Mô hình HEC-HMS được sử dụng để mô phỏng quá trình mưa- dòng chảy khi nó xảy ra trên một lưu vực cụ thể. Ta có thể biểu thị mô hình bằng sơ đồ sau:
Mưa (X) ---> Dòng chảy (Y) ---> Đường quá trình lũ (Q~t).
Ta có thể hình dung bản chất của sự hình thành dòng chảy của một trận lũ như sau: Khi mưa bắt đầu rơi cho đến một thời điểm ti nào đó, dòng chảy mặt chưa được hình thành, lượng mưa ban đầu đó tập trung cho việc làm ướt bề mặt và thấm. Khi cường độ mưa vượt quá cường độ thấm (mưa hiệu quả) thì trên bề mặt bắt đầu hình thành dòng chảy, chảy tràn trên bề mặt lưu vực, sau đó tập trung vào mạng lưới sông suối. Sau khi đổ vào sông, dòng chảy chuyển động về hạ lưu, trong quá trình chuyển động này dòng chảy bị biến dạng do ảnh hưởng của đặc điểm hình thái và độ nhám lòng sông.
1.Phương pháp tính mưa trong mô hình Mưa
A. Biểu đồ mưa.
Mưa được sử dụng là đầu vào cho quá trình tính toán dòng chảy ra của lưu vực.
Mô hình HEC- HMS là mô hình thông số tập trung, mỗi lưu vực con có một trạm đo mưa đại diện. Lượng mưa ở đây được xem là mưa bình quân lưu vực (phân bố đồng đều trên toàn lưu vực). Dù mưa được tính theo cách nào đều tạo nên một biểu đồ mưa như hình 2.1. Biểu đồ mưa biểu thị chiều sâu lớp nước trung bình trong một thời đoạn tính toán.
Hình 3.1: Biểu đồ mưa B. Số liệu mưa
Phương pháp tính lượng mưa trung bình trên diện tích tính toán gồm có: phương pháp trung bình số học và phương pháp trung bình có trọng số; phương pháp sau còn có thể chia ra: phương pháp đa giác Thiessen, phương pháp đường đẳng trị mưa…
Tài liệu mưa được lấy từ trận mưa thực đo, số liệu mưa cung cấp cho mô hình theo hai cách:
* Mưa tính theo phương pháp trung bình số học:
Lớp nước mưa trung bình trên lưu vực là giá trị trung bình số học của lượng mưa tại các trạm đo mưa nằm trên lưu vực.
( )n n X X n i i ∑ = = 1 (3.1) Trong đó:
Xi : lượng mưa tại trạm thứ i n : số trạm đo mưa trên lưu vực
* Mưa tính theo phương pháp trung bình có trọng số:
+ Phương pháp đa giác Thiessen: Trọng số là hệ số tỷ lệ giữa phần diện tích của lưu vực do một trạm mưa nằm trong lưu vực hoặc bên cạnh lưu vực đại biểu với toàn bộ diện tích lưu vực. Diện tích bộ phận khống chế bởi mỗi trạm mưa được xác
định như sau: Nối liền các trạm đo mưa bằng các đoạn thẳng chia lưu vực thành nhiều hình tam giác, kẻ các đường trung trực của các cạnh tam giác, các đường này sẽ là giới hạn diện tích bộ phận của từng trạm đo.
Lượng mưa trung bình trên lưu vực được tính theo công thức sau:
∑∑ ∑ = = = n i i n i i i f f X X 1 1 (3.2) Trong đó:
Xi : lượng mưa đo được tại trạm thứ i fi : diện tích lưu vực bộ phận thứ i
n : số trạm đo mưa (cũng là số diện tích lưu vực bộ phận) + Phương pháp đường đẳng trị mưa:
Trọng số là diện tích kẹp giữa hai đường đẳng trị mưa và tính lượng mưa trung bình theo công thức (3.2). Trong đó: Xi là lượng mưa trung bình của hai đường đẳng trị mưa kề nhau, fi là diện tích bộ phận nằm giữa hai đường ấy.