M Ở ĐẦ U
2.3.4. Môđun mưa-dòng chảy NAM
MIKE BASIN được tích hợp với môđun mưa – dòng chảy NAM của MIKE 11 để tính toán số liệu dòng chảy đầu vào của lưu vực từ số liệu mưa.
ở Đan Mạch và một số nước nằm trong nhiều vùng khí hậu khác nhau như Srilanca, Thailand, Ấn Độ, v.v. và Việt Nam. Trong mô hình NAM, mỗi lư
hình tính quá trình mưa-d
hồ chứa theo chiều
hiệt đới ở nước ta thì không xét đến bể chứa này.
chứa này bao gồm lượng nước mưa do lớp phủ th lại trong các chỗ trũng và lượng nước trong tầng sá
ax biểu thị trạng thái ẩm của bể
- Bể chứa nước ngầm tầng dưới.
Mô hình NAM được xây dựng tại Khoa Thuỷ văn Viện Kỹ thuật ThuỷĐộng lực và Thuỷ lực thuộc Đại học Kỹ thuật Đan Mạch năm 1982. Mô hình NAM đã được sử dụng rộng rãi
u vực được xem là một đơn vị xử lý. Do đó, các thông số và các biến là đại diện cho các giá trị được trung bình hóa trên toàn lưu vực. Mô
òng chảy theo cách tính liên tục hàm lượng ẩm trong năm bể chứa riêng biệt có tương tác lẫn nhau.
Cấu trúc mô hình NAM được xây dựng trên nguyên tắc các
thẳng đứng và các hồ chứa tuyến tính, gồm có 5 bể chứa theo chiều thẳng đứng như hình 4 [16].
- Bể chứa tuyết tanđược kiểm soát bằng các điều kiện nhiệt độ. Đối với điều kiện khí hậu n
- Bể chứa mặt: lượng nước ở bể ực vật chặn lại, lượng nước đọng
t mặt. Giới hạn trên của bể chứa này được ký hiệu bằng Umax.
- Bể chứa tầng dưới: là vùng đất có rễ cây nên cây cối có thể hút nước cho bốc, thoát hơi. Giới hạn trên của lượng nước trong bể chứa này được ký hiệu bằng Lmax, lượng nước hiện tại được ký hiệu là L và tỷ số L/Lm
chứa.
Mưa hoặc tuyết tan đều đi vào bể chứa mặt. Lượng nước (U) trong bể chứa mặt liên tục cung cấp cho bốc hơi và thấm ngang thành dòng chảy sát mặt. Khi U đạt đến
xuống được phân chia thành hai bể chứa: tầng trên và tầng dưới, hoạt động như các hồ chứa tuyến tính với các hằng số thời
có thứ nguyên, có phạm vi biến đổi từ 0.0 đến vực có địa hình bằng phẳng, cấu tạo bởi cát thô thì giá trị CQOF ra dòng chảy sát mặt trong m
Umax, lượng nước thừa là dòng chảy tràn trực tiếp ra sông và một phần còn lại sẽ thấm xuống các bể chứa tầng dưới và bể chứa ngầm.
Nước trong bể chứa tầng dưới liên tục cung cấp cho bốc thoát hơi và thấm bể chứa ngầm. Lượng cấp nước ngầm
gian khác nhau. Hai bể chứa này liên tục chảy ra sông tạo thành dòng chảy gốc. Dòng chảy tràn và dòng chảy sát mặt được diễn toán qua một hồ chứa tuyến tính thứ nhất, sau đó các thành phần dòng chảy được cộng lại và diễn toán qua hồ chứa tuyến tính thứ hai. Cuối cùng cũng thu được dòng chảy tổng cộng tại cửa ra.
Mô hình có các thông số cơ bản, gồm:
- CQOF: Hệ số dòng chảy tràn không
0.9. Nó phản ánh điều kiện thấm và cấp nước ngầm. Vì vậy nó ảnh hưởng nhiều đến tổng lượng dòng chảy và đoạn cuối của đường rút. Thông số này rất quan trọng vì nó quyết định phần nước dư thừa để tạo thành dòng chảy tràn và lượng nước thấm. Các lưu
tương đối nhỏ, ở những lưu vực mà tính thấm nước của thổ nhưỡng kém như sét, đá tảng thì giá trị của nó sẽ rất lớn [16].
- CQIF: Hệ số dòng chảy sát mặt, có thứ nguyên là thời gian (giờ)-1. Nó chính là phần của lượng nước trong bể chứa mặt (U) chảy sinh
ột đơn vị thời gian. Thông số này ảnh hưởng không lớn đến tổng lượng lũ, đường rút nước [16].
- CBL: là thông số dòng chảy ngầm, được dùng để chia dòng chảy ngầm ra làm hai thành phần: BFU và BFL. Trường hợp dòng chảy ngầm không quan trọng thì có thể chỉ dùng một trong 2 bể chứa nước ngầm, khi đó chỉ cần CBFL=0- tức là lượng cấp nước ngầm đều đi vào bể chứa ngầm tầng trên [16].
- CLOF, CLIF: Các ngưỡng dưới của các bể chứa để sinh dòng chảy tràn, dòng chảy sát mặt và dòng chảy ngầm, không có thứ nguyên và có giá trị nhỏ hơn 1. Chúng có liên quan đến độ ẩm trong đất. Khi các giá trị của ngưỡng này nhỏ hơn L/Lmax thì sẽ không có dòng chảy tràn, dòng chảy sát mặt và dòng chảy ngầm. Về ý nghĩa vật lý, các thông số này phản ánh mức độ biến đổi trong không gian của các đặc trưng lưu vực sông. Do vậy, giá trị các ngưỡng của lưu vực nhỏ thường lớn so với lưu
à ính là lượng tổn thất ban đầu lớn nhất, phụ thuộc và điều kiện mặt đệm của lưu vực. Một đặc điểm của mô hình là lượng chứa Umax ứa tối đa trước khi có lượng mưa vượt quá, PN xuất hiện, tức là U<
đỉnh [16].
Thành ph
vực lớn [16].
- Umax, Lmax: Thông số khả năng chứa tối đa của các bể chứa tầng trên v tầng dưới. Do vậy, Umax và Lmax ch
phải nằm trong sức ch
Umax. Do đó trong thời kỳ khô hạn, tổn thất của lượng mưa trước khi có dòng chảy tràn xuất hiện có thểđược lấy làm Umax ban đầu [16].
- CK1,2, CKBF: là các hằng số thời gian về thời gian tập trung nước. Chúng là các thông số rất quan trọng, ảnh hưởng đến dạng đường quá trình và
ần cơ bản của mô hình Lượng trữ bề mặt:
Lượng ẩm bị giữ lại bởi thực vật cũng nhưđược trữ trong các chỗ trũng trên tầng trên cùng của bề mặt đất được coi là lượng trữ bề mặt. Umax biểu thị giới hạn trên củ
à tầng ngầm.
Lượng trữ tầng thấp hay lượng trữ tầng rễ y:
Độ ẩm trong tầ ại đó thực vật có thể t hơi đặc trưng cho lượng trữ tầng thấp. Lmax biểu thị giới hạn a tổng lượng nước trong lượng trữ bề mặt. Tổng lượng nước U trong lượng trữ bề mặt liên tục bị giảm do bốc hơi cũng như do thấm ngang.
Khi lượng trữ bề mặt đạt đến mức tối đa, một lượng nước thừa PN sẽ gia nhập vào sông với vai trò là dòng chảy tràn trong khi lượng còn lại sẽ thấm vào tầng thấp bên dưới v
câ
ng rễ cây, lớp đất bên dưới bề mặt đất, t hút nước để bốc thoá
trên của tổng lượng nước trữ trong tầng này. Độẩm trong lượng trữ tầng thấp cung cấp cho bốc thoát hơi thực vật. Độ ẩm trong tầng này điều chỉnh tổng lượng nước gia nhập vào lượng trữ tầng ngầm, thành phần dòng chảy mặt, dòng sát mặt và lượng gia nhập lại.
Bốc thoát hơi nước: ng trữ bề mặt nhỏ hơn yêu cầu (U < Ep) thì t động của rễ cây rút ra từ lượng trữ tầng thấp th ệ Dòng chảy mặt:
Khi lượng trữ bề mặt đã tràn, U > Umax, thì lượng nước thừa PN sẽ gia nhập vào thành phần dòng chảy mặt. Thông số QOF đặc t ng cho phần nước thừa PN
Nhu cầu bốc thoát hơi đầu tiên được thoả mãn từ lượng trữ bề mặt với tốc độ tiềm năng. Nếu lượng ẩm U trong lượ
phần còn thiếu được coi rằng là do các hoạ
eo tốc độ thực tế Ea. Ea tương ứng với lượng bốc hơi tiềm năng và biến đổi tuyến tính theo quan h lượng trữẩm trong đất, L/Lmax, của lượng trữẩm tầng thấp.
rư
đóng góp vào dòng chảy mặt. Nó được giả thiết là tương ứng với PN và biến đổi tuyến tính theo quan hệ lượng trữẩm đất, L/Lmax, của lượng trữẩm tầng thấp.
(2.2)
(2.3)
trong đó: CQOF = hệ số dòng chảy tràn trên mặt đất (0 ≤ CQOF ≤ 1),
tham gia vào thành phần dòng chảy tràn sẽ thấm x ng thấp. Một phần trong đó, ∆L, của nước có sẵn cho thấm, (PN-QOF), được giả thiết sẽ làm tăng lượng ẩm L trong lượng trữ ẩm tầng thấp. Lượng
ặt
TOF = giá trị ngưỡng của dòng chảy tràn (0 ≤ TOF ≤ 1). Phần lượng nước thừa PN không
uống lượng trữ tầ
ẩm còn lại, G, được giả thiết sẽ thấm sâu hơn và gia nhập lại vào lượng trữ tầng ngầm.
Sựđóng góp của dòng chảy sát mặt, QIF, được giả thiết là tương ứng với U và biến đổi tuyến tính theo quan hệ lượng chứa ẩm của lượng trữ tầng thấp.
trong đó: CKIF là hằng số thời gian dòng chảy sát mặt và TIF là giá trị ngưỡng tầng rễ cây
ỗi hai hồ chứa tuyến tính với cùng một hằng s
của dòng sát mặt (0 ≤TIF ≤ 1).
Diễn toán dòng chảy mặt và dòng sát mặt
Dòng sát mặt được diễn toán qua chu
ố thời gian CK12. Diễn toán dòng chảy mặt cũng dựa trên khái niệm hồ chứa tuyến tính nhưng với hằng số thời gian có thể biến đổi.
(2.4)
(2.5)
trong đó: OF là dòng chảy tràn (mm/hr) OFmin là giới hạn trên của diễn toán tuyến tính (= 0,4 mm/giờ), và õ = 0,4. Hằng số õ = 0,4 tương ứng với việc sử dụng công thức Manning để mô phỏng dòng chảy mặt.
Theo phương trình trên, diễn toán dòng chảy mặt được tính bằng phương pháp sóng động học, và dòng chảy sát mặt được tính theo mô hình NAM như dòng chảy mặt (trong lưu vực không có thành phần dòng chảy mặt) được diễn toán như một hồ
Tổng lượng nước thấm G gia nhập vào lượng trữ nước ngầm phụ thuộc vào
độẩm cây.
chứa tuyến tính.
Lượng gia nhập nước ngầm
trong đó TG là giá trị ngưỡng tầng rễ cây đối với lượng gia nhập nước ngầm ≤ TG ≤ 1).
ộẩm chứa trong đất
Lượng trữ tầng thấp biểu thị lượng nước chứa trong tầng rễ cây. Sau khi hân chia mưa giữa dòng chảy mặt và dòng thấm xuống tầng ngầm, lượng nước
ưa còn lại sẽ đóng góp vào lượng chứa ẩm (L) trong lượng trữ tầng thấp một lượng ∆L. (0 Đ p m Dòng chảy cơ bản
Dòng chảy cơ bản BF từ lượng trữ tầng ngầm được tính toán như dòng chảy ra từ một hồ chứa tuyến tính với hằng số thời gian CKBF.
* Điều kiện ban đầu của mô hình:
1. U là lượng nước chứa trong bể chứa mặt (mm); 2. L là lượng nước chứa trong bể chứa tầng dưới (mm); 3. QOF - cường suất dòng chảy mặt khi qua bể chứa tuyến tính (mm/h); 4. QIF - cường suất dòng chảy sát mặt khi qua bể chứa tuyến tính (mm/h); 5. BF - cường suất dòng chảy ngầm (mm/h)
* Hiệu chỉnh thông số mô hình:
Hiệu chỉnh thông số mô hình nhằm xác định các thông số của mô hình để cho đường quá trình tính toán phù hợp nhất với đường quá trình thực đo. Việc hiệu chỉnh các thông số mô hình có thể được tiến hành bằng 2 phương pháp: phương pháp thử sai hoặc phương pháp tối ưu tự động theo 4 hàm mục tiêu: (1) Cực tiểu hoá sai số tổng lượng dòng chảy; (2) Cực tiểu hoá sai số dạng đường quá trình; (3)
(2.6)
Cực tiểu hoá sai số các sự kiện dòn (4)Cực tiểu hoá sai số các sự kiện dòng chả
Mức độ phù h thểđược đánh giá theo tiêu chuẩn của WMO. Theo tiêu chuẩn này, độ hữu hiệu của mô hình được
g chảy đỉnh; y kiệt nhất
ợp giữa các kết quả tính toán và thực đo có
đánh giá qua chỉ tiêu R2 xác định như sau:
∑ ∑ − − − = n i n i i y y y y R 1 2 1 2 2 ) ( ) ' ( 1
trong đó: yi - giá trị thực đo thứ i; y’i - giá trị tính toán thứ i; y- giá trị thực đo trung bình.
Tiêu chuẩn đánh giá như sau: Chỉ tiêu Mức Loại 40-65% Đạt 65-85% Khá R2 >85% Tốt
Chương 3
ÁP DỤNG MÔ HÌNH M B ÂN N
ỐNG V G U