3. Mục tiêu, nội dung và phương pháp nghiên cứu
1.3 Điều kiện kinh tế xã hội trên lưu vực
Lưu vực có trên 10 dân tộc nhưng đáng kể là người Kinh, Stiêng, Nùng, Tày, Khơ
Me, trong đó người Kinh chiếm 83,1 %, còn lại 16,9% là dân tộc thiểu số.
Theo số liệu thống kê đến cuối năm 2006, dân số toàn khu vực là 140.800 người
Bảng 1.6 Hiện trạng dân số vùng nghiên cứu[13][14]
Tên huyện Tỉnh Dân số 2006 (người)
Thành thị Nông thôn Tổng
Đồng Phú Bình Phước 1 11 12
Phước Long Bình Phước 3,986 31,217 35,203
Bù Đăng Bình Phước 4,962 77,441 82,404
Tuy Đức Đăk Nông - 15,286 15,286
1.3.2 Tình hình kinh tế trong khu vực
Nông nghiệp là ngành kinh tếđặc biệt quan trọng, chiếm vị trí số một trong tổng thể
kinh tế - xã hội của lưu vực với một số lý do sau:
- Về sử dụng tài nguyên: Nông nghiệp là ngành có tỷ lệ sử dụng các tài nguyên cao nhất (quỹ đất dành cho sản xuất nông – lâm nghiệp chiếm đến 89,8%, và nguồn nhân lực:83,74%;
- Về kinh tế: Để duy trì tốc độ GDP bình quân giai đoạn 1997 -2006 đạt: 11,2% có vai trò đóng góp đặc biệt quan trọng của ngành nông lâm nghiệp chiếm tỷ trọng 60,6% GDP và tăng trưởng GDP bình quân 10,8% /năm. Kinh tế khu vực nông lâm nghiệp phát triển ổn định có ý nghĩa quyết định tăng trưởng kinh tế, ổn định đời sống, gìn giữ ổn định xã hội và đảm bảo tốt an ninh trật tự.
Bảng 1.7 Phân bố diện tích đất trong khu vực nghiên cứu[13][14]
Tên huyện Tỉnh Diện tích 2006(ha)
Tự nhiên Nông nghiệp Lâm nghiệp Loại khác
Đồng Phú Bình Phước 15 7 7 1 Phước Long Bình Phước 35,306 15,099 16,912 3,294 Bù Đăng Bình Phước 102,086 35,853 65,167 1,065 Tuy Đức Đăk Nông 74,466 16,562 51,032 6,871
Đăk RLấp Đăk Nông 7,361 4,965 1,866 530 Đất giành cho ngành lâm nghiệp rất lớn, nhưng diện tích đất có rừng không nhiều: Theo số liệu kiểm kê năm 2006, đất lâm nghiệp có 135.000 ha, chiếm 51,1% diện tích tự nhiên toàn lưu vực. Trong đất rừng, rừng gỗ còn rất ít, phần nhiều là rừng tre nứa, rừng hỗn giao, rừng trồng và còn một diện tích khá lớn là đất đồi núi trọc.
1.3.3 Phương hướng phát triển kinh tế xã hội theo các giai đoạn phát triển
Nông nghiệp: Mục tiêu phát triển nông nghiệp tỉnh Bình Phước từ nay đến năm 2010 là xây dựng nền nông nghiệp tăng trưởng liên tục và bền vững, tạo ra sản
chuẩn kỹ thuật phục vụ công nghiệp chế biến, đáp ứng tốt yêu cầu thị trường mang lại giá trị sản lượng, lợi nhuận và thu nhập cao, ổn định trên một đơn vị diện tích, cũng như một đơn vị sản phẩm.
Công nghiệp: Phương hướng phát triển công nghiệp tỉnh Bình Phước từ nay đến năm 2010 và xa hơn nữa là tập trung đầu tư xây dựng cơ sở hạ tầng, nhanh chóng hình thành một số khu, cụm, điểm công nghiệp về khai thác khoáng sản, sản xuất vật liệu xây dựng và qui mô lớn, đặc biệt là công nghiệp chế biến nông lâm sản. Ngoài ra, chú trọng phát triển mạnh các cơ sở tiểu thủ công nghiệp, công nghiệp sơ
chế, bảo quản sản phẩm qui hoạch… đưa tỉ trọng kinh tế công nghiệp lên 16% vào năm 2010
Bảng 1.8 Quy hoạch sử dụng đất trong khu vực nghiên cứu
Tên huyện Tỉnh Diện tích 2010 (ha)
Tự nhiên Nông nghiệp Lâm nghiệp Loại khác
Đồng Phú Bình Phước 15 9 4 1 Phước Long Bình Phước 35,306 20,348 10,405 4,553 Bù Đăng Bình Phước 102,086 48,317 41,403 12,366 Tuy Đức Đăk Nông 74,466 14,858 52,579 7,029
CHƯƠNG 2
MÔ HÌNH THỦY VĂN
2.1 Tổng quan về mô hình thủy văn
Thủy văn là một quá trình tự nhiên và phức tạp, chịu tác động của rất nhiều yếu tố. thủy văn học là khoa học nghiên cứu về nước trên trái đất, cũng giống như nhiều ngành khoa học tự nhiên khác, quá trình nghiên cứu, phát triển của nó thường trải qua các giai đoạn:
- Quan sát hiện tượng, mô tả, ghi chép thời điểm xuất hiện;
- Thực nghiệm: lặp những điều đã xãy ra trong tự nhiên với quy mô thu nhỏ;
- Giải thích hiện tượng, phân tích rút ra quy luật. kiểm tra mức độ phù hợp của quy luật với điều kiện thực tế, ứng dụng lợi ích của con người.
Việc lặp lại các hiện tượng thủy văn trong phòng thí nghiệm có thể thực hiện bằng các mô hình vật lý (như: dụng cụ Lizimer đo bốc hơi và thấm, mô hình mưa nhân tạo và bãi dòng chảy để nghiên cứu sự hình thành dòng chảy, xói mòn bề mặt…) song chi phí cho xây dựng mô hình vật lý rất tốn kém. Các mô hình vật lý thường chỉ phù hợp với không gian không quá lớn, ví dụ công trình đầu mối của một hệ
thống thủy lợi, một đập tràn hoặc một cống ngầm, một đoạn sông… khi không gian mở rộng hơn tới một vài hồ chứa, một vài trạm bơm hoặc môt hệ thống thủy nông… thì chi phí cho một mô hình vật lý tăng lên rất nhiều. Cách giải quyết đầu tiên là chọn tỷ lệ thu nhỏ, cách giải quyết thứ hai là chọn tỷ lệ biến dạng. Cả hai cách này đều làm giảm mức độ chính xác kết quả tính toán. Ví dụ nghiên cứu hiện tượng nước lũ tràn qua đồng bằng Sông Cửu Long, diện tích ngập lụt lên tới 5 vạn km2, chiều dài sông chính tới 433 km chiều rộng từ 400 m tới 2000 m, chiều sâu ngập nước có nơi lên tới 45 m nhưng có nơi không tới 0,5 m, rõ ràng không thể xây
m/s trong sông và 0,05 m/s tràn qua đồng bằng. Chưa kể khi thu nhỏ mô hình, làm giảm tốc độ dòng chảy sẽ chuyển chếđộ chảy rối trong thực tế thành chảy tầng trên mô hình làm sai lạc hẳn kết quả tính toán.
Xuất phát từ những khó khăn đó việc sử dụng mô hình toán là cách lựa chọn có độ
chính xác cao. Hiện nay, mô hình toán thủy văn đang phát triểu rất nhanh chóng vì có các ưu điểm sau:
- Phạm vi ứng dụng rộng rãi, đa dạng với rất nhiều dạng mô hình. Mô hình toán rất phù hợp với không gian nghiên cứu rộng lớn như quy hoạch thoát lũ
cho lưu vực sông, hệ thống sông, điều hành hệ thống công trình thủy lợi, quản lý khai thác nguồn nước lưu vực sông…;
- Ứng dụng mô hình toán trong thủy văn giá thành rẻ hơn và cho kết quả nhanh hơn mô hình vật lý;
- Việc thay đổi phương án trong mô hình toán thực hiện rất nhanh.
Mô hình toán thủy văn theo nghĩa rộng là cách mô tả các hiện tượng thủy văn bằng các biểu thức toán học. Có rất nhiều loại mô hình toán khác nhau: loại mô tả sự hình thành dòng chảy trong sông, loại mô tả số lượng nước mặt, loại mô tả số lượng nước ngầm, loại mô tả hàm lượng bùn cát, loại mô tả chất lượng nước, loại mô phỏng cách quản lý lưu vực…
2.2 Phân loại mô hình thủy văn
Có nhiều cách phân loại mô hình tùy theo quan điểm và ý tưởng của người phân loại. Một trong các cách phân loại là dựa trên cơ sở xem xét sự phân bố của các biến vào và ra hệ thống trong không gian, thời gian. Mô hình toán thủy văn là mô hình miêu tả hệ thống dưới dạng toán học. Sự vận hành của hệ thống được mô tả bằng một hệ phương trình liên kết giữa các biến vào, ra của hệ thống. Các biến này có thẻ
là hàm của thời gian và không gian và cũng có thể là các biến ngẫu nhiên, không lấy giá trị xác định tại một điểm riêng biệt trong không gian, thời gian mà được mô tả
ngẫu nhiên, một vùng của không gian – thời gian, trong đó các biến tại những điểm khác nhau trong trường được xác định bởi phân bố xác suất.
Xây dựng mô hình với các biến ngẫu nhiên phụ thuộc cả vào thời gian và không gian 3 chiều, đòi hỏi một khối lượng công việc khổng lồ. Vì thế trong thực hành người ta xây dựng các mô hình giản hóa bằng cách bỏ qua một số nguồn biến đổi. các mô hình thủy văn có thể phân loại theo các đường lối giản hóa được áp dụng.
Đối với một mô hình, người ta xem xét 3 quyết định cơ bản sau[7][11]:
- Các biển trong mô hình có là ngẫu nhiên không?
- Chúng biến đổi theo không gian như thế nào?
- Chúng biến đổi theo thời gian ra sao?
Ờ mức tổng quát có thể chia thành mô hình tất định và mô hình ngẫu nhiên. Trong mô hình tất định không xét đến tính ngẫu nhiên còn trong mô hình ngẫu nhiên, sản phẩm đầu ra ít nhiều mang đặc tính ngẫu nhiên. Sau đây chúng ta phân tích chi tiết hơn từng loại mô hình.
2.2.1 Mô hình tất định (Deterministic model)
Trong mô hình này người ta không xét đến tính ngẫu nhiên, các biến vào ra không mang tính ngẫu nhiên, không mang một phân bố xác suất nào cả. Các đầu vào như
nhau đi qua hệ thống sẽ cho ta cùng một sản phẩm đầu ra. VenteChow (1964) có nêu định nghĩa “Nếu các cơ hội xảy ra của các biến của các biến của quá trình thủy văn được bỏ qua trong mô hình toán, mô hình coi như tuân theo quy luật tất định và có thể gọi đó là mô hình tất định”[7]. Mặc dù các hiện tượng thủy văn đều ít nhiều mang tính ngẫu nhiên, nhưng đôi khi mức độ biến đổi ngẫu nhiên của đầu ra có thể
rất nhỏ so với sự biến đổi gây ra bởi các nhân tố đã biết. trong trường hợp đó sử
dụng mô hình tất định là thích hợp.
Về ý nghĩa khái niệm tất định như trên biểu thị mối quan hệ nhân quả của mô hình toán thủy văn. Việc mô tả hệ thống thủy văn thực hiện theo mô hình tất định gọi là mô phỏng tất định (deterministic simulation) hệ thủy văn. Thông qua mô phỏng các
các mô hình toán thủy văn có khả năng dần dần thể hiện và tiếp cận hệ thống, biểu
đạt gần đúng quy luật của hệ thống. Trong mô hình, hệ thống thủy văn luôn được coi là hệ thống kín, các biến vào ra thực tế là các quá trình biến đổi theo thời gian và có thểđo đạc được. Sử dụng mô hình có thể tính toán các quá trình ra (biến ra) theo các giá trịđo đạc được của quá trình vào (biến vào).
Những mô hình toán thủy văn tất định trong thực tế thường dùng để mô phỏng quá trình hình thành dòng chảy trên lưu vực, quá trình vận động nước trong sông. Nó cho khả năng xem xét, đánh giá được những phản ứng của hệ thống khi cấu trúc bên trong thay đổi. thí dụ như khi xây dựng các hồ chứa điều tiết hay trồng rừng, phá rừng thượng nguồn.
2.2.2 Mô hình ngẫu nhiên (Stochastic model)
Trong mô hình ngẫu nhiên các kết quảđầu ra luôn mang tính ngẫu nhiên tức là luôn tuân theo một quy luật xác suất nào đấy. Ta có thể nói mô hình tất định thực hiện một “dự báo” (forecast)[7], còn mô hình ngẫu nhiên thực hiện một “dự đoán” (prediction). Nếu tính biến đổi ngẫu nhiên của đầu ra lớn thì kết quả đầu ra có thể
rất khác biệt với giá trị đơn nhất tính toán theo mô hình tất định. Ví dụ ta có thể xây dựng các mô hình tất định với chất lượng tốt tại một điểm cho trước bằng các số
liệu về cung cấp năng lượng và vận chuyển hơi nước, nhưng cũng với số liệu này ta không thể xây dựng được mô hình tin cậy về lượng mưa ngày càng lớn. Vì vậy hầu hết các mô hình mưa ngày đều là ngẫu nhiên.
Thực sự các quá trình thủy văn, trong đó có dòng chảy là một hiện tượng ngẫu nhiên dưới tác động của nhiều nhân tố. Từng nhân tốđến lượt mình lại là hàm của rất nhiều nhân tố khác mà quy luật của nó, con người chưa thể nào mà tả đầy đủ được. Cuối cùng các quá trình thủy văn lại là sự tổ hợp của vô vàn các mối quan hệ
phức tạp, biểu hiện là một hiện tượng ngẫu nhiên và được mô tả bằng một mô hình ngẫu nhiên. Với quan điểm cho rằng dòng chảy là một quá trình ngẫu nhiên, trong cấu trúc mô hình ngẫu nhiên không hề có các nhân tố hình thành dòng chảy và nguyên liệu để xây dựng mô hình chính là bản thân số liệu chuỗi dòng chảy trong quá khứ. Vì vậy chuỗi số liệu phải đủ dài để bộc lộ hết đặc tính của nó. Lớp này
không quan tâm đến các nhân tố tác động đến quá trình thủy văn mà chỉ xem xét khả năng diễn biến của bản thân quá trình đó, và chủ yếu là sản sinh ra những thể
hiện mới đầy đủ hơn của một quá trình ngẫu nhiên. Ngày nay lĩnh vực này tách ra thành một chuyên ngành riêng dưới tên gọi là “thủy văn ngẫu nhiên”.
Trong thời gian gần đây người ta xem xét đưa vào các mô hình tất định các thành phần ngẫu nhiên và hình thành lớp mô hình tất định – ngẫu nhiên. Việc đưa tính ngẫu nhiên vào mô hình tất định diễn ra theo 3 hướng sau:
- Xét sai số tình toán như một quá trình ngẫu nhiên và trở thành một thành phần trong mô hình;
- Sử dụng các mô tả xác suất cho các hàm vào;
- Xét quy luật phân bố không gian của các tác động khí tượng – thủy văn dưới dạng hàm phân bố xác suất.
Ví tính phức tạp của vấn đề, lớp mô hình này chỉở giai đoạn đầu nghiên cứu
2.3 Tiêu chuẩn lựa chọn mô hình
Hiện nay, có rất nhiều dạng mô hình toán trong lĩnh vực thủy văn, việc ứng dụng mô hình này hay mô hình kia phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau. Để chọn mô hình ứng dụng cho vùng nghiên cứu ta có thể dựa vào các cơ sở sau:
- Dựa vào nhiệm vụ của bài toán đặt ra;
- Dựa vào cơ sở tài liệu của đối tượng nghiên cứu;
- Dựa vào đặc điểm địa hình, địa chất khu vực nghiên cứu;
- Dựa vào kinh nghiệm của người sử dụng mô hình.
Có đề xuất các tiêu chí sử dụng để lựa chọn giữa các mô hình thay thế trong vấn đề
cấu trúc mô hình và đầu vào/đầu ra như sau[27]:
- Khái niệm của quy trình chính: mô hình phải phản ánh đúng chất “ý tưởng” về các tiến trình chính, tức là chúng phải thể hiện có cơ sở, lý thuyết cơ bản của các quá trình thay vì liên kết những kinh nghiệm đơn giản.
thống kê lỗi được biết và tính không chắc chắn mô hình được định lượng rõ rang. Mô hình với hệ số thặng dư tối thiểu (BIAS) và phương sai lỗi sẽ được xem xét kỹ. Điều này có nghĩa cấu trúc mô hình có chất lượng cũng như dữ
liệu đầu vào chính xác.
- Tính đơn giản của mô hình: đây là số của các biến và các thông số phải được
ước tính cho một mô tả hoàn toàn của các quá trình và các đầu vào mô hình có thể thu được dễ dàng, hiều các tham số và đầu ra có thể thu được dễ dàng, hiểu các tham số và đầu ra có thểđược giải thích.
- Tính nhất quán của các thông số ước tính: đây là một yếu tố quan trọng cần xem xét trong việc phát triển mô hình khái niệm bằng cách sử dụng các thông số được ước tính bằng các kỹ thuật tối ưu hóa. Nếu các giá trị tối ưu của các tham số nhạy cảm với chuổi thời gian được sử dụng, hoặc nếu khác nhau giữa các lưu vực tương tự, mô hình có khả năng là ít đáng tin cậy. Tính nhất quán của các thông sốước tính cũng ngụ ý rằng người sử dụng mô hình khác nhau nên có giá trị nhất quán của các thông số, trên thực tế hoặc hiệu chuẩn các bài tập.
- Độ nhạy của các kết quảđể thay đổi trong giá trị tham số: các mô hình không nên nhạy cảm cao với những biến sốđầu ra là khó đo lường.