Trong một mô hình l−u vực sông phân tán, để tính l−u l−ợng dòng chảy, có thể sử dụng sự biến đổi không gian của đặc điểm chính của đất ví dụ: loại đất, thảm thực vật và địa hình. Nhìn chung, khu vực l−u vực sông đ−ợc chia thành một số các yếu tố, và dung l−ợng dòng chảy đ−ợc tính đầu tiên và một cách tách biệt với mỗi yếu tố. Do đó, các thông số liên quan cần đ−ợc xác định và là dữ liệu vào cho mỗi yếu tố, một mô hình nh− vậy đôi khi đ−ợc nhắc tới nh− là một mô hình thông số phân tán.
Các mô hình thông th−ờng hơn là mô hình thông số khối, mô hình này th−ờng đ−ợc cấu trúc sao cho giá trị trung bình, các đặc điểm l−u vực sông ảnh h−ởng đến dung l−ợng dòng chảy cũng đ−ợc sử dụng. Giá trị trung bình thông số của cả quá trình đ−ợc thể hiện (một cách chính xác tuyệt đối). Do tính chất không tuyến tính và các giá trị ng−ỡng, điều này có thể dẫn tới sai số lớn. Một mô hình phân tán loại bỏ điều này nh− một sự c−ỡng chế trong tính chính xác của sự tái tạo.
Huggins và cộng sự (1977), đã đ−a ra nhiều −u điểm của việc sử dụng một mô hình thông số phân tán. Ưu điểm cơ bản là khả năng tái tạo chính xác hơn quá trình dòng chảy. Tuy nhiên, tính chính xác hơn này thì không phải là tự động. Nó chỉ chính xác nếu mô hình đ−ợc thiết kế và thực hiện tốt, có nghĩa là đòi hỏi phải tận dụng đ−ợc khả năng của nó trong sự thể hiện không gian của các quá trình. Một khía cạnh đáng kể nữa, thực tế là vị trí địa lý trong một l−u vực sông đ−ợc duy trì trong một mô hình phân tán, và đôi khi là nó rất quan trọng. Ưu điểm thứ 2 của mô hình phân tán đó là chúng rất phù hợp khi áp dụng với các l−u vực sông không thay đổi, với các thông số chính xác, và có thể làm mẫu về ảnh h−ởng của sự biến đổi dự án đối với đất sử dụng trong một l−u vực sông. Ưu điểm quan trọng thứ 3 là mô hình phân tán rất phù hợp cho việc tái tạo chất l−ợng n−ớc trong một l−u vực cơ bản. Vùng nguồn cho các kiểu chất gây ô nhiễm khác nhau rất hiếm khi đ−ợc phân bố môt cách đều đặn, hơn nữa cần đ−ợc xác minh.
Trong phân tích cuối cùng, cần phải có yếu tố quyết định mô hình sẽ một mô hình phân tán hay không để làm hoàn tất mục đích nghiên cứu. Không phải là điều ngạc nhiên khi hầu hết các mô hình l−u vực sông hiện hữu là mô hình thông số khối. Không có mô hình nào trong các mô hình đ−ợc mô tả trong ch−ơng này là mô hình phân tán. Mô hình phân tán là mới một cách t−ơng đối, và hiện giờ vẫn là mục tiêu đáng kể của sự nỗ lực phát triển.
Một ph−ơng pháp cho việc xây dựng mô hình thông số phân tán là sử dụng hệ tọa độ để phác họa các yếu tố l−u vực. Sự khai triển cơ bản của khái niệm này đã đ−ợc Huggin và Monke (1968) trình bày và đã đ−ợc ứng dụng cho 2 vùng nhỏ (mỗi vùng khoảng 1 hecta) ở ấn Độ, sử dụng để dẫn dòng chảy từ
vùng l−u vực kích th−ớc, sớm hơn, Burney (Huggin và đồng nghiệp, 1973) đã bổ sung một ph−ơng pháp cải tiến ảnh h−ởng của các kênh sát nhập với nhau đối với các vùng không thấm n−ớc khác nhau.
Việc làm này tại tr−ờng đại học Purdue đã dẫn đến sự phát mô hình tổng hợp hơn,: ANSERS do Bealey (1977). Mô hình thủy văn nguyên thủy cơ bản đã đ−ợc mở rộng bao gồm: dòng kênh, sự xói mòn đất, sự vận chuyển phù sa. Mô hình ANSERS đ−ợc phục vụ cho những trận bão riêng lẻ do đó không có một mô hình con về sự bốc hơi n−ớc. Các thông số của mô hình đều dựa vào tự nhiên và có thể đo hoặc tính giá trị của chúng và ứng dụng mô hình với các l−u vực sông không thay đổi cho cả điều kiện hiện tại và t−ơng lai. Có hệ tọa độ cũng thay đổi phù hợp tính chính xác đ−ợc yêu cầu và tính không không giống nhau của đất và địa hình trong l−u vực sông.
ứng dụng của mô hình ANSER ở 2 l−u vực sông ấn Độ có diện tích 714 và 942 ha đã đ−ợc Huggin và nnk (1977) mô tả. Cỗ cử một yếu tố là 2 - 5 ha cũng đ−ợc xây dựng (để đ−ợc thỏa mãn) trong vùng này. Các bản đồ địa lý khảo sát địa chất và bản đồ khảo sát đất. Nh−ợc điểm chính của mô hình thông số phân tán là tính phức tạp gia tăng, các yêu cầu dữ liệu và thời gian tính toán. Điều quan trọng của những điểm này phụ thuộc vào các yếu tố khác nhau, gồm có kích cỡ l−u vực sông, số vùng nhỏ yêu cầu và cấu trúc mô hình của Mỹ đã đ−ợc sử dụng, để s−u tập dữ liệu về một số vô hạn các yếu tố vùng. Ghi chép dòng chảy cũng có sẵn ở hồ. So sánh sự tái tạo các giá trị ghi chép của nhiều trận m−a phức tạp năm 1975 và 1976 chỉ ra rằng kết quả chung trong khoảng 30% giá trị quan sát đ−ợc. Sau đó mô hình cũng đ−ợc sử dụng để dự đoán các ảnh h−ởng của ph−ơng pháp cải tiến canh tác trong việc phân bố phù sa từ 2 l−u vực sông.
Gupta và Solomon (1977) đã phát triển một mô hình thông số phân tán để dự đoán cả l−u l−ợng dòng chảy và l−ợng (phù sa). Mô hình này sử dụng các yếu tố trực tiếp nh− trong mô hình ANSERS. L−u l−ợng dòng chảy và l−ợng chuyển phù sa trong sông đ−ợc tính một cách tách biệt trong mỗi yếu tố và đ−ợc thải ra miền Bắc, Nam, Đông hoặc Tây, vào một yếu tố kế tiếp. Các kênh đ−ợc xác định về d−ỡng dẫn và các tính toán về sự vận chuyển phù sa. Mô hình
đ−ợc sử dụng cho tỉ lệ l−u vực sông với các yếu tố ở bất cứ cỡ nào nh−ng th−ờng là 1 km2 hoặc hơn.
Ph−ơng pháp giới hạn yếu tố gần đây cũng đ−ợc sử dụng th−ờng xuyên trong việc xây dựng mô hình dòng chảy ngầm (Porder và Gray, 1977). Ph−ơng pháp này rất hữu ích trong việc phát triển một mô hình dòng chảy trên bề mặt thông số phân tán bởi vì nó cho phép ta sử dụng vùng yếu tố cơ bản ở các dạng khác nhau. Ví dụ: hình tam giác hoặc hình tứ giác. L−u vực sông có thể đ−ợc phác họa trong vùng dự trữ cùng chủng loại thủy văn (trong các thành phần kiểu đất trồng và đất sử dụng). Khác nhau cả về hình dạng và kích cỡ. Nó vẫn đ−ợc xem chi tiết bổ sung và các tính toán đòi hỏi cho một yếu tố giới hạn, mô hình l−u vực sông phân tán sẽ có giá trị.
Ross và cộng sự (1978) đã khai triển và thử nghiệm một mô hình thông số phân tán cho việc dự đoán dòng chảy l−u vực, sự xói mòn và bồi đắp phù sa. Mô hình đã đ−ợc áp dụng cho 6 l−u vực sông nhỏ ở Virginia khác nhau về kích cỡ từ 74 ha (183 aere) tới 428 ha (1058 aere). Vùng l−u vực địa chia thành các đơn vị thủy văn t−ơng ứng (HRU’s) mỗi đơn vị có 1 sự liên kết các loại đất và đất sử dụng. Dung l−ợng dòng chảy đ−ợc tính cho mỗi HRH. Ví dụ, một mô hình có 65 HRU’s những đơn vị này đ−ợc liên kết thành 17 tuyến phải đ−ợc xác định dòng chảy trên mặt đất khác nhau về cỡ từ khoảng d−ới 2 ha - 9 ha và đ−ợc giả thiết là hình tam giác. Ph−ơng trình dòng chảy động lực (đ−ợc giải = các ph−ơng tiện của các yếu tố giới hạn) đ−ợc sử dụng cho kênh dẫn. Tất cả các thông số trong mô hình đã đ−ợc đo và tính từ các đặc điểm l−u vực sông. Kết quả đạt đ−ợc của mô hình đã đ−ợc mô tả nh− sau “từ vô giá trị trở thành hoàn hảo”
Có các cách lựa chọn việc xem xét những thay đổi thực tế trong việc xây dựng mô hình dòng chảy điều này có nghĩa là hơn một mô hình phân tán thực tế. Cách thông th−ờng nhất là chia l−u vực sông thành các l−u vực sông con, ứng dụng mô hình l−u vực một cách riêng biệt cho từng l−u vực con chính, và liên kết (và dẫn ra) các biểu đồ l−u vực con. Việc này đ−ợc hoàn thành thành công trên sông Nga ở California với mô hình Stanford (Crowford và Linskey, 1966). Ph−ơng pháp này cũng có thể áp dụng với các mô hình l−u vực sông
đ−ợc sử dụng cho mỗi vùng nhỏ (hình 10.5). Mỗi ví dụ thể hiện một sự phân giải giữa việc sử dụng một mô hình thông số phân tán thực sự và một ứng dụng chân thực của một mô hình thông số khối.
Moore và Larson (1978), đã khai triển một mô hình cho các l−u vực sông trũng nhỏ trong do dòng chảy đ−ợc phân tán theo kiểu thoát n−ớc. Bốn liên kết của hệ thống tiêu thoái tài nguyên n−ớc trên bề mặt và d−ới mặt đất, (cả tự nhiên và đ−ợc xây dựng) và độ dốc của đất đ−ợc sử dụng cho các mô hình cơ bản” đặc tr−ng có khoảng 40 ha (100 are % khác nhau của những vùng nh− thế đ−ợc dùng để thể hiện sự cộng dòng chảy trong vùng tới mỗi kênh trong điều kiện nguyên thủy, hiện tại và kế hoạch của l−u vực sông. Tuy nhiên, các đặc điểm l−u vực sộng khác không phân tán hay phải là dữ liệu phân tán hay dữ liệu khí t−ợng.
Một ph−ơng pháp khác đó là việc gộp một sự phân bố riêng rẽ thành một hoặc những mô hình con của các quá trình thủy văn riêng lẻ. Một ví dụ, đó là sự phân bố tự nhiên của khả năng thẩm thấu đã sử dụng trong mô hình Stanford đã đ−ợc mô tả tr−ớc (hình 10.5).
T−ơng tự một số kiểu phân bố khác, ví dụ một sự phân bố bình th−ờng có thể đ−ợc áp dụng cho bất cứ thông số nào (hoặc dữ liệu nào) của một mô hình l−u vực sông. Tuy nhiên, trong hầu hết các tr−ờng hợp giá trị của sự phân bố địa lý trong một l−u vực sông không đ−ợc tính đến.
10.7.1. Một số mô hình l−u vực sông có mục đích đặc biệt
Một số mô hình l−u vực sông đ−ợc nhắc tới nh− mô hình có mục đích đặc biệt, đ−ợc tạo ra để cung cấp sự thể hiện tốt hơn dòng chảy nh− là đã so sánh các mô hình l−u vực sông chung) cho các l−u vực sông một loại hay một kiểu nhất định.
Bằng việc thiết kế mô hình cho một kiểu địa thế, địa lý hay đất sử dụng, ta có thể cung cấp chi tiết hơn trong mô hình cho các quá trình thủy văn chính của loại l−u vực đó. Cùng lúc đó, ít chi tiết hơn, có thể đ−ợc sử dụng trong việc xây dựng các mô hình các quá trình phụ, ít quan trọng hơn, trong các vùng nh−
vậy. Kết quả tổng thể sẽ là một mô hình có thể phức tạp hơn hoặc ít phức tạp hơn các mô hình chung đã đ−ợc mô tả tr−ớc đây.
Một ví dụ về mô hình l−u vực sông với mục đích đặc biệt về dòng chảy, tập trung n−ớc l−u vực trong một loạt các nghiên cứu của tr−ờng đạI học Tổng hợp bang Iowa đã đ−ợc Campbel và Johnson (1975) chứng minh. T−ơng tự có Moore và Larson (1978) mô phỏng. Trong các mô hình này, ta nhận đ−ợc sự tích trữ n−ớc tự nhiên trên bản đồ phân bố và vận chuyển hoặc cả hai hệ thống. Các mô hình này th−ờng sử dụng bản đồ nền.
Một ví dụ khác về mô hình đặc biệt đó là sự phát triển mô hình dòng chảy đô thị khác nhau. Nhìn chung, những mô hình này có khả năng ứng dụng với các vùng đô thị, do đó l−u vực sông đ−ợc phác họa trong các vùng thấm n−ớc và không thấm n−ớc. Trong một số tr−ờng hợp, dòng chảy vùng thấm n−ớc đ−ợc bỏ qua.
Trong mô hình sự quan tâm cẩn thận luôn đ−ợc đ−a ra với hệ thống cống rãnh. Điều này cũng có thể trong việc xây dựng mô hình l−u vực đô thị dựa trên cơ sở đ−ờng dẫn dòng chảy ở các khu vực không thấm n−ớc. Một số mô hình dòng chảy đô thị nổi tiếng đã đ−ợc Heeps và Mein (1974) mô tả, so sánh và thử nghiệm.
10.7.2. Một số mô hình l−u vực sông bộ phận
Một mô hình l−u vực sông từng phần (bộ phận) là mô hình trong đó chỉ thể hiện một phần của quá trình dòng chảy l−u vực. Tất cả các mô hình bộ phận đều đ−ợc chia thành 2 loại là mô hình sản l−ợng n−ớc và mô hình đ−ờng dẫn. Do mẫu này chỉ đ−ợc sử dụng để dự đoán l−u l−ợng dòng chảy, nên mô hình bao gồm chủ yếu các quá trình thời kỳ đất nh− sự thẩm thấu, nguồn dự trữ độ ẩm đất, sự bốc hơi, tuyết tan và nguồn dự trữ n−ớc ngầm.
Một ví dụ rất hay của một mô hình sản l−ợng n−ớc đã đ−ợc Haan (1976) trình bày. Mô hình thể hiện các quá trình chính của sự thẩm thấu, nguồn dự trữ n−ớc thổ nh−ỡng và sự bốc hơi nh−ng bằng một ph−ơng pháp đơn giản. Mô hình chỉ sử dụng 4 thông số tính đ−ợc bằng việc khớp nhau.
Mô hình này có thể áp dụng cho l−u vực sông không thay đổi bằng cách tính thông số đầu tiên ở các l−u vực bên cạnh đó có đặc điểm đất t−ơng tự. Với các dòng t−ơng tự, nh−ng sử dụng ph−ơng trình dòng chảy SCS, William và Laseur (1976) đã phát triển một mô hình sản l−ợng n−ớc chỉ có một thông số
khớp ph−ơng pháp thống kê cũng có hữu ích trong việc phát triển mô hình tổng l−ợng n−ớc, nh− đã đ−ợc Bonne (1971) và Najtenyi (1972) chỉ ra.
Mô hình đ−ờng dẫn đ−ợc sử dụng để xác định biểu đồ dòng chảy, đ−a ra l−u l−ợng và khoảng tời gian của dòng chảy. Việc này đ−ợc thực hiện bằng nhiều cách. Mặc dù không phải là một mô hình th−ờng đ−ợc xem xét, nh−ng biểu đồ đơn vị thực tế là một mô hình đ−ợc dẫn khái niệm và do đó, là một mô hình l−c vực sông bộ phận. Rõ ràng đây là một mô hình thông số khớp, nh−ng biểu đồ vô định đ−ợc chủ định để sử dụng nh− mô hình thông số chính xác.
Đ−ợc Sherman (1932) phát sinh, đây là một trong những mô hình thủy văn lâu đời nhất. Các mô hình đ−ờng dẫn khái niệm khác hoặc ph−ơng pháp khác đ−ợc sử dụng ví dụ nh− dòng mô hình Stanford (1966). Nhiều mô hình không sử dụng b−ớc tiếp cận trực tiếp tự nhiên hoặc thủy lực trực tiếp hơn để định h−ơng xuyên suốt hệ thống kênh, chia nó ra thành các nhánh và ứng dụng vào đ−ờng dẫn nguồn dự trữ hoặc một ph−ơng pháp dựa trên cơ sở ph−ơng trình dòng chảy không ổn định. Một ví dụ của phần sau cũng là một mô hình bộ phận là nghiên cứu của Machmeier và Larson (1968) và một nghiên cứu bởi Wei và Larson (1971) này là một mô hình dẫn chi tiết đặc biệt nh−ng l−u vực thủy văn đã đ−ợc phát triển và đ−ợc sử dụng thí nghiệm.
TàI liệu tham khảo
1 Anderson, E. A. and N. H. Crawford. 1964. The synthesis of continuous snowrnelt hydrographs on a digital computer. Stanford Univ. Dept. of Civil Eng. Tech. Report No. 36.
2 Beasicy, D. B. 1977. Answers: A mathematical model for simulating the e&cts of land use and management on water quality. Ph.D. Thesis. Purdue University.
3 Beschta, R. L. 1974. Streamflow hydrology and simulation of the Salt River Basin in central Arizona. Ph. D. Dissertation (unpublished). Pniversity of Arizona, Tueson. '
4 Bonn6, Jochanan. 1971. Stochastle simulation of.monthly streamflow by a multiple regression model utilizing precipitation data. 1. of Hydrology, Vol. 12.
5 Campbell, K. L. and H. P. Johnson. 1975. Hydrologic simulation of watersheds with artificial drainage. Water Resources Research 11(1).
6 Claborn, B. J. and W. L. Moore. 1970. Numerical simulation of watershed hydrology. University of Texas, Department of Civil Engineering. Tech. Report HYD 14-7001.
7 Crawfbrd, N. H. and R.K. Linsley. 1966. Digital simulation in hydrology: Stanford watershed model IV. Stanford Univ. Dept. of Civil Eng. Tech. Report No. 39.
8 Fierning, G. 1971. Simulation of water yield from devegetated basins. J. of Irrig. and Drainage Div. Am. Soc. Civil Engrs. 97(IR2).
9 Gupta, S. K. and S. 1. Solomon. 1977. Distributed numerical model for estimating runoff and sediment discharge of ungaged rivers. 1. The information system. Water Resources Research 13(3).
10 Haan, C. T. 1976. Evaluation of a monthly water yield model.'TRANSACTIONS of the ASAE 19(l):55-60.