Mô hình toán thủy văn lưu vực nhỏ - Chương 13 ppsx

C C h h − − ¬ ¬ n n g g 1 1 3 3 C¸c M« h×nh hiÖn cã 825 826 Các mô hình hiện có Tác giả: K. G. Renard, Giám đốc Trung tâm nghiên cứu lu vực Tây Nam, USDA, ARS, Tucson, AZ 85705; W. J. Rawl, Nhà thủy văn học, USDA, ARS, Beltsville, MD 20705; M. M. Fogel, Giáo s, Nhà thủy văn học, Trờng các tài nguyên thiên nhiên tái tạo đợc, Đại học Tổng hợp Arizona, Tucson, AZ 85721; Những ngời sử dụng mô hình thủy văn cho lu vực nhỏ nói chung thờng gặp phải vấn đề khó khăn khi lựa chọn mô hình thích hợp trong số rất nhiều các mô hình sẵn có. Rất nhiều mô hình sử dụng trong những lĩnh vực chuyên biệt (do sử dụng một số giả thiết riêng và các sơ đồ đơn giản hóa), và vì thế ngời sử dụng cần phải biết cách để lựa chọn ra đợc mô hình sao cho đa ra đợc lời giải hiệu quả nhất cho vấn đề mình quan tâm. Mặc dầu chúng tôi không làm một so sánh nào ở đây về tính đơn giản hay độ chính xác của các mô phỏng với những cơ sở dữ liệu thông thờng, mà chúng tôi cố gắng đa ra tất cả các mô hình hiện có mô tả chu trình thủy văn (hay các thành phần của chu trình này). Một bảng tóm tắt sẽ trình bày những tài liệu tham khảo cho các mô hình dựa trên cơ sở về sử dụng đất bề mặt, vùng địa lý và các thành phần của chu trình thủy văn đợc mô phỏng. Trong phần tổng quan tài liệu, chúng tôi sử dụng cơ chế dò tìm bằng máy tính và một điều tra rộng rãi trong giới khoa học mà có thể có những đóng góp những tài liệu có ích. Các cơ sở dữ liệu của máy tính đã dò tìm đợc bao gồm trong Hệ thống thông tin Khoa học nguồn nớc (WRSIS), Trung tâm thông tin kỹ thuật Quốc gia (NTIS) và Trung tâm nghiên cứu Khoa học và giáo 827 dục Nông nghiệp (SEA-AR, Trung tâm nghiên cứu nông nghiệp cũ), và các tài liệu đã công bố. Khoảng 300 bản thăm dò thông tin về các mô hình sẵn có đã đợc phân phát cho cho các cơ quan Liên bang liên quan đến vấn đề nớc, các trờng Đại học (gồm các khoa kỹ thuật nông nghiệp, kỹ thuật công trình xây dựng và rừng), các trung tâm nghiên cứu nguồn nớc, một số lựa chon các cơ quan về nớc cấp bang, và một số các nhà t vấn cá nhân. Chúng tôi cha thu thập đựơc các thông tin về các mô hình bên ngoai nớc Mỹ, mặc dầu một số cung đã đợc đề cập đến do chúng đợc phát triển từ nớc Mỹ. Các thông tin sau đây đợc da vào trong bản thăm dò: 1. Tên mô hình 2. Tên tác giả 3. Địa chỉ của tác giả chính 4. Quá trình thủy văn đợc mô phỏng 5. Mô tả mô hình 6. Quy mô thời gian của mô phỏng 7. Danh sách các biến đầu vào chính 8. Danh sách các biến đầu ra chính 9. Sơ đồ tối u hóa 10. Tình trạng của mô hình 11. Các vùng đất và địa lý nào đã đợc áp dụng 12. Yêu cầu về máy tính 13. Các tài liệu tham khảo tốt nhất về mô hình Với thời gian và không gian hạn chế không thể liệt kê hết tất cả các mô hình đợc đề cập đến trong các câu trả lời phiếu thăm dò. Hơn thế nữa chúng tôi cho rằng đề cập đến quá nhiều mô hình cũng cha hẳn là tối u khi rất nhiều các mô hình trong các phiếu trả lời bản thăm dò đang ở giai đoạn phát 828 triển ban đầu và cha thể sử dụng trực tiếp ngay đợc. Nếu không có những mô tả tóm tắt về mô hình thì ngời sử dụng sẽ không thể lựa chọn đợc mô hình thích hợp cho mục đích của mình. Vì thế, chúng tôi quyết định chỉ đa vào những mô hình máy tính đã đợc công bố rộng rãi và cho phép mô phỏng toàn bộ hay một phần chính của pha đất (land phase) trong quá trình thủy văn. Toàn bộ mô hình thỏa mãn điều kiện này đợc trình bày trong phụ lục 13- A. Nhìn chung, các thông tin sau đây đợc đa vào cho mỗi mô hình: Tên của ngời tác giả mô hình (các mô hình đợc sắp theo thứ tự chữ cái của tên tác giả) Tên mô hình Địa chỉ của tác giả chính Tóm tắt nội dung (mô tả vắn tắt về mô hình làm gì, bao gồm cả đòi hỏi về phần cứng máy tính, các dạng vùng đất và khu vực địa lý áp dụng) Các tài liệu tham khảo Bảng 1 tổng kết lại các dữ liệu của mỗi mô hình trong phụ lục 13-A và liệt kê các quá trình thủy văn đợc mô phỏng, các vùng địa lý và đặc tính đất đã đợc hoặc có thể áp dụng mô hình. Bảng này có thể giúp cho ngời sử dụng dễ dàng tìm ra đợc mô hình phù hợp nhất cho nhu cầu của họ. Trong quá trình tìm kiếm tài liệu chugn tôi đã tìm thấy một vài tài liệu hữu ích và toàn diện về các mô hình thủy văn (bảng 2). Ngời đọc có thể tra cứu thêm các tài liệu này để có thêm các thông tin khác về các mô hình mà họ lựa chọn. Một số tài liệu tham khảo trong bảng 2 cũng đã so sánh các kết quả dự báo sử dụng vài mô hình thông thờng trên cùng một bộ số liệu lu vực. Những nỗ lực hơn nữa theo hớng này là cần thiết để hỗ trợ cho ngời sử dụng trong việc quyết định nên dùng mô hình nào. Những nỗ lực đó không nghi ngờ gì nữa bao gồm các yêu cầu về dữ liệu cũng nh khả năng đáp ứng thay đổi của giá thành máy tính. 829 Bảng 13.1 Tóm tắt các mô hình hiện thời Quá trình mô phỏng Vùng địa lý Điều kiện mặt đệm Số TT mô hình Toàn lu vực Giáng thủy Tuyết tan Thấm Bốc thóat hơi Dòng chảy mặt Dòng chảy sát mặt Vận chuyển hóa học Bồi lắng xói lở Đông Bắc Đông Nam Trung Tây Tây Nam Tây Bắc Các vùng khác Rừng Đồng cỏ Đất nông nghiệp Đô thị 1. 0 0 0 0 0 2. 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 3. 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 4. 0 0 0 0 0 0 0 0 5. 0 0 0 0 0 0 0 0 6. 0 0 0 0 0 0 0 7. 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 8. 0 0 0 0 0 9. 0 0 0 0 10. 0 0 0 0 11. 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 12. 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 13. 0 00 0 00000 0 14. 0 0 0 15. 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 16. 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 17. 0 00 0 18. 0 0 0 0 0 0 19. 0 0 0 0 0 0 0 0 20. 0 0 0 0 21. 0 0 0 0 22. 0 00 0 23. 0 0 0 0 0 0 0 0 0 24. 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 25. 0 0 0 0 0 0 0 0 0 26. 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 27. 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 28. 0 0 0 0 0 0 0 0 29. 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 30. 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 31. 0 0 0 00000 0 830 Bảng 13.1 (tiếp theo) Quá trình mô phỏng Vùng địa lý Điều kiện mặt đệm Số TT mô hình Toàn lu vực Giáng thủy Tuyết tan Thấm Bốc thóat hơi Dòng chảy mặt Dòng chảy sát mặt Vận chuyển hóa học Bồi lắng xói lở Đông Bắc Đông Nam Trung Tây Tây Nam Tây Bắc Các vùng khác Rừng Đồng cỏ Đất nông nghiệp Đô thị 32. 0 0 0 33. 0 0 0 0 0 34. 0 0 0 0 0 35. 0 0 0 0 0 0 0 0 0 36. 0 0 0 0 0 0 0 0 37. 0 0 0 38. 0 0 0 0 0 0 39. 0 0 0 40. 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 41. 0 0 0 42. 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 43. 0 0 0 0 0 0 0 0 0 44. 0 0 0 0 0 0 45. 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 46. 0 0 0 0 0 0 47. 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 48. 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 49. 0 0 0 0 0 0 0 50. 0 0 0 0 51. 0 0 0 0 0 0 0 0 52. 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 53. 0 0 0 0 0 0 0 54. 0 0 0 0 55. 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 56. 0 0 0 57. 0 0 0 0 0 0 58. 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 59. 0 0 0 0 0 0 0 0 0 60. 0 0 0 0 0 0 0 0 61. 0 0 0 0 0 0 0 62. 0 0 0 0 0 0 0 0 831 Bảng 13.1 (tiếp theo) Quá trình mô phỏng Vùng địa lý Điều kiện mặt đệm Số TT mô hình Toàn lu vực Giáng thủy Tuyết tan Thấm Bốc thóat hơi Dòng chảy mặt Dòng chảy sát mặt Vận chuyển hóa học Bồi lắng xói lở Đông Bắc Đông Nam Trung Tây Tây Nam Tây Bắc Các vùng khác Rừng Đồng cỏ Đất nông nghiệp Đô thị 63. 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 64. 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 65. 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 66. 0 0 0 67. 0 0 0 68. 0 0 0 0 0 0 69. 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 70. 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 71. 0 0 0 0 72. 0 0 0 0 0 0 0 0 73. 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 74. 0 0 0 0 0 0 0 0 0 75. 0 0 0 0 0 0 0 76. 77. 78. 79. 80. 832 B¶ng 2. C¸c tµi liÖu tham kh¶o m« h×nh hãa thñy v¨n 1. Agricultural Research Service. 1977. File of agricultural research models. Agricul- tural Research Service, National Agricultural Library, Beltsyllic, Maryland. 2. Bowers, C. E., A. F. Pabst, and 5. P. Larson. 1972. Computer programs in hydrology. Bulletin 44, Water Resources Research Center, University of Minnesota, Minneapolls, Minn. 3. Brandstetter, A. 1976. Assessment of mathematical models for storm and com- bined sewers. Environmental Protection Agency, EPA-60012-76-175a, Washington, DC. 510 pp- 4. Brown, J. W., M. R. Walsh, R. W. McCaricy, A. 1. Green, Jr., and H. W. West. 1974. Models and methods applicable to Corps of Engineers urban studies. Miscellaneous Paper H-74-8, U.S. Army Engineers Waterways Experiment Station, Vicksburg, Miss. 300 pp. 5. Chu, Chung Sang, and C. Edward Bowers. 1977. Computer programs in water resources. Bulletin 97, Water Resources Research Center, University of Minnesota, Minnesapolis, Minn. 6. Clarke, R. R. 1973. Mathematical models in hydrology, irrigation, and drainage, Paper #19, Food and Agriculture Organization of the United Nations, Rome. 282 pp. 7. Fleming, G. 1975. Computer simulation techniques in hydrology. Elsevier Environ- inental Series. 333 pp. 8. McCuen, R. H., W. 1. Rawls, G. T. Fisher, and R. L. Powell. 1977. Flood frequency for ungaged watersheds: A literature evaluation, ARS-NE-86, Agricultural Research Service, Beltsyllle, Maryland. 140 pp. 833 Bảng 2. Các tài liệu tham khảo mô hình hóa thủy văn (tiếp theo) 9. U.S. Forest Service. 1976. Non-point water quality inodeling in wildland management: A state-of-the-art assessment. EPA- 600/3-77-075, Environmental Protection Agency, Washington, DC. 10. World Meteorological Organization. 1975. Intercomparlson of conceptual models used in operational hydrological forecasting. WMO Operational Hydrology Report No. 7, Geneva, Switzerland. Phụ lục 13-A Các mô hình sẵn có hiện thời, tác giả, tóm tắt và tài liệu tham khảo 1. Aron, Gert, and David F. Lakatos, Mô hình dòng chảy dòng chảy đô thị bang Penn, 212 Sackett Sidg., University Park, PA 16802. Tóm tắt: Mô hình đợc xây dựng để sử dụng cho lu vực đô thị ở vùng Đông Bắc với kích thớc từ 0.5 đến 10 dặm vuông, và cũng có thể áp dụng cho lu vực đến20 dặm vuông. Mô hình mô phỏng lợng nớc cho các thời đoạn từ 30 phút đến 2 ngày. Mô hình đợc viết trên ngôn ngữ Fortran IV, và cần khoảng 280 Kb lu trữ. Tài liệu tham khảo: Không có 2. Beasley, D. B., E. J. Monke, and L. F. Huggins, Mô hình mô phỏng phản ứng môi trờng của lu vực theo vùng với nguồn phi điểm (ANSWERS), Khoa Kỹ thuật Nông nghiệp, Trờng ĐH Tổng hợp Arkansas, Fayetteville, AK 72701. 834 [...]... Begovich, TEHM: Một mô hình sinh thái thuỷ văn rừng, Bidg 3017, Oak Ridge National Laboratory, P.O Box X, Oak Ridge, TN 37W Tóm tắt: Mô hình TEHM là một mô hình cơ học, hớng quá trình cho thủy văn lu vực, vai trò của nớc trong vận chuyển chất dinh dỡng và chất nhiễm bẩn Nó đợc thiết kế để tơng tác với các mô hình vận chuyển khí quyển, mô hình hoá học đất, mô hình sinh thái, mô hình cho quá tình hấp... trong đất để mô hình hóa dòng chảy, mất mát bùn cát, và lợng dinh dỡng, d lợng thuốc trừ sâu trong dòng chảy từ lu vực nông nghiệp nhỏ Mô hình thủy văn dựa trên mô hình lu vực Standford Các quá trình kênh dẫn không đợc mô hình Mô hình ARM là mô hình mô phỏng liên tục Mô hình đợc viết trên ngôn ngữ Fortran IV và cần khoảng 360 Kb lu trữ Tài liệu tham khảo: 1 Crawford, N H., and A S Donigian, Jr Pesticide... model, ORNLINSF/EATC-27, EDFB/IBP 7 6-8 , Oak Ridge National Laboratory 27 Huff, D D., Mô hình vận chuyển thuỷ văn Wisconsin, Bldg 3017, Oak Ridge National Laboratory, P.O Box X, Oak Ridge, TN 37830 Tóm tắt: Mô hình vận chuyển thủy văn này dựa trên mô hình lu vực Standford và hình thành nên một phần chính của mô hình vận chuyển thống nhất đã đợc phát triển ở ORNL Nó bao gồm vận chuyển thủy văn của các chất... Palo Alto, CA 94304 Tóm tắt: Mô hình NPS mô phỏng các quá trình thủy văn (bao gồm quá trình tích tụ tuyết và tuyết tan), các quá trình xói mòn và chất ô nhiễm phi điểm bề mặt Mô hình thủy văn dựa trên mô hình lu vực Standford Mô hình có thể mô phỏng đợc đến 5 nguồn ô nhiễm do ngời dùng xác định từ 5 lần sử dụng đất khác nhau trên một lần chạy chơngtrình Các chất ô nhiễm đợc mô phỏng nh là một hàm của... Bộ mô hình bao gồm một mô hình mô phỏng đờng quá trình ma và một mô hình mô phỏng dòng chảy liên tục theo ngày Hai mô hìnhnày có thể đợc kết hợp với nhau để cung mô phỏng trong một trạng thái thống nhất, mà tạo nên lợng giáng thủy ngẫu nhiên rồi mô phỏng đợc bốc thoát hơi thực vật, dòng chảy bề mặt, dòng chảy sát mặt, bùn cát và sự vận chuyển các chất hóa có ảnh hởng đến chất lợng nớc cho các khu vực. .. Viện tài nguyên thiên nhiên và môi trờng, Trờng ĐH Tổng hợp New Hampshire, Durham, NH 03824 Tóm tắt: 840 Mô hình mô phỏng một lu vực sông nhỏ ở vùng đất đóng băng có độ dốc nhỏ nh là một hồ chứa tuyến tính Trong phiên bản hiện tại, chỉ có tuyết tan do bức xạ mặt trời đợc mô phỏng Sự phân bố của đơng lợng nớc trên lu vực là rất quan trọng và đã đợc tính toán trong mô hình Mô hình cũng có thể đợc biến đổi... and 1 R Bumey, Mô hình ANSWERS, Agricultural Engineering Department, Purdue University, W Lafayette, IN 47907 Tóm tắt: Mô hình sử dụng cách tiệm cận thông số phân phối để mô tả các phản ứng đặc trng cho toàn bộ các điểm trên lu vực Lu vực đợc chia thành lới hoặc các phần tử để tiến hành mô phỏng Nói chung mô hình có thể áp dụng tốt cho các lu vực nhỏ hơn 20 dặm vuông Quy mô thời gian của mô phỏng cũng... Thesis, The Ohio State University 49 Richardson, C- W., Mô hình tính ma theo thời gian diện tích, USDA-SEA-AR, Box 748, Temple, TX 76501 Tóm tắt: Mô hình này chó phép tính toán các tổng lợng ma ngày tại rất nhiều điểm trên một khu vực hay lu vực với cùng các đặc trng thống kê nh là lợng ma quan trắc đợc Mô hình đã đợc sử dụng cho ở Trung Tây và Tây Nam Mô hình đợc viết trên ngôn ngữ Fortran IV và cần... 8(5): 120 4-1 213 52 Rockwood, David M., Mô hình tổng hợp dòng chảy và điều tiết hồ chứa (SSARR), Army Corps of Engineers, North Pacific Division, 220 N.W Sth Avenue, Portland, OR 97209 Tóm tắt: Mô hình này mô phỏng quá trình dòng chảy trên các lu vực sông phức tạp Ba thành phần chính của mô hình là: mô hình lu vực tổng quát sẽ chuyển ma rơi hay tuyết tan thành dòng chảy theo các chỉ số tính toán độ ẩm... 17:28 3-3 07 30 James, L Douglas, Mô hình OPSET, Utah Water Research Laboratory, Utah State Univsity, Logan, UT 84322 Tóm tắt: Đây là phiên bản tự hiệu chỉnh của mô hình lu vực Stanford Mô hình sẽ bắt đầu từ các giá trị ban đầu mặc định để ớc lợng các giá trị cho từng thông số mà có mô phỏng phù hợp nhất với mỗi tài liệu dòng chảy Bớc thời gian của mô phỏng là 15 phút Mô hình đã đợc sử dụng cho mọi loại hình . nghiệp nhỏ. Mô hình thủy văn dựa trên mô hình lu vực Standford. Các quá trình kênh dẫn không đợc mô hình. Mô hình ARM là mô hình mô phỏng liên tục. Mô hình đợc viết trên ngôn ngữ Fortran IV. liệu tham khảo mô hình hóa thủy văn (tiếp theo) 9. U.S. Forest Service. 1976. Non-point water quality inodeling in wildland management: A state-of-the-art assessment. EPA- 600/ 3-7 7-0 75, Environmental. cho mỗi mô hình: Tên của ngời tác giả mô hình (các mô hình đợc sắp theo thứ tự chữ cái của tên tác giả) Tên mô hình Địa chỉ của tác giả chính Tóm tắt nội dung (mô tả vắn tắt về mô hình