Mô hình hoá mưa - dòng chảy ( Phần cơ sở - Nxb ĐH Quốc Gia Hà Nội ) - Chương 2

Sự phát triển của mô hình "Mưa-dòng chảy" Quá trình chọn lọc tự nhiênMọi thứ quan trọng đều đã được nghĩ trước bởi những nguời không phát minh ra nó. Al fred NorthWhitehead, 1920 2.1. Điểm khởi đầu: Phương pháp tỷ số Điều đáng nhớ là mô hình "mưa-dòng chảy" có một lịch sử dài và các nhà thuỷ văn đang cố gắng dự báo dòng chảy được mong đợi từ mưa cũng là người nhìn thấu các quá trình thuỷ văn mặc dù các phương pháp của họ bị hạn chế bởi số liệu và kỹ thuật...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Mô hình hoá mưa - dòng chảy ( Phần cơ sở - Nxb ĐH Quốc Gia Hà Nội ) - Chương 2 Ch¬ng 2 Sù ph¸t triÓn cña m« h×nh Ma-dßng ch¶y Qu¸ tr×nh chän läc tù nhiªn Mäi thø quan träng ®Òu ®· ®îc nghÜ tríc bëi nh÷ng nguêi kh«ng ph¸t minh ra nã. Al fred NorthWhitehead, 19202.1. §iÓm khëi ®Çu: Ph¬ng ph¸p tû sè §iÒu ®¸ng nhí lµ m« h×nh ma-dßng ch¶y cã mét lÞch sö dµi vµ c¸c nhµ thuû v¨n®ang cè g¾ng dù b¸o dßng ch¶y ®îc mong ®îi tõ ma còng lµ ngêi nh×n thÊu c¸c qu¸tr×nh thuû v¨n mÆc dï c¸c ph¬ng ph¸p cña hä bÞ h¹n chÕ bëi sè liÖu vµ kü thuËt tÝnhto¸n. Chóng ta cã thÓ quay trë l¹i 150 n¨m tríc cho ®Õn khi m« h×nh ma-dßngch¶y ®îc sö dông réng r·i lÇn ®Çu bëi kü s Ai Len,Thomas James Mulvaney (1822- 1892) vµ ®îc c«ng bè n¨m 1851. M« h×nh lµ mét ph¬ng tr×nh ®¬n ®¬n gi¶n nhngngay nh thÕ minh ho¹ ®îc hÇu hÕt c¸c vÊn ®Ò ®· lµm khã kh¨n cho nh÷ng ngêi lËpm« h×nh thuû v¨n. Tõ ®ã ph¬ng tr×nh ®îc viÕt nh sau: (2.1) Q p  CAR Ph¬ng tr×nh Mulvaney kh«ng cè g¾ng dù ®o¸n toµn bé ®êng qu¸ tr×nh mµ chØdù ®o¸n ®Ønh qu¸ tr×nh Qp. §Êy lµ tÊt c¶ mµ mét nhê thuû v¨n c«ng tr×nh cÇn ®Ó thiÕtkÕ mét c©y cÇu, hoÆc mét c¸i cèng cã kh¶ n¨ng tiªu tho¸t lu lîng ®Ønh tÝnh to¸n.C¸c biÕn ®Çu vµo lµ: diÖn tÝch lu vùc A, cêng ®é ma trung b×nh lu vùc lín nhÊt R ,mét th«ng sè hoÆc hÖ sè kinh nghiªm C. Nh vËy m« h×nh nµy ph¶n ¸nh con ®êngtrong ®ã lu lîng t¨ng theo diÖn tÝch vµ cêng ®é ma theo mét tû sè. GÇn ®©y nã®îc biÕt nh lµ ph¬ng ph¸p tû sè. Thùc tÕ, sù thay ®æi trong ph¬ng tr×nh (2.1) ®·®îc c«ng bè bëi rÊt nhiÒu t¸c gi¶ theo c¸c sè liÖu kinh nghiÖm kh¸c nhau (tæng kÕt vÒ®iÒu nµy, xem Dooge, 1957), vµ ngµy nay vÉn sö dông (Hromadks vµ Whitley, 1994). Th«ng sè tû lÖ C sÏ ph¶n ¸nh thùc tÕ lµ kh«ng ph¶i toµn bé ma ®Òu sinh ra lulîng, nhng ë ®©y ph¬ng ph¸p kh«ng hoµn toµn lµ mét tû sè v× nã kh«ng cè g¾ngph©n chia c¸c ¶nh hëng kh¸c nhau cña viÖc sinh dßng ch¶y vµ diÔn to¸n dßng ch¶y,chóng sÏ ®iÒu chØnh quan hÖ gi÷a thÓ tÝch vµ lîng ma r¬i trªn lu vùc trong méttrËn ma, sù ¶nh hëng A R , vµ lu lîng t¹i ®Ønh qu¸ tr×nh. Thªm vµo ®ã, hÖ sè C®îc yªu cÇu ®a ra quan hÖ phi tuyÕn gi÷a c¸c ®iÒu kiÖn cã tríc vµ profile cña méttrËn ma vµ dßng ch¶y ®îc h×nh thµnh. HÖ sè C kh«ng ph¶i lµ h»ng sè, vµ sÏ thay®æi tõ trËn ma nµy ®Õn trËn ma kh¸c trong cïng mét lu vùc, vµ tõ lu vùc nµy ®Õnlu vùc kh¸c cho c¸c trËn ma gièng nhau. C¸ch dÔ dµng nhÊt ®Ó nhËn ®îc mét gi¸trÞ C lµ tÝnh ngîc trë l¹i tõ ma vµ ®Ønh lu lîng (d¹ng ®¬n gi¶n nhÊt ®Ó hiÖu chØnh 35m« h×nh). Dù ®o¸n gi¸ trÞ chÝnh x¸c cho tËp hîp c¸c ®iÒu kiÖn kh¸c nhau cã lÏ lín h¬nnh÷ng g× x¶y ra tríc ®ã, hoÆc cho mét lu vùc kh«ng cã quan tr¾c lµ mét bµi to¸n khãh¬n rÊt nhiÒu. Sù khã kh¨n nh vËy vÉn tån t¹i cho tíi ngµy nay, thËm chÝ c¸c m« h×nh tÝnh to¸nphøc t¹p nhÊt. Nã cµng khã cho c¸c trêng hîp cña qu¸ tr×nh sinh dßng ch¶y phituyÕn, ®Æc biÖt lµ trong c¸c trêng hîp sè liÖu bÞ giíi h¹n. DÔ dµng ®Ó nhËn ®îc c¸cgi¸ trÞ th«ng sè ¶nh hëng lµ tÝnh to¸n ngîc hoÆc hiÖu chØnh ®èi víi n¬i cã kh¶ n¨ngquan tr¾c vÉn cßn rÊt nhiÒu khã kh¨n khi dù b¸o c¸c gi¸ trÞ ¶nh hëng cho mét trËnma cùc trÞ hoÆc mét lu vùc kh«ng ®o ®¹c. VÉn cßn nh÷ng vÊn ®Ò vÒ sù ph©n chia¶nh hëng cña viÖc sinh dßng ch¶y vµ diÔn to¸n dßng ch¶y trong th«ng sè ho¸ m«h×nh (vµ thùc tÕ cã thÓ mong ®îi ®iÒu nµy v× c¸c t¬ng t¸c vËt lý thùc trong lu vùc). Tuy nhiªn, kh«ng thÓ t¹o ra c¸c dù b¸o, thËm chÝ víi c¸c m« h×nh ®¬n gi¶n nhthÕ, mÆc dï trong thêi ®¹i tiÒn m¸y tÝnh, ph¬ng ph¸p tû sè ®îc gi¶i theo kü thuËtíc lîng ®å thÞ (xem Linslay vµ nnk, 1949 hoÆc Chow, 1964 víi ®Çy ®ñ chi tiÕt). §©ylµ mét sù cè g¾ng ®Ó tæng hîp mét ph¹m vi réng cña c¸c ph©n tÝch ¸p dông cho c¸c luvùc ë Mü mét tËp hîp ®å thÞ hoÆc to¸n ®å cã thÓ sö dông ®Ó dù b¸o lu lîng ®Ønhdíi c¸c trËn ma vµ vµ c¸c ®iÒu kiÖn kú tríc kh¸c nhau (h×nh 2.1). Sù tiÕp cËn nµy®îc sö dông nh lµ mét c«ng cô thiÕt kÕ cho nhiÒu n¨m vµ ®a vµo trong d¹ng to¸nhäc bëi Plate vµ nnk, (1988).2.2 Dù b¸o thùc hµnh: C¸c hÖ sè dßng ch¶y vµ chuyÓn ®æi thêigian Trong ch¬ng 1 vµ phÇn tríc, vÊn ®Ò ph©n t¸ch ¶nh hëng cña viÖc sinh dßngch¶y vµ diÔn to¸n dßng ch¶y ®· ®îc x©y dùng. Sù kh¸c biÖt nµy cña hai qu¸ tr×nh lµthùc chÊt cña nh÷ng thö nghiÖm ®Çu tiªn cho c¸c qu¸ tr×nh thuû v¨n, b¾t ®Çu tõnh÷ng n¨m 1920. Ph¶i nhí r»ng tÊt c¶ nh÷ng tÝnh to¸n trong thêi gian ®ã ®îc lµmb»ng tay mµ kh«ng cã sù trî gióp thËm chÝ cña m¸y tÝnh ®iÖn tö cÇm tay. Lóc ®ã c¸ctrî gióp vÒ tÝnh to¸n bÞ giíi h¹n bëi c¸c b¶ng logarit do ®ã c¸c phÐp tÝnh ph¶i thËt ®¬ngi¶n. Trong mét bµi b¸o c«ng bè n¨m 1921, Ross cã lÏ lµ ng ...