1. Trang Chủ
  2. Địa Lý
  3. Thủy văn học và phân tích vùng ngập lụt ( ĐH Quốc Gia Hà Nội ) - Chương 5

Thủy văn học và phân tích vùng ngập lụt ( ĐH Quốc Gia Hà Nội ) - Chương 5

Các mô hình thuỷ văn mô phỏng ảnh: Người điều hành với máy tính trạm kỹ thuật 5.1. Giới thiệu về các mô hình mô phỏng Quá trình mưa rào – dòng chảy đã được trình bày chi tiết trong chương 2, chúng ta đã chỉ ra lượng mưa đóng góp thế nào vào các thành phần khác nhau của bốc hơi, thấm, khu chứa, dòng chảy tràn và cuối cùng là dòng chảy. Hình dạng thực tế và thời gian chảy truyền của các đường quá trình thuỷ văn cho một lưu vực cụ thể đã được chỉ ra là phụ thuộc vào... Ch−¬ng 5. C¸c m« h×nh thuû v¨

Thể loại Tài liệu miễn phí Địa Lý

Số trang 52

Ngày tạo 8/29/2018 11:39:07 PM +00:00

Loại tệp PDF

Kích thước 0.92 M

Tên tệp

Tải Thủy văn học và phân tích vùng ngập lụt ( ĐH Quốc ... (.pdf)

Xem mẫu

  1. Ch−¬ng 5. C¸c m« h×nh thuû v¨n m« pháng ¶nh: Ng−êi ®iÒu hµnh víi m¸y tÝnh tr¹m kü thuËt 5.1. Giíi thiÖu vÒ c¸c m« h×nh m« pháng Qu¸ tr×nh m−a rµo – dßng ch¶y ®· ®−îc tr×nh bµy chi tiÕt trong ch−¬ng 2, chóng ta ®· chØ ra l−îng m−a ®ãng gãp thÕ nµo vµo c¸c thµnh phÇn kh¸c nhau cña bèc h¬i, thÊm, khu chøa, dßng ch¶y trµn vµ cuèi cïng lµ dßng ch¶y. H×nh d¹ng thùc tÕ vµ thêi gian ch¶y truyÒn cña c¸c ®−êng qu¸ tr×nh thuû v¨n cho mét l−u vùc cô thÓ ®· ®−îc chØ ra lµ phô thuéc vµo rÊt nhiÒu vµo yÕu tè mÆt ®Öm, khÝ hËu vµ ®Þa lý thuû v¨n (b¶ng 5.1). Ngoµi thêi gian vµ c−êng ®é m−a lµ nh÷ng yÕu tè quan träng nhÊt quyÕt ®Þnh ®Õn qu¸ tr×nh m−a rµo – dßng ch¶y, sau ®ã lµ c¸c ®Æc tr−ng cña l−u vùc mµ nã chuyÓn ho¸ tõ l−îng m−a ®Çu vµo ®Õn qu¸ tr×nh dßng ch¶y t¹i cöa ra cña l−u vùc. DiÖn tÝch, ®é dèc, h×nh d¹ng, ®Êt, vµ l−îng tr÷ lµ nh÷ng th«ng sè quan träng cña h×nh th¸i l−u vùc. C¸c th«ng sè sö dông ®Êt vµ thæ nh−ìng cã thÓ ¶nh h−ëng ®¸ng kÓ ®Õn c¸c ph¶n øng thuû v¨n tù nhiªn th«ng qua viÖc t¨ng líp thÊm, thay ®æi ®é dèc vµ c¶i thiÖn hÖ thèng kªnh tiªu n−íc. 289
  2. B¶ng 5.1. Nh÷ng nh©n tè ¶nh h−ëng ®Õn ®−êng qu¸ tr×nh thuû v¨n. 1. C−êng ®é m−a. 2. Kho¶ng thêi gian m−a. 3. KÝch th−íc l−u vùc. 4. §é dèc l−u vùc. 5. H×nh d¹ng l−u vùc. 6. L−îng tr÷ l−u vùc. 7. H×nh th¸i häc l−u vùc. 8. KiÓu lßng dÉn. 9. §Êt sö dông / ®Êt che phñ. 10. Lo¹i ®Êt. 11. Tû lÖ diÖn tÝch kh«ng thÊm. Nh÷ng c«ng nghÖ tiªn tiÕn trong c¸c ph−¬ng ph¸p tÝnh trªn m¸y tÝnh trong vßng 2 thËp kû qua kÕt hîp víi nh÷ng tiÕn bé lín h¬n, m·nh liÖt h¬n cña viÖc quan tr¾c sè liÖu ®· cho phÐp ph¸t triÓn nh÷ng øng dông cña c¸c m« h×nh m« pháng thuû v¨n. Nh÷ng m« h×nh ®ã sö dông hÖ c¸c ph−¬ng tr×nh kh¸c nhau ®Ó m« t¶ c¸c qu¸ tr×nh vËn chuyÓn thuû v¨n vµ sù c©n b»ng n−íc theo thêi gian. Ch−¬ng 1, 2 vµ 4 ®· tr×nh bµy mét sè c¸c ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n sö dông ®Ó chuyÓn sè liÖu l−îng m−a thµnh ®−êng qu¸ tr×nh thuû v¨n t¹i cöa ra cña l−u vùc. C¸c m« h×nh tÝnh trªn m¸y tÝnh cho phÐp sö dông c¸c th«ng sè kh¸c nhau cña kh«ng gian vµ thêi gian theo c¸c ph−¬ng ph¸p sè trÞ ®· biÕt. C¸c khu vùc m−a phøc t¹p vµ c¸c l−u vùc kh«ng ®ång nhÊt cã thÓ ®−îc m« pháng dÔ dµng nÕu cã sè liÖu ®Çy ®ñ, vµ rÊt nhiÒu ph−¬ng ¸n thiÕt kÕ, nhiÒu kÞch b¶n ®iÒu khiÓn cã thÓ ®−îc ®Æt ra vµ kiÓm tra b»ng m« h×nh. Nh÷ng ch−¬ng tr×nh nghiªn cøu c¬ b¶n cña tr−êng ®¹i häc Harvard, ®¹i häc Stanford vµ Côc c«ng binh Hoa kú trong nh÷ng n¨m 1960 lµ nh÷ng nç lùc tiªn phong trong cè g¾ng sö dông m¸y tÝnh ®Ó m« pháng c¸c diÔn biÕn trong l−u vùc. M« h×nh l−u vùc Stanford (Crawford vµ Linsley, 1966) mµ sau ®ã cã liªn quan ®Õn ch−¬ng tr×nh m« pháng thuû v¨n - FORTRAN (Johanson vµ nnk, 1980), lµ m« h×nh quan träng ®Çu tiªn trong sè nh−ng m« h×nh m« pháng l−u vùc. Tõ nh÷ng cè g¾ng tõ rÊt sím nµy, mét lo¹t c¸c m« h×nh ®· ®−îc ph¸t triÓn vµ øng dông trong nh÷ng n¨m 1960 vµ 1970 cho m−a ®« thÞ, lò, t−íi tiªu, thiÕt kÕ hå chøa, vµ qu¶n lý l−u vùc. C¸c m« h×nh m« pháng thuû v¨n cã thÓ ®−îc ph©n lo¹i theo mét lo¹t c¸c tÝnh chÊt nh− trong b¶ng 5.2. Trong qu¸ tr×nh ph©n tÝch l−u vùc, nh÷ng ph¹m trï quan t©m chñ yÕu gåm th«ng sè tËp trung ®èi lËp th«ng sè ph©n bè, hiÖn t−îng kh«ng liªn tôc, vµ th«ng sè ngÉu nghiªn ®èi lËp víi th«ng sè tÊt ®Þnh. C¸c m« h×nh th«ng sè tËp trung biÕn ®æi tõ l−îng m−a thùc tÕ ®Çu vµo thµnh dßng ch¶y cöa ra dùa trªn quan ®iÓm r»ng mäi qu¸ tr×nh trªn l−u vùc ®Òu xuÊt hiÖn t¹i mét ®iÓm trong kh«ng gian (gièng nh− m« 290
  3. h×nh hép ®en). C¸c th«ng sè m« h×nh cã thÓ hoÆc kh«ng thÓ cã mét ®Þnh nghÜa chÝnh x¸c vÒ vËt lý trong hÖ thèng. §−êng qu¸ tr×nh ®¬n vÞ tæng hîp lµ mét vÝ dô vµ ®−îc sö dông réng r·i. C¸c m« h×nh th«ng sè ph©n phèi cè g¾ng m« t¶ c¸c qu¸ tr×nh vËt lý vµ c¸c c¬ chÕ trong kh«ng gian nh− mét sè c¸c m« h×nh m« pháng thuû v¨n. Trong khi m« h×nh th«ng sè ph©n phèi th−êng tho¶ m·n vÒ mÆt lý thuyÕt tèt h¬n th× sè liÖu th−êng bÞ thiÕu hôt cho viÖc hiÖu chØnh vµ kiÓm ®Þnh kÕt qu¶ m« h×nh. C¸c m« h×nh “hiÖn t−îng” nh− lµ HEC-1 m« t¶ qu¸ tr×nh lò (Trung t©m thuû v¨n c«ng tr×nh, 1981) hoÆc m« h×nh ®iÒu khiÓn n−íc lò EPA (SWMM) (Huber vµ nhiÒu t¸c gi¶ kh¸c, 1981) hay SCS TR2O (Côc b¶o tån ®Êt, 1975a), m« pháng tõng ph¶n øng cña tr©n m−a ®¬n lÎ cho mçi mét sè liÖu m−a ®Çu vµo nhÊt ®Þnh. §−êng qu¸ tr×nh ®¬n vÞ hay c¸c ph−¬ng ph¸p sãng ®éng häc ®−îc sö dông ®Ó thµnh lËp c¸c qu¸ tr×nh m−a mµ sau ®ã ®−îc diÔn to¸n trong s«ng. C¸c m« h×nh liªn tôc nh− Stanford Watershed Model, SWMM, vµ STORM dùa trªn c¸c ph−¬ng tr×nh c©n b»ng dµi h¹n vµ do vËy tÝnh to¸n trùc tiÕp cho c¸c ¶nh h−ëng cña c¸c ®iÒu kiÖn tr−íc ®ã. Nh÷ng m« h×nh nµy cã thÓ h÷u dông nhÊt cho c¸c l−u vùc víi c¸c vïng thÊm lín. Vµi m« h×nh bao gåm c¶ c¸c thµnh phÇn ngÉu nhiªn hay thèng kª ®Ó biÓu diÔn l−îng m−a ®Çu vµo mµ sau ®ã ®−îc sö dông ®Ó h×nh thµnh chuçi thêi gian cña dßng ch¶y. Chuçi thêi gian sau ®ã cã thÓ ®−îc ®¸nh gi¸ thèng kª sö dông ph©n tÝch tÇn suÊt lò. Tæng hîp thuû v¨n cho phÐp c¸c nhµ thuû v¨n kÐo dµi c¸c chuçi sè liÖu ng¾n nh− sè liÖu dßng ch¶y dùa trªn c¸c ph−¬ng ph¸p thèng kª. C¸c chuçi tæng hîp vÉn gi÷ ®−îc c¸c ®Æc tr−ng thèng kª cña chuçi sè liÖu lÞch sö hoÆc ®¶m b¶o c¸c yªu cÇu ph©n bè x¸c suÊt nh− lµ Logarit chuÈn hay Logarit Pearson 3 (phÇn 3.5). Ph©n tÝch ®−êng cong “Tæng thÓ” gi¶ thiÕt r»ng c¸c chuçi sè liÖu lÞch sö sÏ ®−îc lÆp l¹i mét c¸ch chÝnh x¸c. T¹o sè ngÉu nhiªn gi¶ thiÕt r»ng nh÷ng dßng ch¶y kÕ tiÕp lµ kh«ng ®éc lËp vµ ph©n bè theo mét hµm ph©n bè ®· biÕt tr−íc. Cuèi cïng, kü thuËt Markov gi¶ thiÕt r»ng dßng ch¶y tiÕp theo trong 1 chuçi th× liªn quan ®Õn mét phÇn cña chuçi dßng ch¶y tr−íc ®ã vµ th−êng bÞ giíi h¹n bëi b−íc thêi gian ng¾n h¬n khi ph©n tÝch. C¸c chi tiÕt vÒ c¸c m« h×nh thèng kª cã thÓ tham kh¶o trong tµi liÖu cña Bras vµ Rodriguez-Iturbe (1984). B¶ng 5.2. C¸c m« h×nh thuû v¨n Lo¹i m« h×nh M« h×nh vÝ dô Th«ng sè tËp trung Snyder Unit Hydrograph Ph©n bè Kinematic wave HiÖn t−îng HEC-1, SWMM Liªn tôc Stanford Watershed Model, SWMM, I-ISPF, STORM VËt lý c¬ së HEC-1, SWMM, HSPF NgÉu nhiªn Synthetic streamflows Sè trÞ Explicit kinematic wave Ph©n tÝch Nash IUH Mét −u viÖt cña c¸c m« h×nh m« pháng lµ sù s¸ng tá ®¹t ®−îc b»ng viÖc tËp hîp vµ tæ chøc sè liÖu cÇn thiÕt nh− lµ ®Çu vµo cho c¸c thuËt to¸n to¸n häc mµ bao gåm toµn bé 291
  4. hÖ thèng m« h×nh. ChÝnh nã th−êng chØ ra c¸c thu thËp sè liÖu bæ sung hay chÝnh c¶i tiÕn c¸c cong thøc to¸n häc ®Ó biÓu diÔn tèt h¬n c¸c qu¸ tr×nh trªn l−u vùc. Mét thuËn lîi kh¸c n÷a lµ rÊt nhiÒu c¸c s¬ ®å biÕn ®æi cho sù ph¸t triÓn hay ®iÒu khiÓn lò cã thÓ ®−îc kiÓm chøng mét c¸ch mau lÑ vµ so s¸nh víi c¸c m« h×nh tÝnh to¸n. H¹n chÕ chñ yÕu cña c¸c m« h×nh m« pháng chÝnh lµ kh«ng cã kh¶ n¨ng hiÖu chØnh vµ kiÓm ®Þnh m« h×nh hoµn h¶o trong ®iÒu kiÖn thiÕu sè liÖu. C¸c thùc hµnh hiÖn t¹i cho r»ng m« h×nh ®¬n gi¶n nhÊt mµ cã thÓ m« t¶ ®−îc hÖ thèng tho¶ m·n cho mét sè liÖu ®Çu vµo nhÊt ®Þnh nªn ®−îc sö dông. Sù chÝnh x¸c cña m« h×nh ®−îc x¸c ®Þnh qua kh¶ n¨ng s½n cã cña sè liÖu vµo, sè liÖu quan tr¾c thùc tÕ vµ chuçi thêi gian ®Çu ra t¹i nhiÒu vÞ trÝ kh¸c nhau trªn l−u vùc. MÆc dÇu cã mét sè nh÷ng h¹n chÕ nh−ng m« h×nh m« pháng vÉn cung cÊp cho chóng ta mét c¸ch tiÕp cËn logic nhÊt vµ mang tinh khoa häc hiÖn ®¹i ®Ó hiÓu c¸c ®éng th¸i thuû v¨n cña mét l−u vùc vµ hÖ thèng nguån n−íc phøc t¹p. Nh÷ng sù ph¸t triÓn cña m« h×nh vµ c¸c øng dông ®· më ra mét trang míi trong khoa häc thuû v¨n vµ dÉn d¾t rÊt nhiÒu c¸c thiÕt kÕ míi vµ c¸c chÝnh s¸ch ®iÒu hµnh mµ tr−íc ®©y ch−a tõng ®−îc kiÓm nghiÖm hay hiÖn thùc ho¸. Trong vµi n¨m gÇn ®©y, vµi tæng kÕt chÝnh x¸c vÒ c¸c m« h×nh thuû v¨n ®· ®−îc c«ng bè bao gåm Fleming (1975), Delleur and Dendrou (1980), McPherson (1975), Feldman (1981), Kibler (1982), vµ Whipple cïng nhiÒu t¸c gi¶ kh¸c (1983). §éc gi¶ cã thÓ tham kh¶o nh÷ng tµi liÖu nµy ®Ó cã kiÕn thøc s©u h¬n. 5.2. Tæ chøc ph©n tÝch thuû v¨n l−u vùc Víi rÊt nhiÒu c¸c m« h×nh thuû v¨n s½n cã dµnh cho c¸c nhµ thuû v¨n hay c¸c kü s−, rÊt Ýt c¸c ph¸t triÓn m« h×nh míi ®îc hç trî. H¬n n÷a kü s− ph¶i lùa chän mét trong nh÷ng m« h×nh m« pháng s½n cã dùa trªn c¸c ®Æc tr−ng cña hÖ thèng cÇn nghiªn cøu, môc ®Ých nghiªn cøu vµ kh¶ n¨ng tµi chÝnh cho viÖc thu thËp sè liÖu vµ m¸y tÝnh. Mét khi m« h×nh ®· ®−îc lùa chän, nãi chung c¸c b−íc tiÕn hµnh liªn quan ®Õn ph©n tÝch m« pháng l−u vùc ®−îc liÖt kª trong b¶ng 5.3. B−íc 1 vµ 5 lµ nh÷ng b−íc quan träng nhÊt trong toµn bé c¸c b−íc. Sù lùa chän m« h×nh lµ rÊt khã kh¨n vµ lµ mét quyÕt ®Þnh quan träng v× sù thµnh c«ng cña viÖc nghiªn cøu xoay quanh sù chÝnh x¸c cña c¸c kÕt qu¶ ®¹t ®−îc. B¶ng 5.2 nªn ®−îc xem xÐt víi c¸c ®Æc tr−ng cña l−u vùc, môc ®Ých nghiªn cøu, ®Ó x©y dùng mét kÕ ho¹ch m« h×nh ho¸. Nh×n chung, ngo¹i trõ sè liÖu trªn l−u vùc lµ ®Çy ®ñ c¶ vÒ kh«ng gian vµ thêi gian, sù tiÕp cËn th«ng th−êng vÒ ph©n tÝch l−u vùc lµ sö dông mét m« h×nh sù kiÖn x¸c ®Þnh víi c¸c kh¸i niÖm th«ng sè tËp trung ®Ó ph¸t triÓn c¸c ®−êng qu¸ tr×nh vµ truyÒn lò. HEC 1 (Trung t©m thuû v¨n c«ng tr×nh, 1981) vµ TR-20 (Côc b¶o vÖ ®Êt, 1975a) lµ hai m« h×nh ®−îc sö dông réng r·i nhÊt cho c¸c ph©n tÝch l−u vùc ®iÓn h×nh. NÕu mét l−u vùc cã sè liÖu ®Çy ®ñ vÒ m−a, thÊm, dßng ch¶y c¬ b¶n, dßng ch¶y 292
  5. trong s«ng, ®Êt vµ sö dông ®Êt, th× c¶ m« h×nh Stanford hoÆc ch−¬ng tr×nh m« pháng Thuû v¨n - FORTRAN (HSPF) ®Òu cã thÓ ®−îc ¸p dông ®Ó tÝnh to¸n c©n b»ng n−íc liªn tôc dµi h¹n vµ ®−êng qu¸ tr×nh dßng ch¶y cöa ra. Trong tr−êng hîp hÖ thèng tiªu n−íc ®« thÞ x¸c ®Þnh râ th× m« h×nh SWMM hoÆc ILLUDAS (Terstriep vµ Stall, 1974) còng cã thÓ ®−îc ¸p dông ®Ó x¸c ®Þnh c¸c ph¶n øng thuû v¨n cho c¸c thµnh phÇn trong hÖ thèng. M« h×nh m−a rµo ®« thÞ ®−îc bµn luËn chi tiÕt trong phÇn 5.3 vµ ch−¬ng 6. B−íc 5 trong b¶ng 5.3, hiÖu chØnh vµ kiÓm chøng m« h×nh, lµ cùc kú quan träng trong viÖc lµm chuÈn ho¸ c¸c th«ng sè m« h×nh vµ sÏ quyÕt dÞnh sù chÝnh x¸c vµ hîp lý cña sè liÖu ®Çu ra trong b−íc 6 vµ 7. HiÖu chØnh m« h×nh liªn quan ®Õn viÖc lùa chän mét sè c¸c sè liÖu ®o ®¹c ®−îc cña sè liÖu ®Çu vµo (l−îng m−a, hÖ thèng s«ng, t×nh h×nh sö dông ®Êt) vµ c¸c ®−êng qu¸ tr×nh ®Çu ra cho c¸c øng dông m« h×nh. C¸c tham sè ®iÒu khiÓn trong m« h×nh ®−îc vi chØnh cho ®Õn khi ®¹t ®−îc sù phï hîp nhÊt cho chuçi sè liÖu nµy. M« h×nh sau ®ã ®−îc kiÓm ®Þnh b»ng viÖc m« pháng mét sù kiÖn thø hai hay thø ba (víi trËn m−a kh¸c) vµ gi÷ nguyªn toµn bé c¸c th«ng sè kh¸c ®Ó so s¸nh kÕt qu¶ dù b¸o ®−îc víi tµi liÖu thùc ®o. Mét vÝ dô chi tiÕt cña m« h×nh ®· ®−îc hiÖu chØnh vµ kiÓm ®Þnh m« h×nh m« t¶ trong phÇn 5.6, n¬i mµ mät tr−êng hîp øng dông thùc tÕ ®−îc nhÊn m¹nh ®Ó chØ ra nh÷ng khã kh¨n vµ phøc t¹p mµ ta th−êng gÆp trong ph©n tÝch l−u vùc. B¶ng 5.3. C¸c b−íc trong ph©n tÝch m« pháng l−u vùc Lùa chän m« h×nh dùa trªn c¸c môc ®Ých nghiªn cøu vµ ®Æc tr−ng l−u vùc, kh¶ n¨ng sè liÖu vµ tµi chÝnh cña ®Ò ¸n. Thu thËp toµn bé sè liÖu ®Çu vµo cÇn thiÕt: l−îng m−a, thÊm, ®Þa lý thuû v¨n, sö dông ®Êt, ®Æc tr−ng hÖ thèng s«ng, dßng ch¶y, lò thiÕt kÕ vµ sè liÖu hå chøa. §¸nh gi¸ vµ läc c¸c môc ®Ých nghiªn cøu trong qu¸ tr×nh m« pháng ®Ó biÓu diÔn d−íi c¸c ®iÒu kiÖn thay ®æi cña l−u vùc. Lùa chän c¸c ph−¬ng ph¸p cho viÖc x¸c ®Þnh c¸c ®−êng qu¸ tr×nh cña l−u vùc con vµ hÖ thèng s«ng. HiÖu chØnh m« h×nh sö dông l−îng m−a trong qu¸ khø, dßng ch¶y, vµ c¸c ®iÒu kiÖn l−u vùc hiÖn thêi. KiÓm ®Þnh m« h×nh b»ng c¸c sù kiÖn kh¸c nh−ng vÉn gi÷ nguyªn c¸c th«ng sè ®· hiÖu chØnh. Tr×nh diÔn c¸c m« pháng m« h×nh sö dông c¸c l−îng m−a lÞch sö hay m−a thiÕt kÕ, c¸c ®iÒu kiÖn kh¸c nhau cña t×nh h×nh sö dông ®Êt, c¸c s¬ ®å ®iÒu khiÓn kh¸c nhau cho hå chøa vµ kªnh. Tr×nh diÒn ph©n tÝch ®é nh¹y cña sè liÖu ®Çu vµo, c¸c th«ng sè “routing” vµ c¸c th«ng sè ®−êng qu¸ tr×nh nh− yªu cÇu. ¦íc l−îng tÝnh hiÖu dông cña m« h×nh vµ b×nh luËn vÒ sù cÇn thiÕt ph¶i thay ®æi hay biÕn ®æi. 5.3. M« t¶ c¸c m« h×nh m« pháng thuû v¨n chÝnh Mét sè lùa chän cña sù kiÖn phæ th«ng nhÊt, liªn tôc vµ c¸c m« h×nh dßng ch¶y ®« 293
  6. thÞ cho m« pháng thuû v¨n ®−îc liÖt kª trong b¶ng 5.4. C¸c tr−êng ®¹i häc hay c¸c c¬ quan liªn bang ®· hç trî cho sù ph¸t triÓn cña hÇu hÕt c¸c m« h×nh nµy. Vµi m« h×nh ®−îc m« t¶ rÊt kü l−ìng, vµ ®· cho thÊy mét øng dông réng r·i cho c¸c l−u vùc, ®Æc biÖt lµ ë Mü. Nh÷ng c¸i kh¸c ®−îc ¸p dông chØ cho nh÷ng vïng ®Æc biÖt cña ®Êt n−íc. Khi øng dông mét m« h×nh nµo ®ã th× ph¶i xem xÐt vµ c©n nh¾c ®Õn kh¶ n¨ng sö dông sè liÖu ®ang cã ®Ó x¸c ®Þnh c¸c th«ng sè cÇn thiÕt. B¶ng 5.4. Lùa chän c¸c m« h×nh m« pháng thuû v¨n M« h×nh T¸c gi¶ Thêi ®iÓm M« t¶ 1 Stanford Crawford vµ Linsley 1966 M« h×nh l−u vùc Stanford 2 HEC-1 HEC 1973-1981 §−êng qu¸ trinh lò 3 HEC-2 HEC 1976-1982 C¸c mÆt c¾t n−íc 4 HEC-3 HEC 1973 B¶o tån ph©n tÝch hÖ thèng hå chøa 5 HEC-4 HEC 1971 M« pháng dßng ch¶y th¸ng. 6 HEC-5 HEC 1979 M« pháng hÖ thèng ®iÒu tiÕt lò. 7 SCS-TR20 USDA SCS 1975 M« h×nh m« pháng thuû v¨n. 8 USDAH2-74 USDA ARS Holtan 1975 M« h×nh l−u vùc thuû v¨n. 9 HSPF Johnson vµ nnk 1980 Ch−¬ng tr×nh m« pháng thuû v¨n –Fortran. 10 MITCAT Horley 1975 M« h×nh hiÖn t−îng m−a -dßng ch¶y ®« thÞ. 11 SWMM Mitcat vµ Eddey, Cam 1971-1988 M« h×nh qu¶n lý n−íc lò. 12 ILLUDAS Terstriep vµ Stall. 1974 M« pháng hÖ thèng tho¸t n−íc ILLLINOS. 13 STORM HEC 1975 M« h×nh l−îng tr÷, ®iÒu, dßng ch¶y mÆt. 14 USGSDR3M USGS, Alley vµ Smith. 1982 Qu¸ tr×nh lò trong khu vùc ®« thÞ 15 PennSt Aron, Laktos 1976 M« h×nh thuû v¨n ®« thÞ. 16 DWOPER NWS, Fread 1978 M« h×nh sãng ®éng häc NWS Vµi m« h×nh trong b¶ng 5.4 ®· ®−îc m« t¶ kü l−ìng bëi Delleur and Dendrou (1980) vµ sÏ chØ ®−îc giíi thiÖu v¾n t¾t d−íi ®©y. M« h×nh l−u vùc Stanford (Crawford and Linsley, 1966) lµ mét trong nh÷ng m« h×nh thuû v¨n ®Çu tiªn vµ toµn diÖn nhÊt. M« h×nh l−u vùc Stanford (SWM-IV) ®−îc h×nh thµnh tõ mét chuçi c¸c lÖnh cho mçi qu¸ tr×nh trong chu tr×nh thuû v¨n dùa trªn c¬ së liªn tôc. Ph−¬ng tr×nh liªn tôc ®−îc c©n b»ng cho mçi b−íc thêi gian, vµ l−îng gi¸ng thuû, khu chøa, bèc tho¸t h¬i, thÊm, tr÷ l−îng Èm gi÷ l¹i trong ®Êt, dßng ch¶y trµn, dßng ch¶y trong s«ng còng ®−îc ®−a vµo tÝnh to¸n toµn bé trong m« h×nh. M« h×nh yªu cÇu mét sè l−îng lín sè liÖu ®Çu vµo cña l−u vùc vµ v× thÕ kh«g ®−îc sö dông réng r·i nh− mét sè c¸c m« h×nh cã s½n kh¸c. Mét vµi phiªn b¶n cña m« h×nh trong FORTRAN ®−îc ph¸t triÓn qua nhiÒu n¨m, vÝ dô nh− t¹i tr−êng ®¹i häc Kentucky, ®¹i häc Ohio, ®¹i häc Texas. Ch−¬ng tr×nh Hydrocomp Simulation Program (HSP) lµ phiªn b¶n th−¬ng m¹i kÕ thõa cña SWM-IV vµ ®· ®−îc biÕn ®æi ®Ó ®−a vµo m«®un chÊt l−îng n−íc, truyÒn sãng ®éng lùc vµ c¸c b−íc thêi gian biÕn ®æi. Phiªn b¶n hiÖn t¹i lµ HSPF ®−îc thiÕt kÕ l¹i, tr×nh diÔn sù m« 294
  7. pháng rÊt nhiÒu c¸c qu¸ tr×nh thuû v¨n vµ chÊt l−îng n−íc trªn hay d−íi mÆt ®Êt, trong kªnh vµ trong hå chøa (Johanson vµ nhiÒu t¸c gi¶ kh¸c, 1980). Mét trong sè nh÷ng m«®un h÷u dông nhÊt trong HSPF lµ m« h×nh nguån kh«ng ®iÓm (NPS), cung cÊp c¸c m« pháng liªn tôc chÊt « nhiÔm tõ ®« thÞ vµ c¸c mÆt ®Êt ch−a ph¸t triÓn. Nã còng cã thÓ nh− lµ mét m« h×nh riªng biÖt víi EPA vµ ®· ®−îc kiÓm nghiÖm kü cµng víi HSP cña Héi ®ång quy ho¹ch B¾c Virginia. Donigian vµ Crawford (1976, 1979) ph¸t triÓn m« h×nh vµ h−íng dÉn sö dông cña EPA. M« h×nh MITCAT ®−îc ph¸t triÓn bëi Bravo vµ nh÷ng ng−êi kh¸c (1970) t¹i tr−êng ®¹i häc tæng hîp Massachusett cho trËn m−a ®¬n ®Ønh. LÇn ®Çu tiªn dßng ch¶y trµn ®−îc tÝnh b»ng ph−¬ng ph¸p sãng ®éng lùc, vµ sö dông trung b×nh cña hÖ ph−¬ng tr×nh tuyÕn tÝnh ho¸ St.Venant cho dßng ch¶y trong kªnh. Vµi ph−¬ng tr×nh thÊm còng ®−íc sö dông cïng víi nã víi b−íc thêi gian biÕn ®æi. Phiªn b¶n m«®un ho¸ cña m« h×nh ®−îc m« t¶ bëi Harley vµ c¸c céng sù (1970). EPA ®· tµi trî cho viÖc ph¸t triÓn m« h×nh SWMM th«ng qua tËp ®oµn Metcalf vµ Eddy, ®¹i häc tæng hîp Florida,… (Camp, Dresser, and McKee - 1971). SWMM lµ m« h×nh dßng ch¶y ®« thÞ ®−îc sö dông réng r·i nhÊt, nã cho phÐp m« pháng c¸c hiÖn t−îng ®¬n lÎ hoÆc liªn tôc cho rÊt nhiÒu c¸c l−u vùc, vËn chuyÓn, l−u tr÷ vµ hÖ thèng thuû lîi. C¶ l−îng vµ chÊt l−îng n−íc cã thÓ ®−îc m« pháng vµ dßng ch¶y cã thÓ ®−îc tr×nh diÔn b»ng ph−¬ng ph¸p hå chøa phi tuyÕn, ph−¬ng ph¸p sãng ®éng lùc, hoÆc hÖ ph−¬ng tr×nh St. Venant ®Çy ®ñ trong khèi SWMM EXTRAN. M« h×nh ®· ®−îc söa ch÷a vµ ph¸t triÓn nhiÒu lÇn, phiªn b¶n 4 (Huber vµ nnk, 1988; Roesner cïng nnk., 1988) lµ phiªn b¶n hiÖn ®ang sö dông vµ m« h×nh SWMM sÏ ®−îc m« t¶ chi tiÕt h¬n víi c¸c vÝ dô trong ch−¬ng 6. M« h×nh STORM ®−îc ph¸t triÓn bëi Trung t©m thuû v¨n c«ng tr×nh (Trung t©m thuû v¨n c«ng tr×nh - 1975; Roesner vµ nnk, 1974) ®Ó tÝnh to¸n l−îng vµ chÊt l−îng n−íc cïa dßng ch¶y ®« thÞ. Ch−¬ng tr×nh biÓu diÔn c¸c m« pháng liªn tôc sö dông chuèi sè liÖu m−a giê víi ®é dµi hµng n¨m, nh−ng c¸c trËn m−a ®¬n lÎ còng cã thÓ ®−îc ph©n tÝch. Qu¸ tr×nh thÊm ®−îc −íc tÝnh sö dông hÖ sè dßng ch¶y träng sè hay c¸c ph−¬ng ph¸p SCS. L−îng tr÷ h¹ l−u vµ c¸c qu¸ tr×nh xö lý còng cã thÓ ®−îc m« pháng nh−ng ë ®ã sÏ kh«ng cã c¸c dßng ch¶y. M« h×nh nµy ®¬n gi¶n h¬n SWMM kh¸ nhiÒu. M« h×nh ILLUDAS ®−îc x©y dùng bëi Terstriep and Stall (1974) vµ nã lµ m« h×nh m« pháng trËn lò ®¬n cã thÓ gi¶i quyÕt ®−îc hÖ thèng tho¸t n−íc chi tiÕt. M« h×nh cã thÓ ch¹y ë chÕ ®é thiÕt kÕ hoÆc m« pháng cho mét l−u vùc cô thÓ. ILLUDAS ®ßi hái sè liÖu m−a ®Çu vµo, cÊu h×nh cña èng vµ diÖn tÝch c¸c l−u vùc con ®Ó tÝnh to¸n dßng ch¶y t¹i c¸c ®iÓm kh¸c nhau trong hÖ thèng. Dßng ch¶y ®−îc tÝnh tõ ®−êng cong thêi gian- diÖn tÝch. GÇn ®ay m« h×nh ®· ®−îc cËp nhËt ®Ó cã thÓ m« pháng ®iÒu kiÖn ch¶y cã t¨ng c−êng ¸p vµ qu¸ t¶i trong hÖ thèng èng (Chiang vµ Bedient, 1986) vµ ®−îc gäi lµ m« h×nh PIBS. Ph−¬ng ph¸p nµy ®−îc xem lµ cho kÕt qu¶ kh¸ tèt nÕu so s¸nh víi SWMM EXTRAN Block vµ ch¹y trªn m¸y tÝnh c¸ nh©n. M« h×nh dßng ch¶y bang Penn (Aron vµ Lakatos, 1976) ®−îc ph¸t triÓn nh− lµ mét m« h×nh ®¬n gi¶n vµ ng¾n gän nhÊn m¹nh vµo vai trß thêi gian cña dßng ch¶y ë c¸c l−u vùc con ®Õn ®Ønh lò t¹i c¸c ®iÓm kh¸c nhau trªn l−u vùc. M« h×nh cung cÊp mét c¸ch 295
  8. tiÕp cËn thùc tÕ cho viÖc ph©n tÝch dßng ch¶y ë c¸c vung c− d©n nhá vµ võa. L−u vùc ®−îc chia thµnh phÇn tr−íc vµ phÇn sau, vËn chuyÓn n−íc vµ hÖ thèng tr÷. Kibler vµ Aron (1978) ®· nghiªn cøu ®é nh¹y cña c¸c th«ng sè cña m« h×nh vµ cña SWMM. C¬ quan b¶o tån ®Êt (SCS) ®· x©y dùng vµ ph¸t triÓn mét lo¹t c¸c ph−¬ng ph¸p vµ m« h×nh vµ ®−îc m« t¶ chi tiÕt bëi MeCuen (1982). C¸c ph−¬ng ph¸p ®å thÞ, lËp b¶ng ®−îc sö dông trong SCS TR-55, víi tªn cña m« h×nh lµ Thuû v¨n ®« thÞ cho l−u vùc nhá. Nh÷ng ph−¬ng ph¸p nµy chñ yÕu dùa trªn ph−¬ng ph¸p sè ®−êng cong dßng ch¶y ®· ®−îc m« t¶ trong ch−¬ng 2 vµ sÏ kh«ng tr×nh bµy chi tiÕt ë ®©y. M« h×nh SCS TR-20 lµ ph−¬g ph¸p m¸y tÝnh ho¸ ®Ó gi¶i quyÕt c¸c vÊn ®Ò sö dông c¸c thñ tôc SCS. Ch−¬ng tr×nh ph¸t triÓn ®−êng qu¸ tr×nh dßng ch¶y, göi chóng qua hÖ thèng c¸c ®o¹n kªnh vµ hå chøa, vµ tæ hîp hay ph©n t¸ch ®−êng qu¸ tr×nh t¹i c¸c ®iÓm hîp l−u. Cho mçi l−u vùc con yªu cÇu diÖn tÝch, sè ®−êng cong dßng ch¶y vµ thêi gian ch¶y truyÒn. Vµ sö dông c¸c thñ tôc nµy d−êng nh− ®¬n gi¶n h¬n sö dông trong HEC- 1. Nh×n chung c¸c thñ tôc t−¬ng tù nh− ®−îc sö dông trong HEC-1 vµ ®Æc biÖt thÝch hîp ®Ó kiÓm tra c¸c ¶nh h−ëng cña khu chøa vµ l−u gi÷ n−íc trªn l−u vùc. C¸c th¶o luËn trªn ®©y ®· cung cÊp mét tæng quan vÒ rÊt nhiÒu c¸c m« h×nh m« pháng thuû v¨n th«ng dông ®−îc sö dông trong ph©n tÝch thuû v¨n l−u vùc. §éc gi¶ nªn tham kh¶o thªm c¸c tµi liÖu h−íng dÉn sö dông trùc tiÕp tõ t¸c gi¶ m« h×nh tr−íc khi tù m×nh ¸p dông m« h×nh vµo mét l−u vùc thùc tÕ. PhÇn tiÕp theo cña ch−¬ng nµy sÌ ®−îc dµnh cho tr×nh bµy chi tiÕt cña m« h×nh HEC-1 cïng víi c¸c vÝ dô vµ ¸p dông thùc tÕ. Nã ®−îc xem lµ mét trong nh÷ng m« h×nh hoµn thiÖn nhÊt vµ lµ m« h×nh hay ®−îc sö dông nhÊt trong c¸c m« h×nh ®· ®−îc nh¾c ®Õn trªn ®©y. 5.4. M« h×nh HEC-1 HEC-1 ®−îc thiÕt kÕ ®Ó m« pháng c¸c qu¸ tr×nh dßng ch¶y bÒ mÆt tõ l−îng m−a r¬i trªn bÒ mÆt l−u vùc. Nã ®−îc ph¸t triÓn qua nhiÒu n¨m bëi trung t©m Thuû v¨n thuéc Côc C«ng binh Hoa kú. Qu¸ tr×nh chuyÓn tõ l−îng m−a r¬i ®Õn dßng ch¶y trùc tiÕp cã thÓ ®−îc m« pháng bëi HEC-1 cho mét l−u vùc nhá hay mét l−u vùc lín vµ phøc t¹p nh− trong h×nh 5.1. M« h×nh HEC-1 cho mét l−u vùc s«ng ®¬n gi¶n hay phøc t¹p gåm nh÷ng thµnh phÇn cho dßng ch¶y trªn c¸c l−u vùc con, kªnh, hå chøa vµ tæ hîp dßng ch¶y. C¸c biªn cña c¸c phÇn diÖn tÝch l−u vùc con ®−îc ph¸c ho¹ v× thÕ mÊt m¸t tæng l−îng m−a vµ c¸c th«ng sè l−u vùc cã thÓ ®−îc sö dông. L−îng m−a lÞch sö hay l−îng m−a thiÕt kÕ ®−îc chuyÓn thµnh dßng ch¶y th«ng qua c¸c ph−¬ng ph¸p ®−êng thuû v¨n ®¬n vÞ ®· ®−îc « t¶ trong ch−¬ng 2. L−u l−îng ®−îc tÝnh to¸n t¹i cöa ra cña mçi phÇn diÖn tÝch con nµy (xem h×nh 5.1). 296
  9. H×nh 5.1. S¬ ®å m« h×nh HEC-1 Thµnh phÇn diÔn to¸n trong HEC-1 yªu cÇu c¸c th«ng sè ®Çu vµo ®Ó x¸c ®Þnh c¸c ®Æc tr−ng diÔn to¸n ®Æc biÖt cña mét ®o¹n s«ng hay hå chøa. C¸c sè liÖu ra bao gåm qu¸ tr×nh dßng ch¶y ra t¹i tr¹m h¹ l−u. Tæ hîp qu¸ tr×nh dßng ch¶y t¹i c¸c khu vùc c¬ b¶n lµ rÊt thiÕt yÕu cho logic toµn hÖ thèng trong HEC-1 vµ cho phÐp c¸c sö dông l−u tr÷ m¸y tinh tèi −u trong m« h×nh. HEC-1 lµ mét m« h×nh qu¸ tr×nh dßng ch¶y lò víi c¸c kh¶ n¨ng sau: 1. M« pháng dßng ch¸y trªn l−u vùc vµ trong s«ng suèi tõ l−îng m−a lÞch sö hay thiÕt kÕ. 2. Sö dông ®−êng qu¸ tr×nh ®¬n vÞ, tû lÖ mÊt m¸t, th«ng sè dßng ch¶y trong s«ng, tõ c¸c sè liÖu quan tr¾c. 3. TÝnh to¸n ®−êng cong tÇn suÊt thiÖt h¹i vµ c¸c thiÖt h¹i hµng n¨m cho nhiÒu vïng vµ nhiÒu dù ¸n ®iÒu khiÓn lò. 4. M« pháng ®iÒu tiÕt hå chøa vµ lò trong s«ng. HEC-1 lµ mét trong nh÷ng céng cô ®−îc sö dông réng r·i nhÊt cho m« pháng l−u vùc vµ ph©n tÝch lò. C¸c th¶o luËn tiÕp theo ®©y sÏ m« t¶ c¸c ®Æc tr−ng chi tiÕt cña m« h×nh th«ng qua c¸c vÝ dô. §éc gi¶ ®−îc khuyÕn c¸o tham kh¶o h−íng dÉn sö dông vµ c¸c tµi liÖu liªn quan cña trung t©m Thuû v¨n (1981) ®Ó biÕt thªm chi tiÕt. Ph¸c th¶o l−u vùc HEC-1 sö dông c¸c th«ng sè trung b×nh ho¸ theo kh«ng gian vµ thêi gian ®Ó m« pháng c¸c qu¸ tr×nh dßng ch¶y. KÝch th−íc cña l−u vùc con, c¸c ®o¹n s«ng hay c¸c b−íc tÝnh to¸n ®−îc lùa chän trªn c¬ së ®iÒu kiÖn ®Þa lý thuû v¨n cña l−u vùc, sè liÖu m−a s½n cã, sè liÖu dßng ch¶y s½n cã vµ yªu cÇu ®é chÝnh x¸c. Nh− trªn h×nh 5.1, mét l−u vùc phøc t¹p ®−îc chia thµnh c¸c l−u vùc con nhá vµ t−¬ng ®èi ®ång nhÊt dùa vµo ®Þa h×nh. C¸c ®o¹n ®−îc x¸c ®Þnh vµ thø tù chung cña tÝnh to¸n dßng ch¶y còng ®−îc x¸c ®Þnh ®Ó ®−a vµo m« h×nh HEC-1. 297
  10. KÝch th−íc cña c¸c l−u vùc con nãi chung th−êng n»m trong kho¶ng tõ 1 – 10 dÆm2 bëi v× c¸c giíi h¹n cña lý thuyÕt ®−êng qu¸ tr×nh ®¬n vÞ. C¸c ®o¹n lßng dÉn nªn ®ñ dµi vµ sãng lò kh«ng truyÒn nhanh h¬n b−íc thêi gian tÝnh to¸n trªn ®o¹n s«ng ®ã. MÆt kh¸c c¸c lèi sè häc cã thÓ sÏ xuÊt hiÖn trong qu¸ tr×nh tÝnh to¸n lò. Gi¸ng thuû L−îng gi¸ng thuû P ®−îc tÝnh cho mçi l−u vùc con trong hinh 5.1 sö dông c¸c sè liÖu lÞch sö hoÆc m−a thiÕt kÕ tæng hîp. M« h×nh cho phÐp: (1) L−îng m−a t¨ng dÇn (®é dµy P cho mçi b−íc thêi gian) cho mçi l−u vùc con, (2) Tæng l−îng m−a vµ ph©n bè thêi gian, hoÆc (3) Sè liÖu ®o ®¹c qu¸ khø cïng víi c¸c hÖ sè träng sè thùc tÕ cho mçi l−u vùc con. M−a thiÕt kÕ tiªu chuÈn cã thÓ ®−îc sö dông ë d¹ng: (1) Sè liÖu ®é dµy vµ thêi ®o¹n, (2) L−îng m−a tèi ®a cã thÓ, hoÆc (3) L−îng m−a chuÈn cho c«ng tr×nh. Sè liÖu l−îng m−a ®−îc nhËp vµo ë c¸c b−íc thêi gian cè ®Þnh, nh−ng b−íc thêi gian nµy cã thÓ kh¸c víi b−íc thêi gian tÝnh to¸n trong m« h×nh. HEC-1 còng cho phÐp tÝnh to¸n c¶ tuyÕt r¬i vµ tuyÕt tan vµ sÏ ®−îc bµn luËn ë phÇn tiÕp theo. TuyÕt r¬i vµ tuyÕt tan HEC-1 cã kh¶ n¨ng m« pháng qu¸ tr×nh tuyÕt r¬i vµ tuyÕt tan rÊt tèt. Cã ®Õn 10 cÊp ®íi c©n b»ng ®éng ®−îc ®Æc tr−ng cho mçi l−u vùc con. B×nh th−êng mçi cÊp lªn ®Õn 1000 feet nh−ng bÊt kú mét sù t¨ng ®é cao nµo còng cã thÓ ®−îc x¸c ®Þnh theo tû lÖ gi¶m nhiÖt ®é kh«ng khÝ t−¬ng øng víi sù thay ®æi ®é cao trong tõng cÊp. D÷ liÖu nhiÖt ®é ®−îc nhËp vµo cuèi cña cÊp cao tr×nh thÊp nhÊt. Sau ®ã nhiÖt ®é gi¶m theo tû lÖ gi¶m nhiÖt ®é (0C hay 0F trªn mçi sù thay ®æi ®é cao). NhiÖt ®é b¨ng tan ®−îc nhËp vµo trong d÷ liÖu mµ dù liÖu nµy sau ®ã ®−îc sö dông ®Ó x¸c ®Þnh l−îng gi¸ng thuû r¬i d−íi d¹ng tuyÕt hoÆc m−a (nhiÖt ®é tan +2 0C hoÆc 0F). TuyÕt tan x¶y ra khi nhiÖt ®é c©n b»ng hoÆc lín h¬n nhiÖt ®é tan vµ ®−îc tÝnh to¸n b»ng nhiÖt kÕ hoÆc ph−¬ng ph¸p c©n b»ng n¨ng l−îng (xem phÇn 2.8). §Ó biÕt chi tiÕt h¬n viÖc tÝnh to¸n l−îng tuyÕt r¬i vµ l−îng tuyÕt tan trong m« h×nh HEC-1 xem sæ tay sö dông m« h×nh HEC-1 (Trung t©m thuû v¨n c«ng tr×nh, 1981) vµ dßng ch¶y sinh ra tõ tuyÕt tan (Côc c«ng binh Hoa Kú, 1960). Ph©n tÝch tû lÖ tæn thÊt HEC-1 chøa 4 ph−¬ng ph¸p ®Ó tÝnh to¸n sù tæn thÊt cña l−îng m−a vµo khu chøa vµ thÊm nh− trong b¶ng 5.5. §¬n gi¶n nhÊt lµ hµm tæn thÊt ban ®Çu vµ h»ng sè, trong ®ã thÓ tÝch tæn thÊt ban ®Çu ®−îc tho¶ m·n tr−íc khi tû lÖ tæn thÊt h»ng sè b¾t ®Çu. Ph−¬ng ph¸p nµy gièng nh− hÖ sè k trong qu¸ tr×nh thÊm (xem ch−¬ng 5.1) nÕu nh− tæn thÊt ban ®Çu b»ng 0 vµ th−êng ®−îc sö dông trong ph©n tÝch m−a thiÕt kÕ hoÆc ë 298
  11. nh÷ng n¬i mµ sè liÖu kh«ng ®ñ ®Ó tÝnh víi c¸c ph−¬ng ph¸p phøc t¹p h¬n. B¶ng 5.5. C¸c ph−¬ng ph¸p tÝnh tæn thÊt trong HEC-1 Ph−¬ng ph¸p M« t¶ 1. H»ng sè vµ ban ®Çu (LU)* ThÓ tÝch tæn thÊt ban ®Çu ®−îc ®¸p øng vµ sau ®ã lµ tæn thÊt theo h»ng sè (phÇn 1.5) 2. Hµm mò HEC (LE) Hµm tæn thÊt liªn quan ®Õn ®iÒu kiÖn Èm tr−íc ®ã vµ lµ hµm liªn tôc cña ®é Èm ®Êt 3. Sè ®−êng cong SCS (LS) Tæn thÊt ban ®Çu ®−îc ®¸p øng tr−íc khi tÝnh to¸n dßng ch¶y luü tÝch nh− lµ mét hµm sè cña l−îng m−a luü tÝch 4. Ph−¬ng ph¸p Holtan Tû lÖ thÊm ®−îc tÝnh nh− lµ hµm mò cña l−îng tr÷ Èm trong ®Êt tõ ph−¬ng tr×nh Holtan * X¸c ®Þnh cho cÊu tróc ®Çu vµo cña HEC-1. Tû lÖ tæn thÊt hµm mò HEC lµ mét hµm sè cña tæn thÊt luü tÝch cña l−îng m−a vµ liªn quan ®Õn tr÷ l−îng Èm l−u tr÷ trong ®Êt. C¸c ph−¬ng tr×nh tÝnh to¸n tæn thÊt ®−îc tr×nh bµy d−íi ®©y vµ biÓu diÔn trªn giÊy b¸n logarit trong h×nh 5.2. ALLOSS = ( AK + DLTK )PRCP ERAIN (5.1) ⎡ ⎛ CUML ⎞⎤ ⎟⎥ Víi CUML ≥ DLTKR DLTK = 0,2 DLTKR ⎢1 − ⎜ (5.2) ⎣ ⎝ DLTKR ⎠⎦ STRKR AK = (5.3) RTIOL0,1CUML Trong ®ã ALOSS lµ tû lÖ tæn thÊt tiÒm n¨ng (mm/h) trong b−íc thêi gian, AK lµ hÖ sè tû lÖ tæn thÊt t¹i ®Çu thêi ®o¹n tÝnh to¸n, DLTK lµ l−îng t¨ng lªn cña hÖ sè tæn thÊt trong DLTKR ®Çu tiªn cña tæn thÊt luü tÝch, CUML. DLTKR biÔu diÔn tæn thÊt ban ®Çu. Tæn thÊt luü tÝch, CUML, ®−îc x¸c ®Þnh b»ng tæng cña c¸c tæn thÊt thùc tÕ cho mçi thêi ®o¹n tÝnh to¸n. STRKR lµ gi¸ trÞ b¾t ®Çu cña hÖ sè tæn thÊt cña ®−êng cong gi¶m theo hµm mò cho tæn thÊt m−a vµ ®−îc xem lµ hµm cña tr÷ l−îng thÊm. RTIOL lµ tû sè gi÷a hÖ sè tæn thÊt m−a trªn ®−êng cong tæn thÊt vµ 10mm cña tæn thÊt luü tÝch. Tham sè nµy cã thÓ xem lµ hµm sè cña kh¶ n¨ng hÊp thô gi¸ng thuû cña bÒ mÆt l−u vùc vµ sÏ lµ h»ng sè cho c¸c l−u vùc lín vµ ®ång nhÊt. ERAIN lµ sè mò cña l−îng m−a cho hµm tæn thÊt ph¶n ¸nh ¶nh h−ëng cña tû lÖ m−a trªn dÆc tr−ng tæn thÊt trung b×nh l−u vùc. Trong mét sè tr−êng hîp nhÊt ®Þnh cã thÓ lµ dÔ dµn h¬n nÕu lµm viÖc víi tû lÖ tæn thÊt hµm mò nh− mét m« h×nh thÊm 2 tham sè. §Ó nhËn ®−îc hµm tæn thÊt ban ®Çu vµ h»ng sè, cho ERAIN = 0 vµ RTIOL = 1.0. §Ó nhËn ®−îc hµm tû lÖ tæn thÊt gi¶m theo hµm mò víi tæn thÊt ban ®Çu b»ng kh«ng, cho ERAIN = 0.0 vµ DLTKR = 0.0. Hµm tæn thÊt HEC nµy rÊt khã ®Ó ¸p dông vµo mét l−u vùc thùc tÕ v× c¸c th«ng sè kh«ng ®−îc x¸c ®Þnh trùc tiÕp tõ c¸c ®¹i l−îng quan tr¾c. 299
  12. H×nh 5.2. Hµm tæng tû lÖ tæn thÊt HEC Ph−¬ng ph¸p SCS sö dông sè ®−êng cong SCS, CN, liªn hÖ trùc tiÕp ®Õn t×nh h×nh sö dông ®Êt vµ c¸c tÝnh chÊt ®Êt trªn l−u vùc. TiÖm cËn SCS (xem phÇn 2.4) t−¬ng ®èi phæ biÕn v× nã cã thÓ ¸p dông cho c¸c khu vùc kh«ng cã ®o ®¹c vµ hÖ thèng d÷ liÖu thùc nghiÖm lín cña nã. Ph−¬ng ph¸p yªu cÇu nhËp vµo CN, gi¶ thiÕt ban ®Çu, % diÖn tÝch kh«ng thÊm. Ph−¬ng ph¸p tæn thÊt Holtan (Holtan vµ nhiÒu t¸c gi¶ kh¸c, 1975) liªn quan ®Õn c¸c ®Æc tr−ng l−u vùc, nh−ng c¸c th«ng sè vÉn cã thÓ ®−îc hiÖu chØnh, ®iÒu kh«ng thÓ thùc hiÖn ®−îc trong c¸c vïng kh«ng cã ®o ®¹c. Ph−¬ng ph¸p nµy t−¬ng tù nh− ph−¬ng ph¸p hµm sè mò HEC nh−ng kh«ng xem xÐt ®Õn c−êng ®é m−a. TÝnh to¸n dßng ch¶y trªn c¸c l−u vùc con Trong HEC-1 cã mét vµi c¸c ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n dßng ch¶y bÒ mÆt vµ ng−êi sö dông cã thÓ lùa chän ph−¬ng ph¸p thÝch hîp. Chóng ®−îc tr×nh bµy trong b¶ng 5.6 vµ bao gåm c¸c ph−¬ng ph¸p ®−êng qu¸ tr×nh ®¬n vÞ cua Clark (1945), Snyder (1938) vµ Côc b¶o tån ®Êt (1975b). Nh÷ng ®−êng qu¸ tr×nh ®¬n vÞ ®· biÕt còng cã thÓ ®−îc nhËp vµo trùc tiÕp trong m« h×nh. TÝnh to¸n dßng ch¶y trµn theo ph−¬ng ph¸p sãng ®éng lùc ®· ®−îc ®−a thªm vµo m« h×nh vµo n¨m 1979 vµ cho phÐp biÓu diÔn chÝnh x¸c c¸c khu vùc ®« thÞ ho¸ cho c¸c tÝnh to¸n UH (Trung t©m thuû v¨n c«ng tr×nh, 1979). B¶ng 5.6. C¸c ph−¬ng ph¸p dßng ch¶y trªn mÆt trong HEC-1 1. NhËp ®−êng qu¸ tr×nh ®¬n vÞ trùc tiÕp (UI)* 2. Ph−¬ng ph¸p ®−êng ®¬n vÞ Clark (UC) 3. Ph−¬ng ph¸p ®−êng ®¬n vÞ Snyder (xem phÇn 2.4) (UD) 4. Ph−¬ng ph¸p SCS (ph−¬ng ph¸p sè ®−êng cong + ®−êng ®¬n vÞ SCS) (US) 5. Ph−¬ng ph¸p sãng ®éng lùc cho ®−êng qu¸ tr×nh dßng ch¶y trµn (xem phÇn 4.6) (UK) * NhËn d¹ng cÊu tróc ®Çu vµo cña HEC-1 Ph−¬ng ph¸p Clark dùa trªn ph−¬ng ph¸p ®−êng cong thêi gian – diÖn tÝch ®−îc m« t¶ trong phÇn 2.2. BiÓu ®å thêi gian – diÖn tÝch, x¸c ®Þnh tõ c¸c ®−êng ®¼ng thêi l−u 300
  13. vùc, kÕt hîp víi biÓu ®å qu¸ tr×nh m−a thiÕt kÕ ®Ó nhËn ®−îc ®−êng qu¸ tr×nh dßng ch¶y vµ sau ®ã ch¶y truyÒn qua c¸c l−u tr÷ trong hå chøa tuyÕn tÝnh cho phÐp ph©n t¸n ®Ønh lò. C¸c th«ng sè ph−¬ng ph¸p Clark lµ hÖ sè l−u tr÷ vµ thêi gian tËp trung, R, ®−îc ®Þnh nghÜa lµ ®é nghiªng cña hµm S–Q cho hå chøa tuyÕn tÝnh. Gi¸ trÞ TC vµ R cã thÓ ®−îc −íc tÝnh cho c¸c l−u vùc kh«ng cã ®o ®¹c th«ng qua c¸c ph−¬ng tr×nh håi quy liªn quan ®Õn c¸c ®Æc tr−ng vµ møc ®é ph¸t triÓn ®« thÞ. (xem vÝ dô trong b¶ng 5.13) Ch−¬ng tr×nh HEC-1 sö dông ®−êng cong tæng hîp thêi gian – diÖn tÝch nhËn ®−îc tõ h×nh d¹ng l−u vùc tæng qu¸t ho¸ vµ c¸c ph−¬ng tr×nh cã thÓ ¸p dông cho hÇu hÕt c¸c l−u vùc: AI = 1,414T 1, 5 0 ≤ T < 0.5 (5.4) I − AI = 1,414(1 − T )1,5 0.5 < T < 1 (5.5) trong ®ã: AI lµ diÖn tÝch luü tÝch nh− lµ nh©n tè cña l−u vùc con vµ T lµ nh©n tè thêi gian tËp trung. C¸c ®−êng cong thêi gian – diÖn tÝch ®Æc biÖt còng cã thÓ ®−îc nhËp vµo HEC-1. Qu¸ tr×nh dßng ch¶y nhËn ®−îc sau ®ã sÏ ®−îc truyÒn qua hå chøa tuyÕn tÝnh ®Ó nhËn ®−îc qu¸ tr×nh dßng ch¶y ®¬n vÞ cuèi cïng. Hä c¸c ®−êng ®¬n vÞ 2h h×nh thµnh tõ HEC-1 ®−îc biÓu diÔn trong h×nh 5.3 cho l−u vùc cã diÖn tÝch 50-dÆm2 víi TC = 13,3h. L−u ý r»ng cã thÓ nhËn ®−îc mét lo¹t c¸c ®−êng cong cã h×nh d¹ng kh¸ biÕn ®æi. SCS UH còng ®−îc biÓu diÔn ®Ó so s¸nh (Hoggan, 1989). Víi c¸c gi¸ trÞ R/(TC + R) cµng lín th× ®−êng qu¸ tr×nh ®¬n vÞ cµng dÑt h¬n. Ph−¬ng ph¸p cña Snyder m« t¶ trong phÇn 2.4 cung cÊp thêi gian xuÊt hiÖn ®Ønh tp vµ hÖ sè ®Ønh lò Cp, nh−ng kh«ng ®ñ ®Ó vÏ ®−êng qu¸ tr×nh dßng ch¶y. Ph−¬ng ph¸p Clark v× thÕ ®−îc sö dông ®Ó lµm tr¬n vµ ®Þnh d¹ng ®−êng qu¸ tr×nh t−¬ng øng víi c¸c hÖ sè cña Snyder. C¸c tung ®é cña dßng ch¶y trùc tiÕp ®−îc tÝnh to¸n b»ng c¸c kÕt hîp ®−êng qu¸ tr×nh ®¬n vÞ víi l−îng m−a r¬i tiÕp theo trªn l−u vùc con. Qu¸ tr×nh sãng ®éng lùc ®−îc biÕn ®æi tõ m« h×nh l−u vùc MIT (Harley, 1975) vµ ®−îc m« t¶ chi tiÕt h¬n trong phÇn 4.6. Nã biÓu diÔn dßng ch¶y phi tuyÕn t−¬ng øng so s¸nh víi c¸c ph−¬ng ph¸p ®−êng qu¸ tr×nh ®¬n vÞ tuyÕn tÝnh. Ph−¬ng ph¸p sãng ®éng lùc dùa trªn c¸c tham sè mµ th«ng th−êng cã thÓ ®o ®¹c ®−îc tõ l−u vùc nh− ®é dèc, chiÒu dµi, h×nh d¹ng lßng dÉn, ®é nh¸m, t×nh h×nh sö dông ®Êt vµ diÖn tÝch. C¸c yÕu tè dßng ch¶y trµn, “thu nhËn n−íc”, lßng dÉn chÝnh ®−îc sö dông ®Ó biÓu thÞ c¸c ®Æc tr−ng cña l−u vùc tiªu n−íc (h×nh 4.10). Trong ph−¬ng ph¸p sãng ®éng lùc th× ph−¬ng tr×nh c¬ b¶n lµ ph−¬ng tr×nh dßng ch¶y cña Manning vµ ph−¬ng tr×nh liªn tôc (4.47 vµ 4.48). Chóng ®−îc gi¶i b»ng ph−¬ng ph¸p sè ®Ó nhËn ®−îc dßng ch¶y trµn nh− lµ mét hµm cña thêi gian vµ kh«ng gian. C¸c ph−¬ng tr×nh nµy còng ®−îc gi¶i cho dßng ch¶y trong lßng dÉn (h×nh 4.10). Ph−¬ng ph¸p sãng ®éng häc (KW) cã thÓ dÔ dµng ¸p dông cho ph©n tÝch c¸c l−u vùc ®« thÞ h¬n v× lý thuyªt KW kh«ng tÝnh ®−îc cho sù ph©n t¸n cña sãng lò. Khi diÖn tÝch l−u vùc t¨ng lªn th× c¸c gi¶ thiÕt yªu cÇu cho KW trë nªn ®¬n gi¶n h¬n. 301
  14. H×nh 5.3. Hä c¸c ®−êng qu¸ tr×nh ®¬n vÞ 2-h tÝnh tõ HEC-1 Nguån trÝch dÉn: D.H. Hoggan, 1989, Computer-Assisted Flood plain Hydrology and Hydraulics, McGraw-Hill, New York. C¸c th«ng sè nh− lµ chiÒu dµi vµ diÖn tÝch l−u vùc, ®é nh¸m vµ h×nh d¹ng h×nh häc cña lßng dÉn ®−îc sö dông ®Ó x¸c ®Þnh dßng ch¶y trµn trªn bÒ mÆt l−u vùc, ch¶y vµo cèng hay lßng dÉn, vµ ch¶y qua hÖ thèng kªnh b»ng nhËn thøc. Nh÷ng thay ®æi trong c¸c l−u vùc ®« thÞ cã thÓ ®−îc dÔ dµng thªm vµo trong ph−¬ng ph¸p KW. C¸c sè liÖu ®Çu vµo theo yªu cÇu cho mçi thµnh phÇn dßng ch¶y trµn lµ: L0 = chiÒu dµi dßng ch¶y chuÈn, S0 = ®é nghiªn ®¹i biÓu, N = hÖ sè nh¸m, tû lÖ phÇn tr¨m cña c¸c l−u vùc con mµ phÇn nµy biÓu diÔn, vµ hÖ sè tæn thÊt thÊm. Th«ng th−êng hai thµnh phÇn ®−îc sö dông, mét ®Ó m« t¶ c¸c vïng kh«ng thÊm ®−îc (m¸i nhµ, ®−êng phè) vµ phÇn cßn l¹i m« t¶ c¸c vïng thÊm (®ång, b·i cá vµ gç). B¶ng 4.2 biÓu diÔn, c¸c tham sè ®é nh¸m cho dßng ch¶y trµn. C¸c c«ng tr×nh thu n−íc vµ lßng dÉn chÝnh ®ãng gãp ®Ó vËn chuyÓn dßng ch¶y trµn ®Õn cöa ra l−u vùc. C¸c sè liÖu sau ®©y cÇn cho c¸c kªnh thu n−íc hoÆc èng: AC = diÖn tÝch tiªu b»ng mét kªnh thu n−íc ®¹i biÓu LC = chiÒu dµi kªnh thu 302
  15. SC = ®é nghiªng “chuçi” n = ®é nh¸m vµ h×nh d¹ng vµ kÝch th−íc. C¸c tham sè kªnh chÝnh vµ kªnh thu n−íc cã thÓ t×m thÊy tõ ph©n tÝch b¶n ®å hÖ thèng tiªu tho¸t cña l−u vùc. Kªnh chÝnh nhËn dßng nhËp l−u tõ c¸c kªnh thu n−íc ph©n bè kh«ng ®ång nhÊt däc theo chiÒu dµi cña nã. DiÖn tÝch l−u vùc con cïng víi L, S, n, h×nh d¹ng, kÝch th−íc vµ bÊt cø ®−êng qu¸ tr×nh th−îng l−u lµ ®iÒu kiÖn cÇn thiÕt ®Ó diÔn to¸n trªn ®o¹n s«ng. VËn chuyÓn KW còng cã thÓ sö dông trªn kªnh chÝnh. Tr−êng hîp nghiªn cøu cô thÓ trong phÇn 5.6 sÏ minh ho¹ cô thÓ c¸ch sö dông c¸c ph−¬ng ph¸p KW so s¸nh víi ph−¬ng ph¸p Clark (TC & R) cho l−u vùc ®« thÞ cã diÖn tÝch 17.9dÆm2. TÝnh to¸n dßng c¬ b¶n HEC-1 m« pháng dßng c¬ b¶n cña ®−êng qu¸ tr×nh lò víi ba th«ng sè: (1) Q0, dßng ch¶y trong kªnh tr−íc khi lò b¾t ®Çu lªn. (2) RTIOR, tû lÖ gi¶m theo sè mò; vµ (3) QR, ®iÓm b¾t ®Çu lò xuèng (H×nh 5.4). C¸c tham sè trªn cã thÓ nhËn ®−îc tõ ®−êng qu¸ tr×nh Q~t thùc ®o vÏ trªn gi¸y QR th−êng kho¶ng tõ 0,05 ÷ 0,15. b¸n logarit (h×nh 2.4). Tû lÖ Qpeak Ph−¬ng tr×nh (5.6) x¸c ®Þnh c¸c tham sè sö dông trong m« h×nh, trong ®ã ng−ìng dßng ch¶y rót QR vµ h»ng sè RTIOR do ng−êi sö dông x¸c ®Þnh. H×nh 5.4 x¸c dÞnh mèi liªn quan gi÷a ®−êng qu¸ tr×nh dßng ch¶y c¸c tham sè sö dông. Ph−¬ng tr×nh (5.6) tÝnh to¸n dßng ch¶y rót Q nh− sau: H×nh 5.4. C¸c thµnh phÇn cña ®−êng qu¸ tr×nh thuû v¨n Q = Q0(RTIOR)–n∆t, (5.6) trong ®ã: 303
  16. Q0 = dßng ch¶y tr−íc khi b¾t ®Çu lò lªn, Q = tû lÖ dßng ch¶y thiÕu hôt t¹i cuèi cña n∆t, QR = tû lÖ dßng ch¶y t¹i lóc b¾t ®Çu lò xuèng RTIOR = tû lÖ lò xuèng n∆t øng víi mçi thêi ®o¹n RÊt nhiÒu øng dông cña HEC-1 lµ cho c¸c trËn lò ®« thÞ, n¬i mµ dßng ch¶y c¬ b¶n th−êng lµ t−¬ng ®èi nhá so víi tæng l−îng dßng ch¶y trªn ®−êng qu¸ tr×nh thuû v¨n. DiÔn to¸n lò DiÔn to¸n lò liªn quan ®Õn ph©n tÝch c¸c chuyÓn ®éng cña sãng lò trong s«ng. B¶ng 5.7 liÖt kª c¸c ph−¬ng ph¸p chÝnh cña tÝnh to¸n truyÒn lò cã trong m« h×nh HEC-1. C¸c ph−¬ng ph¸p nµy ®−îc tr×nh bµy chi tiÕt trong ch−¬ng 4. C¶ ph−¬ng ph¸p hå chøa th«ng sè l−u tr÷ vµ ph−¬ng ph¸p vËn chuyÓn trong s«ng ®−îc tr×nh bµy trong ch−¬ng 4. Ph−¬ng ph¸p Muskingum ®ßi hái c¶ K vµ x, trong ®ã K nhËn ®−îc tõ ph©n tÝch nh− trong môc 4.2 hoÆc sö dông chiÒu dµi ®o¹n chia cho vËn tèc sãng x¸c ®Þnh tõ ph−¬ng dQ tr×nh 4.38, cã thÓ nhËn ®−îc tõ gãc nghiªng cña ®−êng cong tû lÖ t¹i mét gi¸ trÞ l−u dy K l−îng tiªu biÓu ®−îc vËn chuyÓn. Chó ý r»ng 2Kx < ∆t ≤ K vµ sè ®o¹n con b»ng . ∆t Ph−¬ng ph¸p Puls ®−îc m« t¶ s¬ bé trong phÇn 4.3 cho mét hå chøa nh−ng còng cã thÓ ¸p dông cho c¸c s«ng b»ng viÖc ph¸t triÓn quan hÖ l−u l−¬ng – l−îng tr÷ (S-Q). Mét vµi ph−¬ng ph¸p cã thÓ ®−îc sö dông: (1) TÝnh to¸n ph©n bè dßng ch¶y æn ®Þnh (2) Ph©n bè ®o ®¹c (3) Ph©n bè ®é s©u b×nh th−êng (4) L−îng tr÷ tõ qu¸ tr×nh dßng ch¶y ra vµ dßng ch¶y vµo (5) C¸c kü thuËt tèi −u ho¸. B¶ng 5.7. DiÔn to¸n lò trong HEC-1 Ph−¬ng ph¸p M« t¶ 1. Muskingum (RM)* HÖ sè l−îng tr÷ (x) céng víi th¬i gian truyÒn (K) qua mçi ®o¹n 2. Puls cã söa ch÷a (RS) B¶ng cña l−îng tr÷ so víi dßng ch¶y ra cho mçi ®o¹n dùa trªn HEC-2 3. Sãng ®éng lùc (RK) H×nh d¹ng lßng dÉn, chiÒu dµi ®o¹n, ®é dèc ®¸y vµ n; dßng ch¶y ra tõ mçi ®o¹n dùa trªn ®é s©u cïa dßng ch¶y trong ph−¬ng tr×nh liªn tôc vµ ph−¬ng tr×nh Manning (ph−¬ng tr×nh 5.1) * NhËn d¹ng cho cÊu tróc ®Çu vµo HEC-1 Nh÷ng vÊn ®Ò nµy ®−îc m« t¶ chi tiÕt h¬n trong tµi liÖu cña Hoggan (1989) vµ sÏ kh«ng ®−îc tr×nh bµy ë ®©y. Cho ph−¬ng ph¸p thø nhÊt, vµi ®−êng mÆt n−íc ®−îc h×nh thµnh, WS1 ®Õn WS5, t−¬ng øng víi l−u l−îng, Q1 ®Õn Q5, sö dông m« h×nh HEC-2 (tõ phÇn 7.9 ®Õn 7.15). ThÓ tÝch l−îng tr÷ ®−îc tÝnh tõ diÖn tÝch mÆ c¾t ngang cña kªnh dÉn vµ chiÒu dµi cña nã cho mçi WS. Mét ®−êng cong quan hÖ S-Q (®−êng cong tû lÖ) 304
  17. ®−îc x¸c ®Þnh (h×nh 5.5). Sè b−íc vËn chuyÓn ®−îc sö dông cho mét ®o¹n s«ng lµ K , trong ®ã K = thêi gian truyÒn vµ ∆t = b−íc thêi gian. NSTEP, b»ng víi ∆t Ph−¬ng ph¸p truyÒn sãng ®éng lùc trong kªnh dÉn kh«ng cho phÐp sù t¾t dÇn cña ®Ønh lò lµ mét vÊn ®Ò ë nh÷ng n¬i mµ cã nhiÒu vïng b·i ngËp lò. Nã cã −u ®iÓm khi cho phÐp tÝnh ®Õn sù ph©n bè cña dßng nhËp l−u däc theo kªnh dÉn chÝnh (Trung t©m kü s− thuû v¨n, 1979). C¸c d¹ng c¬ b¶n cña ph−¬ng tr×nh Manning cho ph−¬ng ph¸p sãng ®éng lùc ®−îc m« t¶ trong phÇn 4.6. C¸c kh¶ n¨ng kh¸c cña m« h×nh HEC-1 HEC-1 cã thÓ hiÖu chØnh víi trËn lò ®o ®¹c ®−îc b»ng c¸ch sö dông thuËt to¸n tèi −u ho¸ th«ng sè. Mét sè c¸c sù kiÖn quan tr¾c ph¶i ®−îc sö dông cho viÖc so s¸nh víi c¸c kÕt qu¶ dù b¸o cña m« h×nh. ViÖc lùa chän th«ng sè th−êng dùa trªn ph−¬ng ph¸p thö sai hÖ thèng: lùa chän c¸c gi¸ trÞ cña th«ng sè, m« h×nh ch¹y víi sè liÖu lÞch sö vµ ®−êng qu¸ tr×nh thuû v¨n tÝnh ®−îc sÏ so s¸nh víi sè liÖu quan tr¾c. Qu¸ tr×nh ®−îc lÆp l¹i cho ®Õn khi nhËn ®−îc sù phï hîp nhÊt gi÷a sã liÖu tÝnh to¸n vµ sè liÖu thùc ®o. Mét thñ tôc tèi −u ho¸ tù ®éng trong m« h×nh HEC-1 lµ mét thÓ hiÖn rÊt tiÖn lîi cña qu¸ tr×nh lùa chän th«ng sè thö-sai. Tèi −u ho¸ liªn quan ®Õn mét hµm môc tiªu mµ ta ph¶i ®i t×m gi¸ trÞ nhá nhÊt cña nã øng víi mét chuçi c¸c gi¸ trÞ cña c¸c th«ng sè. Hµm ®ã cã d¹ng: 2 ⎛ WTi ⎞ ∑ (QOBS − QCOMPi ) ⎜ N STDER = ⎟, (5.7) i ⎝N⎠ i =1 trong ®ã STDER lµ chØ sè sai sè, QOBS lµ tung ®é ®−êng qu¸ tr×nh thuû v¨n quan tr¾c t¹i thêi gian i, QCOMP1 lµ tung ®é tÝnh to¸n t¹i thêi gian i tõ m« h×nh HEC-1. N lµ tæng sè cña c¸c tung ®é ®−êng qu¸ tr×nh vµ WT lµ mét hµm träng sè nhÊn m¹nh ®Õn tÝnh chÝnh x¸c cÇn ph¶i t¸i t¹o l¹i ®Ønh lò. Mét øng dông chñ yÕu thø 2 trong m« h×nh HEC-1 lµ nã cã thÓ m« t¶ c¸c hiÖn t−îng thuû v¨n thuû lùc cho nh−ng vïng mµ sè liÖu thu thËp kh«ng ®Çy ®ñ. HEC (1980) m« t¶ c«ng viÖc tÝnh to¸n hoµn thiÖn cho nh÷ng vïng kh«ng cã ®Çy ®ñ sè liÖu ®Ó t×m ra c¸c th«ng sè thuû v¨n ®Æc tr−ng cho vïng ®ã. Kinh nghiÖm vµ c¸c th«ng sè ®Çu vµo cña m« h×nh lµ v« cïng quan träng trong viÖc tÝnh to¸n cho nh÷ng vïng thiÕu sè liÖu quan tr¾c. HiÖn nay cã ba xu h−íng nghiªn cøu øng dông HEC, c¸c xu h−íng nµy ®−îc tr×nh bµy trong b¶n b¸o c¸o cña HEC. Cuèi cïng m« h×nh HEC-1 cã thÓ ®−îc sö dông trong viÖc ®¸nh gi¸ c¸c ®¹i l−îng liªn quan ®Õn lò. Mèi quan hÖ gi÷a ®é s©u - diÖn tÝch vµ b−íc thêi gian cã thÓ ®−îc m« pháng cho tõng hÖ thèng s«ng, nhiÒu trËn lò cã thÓ ®−îc tÝnh to¸n ®ång thêi cïng mét lóc ®Ó cã thÓ so s¸nh mét c¸ch chi tiÕt. Mét vµi ph−¬ng ¸n tÝnh lò cã thÓ ®−îc ph©n tÝch xem xÐt trong mçi qu¸ tr×nh ch¹y riªng lÎ. Theo thèng kª thiÖt h¹i vÒ kinh tÕ do lò g©y ra th× c«ng viÖc m« pháng lò ph¶i ®−îc thùc hiÖn ë bÊt kú vÞ trÝ quan träng nµo trong mét l−u vùc. Do ®ã, kh¶ n¨ng cña m« h×nh HEC-1 lµ mét vÊn ®Ò më. 305
  18. H×nh 5.5. (a) C¸c mÆt c¾t dßng mÆt æn ®Þnh. (b) §−êng cong quan hÖ l−îng tr÷ - dßng ch¶y ra. Nguån trÝch dÉn: D.H. Hoggon, 1989, Computer - Assisted Floodplain Hydrology and Hydraulics, McGraw-Hill, York. TÊt nhiªn, c¸ch tèt nhÊt cho mçi sinh viªn hay nhµ thñy v¨n thùc hµnh cã ®−îc nh÷ng hiÓu biÕt thùc thô vÒ m« h×nh nµy lµ ph¶i øng dông ®Ó tÝnh to¸n cho nhiÒu l−u vùc thùc tÕ. ë ®©y kh«ng cã mét sù chØ dÉn cô thÓ nµo cho viÖc thiÕt lËp m« h×nh còng nh− thu thËp sè liÖu hay hiÖu chØnh m« h×nh, do ®ã ®· trë thµnh mét nhiÖm vô hÕt søc khã kh¨n vµ phøc t¹p. §Ó gióp ®ì kh¾c phôc nh÷ng khã kh¨n trªm mµ kh«ng lµm mÊt ®i tÝnh linh ho¹t vµ sù h÷u dông cña m« h×nh HEC-1, mét vµi bµi to¸n øng dông ®¬n gi¶n sÏ ®ù¬c giíi thiÖu trong nh÷ng phÇn tiÕp theo. 5.5. Sè liÖu ®Çu vµo vµ ®Çu ra cña HEC-1 Kh¸i qu¸t sè liÖu ®Çu vµo Sù h÷u dông chñ yÕu cña viÖc sö dông HEC-1 so víi c¸c m« h×nh kh¸c lµ tæ chøc sè liÖu ®Çu vµo lµ kh¸ ®¬n gi¶n. HEC-1 sö dông “thÎ h×nh ¶nh” ®Ó biÓu diÔn sè liÖu ®Çu vµo cña h×nh d¹ng l−u vùc s«ng vµ x¸c ®Þnh cÊu tróc sè liÖu ®Çu ra. Mçi thÎ h×nh ¶nh bao gåm mét d·y sè liÖu ®Çu vµo 80 cét ®−îc thÓ hiÖn d−íi d¹ng format cè ®Þnh hoÆc tù do. Format cè ®Þnh bao gåm 8 cét vµ format tù do cho phÐp c¸c gi¸ trÞ sè liÖu ®−îc ph©n c¸ch nhau b»ng c¸c dÊu ph¶y. TiÕp theo, tõ "line" ®−îc sö dông ®Ó thÓ hiÖn ®−êng ®¬n 306
  19. cña sè liÖu ®Çu vµo cuèi cïng. Sè liÖu m« pháng l−u vùc ®−îc x¸c ®Þnh mçi ®−êng b»ng c¸ch ®ång nhÊt hai ký tù m· trong cét 1 vµ 2. Nh÷ng m· sè liÖu nµy ®−îc ®äc hoÆc chóng kÝch ho¹t c¸c gi¸ trÞ lùa chän cã trong ch−¬ng tr×nh. Ký tù ®Çu tiªn cña m· x¸c ®Þnh víi c¸c lo¹i chung (tøc lµ P biÓu thÞ sè liÖu gi¸ng thuû) vµ ký tù thø hai x¸c ®Þnh râ kiÓu d÷ liÖu nµo ®ã (tøc lµ PB tæng l−îng m−a b×nh qu©n l−u vùc). B¶ng tãm t¾t c¸c lo¹i d÷ liÖu c¬ b¶n ®−îc tr×nh bµy trong b¶ng 5.8. §èi víi viÖc m« pháng l−u vùc th× tÝnh liªn tôc cña ®−êng qu¸ tr×nh l−u l−îng ®Çu vµo thùc tÕ ph¶i ®−îc xÐt ®Õn. VÝ dô vÒ cÊu tróc d÷ liÖu cho mét l−u vùc ®−îc miªu t¶ trong b¶ng 5.9, mµ d÷ liÖu ®ã cã thÓ ®−îc nhËn thÊy r»ng mçi ®−êng KK ®−îc sö dông nh− sù b¾t ®Çu cho mét khèi tÝnh to¸n. VÝ dô, dßng ch¶y trong l−u vùc nhá, sù tæ hîp thuû ®å vµ tÊt c¶ c¸c b−íc diÔn to¸n b¾t ®Çu b»ng mét ®−êng KK, ®−a ra mét khèi cÊu tróc ®Çu vµo. B¶ng 5.8. C¸c lo¹i d÷ liÖu c¬ së §iÒu khiÓn tÝnh to¸n I_ Khëi t¹o tÝnh to¸n V_ Tãm t¾t gi¸ trÞ ®Çu ra O_ Tèi −u (optimization) J_ KiÓu tÝnh to¸n Thuû v¨n vµ thuû lùc K_ §iÒu khiÓn b−íc tÝnh to¸n H_ Sù biÕn ®æi cña thuû ®å Q_ Sè liÖu thuû ®å B_ Sè liÖu l−u vùc P_ Sè liÖu l−îng m−a L_ Sè liÖu tæng tæn thÊt (chñ yÕu lµ thÊm ) U_ D÷ liÖu ®¬n vÞ biÓu ®å M_ Sè liÖu tuyÕt tan R_ Sè liÖu ®−êng qu¸ tr×nh S_ Sè liÖu l−îng tr÷ D_ Sè liÖu nhËp l−u W_ Sè liÖu tiªu tho¸t b»ng m¸y b¬m C¸c lo¹i kh¸c E_ Sè liÖu vÒ kinh tÕ ZZ KÕt thóc tÝnh to¸n 307
  20. B¶ng 5.9 VÝ dô vÒ cÊu tróc d÷ liÖu ®Çu vµo Ph©n ®o¹n Ký hiÖu M« t¶ d÷ liÖu §iÒu khiÓn tÝnh to¸n ID Tiªu ®Ò vµ h×nh d¹ng m« h×nh. IT/IN Kho¶ng thêi ®o¹n vµ thêi ®iÓm b¾t ®Çu. IO KiÓm tra d÷ liÖu ®Çu ra cho toµn bé c«ng viÖc. Dßng ch¶y trong KK Tªn tr¹m. tiÓu l−u vùc ®Çu tiªn. KM §−êng giíi thiÖu (kho¶ng b¾t buéc) BA DiÖn tÝch l−u vùc. P_ Ph−¬ng ph¸p gi¸ng thuû. L_ Ph−¬ng ph¸p tû lÖ tæn thÊt. U_ Ph−¬ng ph¸p biÕn ®æi m−a. §−êng qu¸ tr×nh KK Tªn tr¹m thñy ®å tõ tiÓu l−u vùc KM §−êng giíi thiÖu (kh«ng b¾t buéc) tíi ®iÓm tiÕp theo. R_ Ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n Tæ hîp c¸c thuû ®å. KK Tªn tr¹m KM §−êng giíi thiÖu (kh«ng b¾t buéc) HC Sè l−îng thuû ®å ®−îc tæ hîp. Dßng ch¶y KK tõ tiÓu l−u vùc trªn KM ®Õn tiªu l−u vùc tiÕp theo. Qu¸ tr×nh tÝnh to¸n tiÕp tôc cho ®Õn khi ra ®Õn cöa l−u vùc. ZZ KÕt thóc c«ng viÖc Mçi nhãm dßng ch¶y trong tiªu l−u vùc bao gåm mét ®−êng BA cho diÖn tÝch l−u vùc, mét ®−êng P_ cho l−îng m−a ®Çu vµo, mét ®−êng L_ cho tØ lÖ tæn thÊt do thÊm vµ mét ®−êng U_ cho ®¬n vÞ thuû ®å biÕn ®æi m−a. ®−êng dßng ch¶y c¬ së BF còng cã thÓ ®−îc liÖt kª vµo nhãm nµy. Cã mét sè ph−¬ng ph¸p x¸c ®Þnh biÓu ®å m−a hoÆc tæng l−îng m−a trªn tiÓu l−u vùc (h×nh 5.6). C¸c ®−êng PI hoÆc PC lµ l−îng m−a thªm vµo hoÆc tÝch luü ®−îc ®−a vµo nh− mét chuçi thêi gian. §−êng PG ®−îc sö dông ®Ó x¸c ®Þnh tæng l−îng m−a ®èi víi c¸c dông cô quan tr¾c hoÆc biÓu thÞ sè liÖu tù ghi trªn c¸c ®−êng PI hoÆc PC nh− trong h×nh 5.6. NÕu l−îng m−a kh«ng thay ®æi tõ tiÓu l−u vùc nµy sang l−u vùc kh¸c th× sè liÖu chØ cÇn nhËp vµo mét lÇn víi nhãm KK ®Çu tiªn. C¸c ®−êng (PR, PW) vµ (PT, PW) x¸c ®Þnh dông cô ®o vµ øng víi träng sè th× l−îng m−a tÝnh to¸n lµ gi¸ trÞ b×nh qu©n l−u vùc. §−êng PH ®−îc sö dông ®Ó nhËp quan hÖ gi÷a chiÒu dµy líp n−íc vµ kho¶ng thêi gian m−a r¬i cho mçi trËn m−a dù kiÕn. Tû lÖ tæn thÊt cã thÓ ®−îc tÝnh to¸n b»ng viÖc sö dông 1 trong 4 ph−¬ng ph¸p cã s½n cña m« h×nh HEC-l (B¶ng 5.5). C¸c ®−êng LE, LU,LS vµ LH cung cÊp c¸c m· cÇn thiÕt ®Ó tÝnh to¸n tæn thÊt. Trong vÝ dô tiÕp theo ph−¬ng ph¸p LS hoÆc SCS ®−îc sö 308
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