Giáng thủy sẽ được giữ lại trong bể tuyết khi nhiệt độ dưới 0 độ C, con nếu nhiệt độ lớn hơn 0 độ C thì nó se chuyển xuống bể chứa mặt:
≤
= >
0 0
0 TEMP for
TEMP for
TEMP CSNOW
Qmelt
Trong đó CSNOW = 2 mm/day/K là hệ số tuyết tan trong ngày.
b. Bể chứa mặt
Lượng ẩm trữ trên bể mặt của thực vật, cũng như lượng nước điền trũng trên bề mặt lưu vực được đặc trưng bởi lượng trữ bề mặt. Umax đặc trưng cho giới hạn trữ nước tối đa của bể này.
Lượng nước, U, trong bể chứa mặt sẽ giảm dần do bốc hơi, do thất thoát theo phương năm ngang (dòng chảy sát mặt). Khi lượng nước này vượt quá ngưỡng Umax thì một phần của lượng nước vượt ngưỡng, PN này sẽ chảy vào suối dưới dạng dòng chảy tràn bề mặt, phần còn lại sẽ thấm xuống bể sát mặt và bể ngầm.
c. Bể sát mặt hoặc bể tầng rễ cây
Bể này thuộc tầng rễ cây, là lớp đất mà thực vật có thể hút nước để thoát ẩm.
Lmax đặc trưng cho lượng ẩm tối đa mà bể này có thể chứa.
Lượng ẩm của bể chứa này được đặc trưng băng đại lượng L. L phụ thuộc vào lượng tổn thất thoát hơi của thực vật. Lượng ẩm này cũng ảnh hưởng đến lượng nước sẽ đi xuống bể chứa ngầm để bổ xung nước ngầm.
d. Bốc thoát hơi
Nhu cầu bốc thoát hơi nước trước tiên là để thoả mãn tốc độ bốc thoát hơi tiềm năng của bể chứa mặt. Nếu lượng ẩm U trong bể chứa mặt nhỏ hơn nhu cầu này, thì nó sẽ lấy ẩm từ tầng rễ cây theo tốc độ Ea. Ea là tỷ lệ với lượng bốc thoát hơi tiềm năng Ep:
/Lmax
L E Ea = p e. Dòng chảy mặt
Khi bể chứa mặt tràn nước, U ≥ Umax, thì lượng nước vượt ngưỡng PN (PN = U- Umax) sẽ hình thành dòng chảy mặt và thấm xuống dưới. QOF là một phần của PN, tham gia hình thành dòng chảy mặt, nó tỉ lệ thuận với PN và thay đổi tuyến tính với lượng ẩm tương đối, L/Lmax, của tầng rễ cây:
≤
− >
−
=
TOF L
L for
TOF L
L for TOF P
TOF L
CQOF L
QOF N
max max max
/ 0
1 / /
Trong đó CQOF là hệ số dòng chảy mặt (0 ≤ CQOF ≤ 1).
TOF là ngưỡng của dòng chảy mặt (0 ≤ TOF ≤ 1).
Phần còn lại của PN sẽ thấm xuống tầng dưới. Một phần DL của phần nước thấm xuống này, (PN-QOF), sẽ làm tăng lượng ẩm L của bể chứa tầng rễ cây này. Phần còn lại sẽ thẩm thấu xuống tầng sâu hơn để bổ xung cho bể chứa tầng ngầm.
f. Dòng chảy sát mặt
Dòng chảy sát mặt, QIF, được giả thiết tỉ lệ thuận với U và biến đổi tuyến tính với độ ẩm tương đối của bể chứa tần rễ cây.
≤
− >
−
= −
TIF L
L for
TIF L
L for TIF U
TIF L
CKIF L QIF
max max 1 max
/ 0
1 / ) / (
Trong đó : CKIF là hằng số thời gian của dòng chảy sát mặt.
TIF là giá trị ngưỡng của dòng chảy sát mặt (0 ≤ TIF ≤ 1).
g. Bổ sung dòng chảy ngầm
Lượng nước thấm xuống G, bổ sung cho bể chứa ngầm phụ thuộc vào độ ẩm của đất ở tầng rễ cây:
( )
≤
− >
− −
=
TG L
L for
TG L
L TG for
TG L
QOF L G PN
max max max
/ 0
1 / /
Trong đó: TG là giá trị ngưỡng của lượng nước bổ sung cho tầng ngầm (0 ≤ TG ≤ 1).
h. Lượng ẩm của đất
Bể chứa tấng sát mặt biểu thị lượng nước có trong tầng rễ cây. Lượng mưa hiệu quả sau khi trừ đi lượng nước tạo dòng chảy mặt , lượng nước bổ xung cho tầng ngầm, sẽ bổ sung và làm tăng độ ẩm của đất ở tầng rễ cây L bằng một lượng DL
G QOF P
DL= N − −
i. Diễn toán dòng chảy mặt và dòng chảy sát mặt
Dòng chảy mặt và dòng chảy sát mặt sẽ được diễn toán thông qua 2 bể chứa tuyến tính theo chuỗi thời gian với cùng một hằng số thời gian CK12.
k. Diễn toán dòng chảy ngầm
Dòng chảy ngầm được diễn toán thông qua một bể chứa tuyến tính với hằng số thời gian CKBF.
3. Hiệu chỉnh các thông số của mô hình
Mô hình NAM đơn bao gồm 9 thông số cần được hiệu chỉnh (xem1).
1 Các thông số hiệu chỉnh của mô hình NAM Thông số mô
hình Mô tả
Lmax Lượng nước tối đa trong bể chứa tầng rễ cây. Lmax có thể gọi là lượng ẩm tối đa của tầng rễ cây để thực vật có thể hút để thoat hơi nước.
Umax Lượng nước tối đa trong bể chứa mặt. Lượng trữ này có thể gọi là lượng nước để điền trũng, rơi trên mặt thực vật, và chứa trong vài Cm của bề mặt của đất.
CQOF Hệ số dòng chảy mặt (0 ≤ CQOF ≤ 1). CQOF quyết định sự phân phối của mưa hiệu quả cho dòng chảy ngầm và thấm.
TOF Giá trị ngưỡng của dòng chảy mặt (0 ≤ TOF ≤ 1). Dòng chảy mặt chỉ
hình thành khi lượng ẩm tương đối của đất ở tầng rễ cây lớn hơn TOF.
TIF Giá trị ngưỡng của dòng chảy sát mặt (0 ≤ TOF ≤ 1). Dòng chảy sát mặt chỉ được hình thành khi chỉ số ẩm tương đối của tầng rễ cây lớn hơn TIF.
TG Giá trị ngưỡng của lượng nước bổ sung cho dòng chảy ngầm (0 ≤ TOF ≤ 1). Lượng nước bổ sung cho bể chứa ngầm chỉ được hình thành khi chỉ số ẩm tương đối của tầng rễ cây lớn hơn TG.
CKIF Hằng số thời gian của dòng chảy sát mặt. CKIF cùng với Umax quyết định dòng chảy sát mặt. Nó chi phối thông số diễn toán dòng chảy sát mặt CKIF >> CK12.
CK12 Hằng số thời gian cho diễn toán dòng chảy mặt và sát mặt. Dòng chảy mặt và dòng chảy sát mặt được diễn toán theo các bể chứa tuyến tính theo chuỗi với cùng một hằng số thời gian CK12.
CKBF Hằng số thời gian dòng chảy ngầm. Dòng chảy ngầm từ bể chứa ngầm được tạo ra sử dụng mô hình bể chứa tuyến tính với hằng số thời gian CKBF.
Những điều kiện ban đầu
Những điều kiện ban đầu theo yêu cầu của mô hình NAM bao gồm lượng nước trong bể tuyết, bể mặt, bể chứa tầng rễ cây, cùng với những giá trị ban đầu của dòng chảy từ 2 bể chứa tuyến tính cho dòng chảy mặt và sát mặt và dòng chảy ngầm.
Thông thường tất cả các giá trị ban đầu có thể lấy bằng 0 trừ lượng nước ở tầng rễ cây và tầng ngầm, ước tính những điều kiện ban đầu này có thể lấy từ lần mô phỏng trước đó, ở những năm trước đây, nhưng cần đúng với thời gian bắt đầu mô phỏng mới. Trong việc hiệu chỉnh mô hình, thông thường nên bỏ qua kết quả mô phỏng của nửa năm đầu tiên để loại bỏ những ảnh hưởng sai số của những điều kiện ban đầu.
Chỉ tiêu đánh giá chất lượng mô phỏng của mô hình
Chất lượng mô phỏng của các mô hình được đánh giá qua các chỉ tiêu thống kê về đỉnh lũ, tổng lượng dòng chảy và độ phù hợp về quá trình dòng chảy cả năm hoặc cả mùa lũ. Cụ thể như sau:
Đánh giá khả năng mô phỏng đỉnh lũ, sử dụng các chỉ tiêu sau:
- Sai số tương đối lưu lượng đỉnh lũ (∆Q/Q - %);
- Độ lệch thời gian xuất hiện đỉnh (τ – h), đánh giá khả năng phù hợp về thời gian xuất hiện;
Đánh giá khả năng mô phỏng tổng lượng toàn năm, hoặc toàn mùa:
- Sai số tương đối tổng lượng dòng chảy năm hoặc mùa lũ (∆W/W - %);
Đánh giá khả năng mô phỏng cả quá trình dòng chảy:
- Sử dụng chỉ tiêu Nash-Sutcliffe:
2
, ,
2 1
2 ,
1
1
n
obs i sim i i
n
obs i obs
i
Q Q R
Q Q
=
=
−
= −
−
∑
∑
Trong đó: Qobs, i: lưu lượng thực đo tại thời điểm thứ i Qsim, i: lưu lượng tính toán tại thời điểm thứ i
Qobs: lưu lượng thực đo trung bình các thời đoạn.
3.2.2. Xây dựng mô hình thủy văn MIKE NAM tính toán dòng chảy cho lưu vực sông Pôkô