Mô hình hoá mưa - dòng chảy ( Phần cơ sở - Nxb ĐH Quốc Gia Hà Nội ) - Chương 1

Trở về cơ bản: quá trình dòng chảy và mô hình hóa quá trìnhNhư những nhà khoa học, chúng ta bị hấp dẫn bởi khả năng xắp xếp những kiến thức một cách có trận tự để thể hiện rằng chúng ta hiểu được khoa học cũng như các hiện tượng tương hỗ phức tạp của nó. W. M. Kohler, 1969 1.1.Tại sao lại mô hình hoá? Như đã nhấn mạnh ở lời nói đầu, có nhiều nguyên nhân khác nhau dẫn tới câu hỏi: tại sao chúng ta cần mô hình hoá quá trình mưa-dòng chảy trong thủy...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Mô hình hoá mưa - dòng chảy ( Phần cơ sở - Nxb ĐH Quốc Gia Hà Nội ) - Chương 1 Ch¬ng I Trë vÒ c¬ b¶n: qu¸ tr×nh dßng ch¶y vµ m« h×nh hãa qu¸ tr×nh Nh nh÷ng nhµ khoa häc, chóng ta bÞ hÊp dÉn bëi kh¶ n¨ng x¾p xÕp nh÷ng kiÕnthøc mét c¸ch cã trËn tù ®Ó thÓ hiÖn r»ng chóng ta hiÓu ®îc khoa häc còng nh c¸chiÖn tîng t¬ng hç phøc t¹p cña nã. W. M. Kohler, 19691.1.T¹i sao l¹i m« h×nh ho¸? Nh ®· nhÊn m¹nh ë lêi nãi ®Çu, cã nhiÒu nguyªn nh©n kh¸c nhau dÉn tíi c©uhái: t¹i sao chóng ta cÇn m« h×nh ho¸ qu¸ tr×nh ma-dßng ch¶y trong thñy v¨n.Nguyªn nh©n chÝnh lµ do giíi h¹n cña c¸c kü thuËt ®o ®¹c thñy v¨n. Chóng ta kh«ngcã kh¶ n¨ng ®o mäi thø mµ chóng ta muèn biÕt vÒ hÖ thèng thñy v¨n. Trong thùc tÕchóng ta chØ cã mét khu«n khæ giíi h¹n c¸c kü thuËt ®o vµ ph¹m vi giíi h¹n bëi kh«nggian vµ thêi gian. Do ®ã chóng ta ph¶i ngo¹i suy tõ c¸c biÕn ®· ®o ®¹c nµy ®Õn c¸c luvùc kh«ng cã ®o ®¹c (ë ®ã viÖc ®o ®¹c kh«ng cã kh¶ n¨ng) vµ vµo t¬ng lai (viÖc ®o ®¹ckh«ng thùc hiÖn ®îc) ®Ó kiÓm so¸t ¶nh hëng cña c¸c biÕn ®æi thuû v¨n trong t¬nglai. C¸c m« h×nh cã d¹ng kh¸c nhau cung cÊp mét ph¬ng tiÖn ngo¹i suy ®Þnh lînghoÆc dù b¸o cã Ých khi ra quyÕt ®Þnh. Cã rÊt nhiÒu m« h×nh ma-dßng ch¶y thuÇn tuý dµnh cho môc ®Ých nghiªn cøunh mét ph¬ng tiÖn hiÓu biÕt chÝnh thøc ho¸ vÒ hÖ thèng thñy v¨n. ThÓ hiÖn nh÷nghiÓu biÕt nh thÕ lµ mét bíc quan träng ®Ó ph¸t triÓn mét lÜnh vùc khoa häc. Nãichung, chóng ta häc ®îc nhiÒu ®iÒu khi m« h×nh hoÆc lý thuyÕt cho thÊy m©u thuÉnvíi sè liÖu tin cËy th× ph¶i t×m kiÕm nh÷ng thay ®æi nhËn thøc mµ m« h×nh dùa vµo®ã. Dï sao, môc ®Ých c¬ b¶n cña dù b¸o b»ng c¸ch sö dông m« h×nh ph¶i lµ ®Ó c¶i tiÕnc¸c quyÕt ®Þnh vÒ dù b¸o thñy v¨n vµ c¶ trong quy ho¹ch tµi nguyªn níc phßng chènglò, gi¶m nhÑ « nhiÔm hoÆc cÊp phÐp dïng níc. Víi sù t¨ng cña nhu cÇu níc trªn thÕ giíi vµ hoµn thiÖn c¸c quyÕt ®Þnh tronghoµn c¶nh thay ®æi thêi tiÕt tõ n¨m nµy sang n¨m kh¸c yªu cÇu ph¶i c¶i tiÕn m« h×nh.§ã chÝnh lµ nh÷ng g× mµ cuèn s¸ch muèn ®Ò cËp. M« h×nh ma-dßng ch¶y cã thÓ suy ra trong khu«n khæ gi¶i thÝch thuÇn tuý, c¨ncø trªn c¸c quan tr¾c ®Çu vµo vµ ®Çu ra trªn mét lu vùc. Lu vùc ®îc coi nh mét“hép ®en” mµ kh«ng cã mét tham chiÕu nµo vµo qu¸ tr×nh bªn trong kiÓm tra sù biÕn®æi ma thµnh dßng ch¶y. Mét sè m« h×nh ph¸t triÓn theo híng nµy ®îc m« t¶ trongch¬ng 4, ë ®ã ®· chØ ra r»ng cã kh¶ n¨ng ®Ó gi¶i thÝch b¶n chÊt vËt lý cña kÕt qu¶ m«h×nh c¨n cø trªn sù hiÓu biÕt ph¶n øng tù nhiªn cña lu vùc. Sù hiÓu biÕt nµy lµ ®iÓm 13khëi ®Çu cho bÊt kú m« h×nh ma-dßng ch¶y nµo. DÜ nhiªn, cã nhiÒu tµi liÖu thñy v¨n m« t¶ c¸c qu¸ tr×nh thñy v¨n víi møc ®é rÊtkh¸c nhau vÒ gi¶i thÝch to¸n häc vµ sè ph¬ng tr×nh, nhiÒu m« t¶ to¸n häc thêngkh«ng chØ ra c¸c ®iÒu ®¬n gi¶n ho¸ quan träng ®îc lµm khi ph©n tÝch chóng. Hä giíithiÖu c¸c ph¬ng tr×nh nh thÓ chóng cã øng dông ë mäi n¬i. Dï sao, chØ cÇn r¾c métdung dÞch nhuém ®á lªn bÒ mÆt ®Êt vµ sau ®ã ®µo lªn ®Ó xem liÖu thuèc nhuém ®·biÕn ®æi mµu ®Êt thÕ nµo ®Ó thÊy râ giíi h¹n cña lý thuyÕt thñy v¨n (h×nh 1.1). BÊt kúlóc nµo nghiªn cøu chi tiÕt híng dßng ch¶y còng ®a ®Õn mét lÜnh vùc mµ chóng tathÊy rÊt phøc t¹p. Chóng ta cã thÓ nhËn thÊy sù phøc t¹p ®ã hoµn toµn dÔ dµng,nhng thùc hiÖn viÖc m« t¶ to¸n häc thÝch hîp ®Ó dù b¸o chóng lµ rÊt khã kh¨n vµthêng kÐo theo sù ®¬n gi¶n ho¸ vµ gÇn ®óng. Ch¬ng më ®Çu nµy liªn quan ®Õn m« h×nh quan niÖm cña ph¶n øng lu vùc nhlµ giai ®o¹n ®Çu cña qu¸ tr×nh m« h×nh ho¸. Sù phøc t¹p nµy lµ mét nguyªn nh©n cñavÊn ®Ò t¹i sao kh«ng cã sù nhÊt trÝ chung vÒ chiÕn lîc m« h×nh ho¸ qu¸ tr×nh ma-dßng ch¶y. Nhng sù lùa chän sù ®a d¹ng vµ xÊp xØ sÏ ®îc th¶o luËn trong c¸cch¬ng sau. H×nh 1.1. Nhuém b»ng thuèc nhuém trong c¸c khu vùc profile ®Êt kh¸c nhau ë Thôy SÜ sau khi thÊm40mm níc (sau mïa ®«ng 1944). T¸i lËp tõ Nghiªn cøu tµi nguyªn níc, xuÊt b¶n cña Héi ®Þa vËt lý Mü.1.2. Sö dông cuèn s¸ch nµy nh thÕ nµo? §iÒu râ rµng ®· nãi ë ®Çu ch¬ng, ®©y kh«ng chØ lµ cuèn s¸ch vÒ lý thuyÕt kh¸cnhau vÒ m« h×nh ma-dßng ch¶y hiÖn giê ®ang ®îc dïng. Ngêi ®äc cã thÓ t×m thÊymét sè ph¬ng tr×nh liªn quan ®îc sö dông trong néi dung chÝnh cña cuèn s¸ch. 뮩y ®a ra mét sè ph¸t triÓn lý thuyÕt, ®îc in trong c¸c hép cuèi c¸c ch¬ng cã thÓ báqua ë lÇn ®äc ®Çu tiªn. PhÇn lý thuyÕt còng ®îc t×m thÊy trong nhiÒu tµi liÖu thamkh¶o ®a vµo nhng cÇn lùa chän. ë ®©y chøa ®ùng nhiÒu h¬n mét cuèn s¸ch vÒ c¸c quan niÖm trong c¸c tiÕp cËn14m« h×nh ho¸ kh¸c nhau vµ ph©n tÝch giíi h¹n cña c¸c phÇn mÒm ®ang ®îc øng dôngréng r·i hiÖn nay trong dù b¸o thñy v¨n. Sù biÓu thÞ c¸c m« h×nh nh nh÷ng phÇnmÒm ®ang trë thµnh phøc t¹p h¬n, liªn kÕt víi hÖ th«ng tin ®Þa lý vµ hiÓn thÞ Ên tîngcña ®å th ...