- Trang Chủ
- Địa Lý
- Thủy văn học và phân tích vùng ngập lụt ( ĐH Quốc Gia Hà Nội ) - Chương 6
Xem mẫu
- Ch−¬ng 6. thuû v¨n ®« thÞ
¶nh. Lò lôt ë Houston, Texas
6.1.
®Æc ®iÓm cña thuû v¨n ®« thÞ
Ph¹m vi nghiªn cøu cña ch−¬ng nµy
Ch−¬ng nµy m« t¶ c¸c kü thuËt th«ng dông trong thuû v¨n ®« thÞ, nhÊn m¹nh
c¸c kü thuËt kh«ng ®−îc th¶o luËn tr−íc ®©y theo chñ ®Ò nµy vµ ®Æc biÖt lµ c¸c kü thuËt
®−îc c¶i tiÕn cô thÓ cho tõng ®« thÞ. Nh÷ng c¶i tiÕn nµy bao gåm tÝnh to¸n l−îng tæn
thÊt dÞ th−êng qua viÖc x¸c ®Þnh l−îng m−a phô tréi, gi¶m thêi gian trÔ trong ph−¬ng
ph¸p ®−êng qu¸ tr×nh thuû v¨n ®¬n vÞ, ®Æc biÖt nã nhÊn m¹nh c¸c kü thuËt sãng ®éng
häc tíi viÖc x¸c ®Þnh ®−êng qu¸ tr×nh cña dßng ch¶y trµn. ViÖc lùa chän l−îng m−a ®Çu
vµo cho cÊu tróc cña mét ®−êng qu¸ tr×nh m−a thiÕt kÕ lµ ®Æc biÖt quan träng trong
thuû v¨n ®« thÞ bëi v× c¸c bÒ mÆt ®« thÞ kh«ng thÊm n−íc, biÕn ®æi nhanh l−îng m−a
thµnh dßng ch¶y, do vËy nh÷ng biÕn ®æi cña l−îng m−a trong thêi gian ph¸t triÓn ng¾n
trong ®−êng qu¸ tr×nh m−a th−êng sÏ t¹o nªn nh÷ng sù biÕn ®æi t−¬ng tù trong ®−êng
qu¸ tr×nh dßng ch¶y thuû v¨n. C¸c cèng thuû lùc ngÇm vµ lùa chän c¸c biÖn ph¸p kiÓm
341
- so¸t lò lôt ®« thÞ còng ®−îc bµn ®Õn.
Mét vµi m« h×nh nhËn thøc øng dông m¸y tÝnh thuËn tiÖn trong c¸c ®« thÞ ®−îc
xem xÐt cô thÓ. Trong ch−¬ng nµy còng bµn luËn ®Õn c¸c m« h×nh ®ang ë giai ®o¹n
nghiªn cøu. C¸c tµi liÖu tham kh¶o tiÖn dông cho nghiªn cøu thuû v¨n ®« thÞ, bao gåm
c¸c c«ng tr×nh cña Delleur vµ Dendrou (1980), Kibler (1982), Whipple vµ céng sù
(1983), Walesh (1989), Moffa (1990) vµ Stagiêe - Urbonas (1990).
Lêi më ®Çu
MÆc dï c¸c nguyªn lý tù nhiªn cña vßng tuÇn hoµn n−íc ë c¸c khu vùc thuû v¨n
®« thÞ phÇn lín ®−îc b¶o toµn nh− mét khu vùc bÊt kú nµo kh¸c, tuy nhiªn, cßn ®−îc
x¸c ®Þnh bëi hai tÝnh chÊt sau:
1. C¸c bÒ mÆt kh«ng thÊm n−íc chiÕm −u thÕ (vÝ dô: vØa hÌ, c¸c m¸i nhµ).
2. Tån t¹i c¸c hÖ thèng l−u vùc nh©n t¹o hoÆc c¸c hÖ thèng l−u vùc thuû lùc
kh«ng thÊm n−íc (vÝ dô mét hÖ thèng cèng ngÇm).
H×nh 6.1: ¶nh h−ëng cña viÖc ®« thÞ ho¸ trªn ®−êng qu¸ tr×nh dßng ch¶y thuû v¨n ®« thÞ. a) H×nh
d¹ng. b) C¸c dßng ch¶y cùc ®¹i (Leopold, 1968).
Do vËy, ¶nh h−ëng cña diÖn tÝch, ®é dèc vµ ®Êt ®¸ l−u vùc vïng ®« thÞ tíi l−îng
m−a lín h¬n l−u vùc vïng n«ng th«n. Do ®ã, tæng l−îng dßng ch¶y mÆt vµo tõ mét l−u
vùc ®« thÞ lín h¬n, bëi v× chóng cã c¸c khu vùc thÊm n−íc Ýt vµ tæn thÊt v× vËy còng Ýt
h¬n l−u vùc n«ng th«n. C¸c tÝnh chÊt ®ã ®−îc minh häa trong h×nh (6.1). Tæng l−îng
dßng ch¶y ¶nh h−ëng nhanh vµ lín h¬n, khi ®ã vÊn ®Ò kiÓm so¸t cÇn ®−îc gia t¨ng, c¸c
tÝnh chÊt t−¬ng tù cña viÖc ®« thÞ ho¸ n«ng th«n còng cã xu h−íng t¹o nªn viÖc øng
342
- dông c«ng nghÖ kü thuËt, mét phÇn nµo ®ã dÔ dµng h¬n, trong ph©n tÝch c¸c vÊn ®Ò, bëi
v× viÖc tÝnh to¸n nh÷ng l−îng tæn thÊt ®−îc ®¬n gi¶n ho¸ vµ c¸c tÝnh chÊt vÒ h×nh d¹ng,
®é dèc vµ ®é nh¸m cña lßng dÉn ®−îc biÕt ®Õn tèt h¬n.
Nh÷ng hÖ thèng l−u vùc trong c¸c khu vùc ®« thÞ dùa trªn c¸c lßng dÉn tù
nhiªn, nh−ng phÇn lín c¸c thµnh phè ®Òu cã thªm mét m¹ng l−íi cèng ngÇm cho viÖc
tiªu tho¸t n−íc lò. NÕu hÖ thèng nµy chØ dïng ®Ó tiªu tho¸t n−íc lò, nã ®−îc gäi lµ mét
cèng ngÇm lò. NÕu c¸c cèng ngÇm nµy cßn mang theo n−íc th¶i sinh ho¹t th× nã ®−îc
gäi lµ mét cèng ngÇm kÕt hîp.
H×nh 6.2. HÖ thèng tiªu n−íc ®« thÞ (Metcalf vµ Eddy vµ c¸c céng sù, 1971).
Mét cèng ngÇm kÕt hîp th−êng cã mét bé phËn ®iÒu tiÕt (c¸c cÊu tróc kiÓm so¸t
thuû lùc nh− ®Ëp n−íc, vßi n−íc) ®Æt ë cuèi dßng, nã lµm chuyÓn h−íng dßng ch¶y mïa
343
- kiÖt vµo trong mét thïng chøa n−íc, thïng nµy ®−îc mang ®i ®Ó nghiªn cøu (h×nh 6.2).
Trong suèt thêi kú mïa m−a, khi tæng l−îng thuû lùc cña thïng chøa n−íc vµ bé phËn
®iÒu tiÕt qu¸ t¶i, xuÊt hiÖn sù ch¶y trµn trªn c¸c cèng ngÇm kÕt hîp (dßng ch¶y hçn
hîp cña n−íc lò vµ n−íc th¶i sinh ho¹t), nã tho¸t trùc tiÕp ra kªnh m−¬ng g©y ra c¸c
vÊn ®Ò vÒ « nhiÔm m«i tr−êng. Khi n−íc lò vµ n−íc th¶i sinh ho¹t ®−îc mang ®i trong
c¸c cèng ngÇm riªng biÖt, nã ng−îc l¹i víi sù kÕt hîp. PhÇn lín c¸c thµnh phè hiÖn ®¹i
cã c¸c hÖ thèng riªng biÖt, nh−ng nhiÒu thµnh phè l¹c hËu vÉn tån t¹i c¸c hÖ thèng
cèng ngÇm kÕt hîp nh− thÕ, ®Æc biÖt ë vïng §«ng B¾c vµ miÒn Trung n−íc Mü.
C¸c cèng ngÇm lò vµ cèng ngÇm kÕt hîp ®−îc l¾p ®Æt ®Ó tiªu tho¸t n−íc lò tõ bÒ
mÆt ®Êt, do vËy nã ng¨n c¶n lò lôt vµ cho phÐp ch¶y trªn c¸c ®−êng quèc lé vµ ch¶y tù
do. Nh− vËy, hÖ thèng cèng th−êng ®−îc thiÕt kÕ cho mét ®Ønh l−u l−îng thùc tÕ t−¬ng
øng víi mét chu kú cho tr−íc (ch−¬ng 3) vµ ®−îc ®iÒu chØnh cho tõng vïng (tõ 2 ®Õn 5
n¨m cho l−u vùc gÇn ®« thÞ, vµ tõ 10 ®Õn 50 n¨m cho c¸c quèc lé chÝnh tiªu biÓu). Vµ
lu«n lu«n nhËn thÊy r»ng, mét hÖ thèng cèng ngÇm lò (hoÆc hÖ thèng cèng ngÇm kÕt
hîp) lµ mét hÖ thèng l−u vùc nhá cho n−íc lò. NÕu tæng l−îng cña c¸c cèng ngÇm bÞ qu¸
t¶i, dßng ch¶y sÏ lùa chän con ®−êng ch¶y theo bÒ mÆt c¸c lèi ®i, hoÆc hÖ thèng l−u vùc
chÝnh. NÕu hÖ thèng bÒ mÆt (vÝ dô: c¸c ®−êng phè) kh«ng ®−îc thiÕt kÕ phï hîp víi mét
dßng ch¶y nh− vËy, dßng ch¶y bÒ mÆt cã thÓ ph¸ huû c¸c c¬ së h¹ tÇng víi søc tµn ph¸
khñng khiÕp. Trong c¸c c«ng viÖc kh¸c, hÖ thèng l−u vùc chÝnh ph¶i lu«n lu«n ®−îc
thiÕt kÕ ®Ó cã thÓ phßng chèng nh÷ng ¶nh h−ëng tiªu cùc cã thÓ x¶y ra hoÆc tæng l−îng
dßng ch¶y v−ît qu¸ giíi h¹n tæng l−îng cña hÖ thèng cèng ngÇm tiªu tho¸t lò.
VÊn ®Ò øng dông c«ng nghÖ kü thuËt trong thuû v¨n ®« thÞ
VÊn ®Ò øng dông c«ng nghÖ kü thuËt trong thuû v¨n ®« thÞ th−êng cÇn thiÕt
trong viÖc kiÓm so¸t dßng ch¶y cùc ®¹i vµ ®é s©u lín nhÊt trªn toµn bé hÖ thèng l−u
vùc. NÕu ®é dèc thuû lùc qu¸ lín, c¸c cèng ngÇm cã thÓ qu¸ t¶i, ®iÒu ®ã cã nghÜa lµ mùc
n−íc cã thÓ t¨ng v−ît qu¸ ®Ønh cña cèng ngÇm, g©y nªn lò lôt t¹i chç hoÆc ch¶y trµn
lªn c¸c ®−êng phè. C¸c ®iÒu kiÖn thuËn lîi míi ph¶i ®−îc l−u ý khi thiÕt kÕ ®Ó sù xuÊt
hiÖn t×nh tr¹ng ngËp lôt nh− trªn lµ nhá nhÊt vµ c¸c hÖ thèng l−u vùc ®ang tån t¹i ph¶i
lu«n ®−îc ®iÒu chØnh ®Ó thÝch hîp víi t×nh tr¹ng ngËp lôt ®ã. Sù qu¸ t¶i tæng l−îng cña
mét hÖ thèng ®ang tån t¹i lµ mét vÊn ®Ò phøc t¹p, th−êng xuyªn xuÊt hiÖn trong c¸c
khu vùc míi ®−îc ph¸t triÓn víi mét hÖ thèng cèng ngÇm l¹c hËu.
ChÊt l−îng n−íc cña dßng ch¶y ®« thÞ còng cã thÓ bÞ « nhiÔm (Lager vµ céng sù,
1977), ®Æc biÖt nh÷ng xö lý th« ®ßi hái ®Ó c¶i thiÖn chÊt l−îng n−íc cña dßng ch¶y tiªu
tho¸t tr−íc ®ã vµo kªnh m−¬ng. §iÒu nµy ®Æc biÖt ®óng ®èi víi viÖc tiªu tho¸t c¸c dßng
ch¶y trµn cña cèng ngÇm kÕt hîp (Field vµ Struzeski, 1972; Liªn ®oµn kiÓm so¸t «
nhiÔm nguån n−íc, 1989).
Nh÷ng lùa chän ®Ó kiÓm so¸t chÊt l−îng n−íc ®« thÞ lµ rÊt nhiÒu. Mét b¶ng liÖt
kª cho trong b¶ng (6.1) vµ ®ang ®−îc tiÕp tôc th¶o luËn. Trong sù ph¸t triÓn hiÖn nay
cã thÓ thiÕt kÕ mét hÖ thèng l−u vùc ®¬n gi¶n víi c¸c cèng ngÇm hoÆc c¸c lßng dÉn hë cã
tæng l−îng thuû lùc ®ñ lín ®Ó cã thÓ tiªu tho¸t toµn bé l−îng n−íc ngËp óng trong
thµnh phè, nh−ng ph−¬ng thøc nµy kh«ng kinh tÕ trong c¸c hÖ thèng thuû lùc l¹c hËu.
ViÖc gi¶m c¸c cùc ®¹i lò lôt th«ng qua viÖc sö dông tr÷ l−îng n−íc trªn bÒ mÆt
hoÆc trong hÖ thèng l−u vùc lµ ph−¬ng ph¸p lùa chän phæ biÕn nhÊt. Tr÷ l−îng n−íc cã
hai lîi Ých lµ lµm t¨ng l−îng thÊm (nÕu tr÷ l−îng n−íc l−u vùc n»m trªn vïng ®Êt ®¸
344
- thÊm n−íc) vµ t¨ng l−îng bèc h¬i, do vËy viÖc gi¶m tæng l−îng dßng ch¶y còng h÷u Ých
nh− viÖc gi¶m dßng ch¶y cùc ®¹i. H¬n n÷a, tr÷ l−îng n−íc ®ãng vai trß thuËn lîi trong
viÖc kiÓm so¸t chÊt l−îng n−íc b»ng c¸c l¾ng ®äng bïn c¸t trong c¸c hå chøa. Cã nhiÒu
lùa chän ®−îc bæ sung, rÊt tiÖn dông cho viÖc kiÓm so¸t chÊt l−îng n−íc (Field, 1984;
Schueler, 1987; Liªn ®oµn kiÓm so¸t « nhiÔm n−íc, 1989).
B¶ng 6.1:Ph−¬ng thøc kiÓm so¸t chÊt l−îng n−íc dßng ch¶y ®« thÞ
§o ®¹c M« t¶
Tr÷ l−îng n−íc
Sù ng¨n chÆn N−íc ®−îc gi÷ l¹i vµ tho¸t ra sau khi gi¶m dÇn bëi ¶nh h−ëng cña c¸c hå
chøa.
Sù duy tr× N−íc ®−îc gi÷ l¹i trong ®iÒu kiÖn thuËn lîi, kh«ng tho¸t xuèng dßng s«ng;
ChØ ®−îc di chuyÓn th«ng qua thÊm vµ bèc h¬i.
VÝ dô C¸c l−u vùc, c¸c bÓ chøa cô thÓ, tr÷ l−îng n−íc cã s½n trong hÖ thèng cèng
ngÇm, c¸c miÒn ®Êt thÊp ë ®ång b»ng, c¸c b·i ®Ëu xe, c¸c m¸i nhµ vµ
nhiÒu khu c«ng viªn.
Nh÷ng thuËn lîi RÎ nÕu ®Êt cã thÓ dïng ®−îc; Cã thÓ khuyÕn khÝch vµ duy tr× sù c©n b»ng
n−íc vµ dßng ch¶y.
Nh÷ng khã kh¨n G©y tæn thÊt nÕu ®Êt kh«ng thÓ dïng ®−îc, tr÷ l−îng n−íc trªn vïng ®Êt
®ai hoang v¾ng (VÝ dô c¸c m¸i nhµ, c¸c khu ®Ó xe), kh«ng tr¸nh khái viÖc
tån t¹i c¸c vÊn ®Ò phøc t¹p.
Sù t¨ng l−îng thÊm Sù gi¶m khu vùc kh«ng thÊm n−íc
Minh ho¹ VØa hÌ xèp rçng vµ c¸c khu ®Ó xe.
Nh÷ng thuËn lîi §Èy m¹nh sù b¶o tån n−íc.
Nh÷ng khã kh¨n Kh«ng thuËn lîi cho c¸c thµnh phè l¹c hËu; Kh«ng thÓ gi¶m dung l−îng
cña nh÷ng trËn lò lín, g©y nªn c¸c vÊn ®Ò phøc t¹p trong x©y dùng.
ViÖc ®o ®¹c kiÓm so¸t Nh÷ng ®o ®¹c ®−îc l¾p ®Æt sö dông trong c¸c khu vùc ®« thÞ vµ n«ng th«n.
chuyÓn ®éng cña lò.
VÝ dô Kªnh m−¬ng ho¸, ph©n ®íi vïng ®ång b»ng ngËp lôt,.
Nh÷ng thuËn lîi Nguån ®−îc nghiªn cøu; ¶nh h−ëng trong c¸c khu vùc míi.
Nh÷ng khã kh¨n Sù chia thµnh vïng, cã thÓ kh«ng thÝch hîp cho c¸c thµnh phè l¹c hËu.
Lo¹i kh¸c
VÝ dô Nh÷ng sù h¹n chÕ cöa vµo, ®−îc c¶i thiÖn sù duy tr×.
Chó thÝch Nh÷ng lùa chän cho c¸c hÖ thèng l¹c hËu h¬n.
ViÖc lùa chän c¸c ph−¬ng ph¸p kiÓm so¸t th−êng ¶nh h−ëng tÝch cùc tíi viÖc
phßng chèng lò lôt trong suèt thêi kú thiÕt kÕ. Khi viÖc kiÓm so¸t ®−îc duy tr× mét c¸ch
tèi ®a, viÖc ®¸nh gi¸ mét lÇn th−êng sÏ gi¶m dÇn trong khi viÖc sö dông c¸c ph−¬ng
ph¸p kh¸c l¹i t¨ng lªn (Heaney vµ Nix, 1977). ViÖc tÝnh to¸n mét c¸ch kinh tÕ lµ mét
phÇn viÖc quan träng trong bÊt kú mét b¶n thiÕt kÕ nµo.
Sè liÖu vµ th«ng tin cÇn thiÕt cho viÖc ph©n tÝch nh÷ng vÊn ®Ò trong thuû v¨n
®« thÞ còng cÇn thiÕt cho c¸c vïng thuû v¨n t−¬ng tù kh¸c. VÝ dô, th«ng tin vÒ l−îng
m−a, c¸c tÝnh chÊt bÒ mÆt vïng tËp trung n−íc vµ c¸c tÝnh chÊt cña hÖ thèng l−u vùc
s«ng tù nhiªn hoÆc nh©n t¹o. Khi c¸c ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch ®−îc sö dông ®Ó tÝnh to¸n
c¸c ®−êng qu¸ tr×nh thuû v¨n, nã cã ®é chÝnh x¸c tèt h¬n víi nh÷ng hÖ thèng ®o ®¹c
tiÖn dông kÌm theo c¸c ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n dù b¸o vµ kiÓm tra.
C¸c ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch hiÖn nay theo tr×nh tù tõ nh÷ng ph−¬ng ph¸p ®¬n
gi¶n cho viÖc dù b¸o c¸c dßng ch¶y cùc ®¹i vµ thÓ tÝch dßng ch¶y ®Õn c¸c m« h×nh m¸y
345
- tÝnh tinh vi ®Ó dù b¸o hoµn chØnh ®−êng qu¸ tr×nh thuû v¨n ë bÊt kú mét ®iÓm nµo
trong hÖ thèng l−u vùc s«ng. C¸c ph−¬ng ph¸p nh− vËy th−êng bao gåm mét ph−¬ng
ph¸p biÓu diÔn sù biÕn ®æi l−îng m−a thµnh dßng ch¶y trªn bÒ mÆt ®Êt, tiÕp theo lµ
mét ph−¬ng ph¸p m« pháng chuyÓn ®éng cña dßng ch¶y qua hÖ thèng l−u vùc. NhiÒu
m« h×nh tÝnh trªn m¸y chuÈn rÊt tiÖn dông trong c¶ hai lo¹i m¸y ®iÖn to¸n vµ vi tÝnh,
hÇu hÕt ®−îc lËp tr×nh b»ng c¸c ng«n ng÷ FORTRAN, BASIC (Sharp vµ Sawden, 1984)
mét c¸ch dÔ dµng hoÆc b»ng c¸c ng«n ng÷ lËp tr×nh kh¸c.
§ãi t−îng thiÕt kÕ
§èi t−îng cña viÖc øng dông c«ng nghÖ liªn quan ®Õn thuû v¨n ®« thÞ ®Ó cung
cÊp cho viÖc kiÓm so¸t c¸c dßng ch¶y vµ c¸c ®é s©u cùc ®¹i t¹i toµn bé c¸c khu vùc
trong hÖ thèng l−u vùc. VÒ thùc chÊt, ®ã lµ vÊn ®Ò kiÓm so¸t lò lôt nh− ®−îc ®Ò cËp
trong ch−¬ng 4, nh−ng ph¶i tÝnh ®Õn ¶nh h−ëng tíi viÖc ®« thÞ ho¸ n«ng th«n. VÊn ®Ò
thø hai bao gåm lò lôt t¹i chç, viÖc tiªu tho¸t lò vµ kiÓm so¸t chÊt l−îng n−íc.
ViÖc ph©n tÝch c¸c vÊn ®Ò ph¶i dÉn ®Õn môc ®Ých cuèi cïng lµ dù b¸o dßng ch¶y
cùc ®¹i, tæng l−îng dßng ch¶y vµ hoµn thµnh c¸c ®−êng qu¸ tr×nh thuû v¨n ë mäi n¬i
trong hÖ thèng l−u vùc. C¸c vÊn ®Ò ®ã th−êng ®−îc t¸ch ra ®Ó gi¶i quyÕt hÖ thèng bÒ
mÆt l−u vùc,l−îng m−a lµm thay ®æi ®−êng qu¸ tr×nh thuû v¨n dßng ch¶y trµn (hoÆc
®−êng qu¸ tr×nh nhËp l−u cho dßng ch¶y ë cöa vµo ®Õn hÖ thèng cèng ngÇm). ViÖc
ph©n chia ®ã ®−îc gi¶i cho lßng dÉn hoÆc hÖ thèng cèng ngÇm, n¬i cã thÓ ®−îc kiÓm so¸t
th«ng qua c¸c kü thuËt gi¶i chuyÓn ®éng cña dßng ch¶y th«ng th−êng (ch−¬ng 4). Tuy
nhiªn, xu h−íng trong thuû v¨n ®« thÞ lµ kÕt hîp mét khèi hai hÖ thèng vµ t¹o nªn
®−êng qu¸ tr×nh thuû v¨n tæng hîp (hoÆc dßng ch¶y cùc ®¹i, hoÆc tæng l−îng dßng ch¶y)
t¹i hÖ thèng cöa ra, sù tæng hîp nh− vËy cho bëi mét ®−êng qu¸ tr×nh thuû v¨n ®¬n vÞ.
Sù kh¸c biÖt gi÷a viÖc cÇn thiÕt ph¶i dù b¸o dßng ch¶y cùc ®¹i, thÓ tÝch dßng
ch¶y vµ viÖc hoµn thµnh ®−êng qu¸ tr×nh thuû v¨n lµ quan träng. Tõ ba môc ®Ých cã
thÓ yªu cÇu nhiÒu ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch rÊt kh¸c nhau. Th«ng th−êng, c¸c ph−¬ng
ph¸p dù b¸o dßng ch¶y cùc ®¹i vµ thÓ tÝch dïng c¸c kü thuËt ®¬n gi¶n, trong khi dù b¸o
®−êng qu¸ tr×nh thuû v¨n th−êng ®ßi hái mét sù ph©n tÝch bao qu¸t h¬n.
ViÖc tÝnh to¸n dßng ch¶y c¬ b¶n trong c¸c hÖ thèng l−u vùc ®« thÞ còng ®ßi hái
®−îc xem xÐt ®Æc biÖt tõ khi n−íc b¾t ®Çu ch¶y vµo c¸c lßng dÉn theo c¶ hai con ®−êng
lµ thÊm (thÊm vµo n−íc ngÇm vµ tõ n−íc ngÇm cung cÊp cho) vµ n−íc th¶i sinh ho¹t.
Tæng l−îng n−íc theo c¶ hai con ®−êng nµy th−êng ®−îc −íc l−îng tõ sù quan s¸t
nghiªn cøu ë h¹ l−u cña l−u vùc hoÆc, tõ viÖc nghiªn cøu sù kh¸c biÖt gi÷a l−îng
thÊm/dßng ch¶y vµo ®Æc biÖt (I/I) (C¬ quan B¶o vÖ M«i tr−êng, 1977).
Sù kh¸c biÖt lín ®èi víi viÖc øng dông c¸c kü thuËt ph©n tÝch sÏ ®−îc t¹o ra, cô
thÓ lµ, b¶n thiÕt kÕ cña c¸c hÖ thèng míi chèng l¹i viÖc gi¶m c¸c vÊn ®Ò l−u vùc trong
mét hÖ thèng l¹c hËu. NhiÒu ph−¬ng ph¸p lùa chän th−êng tiÖn dông tr−íc ®©y, nh−ng
tr¸i l¹i cã thÓ t¨ng thªm sù kh¾t khe víi c¸c ph−¬ng ph¸p trong viÖc kiÓm so¸t c¸c hÖ
thèng ®ang tån t¹i sau nµy.
346
- 6.2.
Tæng quan c¸c qu¸ tr×nh vËt lý
m−a - dßng ch¶y
Sù biÕn ®æi l−îng m−a thµnh dßng ch¶y trong c¸c vïng ®« thÞ phÇn nµo ®−îc
®¬n gi¶n ho¸ bëi v× nh÷ng khu vùc ®« thÞ lµ vïng cã tû lÖ kh«ng gian kh«ng thÊm n−íc
lµ t−¬ng ®èi cao, mÆc dï, trong khu vùc d©n c− vµ c¸c vïng ®Êt më viÖc tÝnh to¸n l−îng
thÊm trong c¸c bÒ mÆt thÊm n−íc thÓ hiÖn sù tån t¹i mét sè nh©n tè bÊt lîi trong viÖc
ph©n tÝch. Tuy nhiªn, phÇn lín c¸c ph−¬ng ph¸p ®ang sö dông cho c¸c l−u vùc tù nhiªn
®Ó tÝnh to¸n l−îng m−a phô tréi b»ng m¸y tÝnh cã thÓ lµm biÕn ®æi mét ®−êng qu¸
tr×nh dßng ch¶y.
Khi c¸c ®−êng qu¸ tr×nh thuû v¨n ®−îc tÝnh to¸n b»ng m¸y tÝnh, ®Æc biÖt, sè
liÖu l−îng m−a thu ®−îc ph¶i thÝch hîp. §iÒu nµy lµ do c¸c khu vùc ®« thÞ ¶nh h−ëng
nhanh tíi l−îng m−a tøc thêi, tr¸i ng−îc víi c¸c l−u vùc tù nhiªn, vµ sù ¶nh h−ëng
nhanh nµy lµm gi¶m c¸c dao ®éng ng¾n h¹n. Do vËy, sè liÖu l−îng m−a ph¶i ®−îc phï
hîp ë thêi ®o¹n hiÖu qu¶ 5 phót hoÆc thêi ®o¹n ng¾n h¬n ®Ó thÝch hîp víi viÖc dù b¸o
®−êng qu¸ tr×nh dßng ch¶y. Mét vÊn ®Ò chóng ta quan t©m xa h¬n ®ã lµ h−íng cña lò
lôt. Nh− trong c¸c l−u vùc tù nhiªn, ®−êng qu¸ tr×nh thuû v¨n cã thÓ cã mét ®Ønh lò cao
h¬n ®¸ng kÓ nÕu lò chuyÓn ®éng xuèng l−u vùc theo h−íng vÒ phÝa cöa ra. §iÒu nµy cã
nghÜa r»ng mét dông cô ®o m−a Ýt khi ®o ®ñ Ýt nhÊt ba nh©n tè cïng víi sù ®o giã cã thÓ
cÇn thiÕt cho viÖc m« t¶ tèc ®é chuyÓn ®éng cña lò lôt (m« t¶ chuyÓn ®éng ®éng lùc cña
sãng lò) (James vµ Scheckenberger, 1984).
m« t¶ l−u vùc
L−u vùc ®« thÞ ®−îc ®Æc tr−ng bëi h×nh d¹ng, ®é dèc, ®Êt ®¸, ®Êt sö dông, vïng
kh«ng thÊm n−íc, ®é nh¸m vµ tr÷ l−îng n−íc. DiÖn tÝch l−u vùc vµ vïng kh«ng thÊm
n−íc lµ hai th«ng sè quan träng nhÊt cho viÖc dù b¸o chÝnh x¸c tæng l−îng ®−êng qu¸
tr×nh thuû v¨n ®« thÞ. MÆc dï lµ mét th«ng sè d−êng nh− theo h−íng ®−êng th¼ng, viÖc
tÝnh to¸n phÇn tr¨m vïng kh«ng thÊm n−íc cã thÓ rÊt phøc t¹p. §Æc biÖt, nã cÇn thiÕt
cho viÖc ph©n biÖt mèi quan hÖ thuû lùc gi÷a nh÷ng vïng kh«ng thÊm vµ thÊm n−íc.
Mèi quan hÖ thuû lùc c¸c vïng kh«ng thÊm n−íc lµ nh÷ng vïng ch¶y theo h−íng vµo
hÖ thèng l−u vùc, nh− vËy mét bÒ mÆt ®−êng phè víi c¸c kÌ ®¸ vØa hÌ (lÒ ®−êng) vµ c¸c
r·nh ch¶y theo h−íng dßng ch¶y vµo cöa vµo mét cèng ngÇm lò. Mèi quan hÖ c¸c khu
vùc phi thuû lùc bao gåm c¸c ®Ønh m¸i nhµ hoÆc ®−êng xe h−íng ch¶y tíi nh÷ng vïng
thÊm n−íc. Dßng ch¶y tõ nh÷ng vïng nh− vËy sÏ kh«ng ch¶y vµo hÖ thèng l−u vùc lò
lôt trõ khi nh÷ng vïng thÊm n−íc ®ã trë nªn b·o hoµ (dßng ch¶y tõ nh÷ng vïng nh−
vËy kh«ng g©y ra lò trªn hÖ thèng l−u vùc).
ViÖc tÝnh to¸n vïng kh«ng thÊm n−íc cã thÓ ®−îc thùc hiÖn tõ viÖc ®o ®¹c b»ng
c¸ch chôp ¶nh tõ trªn kh«ng hoÆc xÐt vÒ ph−¬ng diÖn ®Êt sö dông. §Æc biÖt c¸c gi¸ trÞ
®ã ®−îc tr×nh bµy trong b¶ng (6.2) cho nh÷ng vïng ®« thÞ lín, vïng kh«ng thÊm n−íc cã
thÓ ®−îc tÝnh to¸n trªn nÒn t¶ng cña mËt ®é « nhiÔm (vÝ dô, Stankowski 1974):
I = 9.6PD(0.573−0.017ln PD) (6.1)
347
- Trong ®ã: I: PhÇn tr¨m vïng kh«ng thÊm n−íc.
PD: MËt ®é « nhiÔm (ng−êi/ac).
B¶ng 6.2. KiÓu ®Êt kh«ng thÊm n−íc t¹i cho c¸c thµnh phè ë Nineontano
(Sullivan vµ céng sù., 1978).
PhÇn tr¨m
§Êt sö dông
Trung b×nh Ph¹m vi
Nhµ ë 30 22 - 44
Th−¬ng m¹i 81 52 - 90
C«ng nghiÖp 40 11 - 57
Vïng quª (®Êt hoang) 5 1 – 14
C¬ së ph−¬ng tr×nh (6.1) lµ viÖc ph©n tÝch lÆp cña 567 tr¹m ®o trong bang
Newjersey, do vËy cã thÓ sö dông mét c¸ch thËn träng h¬n ë mét n¬i nµo kh¸c. Vïng
kh«ng thÊm n−íc th−êng ®−îc sö dông nh− mét th«ng sè ®o trong c¸c m« h×nh.
PhÝa trªn l−u vùc ®« thÞ lµ hÖ thèng l−u vùc hoÆc tù nhiªn hoÆc nh©n t¹o. ViÖc
c¶i tiÕn l−u vùc bao gåm mét hÖ thèng c¸c lßng dÉn vµ c¸c cèng ngÇm. M¹ng l−íi ®ã t¹o
thµnh mét hÖ thèng cèng ngÇm vµ nã th−êng ®−îc ch¶y víi mét mÆt tho¸ng tù do, vÝ dô
dßng ch¶y trong lßng dÉn hë, nã ng−îc l¹i víi dßng ch¶y cã ¸p trong mét èng dÉn dÇu.
Do vËy, hÖ thèng l−u vùc cã nh÷ng bé th«ng sè riªng m« t¶ h×nh d¹ng cña l−u vùc vµ
c¸c tÝnh chÊt thuû lùc cña chóng. Trong mét hÖ thèng l−u vùc míi, tÊt c¶ c¸c th«ng sè
®ã lµ c¸c th«ng sè thiÕt kÕ vµ cã thÓ ®−îc biÕn ®æi theo yªu cÇu vµ môc ®Ých cña ng−êi
sö dông. Trong mét hÖ thèng ®ang tån t¹i, ®éng lùc chÝnh cña viÖc thu thËp sè liÖu cã
thÓ m« t¶ mét c¸ch chÝnh x¸c nh− m« t¶ h×nh d¹ng hÖ thèng l−u vùc thiÕt kÕ. §iÒu nµy
®Æc biÖt khã kh¨n trong c¸c hÖ thèng l¹c hËu, viÖc söa ch÷a c¶i tiÕn chóng cã thÓ mÊt
vµi thËp niªn vµ nã cßn g©y khã kh¨n trong viÖc nghiªn cøu trong mét l−u vùc víi yªu
cÇu sè liÖu thu ®−îc chÝnh x¸c, nh− viÖc ®¶o ng−îc ®é cao cña c¸c cèng ngÇm.
tÝnh to¸n l−îng tæn thÊt
L−îng m−a phô tréi ®−îc tÝnh to¸n b»ng m¸y vi tÝnh lµ l−îng m−a trõ ®i l−îng
tæn thÊt (ch−¬ng 2). Nh÷ng l−îng tæn thÊt nµy lµ kÕt qu¶ tõ sù h¹ thÊp tr÷ l−îng n−íc
tõ th¶m thùc vËt hoÆc c¸c bÒ mÆt kh¸c, nh− l−îng thÊm vµo c¸c bÒ mÆt thÊm n−íc hoÆc
th«ng qua bèc h¬i. Trong mét trËn lò riªng biÖt, bèc h¬i lµ t−¬ng ®èi kh«ng quan träng,
nh−ng ®èi víi viÖc ph©n tÝch trong mét giai ®o¹n kh¸ dµi trong kho n−íc ®« thÞ (hoÆc
cho c¸c chu kú dµi t−¬ng tù) th× sù bèc h¬i trong c¸c l−u vùc tù nhiªn lµ mét l−îng tæn
thÊt ®¸ng kÓ.
Nh÷ng tÝnh to¸n l−îng thÊm còng ®−îc sö dông cïng mét ph−¬ng ph¸p nh−
nh÷ng khu vùc tù nhiªn (ch−¬ng 1).
Tr÷ l−îng n−íc vïng tròng khã x¸c ®Þnh tõ l−îng thÊm trªn nh÷ng vïng kh«ng
thÊm n−íc. ViÖc tÝnh to¸n ®é nh¸m cho nh÷ng khu vùc ®« thÞ lín bao gåm c¶ tr÷ l−îng
n−íc vïng tròng ®−îc thÓ hiÖn trong b¶ng (6.3).
348
- B¶ng 6.3. Nh÷ng tÝnh to¸n tr÷ l−îng n−íc vïng tròng trong c¸c khu vùc ®« thÞ
Thµnh phè Líp phñ Kho tr÷ n−íc (m) Tµi liÖu tham kh¶o
ThÊm n−íc 0.25 Tholin vµ Keifer (1960)
Chicago
Kh«ng thÊm n−íc 0.0625
§Êt c¸t 0.20 Hicks (1944)
Los Angeles §Êt ph× nhiªu 0.15
§Êt sÐt 0.01
Trong nh÷ng vïng kh«ng thÊm n−íc cao, c¸c hÖ thèng ®o ®¹c cã thÓ x¸c ®Þnh
®−îc mét c¸ch t−¬ng ®èi tr÷ l−îng n−íc vïng tròng ®Õn viÖc x¸c ®Þnh ®−îc ®é dèc cña
l−u vùc (h×nh 6.3).
H×nh 6.3. Tr÷ l−îng n−íc vïng tròng vµ ®é dèc l−u vùc
(After kidd, 1978; Viessmm vµ céng sù., 1977)
Tr÷ l−îng n−íc vïng tròng th−êng ®−îc sö dông nh− mét th«ng sè tÝnh to¸n
trong c¸c m« h×nh, mÆc dï sù m« t¶ mét l−îng tæn thÊt thùc tÕ vµ tÝnh to¸n nã lµ rÊt
khã.
VÝ dô 6.1
TÝnh to¸n l−îng m−a phô tréi
§−êng qu¸ tr×nh l−îng m−a ®−îc thÓ hiÖn trong h×nh E6.1 vµ ®−îc liÖt kª trong
b¶ng E6.1 lµ nguyªn nh©n g©y nªn tr÷ l−îng n−íc vïng tròng mÊt mét l−îng lµ 0.15
349
- (in) vµ l−îng thÊm Horton (ph−¬ng tr×nh 1.18) víi c¸c th«ng sè f0 = 0.45 (in), fc = 0.05
(in/giê) vµ k = 1 (giê-1). TÝnh ®−êng qu¸ tr×nh m−a cña l−îng m−a phô tréi.
Gi¶i
Tr÷ l−îng n−íc vïng tròng th−êng ®−îc di chuyÓn tõ ®Çu kú tr−íc ®Õn viÖc
gi¶m bÊt kú mét l−îng mÊt do thÊm nµo. ThÓ tÝch l−îng m−a r¬i trong 10 phót ®Çu
tiªn lµ 0.3 (in/giê).1/6(giê) = 0.05 (in). Tr÷ l−îng n−íc mÊt ®−îc lÊp ®Çy trong suèt thêi
kú l−îng m−a gia t¨ng tiÕp theo lµ 0.15 - .05 = 0.10 (in).
§iÒu nµy xuÊt hiÖn t¹i mét thêi gian lµ:
t = 1/6(giê) + (0.10 in/0.8 in/giê) = 1/6 giê+1/8 giê = 17.5 phót
Do vËy l−îng thÊm b¾t ®Çu ë phót thø 17.5, nã ®−îc thÓ hiÖn trong h×nh E6.1.
ViÖc tÝnh to¸n l−îng thÊm ®−îc tãm l−îc trong b¶ng E6.1 vµ l−îng m−a phô tréi ®−îc
thÓ hiÖn trong h×nh E6.1. Chó ý r»ng phñ nhËn l−îng m−a phô tréi lµ kh«ng thÓ, còng
chó ý r»ng trong vÝ dô nµy, tæng l−îng l−îng thÊm ®−îc gi¶ thiÕt tiÕp tôc gi¶m dÇn ë
cïng tèc ®é thay ®æi gi÷a kho¶ng thêi gian 40 vµ 50 phót thËm chÝ l−îng m−a thay ®æi
Ýt h¬n tæng l−îng thÊm.
ThÓ tÝch l−îng m−a vµ l−îng m−a phô tréi ®−îc x¸c ®Þnh bëi tæng c¸c tung ®é vµ
sù gia t¨ng thêi gian vµo (1/6 giê). Do vËy, thÓ tÝch l−îng m−a lµ 3,5*1/6 = 0.583 (in)
H×nh E6.1. §−êng qu¸ tr×nh l−îng m−a vµ l−îng m−a phô tréi
ThÓ tÝch l−îng m−a phô tréi ®−îc tÝnh to¸n t−¬ng tù, ngo¹i trõ ®iÒu ®ã thêi gian
ph¸t triÓn ®Çu tiªn chØ lµ 2,5 phót trong 10 phót. Do vËy thÓ tÝch l−îng m−a phô tréi lµ:
0,695*1/6 + 0,358*2,5/60 = 0,131 (in)
Tõ tr÷ l−îng n−íc vïng tròng lµ 0,15, thÓ tÝch l−îng thÊm thùc tÕ lµ:
0,583 – 0,15 – 0,131 = 0,302 (in)
Chó ý r»ng vïng d−íi ®−êng cong thÊm b»ng toµn bé thÓ tÝch thÊm ®−îc sö
dông trong suèt thêi kú tõ gi÷a 40 vµ 50 phót.
HÖ sè dßng ch¶y cã thÓ ®−îc x¸c ®Þnh mét c¸ch ®¬n gi¶n b»ng tû sè dßng ch¶y
(l−îng m−a phô tréi) vµ l−îng m−a.
Tû sè ë ®©y lµ: 0,131/0,583 = 0,22
Khi l−îng m−a phô tréi ®−îc tÝnh to¸n, nã th−êng cho phÐp ®−îc xÕp thµnh
b¶ng trong nh÷ng sù gia t¨ng thêi gian trong ®−êng qu¸ tr×nh m−a nguyªn thuû (10
350
- phót). Trong vÝ dô nµy lµ sù phøc t¹p trong kho¶ng ®Çu tiªn, nã b¾t ®Çu t¹i phót thø
17,5 vµ cã Ýt nhÊt hai sù lùa chän:
1. Thêi gian b¾t ®Çu cã thÓ tån t¹i ë phót thø 17.5 vµ nÕu c¸c kho¶ng
thêi gian b»ng nhau lµ cÇn thiÕt, mét kho¶ng thêi gian 2,5 phót cã thÓ ®−îc sö dông.
B¶ng E6.1.TÝnh to¸n l−îng m−a phô tréi
Thêi gian L−îng Tæng l−îng Tæng l−îng L−îng m−a phô
vµo m−a thÊm ban ®Çu thÊm trung b×nh tréi trung b×nh
0 – 10 0.30
10 – 17.5 0.80
17.5 – 20 0.80 0.450 0.442 0.358
20 – 30 0.45 0.434 0.404 0.046
30 – 40 0.55 0.375 0.350 0.200
40 – 50 0.25 0.325 0.304 ****
50 – 60 0.40 0.283 0.265 0.135
60 – 70 0.45 0.247 0.232 0.218
70 – 80 0.30 0.217 0.204 0.096
80 - 90 0.00 0.191 0.000
2. Kho¶ng thêi gian ng¾n ®Çu tiªn cña l−îng m−a phô tréi cã thÓ ®−îc tÝnh
trung b×nh trªn kho¶ng thêi gian tõ 10 ®Õn 20 phót. §iÒu nµy cã thÓ sinh ra mét gi¸ trÞ
l−îng m−a phô tréi lµ 0,358*2,5/10 = 0,090 (in/giê) trong kho¶ng thêi gian tõ 10 ®Õn 20
phót (vµ b»ng 0 trong thêi gian ®Çu tiªn).
Thêi gian tËp trung
Thêi gian tËp trung tc ®−îc giíi thiÖu trong ch−¬ng 4 nh− mét phÇn sù ph¸t
triÓn cña lý thuyÕt sãng ®éng häc. Nã lµ gi¸ trÞ ®−îc xem xÐt mét c¸ch ng¾n gän tõ c¸c
®Þnh nghÜa cña tc vµ lµ nguyªn t¾c c¬ b¶n cho c¸c ph©n tÝch trong thuû v¨n ®« thÞ.
Chóng cã hai ®Þnh nghÜa liªn quan:
1. Thêi gian tËp trung lµ thêi gian chuyÓn ®éng cña sãng tõ nh÷ng ®iÓm thuû
lùc xa nhÊt trong l−u vùc tíi cöa s«ng.
2. Thêi gian tËp trung lµ thêi gian b×nh qu©n cña l−u vùc d−íi mét l−îng m−a
phô tréi æn ®Þnh (vÝ dô khi dßng ch¶y ra tõ l−u vùc b»ng l−îng m−a phô tréi vµo trong
l−u vùc).
§Æc biÖt, chó ý r»ng thêi gian tËp trung n−íc tc kh«ng ph¶i lµ thêi gian chuyÓn
®éng cña phÇn tö n−íc riªng biÖt chuyÓn ®éng xuèng l−u vùc, nh− nã th−êng ®· ®−îc
trÝch dÉn trong c¸c bµi kho¸. L−u vùc ë tr¹ng th¸i c©n b»ng khi thêi gian tËp trung
n−íc ®¹t tíi gi¸ trÞ b×nh qu©n, bëi v× khi ®ã dßng ch¶y ra ë cöa s«ng sÏ b»ng dßng ch¶y
vµo ë nhiÒu bé phËn kh¸c nhau cña l−u vùc.
Khi ®ã, nÕu tèc ®é chuyÓn ®éng cña sãng lò nhanh h¬n tèc ®é chuyÓn ®éng cña
c¸c phÇn tö n−íc riªng biÖt trong dßng ch¶y trµn (hoÆc c¸c lßng dÉn) th× thêi gian tËp
trung ( vµ thêi gian b×nh qu©n) sÏ xuÊt hiÖn sím h¬n (Overton vµ Meadows, 1976).
Trong dßng ch¶y trµn, tèc ®é chuyÓn ®éng cña sãng th−êng ®−îc cho bëi ph−¬ng
tr×nh sãng ®éng häc:
c = mV = αmy m −1 (6.2)
351
- trong ®ã:
c: Tèc ®é chuyÓn ®éng cña sãng.
V: Tèc ®é trung b×nh cña n−íc.
y: §é s©u n−íc.
α, m: C¸c th«ng sè cña sãng ®éng häc , kh«ng thay ®æi trong ph−¬ng
tr×nh chuyÓn ®éng.
vµ ph−¬ng tr×nh:
q = yV = αy m (6.3)
trong ®ã q lµ l−u l−îng ®¬n vÞ cña l−u vùc.
Ph−¬ng tr×nh Manning ®ang ®−îc sö dông víi th«ng sè m = 5/3 cho dßng ch¶y
rèi vµ m = 3 cho dßng ch¶y tÇng. Do vËy, sãng cã thÓ di chuyÓn ë mét tèc ®é tõ 1,7 ®Õn 3
lÇn tèc ®é chuyÓn ®éng cña phÇn tö n−íc. C¸c gi¸ trÞ t−¬ng øng cña α cho dßng ch¶y rèi
vµ dßng ch¶y tÇng lµ:
km S
α= (6.4)
n
(m = 5/3 trong tr−êng hîp ch¶y rèi)
gS
α= (6.5)
3ν
(m = 3 trong tr−êng hîp ch¶y tÇng)
Trong ®ã: S: §é dèc (S nhá do ®ã sinS = tgS = S).
n: HÖ sè nh¸m Manning.
g: Gia tèc träng tr−êng.
ν: §é nhít ®éng häc.
km = 1.49 cho c¸c ®¬n vÞ (ft) vµ (in) trong ph−¬ng tr×nh (6.4) vµ b»ng 1,0
cho c¸c ®¬n vÞ (m) vµ (s).
Thêi gian tËp trung cho dßng ch¶y trµn bëi lý thuyÕt sãng ®éng häc lµ:
1/ m
⎛L⎞
t c = ⎜ m −1 ⎟ (6.6)
⎜ αi ⎟
⎝e⎠
Trong ®ã: L: ChiÒu dµi cña mÆt ph¼ng dßng ch¶y ®Õn.
ie: L−îng m−a phô tréi.
Chó ý trong ph−¬ng tr×nh (6.6) ta ph¶i ®−a vÒ nh÷ng ®¬n vÞ thÝch hîp. Chóng ta
cã thÓ nhËn thÊy r»ng thêi gian tËp trung n−íc tc tû lÖ nghÞch víi l−îng m−a phô tréi.
Do vËy, c−êng ®é l−îng m−a phô tréi cµng t¨ng th× tc cµng gi¶m, tuy nhiªn tc Ýt khi thay
®æi trong thêi gian chuyÓn ®éng cña phÇn tö n−íc kÓ c¶ khi tÝch chÊt l−u vùc thay ®æi
(Huber, 1987; Mc Cuen vµ céng sù, 1984).
VÝ dô 6.2
TÝnh to¸n l−u l−îng sãng ®éng häc
N−íc ch¶y xuèng mét n¬i cã ®é dèc 1%. TÝnh gi¸ trÞ cña α vµ m (ph−¬ng tr×nh
6.3) theo hai tr−êng hîp sau:
352
- a, Ch¶y tÇng (T = 20 ®é).
b, Ch¶y rèi (n = 0.013).
TÝnh l−u l−îng ®¬n vÞ q (ft3/s/ft) trong hai tr−êng hîp trªn, cho ®é s©u n−íc lµ 0.3 (in).
Gi¶i
Tr−êng hîp ch¶y tÇng cã sè mò luü thõa m = 3 vµ hÖ sè α cho bëi c«ng thøc
(6.5), ë nhiÖt ®é 20 ®é, ν = 1.003/100 (cm2/s) = 1.080/100000 (ft2/s) (B¶ng c.1 trong phô
lôc C). Do vËy:
gS 32,2.0,01
α= = = 9938 (ft-1s-1)
3ν 3.1,080.10 −5
Trong tr−êng hîp ch¶y rèi th× sè mò m = 5/3, tõ ph−¬ng tr×nh 6.4 ta cã:
1,49.S 0,5 1,49.0,010,5
α= = = 11,46 (ft1/3/s)
n 0,013
víi ®é s©u n−íc lµ 0.3 (in) = 0.025 (ft) theo (6.3) ta cã l−u l−îng ®¬n vÞ lµ:
Ch¶y tÇng: q = 9938*0.0253 = 0.155 (ft3/s/ft)
Ch¶y rèi: q = 11.46*0.0255/3 = 0.024 (ft3/s/ft)
Cïng mét ®é s©u th× l−u l−îng ®¬n vÞ trong dßng ch¶y tÇng lín h¬n l−u l−îng
®¬n vÞ trong dßng ch¶y rèi. Nh−ng trong thùc tÕ, phÇn lín c¸c tr−êng dßng ch¶y rèi
®−îc quan s¸t ë h¹ l−u cña mÆt ph¼ng dßng ch¶y trµn (Emmett, 1978).
Trªn mÆt tho¸ng dßng ch¶y, c¸c sãng trong c¸c lßng dÉn vµ cèng ngÇm chuyÓn
®éng víi tèc ®é sãng ®éng lùc.
C=V± (6.7)
gA / B
trong ®ã A: MÆt c¾t ngang trong lßng dÉn
B: §é réng bÒ mÆt
Tèc ®é chuyÓn ®éng cña sãng ë h¹ l−u cho bëi ph−¬ng tr×nh (6.7) râ rµng lµ lín
h¬n tèc ®é chuyÓn ®éng cña n−íc V.
ViÖc tÝnh to¸n nh÷ng ¶nh h−ëng tiªu cùc cña tèc ®é sãng, sö dông giíi h¹n trªn
cña tèc ®é sãng cho vïng h¹ l−u vµ giíi h¹n d−íi cho vïng th−îng l−u.
NÕu xuÊt hiÖn dßng ch¶y cã ¸p trong c¸c cèng ngÇm cña l−u vùc, th× c¸c sãng
chuyÓn ®éng rÊt nhanh víi tèc ®é cña ©m thanh (Wylie vµ Streeter, 1978).
KÕt luËn: BÊt kú mét l−u vùc nµo, mét vïng ®« thÞ hoÆc c¸c vïng kh¸c, l−îng
m−a vµo ¶nh h−ëng ®Õn diÔn to¸n cña sãng n−íc xuèng h¹ l−u - dßng ch¶y trµn, dßng
ch¶y trong c¸c dßng dÉn hë, dßng ch¶y cã ¸p vµ kh«ng ¸p trong hÖ thèng cèng ngÇm.
Chóng ¶nh h−ëng ®Õn thêi gian tËp trung n−íc (hoÆc thêi gian b×nh qu©n), ®ã lµ thêi
gian cÇn thiÕt ®Ó mét phÇn tö n−íc chuyÓn ®éng tõ th−îng l−u xuèng h¹ l−u. ViÖc sö
dông c¸c ph−¬ng ph¸p thÝch hîp ®Ó tÝnh to¸n chÝnh x¸c thêi gian tËp trung n−íc ®−îc
giíi thiÖu trong phÇn 6.4, trong viÖc tÝnh to¸n c¸c dßng ch¶y cùc ®¹i còng nh− viÖc
®¸nh gi¸ ¶nh h−ëng cña l−u vùc ®Õn sù thay ®æi chÕ ®é m−a.
Thêi gian trÔ
C¸c th«ng sè thêi gian kh¸c cña ®−êng qu¸ tr×nh thuû v¨n ®« thÞ bao gåm
nh÷ng biÕn ®æi thêi gian trÔ ®−îc th¶o luËn trong ch−¬ng 2 (h×nh 2.7). C¸c th«ng sè ®ã
353
- nh− lµ thêi gian n−íc lªn tíi ®Ønh tp, cã thÓ ®o ®¹c ®−îc mét c¸ch dÔ dµng, nh−ng tr¸i
l¹i, thêi gian tËp trung n−íc tc l¹i rÊt khã ®o ®¹c (Overton vµ Meadows, 1976) vµ lµ mét
th«ng sè mang tÝnh lý luËn nhiÒu h¬n.
Thêi gian trÔ th−êng ®−îc kÕt hîp vµo trong lý thuyÕt ®−êng qu¸ tr×nh thuû v¨n
®¬n vÞ vµ c¸c m« h×nh lý thuyÕt.
dßng ch¶y
DiÔn to¸n dßng ch¶y qua hÖ thèng l−u vùc cã thÓ ®−îc thùc hiÖn b»ng viÖc sö
dông bÊt kú mét ph−¬ng ph¸p nµo ®−îc th¶o luËn trong ch−¬ng 4. C«ng viÖc nµy mét
phÇn nµo ®ã ®−îc thùc hiÖn dÔ h¬n bëi v× cã sù tån t¹i cña c¸c lßng dÉn gièng nhau (vÝ
dô c¸c èng trßn) trong hÖ thèng cèng ngÇm. Nh−ng ë cïng mét thêi ®iÓm, nh÷ng phøc
t¹p cã thÓ t¨ng lªn t¹i c¸c ®iÓm nót vµ c¸c cÊu tróc thuû lùc gÆp ph¶i trong hÖ thèng
cèng ngÇm. PhÇn lín nh÷ng khã kh¨n phøc t¹p cã thÓ ®−îc kh¾c phôc th«ng qua viÖc
sö dông c¸c ph−¬ng ph¸p thuû lùc ®−îc th¶o luËn trong phÇn 6.5 (nh− hÖ ph−¬ng tr×nh
Saint - Venant), (Yen, 1986). ChØ tiªu ph©n tÝch ®Ó ®¸p øng ®−îc c¸c kÕt qu¶ tÝnh to¸n
theo mong muèn, nh»m ®¸nh gi¸ phôc vô c¸c ph−¬ng ph¸p dù b¸o vµ tõ c¸c kÕt qu¶
cña c¸c ph−¬ng ph¸p dù b¸o cã thÓ kiÓm tra l¹i viÖc ®o ®¹c dßng ch¶y ë kh¾p n¬i.
6.3.
Ph©n tÝch l−îng m−a
nguån sè liÖu
L−îng m−a lµ thµnh phÇn chÝnh trong phÇn lín c¸c ph©n tÝch thuû v¨n. Hai
kiÓu d÷ liÖu m−a th−êng ®−îc sö dông trong thuû v¨n ®« thÞ lµ:
1. Tµi liÖu ®iÓm m−a tù nhiªn (vÝ dô c¸c ®−êng qu¸ tr×nh m−a thùc tÕ).
2. Sè liÖu m−a hiÖu chØnh, th−êng ®−îc h×nh thµnh trong th«ng tin lÆp l¹i.
Tµi liÖu ®iÓm m−a thùc tÕ ®−îc vi tÝnh ho¸, rÊt tiÖn dông tõ Côc thêi tiÕt quèc
gia (NWS) th«ng qua Trung t©m sè liÖu khÝ hËu quèc gia (Asheville, b¾c Carilona
28801 - 2696), ®−îc ®o ®¹c hµng giê hoÆc 15 phót mét lÇn. Sè liÖu l−îng m−a hµng giê
®−îc cho trong “Sè liÖu khÝ hËu” hµng th¸ng, chóng ®−îc NWS biªn tËp vµ xuÊt b¶n
theo tõng lo¹i. C¸c b¶n sao c¸c ®−êng qu¸ tr×nh m−a thùc tÕ lµ nguån sè liÖu lý t−ëng,
tiÖn dông tõ Trung t©m sè liÖu khÝ hËu quèc gia lµ thiÕt yÕu, nÕu thêi gian gi¶i chi tiÕt
nhiÒu h¬n. M¹ng l−íi c¸c tr¹m thêi tiÕt cña NWS lµ nguån sè liÖu chñ yÕu cho toµn bé
c¸c tµi liÖu khÝ t−îng häc, nh−ng sè liÖu ®ã cßn ®−îc bæ sung tõ c¸c nguån sè liÖu kh¸c
mét c¸ch liªn tôc hoÆc nh− mét phÇn cña c¸c dù ¸n ®Æc biÖt kh¸c. C¸c nguån sè liÖu ®ã
bao gåm ViÖn nghiªn cøu ®Þa chÊt häc Mü (USGS), Côc b¶o vÖ ®Êt (SCS) vµ Côc C«ng
binh Mü còng nh− c¸c C¬ quan ng«n luËn, HiÖp héi nh©n ®¹o vµ c¸c tr−êng ®¹i häc.
Lo¹i sè liÖu nµy cÇn thiÕt ph©n chia theo c¸c nhãm ®Ó thu ®−îc sè liÖu ®Çy ®ñ vµ trän
vÑn cho mét l−u vùc.
Chó ý r»ng, sè liÖu l−îng m−a do NWS ®−a ra th−êng kh¸c nhau chót Ýt so víi
sè liÖu thu ®−îc tõ viÖc xö lý b»ng m¸y tÝnh cña Trung t©m sè liÖu khÝ hËu quèc gia.
354
- Bëi v× c¸c gi¸ trÞ thu ®−îc tõ c¸c dông cô ®o m−a kh¸c nhau. C¸c dông cô ®o m−a ®ã cã
thÓ kh¸c nhau vµi ft víi sè liÖu m¸y tù ghi l−îng m−a (sè liÖu dïng ®Ó tÝnh to¸n b»ng
m¸y tÝnh) vµ phÇn lín lu«n lu«n tån t¹i sù kh¸c nhau víi sè liÖu dông cô ®o kh«ng ghi
(sè liÖu l−îng m−a ®−îc in trong b¶ng tin hµng ngµy cña c¬ quan). VÝ dô, tæng l−îng
m−a hµng th¸ng tõ hai dông cô ®o m−a nh− vËy ë St Leo, Florida (kho¶ng 30 dÆm vÒ
phÝa b¾c Tampa) ®−îc ®èi chiÕu trong b¶ng 6.4, kh«ng cã dông cô ®o nµo lµ kh«ng ®æi,
c¸c gi¸ trÞ cã thÓ lín h¬n hoÆc nhá h¬n dông cô ®o kh¸c. Sè liÖu kh«ng ghi th−êng ®−îc
quan t©m h¬n trong c¸c c¬ quan.
B¶ng 6.4. Sù so s¸nh sè liÖu tæng l−îng m−a cña m¸y tù ghi vµ sè liÖu kh«ng tù ghi
(ST Leo, Florida)
M¸y kh«ng tù ghi M¸y tù ghi Kh¸c nhau % sù kh¸c nhau
N¨m Th¸ng
(in) (in) (in) (in)
1 3.09 2.9 0.19 6.1
2 4.26 4 0.26 6.1
3 1.55 1.7 -0.15 -9.7
4 0.39 0.3 0.09 23.1
5 1.38 1.2 0.18 13
6 4.63 4.6 0.03 0.6
1977 7 6.78 6.7 0.08 1.2
8 12.25 11.8 0.45 3.7
9 8.66 8.9 -0.24 -2.8
10 1.31 1.3 0.01 0.8
11 1.88 1.7 0.18 9.6
12 3.48 3.3 0.18 5.2
Tæng 49.66 48.4 1.26 2.5
1 4.72 4.8 -0.08 -1.7
2 6.2 5.8 0.4 6.5
3 4.01 4 0.01 0.2
4 1.59 1.5 0.09 5.7
5 7.83 8.1 -0.27 -3.4
6 6.12 6 0.12 2
1978 7 9.52 11.3 -0.78 -18.7
8 4.7 3.5 1.2 25.5
9 1.21 1.2 0.01 0.8
10 0.29 0.3 -0.01 -3.4
11 0.02 0 0.02 100
12 4.54 4.3 0.24 5.3
Tæng 50.75 50.8 -0.05 -0.1
• 100 × sù kh¸c nhau/m¸y kh«ng tù ghi
355
- Sè liÖu hiÖu chØnh bao gåm viÖc tãm t¾t thèng kª nh÷ng sù biÕn ®æi, nh−ng lo¹i
sè liÖu hiÖu chØnh th«ng th−êng nhÊt th−êng ®−îc sö dông trong thuû v¨n lµ c¸c ®−êng
cong c−êng ®é - thêi gian - tÇn suÊt t¹o thµnh c¸c ®−êng cong (IDF), chóng ®−îc th¶o
luËn trong ch−¬ng 1 vµ sau ®ã tiÕp tôc ®−îc ®Ò cËp tíi trong ch−¬ng nµy. C¸c ®−êng
cong IDF sö dông tiÖn lîi tõ NWS (Hershfield, 1961), SCS vµ c¸c nguån d÷ liÖu ®Þa
ph−¬ng nh− lµ c¸c ngµnh chuyÓn ph¸t th«ng tin (vÝ dô Weldon, 1985). Th«ng tin tèt
nhÊt th−êng tõ c¸c nguån ®Þa ph−¬ng.
§o l−îng m−a
Nh− ®· ®Ò cËp, khÝa c¹nh gièng nhau cña thuû v¨n ®« thÞ lµ l−îng m−a ¶nh
h−ëng nhanh trong l−u vùc. §iÒu nµy cã nghÜa lµ tÇn suÊt xuÊt hiÖn tÝn hiÖu th«ng tin
vÒ l−îng m−a cao kÐo theo sù thay ®æi tÇn suÊt xuÊt hiÖn biªn ®é dao ®éng cao trong
c¸c ®−êng qu¸ tr×nh dßng ch¶y. L−u vùc ®« thÞ cã tû lÖ c¸c khu vùc kh«ng thÊm n−íc
cao kh«ng g©y nªn sù gi¶m c¸c biªn ®é dao ®éng nh− vËy. Trong phÇn lín c¸c tr−êng
hîp, mét thïng ®o l−îng m−a cùc ®¹i cung cÊp mét c¸ch gi¶i thÝch thÝch hîp cho c¸c tÇn
suÊt xuÊt hiÖn lín, sù kh¸c biÖt lµ ®é réng c¸c thïng ®o m−a th−êng ®−îc sö dông. C¸c
thïng ®o m−a cùc ®¹i ®−îc l¾p ®Æt nhiÒu vµ dÔ dµng h¬n trong m¹ng l−íi bëi v× c¸c biªn
®é dao ®éng ®iÖn cã thÓ ®−îc truyÒn trªn mét hép ®iÖn tho¹i hoÆc mét thiÕt bÞ c«ng
céng kh¸c hoÆc ®−îc ghi trªn mét chuçi sè liÖu ë mét ®Þa ®iÓm. Trong phÇn lín m« h×nh
ho¹t ®éng ®« thÞ, ®iÒu ®ã lµ cÇn thiÕt ®Ó cã ®−îc c¸c ®−êng qu¸ tr×nh m−a víi b−íc gi¶i
5 phót hoÆc tèt h¬n, mÆc dï ®iÒu nµy cã thÓ lµm gi¶m mét chót ë c¸c bÓ chøa lín h¬n.
C−êng suÊt dßng ch¶y ft3/s
Thêi gian (phót)
H×nh 6.4: ¶nh h−ëng cña chuyÓn ®éng lò th−îng l−u, h¹ l−u
vµ s−ên më réng tíi l−u vùc ®« thÞ (Surkan, 1984).
Trõ khi l−u vùc lµ rÊt nhá (nh− viÖc hoµn thµnh mét trËn lò bao phñ kh«ng
gian l−u vùc), ®−êng qu¸ tr×nh thuû v¨n vïng cña s«ng còng sÏ nh¹y bÐn víi lò trùc
tiÕp (Jannes vµ Shtifter, 1981). Do ®ã, sù biÕn d¹ng do nh÷ng ¶nh h−ëng cña chuyÓn
®éng lò (hoÆc sãng ®éng häc) cã thÓ ®−îc x¸c ®Þnh th«ng qua sù cÇn thiÕt ph¶i ®Æt c¸c
356
- dông cô ®o m−a däc theo chiÒu chuyÓn ®éng (lªn hoÆc xuèng l−u vùc). Sù chuyÓn ®éng
cña lò theo chiÒu ngang dßng ch¶y kh«ng ¶nh h−ëng ®Õn ®−êng qu¸ tr×nh thuû v¨n
nhiÒu nh− chuyÓn ®éng däc theo chiÒu däc. C¸c ¶nh h−ëng nµy cã thÓ quan s¸t trong
h×nh 6.4.
®−êng cong c−êng ®é - thêi gian - tÇn suÊt Sö dông vµ kh«ng sö dông
C¸c ®−êng cong c−êng ®é - thêi gian - tÇn suÊt (IDF) ph¶n ¸nh ®iÒu kiÖn vÒ c¸c
kh¶ n¨ng x¶y ra (c¸c tÇn suÊt xuÊt hiÖn) cña ®é s©u l−îng m−a hoÆc mËt ®é trung b×nh.
§Æc biÖt ®−êng cong IDF cã thÓ m« t¶ b»ng ®å thÞ mét c¸ch chÝnh x¸c c−êng ®é l−îng
m−a trung b×nh sÏ xuÊt hiÖn trong mét thêi gian. Nguån gèc cña c¸c ®−êng cong ®−îc
th¶o luËn bëi McPherson, 1978. VÝ dô c¸c ®−êng cong IDF cho vïng Tallahassee,
Florida ®−îc thÓ hiÖn trong h×nh (6.5) (Weldon, 1985).
Chu kú cña mét trËn m−a c−êng ®é trung b×nh 3.6 (in/giê) trong mét kho¶ng
thêi gian lµ 40 phót lµ 5 n¨m (nh− ®−îc m« t¶ trong ch−¬ng 3, chu kú t−¬ng hç nhau
thËm chÝ cã thÓ b»ng hoÆc v−ît qu¸ trong bÊt kú mét n¨m nµo hoÆc cho mét ®¬n vÞ thêi
gian kh¸c). Tr¸i l¹i, muèn biÕt gi¸ trÞ trung b×nh lµ bao nhiªu khi biÕt kho¶ng thêi gian
lµ 20 phót vµ chu kú lµ 10 n¨m (h×nh 6.5) th× c−êng ®é lµ 5.6 (in/giê). C¸c gi¸ trÞ ®ã phô
thuéc vµo thêi gian, nã ph¶i lu«n lu«n ®−îc x¸c ®Þnh bëi nhiÒu ph−¬ng ph¸p ®Ó sö dông
c¸c ®−êng cong IDF vµ thêi gian ®ã kh«ng ph¶i lµ thêi gian ch¶y thùc tÕ cña mét trËn
lò do m−a.
H×nh 6.5. C¸c ®−êng cong c−êng ®é - thêi gian - tÇn suÊt cho vïng Tallahssee, Florida
(Tõ Weldon, 1985).
357
- Mét tÝnh chÊt giíi h¹n cña c¸c ®−êng cong IDF ®ã lµ c−êng ®é thùc ra ®−îc
trung b×nh ho¸ trªn mét kho¶ng thêi gian x¸c ®Þnh vµ kh«ng thÓ hiÖn ®−îc thêi gian
thùc cña l−îng m−a tr−íc ®ã. §−êng ph©n chia mét chu kú cã thÓ m« t¶ vµ lµm tr¬n c¸c
kÕt qu¶ cña nhiÒu trËn lò kh¸c nhau. H¬n n÷a, thêi gian nµy kh«ng ph¶i lµ chiÒu dµi
thùc cña mét trËn lò, chÝnh x¸c h¬n nã ®¬n thuÇn lµ mét thêi ®o¹n 20 phót trong mét
thêi gian nµo ®ã l©u h¬n cña mét con lò, trong khi c−êng ®é trung b×nh x¶y ra víi gi¸
trÞ x¸c ®Þnh. Trong thùc tÕ, c¸c ®−êng cong IDF ®−îc cho lµ c¸c ®−êng viÒn thùc sù
tr¬n, trõ khi cã mét ®iÓm sè liÖu trªn ®−êng viÒn. Ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch mét c¸ch chi
tiÕt cÊu tróc c¸c ®−êng cong IDF vµ nh÷ng gi¶i thÝch c¸c hiÓm ho¹ kh«ng phï hîp ®−îc
cho bëi Mc Pherson, 1978.
PhÇn lín vÊn ®Ò th«ng th−êng ®èi víi ®−êng cong IDF lµ chóng th−êng bÞ l¹m
dông ®Ó ph©n ®Þnh mét chu kú biÕn cè ®é s©u lò hoÆc c−êng ®é trung b×nh hoÆc ng−îc
l¹i. Nh−ng thêi gian nµo sÏ ®−îc dïng cho viÖc ph©n tÝch? Cho mét ®é s©u cã thÓ t¹o
thµnh tõ nhiÒu sù kÕt hîp v« h¹n cña c−êng ®é trung b×nh vµ thêi gian, khi thêi gian
t¨ng nªn chiÒu s©u mét chu kú cho tr−íc gi¶m. Tõ thêi gian trªn c¸c ®−êng cong IDF
kh«ng thÓ hiÖn ®−îc c¸c thêi gian thùc cña trËn lò, nã chØ sö dông mét c¸ch xÊp xØ c¸c
®−êng cong IDF ®Ó x¸c ®Þnh l−îng m−a 10 n¨m t¹o nªn tæng ®é s©u trªn l−u vùc. §iÒu
nµy ®¸ng lÏ ph¶i ®−îc thùc hiÖn bëi ph©n tÝch tÇn suÊt ®é s©u lò, sau khi cã sù ph©n
chia thêi gian cña gi¸ trÞ l−îng m−a trong c¸c kÕt qu¶ tÝnh lò lôt ®éc lËp (®−îc m« t¶
trong ch−¬ng sau).
Th«ng tin cña IDF chiÕm −u thÕ trong s¸ch nghiªn cøu thuû v¨n chñ yÕu lµ do
c¸c kÕt qu¶ cña ®−êng cong IDF cÇn thiÕt cho viÖc sö dông trong c¸c ph−¬ng ph¸p thÝch
hîp (®−îc m« t¶ trong phÇn 6.4). Sè liÖu IDF ®−îc cung cÊp chÝnh x¸c trong tr−êng hîp
nµy nh−ng lÆp l¹i.
1, C¸c ®−êng cong IDF kh«ng thÓ hiÖn thêi gian thùc tÕ cña c¸c trËn lò tr−íc -
c¸c c−êng ®é lµ trung b×nh trªn mét thêi gian x¸c ®Þnh.
2, Mét ®−êng cong ®¬n thÓ hiÖn sè liÖu tõ nhiÒu trËn lò kh¸c nhau.
3, Thêi gian trong c¸c ®−êng cong IDF kh«ng ph¶i lµ thêi gian thùc cña trËn lò
mét c¸ch chÝnh x¸c mµ phÇn lín m« t¶ thêi gian ng¾n h¬n thêi gian cña mét trËn lò.
4, ViÖc sö dông c¸c ®−êng cong IDF thu ®−îc mét biÕn cè thÓ tÝch trËn lò xuÊt
hiÖn sai kh¸c nhiÒu bëi v× thêi ®o¹n ®−îc ph©n chia mét c¸ch tuú ý.
X¸c ®Þnh biÕn cè trËn lò
C¸c chu kú (hoÆc c¸c tÇn suÊt xuÊt hiÖn) cã thÓ ®−îc Ên ®Þnh ®Õn c¸c biÕn cè
l−îng m−a trªn nÒn t¶ng cña nhiÒu th«ng sè kh¸c, nh−ng th«ng th−êng phÇn lín ®−îc
Ên ®Þnh trªn nÒn t¶ng cña tæng l−îng tæng l−îng, c−êng ®é trung b×nh, c−êng ®é cùc
®¹i, thêi ®o¹n, hoÆc thêi gian xuÊt hiÖn trªn c¸c l−u vùc. C«ng viÖc víi bÊt kú th«ng sè
nµo ®ã, c¸c chuçi sè liÖu thêi gian m−a ph¶i ®−îc ph©n chia tr−íc tiªn thµnh c¸c chuçi
sè liÖu gi¸n ®o¹n, c¸c biÕn cè ®éc lËp. Khi ®iÒu nµy ®−îc thùc hiÖn chóng cã thÓ ®−îc
®¸nh gi¸ bëi tæng l−îng hoÆc mét th«ng sè chuÈn bÊt kú vµ viÖc ph©n tÝch tÇn suÊt sÏ
®−îc thùc hiÖn (ch−¬ng 3).
§Ó gi¶m bít l−îng tÝnh to¸n, mét phÐp thèng kª ®−îc sö dông ®Ó ph©n chia mét
c¸ch ®éc lËp sù xuÊt hiÖn cña lò lôt. Nh− vËy, thêi gian gi÷a c¸c sù kiÖn nhá nhÊt
(MIT) ®−îc x¸c ®Þnh, ®ã lµ c¸c nhiÔu ®éng m−a víi mét thêi thêi gian nhá h¬n ®−îc xem
358
- xÐt. Mét vÝ dô cã thÓ lµm s¸ng tá vÊn ®Ò nµy.
VÝ dô 6.3
Sù ph©n chia c¸c sù kiÖn m−a
Cho tÇn suÊt l−îng m−a gi¶ thiÕt ®−îc thÓ hiÖn trong h×nh E6.3. X¸c ®Þnh sè c¸c
sù kiÖn t−¬ng øng víi c¸c gi¸ trÞ biÕn ®æi cña thêi gian sù kiÖn t−¬ng hç nhá nhÊt
(MIT).
H×nhE 6.3. §−êng qu¸ tr×nh m−a lý thuyÕt hµng giê gi¶i thÝch cho sù ph©n chia c¸c sù kiÖn
Gi¶i
Nh÷ng kÕt qu¶ ®−îc tãm l−înc theo b¶ng sau:
MIT Sè c¸c sù kiÖn
0 20
1 7
2 5
3 4
4 3
5 2
6 2
>=7 1
Mùc gi¸ trÞ 0 cña MIT sö dông tÊt c¶ c¸c giê m−a ®−îc xÐt ®Ó ph©n chia c¸c sù
kiÖn. Tõ ®ã, sè c¸c sù kiÖn b»ng sè giê m−a. Cho gi¸ trÞ cña MIT lµ 1, Ýt nhÊt mét giê
359
- kh«ng m−a ®−îc yªu cÇu ®Ó ph©n chia c¸c sù kiÖn. Sè c¸c sù kiÖn lµ 7 (nhãm c¸c giê Èm
−ít liªn tiÕp) ®−îc cho trong b¶ng.
Tõ ®ã, c¸c giê m−a kh«ng ®−îc ph©n chia nhiÒu h¬n 6 giê, xem xÐt mét sù kiÖn
®¬n nhÊt toµn bé l−îng m−a cho mét gi¸ trÞ MIT lín h¬n hoÆc b»ng 7 giê. Chó ý r»ng ®é
lín c¸c gi¸ trÞ l−îng m−a hµng giê kh«ng ®ãng vai trß trong c¸c ph©n tÝch nµy.
Cã thÓ tån t¹i nhiÒu phÐp ®o ®¹c cho mét thèng kª víi c¸c th«ng sè ®Ó x¸c ®Þnh
®éc lËp gi÷a c¸c gi¸ trÞ l−îng m−a, bao gåm viÖc kiÓm tra sù t−¬ng quan gi÷a c¸c gi¸ trÞ
l−îng m−a ë nh÷ng thêi gian trÔ kh¸c nhau (Heaney vµ céng sù, 1977; Tavares, 1975).
Tuy nhiªn, viÖc x¸c ®Þnh ®¬n gi¶n nhÊt (Khoa häc thuû v¨n, 1979; Restrepo - Posada vµ
Eagleson, 1982) lµ viÖc quan s¸t c¸c thêi gian xuÊt hiÖn biÕn cè th−êng ®−îc m« t¶ tèt
bëi mét hµm mËt ®é theo luËt luü thõa (phÇn 3.5), tiªu chuÈn ®é lÖch cña ph−¬ng ph¸p
®ã b»ng gi¸ trÞ trung b×nh (hoÆc b»ng tû sè cña chóng, hÖ sè biÕn ®æi Cv = 1). Ph−¬ng
ph¸p sö dông c¸c gi¸ trÞ cña MIT gÆp khã kh¨n cho tíi khi hÖ sè biÕn ®æi Cv cña thêi
gian t−¬ng hç c¸c sù kiÖn dÇn tíi 1.0. C¸c gi¸ trÞ ®Æc biÖt do MIT g©y ra cã thÓ dao ®éng
tõ 5 ®Õn 50 giê cho mét chuçi thêi gian c¸c gi¸ trÞ l−îng m−a giê, tuú thuéc theo vïng
vµ theo mïa.
ViÖc sö dông thuËn tiÖn mét ch−¬ng tr×nh m¸y tÝnh cho viÖc ph©n tÝch nh−
SYNOP (Driscoll vµ céng sù 1989; Côc b¶o vÖ m«i tr−êng 1976; Khoa häc thuû v¨n
1979) ®ã lµ viÖc thùc hiÖn sù ph©n chia sù kiÖn vµ ph©n tÝch tÇn suÊt gi¸ trÞ cña MIT.
Sù ph©n chia biÕn cè ®−îc hoµn thµnh vµ ¶nh h−ëng cña th«ng sè trong bÊt kú
mét yªu cÇu ph©n tÝch tÇn suÊt nµo cã thÓ ph©n lo¹i c¸c biÕn cè. VÝ dô, thÓ tÝch l−îng
m−a hµng giê cña 7 trËn lò lín nhÊt trong 25 n¨m ë Tallahassee, Florida ®−îc thÓ hiÖn
trong b¶ng (6.5), gi¸ trÞ cña MIT lµ 5 giê. C¸c thÓ tÝch râ rµng ®ã cã thÓ b¾t nguån tõ
nhiÒu thêi ®o¹n kh¸c nhau cña nh÷ng trËn lò thùc tÕ kh«ng ®−îc ph¶n ¸nh mét c¸ch
®óng ®¾n trªn ®−êng cong IDF. So s¸nh c¸c ®é s©u thêi ®o¹n 24 giê còng ®−îc thÓ hiÖn
tõ sè liÖu IDF cho vïng Tallahassee (Weldon, 1985). Chó ý r»ng ®é s©u thêi ®o¹n 24 giê
lµ ®óng trong ph¹m vi c¸c chu kú ®é s©u tæng l−îng lò lôt, nh−ng ®iÒu nµy kh«ng ®óng
khi sö dông c¸c thêi ®o¹n kh¸c
B¶ng 6.5. So s¸nh c¸c ®é s©u thêi ®o¹n 24 giê víi c¸c ph©n tÝch tÇn suÊt SYNOP
c¸c trËn lò tr−íc ®ã.
Chu kú Thêi ®o¹n §é s©u C−êng ®é
Ngµy lò (n¨m) (giê) (in) (in/giê)
9/20/1969 26 54 13.41 0.25
IDF 25 24 10.08 0.42
7/17/1964 13 33 9.76 0.3
IDF 10 24 8.64 0.36
12/13/1964 8.7 36 9.73 0.27
7/28/1975 6.5 53 8.84 0.17
7/21/1970 5.2 20 8.18 0.41
IDF 5 24 7.32 0.31
8/30/1950 4.3 36 7.34 0.2
6/18/1972 3.7 46 7.17 0.16
360
nguon tai.lieu . vn
