Trắn hăng trăm mô hình hình thănh dòng chảy, hiện hănh có thể thống nhất tâch ra hai loại mô hình phđn biệt: mô hình tất định vă mô hình ngẫu nhiắn. Sự phđn biệt năy cũng nằm ngang trong mục đắch mô hình hoâ: Chế tạo chuỗi dòng chảy trong tương lai phục vụ băi toân thiết kế hay băi toân quản lý - điều khiển hệ thống thuỷ lợi.
Mô hình ngẫu nhiắn
Quan niện xâc suất lần đầu được Hazen đưa văo trong thuỷ văn đưa văo từ năm 1914. Ngăy nay, dòng chảy được coi lă một quâ trình ngẫu nhiắn.
Với quan điểm năy, trong cấu trúc câc mô hình ngẫu nhiắn không hề có câc nhđn tố hình thănh dòng chảy, vă nguyắn liệu để xđy dựng mô hình chắnh lă bản thđn chuỗi dòng chảy quâ khứ, phải đủ dăi để có bộc lộ hết bản tắnh của mình. Sự thật, dòng chảy lă hiện tượng bị tâc động của nhiều nhđn tố. Từng nhđn tố dòng chảy đến lượt mình lại lă hăm của vô văn câc nhđn tố khâc mă quy luật biển đổi của chúng con người chưa mô tảđược. Do vậy, trong kết cục cuối cùng, tổng hợp của vô văn câc mối quan hệ tương hỗ phức tạp, dòng chảy biểu hiện lă một hiện tượng ngẫu nhiắn.
Mô hình tất định
Mặc dù bản chất của dòng chảy lă ngẫu nhiắn, cũng thừa nhận tồn tại những giai đoạn hình thănh dòng chảy, trong đó những thănh phần tất định đóng vai trò chủ yếu. Quâ trình hình hănh một trận lũ do mưa răo lă một thắ dụ minh hoạ. Như vậy, nếu những mô hình ngẫu nhiắn lă mô hình tạo chuỗi dòng chảy thì mô hình tất định tạo mối quan hệ nhđn quả giữa dòng chảy vă câc nhđn tố hình thănh dòng chảy.
Trong việc mô hình hoâ sự hình thănh dòng chảy có hai câch tiếp cận:
1. Câch tiếp cận vật lý - toân: Băi toân biến đổi mưa thănh dòng chảy có thểđược giải cho câc khu vực nghiắn cứu theo câch sau. Trắn cơ sở phđn tắch tăi liệu quan trắc mưa vă dòng chảy cho nhiều
Mô hình toân dòng chảy
Mô hình ngẫu nhiắn Mô hình tất định
Mô hình thông số tập trung Mô hình thông sốphđn phối
Mô hình hộp đen Mô hình quan
niệm Mô hình vật lý - toân
Mô hình động lực-ngẫu nhiắn
Hình 3.13 . Sơđồ phđn loại mô hình toân dòng chảy.
lưu vực thuộc vùng địa lý - khắ hậu khâc nhau, tiến hănh nghiắn cứu chi tiết câc hiện tượng vật lý tạo nắn quâ trình hình thănh dòng chảy vă xđy dựng những quy luật tương ứng, được biểu diễn dưới dạng phương trình, câc công thức toân v.v.. Nói chung, câc phương trình, câc công thức đều chỉ lă câc câch để biểu diễn ba quy luật chung nhất của vật chất trong trường hợp riắng cụ thể:
a) Bảo toăn vật chất (phương trình liắn tục hoặc cần bằng nước),
b) Bảo toăn năng lượng (phương trình cđn bằng động lực hay phương trình chuyển động thể hiắn nguyắn lý Dalambera),
c) Bảo toăn động lượng ( phương trình động lượng).
Sau đó, có câc đặc trưng địa hình- thuỷ văn mạo lưu vực, độẩm ban đầu, quâ trình mưa cùng câc đặc trưng khắ tượng, có thể trực tiếp biến đổi ngay quâ trình mưa thănh quâ trình dòng chảy ở mặt cắt cửa ra lưu vực theo câc phương trình vă câc công thức đê được thiết lập. Trong trường hợp tổng quât, những công thức được biểu diễn dưới dạng câc phương trình vi phđn đạo hăm riắng thì: Đặc trưng địa hình - thủy địa mạo lưu vực đóng vai trò câc thông số phương trình (câc hằng số hoặc trong trường hợp chung sẽ biến đổi theo thời gian) quâ trình mưa cho chúng ta điều kiện biắn, còn trạng thâi lưu vực ban đầu. Hệ Saint - Venant cùng với những phương phâp số cụ thể giải nó cho ta một minh hoạ về câch tiếp cận năy trong việc mô hình hoâ giai đoạn cuối cùng trong sự hình thănh dòng chảy- giai đoạn chảy trắn bề mặt lưu vực vă trong mạng lưới sông.
Lĩnh vực năy của mô hình hoâ dòng chảy có những đặc thù vă phương phâp nghiắn cứu riắng biệt không thể thiếu được những tăi liệu nghiắn cứu cơ bản cùng với những tăi liệu nghiắn cứu rất chi tiết vă tốn kĩm vềđịa hình, về câc đặc trưng thuỷđịa mạo khu vực, về câc đặc trưng diễn biến của mưa theo không gian...
Khước từ sử dụng bộ tăi liệu chi tiết vềđịa hình - địa mạo cùng câc đặc trưng khâc về lưu vực, chúng ta chỉ có một câch coi lưu vực như lă một hệđộng lực. Vă trong việc mô hình hoâ sự hình thănh dòng chảy sử dụng câch tiếp cận thông số hoâ.
2. Câch tiếp cận thông số hoâ lă câch tiếp cận thị trường dựa trắn việc sử dụng tăi liệu quan trắc đồng bộ giữa mưa vă dòng chảy. Điều năy cho phĩp lựa chọn câc thông số của câc biểu tức toân học theo tăi liệu đo đạc.
Trong đó, từ những ý niệm vật lý (căn nguyắn) sẽ xđy dựng cấu trúc chung mô hình, chứa hăng loạt câc thông số cùng câc giâ trị ban đầu của chúng cố gắng xuất phât từ những ý nghĩa vật lý. Sau đó theo tăi liệu quan trắc mưa - dòng chảy của nhiều trận lũ trắn một lưu vực cụ thể, tiến hănh xâc định bộ thông số.
Những mô hình có thông số tập trung đến lượt mình lại được chia lăm hai loại: Mô hình "hộp đen" vă mô hình " quan niệm".
Mô hình " hộp đen". "Hộp đen" thuật ngữ dùng trong điểu khiển học để chỉ những hệ thống mă cấu tạo vă câc thông số của nó hoăn toăn không rõ răng, chỉ có thểđược xâc định trắn cơ sở những thông tin văo - ra. Trong thực tế sản xuất, đôi khi xuất hiện tình huống khi cần xđy dựng những quan hệ mưa - dòng chảy cũng chỉ có những quan trắc ởđầu văo (mưa) đầu ra ( dòng chảy) hệ thống. Những trường hợp năy buộc phải coi lưu vực lă một "hộp đen". Tình trạng thiếu thông tin về lưu vực chỉ cho phĩp xđy dựng những mô hình thô sơ nhất, vă khi xđy dựng chúng người ta cũng hoăn toăn không có thông tin gì về lưu vực ngoăi việc coi nó lă một hệ thống tuyến tắnh vă dừng. Do vậy, trong thuỷ văn: mô hình "hộp đen" đồng nghĩa với mô hình tuyến tắnh - dừng.
Lớp mô hình " hộp đen " xuất hiện khâ sớm văo thời kỳđầu của sự phât triển mô hình thuỷ văn tất định. Ngăy nay lớp mô hình năy chỉ còn tồn tại với tư câch mô tả một giai đoạn cuối trong sự hình
thănh dòng chảy - giai đoạn chảy: giai đoạn biến đổi lớp cấp nước trắn lưu vực thănh dòng chảy ở cửa ra.
Mô hình quan niệm Quâ trình biến đổi mưa thănh dòng chảy - một quâ trình phi tuyến phức tạp gồm nhiều giai đoạn. Cùng với sự phât triển của lý thuyết hình thănh dòng chảy, mô hình quan niệm ra đời. Có thểđịnh nghĩa mô hình quan niệm lă loại mô hình được mô tả bởi một tập hợp câc quan hệ toân học, từng quan hệ biểu diễn từng mặt riắng của quâ trình, nhưng kết hợp lại chúng mô hình hoâ cả quâ trình trọn vẹn. Với sự xuất hiện của mây tắnh điện tử văo giữa những năm 50, lớp mô hình "hộp đen" hoăn toăn lùi bước trước những mô hình "quan niệm" cho phĩp mô tảđầy đủ hơn, chắnh xâc hơn quâ trình " mưa -dòng chảy" được hình thănh từ hăng loạt câc quâ trình thănh phần mưa, bốc hơi, điền trũng, thảm thực vật, nước thấm, chảy mặt, sât mặt, ngầm... Ngăy nay, có thể thấy hăng loạt câc mô hình quan niệm rất phât triển như mô hình SSARR (Mỹ), TANK (Nhật), STANFORD - 4 (Mỹ), CLS (Ý), GMC (Liắn Xô), SMART (Bắc Ailen), GIRARD - 1( Phâp).v.v...
Mô hình động lực - ngẫu nhiắn
Trong những năm gần đđy đê xuất hiện những xu hướng liắn kết câch tiếp cận tất định vă ngẫu nhiắn văo việc mô tả câc hiện tượng thuỷ văn. Việc xĩt tắnh ngẫu nhiắn của câc quâ trình trong mô hình tất định diễn ra theo 3 phương hướng: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
1. Xĩt sai số tắnh toân như một quâ trình ngẫu nhiắn vă trở thănh một thănh phần trong câc mô hình tất định.
2. Sử dụng câc mô tả xâc suất - thống kắ (luật phđn bố) của câc tâc động khắ tượng - thuỷ văn với tư câch lă hăm văo của mô hình tất định.
3. Xĩt câc quy luật phđn bố xâc suất theo không gian của tâc động khắ tượng - thuỷ văn văo lưu vực.
Với những tư tưởng năy đê hình thănh những mô hình động lực - ngẫu nhiắn. Do sự phức tạp của vấn đề, lớp mô hình năy mới chỉở giai đoạn đầu của sự khai sinh. Sự phđn loại mô hình nắu trắn được trình băy như trắn hình 3.13