Xem mẫu
- Ch − ¬ n g 3
Gi¸ng thuû
3.1 Lêi nãi ®Çu .........................................................................................137
3.2 L−îng m−a .........................................................................................138
3.3 M« h×nh l−îng m−a ...........................................................................149
3.4 L−îng m−a nh− lµ mét phÇn cña c¸c m« h×nh thñy v¨n .................161
3.5 TuyÕt trong m« h×nh ho¸ l−u vùc nhá ..............................................171
3.6 M« h×nh tuyÕt tan .............................................................................176
3.7 L−îng tuyÕt tan trong c¸c m« h×nh thñy v¨n ..................................186
135
- 136
- Gi¸ng thñy
T¸c gi¶:
H. B. Osborn vµ L.J.Lane, USDA - ARS - SWC T.T. nghiªn cøu l−u
vùc s«ng T©y - Nam, Tuscon, AZ;
C.W. Rechardson, USDA. T.T nghiªn cøu ®ång cá, Temple, TX;
M. Molnau, ViÖn kü thuËt n«ng nghiÖp, §H Idaho, Mosscow, ID
3.1 Lêi nãi ®Çu
Nguån d÷ liÖu ®Çu vµo trong hÇu hÕt m« h×nh thñy v¨n lµ gi¸ng thñy.
M−a vµ tuyÕt lµ nh÷ng d¹ng cña gi¸ng thñy - mèi quan t©m chñ yÕu trong m«
h×nh thuû v¨n ë nh÷ng l−u vùc s«ng nhá.
Còng v× lÏ m« h×nh gi¸ng thñy ®¸nh gi¸ tµi nguyªn n−íc theo mïa vµ
n¨m, nªn c¸c thiÕt kÕ c«ng tr×nh ®Òu dùa trªn c¬ së dù b¸o ®Ønh lò, xãi mßn
trÇm tÝch, vËn chuyÓn c¸c chÊt ho¸ häc vµ ®¸nh gi¸ mïa mµng tõ nh÷ng vïng
kh« h¹n ®Õn nh÷ng vïng ®Êt cã hÖ thèng thuû lîi, vµ tõ nh÷ng vïng ®åi nói
®Õn nh÷ng vïng ®ång cá.
ViÖc sö dông mét m« h×nh thñy v¨n th−êng yªu cÇu d÷ liÖu gi¸ng thuû
®Çu vµo mét c¸ch chi tiÕt vµ phøc t¹p. Nh÷ng c©n nh¾c trªn khÝa c¹nh kinh tÕ
sÏ quyÕt ®Þnh møc ®é chi tiÕt nµo cña mÉu ®−îc ¸p dông trong tÝnh to¸n thùc
tÕ. VÝ dô nh−: tõ d÷ kiÖn ë mét vò kÕ chuÈn cã thÓ ®ñ ®Ó x¸c ®Þnh l−îng m−a
trung b×nh n¨m hoÆc mïa trªn mét l−u vùc s«ng nhá. Mét chuçi sè liÖu ®o ®¹c
cña vò kÕ còng cã thÓ cung cÊp ®ñ th«ng tin cho viÖc dù b¸o sù xãi mßn hµng
n¨m vµ qu¸ tr×nh mùc n−íc. Mét hÖ thèng c¸c b¶ng ghi kÕt qu¶ ®o ®¹c lµ cÇn
thiÕt cho viÖc m« t¶ sù biÕn ®æi cña gi¸ng thñy theo thêi gian vµ kh«ng gian.
D÷ kiÖn tõ hÖ thèng c¸c b¶ng biÓu cã thÓ cÇn cho viÖc ®¸nh gi¸ ®Ønh lò, sù xãi
137
- mßn vµ sù tÝch tô tõ c¸c sù kiÖn ®¬n lÎ hoÆc tÝnh thay ®æi cña dßng ch¶y ph¸t
sinh theo kh«ng gian. Nh÷ng ®¹i l−îng ®o l−êng kh¸c cña thñy v¨n lµ nhiÖt ®é,
®é Èm, bøc x¹ mÆt trêi, bèc tho¸t h¬i n−íc vµ l−îng Èm cã tr−íc trong ®Êt còng
cÇn ®Õn nh− gi¸ng thñy trong chu tr×nh c©n b»ng n−íc hoÆc ®¸nh gi¸ chÝnh x¸c
hiÖu Ých mïa mµng.
Trong ch−¬ng nµy, chóng ta m« t¶ m« h×nh l−îng m−a vµ l−îng tuyÕt
r¬i, l−îng m−a vµ tuyÕt tan nh− lµ nh÷ng d÷ liÖu ®Çu vµo cho c¸c m« h×nh thuû
v¨n phøc t¹p h¬n. Chóng ta cè g¾ng nhËn biÕt mét sè m« h×nh thñy v¨n ®·
®−îc sö dông réng r·i hay mét sè m« h×nh Ýt ®−îc sö dông nh−ng cã kh¶ n¨ng
ph¸t triÓn trong t−¬ng lai mµ kh«ng cè g¾ng ®Ó miªu t¶ tÊt c¶ c¸c m« h×nh
thñy v¨n hoÆc c¸c m« h×nh cã chøa gi¸ng thñy.
3.2 L−îng m−a
3.2.1 ý nghÜa ®Æc biÖt
L−îng m−a thay ®æi trong ph¹m vi lín theo c¶ kh«ng gian vµ thêi gian.
TÝnh thay ®æi m¹nh cña gi¸ng thñy hµng n¨m vµ ph©n bè theo mïa cña gi¸ng
thñy ®−îc biÓu diÔn trªn h×nh 3.1 b»ng c¸c biÓu ®å ph©n bè ®iÓn h×nh mïa cho
c¸c vÞ trÝ kh¸c nhau ë n−íc Mü.
H×nh 3.1 Ph©n bè hµng th¸ng ®iÓn h×nh cña gi¸ng thuû trong c¸c vïng khÝ hËu kh¸c nhau
(Theo Linsley cïng c¸c céng sù, 1949)
138
- TÝnh chÊt thay ®æi theo kh«ng gian cña tæng l−îng gi¸ng thñy cña mét
vïng cô thÓ ®−îc biÓu diÔn trªn h×nh 3.2. Râ rµng mét m« h×nh miªu t¶ l−îng
m−a, thËm chÝ c¶ c−êng ®é m−a nhá th«ng th−êng sÏ cùc kú phøc t¹p. Khi ®ã
viÖc m« t¶ l−îng m−a ph¶i ®−îc ®¬n gi¶n hãa ®Ó dÔ sö dông trong m« h×nh.
L−îng m−a r¬i tù nhiªn, c¸c yªu cÇu ®Çu ra, vµ c¸c nguån d÷ liÖu s½n cã sÏ
quyÕt ®Þnh tæng l−îng c¸c qu¸ tr×nh ®¬n gi¶n hãa.
Cã ba c¸ch c¬ b¶n ®Ó ph©n tÝch l−îng m−a:
(a) X¸c ®Þnh mÉu tèi −u theo thêi gian vµ kh«ng gian ®Ó tr¶ lêi nh÷ng
c©u hái cô thÓ
(b) QuyÕt ®Þnh ®é chÝnh x¸c cña viÖc ®¸nh gi¸ gi¸ng thñy dùa theo c¸c
hÖ thèng mÉu ®· cã vµ
(c) Sö dông m« h×nh gi¸ng thñy theo møc ®é kh¸c nhau cña sù phøc t¹p
trªn c¬ së hÖ thèng c¸c mÉu ®· cã ®Ó ®−a d÷ liÖu vµo m« h×nh thñy v¨n cho c¸c
l−u vùc s«ng cã ®o ®¹c vµ kh«ng cã ®o ®¹c.
H×nh 3.2 Sù biÕn ®æi theo kh«ng gian cña tæng l−îng gi¸ng thuû ®èi víi mét sù kiÖn cho
tr−íc (Theo Osborn, cïng c¸c céng sù, 1974)
C¸c d÷ liÖu ®−a vµo m« h×nh thñy v¨n cã thÓ dùa trªn c¬ së c¸c mÉu thö
(nÕu cã s½n) hoÆc sè liÖu tÝnh to¸n. HÇu hÕt c¸c m« h×nh l−îng m−a lµ c¸c m«
h×nh m« pháng ph¸t triÓn trªn c¬ së d÷ kiÖn tõ hÖ thèng c¸c mÉu sè liÖu cã
s½n.
139
- Kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c tr¹m ®o m−a (km)
L−îng m−a 24h trong 2 n¨m (mm)
H×nh 3.3 BiÓu ®å −íc l−îng kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c tr¹m ®o nh− lµ mét hµm cña l−îng m−a 2-
n¨m 24-h vµ 2-n¨m 1-h (Theo Hershfield, 1965)
3.2.2 Tèi −u hãa mÉu
Th«ng th−êng, hÇu hÕt nh÷ng ph©n tÝch x¸c ®Þnh hÖ thèng mÉu thö tèi
−u ®Ó tr¶ lêi c¸c c©u hái thuû v¨n cô thÓ ®−îc dùa vµo quan hÖ thêi gian m−a -
diÖn tÝch m−a vµ l−îng m−a.
Hershfield (1965) ®· ph©n tÝch sù ph©n bè theo kh«ng gian cña hÖ thèng
15 vò kÕ ë nh÷ng vïng khÝ hËu kh¸c nhau cña Mü. ¤ng ®· lùa chän 15 trËn
m−a chÝnh cho mçi l−u vùc ë 15 l−u vùc trªn. HÖ thèng tr¹m ®o cã mËt ®é thay
®æi tõ 3/km2 tíi 1/10 km2. Tõ nh÷ng d÷ liÖu nµy, Hershfield ®· ph¸t triÓn mét
mèi quan hÖ (trªn c¬ së chñ quan nh−ng hÖ sè t−¬ng quan hîp lý r = 0,9) nh−
lµ mét hµm cña 2 n¨m, 24 h vµ 2 n¨m, 1 giê l−îng m−a ®Ó x©y dùng mËt ®é
tr¹m ®o (H×nh 3.3). Mèi quan hÖ nµy ®· chØ ra r»ng c¸c ®o ®¹c nªn nhiÒu h¬n,
gÇn nhau h¬n v× l−îng m−a trong kho¶ng thêi gian ng¾n cã c−êng ®é t¨ng lªn.
MÆc dÇu mèi t−¬ng quan ®· ®−îc ph¸t triÓn tõ mét l−îng d÷ kiÖn giíi h¹n, nã
140
- cã thÓ ®−îc sö dông nh− mét phÐp xÊp xØ ban ®Çu cña ph©n bè vò kÕ theo
kh«ng gian.
Ngµy nay, sù mong muèn vÒ ®é chÝnh x¸c cña tr¹m ®o m−a trong
nghiªn cøu hay trong viÖc lËp kÕ ho¹ch cô thÓ lµ v−ît qu¸ kh¶ n¨ng. VÝ dô,
Osborn vµ mét sè ng−êi kh¸c (1972) ®· ph©n tÝch nh÷ng b¶n ghi chÐp hÖ thèng
c¸c tr¹m ®o m−a t−¬ng ®èi dµy ®Æc ë phÝa §«ng Nam Asizona ®Ó quyÕt ®Þnh
kho¶ng kh«ng gian cÇn thiÕt cho viÖc ®¸nh gi¸ chÝnh x¸c sù thay ®æi theo
kh«ng gian cña l−îng m−a b·o cùc ®¹i 15 phót (cã quan hÖ chÆt chÏ víi ®Ønh lò
ë nh÷ng l−u vùc s«ng nhá). Víi viÖc sö dông mèi t−¬ng quan ®¬n nhÊt chuÈn
(r = 0,9) gi÷a c¸c tr¹m ®o, th× kh«ng gian cÇn thiÕt gi÷a c¸c tr¹m ®o lµ 300m.
Víi kho¶ng kh«ng gian nµy th× cÇn 1400 tr¹m ®o m−a trªn l−u vùc réng 150
km2, lµ vïng mµ hoµn toµn kh«ng thÓ qu¶n lý ®−îc. Trong tr−êng hîp nµy còng
nh− c¸c tr−êng hîp kh¸c, ë ®©y ph¶i cã sù dµn xÕp gi÷a ®iÒu mong muèn vµ
mÉu thùc tÕ. Th«ng th−êng sù dµn xÕp th−êng lµm n¶y sinh kÕt qu¶ mÉu thö
r¶i r¸c trong mét giai ®o¹n dµi h¬n.
Eagleson (1967) ®· sö dông ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch ®iÒu hßa vµ nh÷ng
kh¸i niÖm vÒ c¸c hÖ thèng ph©n bè tuyÕn tÝnh ®Ó nghiªn cøu ®é nh¹y cña l−u
l−îng ®Ønh lò ®Õn ®Æc ®iÓm thay ®æi theo kh«ng gian cña m−a ®èi l−u vµ m−a
xo¸y thuËn. ¤ng ®· x¸c ®Þnh nh÷ng mèi quan hÖ th«ng th−êng theo lý thuyÕt
vÒ mËt ®é hÖ thèng l−îng m−a tèi −u hãa ®Ó ®−a ra mét sè øng dông dù b¸o lò.
¤ng ®· t×m ra r»ng, nÕu c¸c ®Æc tr−ng ®Æc biÖt cña mét sè l−u vùc ®−îc ®−a
vµo trong khi thiÕt kÕ hÖ thèng ®o ®¹c th× cã thÓ gi¶m thiÓu ®−îc sè l−îng c¸c
tr¹m ®o trong hÖ thèng ®ã, vµ trong mét sè tr−êng hîp ®¬n gi¶n th× víi l−u vùc
cã diÖn tÝch 3240 km2 chØ cÇn 2 tr¹m ®o m−a.
Hendrick vµ Comer (1970) ®· t×m ra nh÷ng mèi t−¬ng quan thèng kª
cña c¸c tr¹m ®o trªn mét l−u vùc phÝa b¾c Vermont trªn c¬ së kho¶ng c¸ch vµ
gãc ph−¬ng vÞ gi÷a c¸c tr¹m ®o, l−îng m−a, vµ mïa m−a. Hä ®· t×m ra r»ng
kh«ng cã mèi quan hÖ víi ®é cao trong ph¹m vi 400m. Hä ®· ph¸t triÓn mét
hµm quan hÖ, mµ nã x¸c ®Þnh mËt ®é cña tr¹m ®o m−a vµ ®Æc ®iÓm cña nã cho
nh÷ng l−u vùc vµ ®iÒu kiÖn khÝ hËu t−¬ng tù.
141
- Stol (1972) ®· kh¶o s¸t mèi t−¬ng quan gi÷a c¸c tr¹m ®o m−a Hµ lan.
¤ng ®· sö dông nh÷ng ph©n bè hµm mò ©m nhê viÖc sö dông c¸c kho¶ng c¸ch
tuyÕn tÝnh vµ kho¶ng c¸ch b×nh ph−¬ng gi÷a c¸c tr¹m ®o. MÆc dÇu sè liÖu tõ
c¸c tr¹m ®o cã quan hÖ víi nhau rÊt tèt, nh−ng khi ngo¹i suy tõ mét tr¹m ®o
cho tr¹m kh¸c th× kh«ng bao giê nhËn ®−îc hÖ sè t−¬ng quan b»ng 1.
HÇu hÕt nh÷ng nç lùc trªn chñ yÕu thùc hiÖn cho c¸c vïng hoÆc l−u vùc
réng vµ th−êng lµ phøc t¹p mét c¸ch kh«ng cÇn thiÕt ®èi víi nh÷ng l−u vùc
nhá. Tuy nhiªn viÖc quan s¸t mèi t−¬ng quan kh«ng gian vµ thêi gian gi÷a sè
l−îng tr¹m ®o vµ h×nh d¹ng hÖ thèng l−u vùc lµ ®óng cho tÊt c¶, trõ mét sè l−u
vùc nhá trong vïng nghiªn cøu, n¬i mµ m−a g©y nªn phÇn lín dßng ch¶y.
3.2.3 ¶nh h−ëng cña sù thay ®æi l−îng m−a ®Õn dßng ch¶y mïa
Nash (1958) ®· ph¸t biÓu r»ng mèi quan hÖ gi÷a l−îng m−a vµ dßng
ch¶y cã thÓ ®−îc tÝnh to¸n trong 3 phÇn:
(a) mèi quan hÖ gi÷a thÓ tÝch l−îng m−a vµ tæng thÓ tÝch dßng ch¶y do
m−a,
(b) c¸c c¬ chÕ phøc t¹p h¬n trong ®ã sù ph©n bè cña l−îng m−a theo thêi
gian ¶nh h−ëng ®Õn dßng ch¶y,
(c) mèi quan hÖ gi÷a tÇn sè xuÊt hiÖn tÊt c¶ l−îng m−a vµ sù xuÊt hiÖn
dßng ch¶y do l−îng m−a ®ã cung cÊp.
Sù ¶nh h−ëng cña sù thay ®æi l−îng m−a theo kh«ng gian tíi dßng ch¶y
cã thÓ ®−îc xem lµ phÇn thø t− vµ lµ quan hÖ khã x¸c ®Þnh nhÊt.
Trong th¶o luËn vÒ c¸c m« h×nh m¸y tÝnh, Linsley (1967) ®· ph¸t biÓu
r»ng, víi l−îng d÷ kiÖn thñy v¨n ®Çy ®ñ vµ chÝnh x¸c, th× biÓu ®å dßng ch¶y cã
thÓ ®−îc m« pháng l¹i víi ®é chÝnh x¸c nh− lµ c¸c th«ng tin, d÷ kiÖn ®· cung
cÊp. ë nh÷ng l−u vùc nhá th× d÷ kiÖn ®−a vµo cã sù biÕn ®éng lín nhÊt lµ l−îng
m−a. Cho nªn, sù chÝnh x¸c cña m« pháng dßng ch¶y trong s«ng phô thuéc vµo
viÖc lµm thÕ nµo ®Ó x¸c ®Þnh ®−îc sù biÕn ®æi nµy trong mét tr−êng hîp cô thÓ.
Dawdy vµ Bermann (1969) ®· sö dông d÷ kiÖn cña mét l−u vùc réng 15
km2 víi ba tr¹m ®o m−a ®Ó nghiªn cøu ¶nh h−ëng cña sai sè d÷ liÖu tíi m«
pháng c¸c ®−êng qu¸ tr×nh lò vµ ®Ønh lò. M« h×nh cña hä yªu cÇu ®−a vµo
142
- l−îng m−a vµ bèc h¬i hµng ngµy (®Ó −íc l−îng ®iÒu kiÖn thêi ®o¹n tr−íc) còng
nh− lµ l−îng m−a b·o vµ mét nh©n tè “R” ®Ó ®¸nh gi¸ l−îng m−a v−ît qu¸ giíi
h¹n. Hä t×m ra r»ng c¸c ¶nh h−ëng kÕt hîp cña sù kh¸c biÖt trong ph©n bè thêi
gian cña l−îng m−a ë nh÷ng vÞ trÝ kh¸c nhau còng nh− ph©n bè theo kh«ng
gian trªn l−u vùc ®· h¹n chÕ ®é chÝnh x¸c cña c¸c m« pháng.
Fogel (1969) ®· ph¸t biÓu vÒ ¶nh h−ëng cña sù thay ®æi l−îng m−a tíi
dßng ch¶y trªn nh÷ng l−u vùc nhá á vïng T©y Nam. ¤ng chØ ra r»ng, dßng
ch¶y lµ mét qu¸ tr×nh phøc t¹p nhÊt vµ trë nªn phøc t¹p h¬n khi d÷ kiÖn ®−a
vµo lµ c−êng ®é cao, l−îng m−a b·o trong thêi gian ng¾n cña ph¹m vi bÞ giíi
h¹n. ¤ng cßn ph¸t biÓu, mÆc dï m−a b·o lµ rÊt quan träng ®èi víi nh÷ng l−u
vùc nhá nöa kh« h¹n, nh−ng chóng còng cã ý nghÜa trong viÖc sinh dßng ch¶y ë
vïng Èm −ít. Fogel chØ ra r»ng, c¸c ph−¬ng ph¸p hiÖn nay dïng ®Ó ®¸nh gi¸
tæng l−îng dßng ch¶y chØ yªu cÇu c¸c th«ng tin vÒ tæng l−îng m−a cã thÓ dÉn
®Õn nh÷ng sai sè nguy hiÓm trong viÖc −íc l−îng dßng ch¶y.
Osborn vµ Lien (1969) ®· nghiªn cøu ®é nh¹y t−¬ng ®èi cña c¸c biÕn
l−îng m−a vµ c¸c ®Æc tr−ng l−u vùc ®Õn dßng ch¶y tõ nh÷ng trËn m−a thêi
®o¹n ng¾n cã c−êng ®é lín. Hä ®· t×m ra r»ng, trªn 4 l−u vùc rÊt nhá (nhá h¬n
5 ha) th× tæng l−îng dßng ch¶y lµ t−¬ng quan m¹nh nhÊt víi tæng l−îng m−a,
®ã lµ dßng ch¶y ®Ønh lò t−¬ng quan tèt nhÊt víi l−îng m−a cùc trÞ 15 phót, vµ
thêi gian lò t−¬ng quan tèt nhÊt víi chiÒu dµi l−u vùc, vµ thêi gian trÔ t−¬ng
quan víi diÖn tÝch l−u vùc. C¸c ®Æc tr−ng cña l−u vùc kh«ng cã ý nghÜa quan
träng tíi viÖc x¸c ®Þnh c¸c ®Ønh hoÆc thÓ tÝch dßng ch¶y. Hay nãi c¸ch kh¸c, víi
c¸c d÷ liÖu ®· ®−îc ph©n tÝch th× tÝnh chÊt thay ®æi cña l−îng m−a ®· thèng trÞ
mèi quan hÖ nµy vµ chØ ra r»ng, rÊt khã kh¨n trong viÖc nhËn biÕt nh÷ng thay
®æi quan träng kh¸c h¬n l−îng m−a trong m« h×nh dßng ch¶y ë nh÷ng l−u vùc
giíi h¹n nhá.
Wei vµ Larson (1971) ®· ®−a ra mét ph©n tÝch tæng hîp vÒ ¶nh h−ëng
cña sù ph©n bè theo kh«ng gian vµ thêi gian cña l−îng m−a ®Õn qu¸ tr×nh dßng
ch¶y tõ c¸c l−u vùc nhá ë phÝa nam Minesota. Hä ®· lµm viÖc theo mét m«
h×nh hai pha (H×nh 3.4) víi l−îng gi¸ng thñy ®−a vµo pha mÆt ®Êt, nh− lµ pha
1. Gi¸ng thñy ®−a vµo trùc tiÕp c¸c kªnh dÉn, pha 2, cã thÓ ®−îc xem lµ kh«ng
quan träng ®èi víi nh÷ng l−u vùc nhá vµ chØ ®−îc tÝnh to¸n ë pha 1. N¨m m«
143
- h×nh tam gi¸c kh¸c nhau cña l−îng m−a v−ît ng−ìng ®· ®−îc chän chän ®Ó
nghiªn cøu ¶nh h−ëng cña sù ph©n bè theo thêi gian, trong ®ã ba m« h×nh
l−îng m−a (®−îc tËp trung ë phÝa trªn, ë gi÷a vµ nh÷ng vïng thÊp h¬n t−¬ng
øng) ®−îc sö dông ®Ó nghiªn cøu ¶nh h−ëng cña sù ph©n bè theo kh«ng gian
®Õn nh÷ng ®−êng qu¸ tr×nh dßng ch¶y. KÕt qu¶ cña sù nghiªn cøu ®· ®−îc
miªu t¶ chi tiÕt vµ chØ ra nh÷ng sù kh¸c nhau vÒ ®Ønh l−u l−îng víi c¸c biÕn
®æi kh¸c nhau vÒ kh«ng gian vµ thêi gian cña l−îng m−a r¬i trªn l−u vùc. ë
hÇu hÕt c¸c l−u vùc nhá vµ c«ng viÖc thiÕt kÕ, møc ®é cña viÖc lµm phøc t¹p
nµy lµ kh«ng cÇn thiÕt, nh−ng trong nh÷ng tr−êng hîp mµ nh−ng sai kh¸c
t−¬ng ®èi nhá trong viÖc −íc l−îng ®Ønh lò cã thÓ cã nh÷ng ¶nh h−ëng trªn
khÝa c¹nh kinh tÕ th× c«ng viÖc cña Wei vµ Larson sÏ cã nh÷ng gi¸ trÞ trong
viÖc nghiªn cøu chi tiÕt.
Huff (1967 - 1968) ®· kh¶o s¸t sù ph©n bè theo kh«ng gian vµ thêi gian
cña l−îng m−a b·o lín ë Illinos. C«ng viÖc nghiªn cøu cña «ng dùa trªn mét hÖ
thèng gåm 49 vò l−îng ký trªn 1000 km2 víi c¸c phô vïng 130, 200 vµ 520 km2.
Tiªu chuÈn cho l−îng m−a b·o lín cña «ng lµ mét l−îng v−ît qu¸ 12mm vµ mét
gi¸ trÞ ®iÓm ngang b»ng hoÆc lín h¬n gi¸ trÞ øng víi tÇn suÊt hai n¨m. Cho sù
ph©n bè theo thêi gian, «ng ®· t×m ra r»ng nh÷ng mèi quan hÖ cã thÓ ®−îc biÓu
diÔn bëi tû lÖ phÇn tr¨m cña l−îng m−a b·o víi thêi gian b·o vµ ph©n nhãm
c¸c d÷ kiÖn theo tõng bé phËn mµ ë ®ã l−îng m−a lµ lín nhÊt. Nh÷ng kÕt qu¶
thu ®−îc lµ phï hîp víi m« h×nh thñy v¨n trong vïng Midwest.
Theo sù ph©n bè kh«ng gian «ng ®· kiÓm ®Þnh 8 sù ph©n bè thèng kª
kh¸c nhau ®Ó chän ra sù thÝch hîp nhÊt. Vµ c¸c biÕn nh¹y nhÊt lµ: diÖn tÝch,
l−îng m−a chÝnh vµ kho¶ng thêi gian m−a. KÕt qu¶ ®−îc ®−a ra lµ nh÷ng ph©n
bè x¸c suÊt cña c¸c tËp hîp kh¸c nhau cña nh÷ng ®iÒu kiÖn cã liªn quan tíi
vïng, thêi gian b·o vµ l−îng m−a. C¶ hai nghiªn cøu trªn ®· ®−îc sö dông cho
m« h×nh thñy v¨n vÒ l−îng m−a mïa hÌ ë c¸c l−u vùc vïng Midwest.
144
- Cung cÊp dßng ch¶y mÆt
Gi¸ng thuû
Tæng kÕt dßng ch¶y tõ c¸c
diÖn tÝch con
ThÈm thÊu VËn chuyÓn qua lßng s«ng
N−íc tr÷ trong lßng s«ng, hå
L−îng n−íc chç ®Êt lón vµ hå chøa
Dßng ch¶y ngÇm
V−ît qu¸ l−îng m−a
BiÓu ®å thuû v¨n dßng ch¶y mÆt
Dßng ch¶y
trªn ®Êt
ThÈm thÊu
Cung cÊp dßng ch¶y mÆt
H×nh 3.4 Qu¸ tr×nh dßng ch¶y mÆt trong hai pha (theo Wei vµ Larson, 1971)
3.2.4 ¶nh h−ëng cña ®é cao
Th«ng th−êng, sù kh¸c nhau vÒ ®é cao cã mét chót ¶nh h−ëng tíi sù
xuÊt hiÖn m−a lín ë nh÷ng l−u vùc nhá hoÆc Ýt nhÊt, sù kh¸c nhau cã thÓ trong
l−îng m−a lµ khã nhËn biÕt ë nh÷ng l−u vùc nhá cã ®é chªnh cao nhá h¬n
500m (theo Chang, 1977). Trong hÇu hÕt c¸c m« h×nh thñy v¨n cña nh÷ng l−u
vùc nhá c¸c ¶nh h−ëng cña ®é cao ®Õn l−îng m−a cã thÓ ®−îc bá qua. ë nh÷ng
vïng nói, c¶ sè lÇn m−a vµ tæng l−îng m−a th«ng th−êng ®Òu t¨ng theo ®é cao.
Duckstrin vµ mét sè ng−êi kh¸c (1973) ®· sö dông mét m« h×nh ngÉu nhiªn
l−îng m−a vµ sè liÖu kinh nghiÖm ®Ó nghiªn cøu ¶nh h−ëng cña ®é cao ®Õn
l−îng m−a mïa hÌ ë vïng nói Santa Catalina thuéc phÝa nam Arizona. KÕt
qu¶ cña hä ®· chØ ra sù t¨ng thªm sè trËn m−a vµ l−îng m−a cña mét trËn
m−a víi ®é lÖch vµ ¸p dông cho nhiÒu vïng nói phÝa T©y n¬i mµ vµo mïa hÌ
dßng ch¶y chñ yÕu ®−îc h×nh thµnh tõ m−a. V× thÕ, víi c¸c l−u vùc miÒn nói
145
- dµi vµ hÑp cã ®é chªnh cao kho¶ng 500m ho¹c h¬n th× ®é cao cã thÓ ®−îc xem lµ
mét yÕu tè quan träng ¶nh h−ëng ®Õn l−îng m−a r¬i trªn l−u vùc.
3.2.5 Ph©n tÝch ®é nh¹y
Trong sù ph¸t triÓn c¸c m« h×nh gi¶i tÝch c¸c vÊn ®Ò thñy v¨n, cã rÊt
nhiÒu biÕn cã thÓ ¶nh h−ëng tíi kÕt qu¶ cña m« h×nh ®−a ra mét c¸ch rÊt râ
rµng. Nãi chung mÆc dÇu vËy, mét m« h×nh th−êng cã ®é nhËy rÊt lín ®èi víi
mét vµi biÕn (hoÆc ®«i khi chØ mét biÕn) h¬n h¼n ®èi víi nh÷ng biÕn cßn l¹i. VÝ
dô, trong thung lòng hÑp, sù kh¸c nhau trong tæng l−îng m−a b·o cã thÓ xem
nh− lµ Ýt ¶nh h−ëng tíi viÖc ®¸nh gi¸ dßng ch¶y h¬n lµ sù kh¸c nhau cña l−îng
m−a lín nhÊt ë mét kho¶ng thêi gian ng¾n h¬n trong b·o hoÆc sù thay ®æi vÒ
®Æc ®iÓm l−u vùc, nh− th¶m thùc vËt, cã thÓ cã rÊt Ýt ¶nh h−ëng tíi dßng ch¶y
h¬n c−êng ®é m−a.
Ph©n tÝch ®é nh¹y lu«n lµ mét phÇn cña sù ph¸t triÓn m« h×nh thñy v¨n
ë nh÷ng l−u vùc nhá. §èi víi gi¸ng thñy, ph©n tÝch ®é nh¹y yªu cÇu lùa chän
c¸c tham sè riªng biÖt th«ng qua chuçi nh÷ng gi¸ trÞ tr«ng ®îi vµ sau ®ã ®èi
chiÕu víi chuçi cña gi¸ trÞ ®Çu ra cña m« h×nh víi mçi biÕn ®−a vµo. §é nh¹y
t−¬ng ®èi cña c¸c tham sè lµ rÊt quan träng trong tÊt c¶ c¸c giai ®o¹n cña m«
h×nh: x©y dùng, hiÖu chØnh vµ kiÓm nghiÖm m« h×nh. Cã nhiÒu nhµ khoa häc
®· nghiªn cøu vÒ vÊn ®Ò nµy. Mocuen (1973) ®· sö dông c¸c m« h×nh ®¬n gi¶n
ho¸ kh¸c nhau ®Ó chøng minh tÇm quan träng cña viÖc ph©n tÝch ®é nh¹y
trong mäi giai ®o¹n cña m« h×nh. Osborn vµ mét vµi ng−êi kh¸c (1972) ®· chØ
ra ®é nh¹y t−¬ng ®èi cña c¸c tham sè l−îng m−a trong viÖc dù b¸o dßng ch¶y.
Nh÷ng nç lùc trªn chØ lµ hai trong sè nhiÒu vÝ dô minh häa cho viÖc th−êng
xuyªn xem xÐt ph©n tÝch ®é nh¹y nh− lµ mét môc tiªu trong m« h×nh thñy v¨n.
3.2.6 Ph©n tÝch tÇn sè
Môc ®Ých chñ yÕu cña viÖc ph©n tÝch tÇn sè lµ ®Ó x¸c ®Þnh chu kú cña c¸c
hiÖn t−îng quan träng vµ sau ®ã ®¸nh gi¸ tÇm quan träng cña c¸c sù kiÖn ®ã
®Ó thiÕt lËp chu kú v−ît ra ngoµi chu kú lÞch sö (Kite, 1975). Ph−¬ng ph¸p
thèng kª dïng ®Ó ngo¹i suy tõ nh÷ng d÷ liÖu ®· biÕt ®ã chÝnh lµ ph©n bè x¸c
suÊt. Mét ph©n bè x¸c suÊt thùc nghiÖm th−êng ®−îc sö dông víi d÷ liÖu
gi¸ng thñy quan tr¾c ®Ó x¸c ®Þnh tæng l−îng m−a trong mét chu kú thiÕt kÕ.
146
- TÇn sè xuÊt hiÖn l−îng m−a ®· ®−îc x¸c ®Þnh b»ng c¸ch s¾p xÕp d÷ liÖu ®·
quan tr¾c, tÝnh to¸n c¸c to¹ ®é cña ®iÓm vÏ trªn ®å thÞ, vÏ ®å thÞ l−îng m−a
theo c¸c to¹ ®é ®ã vµ x¸c suÊt lªn giÊy. Chóng ta cã thÓ sö dông mét sè c«ng
thøc x¸c ®Þnh to¹ ®é ®iÓm vÏ ®å thÞ. Mét vµi c«ng thøc ®· ®−îc m« t¶ bëi Chow
(1964) vµ Yeojevich (1972). C«ng thøc ®−îc sö dông réng r·i vµ cã tÝnh thùc
hµnh cao nhÊt lµ:
m
P ( y) = (3.1)
N +1
trong ®ã:
y: gi¸ trÞ l−îng m−a
P(y): hµm vÏ ®å thÞ
m: hÖ sè so s¸nh cña gi¸ trÞ l−îng m−a
N: sè lÇn quan tr¾c
Chu kú lÆp l¹i cã thÓ nhËn ®−îc b»ng gi¸ trÞ trÞ nghÞch ®¶o cña P(y).
Khi ph¶i ph©n tÝch nh−ng chuçi sè liÖu ng¾n th× chóng taph¶i kiÓm tra
víi nhiÒu lo¹i giÊy tÇn suÊt kh¸c nhau vµ mäi kiÕn thøc vÒ x¸c suÊt còng nh−
vÒ c¸c qu¸ tr×nh ph¶i ®−îc sö dông ®Ó thu l−îm ®−îc th«ng tin nhiÒu nhÊt
phôc vô thiÕt kÕ (Reich 1976, 1978). Khi sè liÖu tõ nhiÒu tr¹m ®o ®−îc sö dông
®Ó tÝnh to¸n c¸c tham sè cho mét ph©n bè x¸c suÊt lùa chän tr−íc, hoÆc x¸c
®Þnh ph©n bè thÝch hîp nhÊt (Alexamber vµ mét sè ng−êi kh¸c, 1969;
Goodredge, 1976) cho tõng sè liÖu riªng biÖt, viÖc tÝnh to¸n b»ng m¸y vi tÝnh
mang ý nghÜa thiÕt yÕu.
C¸c ph©n bè ®· ®−îc chän ra sau qu¸ tr×nh trªn sau ®ã sÏ ®−îc sö dông
®Ó ngo¹i suy sè liÖu cho c¸c kho¶ng thêi gian ngoµi kho¶ng thêi gian ®· cã sè
liÖu. C¸c gi¸ trÞ ®· dù b¸o lµ ®èi t−îng ®Ó tÝnh to¸n sai sè, nã phô thuéc chñ
yÕu vµo ®é dµi cña sè liÖu ®· cã s½n (Bill, 1969).
§iÒu nµy kh«ng phï hîp víi tÊt c¶ c¸c sù ph©n bè mµ chØ nªn sö dông
®èi víi ph©n tÝch tÇn sè l−îng m−a. C¬ quan khÝ t−îng quèc gia (NWS) ®· sö
dông mét phiªn b¶n cã söa ®æi cña ph©n bè Gumbel ®èi víi sù ph©n bè gi¸ trÞ
147
- cùc ®¹i (W.M.O. 1974) håi quy theo nh÷ng ®Æc ®iÓm ®Þa h×nh bao quanh tÊt c¶
c¸c tr¹m ®o ®Ó ph¸t triÓn mét b¶n ®å vÒ tÇn sè l−îng m−a (NOAA, Atlas 2) cho
toµn n−íc Mü. Nã lµm gi¶m ®i mét sè vïng b»ng ph¼ng trong TP40 cña
Herhfield (1961). B¶n ®å ®−îc sö dông réng r·i ®Ó chän lùa nh÷ng ®iÓm vµ
tæng l−îng m−a víi c¸c kho¶ng thêi gian m−a b·o kh¸c nhau vµ chu kú lÆp l¹i
cho thiÕt kÕ ë nh÷ng l−u vùc nhá cã dßng ch¶y h×nh thµnh. GÇn ®©y h¬n,
Frederick vµ mét sè ng−êi kh¸c (1977) ®· thµnh lËp mét sè b¶n ®å tõ 5-60 phót
m−a cho 37 vïng phÝa §«ng Mü b»ng c¸ch hiÖu chØnh to¸n häc dùa trªn ph©n
bè nµy, b¶n ®å nµy cã sù t−¬ng tù víi Fisher-Tippett lo¹i 1. Nh÷ng thÝ nghiÖm
kiÓm tra sè liÖu cña c¸c bang riªng lÎ ®−îc thùc hiÖn bëi Goodridge (1976),
Reich vµ mét sè ng−êi kh¸c (1970) ë California vµ Pennsyliania.
Bell (1969) ®· chØ ra r»ng, c¸c trËn lò thiÕt kÕ h×nh thµnh tõ c¸c l−u vùc
nhá th−êng lµ kÕt qu¶ cña nh÷ng trËn m−a cã c−êng ®é lín trong kho¶ng thêi
gian ng¾n vµ ®· v−ît qua giíi h¹n cña vïng. C¸c tÇn sè l−îng m−a ®−îc dùa
trªn c¸c ®iÓm ghi vµ kh«ng biÓu diÔn l−îng m−a cùc ®¹i trªn mét l−u vùc còng
nh− l−îng m−a trung b×nh cña l−u vùc (Fogel vµ Duck Slein, 1969). NWS ®·
c«ng bè (ngoµi ra cßn cã trong NOAA, b¶n ®å 2) mèi quan hÖ ®iÓm - diÖn tÝch
nh− mét hä ®−êng cong, ®−îc sö dông ®Ó chØ sù lµm gi¶m gi¸ trÞ trung b×nh
l−îng m−a khu vùc ë mét vÞ trÝ cô thÓ. C¸c ®−êng cong th−êng thÝch hîp cho
c¸c l−u vùc réng h¬n 2 hoÆc 3 km2, nh−ng nªn thËn träng ®èi víi nh÷ng l−u
vùc dµi, hÑp hoÆc trªn nh÷ng vïng mµ dßng ch¶y bÞ thèng trÞ bëi l−îng m−a
g©y ra tõ c¸c khèi khÝ g©y gi«ng tè.
§èi víi nh÷ng vïng bÞ thèng trÞ bëi l−îng m−a g©y ra tõ c¸c khèi khÝ g©y
gi«ng tè (nh− phÝa Nam vïng Arizona), Osborn vµ mét sè ng−êi kh¸c (1979) ®·
®−a ra mét hä ®−êng cong chØ ra sù gi¶m gi¸ trÞ trung b×nh l−îng m−a l−u vùc
lín h¬n mét c¸ch râ rµng so víi trªn b¶n ®å NOAA. Ngoµi ra mèi quan hÖ ®Æc
biÖt gi÷a ®iÓm vµ l−îng m−a cùc ®¹i trªn l−u vùc víi c¸c chu kú lÆp l¹i cho
tr−íc ®ang ®−îc ph¸t triÓn. §èi víi mäi l−u vùc trõ l−u vùc nhá nhÊt, l−îng
m−a cùc ®¹i mµ cã thÓ xuÊt hiÖn kho¶ng mét lÇn trong 100 n¨m ë mét n¬i nµo
®ã trªn l−u vùc, lín h¬n gi¸ trÞ mong ®îi ë bÊt kú ®iÓm cô thÓ nµo trong l−u vùc
ë cïng mét chu kú lÆp l¹i.
148
- 3.3 M« h×nh l−îng m−a
HÇu hÕt m« h×nh l−îng m−a kh«ng ®−îc ph¸t triÓn cho nh÷ng l−u vùc
nhá. Tuy nhiªn, c¸c m« h×nh th−êng cã thÓ ¸p dông ®−îc víi nh÷ng l−u vùc
nhá, vµ thùc tÕ, lµ th−êng phï hîp h¬n ®èi víi c¸c l−u vùc nhá bëi v× rÊt khã
kh¨n trong viÖc x¸c ®Þnh l−îng m−a thay ®æi theo kh«ng gian vµ thêi gian ë
nh÷ng l−u vùc réng. HÇu hÕt c¸c m« h×nh l−îng m−a ®Òu ®−îc thiÕt lËp cïng
víi viÖc dù b¸o dßng ch¶y.
GÇn ®©y, nh÷ng cè g¾ng x©y dùng m« h×nh quan t©m ®Õn ph−¬ng ph¸p
chuçi Markov vµ tù håi quy ®Ó m« t¶ sù duy tr× cña l−îng m−a trong chuçi thêi
gian. Mçi m« h×nh ®Òu gi¶ ®Þnh mét hoÆc nhiÒu ph©n bè x¸c suÊt phï hîp víi
ph©n bè ngÉu nhiªn cña l−îng m−a ®· quan tr¾c. C¶ sù xuÊt hiÖn ®iÓm vµ
tæng l−îng m−a ®Òu ®· ®−îc m« pháng tõ c¸c b−íc thêi gian kh¸c nhau. C¸c
m« h×nh gÇn ®©y lµ ®¬n gi¶n víi gi¶ ®Þnh c¸c hÖ sè t−¬ng quan ®−a vµo lµ h»ng
sè vµ tæng l−îng m−a lµ ®ång nhÊt. C¸c nç lùc hiÖn thêi ®−îc h−íng theo tõng
giai ®o¹n cña m« h×nh ®a n¨ng.
Cho ®Õn nay, kh«ng cã mét m« h×nh nµo trong nh÷ng m« h×nh cã s½n
®−îc sö dông réng r·i. Mét sè m« h×nh lµ c¸c nç lùc mang tÝnh häc thuËt, vµ sÏ
lµ nh÷ng m« h×nh mµ cã thÓ ®−îc ¸p dông réng r·i trong thùc tiÔn ë t−¬ng lai.
Mét sè kh¸c ®−îc sö dông riªng lÎ hoÆc mét nhãm trong mét vÞ trÝ hay mét
vïng. TÊt c¶ c¸c m« h×nh ®Òu cã c¸c tham sè, gi¸ trÞ cña tham sè ph¶i ®−îc −íc
l−îng tõ sè liÖu l−îng m−a. Mét m« h×nh vÝ dô trong c¸c m« h×nh s½n cã cïng
víi s¬ l−îc vÒ lÞch sö ph¸t triÓn cña nã sÏ ®−îc tr×nh bµy ë phÇn tiÕp theo ®©y.
Gringoten (1966) ®· quan s¸t vµ ®−a ra nhËn xÐt r»ng sù kÐo dµi th−êng
quan träng b»ng sù biÕn ®æi cã thÓ cña l−îng m−a xuÊt hiÖn, vµ cè g¾ng m«
h×nh hãa l−îng gi¸ng thñy.
L−îng m−a trong thêi ®o¹n ng¾n, nh− mét ngµy, mét giê lµ rÊt khã m«
h×nh ho¸ bëi v× sù kÐo dµi liªn tôc gi÷a tæng l−îng m−a vµ bëi v× chuçi sè liÖu
theo thêi gian chñ yÕu lµ c¸c gi¸ trÞ kh«ng (qu¸ tr×nh gi¸n ®o¹n). Sù xuÊt hiÖn
hay kh«ng xuÊt hiÖn cña l−îng m−a trong thêi kho¶ng thêi gian ng¾n ®· ®−îc
miªu t¶ bëi c¸c chuçi Markov. Víi c¸ch tiÕp cËn theo chuçi Markov, x¸c suÊt
149
- cña viÖc chuyÓn ®æi tõ tr¹ng th¸i nµy sang tr¹ng th¸i kh¸c (Èm sang kh«) ®−îc
x¸c ®Þnh.
Mét sù chuyÓn tr¹ng th¸i Èm - kh« liªn tôc sau ®ã sÏ ®−îc m« t¶ l¹i
b»ng c¸ch sö dông ma trËn chuyÓn. Khi mét l−îng m−a xuÊt hiÖn ®−îc x¸c
®Þnh th× tæng l−îng gi¸ng thñy ®−îc lÊy ra tõ mét ph©n bè x¸c suÊt m« t¶
l−îng gi¸ng thñy ®· mang tíi tõ l−îng m−a xuÊt hiÖn.
Gabriel vµ Newmann (1962) d−êng nh− ®· thµnh c«ng trong lÇn ®Çu
tiªn miªu t¶ sù xuÊt hiÖn hay kh«ng xuÊt hiÖn cña l−îng m−a hµng ngµy víi
mét m« h×nh chuçi Markov. Thªm vµo ®ã lµ c¸c dÊu hiÖu vÒ tÝnh kh¶ thi cña
viÖc dïng m« h×nh chuçi Markov ®Ó miªu t¶ sù xuÊt hiÖn liªn tôc nh÷ng ngµy
kh« hoÆc Èm, ®· ®−îc ®−a ra sù xuÊt hiÖn liªn tôc nh÷ng ngµy kh« hoÆc Èm, ®·
®−îc ®−a ra bëi Caskey (1963), Weiss (1964) vµ Hopkins vµ Robillard (1964).
Feyerman vµ Bark (1965) ®· gîi ý r»ng ma trËn cña x¸c suÊt chuyÓn tiÕp theo
chuçi Markov cã thÓ ®−îc ®¸nh gi¸ ®Ó cho thÊy sù biÕn ®æi mang tÝnh chÊt
mïa.
Gringorten (1966) ®· gi¶i thÝch r»ng mét chuçi Markov ®¬n gi¶n cã thÓ
nh− lµ mét c«ng cô h÷u Ých ®Ó ®¸nh gi¸ c¸c tÇn sè c¸c sù thay ®æi lín cña hiÖn
t−îng thêi tiÕt trong ph¹m vi kho¶ng thêi gian tõ vµi giê ®Õn vµi tuÇn. ¤ng ®·
dïng ph©n phèi chuÈn hoÆc ph©n bè Gausian y (N/0,1) víi y cã gi¸ trÞ trung
b×nh b»ng 0, ph−¬ng sai b»ng 1 vµ x¸c suÊt lòy tÝch ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng
thøc:
t2
1y
2π ∫−∞
P( y) = exp(− )dt (3.2)
2
¤ng ®· gi¶ thiÕt lµ gi¸ trÞ y hµng giê liªn tôc ®−îc sinh ra bëi qu¸ tr×nh
Markov dõng, víi h»ng sè quan hÖ ρ gi÷a c¸c gi¸ trÞ liªn tiÕp. Khi ®ã gi¸ trÞ thø
i cña y trë thµnh:
yo = No i=0
y i = ρy i −1 + 1 − ρ 2 .N i , i i ≥1 (3.3)
150
- víi Ni lµ sè chuÈn thø i lùa chän bÊt kú tõ chuçi sè liÖu. NÕu ρ = 0, sau m giê cã
ph©n bè tÝch luü F(y) nh− sau:
F( y) = 1 − [1 − P( y)]m (3.4)
§Ó gi¶i quyÕt c¸c vÊn ®Ò thùc tÕ, Gringorten ®· cho thÊy r»ng cÇn thiÕt
ph¶i sö dông m« pháng ph©n bè x¸c suÊt theo ph−¬ng ph¸p Monte - Carlo. ¤ng
tr×nh bµy t¸m vÝ dô mµ «ng dïng ®Ó minh ho¹ c¸c gi¸ trÞ b»ng ph−¬ng ph¸p
nµy. ChØ cã mét trong t¸m vÝ dô liªn quan tíi gi¸ng thuû vµ ®ã lµ −íc l−îng tÇn
suÊt c¸c trËn tuyÕt lín vµo th¸ng Giªng ë Boston, MA. C¸c vÝ dô cña «ng ®·
cho ta thÊy kh¶ n¨ng m« h×nh ho¸ mét sè l−îng lín c¸c qu¸ tr×nh ngÉu nhiªn.
C¸c nç lùc sau nµy Ýt nhiÒu còng cã nÐt t−¬ng tù víi c¸c c«ng tr×nh cña
Gringorten. Mét vµi nhãm ®iÒu tra ®· ph¸t triÔn nh÷ng m« h×nh ®Ó m« pháng
sù xuÊt hiÖn l−îng m−a ngµy, tæng l−¬ng m−a, l−îng m−a ngµy cùc ®¹i trong
thêi ®o¹n lùa chän vµ l−îng m−a luü tÝch ngµy. Nh÷ng m« h×nh nh− vËy cã
tÝnh øng dông cao nh−ng th−êng chØ nªn ¸p dông cho c¸c l−u vùc víi c¬ chÕ khÝ
hËu mµ trªn ®ã nã ®· ®−îc ph¸t triÓn.
Todorovic vµ Woolhiser (1974) ®· m« t¶ sù øng dông cña qu¸ tr×nh ngÉu
nhiªn ®Ó m« t¶ vµ ph©n tÝch chuçi m−a ngµy. Tæng l−îng m−a trong thêi kú n
ngµy ®· ®−îc gi¶ thiÕt nh− lµ tham sè rêi r¹c cña qu¸ tr×nh ngÉu nhiªn. D¹ng
chung nhÊt cña c¸c hµm ph©n bè, kú väng to¸n häc, ph−¬ng sai ®· ®−îc x¸c
®Þnh. Tr−êng hîp ®Æc biÖt chóng ta cÇn c©n nh¾c:
a) chuçi c¸c biÕn ngÉu nhiªn ph©n bè ®éc lËp
b) chuçi cña c¸c biÕn ngÉu nhiªn ®éc lËp vµ
c) chuçi Markov.
C¸c vÝ dô m« h×nh ho¸ sè trÞ trªn c¬ së d÷ liÖu m−a tõ Austin, TX, gi¶
thiÕt tæng l−îng m−a ®−îc ph©n bè theo ngo¹i suy.
Todorovic vµ Woolhiser (1975) ®· n©ng c«ng tr×nh cña hä lªn mét møc
míi b»ng c¸ch ph¸t triÓn mét m« h×nh ngÉu nhiªn cña m−a n ngµy. C¸c biÓu
diÔn th«ng th−êng ®−îc lÊy ra tõ hµm ph©n bè tæng l−îng gi¸ng thñy vµ l−îng
151
- gi¸ng thñy ngµy lín nhÊt xuÊt hiÖn trong n ngµy. Hä ®· so s¸nh hai tr−êng
hîp - mét gi¶ sö cã sù liªn tôc (chuçi Markov) vµ mét tr−êng hîp gi¶ sö kh«ng
cã sù liªn tôc (chuçi Bernoulli) vµ hä ®· t×m ra mét m« h×nh liªn tôc phï hîp
h¬n víi sè liÖu ®−a ra.
Hanson vµ mét sè ng−êi kh¸c (1974) ®· ghÐp mét m« h×nh ngÉu nhiªn
cho l−îng m−a ngµy víi mét gi¸ trÞ ng−ìng ban ®Çu xuÊt hiÖn dßng ch¶y ®Ó
ph¸t triÓn mét m« h×nh ngÉu nhiªn cho l−îng dßng ch¶y. Tû lÖ gi÷a l−îng dßng
ch¶y hµng ngµy víi l−îng m−a hµng ngµy, víi gi¶ thiÕt lµ l−îng m−a cung cÊp
®· v−ît qu¸ ng−ìng sinh dßng ch¶y, còng ®−îc m« h×nh ho¸, sö dông ph©n bè
Bª ta. TØ sè nµy sau ®ã ®−îc nh©n lªn víi l−îng m−a hµng ngµy ®Ó ®−a ra chuçi
liªn tôc cña sè liÖu dßng ch¶y tæng hîp. Sè liÖu dßng ch¶y tæng hîp ®−îc sö
dông nh− mét sè liÖu ®−a vµo nghiªn cøu m« pháng nh»m môc ®Ých thiÕt kÕ
c¸c hå chøa nhá. ViÖc ph©n tÝch nµy cung cÊp mét vÝ dô tuyÖt vêi cho viÖc sö
dông m« h×nh ngÉu nhiªn trong c¸c vÊn ®Ò thiÕt kÕ thñy v¨n, phôc vô cho c¸c
c«ng tr×nh n«ng nghiÖp.
Allen vµ Haan (1975) còng nh− Haan cïng nh÷ng ng−êi kh¸c (1976) ®·
chØ ra r»ng viÖc thiÕt kÕ c¸c dù ¸n cña nhiÒu nguån n−íc yªu cÇu ph¶i biÕt
®−îc m« h×nh l−îng m−a dµi ngµy. §Ó gióp cho viÖc thiÕt kÕ c¸c dù ¸n nµy hä
®· ph¸t triÓn m« h×nh ngÉu nhiªn trªn c¬ së chuçi Markov bËc nhÊt ®Ó m«
pháng l−îng m−a t¹i mét ®iÓm. M« h×nh ®· sö dông sè liÖu cã s½n ë Kentueky
®¸nh gi¸ x¸c suÊt chuyÓn ®æi Markov. Mçi ma trËn, (t×nh huèng) riªng biÖt ®·
®−îc −íc l−îng cho tõng th¸ng cña n¨m. M« h×nh rÊt phï hîp víi chuçi sè liÖu
l−îng m−a ngµy víi bÊt kú ®é dµi nµo, dùa trªn x¸c suÊt chuyÓn ®æi ®· −íc tÝnh
c¸c ph©n bè tÇn suÊt cña tæng l−îng m−a. MÆc dï chØ dùa trªn c¬ së sè liÖu
l−îng m−a ë Kentueky nh−ng m« h×nh cßn cã thÓ ¸p dông víi c¶ nh÷ng vïng
réng h¬n ë Trung Mü.
Raudkivi vµ Lawgrin (1972, 1974) ®· ph¸t triÓn mét ph−¬ng ph¸p ®Ó m«
pháng chuçi sè liÖu l−îng m−a dùa trªn ®¬n vÞ thêi gian 10 phót. Nh÷ng mèi
t−¬ng quan lÇn l−ît cña sè liÖu lÞch sö ®−îc m« h×nh hãa bëi mét s¬ ®å tù håi
quy, vµ ®é lÖch ®· ®−îc m« t¶ b»ng hµm ph©n bè Pearson III. M« h×nh ®· ®−îc
kiÓm tra víi sè liÖu m−a ë Aukland, New Zealand, do ®ã kh¶ n¨ng ¸p dông cho
152
- c¸c vïng kh¸c lµ kh«ng ch¾c ch¾n. Ph−¬ng ph¸p nµy cã thÓ kiÓm tra ®−îc ë c¸c
vïng kh¸c.
Smith vµ Schreiber (1974) ®· nghiªn cøu sè liÖu l−îng m−a hµng ngµy
t¹i mét ®iÓm ë phÝa ®«ng nam Arizona ®Ó thÊy ®−îc b»ng c¸ch nµo liªn kÕt c¸c
sè liÖu hµng ngµy víi sè liÖu l−îng m−a trong m−a thêi ®o¹n ng¾n. Hä ®· t×m
ra r»ng mét m« h×nh chuçi Markov ®· ph©n ®o¹n ®−a ra mét sù phï hîp tèt
nhÊt víi sè liÖu ®· cã tõ ba ®iÓm ghi ®éc lËp. Ngoµi ra hä cßn chØ ra r»ng qu¸
tr×nh biÕn ®æi hµng n¨m yªu cÇu ®−a thªm vµo c¸c m« t¶ mang tÝnh x¸c suÊt,
®−îc biÓu thÞ bëi sù thay ®æi sè ngµy m−a vµ nh÷ng thay ®æi râ nÐt trong c¸c
®Æc tÝnh tù t−¬ng quan, tr−íc khi m« h×nh cã thÓ ®−îc dïng trong m« pháng.
Chin (1977), trong mét kÕ ho¹ch rÊt tham väng, ®· xem xÐt nh÷ng l−îng
m−a xuÊt hiÖn hµng ngµy tõ c¸c sè liÖu cña 25 n¨m hoÆc dµi h¬n ë trªn 100 vÞ
trÝ cña n−íc Mü. ¤ng ®· nghiªn cøu viÖc sö dông t¨ng dÇn bËc cña c¸c chuçi
Markov ®Ó lËp m« h×nh l−îng m−a xuÊt hiÖn hµng ngµy. ¤ng ®· t×m ra r»ng
c¸c bËc ®ã nµy chñ yÕu phô thuéc vµo mïa vµ vÞ trÝ ®Þa lý, vµ còng cã nghÜa lµ
cã thÓ cã mèi quan hÖ víi lo¹i m−a. ¤ng ®· kÕt luËn r»ng c¸c thÝ nghiÖm
th−êng dïng quy luËt chuçi Markov th× m« h×nh lµ kh«ng ®−îc söa ch÷a khi
kh«ng cã thªm sù kiÓm tra. Tuy nhiªn, cïng thêi gian ®ã «ng ®· ph¶i thõa
nhËn r»ng nh÷ng sè liÖu ng¾n cã thÓ lµ sai trong viÖc sö dông m« h×nh phøc
t¹p h¬n lµ m« h×nh ®· söa ch÷a. Mét vÝ dô ®Æc biÖt cña tr−êng hîp nµy lµ chuçi
Markov bËc 3 lµ phï hîp ®· ®−îc ®−a ra.
Osborn vµ Davis (1977) ®· ph¸t triÓn mét m« h×nh ba tham sè ®Ó m«
pháng sù xuÊt hiÖn l−îng m−a ë Arizona vµ New Mexico. M« h×nh lµ mét nç
lùc víi viÖc ®¬n gi¶n hãa c¸c gi¶ thiÕt ®Ó t×m ra c¬ chÕ vËt lý thùc sù s¶n sinh
ra l−îng m−a ë Arizona vµ New Mªxico. Ba tham sè vÜ ®é, kinh ®é vµ ®é cao cã
thÓ ®−îc x¸c ®Þnh dÔ dµng tõ bÊt kú mét ®iÓm hay mét l−u vùc nhá nµo. S¬ ®å
khèi cña m« h×nh (H×nh 3.5) ®· theo dâi vµ x¸c ®Þnh l−îng m−a khi nã xuÊt
hiÖn. Ngoµi ra m« h×nh cßn tÝnh ®Õn sù kh¸c nhau trong c¸c lo¹i m−a (m−a do
front, ®èi l−u vµ front ®èi l−u), ®iÒu cã thÓ trë nªn quan träng ë nhiÒu vïng mµ
gi¸ng thñy h×nh thµnh tõ kh«ng chØ mét lo¹i m−a.
153
- ë Arizona vµ New Mexico, nguån Èm chñ yÕu cung cÊp cho m−a sinh
dßng ch¶y lµ tõ §«ng Nam vÞnh Mexico (SE) vµ T©y Nam vÞnh California, Th¸i
B×nh d−¬ng (SW). Ngoµi ra, front l¹nh cßn cã thÓ g©y ra gi¸ng thñy ë phÝa T©y
Nam vµ sù kÕt hîp front l¹nh víi kh«ng khÝ Èm Êm h¬n tõ c¶ §«ng Nam hoÆc
T©y Nam ®Òu cã thÓ dÉn tíi kÕt qu¶ lµ m−a lín kh¸c th−êng. M« h×nh cã 8 kÕt
qu¶ dùa vµo 2 nguån Èm vµ ho¹t ®éng cña front. TÊt c¶ x¸c suÊt cho mçi trong
3 hÖ thèng ®· ®−îc x¸c ®Þnh ®éc lËp (h×nh 3.5), vµ “sù kÕt hîp c¸c sù kiÖn ®·
®−îc gi¶ thiÕt ®Ó diÔn t¶ l−îng m−a Ýt x¶y ra h¬n". M« h×nh cã thÓ ®−îc dïng
®Ó ®¸nh gi¸ sù xuÊt hiÖn m−a khi ®−a vµo mét m« h×nh m−a/dßng ch¶y phøc
t¹p h¬n, hoÆc cho mét m« h×nh c©n b»ng n−íc, còng nh− lµ ®Ó biÓu diÔn sù
thay ®æi nguån cÊp n−íc theo ngµy, mïa vµ n¨m cho nh÷ng ng−êi sö dông
n−íc vµo môc ®Ých n«ng nghiÖp. M« h×nh chØ ¸p dông cho tõng vïng; c¸c lo¹i
kh¸c cña m« h×nh cã thÓ ho¹t ®éng tèt h¬n ë c¸c vïng kh¸c.
Bras vµ Rodriguez Iturbe (1976) ®· chØ ra r»ng hÇu hÕt c¸c m« h×nh
m−a ®Òu tËp trung vµo ®Æc ®iÓm bªn ngoµi cña m−a hoÆc nh÷ng ®iÓm riªng
biÖt ®· Ên ®Þnh. RÊt Ýt m« h×nh cè g¾ng t¹o ra ®Æc ®iÓm bªn ngoµi vµ bªn trong
cña m−a theo kh«ng gian vµ thêi gian, vµ c¸c m« h×nh ®ã ®Òu cã giíi h¹n c¸c
gi¶ thiÕt ho¹t ®éng cña c¸c vÞ trÝ ë tÊt c¶ c¸c møc ®é ho¹t ®éng cña m−a. Tuy
nhiªn, sù ®¬n gi¶n hãa lµ rÊt quan träng trong viÖc ph¸t triÓn c¸c m« h×nh thùc
nghiÖm cña c¸c qu¸ tr×nh tù nhiªn.
Mét vµi nhµ nghiªn cøu ®· ph¸t triÓn c¸c m« h×nh bao gåm sù ph©n bè
cña m−a theo kh«ng gian. Bras vµ Rodriquez - Iturbe (1976) ®· gîi ý r»ng
nh©n tè g©y m−a ®a chiÒu, kh«ng ®øng yªn cã kh¶ n¨ng sinh ra l−îng m−a b·o
m« pháng trªn mét vïng, gi¶ thiÕt thuyÕt Taylor vÒ rèi lµ ®óng (Taylor, 1937)
ë phÝa trong khu vùc cã m−a. Ph−¬ng ph¸p nµy lµ t−¬ng ®èi phøc t¹p, nh−ng cã
thÓ kh¶ thi trong t−¬ng lai nÕu c¶ ®Æc ®iÓm cña l−u vùc vµ cña trËn m−a ®−îc
x¸c ®Þnh tèt h¬n.
ViÖc ®−a ra l−îng m−a thùc trë lªn quan träng h¬n ë nh÷ng vïng mµ ë
®ã cã m−a ®èi l−u trong kho¶ng thêi gian ng¾n vµ v−ît qu¸ giíi h¹n vïng sinh
ra l−îng m−a h×nh thµnh dßng ch¶y, vµ ë n¬i mµ nã cã thÓ cÇn thiÕt ®Ó dù b¸o
sù kh¸c nhau trong dßng ch¶y do sù thay ®æi ®Æc ®iÓm cña l−u vùc (nh− qu¸
tr×nh ®« thÞ ho¸). Duckstein vµ mét sè ng−êi kh¸c (1972) ®· ®−a ra mét m«
154
nguon tai.lieu . vn
