MôăhìnhăNAMădoăKhoaăTƠiăNguyênăn c và Th y l i thu căTr ngăĐ i h c Kỹ thu tăĐanăM ch xây d ngănĕmă1982.ăMôăhìnhăđ c sử d ng nhi u vùng khí h uăkhácănhauănh ăSrilanca,ăTháiăLan,ă năĐ , vv... và Việt Nam. Mô hình NAM xử lý m i l uăv cănh ăm tăđ năv riêng lẻ.ăDoăđó,ăcácăthôngăs và các bi n s c aămôăhìnhăđ cătrungăbìnhăhóaătrênătoƠnăl uăv c.
Hiện nay trong mô hình th yăđ ng l c MIKE 11 (do Viện Th y l căĐanăM ch - DHI xây d ng),ămôăhìnhăNAMăđưăđ c tích h pănh ălƠăm tămôđunătính quá trình dòng ch y từm a,ăcoiănh ămôăhìnhăMIKEă- NAM.
Mô hình NAM là mô hình thuỷvĕnămôăph ngăquáătrìnhăm aă- dòng ch y diễn ra trênăl uăv c. Là m t mô hình toán th yăvĕn,ămôăhìnhăNAMăbaoăg m m t t p h p các biểu th c toán h căđ năgi năđể mô ph ng các quá trình trong chu trình thuỷvĕn.ăMôăhìnhăNAMălƠămôăhìnhănh n th c, t tăđnh, thông s t pătrung.ăĐơyă là m tămôđunătínhădòngăch y từ m aătrongăb ph n m măth ngăm i MIKE 11 do Viện Th y l căĐanăM ch xây d ng và phát triển.ăĐ c gi i thiệu chi ti t m c ti p theo:
NAM = Giáng th y ậ Dòng ch y mặt ậ Mô hình 2.2.1. Các điều kiện ban đầu:
Cácăđi u kiệnăbanăđ u mô hình NAM bao g măhƠmăl ngăn căbanăđ u trong tr l ng b mặt và tr l ng t ngăđáy,ăcùngăv i các giá tr banăđ u c a dòng ch y tràn, dòng h i l uăvƠădòngăch yăc ăb n.
N uăxácăđ nhăđ c m t ô ch aăn c ng m th păh n,ădòngăch yăc ăb năbanăđ u từ c hai ô ch aăphíaătrênăvƠăphíaăd i th păh năc n ph iăđ căxácăđ nh. N u bao g m mô-đunătuy t, giá tr banăđ u c a tr l ng tuy t c n ph iăđ c tính.
N u mô ph ng bắtăđ u vào cu iămùaăkhô,ăthôngăth ng việcăđặt các giá tr ban đ u bằngăkhôngălƠăđ , trừ hƠmăl ngăn c trong t ngăđáyăvƠădòngăch yăc ăb n.
HƠmă l ng trong t ngăđáyă ph iăđ t kho ng 10- 30% dung tích ch a và dòng ch yăc ăb n ph iăđ c cho giá tr g n v i dòng ch yăquanăsátăđ c.
Tĕngăc ngă căđ nhăcácăđi u kiệnăbanăđ u có thể cóăđ c từ mô ph ngătr c đơyăchoănhi uănĕmăbằng cách ghi l iăcácăhƠmăl ngăđ ẩm thích h p c a t ng đáyăvƠădòngăch yăc ăb n cùng m t kho ng th iăgianătrongănĕmăkhiăbắtăđ u mô ph ng m i.
C uă trúcă môă hìnhă NAMă đ c xây d ng trên nguyên tắc x p 5 bể ch a theo chi u thẳngăđ ng và 2 bể ch a tuy n tính nằm ngang (hình 2.3).
Hình 2. 4: C u trúc c a mô hình NAM [13]
2.2.1.1. Bể tuyết tan:
Giáng th y s đ c gi l i trong bể tuy t khi nhiệtăđ 0oC, còn n u nhiệtăđ l n h nă0oC thì nó s chuyển xu ng bể ch a mặt:
) 2 . 2 0 (
0
0
=
TEMP khi
TEMP khi
TEMP CSNOW
Qmelt
Trongăđó:ăCSNOWă=ă2ămm/ngƠy/KălƠăhệ s tuy t tan trong ngày.
Bể ch a tuy tătaăđ c kiểm soát bằngăcácăđi u kiện nhiệtăđ .ăĐ i v iăđi u kiện khí h u nhiệtăđ i ViệtăNam,ăkhôngăxétăđ n bể ch a này.
2.2.1.2. Bể chứa mặt:
L ng ẩm tr trên b mặt c a th c v t,ăcũngănh ăl ngăn căđi nătrũngătrênăb mặtăl uăv căđ căđặcătr ngăb iăl ngăn c tr b mặt. Umax đặcătr ngăchoăgi i h n tr n c t iăđaăc a bể này.
L ngăn c U trong bể ch a mặt s gi m d n do b căh i,ădoăth t thoát theo ph ngănằm ngang (dòng ch y sát mặt).ăKhiăl ngăn cănƠyăv tăquáăng ỡng Umax thì m t ph n c aăl ngăn căv tăng ỡng, PN này s ch y vào su iăd i d ng dòng ch y tràn b mặt, ph n còn l i s th m xu ng b mặt và bể ng m.
2.2.1.3. Bể sát mặt (bể tầng rễ cây)
Bể này thu c ph n rễ cây, là l păđ t mà th c v t có thể hútăn căđể thoát ẩm.
Lmaxđặcătr ngăchoăl ng ẩm t iăđaămƠăbể này có thể ch a.
L ng ẩm c a bể ch aănƠyăđ căđặcătr ngăbằngăđ iăl ng L. L ph thu c vào l ng t n th tăthoátăh iăc a th c v t.ăL ng ẩmănƠyăcũngă nhăh ngăđ năl ng n c s điăxu ng bể ch a ng măđể b sungăn c ng m.
2.2.1.4. Bốc thoát hơi nước:
Nhu c u b căthoátăh iăđ uătiênăđ c tho mãn từ l ng tr b mặt v i t căđ ti mănĕngăc a bể ch a mặt. N uăl ng ẩmăUătrongăl ng tr b mặt nh h nă yêu c u này, thì nó s l y ẩm từ t ng rễ cây theo t căđ Ea. Ea t ngă ng v i l ng b căh iăti mănĕngăEp và bi năđ i tuy n tính theo quan hệ l ng tr ẩm trongăđ t, L/Lmax, c aăl ng tr ẩm t ng th p. Ea =EpL/ Lmax
2.2.1.5. Dòng chảy mặt:
Khi bể ch a mặtăđưătrƠnăn c,ăUă≥ăUmax,ăthìăl ngăn c thừa PN s hình thành dòng ch y mặt và th m xu ngăd i. QOF là m t ph n c a PN tham gia hình thành dòng ch y mặt, t lệ thu n v i PN vƠăthayăđ i tuy n tính v iăl ng ẩm t ngăđ i, L/Lmax, c a t ng rễ cây.
) 3 . 2 ( /
0
1 / /
max max max
− −
=
TOF L
L khi
TOF L
L khi TOF P
TOF L
CQOF L
QOF N
Trongăđó:ăă CQOF - hệ s dòng ch y mặtă(0ă≤ăCQOFă≤ă1);
TOF - ng ỡng c a dòng ch y mặtă(0ă≤ăTOFă≤ă1).
Ph n còn l i PN s th m xu ng t ngăd i. M t ph n DL c a ph năn c th m xu ng này, (PN-QOF), s lƠmătĕngăl ng ẩm L c a bể ch a t ng rễ cây. Ph n còn l i s thẩm th u xu ng t ngăsơuăh năđể b sung cho bể ch a t ng ng m.
2.2.1.6. Dòng chảy sát mặt:
Dòng ch y sát mặt QIFăđ c gi thi t t lệ thu n v i U và bi năđ i tuy n tính v iăđ ẩmăt ngăđ i c a bể ch a t ng rễ cây:
( ) (2.4)
/ 0
1 / /
max max 1 max
− −
= −
TIF L
L khi
TIF L
L khi TIF U
TIF L
CKIF L QIF
Trongăđó:ă CKIF - là hằng s th i gian dòng ch y sát mặt;
TIF - là giá tr ng ỡng c a dòng sát mặtă(0ă≤ăTIFă≤ă1).
2.2.1.7. Bổ sung dòng chảy ngầm:
L ngăn c th m G, b sung cho bể ch a ng m ph thu căvƠoăđ ẩm c aăđ t t ng rễ cây:
( ) (2.5)
/ 0
1 / /
max max max
− −
= −
TG L
L khi
TG L
L TG khi
TG L
QOF L
G PN
Trongăđó:ăTGă- là giá tr ng ỡng c aăl ngăn c b sung cho t ng ng mă(0ă≤ă TGă≤ă1).
2.2.1.8. Lượng ẩm của đất:
Bể ch a t ng sát mặt biểu th l ngăn c có trong t ng rễ cơy.ăL ngăm aăhiệu qu sau khi trừđiăl ngăn c t ng ch y mặt,ăl ngăn c b sung cho t ng ng m s b sungăvƠălƠmătĕngăđ ẩm c aăđ t t ng rễ cây L bằng m tăl ng DL:
G QOF P
DL= N− − (2.6)
2.2.1.9. Diễn toán dòng chảy mặt và dòng chảy sát mặt:
Dòng sát mặtăđ c diễn toán qua chu i hai h ch a tuy n tính v i cùng m t hằng s th i gian CK12. Quá trình dòng ch y mặtăcũngăd a trên khái niệm bể ch a tuy nătínhănh ngăv i giá tr th i gian bi năđ i.
) 7 . 2 / (
/
min max
min 12
min max
12
= −
OF L
L OF khi
CK OF
OF L
L khi CK
CK Trongă đó:ă
OF là dòng ch y mặt (mm/h);
OFmin là gi i h n trên c a quá trình dòng ch y (OFmin= 0,4 mm/h);
Hằng s βă=ă0,4ăt ngă ng v i việc sử d ng công th căManningăđể mô ph ng dòng ch y mặt. Công th c trên, thể hiện rõ quá trìnhăđ ng l c c a dòng ch y mặt.ăTrongăkhiăđóătheoăNam,ădòngăch y mặt và dòng ch yătrƠnăđ c diễn toán nh ăm t bể ch a tuy n tính.
Hằng s th i gian c a quá trình dòng ch y mặt và sát mặtăđ c tính bằngăđ năv gi . Nó xácăđ nh hình d ngăvƠăđ nh c a quá trình th yăvĕn.ăCácăgiáătr đó ph thu c vào kíchăth c c aăl uăv căvƠăc ngăđ m a.ăHằng s này có thể đ c xácăđnh từ việc kiểmăđ nh th i gian xu t hiệnăđ nh c a quá trình. N uăđ nh quá trìnhăđ n quá ch m hoặc quá trễ thì có thể tĕng,ăgi măđể hiệu ch nh mô ph ng.
Công thức diễn toán dòng chảy mặt và dòng chảy sát mặt:
) 8 . 2 ( .
) 1
(
. )
1 (
/ 1 /
12 / 1 12
/
+
−
=
+
−
=
− −
−
− −
−
CK t i CK
t
CK t i CK
t
e OF e
QOF OF
e OF e
QOF OF
) 9 . 2 ( .
) 1
( e t/CK12 IFfi 1e t/CK QIF
IFf = − − + − −
2.2.1.10. Diễn toán dòng chảy ngầm
Dòng ch y ng măđ c diễn toán thông qua m t bể ch a tuy n tính v i hằng s th i gian CKBF:
) 10 . 2 ( .
) 1
( e t/CKBF BFi 1e t/CKBF G
BF = − − + − −
2.2.1.11. Bể chứa ngầm
L ng c păn c ng măđ c chia ra thành 2 bể ch a: bể ch aăn c ng m t ng trên và bể ch aăn c ng m t ngăd i. Ho t đ ng c a hai bể ch aănƠyănh ăcácă h ch a tuy n tính v i các hằng s th iăgianăkhácănhau.ăN c trong hai bể ch a này s t o thành dòng ch y ng m.
Dòng ch y tràn và dòng ch y sát mặtăđ c diễn toán qua m t h ch a tuy n tính th nh t.ăSauăđó,ăt t c các thành ph n dòng ch yăđ c c ng l i và diễn toán qua m t h ch a tuy n tính th hai, cu iăcùngăđ c dòng ch y t ng c ng t i cửa ra.
Các yêu c uăđ uăvƠoăc ăb năđ i v i mô hình NAM bao g m: các tham s mô hình,ăcácăđi u kiệnăbanăđ u, các s liệuăkhíăt ngă(m a,ăb căh i)ăcùngăcácăs liệu dòng ch yăsôngăđể hiệu ch nh và kiểm nghiệm mô hình.
Hình 2. 5: Chu trình th y văn [ ] a) Điều kiện ban đầu của mô hình
U - l ngăn căbanăđ u trong bể ch a mặt (mm).
L - l ngăn căbanăđ u trong bể ch a t ngăd i (mm).
QOF - c ng su t dòng ch y mặt sau khi diễn toán qua bể ch a tuy n tính (mm/h).
QIF - c ng su t dòng ch y sát mặt khi qua bể ch a tuy n tính (mm/h).
BF - c ng su t dòng ch y ng m (mm/h).
b) Hiệu chỉnh thông số mô hình:
Hiệu ch nh thông s mô hình nhằmăxácăđ nh các thông s c aămôăhìnhăđể cho đ ng quá trình tính toán phù h p nh t v iăđ ng quá trình th căđo.ăViệc hiệu ch nh các thông s mô hình có thể đ c ti n hành bằngă2ăph ngăpháp:ăph ngă pháp thử sai hoặcăph ngăphápăt iă u.
2.2.2. Các thông số cơ bản của mô hình Umax L ng tr b mặt t iăđa
Giá tr thôngăth ng: 10 ÷ 25 mm.
Lmax L ng tr t iăđaăt ngăđáy
Giá tr thôngăth ng: 50 ÷ 400 mm.
CQOF Hệ s dòng ch y b mặt, không có th nguyên;
Chiaăl ngăm aăthừa thành dòng ch yăvƠăl ng ng m, dùng để hiệu ch nh thông s đ nhălũ;
Giá tr thôngăth ng: 0,01 ÷ 0,99.
TOF Giá tr ng ỡng t ngăđáyăchoădòngăch y tràn mặt Ph thu c vào dòng ch y tràn mặt t iăđ uămùaăm a;
Giá tr thôngăth ng: 0,0 ÷ 0,7.
TIF Giá tr ng ỡngăd i c a dòng ch y sát mặt có giá tr nh h nă 1.
TG Giá tr ng ỡng t ngăđáyăchoăl uăl ng;
T m ngừngăl uăl ngăn c ng m t iăđ uămùaăm a;
Giá tr thôngăth ng: 0,0 ÷ 0,7.
CKIF Hệ s th i gian dòng ch y sát mặt, có th nguyên là th i gian (gi )-1. Thông s này nhăh ng không l năđ n t ngăl ng lũ,ăđ ngărútăn c.
Giá tr thôngăth ng: 50 ÷ 1000 gi .
CKBF Hệ s th i gian cho l trình dòng ch yăđáy;
Xácăđnh hình d ng c aăđ ng th yăvĕnădòngăch yăđáy;ă
Giá tr thôngăth ng: 500 ÷ 1000 gi .
CK1, CK2 Là hằng s th i gian cho dòng ch y tràn mặt;
Xácăđnh hình d ngăđ nh;
Giá tr thôngăth ng: 3 ÷ 48 gi .
Chúngăcóăliênăquanăđ năđ ẩmătrongăđ t. Khi các giá tr c aăng ỡng này nh h năL/Lmax thì s không có dòng ch y tràn, dòng ch y sát mặt và dòng ch y ng m. V Ủă nghĩaă v t lý, các thông s này ph n ánh m că đ bi nă đ i trong không gian c aăcácăđặcătr ngăl uăv c sông. Do v y, giá tr cácăng ỡng c aăl uă v c nh th ng l n so v iăl uăv c l n.
Umax, Lmax: Thông s kh nĕngăch a t iăđaăc a các bể ch a t ng trên và t ng d i. Do v y, Umax và Lmax chínhălƠăl ng t n th tăbanăđ u l n nh t, ph thu c vƠăđi u kiện mặtăđệm c aăl uăv c.
Khi U > Umax khiăđóăs cóăl ngăn c thừa PN. Trong th i kỳ khô h n, t n th t c aăl ngăm aătr c khi có dòng ch y tràn xu t hiện có thể đ c l y làm Umax
banăđ u.ăTh ng Umax trong kho ng từ 10-20mm.