Chương 2 TỔNG QUAN VỀ CÂN BẰNG NƯỚC HỆ THỐNG VÀ MÔ HÌNH MIKE BASIN
2.3. Mô hình MIKE BASIN
2.3.3. Cơ sở lý thuyết của mô hình MIKE BASIN
Cân bằng nước là nguyên lý chủ yếu được sử dụng cho tính toán, quy hoạch và quản lý tài nguyên nước. Nó biểu thị mối quan hệ giữa lượng nước đến, lượng nước đi và lượng trữ lại ở một khu vực, một lưu vực hoặc của một hệ thống trong điều kiện tự nhiên hay có việc can thiệp của con người.
Nguyên lý cân bằng nước xuất phát từ định luật bảo toàn vât chất, đối với một lưu vực có thể phát biểu như sau: “Hiệu số lượng nước đến và ra khỏi lưu vực bằng sự thay đổi lượng nước trên lưu vực đó trong một thời đoạn tính toán bất kỳ”.
Phương trình cân bằng nước là sự diễn toán nguyên lý này. [11]
42
Xét một lưu vực phía trên có giới hạn bởi mặt đất của lưu vực, phía dưới giới hạn bởi lớp đất không thấm nước ngăn cách mọi trao đổi của nước trong lưu vực với các tầng phía dưới. Khi đó, phương trình cân bằng nước tồng quát là:
(X+ Z1 + Y1 + W1) - (Z2 + Y2 + W2) = U2 –U1 Trong đó:
X: Lượng nước mưa rơi xuống lưu vực.
Z1: Lượng nước ngưng tụ từ khí quyển và đọng lại trên lưu vực.
Y1: Lượng dòng chảy mặt đi vào lưu vực.
W1: Lượng dòng chảy ngầm đi vào lưu vực.
Z2: Lượng nước bốc hơi từ lưu vực.
Y2: Lượng dòng chảy mặt ra khỏi lưu vực.
W2: Lượng dòng chảy ngầm ra khỏi lưu vực.
Mô hình MIKE BASIN làm việc trong môi trường ArcGIS. Do đó, nó được tích hợp những tính năng và sử dụng các hàm trong ArcGIS trong việc phân tích và số hóa dữ liệu đầu vào. Cùng với việc sử dụng phương trình cân bằng nước trên lưu vực mô hình đã cho ta một cái nhìn tổng quát về tài nguyên nước của lưu vực. Từ đó hỗ trợ đưa ra các phương pháp quản lý nguồn tài nguyên nươc một cách hợp lý và tối ưu nhất.
MIKE BASIN có nhiều mô đun có khả năng và nhiệm vụ khác nhau như:
- Mô đun tính toán cân bằng nước lưu vực.
- Mô đun mưa rào - dòng chảy (NAM).
- Mô đun nước ngầm.
43
- Mô đung chất lượng nước và một số mô đun khác.
Trong đó, mô đun cân bằng nước lưu vực là mô đun trung tâm của mô hình MIKE BASIN. Tuy nhiên, tùy theo mực đích sử dụng mà ta có thể kết hợp các mô đun đó với nhau một cách hợp lý và khoa học.
Mô đun tính toán cân bằng nước lưu vực:
Mô hình MIKE BASIN là một mô hình phân tích hệ thống bao gồm 7 loại nút cân bằng nước:
- Nút đơn (Simple node): Là nút khởi đầu hệ thống (biên trên).
- Nút nhận nước (Catchment node): Là nút được xác định ở cuối của lưu vực.
- Nút chuyển nước (Offtake node): Là những nút từ đó nước được lấy ra để cung cấp cho các nhu cầu tưới hoặc sử dụng nước.
- Nút tưới (Irrigation): Là những nơi sử dụng nước cho nông nghiệp.
- Nút cung cấp nước (Water supply): Là những nơi sử dụng nước dùng cho sinh hoạt, công nghiệp và các nhu cầu khác.
- Nút hồ chứa (Reservoir): Là vị trí các hồ chứa.
- Nút thủy điện (Hydropower): Là nơi đặt các nhà máy thủy điện.
a) Dữ liệu đầu vào
Dữ liệu vào của mô hình gồm có:
- Bản đồ lưu vực số hóa theo độ cao (DEM) hoặc bản đồ lưu vực file ảnh dưới dạng bitmap (*.bmp)
- Các chuỗi số liệu theo thời gian.
- Các giá trị đặc trưng cho từng nút.
Chuỗi dữ liệu thời gian đưa vào mô hình gồm 2 loại dữ liệu cơ bản: Dữ liệu trạng thái và dữ liệu thông lượng.
44
- Dữ liệu trạng thái được hiểu là giá trị chính xác ở mốc thời gian, ví dụ mực nước;
- Dữ liệu thông lượng được hiểu là những giá trị trung bình trong một khoảng thời gian bắt đầu ở mốc thời gian trên đến mốc thời gian ở hàng sau dữ liệu, ví dụ lưu lượng.
Hình 5. Sơ đồ mô tả cấu trúc mô hình MIKE BASIN [17]
Các chuỗi thời gian trong MIKE BASIN được cho dưới dạng dfs0-file. Các dfs0-file được ấn định một cách tự động trong phần TSEdit. Dữ liệu đưa vào TSEdit có thể thành cột từ file ASCII hoặc từ excel. Sơ đồ minh họa cấu trúc của mô hình Mike Basin được thể hiện trong hình 5.
b) Dữ liệu đầu ra
- Kết quả đầu ra là lượng nước đến và lượng nước thiếu tại các nút cân bằng.
- Kết quả đẩu ra của mô hình được biểu diễn dưới nhiều dạng khác nhau như video*.avi, file *.html hay *.dfs0.
45
Các số liệu đầu ra được biểu diễn dưới dạng các chuỗi số liệu theo thời gian tại các nút, khu tưới, khu sử dụng nước. [24]