho môc ®Ých tÝnh to¸n, gièng nh­ c¸ch ph©n nhãm ®¬n vÞ ph¶n øng cña m« h×nh SLURP cña Kite (1995) (H×nh 6.2). Nã lµ c¸c nhãm hoÆc c¸c ®¬n vÞ riªng rÏ, sau ®ã cho phÐp dù ®o¸n ph©n bè cña ph¶n øng thuû v¨n trong l­u vùc. 189
  6. H×nh 6.2. C¸c ®¬n vÞ ph¶n øng thuû v¨n nhãm nh­ ®· sö dông trong mçi l­íi « vu«ng cña m« h×nh SLURP (Kite 1995) Mét chót khã kh¨n gÆp ph¶i cña lo¹i m« h×nh nµy lµ lµm thÕ nµo ®Ó miªu t¶ ph¶n øng thuû v¨n cña mçi HRU, kh¸c nhau ®¸ng kÓ gi÷a c¸c m« h×nh kh¸c nhau cña lo¹i nµy? Trong mét sè m« h×nh l­îng tr÷ nhËn thøc ®­îc sö dông ®Ó miªu t¶ tõng phÇn tö HRU (ch¼ng h¹n nh­ m« h×nh SLURP, m« h×nh HBV96 cña Lindstrom vµ nnk (1997), m« h×nh Modele Couple cña Girard vµ nnk (1981 còng nh­ Ambroise vµ nnk, 1995) vµ m« h×nh ARC/EGMO cña Becker vµ Braun (1999). MÆt kh¸c, mét hµm tæn thÊt ®­îc sö dông ®Ó tÝnh l­îng m­a v­ît vµ sau ®ã nã diÔn to¸n ®Õn cöa ra cña l­u vùc, trong vµi tr­êng hîp b»ng gi¶ thiÕt mét ph©n bè cña kh¶ n¨ng tr÷ bªn trong mçi HRU (vÝ dô Schumann vµ Funke 1996). V× quy m« cña c¸c phÇn tö HRU trë nªn nhá h¬n, vµ miªu t¶ thuû v¨n trë nªn cã c¬ së vËt lý h¬n, khi ®ã lo¹i m« h×nh nµy sÏ tiÕp cËn c¸c m« h×nh ph©n bè dùa trªn vËt lý ®Çy ®ñ ë ch­¬ng tr­íc. Sù ph©n biÖt mµ chóng ta sÏ ph¸c ho¹ ë ®©y bao gåm c¶ m« h×nh HRU trong ch­¬ng nµy vÒ c¸c m« h×nh hµm ph©n bè, lµ ®iÒu kh«ng cã môc ®Ých râ rµng ®Ó gi¶i c¸c ph­¬ng tr×nh m« t¶ dßng ch¶y mÆt vµ s¸t mÆt nh­ng cho phÐp nhãm c¸c phÇn tö ®Ó gi¶m sè l­îng tÝnh to¸n yªu cÇu. Trong ®Þnh nghÜa tæng qu¸t nµy sù ®a d¹ng cña m« h×nh dùa trªn GIS còng cã thÓ bao gåm, vµ thùc tÕ sù ph©n biÖt kh«ng chØ vÒ h×nh d¹ng. Ch¼ng h¹n, cã rÊt nhiÒu m« h×nh GIS raster trong ®ã c¸c tÝnh to¸n sù t¹o thµnh dßng ch¶y ®­îc thùc hiÖn cho mçi ¶nh ®iÓm, vµ dßng ch¶y ®­îc diÔn to¸n tõ ¶nh ®iÓm nµy ®Õn ¶nh ®iÓm kh¸c. Tuy 190
  7. nhiªn, kh«ng ph¶i tÊt c¶ c¸c m« h×nh nh­ vËy sö dông c¸c miªu t¶ qu¸ tr×nh, dùa trªn c¸c gi¶ thuyÕt vËt lý, mµ th­êng sö dông c¸c hµm nhËn thøc h¬n, ch¼ng h¹n nh­ hÖ thèng USGS PRMS cña Leavesley vµ Stan®ar (1995) vµ Flughl (1995), trong ®ã dßng ch¶y nhanh ®­îc t¹o ra bëi hµm diÖn tÝch ®ãng gãp biÕn ®æi ®¬n gi¶n, vµ m« h×nh USDA SWAT cña Arnold vµ nnk (1998), dùa trªn ph­¬ng ph¸p ®­êng cong sè USDA SCS (Côc b¶o vÖ ®Êt Hoa Kú ) . H×nh 6.3. Quan hÖ gi÷a m­a vµ phÇn tr¨m dßng ch¶y ®­îc dù b¸o bëi m« h×nh SCS USDA cho c¸c ®­êng cong kh¸c nhau Trong thùc tÕ cã nhiÒu vÝ dô vÒ lo¹i m« h×nh nµy ®· sö dông ph­¬ng ph¸p ®­êng cong sè SCS trong dù b¸o s¶n sinh dßng ch¶y (xem hép 6.1). §©y lµ mét ph­¬ng ph¸p rÊt hay trong lÞch sö vµ vÉn tiÕp tôc ®­îc sö dông do ph­¬ng thøc liªn hÖ c¬ së d÷ liÖu cña ®­êng cong sè SCS víi th«ng tin ph©n phèi ®Êt vµ lo¹i thùc vËt trªn l­u vùc s­ên dèc trong GIS. Ph­¬ng ph¸p SCS cã nguån gèc tõ c¸c ph©n tÝch kinh nghiÖm sè liÖu m­a-dßng ch¶y trªn c¸c l­u vùc nhá vµ trªn c¸c b·i s­ên dèc. Nã th­êng ®­îc xem nh­ lµ ph­¬ng ph¸p hoµn toµn kinh nghiÖm cho viÖc dù b¸o sù t¹o thµnh dßng ch¶y mµ kh«ng dùa trªn lý thuyÕt vÒ thuû v¨n. Nã còng th­êng cã trong c¸c s¸ch vÒ thuû v¨n víi vai trß lµ ph­¬ng tr×nh thÊm hoÆc lµ mét c¸ch dù ®o¸n l­îng dßng ch¶y v­ît thÊm Horton (vÝ dô Bras 1990), vµ nghiªn cøu gÇn ®©y cña Yu (1998) ®· cè cho nã c¬ së vËt lý b»ng c¸ch chØ ra r»ng sù sinh dßng ch¶y v­ît thÊm diÖn tÝch riªng phÇn trªn mét ph©n bè thèng kª c¸c ®Æc ®iÓm thÊm cña ®Êt ®em ®Õn c¸c ®Æc ®iÓm h×nh thµnh dßng ch¶y t­¬ng tù cho ph­¬ng ph¸p SCS. §ã lµ mét sè ®iÒu hÊp dÉn trong ph­¬ng ph¸p nµy, nh­ng ph­¬ng ph¸p cßn trë nªn hÊp dÉn h¬n nÕu chóng ta quay trë l¹i nguån gèc cña ph­¬ng ph¸p nh­ mét kÕt qu¶ ®o ®¹c m­a dßng ch¶y trong l­u vùc nhá cña Mockus (1949). Mockus ®· liªn kÕt dßng ch¶y víi m­a vµ chØ ra r»ng tØ sè l­u l­îng tÝch lòy/l­îng m­a tÝch lòy cã mét d¹ng ®Æc tr­ng (xem h×nh 6.3). Tr­íc ®©y, dßng ch¶y cña mét trËn m­a cã thÓ ®­îc hiÓu réng lµ dßng ch¶y v­ît thÊm, nh­ng ®iÒu nµy kh«ng cßn lµ c¸ch gi¶i thÝch cÇn thiÕt. ë quy m« l­u vùc nhá, dßng ch¶y ®o ®­îc trong mét sè thÝ nghiÖm gèc ®· bao 191
  8. gåm l­îng n­íc dÉn ra tõ dßng s¸t mÆt v× sù dÞch chuyÓn, sù ®ãng gãp cña dßng ch¶y ­u tiªn hoÆc s¸t mÆt tõ ngay gÇn s«ng. TÊt nhiªn ph­¬ng ph¸p còng ®· ®­îc ¸p dông ®èi víi c¸c l­u vùc vµ c¸c ®¬n vÞ ph¶n øng thuû v¨n kh«ng chiÕm ­u thÕ bëi sinh dßng ch¶y v­ît thÊm. Steenhuis vµ nnk (1995) ®· gi¶i thÝch ph­¬ng ph¸p SCS trong d¹ng diÖn tÝch ®ãng gãp b·o hoµ biÕn ®æi, ngo¹i trõ trong ph©n tÝch cña hä cã mét vµi sè liÖu tõ nh÷ng trËn m­a c­êng ®é lín cã thÓ t¹o ra dßng ch¶y m­a v­ît thÊm. Mét c¸ch nh×n ®Çy ®ñ vÒ ph­¬ng ph¸p ®ã lµ nã kÕt hîp mét sè hiÓu biÕt kinh nghiÖm vÒ sù h×nh thµnh dßng ch¶y nhanh b»ng bÊt kú ph­¬ng ph¸p nµo ë quy m« nhá vµo mét hµm d¹ng ®¬n gi¶n. Cã thÓ cÇn thiÕt ph¶i kiÓm tra xem d¹ng hµm ®ã cã phï hîp víi nh÷ng øng dông riªng biÖt bÊt kú kh«ng nh­ng nã cã lÏ lµ mét ph­¬ng ph¸p gÇn ®óng ®Ó sö dông víi c¸c ®¬n vÞ ph¶n øng thuû v¨n v× nã tãm l­îc hiÓu biÕt thu ®­îc ë nh÷ng kÝch th­íc t­¬ng tù. Do vËy, xÐt sù phô thuéc vµo kÝch th­íc cña m« h×nh HRU, nã cã thÓ phï hîp h¬n bÊt kú ph­¬ng tr×nh thÊm ®iÓm nµo ®· tr×nh bµy trong hép 5.2, thËm chÝ nã cßn ®­îc coi lµ cã së vËt lý h¬n. C¸c kiÕn thøc nÒn t¶ng (vµ giíi h¹n) tiÕp theo vÒ ph­¬ng ph¸p SCS ®­îc tr×nh bµy ë hép 6.1. KÝch th­íc lµ mét vÊn ®Ò trong viÖc lËp m« h×nh HRU. D¹ng m« t¶ HRU ®­îc sö dông ®Ó dù b¸o s¶n sinh dßng ch¶y cã thÓ sÏ thay ®æi theo c¶ m«i tr­êng thuû v¨n vµ kÝch th­íc kh«ng gian n¬i mµ c¸c phÇn tö HRU ®­îc x¸c ®Þnh vµ Ýt nhÊt mét hÖ thèng m« h×nh (hÖ thèng m« h×nh mo®un MMS, ®­îc ph¸t triÓn bëi USGS ®Ó thay thÕ cho hÖ thèng PMRS) cho phÐp miªu t¶ sù t­¬ng t¸c ®­îc chän bëi ng­êi sö dông. Mçi HRU nh×n chung coi nh­ ®ång nhÊt vÒ gi¸ trÞ c¸c th«ng sè vµ ph¶n øng ®Ó, ch¼ng h¹n, nÕu dßng ch¶y mÆt ®­îc tÝnh th× nã còng ®­îc tÝnh ë toµn bé HRU. C¸c HRU th­êng ®­îc xö lý ®éc lËp víi viÖc kh«ng diÔn to¸n râ rµng dßng ch¶y xu«i dèc hoÆc dßng ch¶y s¸t mÆt gi÷a c¸c phÇn tö HRU mµ chØ diÔn to¸n ®Õn kªnh gÇn nhÊt. Thùc tÕ gi¶ thiÕt vÒ sù ®éc lËp cña vÞ trÝ trªn l­u vùc sÏ cÇn thiÕt nÕu c¸c HRU víi ®Æc ®iÓm t­¬ng tù nhau ®­îc xÕp thµnh nhãm. Mét vÝ dô diÓn h×nh vÒ cÊu tróc m« h×nh dùa trªn HRU, trong ®ã bao gåm diÔn to¸n gi÷a c¸c phÇn tö ®­îc chØ ra ë h×nh 6.4. 192
  9. H×nh 6.4. Mét cÊu tróc m« h×nh ®¹i diÖn cho s­ên dèc l­u vùc dùa trªn c¸c ®¬n vÞ ph¶n øng thuû v¨n (theo Flugel 1995). 193
  10. Mét ­u ®iÓm cña tiÕp cËn HRU ®ã lµ c¸c hµm ph¶n øng tÝnh ®­îc cã thÓ ¸nh x¹ trë l¹i kh«ng gian sö dông ph­¬ng ph¸p diÔn to¸n h×nh ¶nh trong GIS ®Ó ®iÒu nµy cã thÓ, Ýt nhÊt vÒ nguyªn t¾c, còng cung cÊp th«ng tin cho ®¸nh gi¸ kh«ng gian cña c¸c dù b¸o. Nh­îc ®iÓm chñ yÕu cña ph­¬ng ph¸p nµy lµ c¸ch trong ®ã mçi HRU ®­îc xem lµ ®ång nhÊt vÒ kh«ng gian – mét gi¶ thiÕt sÏ trë nªn kÐm chÝnh x¸c khi HRU trë nªn lín h¬n. Víi c¸c kÝch th­íc rÊt lín, mét ph­¬ng ph¸p míi cã thÓ cÇn thiÕt, nh­ trong c¸c m« h×nh thuû v¨n qui m« lín sÏ th¶o luËn ë ch­¬ng 9. T¹i thêi ®iÓm nµy, chóng ta kh«ng cã c¬ së lý thuyÕt cho viÖc dù b¸o víi cÊu tróc m« h×nh gÇn ®óng hoÆc c¸c gi¸ trÞ th«ng sè ë quy m« nµy khi ®øa ra c¸c th«ng tin ë quy m« kh¸c. V× vËy, ng­êi ta ®· tranh luËn r»ng kh«ng bao giê cã lý thuyÕt nh­ vËy vµ chóng ta cÇn thiÕt ph¶i sö dông c¸c m« h×nh vÒ c¬ b¶n phô thuéc vµo kÝch th­íc (Beven 1995, 2000). Trong øng dông c¸c m« h×nh HRU, sù phô thuéc vµo kÝch th­íc cña c¸c gi¸ trÞ th«ng sè trong mçi ®¬n vÞ nªn ®­îc xem xÐt. Bëi v× cã nhiÒu HRU vµ mét sè (hoÆc nhiÒu) th«ng sè cÇn thiÕt cho mçi HRU, kh«ng dÔ dµng hiÖu chØnh b»ng qu¸ tr×nh tèi ­u ho¸. Trong tr­êng hîp nµy nh÷ng m« h×nh nh­ vËy sÏ ph¶i ®èi mÆt víi c¸c vÊn ®Ò t­¬ng tù cho c¸c m« h×nh ph©n bè ®Çy ®ñ cã c¬ së vËt lý. GIS cã thÓ l­u gi÷ c¸c lo¹i ®Êt vµ lo¹i thùc vËt nh­ng th«ng tin vÒ c¸c th«ng sè m« h×nh cho mçi lo¹i cã thÓ bÊt ®Þnh cao vµ kh«ng ®éc lËp (ch¼ng h¹n ®é s©u rÔ cña mét lo¹i thùc vËt cho tr­íc cã thÓ phô thuéc vµo lo¹i ®Êt hoÆc ®Æc ®iÓm thuû lùc cña mét lo¹i ®Êt cã thÓ phô thuéc vµo d¹ng sö dông ®Êt). Ph¶n øng thuû v¨n thùc cña mét HRU cã thÓ phô thuéc vµo tÝnh kh«ng ®ång nhÊt trong mçi phÇn tö, do vËy nã kh«ng ®­îc miªu t¶ tèt b»ng gi¸ trÞ c¸c th«ng sè “hiÖu qu¶” ®ång nhÊt. §©y lµ mét giíi h¹n quan träng cña lo¹i cÊu tróc m« h×nh nµy, nh­ng nh­ ®· th¶o luËn ë ch­¬ng 5, ®ã lµ giíi h¹n c¬ b¶n cña tÊt c¶ c¸c m« h×nh ®­a ra do giíi h¹n hiÓu biÕt cña chóng ta lµ lµm thÕ nµo ®Ó m« t¶ chi tiÕt sù thay ®æi cña hÖ thèng thuû v¨n. Mét lÇn n÷a, nã cho thÊy r»ng dù b¸o trªn nh÷ng m« h×nh nh­ vËy sÏ ®­îc kÕt hîp víi mét vµi ­íc l­îng bÊt ®Þnh, nh­ng víi hiÓu biÕt cña t«i, kh«ng cã tr­êng hîp c«ng bè nµo mµ ë ®ã ®iÒu nµy ®­îc thùc hiÖn cho mét m« h×nh HRU. 6.4.TOPMODEL Mét tiÕp cËn ®¬n gi¶n h¬n ®Ó dù ®o¸n ph©n bè kh«ng gian cña c¸c ph¶n øng trong mét l­u vùc ®­îc thùc hiÖn bëi TOPMDEL (xem Beven vµ nnk 1995; Beven 1997).TOPMODEL cã thÓ ®­îc xem lµ s¶n phÈm cña hai ®èi t­îng. Mét lµ sù ph¸t triÓn thùc tÕ vµ dù b¸o thùc tÕ vµ m« h×nh m« pháng liªn tôc. §èi t­îng cßn l¹i lµ sù ph¸t triÓn mét khu«n khæ lý thuyÕt trong c¸c qu¸ tr×nh thuû v¨n ®· hiÓu ®­îc, kÕt qu¶ c¸c quy m«, tÝnh hiÖn thùc vµ c¸c thñ tôc m« h×nh cã thÓ ®­îc nghiªn cøu. C¸c th«ng sè cã xu h­íng mang ý nghÜa vËt lý vµ sè l­îng cña chóng ®­îc gi÷ ë møc thÊp nhÊt ®Ó ®¶m b¶o r»ng c¸c gi¸ trÞ ®­îc x¸c ®Þnh b»ng hiÖu chØnh lµ dÔ nhËn ra h¬n, trong khi vÉn cho phÐp ¸nh x¹ trë l¹i l­u vùc dùa trªn cÊu tróc cña chØ sè ®Þa h×nh ®­îc lÊy ra tõ mét ph©n tÝch ®­êng dÉn dßng ch¶y trªn l­u vùc. Trong thùc hµnh, m« h×nh ®¹i diÖn cho nç lùc kÕt hîp hiÖu qu¶ cña tÝnh to¸n vµ th«ng sè ho¸ cña tiÕp cËn hµm ph©n bè víi liªn kÕt ®Õn lý thuyÕt vËt lý vµ kh¶ n¨ng ®¸nh gi¸ chÆt chÏ h¬n, ®­a ra bëi m« h×nh ph©n bè ®Çy ®ñ. 194
  11. 6.4.1. Lý thuyÕt nÒn t¶ng TOPMODEL TOPMODEL cã thÓ ®­îc xem lµ mét xÊp xØ cao h¬n cña sãng ®éng häc miªu t¶ hÖ thèng dßng ch¶y s¸t mÆt ë môc 5.4. Liªn kÕt nµy ®­îc thùc hiÖn mét c¸ch râ rµng bëi Kirkby (1997) vµ Wigmosta vµ Lettenmaier (1999). Nã dùa trªn hai gi¶ thiÕt c¬ b¶n: c¸c qu¸ tr×nh ®éng lùc cña vïng b·o hoµ cã thÓ xÊp xØ bëi tr¹ng th¸i æn ®Þnh kÕ tiÕp cña vïng b·o hoµ trªn diÖn tÝch a dÉn n­íc tíi mét ®iÓm ë trªn s­ên dèc (H×nh 6.5); vµ gradient thuû lùc cña ®íi b·o hoµ cã thÓ xÊp xØ b»ng ®é dèc ®Þa h×nh bÒ mÆt côc bé ®o ®­îc vãi sù quan t©m ®Õn kho¶ng c¸ch mÆt b»ng, tan (Hép 6.2). H×nh 6.5. X¸c ®Þnh diÖn tÝch dÉn n­íc ch¶y ng­îc dèc qua mét ®iÓm trªn l­u vùc Nh÷ng gi¶ thiÕt nµy dÉn tíi c¸c mèi quan hÖ ®¬n gi¶n gi÷a l­îng tr÷ l­u vùc (hoÆc l­îng tr÷ thiÕu hôt) trong ®ã nh©n tè chÝnh lµ chØ sè ®Þa h×nh Kirkby (a/tan ) (Kirkby 1975). ChØ sè Kirkby miªu t¶ xu h­íng cña ®iÓm bÊt kú trªn l­u vùc ®Ó ph¸t triÓn ®iÒu kiÖn b·o hoµ. Gi¸ trÞ cao sÏ do hoÆc s­ên dèc dµi hoÆc sù héi tô cña ®­êng ®ång møc ®Ønh dèc, vµ c¸c gãc dèc nhá. C¸c ®iÓm víi cïng gi¸ trÞ chØ sè Kirkby sÏ ®­îc dù ®o¸n lµ cã cïng ph¶n øng thuû v¨n. TiÕp cËn chØ sè ®Þa h×nh ®­îc ph¸t triÓn vµo m« h×nh m­a – dßng ch¶y bëi Beven vµ Kirkby (1976) vµ ®· ®­îc tæng hîp cho c¸c ®Æc ®iÓm kh¸c nhau cña ®Êt trªn l­u vùc (xem d­íi ®©y vµ hép 6.1). C¸c gi¶ thiÕt lµ t­¬ng tù cho nh÷ng g× ®­îc sö dông trong ph¸t triÓn cña chØ sè ®é “Èm” ®­îc ph¸t triÓn ®éc lËp bëi O’Loughlin (1981,1986) vµ sö dông trong m« h×nh cña Moore vµ nnk (1986). TOPMODEL trong d¹ng ban ®Çu mang ­u ®iÓm cña c¸c d¹ng ®¬n gi¶n to¸n häc, ®­îc cho phÐp bëi ba gi¶ thiÕt: ph©n phèi cña qu¸ tr×nh vËn chuyÓn xu«i dèc theo ®é s©u lµ mét hµm mò cña l­îng tr÷ thiÕu hôt hoÆc ®é s©u n­íc ngÇm: T  T0 e  D / m (6.1) trong ®ã T0 lµ l­îng vËn chuyÓn bªn trong (n»m ngang) khi ®Êt võa b·o hoµ (L2T-1); D lµ l­îng thiÕu hôt côc bé d­íi tÇng b·o hoµ biÓu diÔn nh­ ®é s©u n­íc (L) vµ m lµ th«ng sè m« h×nh ®iÒu khiÓn tèc ®é gi¶m cña vËn chuyÓn profile trong ®Êt, còng víi thø nguyªn chiÒu dµi (L). ý nghÜa vËt lý cña th«ng sè triÕt gi¶m m lµ nã ®iÒu khiÓn ®é s©u hiÖu qu¶ hoÆc l­îng tr÷ ho¹t ®éng cña proife ®Êt l­u vùc. Gi¸ trÞ lín h¬n cña m 195
  12. lµm gia t¨ng l­îng tr÷ ®éng cña profile ®Êt. Gi¸ trÞ nhá t¹o ra líp ®Êt hiÖu qu¶ n«ng, víi sù suy tµn ho¹t ®éng vËn chuyÓn dÔ nhËn thÊy. Víi gi¶ thiÕt hµm chuyÓn ®æi cã d¹ng mò nµy, cã thÓ thÊy r»ng chØ sè t­¬ng tù phï hîp lµ ln(a/tan ) hoÆc nÕu gi¸ trÞ cña T0 ®­îc phÐp thay ®æi trong kh«ng gian th× ln(a/T0tan ) ®­a ®Õn l­îng thiÕu hôt l­îng tr÷ trung b×nh l­u vùc D , l­îng thiÕu hôt côc bé ë bÊt kú ®iÓm nµo cã thÓ tÝnh nh­ sau (xem hép 6.2): Di  D  m  ln a / T0 tan   (6.2) trong ®ã:  lµ gi¸ trÞ trung b×nh cña chØ sè trªn toµn l­u vùc. V× vËy, mçi ®iÓm cã cïng gi¸ trÞ chØ sè ®Êt/®Þa h×nh ln(a/T0tan ) coi nh­ hµm sè trong mét d¹ng duy nhÊt. Do vËy biÕn ln(a/T0tan ) lµ mét chØ sè t­¬ng tù thuû v¨n. Mét gi¶ thiÕt kh¸c cña proife vËn chuyÓn dÉn ®Õn c¸c d¹ng kh¸c nhau cña chØ sè vµ tÝnh to¸n ®é thiÕu hôt côc bé (xem hép 6.2). Mèi quan t©m lµ c¸c ®iÓm trong l­u vùc mµ l­îng thiÕu hôt ®­îc dù do¸n lµ b»ng kh«ng t¹i b­íc thêi gian bÊt kú. Nh÷ng ®iÓm nµy, hoÆc mét phÇn cña l­u vùc, sÏ ®¹i diÖn cho diÖn tÝch ®ãng gãp b·o hoµ më réng hoÆc thu hÑp theo sù thay ®æi cña D khi l­u vùc Èm ­ít hoÆc kh« (H×nh 6.6). C¸c ph­¬ng tr×nh cã thÓ còng ®­îc rót ra trong d¹ng cña ®é s©u n­íc ngÇm h¬n lµ ®é thiÕu hôt l­îng tr÷, nh­ng ®iÒu nµy Ýt nhÊt còng giíi thiÖu thªm Ýt nhÊt mét th«ng sè l­îng tr÷ hiÖu qu¶ (Beven vµ nnk 1995). Trong mçi tr­êng hîp, sÏ cã mét mèi quan hÖ gi÷a profile chuyÓn ®æi ®· gi¶ thiÕt vµ d¹ng cña ®­êng cong triÕt gi¶m ë mçi kÝch th­íc l­u vùc ®­îc t¹o ra bëi ®é dÉn n­íc cña ®Êt. §èi víi gi¶ thiÕt vËn chuyÓn d¹ng mò hµm triÕt gi¶m ®­îc rót ra lµ: Q  Q0 e  D / m (6.3) trong ®ã Q0 =Ae- ®èi víi mét diÖn tÝch l­u vùc A. Ph­¬ng tr×nh nµy (vµ d¹ng t­¬ng ®­¬ng cho c¸c gi¶ thiÕt vËn chuyÓn kh¸c) ®­îc rót ra tõ gi¶ thiÕt r»ng gradient thuû lùc hiÖu qu¶ cña dßng ch¶y s¸t mÆt kh«ng thay ®æi theo thêi gian, v× sÏ ®­îc dù b¸o bëi ph©n tÝch ®Çy ®ñ h¬n. TÝnh to¸n chØ sè cho mçi ®iÓm trong l­u vùc ®ßi hái hiÓu biÕt vÒ gãc dèc côc bé, diÖn tÝch ch¶y qua ®iÓm ®ã vµ sù vËn chuyÓn ë tÇng b·o hoµ. Ph©n bè kh«ng gian cña (a/tan ) (xem h×nh 6.6) cã thÓ rót ra tõ sù ph©n tÝch cña m« h×nh sè ®Þa h×nh (DTM) hoÆc b¶n ®å cao ®é sè (DEM) cña l­u vùc (xem phÇn 6.4.2). X¸c ®Þnh ph©n bè kh«ng gian cña T0 nh×n chung cßn nhiÒu vÊn ®Ò, v× kh«ng cã c¸c kü thuËt ®o ®¹c tèt ®Ó thu ®­îc th«ng sè nµy. Trong hÇu hÕt c¸c øng dông nã cã thÓ ®­îc gi¶ thiÕt lµ ®ång nhÊt theo kh«ng gian, trong ®ã chØ sè t­¬ng tù quy vÒ biÓu thøc (a/tan ). §Ó tÝnh to¸n diÖn tÝch ®ãng gãp dßng ch¶y mÆt (hoÆc s¸t mÆt), chØ sè ®Þa h×nh l­u vùc ®­îc diÔn t¶ theo d¹ng hµm ph©n bè. Gi¸n ®o¹n ho¸ cña hµm ph©n bè (a/tan ) ®em ®Õn nh÷ng ­u ®iÓm trong tÝnh to¸n. Ta ®· biÕt r»ng tÊt c¶ c¸c ®iÓm cã cïng gi¸ trÞ (a/tan ) ®­îc gi¶ thiÕt lµ cã cïng mét ho¹t ®éng vÒ mÆt thuû v¨n, do vËy phÐp tÝnh ®­îc yªu cÇu ®Ó t¹o ra cÊu tróc ph©n bè kh«ng gian mùc n­íc ngÇm quy viÖc vÒ tÝnh cho mçi lo¹i (a/tan ); c¸c tÝnh to¸n kh«ng yªu cÇu cho mçi vÞ trÝ riªng lÎ trong kh«ng gian. TiÕp cËn nµy v× vËy trë nªn hiÖu qu¶ h¬n s¬ ®å gi¶i trong ®ã ph¶i tÝnh mét l­îng lín c¸c nót l­íi trong kh«ng gian- mét ­u ®iÓm ®¸ng kÓ khi ®é nh¹y cña th«ng sè vµ 196
  13. thñ tôc ­íc l­îng tÝnh bÊt ®Þnh ®­îc thùc hiÖn. H×nh 6.6. ChØ sè ®Þa h×nh ln(a/tan) trong l­u vùc nhá Maimai M8 (3.8 ha), New Zeland, ®­îc tÝnh khi sö dông thuËt to¸n dßng ch¶y xu«i dèc ®a h­íng. Gi¸ trÞ cao cña chØ sè ®Þa h×nh ë d­íi ®¸y c¸c thung lòng vµ c¸c hè trªn s­ên dèc cho thÊy c¸c khu vùc nµy sÏ ®­îc dù ®o¸n lµ bÞ b·o hoµ ®Çu tiªn. (theo Freer 1998) H×nh 6.7. Hµm ph©n phèi vµ hµm ph©n phèi tÝch luü cña gi¸ trÞ chØ sè ®Þa h×nh trong l­u vùc Maimai M8 (3.8 ha), NewZeland, nh­ rót ra tõ cÊu tróc h×nh 6.6 Trong mçi thêi ®o¹n m­a, m« h×nh dù ®o¸n r»ng bÊt kú l­îng m­a nµo trªn diÖn tÝch nguån b·o hoµ sÏ tíi kªnh b»ng diÔn to¸n dßng ch¶y mÆt hoÆc s¸t mÆt nh­ lµ dßng ch¶y trµn trËn m­a, cïng víi l­îng m­a v­ît cña l­îng m­a yªu cÇu ®iÒn ®Çy diÖn tÝch mµ ë ®ã l­îng thiÕu hôt lµ nhá. Sù thiÕu hôt côc bé tÝnh to¸n còng cã thÓ ®­îc sö dông ®Ó dù ®o¸n diÖn tÝch ®ãng gãp cña dßng ch¶y s¸t mÆt, hoÆc dßng ch¶y ®i qua c¸c lo¹i ®Êt kh¸c nhau (Robson vµ nnk 1992 ) nÕu chóng cã thÓ ®­îc x¸c ®Þnh bëi mét vµi gi¸ trÞ ng­ìng cña l­îng thiÕu hôt (hoÆc ®é s©u mÆt n­íc ngÇm). M« h×nh ®­îc hoµn chØnh bëi mét miªu t¶ vÒ vïng kh«ng b·o hoµ vµ thµnh phÇn diÔn to¸n dßng ch¶y. C¶ hai ®­îc gi÷ ®¬n gi¶n cã c©n nh¾c ®Ó viÖc ­íc l­îng th«ng sè dÔ dµng. TÝnh to¸n râ rµng c¸c ¶nh h­ëng cña tÝnh kh«ng ®ång nhÊt vµ cña lç hæng lín côc bé lµ thùc sù khã kh¨n. Kh«ng cã c¸c m« t¶ to¸n häc ®óng ®¾n cña dßng ch¶y kh«ng b·o hoµ trong c¸c lo¹i ®Êt cã cÊu tróc víi c¸c th«ng sè ®­îc x¸c ®Þnh ë mét quy 197
  14. m« dù b¸o thùc tÕ s½n cã hiÖn nay (xem Bronstert vµ Plate (1997), cho cè g¾ng thó vÞ lµm viÖc nµy) vµ nÕu c¸c gi¸ trÞ th«ng sè ®­îc x¸c ®Þnh b»ng c¸ch hiÖu chØnh th× viÖc th«ng sè ho¸ lµ mét thuËn lîi. Phiªn b¶n hiÖn t¹i cña TOPMODEL sö dông hai bÓ chøa ®Ó miªu t¶ tÇng kh«ng b·o hoµ, mét ®¹i diÖn cho phÇn bÞ gi÷ l¹i vµ c¸c l­îng tr÷ vïng rÔ c©y bÞ thiÕu hôt do sù tho¸t bèc h¬i n­íc ®­îc tÝnh to¸n, vµ mét bÓ dÉn n­íc ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh cung cÊp cho tÇng b·o hoµ. C¶ hai ®Òu ®­a thªm vµo mét th«ng sè. Kh«ng cã lý do t¹i sao phÇn nµy cña m« h×nh kh«ng ®­îc lµm phøc t¹p h¬n nÕu ®ñ th«ng tin cã s½n ®Ó ®iÒu khiÓn sù phøc t¹p ®ã. V× vËy, c¸c miªu t¶ phøc t¹p h¬n vÒ ®Êt vµ thùc vËt ®­îc liªn kÕt víi kh¸i niÖm cña TOPMODEL trong biÓu thøc TOPLATS cña Famiglietti vµ nnk (1992), trong RHESSys (Ban vµ nnk 1991,1993; Fagre vµ nnk 1997; Hartman vµ nnk 1999) vµ trong m« h×nh MACAQUE cña Watson vµ nnk (1999), TOPLATS còng cã thÓ ®­îc sö dông nh­ c¸c m« h×nh ph©n bè ®Çy ®ñ víi c¸c tÝnh to¸n ®­îc thùc hiÖn cho mçi ¶nh ®iÓm trong mét l­u vùc (ch¼ng h¹n Houser vµ nnk 1998). Më réng nµy sÏ ®­a thªm c¸c th«ng sè vÒ thùc vËt vµ ®Êt vµo trong m« h×nh. Miªu t¶ l­îng dßng chÈy v­ît thÊm còng cã thÓ tÝnh vµ trong mét sè øng dông kh¸c cña TOPMODEL, c¸c tiÕp cËn dùa trªn c¬ së vËt lý râ rµng h¬n cho tæn thÊt thÊm ®­îc chÊp nhËn (Beven 1986a,b, 1987; Sivapalan vµ nnk 1990; Wood vµ nnk 1990). Tuy nhiªn, nh÷ng tiÕp cËn nµy còng ®­a ra thªm c¸c th«ng sè ngo¹i lai vµo m« h×nh lµm cho viÖc hiÖu chØnh khã kh¨n h¬n ®Æc biÖt trong c¸c khu vùc ®Êt kh«ng ®ång nhÊt. 6.4.2. Suy ra chØ sè ®Þa h×nh Ph©n tÝch ®Þa h×nh l­u vùc ®­îc yªu cÇu ®Ó rót ra hµm ph©n bè cña gi¸ trÞ (a/tan) (H×nh 6.6). §Ó thu ®­îc c¸c gi¸ trÞ riªng rÏ cña (a/tan), mét sè mÉu ®Þa h×nh ®­îc chÊp nhËn. Ph¸t triÓn ®Çu tiªn cña TOPMODEL dùa trªn ph©n tÝch b»ng tay (dùa trªn c¸c b¶n ®å hoÆc th«ng tin ¶nh hµng kh«ng) cña c¸c ®é dèc côc bé, diÖn tÝch ®ãng gãp trªn s­ên dèc vµ diÖn tÝch luü tÝch. Beven vµ Kirkby (1979) ®· ®Ò xuÊt mét kü thu¹t tÝnh ®Ó rót ra hµm ph©n bè chØ sè ®Þa h×nh (vµ ®å thÞ trÔ cña dßng ch¶y trµn) dùa trªn sù ph©n chia l­u vùc thµnh c¸c ®¬n vÞ l­u vùc nhá h¬n. Mçi ®¬n vÞ sau ®ã ®­îc gi¸n ®o¹n ho¸ thµnh c¸c phÇn tö ®é dèc “côc bé” nhá trªn c¬ së cña c¸c ®­êng dÉn dßng ch¶y chiÕm ­u thÕ (rót ra tõ c¸c ®­êng cña ®é dèc lín nhÊt theo c¸ch t­¬ng tù nh­ phÇn mÒm ph©n tÝch ®­êng dÉn dßng ch¶y TAPE-C cña Grayson vµ nnk 1995). TÝnh to¸n cña (a/tan) ®­îc thùc hiÖn cho gãc xu«i dèc cña mçi phÇn tö. MÆc dï lµ mét xÊp xØ nh­ng ph­¬ng ph¸p nµy ®­îc cho lµ kh¸ tèt do hiÖu qu¶ t­¬ng ®èi cña nã vµ bëi v× c¸c quan tr¾c thùc tÕ h­íng dßng ch¶y cã thÓ ®­îc sö dông trong viÖc x¸c ®Þnh c¸c phÇn tö ®é dèc ®­îc ph©n tÝch. §Æc biÖt, c¸c ¶nh h­ëng cña bÒ mÆt dÉn n­íc vµ c¸c con ®­êng ®iÒu khiÓn diÖn tÝch ®ãng gãp trªn s­ên dèc hiÖu qu¶ cã thÓ ®­îc ®­a vµo trong tÝnh to¸n. Ch¼ng h¹n ho¹t ®éng biÕn ®æi dßng ch¶y tù nhiªn cña con ng­êi th­êng rÊt quan träng ®èi víi ph¶n øng thuû v¨n nh­ng th­êng kh«ng cã trong DTM cña c¸c diÖn tÝch l­u vùc ®­îc sö dông th­êng xuyªn trong ph©n tÝch ®Þa h×nh ngµy nay . Tuy nhiªn, víi mét DTM, mµ ph­¬ng ph¸p sö dông trªn m¸y tÝnh nhiÒu h¬n ngµy 198
  15. nay lµ cã s½n. Quinn vµ nnk (1995a) chøng minh viÖc sö dông c¸c ch­¬ng tr×nh ph©n tÝch ®Þa h×nh sè (DTA), dùa trªn d÷ liÖu cao ®é d¹ng raster, trong øng dông cho c¸c nghiªn cøu m« h×nh ho¸ l­u vùc trªn c¬ së cña TOPMODEL. Cã nh÷ng lùa chän chñ quan ®­îc thùc hiÖn trong bÊt kú ph©n tÝch ®Þa h×nh sè nµo. C¸c kü thuËt x¸c ®Þnh h­íng dßng ch¶y tõ l­íi raster, ®­êng ®¼ng trÞ hoÆc l­íi tam gi¸c kh«ng ®Òu DTM ®· ®­îc th¶o luËn trong môc 3.7. C¸c ph­¬ng ph¸p DTA kh¸c nhau sÏ ®­a ®Õn sù kh¸c nhau trong viÖc x¸c ®Þnh ®­êng dÉn dßng ch¶y vµ do ®ã ®­a ®Õn sù kh¸c nhau trong tÝnh to¸n diÖn tÝch ®ãng gãp s­ên dèc ®èi víi mçi ®iÓm trªn l­u vùc. §é ph©n gi¶i cña d÷ liÖu DTA còng sÏ cã ¶nh h­ëng. DTM ph¶i cã ®é ph©n gi¶i ®ñ mÞn ®Ó ph¶n ¸nh ¶nh h­ëng cña ®Þa h×nh lªn ®­êng dÉn dßng ch¶y mÆt vµ s¸t mÆt mét c¸ch ®Çy ®ñ. §é ph©n gi¶i th« cña d÷ liÖu DTM cã thÓ kh«ng miªu t¶ ®­îc mét vµi ®Æc ®iÓm héi tô ®é dèc. Tuy nhiªn, ®é ph©n gi¶i qu¸ mÞn cã thÓ sÏ g©y ra sù lo l¾ng vÒ h­íng dßng ch¶y vµ c¸c gãc dèc sÏ kh«ng ®­îc ph¶n ¸nh trong dßng ch¶y s¸t mÆt, trong bÊt cø tr­êng hîp nµo, nã sÏ kh«ng lu«n lu«n theo h­íng ®Þa h×nh ®­îc ®­a ra bëi ®Þa h×nh mÆt. Freer vµ nnk (1997), ch¼ng h¹n, ®Ò nghÞ r»ng ®Þa h×nh ®¸ gèc cã thÓ lµ mét ®iÒu khiÓn quan träng h¬n trong mét sè l­u vùc. §é ph©n gi¶i phï hîp sÏ phô thuéc vµo kÝch th­íc cña c¸c ®Æc ®iÓm s­ên dèc, nh­ng sè liÖu 50m hoÆc tèt h¬n th­êng ®­îc ®Ò nghÞ. BÊt kú ®iÒu g× lín h¬n vµ trong hÇu hÕt c¸c l­u vùc nã sÏ kh«ng thÓ miªu t¶ d¹ng s­ên dèc trong ph©n bè tÝnh to¸n cña chØ sè (a/tan). Thùc nghiÖm chØ ra r»ng quy m« cña DTM sö dông vµ ph­¬ng ph¸p trong ®ã l­íi « vu«ng s«ng ®­îc xem xÐt trong DTA, g©y ¶nh h­ëng lªn ph©n phèi cña chØ sè ®Þa h×nh, ®Æc biÖt bao gåm c¶ sù dÞch chuyÓn cña gi¸ trÞ trung b×nh (a/tan). V× vËy sau ®ã sÏ cã ¶nh h­ëng lªn c¸c gi¸ trÞ th«ng sè ®· ®­îc hiÖu chØnh (®Æc biÖt lµ th«ng sè vËn chuyÓn) trong c¸c øng dông ®Æc biÖt. §©y lµ mét vÝ dô rÊt râ rµng vÒ d¹ng nµo cña m« h×nh x¸c ®Þnh cã thÓ t­¬ng t¸c víi gi¸ trÞ th«ng sè yªu cÇu ®Ó t¸i t¹o l¹i thuû v¨n mét l­u vùc. Trong tr­êng hîp nµy, hai ph©n tÝch ®Þa h×nh kh¸c nhau cña cïng mét l­u vùc sÏ cã thÓ yªu cÇu c¸c gi¸ trÞ vËn chuyÓn hiÖu qu¶ kh¸c nhau cho viÖc m« pháng thuû ®å. Tuy nhiªn, trong mét nghiªn cøu gÇn ®©y, Saulnier vµ nnk (1997a) ®· ®Ò nghÞ r»ng viÖc lo¹i trõ l­íi « vu«ng s«ng khái ph©n bè trong c¸c th«ng sè vËn chuyÓn ®­îc hiÖu chØnh æn ®Þnh h¬n nhiÒu ®èi víi sù thay ®æi cña ®é ph©n gi¶i DTM. Sù ®¬n gi¶n trong cÊu tróc cña TOPMODEL cã thÓ cho phÐp vÊn ®Ò nµy ®­îc nghiªn cøu ë mét sè chi tiÕt nh­ng nh÷ng xem xÐt t­¬ng tù vÒ t­¬ng t¸c gi÷a quy m« l­íi vµ c¸c th«ng sè m« h×nh ph¶i ¸p dông cho thËm chÝ hÇu hÕt c¸c m« h×nh ph©n bè ®Çy ®ñ cã s¬ së vËt lý râ rµng nhÊt (Beven 1989); Refsgaard 1997; Kuo vµ nnk 1999). §iÒu ®¸ng chó ý lµ th«ng sè ho¸ cña ph©n phèi (a/tan), trong mét sè tr­êng hîp cã thÓ rÊt h÷u Ých. Sivapalan vµ nnk (1990) giíi thiÖu sö dông ph©n bè gamma trong phiªn b¶n TOPMODEL cña hä. Wolock (1990) còng ®· ®­a ra chi tiÕt ph©n bè gamma ®èi víi m« pháng liªn tôc. Mét ph©n tÝch víi m« h×nh thèng kª PDM trong môc 6.2 trë nªn râ rµng ë d¹ng nµy. ­u ®iÓm cña viÖc sö dông ph©n tÝch ®Þa h×nh ®Ó x¸c ®Þnh ph©n bè cña chØ sè tr­íc, lµ sau ®ã sÏ kh«ng cã thªm th«ng sè ph¶i ­íc l­îng. Tuy nhiªn, ®©y sÏ chØ lµ ­u ®iÓm khi ph©n tÝch ®Þa h×nh cho phÐp miªu t¶ ch©n thùc sù t­¬ng tù cña ph¶n øng thuû v¨n trªn l­u vùc, ®iÒu nµy râ rµng phô thuéc vµo sù kiÓm chøng cña c¸c gi¶ thiÕt ®¬n gi¶n lµm c¬ së cho chØ sè ®Þa h×nh . 199
  16. 6.4.3. Nh÷ng øng dông cña m« h×nh M« pháng c¸c ph¶n øng cña l­u vùc Èm ­ít TOPMODEL ®Çu tiªn ®­îc ph¸t triÓn ®Ó m« pháng c¸c l­u vùc nhá ë V­¬ng quèc Anh (Beven vµ Kirkby 1979; Beven vµ nnk 1984) . Nh÷ng nghiªn cøu nµy chØ ra r»ng m« h×nh cã thÓ cho kÕt qu¶ hîp lý víi viÖc hiÖu chØnh tèi thiÎu c¸c gi¸ trÞ th«ng sè. Mét b¶n tæng kÕt c¸c ¸p dông gÇn ®©y ®­îc Beven ®­a ra. Nh÷ng øng dông gÇn ®©y h¬n bao gåm Franks vµ nnk (1998); Saunier vµ nnk (1998) ë Ph¸p; Lamb vµ nnk (1998a,b) ë NaUy (xem tr­êng hîp nghiªn cøu ë môc 6.5); Quinn vµ nnk (1998) ë Alaska; Cameron vµ nnk (1999) ë Wales; Dietterick vµ nnk (1999) ë MÜ; Donnelly- Mackowecky vµ Moore (1999) ë Canada; vµ Guntner vµ nnk (1999) ë §øc (H×nh 6.8). Trong hÇu hÕt nh÷ng tr­êng hîp nµy ng­êi ta thÊy r»ng sau khi hiÖu chØnh th«ng sè, TOPMODEL cung cÊp c¸c m« pháng tèt cña l­u l­îng kªnh vµ c¸c m« pháng ®¸ng tin cËy cña diÖn tÝch ®ãng gãp biÕn ®æi: C¸c l­u vùc víi hÖ thèng n­íc d­íi ®Êt s©u h¬n hoÆc ®íi b·o hoµ treo côc bé sÏ cã nhiÒu khã kh¨n h¬n cho m« h×nh. Nh÷ng l­u vùc nh­ vËy cã xu h­íng t¨ng Èm ë thêi kú cuèi mïa hÌ trong ®ã c¸c ®iÒu khiÓn l­îng cung cÊp cho bÊt kú ®íi b·o hoµ nµo vµ liªn kÕt cña c¸c tÇng b·o hoµ cã thÓ thay ®æi theo thêi gian. Mét vÝ dô lµ l­u vùc Slapton Wood ë phÝa nam n­íc Anh, ®­îc m« h×nh ho¸ bëi Beven vµ Fisher (1995). M« pháng c¸c ph¶n øng thuû v¨n ë l­u vùc kh« h¬n Mét m« h×nh víi môc ®Ých dù b¸o ph¶n øng nhanh cña l­u vùc trªn c¬ së ®éng lùc cña diÖn tÝch ®ãng gãp b·o hoµ d­êng nh­ kh«ng h­íng ®Õn m« pháng c¸c ph¶n øng cña l­u vùc th­êng kh«, ch¼ng h¹n nh­ khÝ hËu §Þa Trung H¶i vµ th¶o nguyªn. Tuy nhiªn, Durand vµ nnk (1992) ®· chØ ra r»ng TOPMODEL cã thÓ m« pháng ®Çy ®ñ l­u l­îng ë c¸c l­u vùc nh­ thÕ, nh­ Mont-Lozere ë Cevennes, miÒn nam n­íc Ph¸p, Ýt nhÊt sau khi hiÖu chØnh mét vµi th«ng sè. Kinh nghiÖm trong viÖc m« h×nh ho¸ l­u vùc Booro-Borotou ë Cote §ivoa (Quinn vµ nnk 1991), Australia (Barling vµ nnk 1994) vµ c¸c l­u vùc ë vïng nói PradÐ, Catalonia, T©y Ban Nha (Pinol vµ nnk 1997), gîi ý r»ng TOPMODEL sÏ chØ cho m« pháng tho¶ m·n ngay khi l­u vùc bÞ Èm ­ít h¬n. DÜ nhiªn, ë rÊt nhiÒu l­u vùc víi l­îng m­a thÊp, ®Êt kh«ng bao giê ®¹t tíi tr¹ng th¸i “­ít”, vµ ph¶n øng cã thÓ ®­îc ®iÒu khiÓn bëi sù liªn kÕt cña dßng ch¶y xu«i dèc b·o hoµ bÊt kú. TOPMODEL cho r»ng cã nhiÒu chç b·o hoµ xu«i dèc liªn kÕt ë trªn s­ên dèc; tr­íc khi sù liªn kÕt nh­ vËy thiÕt lËp ®­îc mét chØ sè ®éng lùc ®­îc yªu cÇu. Nh÷ng l­u vùc nh­ vËy còng cã xu h­íng nhËn ®­îc nh÷ng trËn m­a cã thêi gian ng¾n nh­ng c­êng ®é lín. Nh÷ng trËn m­a nh­ vËy cã thÓ dÉn ®Õn, Ýt nhÊt trªn mét khu vùc côc bé t¹o ra mét l­îng dßng ch¶y trµn v­ît thÊm, th­êng kh«ng cã trong TOPMODEL (nh­ng xem Beven (1986a, b); Sivapalan vµ nnk (1990) cho vÝ dô vÒ c¸c øng dông bao gåm c¶ tÝnh to¸n l­îng m­a v­ît thÊm). Gi¶ thiÕt c¬ b¶n cña quan ®iÓm TOPMODEL ph¶i lu«n lu«n ®­îc sinh ra trong sù l­u t©m tíi m« h×nh quan niÖm ®óng ®¾n cho mét l­u vùc cô thÓ. 6.4.4. KiÓm tra kh¸i niÖm t­¬ng tù thuû v¨n trong TOPMODEL 200
  17. TOPMODEL cã thÓ mong ®îi biÓu diÔn tèt nhÊt cho c¸c l­u vùc kiÓm tra ®èi chiÕu ë ®ã tho¶ m·n c¸c gi¶ thiÕt cña nã, ®Æc biÖt víi l­u vùc cã bÓ chøa b·o hoµ biÕn ®æi d¹ng mò, mÆt n­íc gÇn song song vµ ®Þa h×nh ®iÒu khiÓn ®é s©u n­íc ngÇm. NhËn xÐt toµn diÖn vÒ c¸c kh¸i niÖm TOPMODEL cã thÓ t×m thÊy trong Beven (1997). MÆc dï cßn nh÷ng giíi h¹n tÊt yÕu vÒ tÝnh ®óng ®¾n ë tõng khu vùc ®Þa lÝ vµ theo tõng mïa cña quan ®iÓm TOPMODEL nh­ng chóng cung cÊp mét c¬ së cho ý t­ëng vÒ b¶n chÊt ph©n bè cña c¸c ph¶n øng l­u vùc. Ph¶i lu«n lu«n nhí r»ng TOPMODEL kh«ng ph¶i lµ mét m« h×nh cÊu tróc cøng mµ nã lµ mét hÖ thèng c¸c quan niÖm cã thÓ thay ®æi nÕu ch¾c r»ng l­u vùc kh«ng phï hîp víi c¸c gi¶ thiÕt c¬ b¶n. Mét sè ph­¬ng ph¸p lµm phï hîp c¸c gi¶ thiÕt c¬ b¶n ®­îc th¶o luËn trong hép 6.2. H¹n chÕ chñ yÕu n»m ë gi¶ thuyÕt cña m« h×nh ®ã lµ h×nh d¹ng mÆt n­íc ngÇm ë tr¹ng th¸i gÇn æn ®Þnh. §iÒu nµy ®­îc nhËn xÐt bëi Wigmosta vµ Lettenmair (1999), nh÷ng ng­êi ®· so s¸nh c¸c kÕt qu¶ cña TOPMODEL víi mét m« pháng ®éng lùc dùa trªn lêi gi¶i sãng ®éng häc s¸t mÆt. Hä chØ ra r»ng mÆc dï TOPMODEL cã thÓ ®­îc hiÖu chØnh ®Ó t¹o ra m« pháng hîp lÝ cña ®å thÞ l­u l­îng x¸c ®Þnh bëi m« h×nh sãng ®éng häc, nh­ng c¸c gi¸ trÞ kÕt qu¶ vËn chuyÓn hiÖu qu¶ cã xu h­íng lµ cao vµ gi¶ thiÕt vÒ tr¹ng th¸i æn ®Þnh kh«ng t¹o ra dù b¸o hîp lÝ cña c¸c thay ®æi ®éng lùc trong mùc n­íc ngÇm. Trong tr­êng hîp nµy nh÷ng m« pháng m« h×nh gi¶ thiÕt mét l­îng n¹p l¹i cho tÇng b·o hoµ trªn toµn s­ên dèc nh­ng râ rµng ®©y sÏ kh«ng ph¶i lµ tr­êng hîp lu«n lu«n x¶y ra nh­ vÝ dô ®­îc ®­a ra ë môc tr­íc. Barling vµ nnk (1994) chØ ra r»ng mét mèi quan hÖ tèt h¬n cã thÓ t×m thÊy gi÷a diÖn tÝch b·o hoµ vµ chØ sè ®Þa h×nh, nÕu chØ sè nµy ®­îc tÝnh b»ng c¸ch chØ sö dông diÖn tÝch ®ãng gãp ng­îc dèc hiÖu qu¶ h¬n lµ sö dông toµn bé diÖn tÝch ng­îc dèc ®Çy ®ñ, c¸ch ®Ó ph©n chia th­êng ®­îc tÝnh trong ph©n tÝch b¶n ®å sè ®Þa h×nh. DiÖn tÝch s­ên dèc hiÖu qu¶ nµy hi väng lµ nhá khi l­u vùc kh« vµ t¨ng lªn khi l­u vùc Èm ­ít. Thùc tÕ, Western vµ nnk (1999) thÊy r»ng c¸c cÊu tróc Èm cña ®Êt gÇn mÆt chØ cho thÊy ¶nh h­ëng cña ®iÒu khiÓn ®Þa h×nh lªn dßng ch¶y xu«i dèc trong ®iÒu kiÖn t­¬ng ®èi Èm ­ít ë l­u vùc Tarrawarra, Australia. Thùc tÕ ®©y lµ mét nguyªn nh©n kh¸c gi¶i thÝch t¹i sao c¸c gi¸ trÞ vËn chuyÓn ®· ®iÒu chØnh trong TOPMODEL cã thÓ cao. V×, trong chØ sè ®Þa h×nh ®Êt (a/To tan), a vµ To xuÊt hiÖn trong tØ sè, mét gi¸ trÞ cao cña To cã thÓ bï ®¾p cho diÖn tÝch v­ît qu¸ ­íc l­îng cña diÖn tÝch s­ên dèc hiÖu qu¶ a . Gi¶ thiÕt tr¹ng th¸i æn ®Þnh cho phÐp TOPMODEL sö dông sù t­¬ng tù trong viÖc gia t¨ng thùc sù hiÖu qu¶ tÝnh to¸n. §iÒu nµy h÷u Ých cho mét sè môc ®Ých, Ýt nhÊt lµ xem xÐt ®é bÊt ®Þnh dù b¸o ®Ò cËp tiÕp theo ë ch­¬ng 7. Mét kh¶ n¨ng n÷a lµ ph­¬ng ph¸p cã thÓ c¶i tiÕn cho phÐp tÝnh to¸n ®éng lùc nhiÒu h¬n trong khi vÉn gi÷ l¹i kh¸i niÖm vÒ chØ sè. §©y ®ang lµ chñ ®Ò cña rÊt nhiÒu nghiªn cøu vµ mét sè ph¸t triÓn míi ®­îc, tãm t¾t ë hép 6.2 (còng xem biÕn thÓ topkapi ë môc 6.6 d­íi ®©y). 201
  18. H×nh 6.8. Ph©n phèi kh«ng gian cña c¸c diÖn tÝch b·o hoµ trong l­u vùc Brugga(40 km2), §øc. (a) C¸c diÖn tÝch b·o hoµ ®­îc ®­a lªn b¶n ®å chiÕm 6.2% diÖn tÝch l­u vùc.(b) CÊu tróc dù b¸o chØ sè ®Þa h×nh ë cïng mét diÖn tÝch l­u vùc ®­îc gi¶ sö lµ ®ång nhÊt vÒ ®Êt (theo Gunner vµ nnk 1999). 6.4.5.PhÇn mÒm TOPMODEL Cã hai ch­¬ng tr×nh kÕt hîp víi phÇn mÒm giíi thiÖu TOPMODEL, mét cho ph©n tÝch ban ®Çu cña DTM l­u vùc (DTM Alalysis), vµ mét ®Ó m« pháng thuû ®å vµ diÖn tÝch ®ãng gãp, ®ång thêi ph©n tÝch ®é nh¹y cña m« h×nh (TOPMODEL99). C¶ hai ch­¬ng tr×nh ®Òu cã thÓ t¶i trªn m¹ng Internet. Tuú chän cã s½n trong mçi ch­¬ng tr×nh ®­îc miªu t¶ ë phô lôc A. PhÇn mÒm ph©n tÝch DTM yªu cÇu file sè liÖu cao ®é d¹ng raster. Nã th­êng ®­îc sö ®ông ®Ó t¹o ra ph©n bè vµ b¶n ®å chØ sè ®Þa h×nh vµ lËp b¶n ®å cho viÖc sö dông trong TOPMODEL99. VÝ dô vÒ file sè liÖu cña l­u vùc nhá Slapton Wood ë Devon, V­¬ng quèc Anh ®­îc cung cÊp. TOPMODEL99 yªu cÇu th«ng tin chØ sè ®Þa h×nh lµ ®Çu ra cña ph©n tÝch DTM cïng víi c¸c file l­îng m­a, l­u l­îng vµ l­îng tho¸t bèc h¬i tiÒm n¨ng ®­îc quan tr¾c. VÝ dô vÒ file sè liÖu tõng giê cña l­u vùc Slapton Wood ®­îc cung cÊp. NÕu b¶n ®å c¸c gi¸ trÞ chØ sè ®Þa h×nh cho l­u vùc cã s½n, th× mét sù chuyÓn ®éng cña c¸c diÖn tÝch ®ãng gãp m« pháng trong l­u vùc cã thÓ ®­îc hiÓn thÞ. Ng­êi sö dông cã thÓ thay ®æi c¸c gi¸ trÞ th«ng sè vµ ch¹y l¹i m« pháng ®Ó thö vµ c¶i thiÖn sù phï hîp víi c¸c l­u l­îng quan tr¾c hoÆc thùc hiÖn nh÷ng ph©n tÝch ®é nh¹y ®¬n gi¶n b»ng c¸ch thay ®æi 202
  19. mét hoÆc nhiÒu h¬n c¸c th«ng sè qua c¸c cÊp ®­îc chän bëi ng­êi sö dông. Tïy chän tiÕp theo còng cho phÐp chän bé gi¸ trÞ th«ng sè ngÉu nhiªn vµ ch¹y m« h×nh nhiÒu lÇn ®Ó t¹o ra file ®Çu ra cã thÓ ®­îc sö dông trong phÇn mÒm ­íc l­îng ®é bÊt ®Þnh GLUE ®­îc miªu t¶ ë ch­¬ng 7. 6.5. Tr­êng hîp nghiªn cøu: ¸p dông tOPMODEL cho l­u vùc Saeternbekken, NaUy Trong hÇu hÕt c¸c nghiªn cøu vÒ m« h×nh m­a-dßng ch¶y, nh×n chung cã rÊt Ýt ®o ®¹c tr¹ng th¸i bªn trong ®Ó kiÓm tra dù ®o¸n cña m« h×nh ph©n bè bÊt kú. Kh¶ n¨ng cña viÖc thùc hiÖn nh÷ng kiÓm tra nh­ thÕ víi c¸c m« h×nh ph©n bè n¶y sinh mét sè c©u hái thó vÞ vÒ viÖc hiÖu chØnh vµ kiÓm chøng m« h×nh. Mét trong nh÷ng nghiªn cøu ë ®ã dù b¸o b»ng m« h×nh ph©n bè ®· ®­îc kiÓm tra lµ øng dông cña TOPMODEL cho l­u vùc Saeternbekken MINIFELT ë Nauy (Lamb vµ nnk 1997, 1998a, b). §©y lµ mét l­u vùc nhá chØ kho¶ng 0.75 ha, ®­îc bè trÝ mét l­íi 105 thiÕt bÞ ®o ¸p suÊt vµ bèn lç khoan tù ghi (H×nh 6.9; Myrabo 1997; Erichsen vµ Mirabo 1990). Ph©n bè cña chØ sè ®Þa h×nh (a/tan ) ®­îc chØ ra ë h×nh 6.9a. H×nh 6.9b chØ ra l­u l­îng dù b¸o víi hai m« h×nh biÕn thÓ kh¸c nhau cña TOPMODEL. Trong c¶ hai tr­êng hîp, m« h×nh ®· ®­îc hiÖu chØnh dùa trªn sù kiÖn n¨m 1987, vµ kÕt qu¶ tÝnh cho thêi kú ®¸nh gi¸ ®· chuÈn bÞ n¨m 1989. M« h×nh EXP trªn h×nh 6.9b vÒ c¬ b¶n lµ phiªn b¶n sö dông hµm vËn chuyÓn d¹ng mò gèc cña TOPMODEL ®­îc miªu t¶ chi tiÕt trong hép 6.2. M« h×nh COMP sö dông kü thuËt do Lamb vµ nnk (1997, 1998a, b) ®Ò xuÊt trong ®ã ph©n tÝch ®­êng cong triÕt gi¶m ®­îc sö dông ®Ó x¸c ®Þnh mèi quan hÖ l­u l­îng tïy ý/thiÕu hôt l­îng tr÷, nã cã thÓ thay thÕ gi¶ thiÕt hµm vËn chuyÓn d¹ng mò cña m« h×nh nguyªn thuû. Trong tr­êng hîp l­u vùc Saeternbekken MINIFELT ®­êng cong tæng hîp víi c¸c ®o¹n cã d¹ng mò vµ tuyÕn tÝnh ®­îc cho lµ phï hîp. C¸c hµm kh¸c còng cã thÓ d­îc sö dông (xem h×nh 6.2). Cã rÊt Ýt sù lùa chän c¸c m« h×nh trong dù b¸o l­u l­îng. 203
  20. H×nh6.9. øng dông cña TOPMODEL cho l­u vùc Saeternbekken MINIFELT, NaUy (0.75 ha).(a). XÐt vÒ ®Þa h×nh, l­íi c¸c dông cô ®o vµ ph©n phèi cña chØ sè ®Þa h×nh ln(a/tang ) cho thÊy c¸c vÞ trÝ cña dông cô ®o ¸p: nh÷ng khoanh trßn (4,5,6,7) lµ c¸c dông cô ghi ¸p liªn tôc. (b)KÕt qu¶ dù b¸o cña l­u l­îng trong kªnh sö dông c¶ hµm vËn chuyÓn d¹ng mò vµ hµm vËn chuyÓn d¹ng tæng hîp (Lamb vµ nnk). Tuy nhiªn, TOPMODEL còng cho phÐp ¸nh x¹ kÕt qu¶ dù b¸o l­îng thiÕu hôt hoÆc mùc n­íc ngÇm vµo kh«ng gian l­u vùc. Trong khi, víi c¸c gi¶ thiÕt gÇn ®óng cña TOPMODEL, kh«ng thÓ hi väng r»ng c¸c kÕt qu¶ cña nã sÏ chÝnh x¸c ë mäi n¬i trªn l­u vùc, chóng ta muèn lo¹i bá m« h×nh nÕu nã chØ cho nh÷ng kÕt qu¶ dù b¸o kÐm cña nh÷ng gi¸ trÞ ®­îc ®o ®¹c bªn trong nh­ vËy. KÕt qu¶ cho ë lç khoan tù ghi ®­îc chØ ra ë h×nh 6.10 vµ cho mùc ¸p suÊt víi 5 l­u l­îng kh¸c nhau ®­îc chØ ra ë h×nh 6.11. Víi nh÷ng sè liÖu ®o ®¹c bªn trong nµy, m« h×nh phøc hîp d­êng nh­ cho kÕt qu¶ tèt h¬n mét chót, nh­ng râ rµng c¶ hai m« h×nh bÞ giíi h¹n ë sù chÝnh x¸c cña chóng (®Æc biÖt lµ trong viÖc dù b¸o c¸c ®é s©u tÝch ®äng kh¸ lín ë mét sè m¸y ®o ¸p v× kh«ng m« h×nh nµo cã bÊt cø miªu t¶ trùc tiÕp nµo vÒ sù sôt gi¶m l­îng tr÷ ë ®Þa h×nh cã nhiÒu gß ®èng). Trong c¶ hai tr­êng hîp ®©y lµ nh÷ng dù ®o¸n ®· sö dông gi¸ trÞ th«ng sè toµn côc ®­îc hiÖu chØnh víi thêi kú n¨m 1987. §iÒu nµy thõa nhËn r»ng hµm vËn chuyÓn trong c¶ hai m« h×nh lµ ®ång nhÊt trªn toµn l­u vùc. Sè liÖu lç khoan tù ghi chØ ®­îc sö dông trong ­íc l­îng cña hÖ sè l­îng tr÷ hiÖu qu¶ ®èi víi nã gi¸ trÞ ®· ®­îc hiÖu chØnh ë gi÷a l­u vùc lµ 0.06. Sè liÖu ®o ¸p kh«ng ®­îc sö dông trong gia ®o¹n nµy. Nh÷ng kÕt qu¶ nµy lµ hîp lý nh­ng cã lÏ cã thÓ c¶i thiÖn b»ng mét sè c¸ch. Sù cÇn thiÕt cña sôt gi¶m l­îng tr÷ bÒ mÆt ®· ®­îc chó ý. Gi¶ thiÕt vÒ tr¹ng th¸i ch¶y æn ®Þnh cña ph­¬ng ph¸p chØ sè TOPMODEL cã thÓ kh«ng phï hîp. Ta còng biÕt r»ng tÝnh kh«ng ®ång nhÊt cña ®Êt cã thÓ lµ mét nguån quan träng cña sù thay ®æi trong ph¶n øng thuû v¨n. Trong tr­êng hîp dù ®o¸n mÆt n­íc ngÇm nµy, ng­êi ta cã thÓ c¶i thiÖn m« pháng b»ng c¸ch cho phÐp mét sè mét sè thay ®æi côc bé trong hµm vËn chuyÓn. Kh¶ n¨ng nµy ®­îc kh¶o s¸t bëi Lamb vµ nnk (1997) cho l­u vùc nµy. 204
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