CHƯƠNG 1 TONG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU MÔ HÌNH TOÁN TRONG DỰ BAO DONG CHẢY LŨ 1.1 Tổng quan các nghiên cứu mô hình toán thuỷ văn trong dy báo dong chảy lũ trên thé giới. Mô hình toán thủy văn là kỹ thuật mô tả các quy luật vận động của nước trong thiên nhiên bằng hệ thống các phương trình toán học, logic và giải chúng bằng kỹ thuật số trên các máy tính. Kỹ thuật mô hình toán cho phép các nhà nghiên cứu đi sâu xem xét, đánh giá, định lượng nhiễu đặc trưng, yếu tố, hiện tượng khá phức tạp của hệ thống ở cả tầm vi mô. và vĩ mô, “Từ góc độ nhận thức về đối tượng nghiên cứu là tài nguyên nước, và môi trường các mô hình toán thuỷ văn có thể phân biệt theo ba loại như sau: ©_ Mô hình ngẫu nhiên (Stochacstic model) © Mô hình tat định (Deterministic model) © Mô hình tat định-ngẫu nhiên (Deterministic-stochacstic model) ‘Theo Dawdy (Dawdy D.
-1969) mô hình toán ngẫu nhiên trong thuỷ văn là một phương pháp tương đối mới. Sự khởi đầu của nó có thể tính từ khi Hazen chứng minh khả năng áp dụng lý thuyết xác suất, thống kê toán học vào phân tích các chu dong chảy sông ngồi (1914). Nam 1949 Krisski và Menkel đã sử dụng mô hình Marcov để tính toán quá trình dao động mực nước của biển Kaspien (Liên Xô), Wahine dừng dựng mà tình Thông vã phần BE GBHM = ds bao dòng rhấu Tả Trên Ha mực tông 2Ẩ0Ag, “hâm săn thạc ở kỹ thuật l2 “đi Dink Lip = 160 'Vào những năm 60 của thé ky trước có thé xem như các mô hình thủy văn ngẫu nhiên mới chính thức được phát triển. Năm 1962 Svanidze đã sử dụng phương pháp Konte - Carlo có xét đến những moi quan hệ bậc một của các chị đồng chảy sông ngòi.
Năm 1962, trong chương trình phát triển nguồn nước của Trường Đại học Havard (Thomas H. vỡ Fiering MB.) đã sử dụng mô hình tự hồi quy vào tao chuỗi dòng chảy tháng phục vụ cho tính toán thiết kế các hệ thống kho.) đã sử dụng mô hình trung bình trượt (moving average models) vào tinh toán dong chảy từ những trận mưa ky trước. Sau đó là một loạt mô hình ngẫu nhiên khác ra đời và được ứng dụng vào tính toán thủy văn, dự báo thủy văn. “Các mô hình thuỷ van tắt định dựa trên phương pháp toán học vị dụng máy tính làm công cụ tính toán là cách tiếp cận hiện đại trong tính.
toán quá trình đồng chảy trên lưu vực và hệ thống sông. Việc ra đời các, mô hình thuỷ văn tit định đã mở ra một hướng mới cho tính toán thuỷ) văn, góp phần giải quyết các khó khăn về số liệu thuỷ văn cũng như nâng cao độ chính xác của tính toán cho quy hoạch và thiết kế các công. trình thuỷ lợi, thuỷ điện, khắc phục một số khó khan mà phương pháp tinh toán thuỷ van cổ dign chưa giải quyết được. Phương pháp mô hình toán tắt định ra đời tương đổi sớm và dẫn dẫn hình thành hai hướng nghiên cứu: hướng mô hình toán dạng hộp đen và hướng mô hình toán dạng hộp xám (hay còn gọi là mô hình nhận thức).
Trong mô hình nhận thức còn phân ra mô hình tham số lập trung và mô hình tham số phân bó. 'Trong mô hình hộp den lưu vực được coi là một hệ thống động lực. Nhìn chung, cấu trúc của các mô hình hộp đen là hoàn toàn không biết Wahine dừng dựng mà tình Thông vã phần BE GBHM = ds bao dòng rhấu Tả Trên Ha mực tông 2Ẩ0Ag, “hâm săn thạc ở kỹ thuật la “đi Dink Lip = 160 trước. Mối quan hệ giữa lượng vào và lượng ra của hệ thống thé hiện thông qua một hàm truyền (hàm ảnh hưởng, hàm tập trung nước .) được xác định từ tài liệu thực đo lượng vào và lượng ra của hệ thống Một trong những mô hình toán thủy văn dạng hộp đen vẫn còn dùng nhiễu là mô hình đường lưu lượng đơn vị, mô hình đường lưu lượng đơn vị lần đầu tiên do Sherman đưa ra vào năm 1932 dé tính toán quá trình đồng chảy mặt từ quá trình mưa hiệu quả (lượng mưa sau khi khẩu trừ tổn that).
Mô hình này được ứng dụng phô biến ở Mỹ và các nước Tay Âu dưới các dạng thức khác nhau. Những giả thiết cơ bản của mô hình đường lưu lượng đơn vị là tính chất tuyến tính và tính bắt biến theo thời hình nhận thức ra đời sau mô inh hộp đen, nhưng đã phát triển rất mạnh mẽ và ứng dụng rất rộng rãi trong lĩnh vực thủy văn. tắt định nhận thức xuất phát từ sự hiểu biết về nhận thức một cách rõ rùng từng thành phần của hệ thống thuỷ văn dé tiếp cận hệ thống bằng. phương pháp mô phỏng, thí dụ như là mô phỏng các quá trình tổn at, quá tình trữ nước, quá trình tập trung dong chảy trên lưu vực và trong.
từ đó xây dựng sơ đồ cấu trúc mô hình để tính toán dong chảy: lưu vực. Trong mô hình nhận thức, nếu dựa vào đặc tính biểu thị của các tham số ta có thể chia mô hình ra loại mô hình tham số tập trung và mô. phương trình vi phân thường để diễn tả mỗi quan hệ giữa lượng vào và lượng ra của hệ thống chỉ phụ thuộc vào thời gian. Vi vậy, trong các mô hình tham số tập trung không xét đến sự phân bố của lượng mưa, đồng chay, tính chất thắm của đắt và các yếu tổ hủy văn, khí tượng khác theo không gian, chúng được thay thé bằng những giá trị bình quân theo diện tích, chúng đều là hàm số của thời gian.
Nói một cách khác, tắt Wahine dừng dựng mà tình Thông vã phần BE GBHM = ds bao dòng rhấu Tả Trên Ha mực tông 2Ẩ0Ag, “hâm săn thạc ở kỹ thuật l4 “đi Dink Lip = 160 các đặc trưng của lưu vực được tập trung về một điểm. Trong khi đó các mô hình tham số phân phối mô tả các mối quan hệ giữa những yếu tố của. hệ thống bing các phương trình vi phân đạo hàm riêng, nghĩa là các phương trình chứa cả biến thời gian và không gian. Trong những thập kỷ gin đây do yêu cầu thực tiễn đã có loại mô.
hình toán có cấu trúc tắt định-ngẫu nhiên ra đời. Những mô hình này. được phát triển trên cơ sở hợp nhất giữa hai loại mô hình trên tạo nên cor chế hoạt động nhiễu-mưa-dòng chảy. Những nghiên cứu sự tương đồng, u trúc giữa các mô.
nh tắt định dạng “hứa với mô. nh ngẫu nhí dạng ARMA(p,d,g) vào những năm 70, 80 của thé ky yy không chỉ tạo cơ sở cho những mô hình mới ra đời mà còn mỡ ra nhiều triển vọng cho việc ứng dung các mô hình toán trong thuỷ văn, nhất là phương, pháp hiệu chỉnh tham số mô hình.2 Tổng quan các nghiên cứu mô hình toán thuỷ văn trong dự. báo dòng chảy lũ ở Việt Nam. © Việt Nam, việc ứng dụng phương pháp mô hình toán vào nghiên cứu, tính toán trong thủy văn có thể xem như được bắt đầu từ cuối những.
năm 60, qua việc ủy ban sông Mêkông ứng dụng các mô hình như SSARR (Rokwood D.1 - 1968) của Mỹ, mô hình DELTA của Pháp (Ban thư ký sông Mê Công 1980) và mô hình toán triều của Hà Lan vào tính toán, dự báo dong chảy sông Mêkông. Song, chỉ sau ngày. miễn Nam được hoàn toàn giải phóng (1975), đất nước thống nhất thì phương pháp này mới ngày càng thực sự trở thành công cụ quan trọng. trong tính toán, dự báo thủy văn ở nước ta.
Ngày nay, trước những thành tựu khoa học, kỹ thuật, sự có mặt của ảnh mây vệ tinh phân giải cao, sự phát triển của hệ thống rađar thời mạng lưới đo mưa tự động và sự Wahine dừng dựng mà tình Thông vã phần BE GBHM = ds bao dòng rhấu Tả Trên Ha mực tông 2Ẩ0Ag, “hâm săn thạc ở kỹ thuật l5 “đi Dink Lip = 160 phát triển của công nhệ GIS, đặc biệt là sự có mặt của các siêu máy tính điện tử đã có ảnh hưởng sâu sắc đến khoa học thủy văn. Mô hình toán thủy văn ứng dụng trong dự báo dòng chảy lũ đã ngày một hoàn thiện hơn, khẳng định rõ vài trò của minh trong lĩnh vực dự báo dòng chảy lũ 'Các mô hình toán thủy văn hiện đang được nghiên cứu và ứng dụng. có kết quả ở nước ta trong dự báo dòng chảy lũ có thể kể đến các loại mô. Các mô hình Mua-dong chảy (Rainfall-runoff) có thé kề đến như TANK, LTANK, SSARR, NAM, MikelI-Nam, Hec-Hms, Marine, DIMOSOP.
3) M6 hình Tank: Lưu vực được mô phông bằng chuỗi các bể chứa xếp theo ting và cột phù hợp với hình dang lưu vục, cấu trúc thổ nhưỡng, địa chất,.Mưa trên lưu vực được xem như lượng vào của bé chứa trên cùng. Mỗi bé chứa đều có một ira ra ở đáy. Mô hình đơn giản nhất là kiểu cột bể TANK đơn: 4 bể trên một cột. Phù hợp cho các lưu.
vực nhỏ có độ ẩm cao. Mô hình phức tap hon lả mô hình TANK kép gồm một số cột bé mô phông quá trình hình thành đồng chảy trên hưu vực, và các bể mô tả quá trình truyền sóng lũ trong sông. Uw điểm: Ứng dụng tốt cho lưu vực vừa và nhỏ. Khả năng mô phỏng dòng chảy tháng, dòng chảy ngày, dòng chảy lũ.
Nhược điểm: có nhiều thông số nhưng không rõ ý nghĩa vật lý nên khó xác định trực tiếp. Việc thiết lập u trúc và thông số hóa mô hình chỉ có thể thực. hiện được sau nhiều lần thử sa |, doi hỏi người sử dụng phải có nhiều kinh nghiệm và am hiểu mô hình. Mô hình TANK hiện đang được ứng.
dụng dự báo ngắn han quá trình lũ cho hầu hết các sông suối của Việt Nam. Wahine dừng dựng mà tình Thông vã phần BE GBHM = ds bao dòng rhấu Tả Trên Ha mực tông 2Ẩ0Ag, “hâm săn thạc ở kỹ thuật l6 “đi Dink Lip = 160 +) Mô hình Marine: Mô hình thuỷ văn MARINE do Viện Cơ học chất long Toulouse (Pháp) xây dựng và được chuyển giao cho Viện Cơ học trong khuôn khổ của dé tài nghiên cứu khoa học công nghệ KC.08- 13 với sự hỗ trợ 1a Dự án FLOCODS. Mô hình được viết bằng ngôn ngữ Fortran 6. MARINE là mô hình có thông số phân bé , toàn bộ lưu vực nghiên cứu được chia thành các 6 lưới vuông có kích cỡ bằng nhau.
Mô hình tinh toán dong chảy dựa trên phương trình bảo toàn khối lượng và phương thức thắm Green Ampt. Mỗi ô lưới có thông số riêng , nhận một giá trị mưa và dòng chảy được hình thành trênt img ô.