NAM là từ viết tắt của cụm từ tiếng Đan Mạch Nedbor - Afstromnings Model. Mô hình này đã được Nielsen và Hansen xây dựng tại Khoa Tài nguyên nước và Thủy động lực - Trường Đại học Bách khoa Đan Mạch năm 1973.
NAM là một mô hình thủy văn nhận thức dạng bể chứa, mô hình quan niệm lưu vực (theo chiều thẳng đứng) là các bể chứa xếp chồng (xem hình 2.1). Trong đó mỗi bể chứa đặc trưng cho một môi trường có chứa các yếu tố gây ảnh hưởng đến quá trình hình thành dòng chảy trên lưu vực. Các bể chứa được liên kết với nhau bằng các biểu thức toán học. Qua đó sự hình thành dòng chảy trên lưu vực được mô tả gần giống với hiện tượng thực tế.
Điểm khác biệt lớn nhất của mô hình MIKE NAM và mô hình NAM truyền thống là mô hình MIKE NAM đã được mô tả thêm Module khai thác nước ngầm. Trong thực tế, việc khai thác nước ngầm cũng phải được xem như một chu trình Thủy văn nhỏ (Khai thác - Sử dụng - Nước thải).
Mô hình MIKE NAM có tổng cộng 19 thông số, với điều kiện Việt Nam có thể bỏ các thông số trong bể chứa tuyết (4 thông số), còn lại 15 thông số, nhưng có 5 thông số luôn cố định còn 10 thông số cần phải tính, trong đó 9 thông số dưới đây cho phép thẩm định tự động, đó là:
+ Hàm lượng nước tối đa trong trữ lượng bề mặt Umax + Hàm lượng độ ẩm của đất trong tầng đáy Lmax
+ Hệ số dòng chảy tràn mặt đất CQOF
+ Hệ số tiêu dòng chảy sát mặt CQIF
+ Giá trị ngưỡng đối với dòng chảy mặt đất TOF
+ Giá trị ngưỡng đối với dòng chảy sát mặt đất TIF + Giá trị ngưỡng đối với bổ cập nước ngầm TG + Hằng số thời gian đối với dòng chảy hội lưu và dòng chảy tràn CK1,2
+ Hằng số thời gian dòng chảy cơ bản CKBF
Hầu hết các thông số của mô hình NAM mang tính chất kinh nghiệm, kết quả mô phỏng phải được thông qua kiểm định đảm bảo: cân bằng về lượng;
khớp biểu đồ thủy văn về dòng chảy mặt và dòng chảy đỉnh.
Sau khi được kiểm định đạt kết quả tốt có thể sử dụng các thông số để kéo dài liệt dữ liệu.
Do mô hình NAM được kết nối với mô hình MIKE BASIN nên có thể chạy trực tiếp mô hình NAM trong MIKE BASIN hoặc chạy độc lập.
Rain P
Umax U
Ep
Ea
Lmax L
Overland flow
Interflow
QF IF PN
SURFACE STORAGE
LOWER ZONE STORAGE
GROUNDWATER STORAGE DL
G
BFu
CKBF BF
BASEFLOW GWL
GWLBF0 QIF
QOF
CK1 CK2
CAFLUX
GWPUMP
Hình 2.1. Sơ đồ cấu trúc mô hình NAM
2.1.2. Giới thiệu mô hình MIKE BASIN
MIKE BASIN là một phần mềm chuyên dụng để xây dựng và quản lý lưu vực. Với các Module có tính năng tính toán khác nhau, MIKE BASIN có thể mô tả một cách khái quát các đối tượng có ảnh hưởng đến nguồn tài nguyên nước của lưu vực như: không gian lưu vực, các trạm Khí tượng - Thủy văn, các khu tưới, khu tiêu, khu dân cư sử dụng nước, các công trình Thủy lợi ..vv.. Với công cụ phần mềm cùng các kỹ năng tính toán, người sử dụng có thể quy hoạch và quản lý một lưu vực sông khá dễ dàng và đạt hiệu quả cao.
Phần mềm MIKE BASIN do Viện Thuỷ lợi Đan Mạch (DHI) xây dựng, nó là một mô hình toán học thể hiện lưu vực sông bao gồm sông chính và sông nhánh, các yếu tố thuỷ văn theo không gian và thời gian, hệ thống sử dụng nước, nước ngầm và quá trình diễn biến của nước ngầm. Modul Mike Basin WQ cho phép mô phỏng chất lượng nước.
MIKE BASIN được xây dựng theo kiểu mô hình mạng lưới trong đó sông và các nhánh sông chính được hiển thị bằng một mạng lưới các nhánh và nút. Nhánh sông biểu diễn cho các dòng chảy riêng lẻ trong khi đó các nút biểu diễn các điểm tụ hội của sông, điểm chuyển dòng hoặc là vị trí mà ở đó có diễn ra các hoạt động liên quan đến nước hay những vị trí quan trọng mà kết quả mô hình yêu cầu.
Cơ sở toán học trong mô hình Mike Basin là tìm lời giải ổn định cho mỗi bước thời gian trên toàn hệ thống mạng lưới. Ưu điểm của Mike Basin là tốc độ tính toán rất nhanh, do đó có thể tính toán với nhiều kịch bản khác nhau để có được kết quả tối ưu nhất.
Mike Basin chạy trên nền của phần mềm ArcView, điều này rất thuận lợi cho việc phân tích, truy vấn dữ liệu, việc thiết lập mạng lưới được thực
hiện trực tiếp trên màn hình máy tính, các kết quả đầu ra cũng được hiển thị dưới dạng thông tin GIS.
Nhập dữ liệu chủ yếu của mô hình bao gồm liệt dữ liệu khí tượng thuỷ văn, đặc tính hồ chứa và các nguyên tắc vận hành, nhu cầu sử dụng nước và thông tin về dòng hồi quy.
Trước khi xây dựng mô hình cần xác định một sơ đồ phù hợp và các đặc trưng có liên quan. Đánh giá tài nguyên nước của một lưu vực sông phải đưa vào hàng loạt các nhu cầu riêng biệt, việc này thường đòi hỏi tốn rất nhiều công sức. Do đó trong quá trình xây dựng mô hình cần dựa vào mục tiêu của bài toán, khả năng của sự kiện và số liệu cần có để mô hình có tính linh hoạt đồng thời phản ánh được các điều kiện tự nhiên tổng quát. Có thể áp dụng các hình thức kết hợp sau khi lập sơ đồ:
- Kết hợp các sông nhỏ vào một nhánh duy nhất với một điểm lấy nước.
- Kết hợp các diện tích tưới nhỏ vào một hệ thống tưới duy nhất với một điểm lấy nước.
- Kết hợp cấp nước thành phố và cấp nước công nghiệp làm một.
Việc lập sơ đồ cần biểu diễn các hoạt động phát triển ở các mức độ chi tiết mong muốn, đồng thời kết hợp các nhu cầu nước giống nhau. Sơ đồ lưu vực thường có dạng như mô tả ở hình 2.2.
Mô hình Mike Basin rất linh hoạt trong xác định bước thời gian, có thể là ngày hoặc tháng. Tuy nhiên lựa chọn bước thời gian tuỳ thuộc vào dữ kiện hiện có và xuất liệu yêu cầu. Đối với những mô hình lớn thời gian tính toán và bộ nhớ sẽ tăng đáng kể khi giảm bước thời gian.
Hình 2.2. Sơ đồ lưu vực trong mô hình Mike Basin
Kết quả của mô phỏng cho biết thông tin về mức độ thừa, thiếu nước, hoạt động của các hồ chứa, lượng nước sử dụng của các hộ dùng nước, lượng điện sản xuất. Liệt dòng chảy tháng cho phép đánh giá ảnh hưởng tổng hợp của các công trình cũng như các khu tưới đối với dòng chảy trên sông.
Ngoài việc thể hiện kết quả dưới dạng bảng mô hình còn cho phép xem kết quả dưới dạng hình hoạt, cho phép thấy được một cách tổng quát quá trình mô phỏng dòng chảy cho toàn lưu vực.
2.2 Mễ PHỎNG BÀI TOÁN MƯA – DềNG CHẢY MẶT