Kỹ thuật và quản ký nước dư thừa

410 phÇn 3 kü thuËt vµ qu¶n lý n­íc d­ thõa 391 Ch­¬ng 10 Thñy v¨n vµ thñy lùc trong qu¶n lý n­íc d­ thõa Ch­¬ng nµy tr×nh bµy mét sè ph­¬ng ph¸p luËn vÒ thñy v¨n vµ thñy lùc c¬ b¶n cÇn thiÕt cho viÖc qu¶n lý n­íc d­ thõa, nh»m môc ®Ých kh¶o luËn c¸c ph­¬ng ph¸p ®­îc sö dông réng r·i h¬n. Ng­êi ®äc cã thÓ tham kh¶o c¸c cuèn s¸ch (Bedient vµ Huber, 1988; Chow vµ céng sù, 1988; Vessman vµ céng sù, 1989 vµ Bras, 1990) ®Ó biÕt chi tiÕt h¬n vÒ c¸c nguyªn lý cña c¸c ph­¬ng ph¸p nµy. C¸c lo¹i ph­¬ng ph¸p kh¸c nhau bao gåm c¶ c¸c m« h×nh ngÉu nhiªn hoÆc tÊt ®Þnh vµ c¶ c¸c m« h×nh th«ng sè tËp trung hoÆc ph©n phèi. C¸c ®Þnh nghÜa vÒ c¸c lo¹i m« h×nh nµy lÊy theo c¸c ®Þnh nghÜa cña Chow vµ céng sù (1988). C¸c m« h×nh tÊt ®Þnh kh«ng xem xÐt tÝnh ngÉu nhiªn trong khi c¸c m« h×nh ngÉu nhiªn cã c¸c ®Çu ra Ýt nhÊt lµ ngÉu nhiªn côc bé. C¸c m« h×nh th«ng sè tËp trung tÝnh trung b×nh theo kh«ng gian cña mét hÖ thèng, xem hÖ thèng nh­ mét ®iÓm ®¬n lÎ kh«ng cã thø nguyªn trong kh«ng gian. C¸c m« h×nh ph©n phèi xem xÐt c¸c ®iÓm kh¸c nhau trong kh«ng gian vµ x¸c ®Þnh c¸c biÕn m« h×nh nh­ c¸c hµm cña c¸c thø nguyªn kh«ng gian. C¸c chñ ®Ò chÝnh th¶o luËn ë ®©y lµ ph©n tÝch m­a - dßng ch¶y (tÊt ®Þnh, tËp trung), diÔn to¸n thñy v¨n s«ng vµ hå chøa (tÊt ®Þnh, tËp trung), ph©n tÝch tÇn suÊt dßng ch¶y lò (ngÉu nhiªn, tËp trung), ph©n tÝch tr¾c diÖn däc mÆt n­íc (tÊt ®Þnh, ph©n phèi) vµ diÔn to¸n thñy lùc (tÊt ®Þnh, ph©n phèi) ®Ó dù b¸o lò. 10.1. ph©n tÝch thñy v¨n vµ thñy lùc ®ång b»ng ngËp lôt Ph©n tÝch thñy v¨n vµ thñy lùc lò ®­îc yªu cÇu trong quy ho¹ch, thiÕt kÕ vµ qu¶n lý nhiÒu lo¹i thµnh phÇn bao gåm c¸c hÖ thèng thñy v¨n trong ®ång b»ng ngËp lôt hoÆc l­u vùc s«ng. C¸c ph©n tÝch nµy cÇn thiÕt cho viÖc x¸c ®Þnh c¸c cao tr×nh vµ ®é s©u ngËp lôt kh¶ n¨ng, c¸c diÖn tÝch ngËp lôt, kÝch th­íc c¸c kªnh m­¬ng, c¸c cao tr×nh ®ª, c¸c giíi h¹n cña ®­êng, thiÕt kÕ c¸c nót giao th«ng vµ c¸c cèng n­íc cïng nhiÒu viÖc kh¸c. C¸c yªu cÇu ®iÓn h×nh bao gåm: 392 1. C¸c nghiªn cøu th«ng tin vÒ ®ång b»ng ngËp lôt. Ph¸t triÓn c¸c th«ng tin vÒ c¸c sù kiÖn lò lôt ®Æc tr­ng nh­ c¸c sù kiÖn cã tÇn sè xuÊt hiÖn 10 n¨m, 100 n¨m vµ 500 n¨m. 2. §¸nh gi¸ c¸c ph­¬ng ¸n sö dông ®Êt trong t­¬ng lai. Ph©n tÝch mét lo¹t c¸c sù kiÖn lò lôt (cã c¸c tÇn sè xuÊt hiÖn kh¸c nhau) ®èi víi viÖc sö dông ®Êt hiÖn t¹i vµ trong t­¬ng lai ®Ó x¸c ®Þnh nguy c¬ tiÒm Èn rñi ro do lò lôt, thiÖt h¹i do lò lôt vµ ¶nh h­ëng cña lò lôt ®èi víi m«i tr­êng. 3. §¸nh gi¸ c¸c biÖn ph¸p lµm gi¶m tæn thÊt do lò lôt. Ph©n tÝch mét lo¹t c¸c sù kiÖn lò lôt (cã c¸c tÇn sè xuÊt hiÖn kh¸c nhau) ®Ó x¸c ®Þnh viÖc lµm gi¶m thiÖt h¹i do lò lôt kÕt hîp víi c¸c dßng ch¶y thiÕt kÕ ®Æc tr­ng. 4. C¸c nghiªn cøu thiÕt kÕ. Ph©n tÝch c¸c sù kiÖn lò lôt ®Æc tr­ng ®Ó x¸c ®Þnh kÝch th­íc c¸c ph­¬ng tiÖn, ®¶m b¶o sù an toµn cña chóng vµ tr¸nh thÊt b¹i. 5. C¸c nghiªn cøu ho¹t ®éng. §¸nh gi¸ mét hÖ thèng ®Ó x¸c ®Þnh xem c¸c yªu cÇu ®· ®Æt ra víi nã theo c¸c sù kiÖn lò lôt ®Æc tr­ng cã thÓ ®­îc tháa m·n hay kh«ng. C¸c ph­¬ng ph¸p sö dông trong ph©n tÝch thñy v¨n vµ thñy lùc ®­îc x¸c ®Þnh theo môc ®Ých, ph¹m vi cña dù ¸n vµ c¸c tµi liÖu s½n cã ®Ó sö dông. h×nh 10.1,1 lµ s¬ ®å ph©n tÝch thñy v¨n vµ thñy lùc ®èi víi c¸c nghiªn cøu ®ång b»ng ngËp lôt. C¸c kiÓu ph©n tÝch thñy v¨n lµ ph©n tÝch m­a - dßng ch¶y hoÆc ph©n tÝch tÇn suÊt dßng ch¶y lò. NÕu mét sè l­îng thÝch hîp c¸c l­u l­îng ®Ønh lò tøc thêi hµng n¨m lÞch sö (chuçi cùc ®¹i hµng n¨m) s½n cã ®Ó sö dông th× ph©n tÝch tÇn suÊt dßng ch¶y lò cã thÓ thùc hiÖn ®Ó x¸c ®Þnh l­u l­îng ®Ønh lò cho c¸c thêi kú xuÊt hiÖn l¹i kh¸c nhau. NÕu kh«ng th× viÖc ph©n tÝch m­a - dßng ch¶y ph¶i ®­îc thùc hiÖn b»ng c¸ch sö dông m­a lò lÞch sö hoÆc m­a lò thiÕt kÕ ®èi víi thêi kú xuÊt hiÖn l¹i ®Æc tr­ng ®Ó ph¸t triÓn mét biÓu ®å qu¸ tr×nh m­a - dßng ch¶y. ViÖc x¸c ®Þnh c¸c cao tr×nh mÆt n­íc cã thÓ ®­îc thùc hiÖn nhê sö dông ph©n tÝch tr¾c diÖn däc mÆt n­íc ë tr¹ng th¸i æn ®Þnh nÕu chØ biÕt c¸c l­u l­îng ®Ønh hoÆc cã thÓ lùa chän c¸c l­u l­îng ®Ønh tõ c¸c biÓu ®å qu¸ tr×nh m­a - dßng ch¶y t¹o ra. §Ó ph©n tÝch chi tiÕt vµ toµn diÖn h¬n, ph©n tÝch dßng ch¶y kh«ng æn ®Þnh ph¶i dùa trªn mét m« h×nh diÔn to¸n thñy lùc vµ cã thÓ cÇn sö dông biÓu ®å qu¸ tr×nh m­a - dßng ch¶y ®Ó x¸c ®Þnh chÝnh x¸c h¬n c¸c cao tr×nh mÆt n­íc cùc ®¹i. Ph©n tÝch dßng ch¶y kh«ng æn ®Þnh còng cung cÊp th«ng tin chi tiÕt h¬n nh­ c¸c biÓu ®å qu¸ tr×nh l­u l­îng ®· diÔn to¸n t¹i c¸c vÞ trÝ kh¸c nhau trªn kh¾p ®o¹n s«ng nghiªn cøu. 10.2. X¸c ®Þnh biÓu ®å qu¸ tr×nh m­a lò: ph©n tÝch m­a ­ -dng chßy BiÓu ®å qu¸ tr×nh dßng ch¶y s«ng hay qu¸ tr×nh l­u l­îng lµ ®å thÞ hoÆc b¶ng thÓ hiÖn dßng ch¶y ­íc l­îng lµ mét hµm cña thêi gian t¹i vÞ trÝ ®· cho trªn s«ng (Chow vµ nnk, 1988). Trong thùc tÕ, mét biÓu ®å thñy v¨n lµ “mét biÓu hiÖn trän vÑn c¸c ®Æc tr­ng ®Þa lý tù nhiªn vµ khÝ hËu chi phèi c¸c quan hÖ gi÷a m­a vµ dßng ch¶y cña mét l­u vùc s«ng riªng biÖt” (Chow, 1964). 393 H×nh 10.1.1 C¸c thµnh phÇn cña mét ph©n tÝch thñy v¨n - thñy lùc ®ång b»ng ngËp lôt §Çu vµo: M­a HÖ thèng: L­u vùc s«ng §Çu ra: BiÓu ®å qu¸ tr×nh dßng ch¶y H×nh 10.2.1 M« h×nh ho¸ m­a - dßng ch¶y 394 H×nh 10.2.2 C¸c b­íc x¸c ®Þnh dßng ch¶y do m­a §èi t­îng ph©n tÝch m­a - dßng ch¶y ®­îc minh häa trong h×nh 10.2,1 trong ®ã, hÖ thèng lµ mét l­u vùc s«ng, ®Çu vµo lµ biÓu ®å qu¸ tr×nh m­a vµ ®Çu ra lµ biÓu ®å qu¸ tr×nh dßng ch¶y hoÆc l­u l­îng. h×nh 10.2,2 ®Þnh râ c¸c qu¸ tr×nh (hoÆc c¸c b­íc) kh¸c nhau sö dông ®Ó x¸c ®Þnh biÓu ®å qu¸ tr×nh dßng ch¶y tæng céng tõ ®Çu vµo m­a. Môc nµy m« t¶ ph­¬ng ph¸p biÓu ®å thñy v¨n ®¬n vÞ vµ øng dông nã ®Ó x¸c ®Þnh biÓu ®å qu¸ tr×nh dßng ch¶y do m­a. 10.2.1. C¸c tæn thÊt thñy v¨n L­îng m­a v­ît qu¸ hoÆc l­îng m­a hiÖu qu¶ lµ l­îng m­a kh«ng ®­îc gi÷ l¹i trªn mÆt ®Êt mµ còng kh«ng thÊm vµo trong ®Êt. Sau khi ch¶y qua bÒ mÆt l­u vùc, l­îng m­a v­ît qu¸ trë thµnh dßng ch¶y trùc tiÕp t¹i cöa ra cña l­u vùc. BiÓu ®å qu¸ tr×nh m­a v­ît qu¸ lµ mét thµnh phÇn quan träng trong viÖc nghiªn cøu c¸c quan hÖ m­a - dßng ch¶y. HiÖu sè gi÷a biÓu ®å qu¸ tr×nh l­îng m­a tæng céng vµ biÓu ®å qu¸ tr×nh l­îng m­a v­ît qu¸ chÝnh lµ c¸c tæn thÊt. C¸c tæn thÊt chñ yÕu lµ n­íc hÊp thu do thÊm cïng víi mét sè l­îng khÊu trõ do bÞ chÆn vµ tr÷ l¹i trªn bÒ mÆt. ThÊm lµ qu¸ tr×nh n­íc th©m nhËp tõ mÆt ®Êt vµo ®Êt. Cã nhiÒu nh©n tè ¶nh h­ëng ®Õn tèc ®é thÊm, bao gåm: ®iÒu kiÖn mÆt ®Êt vµ líp phñ thùc vËt, c¸c tÝnh chÊt cña ®Êt (nh­ ®é rçng vµ tÝnh dÉn thñy lùc cña nã) vµ tr÷ l­îng Èm hiÖn cã trong ®Êt. Tèc ®é thÊm f biÓu diÔn b»ng inch/h hoÆc cm/h lµ tèc ®é n­íc vµo ®Êt t¹i bÒ mÆt. D­íi c¸c ®iÒu kiÖn n­íc t¹o thµnh vòng trªn bÒ mÆt, thÊm x¶y ra víi tèc ®é thÊm kh¶ n¨ng. ThÊm tÝch lòy F lµ ®é s©u lòy tÝch cña n­íc thÊm trong mét kho¶ng thêi gian ®Æc tr­ng vµ b»ng tÝch ph©n cña tèc ®é thÊm trong toµn bé kho¶ng thêi gian ®ã:  t t dftFF 0 )()(  (10.2.1) Tèc ®é thÊm b»ng ®¹o hµm cña thÊm lòy tÝch. Ba ph­¬ng tr×nh thÊm ®· ®­îc c«ng nhËn vµ ®· ®­îc sö dông réng r·i (Green-Ampt, Horton vµ SCS) 395 ®­îc tr×nh bµy trong b¶ng 10.2,1, C¸c mèi t­¬ng quan cña l­îng m­a, tèc ®é thÊm vµ thÊm lòy tÝch ®­îc thÓ hiÖn trong h×nh 10.2.3. 10.2.2. Ph­¬ng ph¸p biÓu ®å thñy v¨n ®¬n vÞ BiÓu ®å thñy v¨n ®¬n vÞ lµ biÓu ®å qu¸ tr×nh dßng ch¶y trùc tiÕp do l­îng m­a v­ît qu¸ 1 inch (hoÆc 1 cm theo c¸c ®¬n vÞ SI) g©y ra mét c¸ch ®ång ®Òu trªn mét l­u vùc s«ng víi tèc ®é kh«ng ®æi trong kho¶ng thêi gian hiÖu qu¶. VÒ c¬ b¶n, biÓu ®å thñy v¨n ®¬n vÞ lµ hµm ph¶n øng dao ®éng ®¬n vÞ cña hÖ thñy v¨n tuyÕn tÝnh. BiÓu ®å thñy v¨n ®¬n vÞ lµ mét m« h×nh tuyÕn tÝnh ®¬n gi¶n cã thÓ ®­îc sö dông ®Ó nhËn ®­îc biÓu ®å thñy v¨n tõ tæng l­îng m­a hiÖu qu¶ bÊt kú. Ph­¬ng ph¸p biÓu ®å thñy v¨n ®¬n vÞ lu«n dùa trªn c¸c gi¶ thiÕt d­íi ®©y: 1. L­îng m­a hiÖu qu¶ cã c­êng ®é kh«ng ®æi trong kho¶ng thêi gian h÷u hiÖu. 2. L­îng m­a hiÖu qu¶ ®­îc ph©n bè ®ång ®Òu trªn toµn bé l­u vùc s«ng. 3. Thêi gian c¬ së cña c¸c biÓu ®å qu¸ tr×nh dßng ch¶y trùc tiÕp do l­îng m­a hiÖu qu¶ sinh ra lµ kh«ng ®æi trong kho¶ng thêi gian ®· cho. 4. C¸c tung ®é cña tÊt c¶ c¸c biÓu ®å qu¸ tr×nh dßng ch¶y trùc tiÕp trong mét thêi gian c¬ së th«ng th­êng tû lÖ thuËn víi tæng l­îng dßng ch¶y trùc tiÕp m« t¶ b»ng mçi mét biÓu ®å qu¸ tr×nh l­u l­îng. 5. §èi víi mét l­u vùc s«ng ®· cho, biÓu ®å qu¸ tr×nh l­u l­îng do l­îng m­a hiÖu qu¶ ®· cho sinh ra ph¶n ¸nh c¸c ®Æc tr­ng kh«ng thay ®æi cña l­u vùc. B¶ng 10.2.1 C¸c ph­¬ng tr×nh thÊm ThÊm lòy tÝch (Ft) Tèc ®é thÊm (ft) Chó gi¶i Ph­¬ng tr×nh Green-Ampt: Kt F F tt           1ln           1 t t F Kf  * K : dÉn suÊt thñy lùc *  : cét n­íc hót cña mÆt thÊm ­ít trong ®Êt *  : L­îng thay ®æi tr÷ l­îng Èm i  *  : ®é rçng 396 i : tr÷ l­îng Èm ban ®Çu Ph­¬ng tr×nh Horton:    ktcoct e k ff tfF    1   ktcoct effff  * cf : tèc ®é thÊm kh«ng ®æi * of : tèc ®é thÊmban ®Çu * k : h»ng sè ph©n r· Ph­¬ng ph¸p SCS:   SIP IPS F at at t     2 2 SIP dt dP S f at t t   * S : l­îng gi÷ l¹i cùc ®¹i kh¶ n¨ng 10 1000  CN S * CN : sè ®­êng cong kh«ng thø nguyªn 1000  CN * aI : Tæn thÊt ban ®Çu. SIa 2,0 * tP : L­îng m­a tæng céng theo thêi gian t Ph­¬ng tr×nh cuèn rêi r¹c d­íi ®©y ®­îc sö dông ®Ó tÝnh dßng ch¶y trùc tiÕp nQ c¨n cø vµo l­îng m­a hiÖu qu¶ mP vµ biÓu ®å qu¸ tr×nh l­u l­îng ®¬n vÞ 1mnU (Chow vµ céng sù, 1988): 1 1     mn Mn m mn UPQ (10.2.2) trong ®ã: n m« t¶ thêi gian. Qu¸ tr×nh ng­îc l¹i gäi lµ ph¸ cuèn ®­îc sö dông ®Ó nhËn ®­îc biÓu ®å thñy v¨n ®¬n vÞ mP vµ nQ ®· cho. Gi¶ sö cã M dao ®éng cña l­îng m­a hiÖu qu¶ vµ N dao ®éng cña dßng ch¶y trùc tiÕp trong trËn m­a ®­îc xem xÐt: khi ®ã, N ph­¬ng tr×nh cã thÓ ®­îc viÕt cho nQ ( Nn ,...,2,1 ) d­íi d¹ng 1MN tung ®é cña biÓu ®å thñy v¨n ®¬n vÞ ch­a biÕt. Khi c¸c tµi liÖu m­a - dßng ch¶y kh«ng s½n cã ®Ó sö dông, ph¶i dïng mét biÓu ®å thñy v¨n ®¬n vÞ nh©n t¹o. Ph­¬ng ph¸p th­êng ®­îc sö dông nhÊt lµ ph­¬ng ph¸p cña Snyder. Ph­¬ng ph¸p nµy liªn kÕt thêi gian tõ träng t©m cña l­îng m­a ®Õn ®Ønh cña biÓu ®å thñy v¨n ®¬n vÞ víi c¸c ®Æc tr­ng ®Þa lý tù nhiªn cña l­u vùc s«ng. 397 H×nh 10.2.3 L­îng m­a, tèc ®é thÊm vµ thÊm lòy tÝch Mét khi biÓu ®å thñy v¨n ®¬n vÞ ®· ®­îc x¸c ®Þnh, nã cã thÓ ®­îc ¸p dông ®Ó t×m dßng ch¶y trùc tiÕp vµ c¸c biÓu ®å qu¸ tr×nh dßng ch¶y s«ng. Tõ biÓu ®å qu¸ tr×nh m­a lùa chän víi c¸c khÊu trõ ®­îc l­îc ®i ®Ó x¸c ®Þnh biÓu ®å qu¸ tr×nh l­îng m­a hiÖu qu¶. Kho¶ng thêi gian sö dông trong viÖc x¸c ®Þnh c¸c tung ®é cña biÓu ®å qu¸ tr×nh m­a hiÖu qu¶ ph¶i gièng hÖt nh­ kho¶ng thêi gian ®· x¸c ®Þnh cho biÓu ®å thñy v¨n ®¬n vÞ. 10.2.3. Côc C«ng binh Hoa kú, Trung t©m Kü thuËt Thñy v¨n, HEC-1 Ch­¬ng tr×nh tÝnh HEC-1 ®· ®­îc ph¸t triÓn bëi Trung t©m Kü thuËt Thñy v¨n (HEC), Côc C«ng binh Hoa kú, ®Ó m« pháng qu¸ tr×nh m­a - dßng ch¶y ®èi víi c¸c l­u vùc s¾p xÕp theo kÝch th­íc vµ ®é phøc t¹p tõ c¸c l­u vùc ®« thÞ nhá ®Õn c¸c hÖ thèng s«ng ®a l­u vùc lín. M« h×nh nµy cã thÓ ®­îc sö dông ®Ó x¸c ®Þnh dßng ch¶y tõ c¸c sù kiÖn nh©n t¹o còng nh­ c¸c sù kiÖn lÞch sö. Mét l­u vùc s«ng ®­îc m« t¶ nh­ mét hÖ thèng c¸c thµnh phÇn nèi liÒn víi nhau (xem h×nh 10.2,4), mçi mét trong c¸c thµnh phÇn ®ã m« h×nh ho¸ mét mÆt cña qu¸ tr×nh m­a - dßng ch¶y trong mét tiÓu l­u vùc. C¸c thµnh phÇn lµ thµnh phÇn dßng ch¶y trªn mÆt ®Êt, thµnh phÇn diÔn to¸n dßng ch¶y s«ng, thµnh phÇn hå chøa, thµnh phÇn chuyÓn n­íc vµ thµnh phÇn b¬m. Quy tr×nh biÓu ®å thñy v¨n ®¬n vÞ hoÆc sãng ®éng häc cã thÓ ®­îc sö dông trong thµnh phÇn dßng ch¶y trªn mÆt ®Êt ®Ó x¸c ®Þnh biÓu ®å qu¸ tr×nh dßng ch¶y trùc tiÕp. C¸c thµnh phÇn dßng ch¶y trªn mÆt ®Êt ®èi víi l­u vùc s«ng vÝ dô trong h×nh 10.2,4 lµ: 10. 20, 30, 40, 50 vµ 60, C¸c thµnh phÇn 398 diÔn to¸n dßng ch¶y: 1020, 3040, 2050, 5060 vµ 6070 trong h×nh 10.2,4 ®­îc sö dông ®Ó m« t¶ chuyÓn ®éng cña lò trong lßng dÉn nhê sö dông diÔn to¸n thñy v¨n. §Çu vµo lµ biÓu ®å thñy v¨n th­îng l­u ®­îc diÔn to¸n tíi mét ®iÓm h¹ l­u b»ng c¸ch sö dông ph­¬ng ph¸p Muskingum, ph­¬ng ph¸p diÔn to¸n mùc n­íc ao hå hoÆc ph­¬ng ph¸p diÔn to¸n sãng ®éng häc. Mét thµnh phÇn hå chøa nh­ 70 trong h×nh 10.2,4 ch¼ng h¹n, t­¬ng tù víi thµnh phÇn diÔn to¸n dßng ch¶y s«ng sö dông quy tr×nh diÔn to¸n mùc n­íc ao hå. Thµnh phÇn chuyÓn n­íc cã thÓ ®­îc sö dông ®Ó miªu t¶ nh÷ng chç chuyÓn n­íc, c¸c nh¸nh rÏ cña s«ng hoÆc sù di chuyÓn cña dßng ch¶y tõ mét ®iÓm trong mét l­u vùc ®Õn ®iÓm kh¸c ë trong hoÆc ë ngoµi l­u vùc s«ng riªng biÖt. Thµnh phÇn b¬m cã thÓ ®­îc sö dông trong viÖc m« pháng c¸c tr¹m b¬m n©ng dßng ch¶y khái c¸c diÖn tÝch thÊp t¹o thµnh ao hå ch¼ng h¹n nh­ c¸c diÖn tÝch ë sau c¸c ®ª. H×nh 10.2.4 M« h×nh ho¸ m­a - dßng ch¶y nhê sö dông HEC-1 (HiÖp héi Kü s­ Qu©n ®éi Hoa Kú, 1989) 10.2.4. C¸c m« h×nh m« pháng liªn tôc M« h×nh HEC-1 dïng ph­¬ng ph¸p biÓu ®å thñy v¨n ®¬n vÞ lµ mét m« h×nh sù kiÖn ®­îc sö dông ®Ó m« pháng c¸c sù kiÖn m­a - dßng ch¶y riªng lÎ. C¸c m« h×nh sù kiÖn nhÊn m¹nh ®Õn thÊm vµ dßng ch¶y mÆt cïng víi c¸c ®èi t­îng ®Ó x¸c ®Þnh dßng ch¶y trùc tiÕp. C¸c m« h×nh nµy ®­îc sö dông ®Ó tÝnh to¸n c¸c dßng ch¶y lò ë n¬i mµ dßng ch¶y trùc tiÕp ®ãng gãp 399 chÝnh cho dßng ch¶y. C¸c m« h×nh sù kiÖn kh«ng xem xÐt ®Õn viÖc tÝnh ®é Èm gi÷a c¸c trËn m­a. C¸c m« h×nh liªn tôc tÝnh to¸n t­êng minh cho tÊt c¶ c¸c thµnh phÇn dßng ch¶y, kÓ c¶ dßng ch¶y mÆt vµ dßng ch¶y gi¸n tiÕp (nhËp l­u vµ dßng ch¶y ngÇm). C¸c m« h×nh nµy tÝnh to¸n ®èi víi c©n b»ng Èm toµn diÖn cña mét l­u vùc trªn c¬ së thêi h¹n dµi vµ v× thÕ phï hîp ®Ó dù b¸o tæng l­îng dßng ch¶y thêi h¹n dµi. C¸c m« h×nh liªn tôc xem xÐt ®Õn bèc tho¸t h¬i vµ c¸c thÊt tho¸t dµi h¹n, x¸c ®Þnh tèc ®é kh«i phôc ®é Èm trong c¸c thêi kú kh«ng cã m­a. Ba m« h×nh liªn tôc ®· sö dông ë Hoa Kú lµ: (1) m« h×nh dßng ch¶y s«ng vµ ®iÒu khiÓn hå chøa nh©n t¹o (SSARR) ph¸t triÓn bëi Côc C«ng binh Hoa Kú - S­ ®oµn B¾c Th¸i B×nh D­¬ng (1986); (2) m« h×nh l­u vùc Stanford (SWM) ph¸t triÓn t¹i Tr­êng §¹i häc Stanford (Crawford vµ Linsley, 1966) vµ (3) m« h×nh Sacramenko ph¸t triÓn bëi nhãm kÕt hîp gi÷a Trung t©m Dù b¸o s«ng cña Bang – Liªn bang, Côc Thêi tiÕt Quèc gia Hoa Kú vµ Ban Tµi nguyªn n­íc cña bang Califorlia (Burnach, Ferral vµ McGuire, 1973). Mét phiªn b¶n ®· söa ®æi cña m« h×nh Sacramenko ®· ®­îc kÕt hîp trong HÖ thèng Dù b¸o s«ng - Côc Thêi tiÕt Quèc gia (NWSRFS) (Peck, 1976). M« h×nh Sacramenko ®­îc th¶o luËn ë møc chi tiÕt h¬n trong c¸c ®o¹n d­íi ®©y. Do viÖc tÝnh to¸n dßng ch¶y tõ m­a ®­îc dùa trªn c¬ së tÝnh to¸n ®é Èm ®Êt nªn m« h×nh Sacramenko còng ®­îc biÕt ®Õn nh­ lµ m« h×nh tÝnh to¸n ®é Èm ®Êt Sacramenko. M« h×nh Sacramenko lµ m« h×nh tÊt ®Þnh, cã ®Çu vµo vµ c¸c tham sè tËp trung trong ph¹m vi diÖn tÝch tÝnh ®é Èm ®Êt. M« h×nh nµy cã thÓ ®­îc sö dông ®Ó lµm m« h×nh ¸p suÊt n­íc, ph©n chia ®Êt theo chiÒu th¼ng ®øng thµnh hai ®íi tÝnh to¸n ®é Èm chÝnh. §íi trªn cao tÝnh to¸n ®èi víi l­îng tr÷ bÞ chÆn l¹i vµ líp ®Êt bªn d­íi; ®íi d­íi thÊp tÝnh to¸n ®èi víi phÇn chñ yÕu cña ®é Èm ®Êt vµ kh¶ n¨ng chøa n­íc ngÇm. Mét biÓu ®å kh¸i niÖm cña m« h×nh Sacramenko ®­îc thÓ hiÖn trong h×nh 10.2.5. C¸c ®íi trªn cao vµ d­íi thÊp chøa n­íc ¸p lùc vµ n­íc tù do (xem h×nh 10.2,5). N­íc ¸p lùc ®­îc giíi h¹n chÆt chÏ víi c¸c h¹t ®Êt vµ v× vËy, kh«ng thÓ s½n sµng ®Ó chuyÓn ®éng. N­íc tù do kh«ng bÞ giíi h¹n víi c¸c h¹t ®Êt vµ cã thÓ chuyÓn ®éng theo c¶ hai ph­¬ng ®øng vµ ngang tõ ®Çu ®Õn cuèi tr¾c diÖn ®Êt. N­íc ¸p lùc chØ ®­îc x¶ hÕt ra b»ng c¸ch bèc tho¸t h¬i n­íc trong khi n­íc tù do ®­îc di chuyÓn b»ng c¸ch thÊm qua, ch¶y hßa vµo nhau, bèc tho¸t h¬i n­íc vµ bæ sung cho n­íc ¸p lùc. Trong ®íi trªn cao, nhu cÇu n­íc ¸p lùc (l­îng tr÷ n­íc ¸p lùc cña ®íi trªn cao, UZTWS) ph¶i ®­îc tháa m·n tr­íc khi n­íc ®­îc di chuyÓn tíi chç chøa n­íc tù do. Trong ®íi d­íi thÊp, phÇn n­íc ®Õn cã thÓ trë thµnh n­íc tù do kh«ng ®¸p øng c¸c yªu cÇu cña n­íc ¸p lùc. Sù chuyÓn ®éng cña n­íc tõ ®íi trªn cao ®Õn ®íi d­íi thÊp ®­îc x¸c ®Þnh b»ng mét hµm thÊm cã liªn quan víi c¸c n¨ng lùc vµ dung tÝch cña c¶ hai ®íi vµ c¸c hÖ sè x¶ n­íc tù do. Hai lo¹i th«ng tin bèc tho¸t h¬i n­íc ®­îc sö dông lµ: (1) ®­êng cong bèc tho¸t h¬i n­íc thay ®æi theo mïa bao gåm c¸c gi¸ trÞ trung b×nh th¸ng hoÆc (2) c¸c sè liÖu bèc tho¸t h¬i n­íc kh¶ n¨ng thùc tÕ cïng c¸c hÖ sè hiÖu chØnh hµng th¸ng ®Ó tÝnh c¸c thay ®æi mïa theo líp phñ thùc vËt vµ ®iÒu kiÖn mÆt ®Êt. Phiªn b¶n NWS cña m« h×nh Sacramenko sö dông c¸c kho¶ng thêi gian tÝnh to¸n 6 giê ®èi víi c¸c m« pháng kiÓm tra vµ c¸c dù b¸o cã thÓ sö dông (Brazil vµ Hudlow, 1981). C¶ hai khu vùc ­u tiªn vµ kh«ng ­u tiªu ®Òu ®­îc xem xÐt. C¸c khu vùc kh«ng ­u tiªn nèi trùc tiÕp víi mét s«ng ®ãng gãp dßng ch¶y trùc tiÕp vµo dßng ch¶y s«ng mµ kh«ng di chuyÓn qua ®Êt. C¸c ®Êt ®· b·o hßa gÇn s«ng còng t¸c ®éng nh­ c¸c khu vùc kh«ng ­u tiªn 400 vµ khu vùc nµy cã thÓ thay ®æi vÒ kÝch th­íc tïy thuéc vµo ®é Èm ®Êt. M« h×nh Sacramenko t¹o ra 5 thµnh phÇn cña dßng ch¶y s«ng (Brazil vµ Hudlow, 1981): 1. Dßng ch¶y trùc tiÕp do m­a g©y ra ¸p dông ®èi víi c¸c khu vùc kh«ng thÊm vµ c¸c khu vùc kh«ng thÊm t¹m thêi. 2. Dßng ch¶y mÆt do m­a lín h¬n l­îng gi÷ l¹i ë ®íi trªn cao. 3. Dßng ch¶y s¸t mÆt ch¶y theo ph­¬ng ngang tõ l­îng tr÷ n­íc tù do cña ®íi trªn cao. 4. Dßng ch¶y c¬ së bæ sung ch¶y tõ l­îng tr÷ bæ sung n­íc tù do cña ®íi d­íi thÊp. 5. Dßng ch¶y c¬ së chÝnh ch¶y tõ l­îng tr÷ n­íc tù do cña ®íi d­íi thÊp. Dßng ch¶y vµo lßng dÉn ®èi víi mçi thêi ®o¹n ®­îc céng víi c¸c thµnh phÇn dßng ch¶y ë trªn. H×nh 10.2.5 BiÓu ®å kh¸i niÖm cña m« h×nh Sacramenko (Brazil vµ Hudlow, 1981) 401 10.¶. 3iDn tÔ¸n thñy v¨n: c¸c hå choa vµ øsng DiÔn to¸n dßng ch¶y lµ mét quy tr×nh ®Ó x¸c ®Þnh thêi gian vµ ®é lín cña dßng ch¶y (nghÜa lµ biÓu ®å qu¸ tr×nh l­u l­îng) t¹i mét ®iÓm trªn dßng s«ng tõ c¸c biÓu ®å thñy v¨n ®· biÕt hoÆc gi¶ thiÕt t¹i mét ®iÓm hoÆc nhiÒu h¬n mét ®iÓm ë th­îng l­u. NÕu dßng ch¶y lµ lò, quy tr×nh ®­îc nhËn biÕt mét c¸ch râ rµng nh­ diÔn to¸n lò. DiÔn to¸n b»ng c¸c ph­¬ng ph¸p hÖ thèng tËp trung ®­îc gäi lµ diÔn to¸n thñy v¨n vµ diÔn to¸n b»ng c¸c ph­¬ng ph¸p hÖ thèng ph©n phèi ®­îc gäi lµ diÔn to¸n thñy lùc. DiÔn to¸n dßng ch¶y b»ng c¸c ph­¬ng ph¸p hÖ thèng ph©n phèi ®­îc m« t¶ trong môc 10.6. §Ó diÔn to¸n thñy lùc, ®Çu vµo  tI , ®Çu ra  tQ vµ l­îng tr÷  tST ®­îc liªn kÕt bëi ph­¬ng tr×nh liªn tôc: )()( )( tQtI dt TdST  (10.3.1) NÕu mét biÓu ®å qu¸ tr×nh dßng ch¶y vµo  tI ®­îc biÕt, ph­¬ng tr×nh 10.3.1 kh«ng thÓ ®­îc gi¶i trùc tiÕp ®Ó nhËn ®­îc biÓu ®å qu¸ tr×nh dßng ch¶y ra  tQ bëi v× c¶ Q vµ ST ®Òu ch­a biÕt. Mét quan hÖ thø hai hoÆc hµm l­îng tr÷ ®­îc yªu cÇu ®Ó liªn kÕt ST , I vµ Q ; liªn kÕt hµm l­îng tr÷ vµ dßng ch¶y vµo hå chøa thµnh mùc n­íc hå chøa. Trong ph­¬ng ph¸p Muskingum ®èi víi diÔn to¸n dßng ch¶y trong lßng dÉn, l­îng tr÷ cã quan hÖ tuyÕn tÝnh víi I vµ Q . T¸c ®éng cña l­îng tr÷ lµ ph©n phèi l¹i biÓu ®å qu¸ tr×nh l­u l­îng b»ng c¸ch di chuyÓn träng t©m cña biÓu ®å qu¸ tr×nh dßng ch¶y vµo ®Õn vÞ trÝ cña träng t©m cña biÓu ®å qu¸ tr×nh dßng ch¶y ra trong thêi gian ph©n phèi l¹i. Trong c¸c lßng dÉn rÊt dµi, toµn bé sãng lò còng di chuyÓn mét kho¶ng c¸ch ®¸ng kÓ vµ träng t©m cña biÓu ®å qu¸ tr×nh l­u l­îng cña nã cã thÓ ®­îc di chuyÓn trong mét thêi gian dµi h¬n thêi gian ph©n phèi l¹i. Thêi gian thªm vµo nµy cã thÓ ®­îc xem b»ng thêi gian tÞnh tiÕn. Tæng thêi gian truyÒn lò gi÷a träng t©m cña biÓu ®å dßng ch¶y vµo vµ biÓu ®å dßng ch¶y ra, b»ng tæng thêi gian cña ph©n phèi l¹i vµ tÞnh tiÕn. Qu¸ tr×nh ph©n phèi l¹i thay ®æi h×nh d¹ng biÓu ®å qu¸ tr×nh l­u l­îng trong khi, qu¸ tr×nh tÞnh tiÕn thay ®æi vÞ trÝ cña nã. 10.3.1. DiÔn to¸n thñy v¨n hå chøa DiÔn to¸n mùc n­íc ao hå lµ quy tr×nh ®Ó tÝnh biÓu ®å qu¸ tr×nh dßng ch¶y ra tõ mét hå chøa nhê gi¶ thiÕt mÆt n­íc n»m ngang, cho biÕt biÓu ®å qu¸ tr×nh dßng ch¶y vµo vµ c¸c ®Æc tr­ng l­îng tr÷ - dßng ch¶y ra cña nã. Sù thay ®æi l­îng tr÷ trong thêi ®o¹n t  jj STST 1 cã thÓ ®­îc biÓu diÔn tõ ph­¬ng tr×nh 10.3,1 b»ng: t QQ t II SS ijij jj                  22 11 1 (10.3.2) 402 C¸c gi¸ trÞ cña dßng ch¶y vµo t¹i lóc ®Çu vµ cuèi thêi ®o¹n thø j t­¬ng øng lµ jI vµ 1jI vµ c¸c gi¸ trÞ t­¬ng øng cña dßng ch¶y ra lµ jQ vµ 1jQ . C¸c gi¸ trÞ jI vµ 1jI ®­îc biÕt tõ ®­êng qu¸ tr×nh dßng ch¶y vµo. C¸c gi¸ trÞ jQ vµ jST cho tr­íc t¹i ®Çu thêi ®o¹n thø j tõ c¸c tÝnh to¸n ®èi víi thêi ®o¹n tr­íc. Do ®ã, ph­¬ng tr×nh 10.3.2 bao gåm hai Èn sè 1jQ vµ 1jST ®­îc t¸ch ra b»ng c¸ch nh©n ph­¬ng tr×nh 10.3.2 víi t/2 vµ s¾p xÕp l¹i ®Ó ®em l¹i kÕt qu¶ lµ:                     j j jjj j Q t ST IIQ t ST 22 11 1 (10.3.3) §Ó tÝnh dßng ch¶y ra 1jQ , mét hµm l­îng tr÷ - dßng ch¶y ra liªn kÕt Q t ST   2 vµ Q ®­îc yªu cÇu. Hµm nµy cã thÓ ®­îc ph¸t triÓn b»ng c¸ch sö dông c¸c quan hÖ cao tr×nh - l­îng tr÷ vµ cao tr×nh - dßng ch¶y ra. Quan hÖ gi÷a cao tr×nh mÆt n­íc vµ tr÷ l­îng n­íc hå chøa cã thÓ nhËn ®­îc tõ c¸c b¶n ®å ®Þa h×nh. Quan hÖ cao tr×nh - l­u l­îng nhËn ®­îc tõ c¸c ph­¬ng tr×nh liªn kÕt cét n­íc vµ l­u l­îng ®èi víi c¸c lo¹i ®Ëp trµn vµ c«ng tr×nh cöa x¶ kh¸c nhau. Gi¸ trÞ cña t ®­îc lÊy b»ng b­íc thêi gian cña ®­êng qu¸ tr×nh dßng ch¶y vµo. §èi víi mét gi¸ trÞ cao tr×nh mÆt n­íc ®· cho, c¸c gi¸ trÞ l­îng tr÷ ST vµ l­u l­îng Q ®­îc x¸c ®Þnh, khi ®ã, gi¸ trÞ Q t ST   2 ®­îc tÝnh to¸n vµ vÏ thµnh ®å thÞ trªn trôc hoµnh cïng víi gi¸ trÞ dßng ch¶y ra Q trªn trôc tung. Trong diÔn to¸n dßng ch¶y tõ ®Çu ®Õn cuèi thêi ®o¹n j , tÊt c¶ c¸c sè h¹ng trªn RHS cña ph­¬ng tr×nh 10.3,3 ®Òu ®­îc biÕt vµ v× thÕ, gi¸ trÞ cña 1 12     j j Q t ST cã thÓ tÝnh to¸n ®­îc. Gi¸ trÞ t­¬ng øng cña 1jQ cã thÓ ®­îc x¸c ®Þnh tõ hµm l­îng tr÷ - dßng ch¶y ra Q t ST   2 øng víi Q hoÆc b»ng ®å thÞ, hoÆc b»ng c¸ch néi suy tuyÕn tÝnh c¸c gi¸ trÞ ®­îc tr×nh bµy thµnh b¶ng. §Ó cung cÊp ®Çy ®ñ c¸c sè liÖu yªu cÇu cho thêi ®o¹n tiÕp theo, gi¸ trÞ 1 12     j j Q t ST ®­îc tÝnh b»ng c¸ch sö dông: 11 1 1 1 2 22                     jj j j j QQ t ST Q t ST (10.3.4) Sau ®ã, c¸c tÝnh to¸n ®­îc lÆp l¹i cho c¸c thêi kú diÔn to¸n tiÕp theo. 403 10.3.2. DiÔn to¸n thñy v¨n s«ng Ph­¬ng ph¸p Muskingum lµ ph­¬ng ph¸p diÔn to¸n thñy v¨n s«ng th­êng ®­îc sö dông, dùa trªn c¬ së quan hÖ biÕn thiªn l­u l­îng - l­îng tr÷. Ph­¬ng ph¸p nµy m« pháng thÓ tÝch tr÷ lò cña mét s«ng b»ng c¸ch kÕt hîp c¸c thÓ tÝch tr÷ h×nh nªm vµ h×nh l¨ng trô. Trong thêi gian chuyÓn ®éng cña mét sãng lò, dßng ch¶y vµo v­ît qu¸ dßng ch¶y ra g©y ra mét nªm tr÷. Trong thêi gian rót ®i, dßng ch¶y ra v­ît qu¸ dßng ch¶y vµo còng g©y ra mét nªm tr÷. Thªm vµo ®ã, cã mét l¨ng trô tr÷ ®­îc h×nh thµnh do thÓ tÝch cña mÆt c¾t ngang kh«ng ®æi däc theo chiÒu dµi mét kªnh l¨ng trô. Gi¶ thiÕt r»ng diÖn tÝch mÆt c¾t ngang cña dßng ch¶y lò tû lÖ tuyÕn tÝnh víi l­u l­îng t¹i mÆt c¾t ngang th× thÓ tÝch l¨ng trô tr÷ b»ng KQ trong ®ã K lµ hÖ sè tû lÖ vµ thÓ tÝch nªm tr÷ b»ng  QIKX  , trong ®ã X lµ träng sè cã ph¹m vi biÕn ®æi 5,00  X . L­îng tr÷ tæng céng ®­îc x¸c ®Þnh b»ng tæng cña hai thµnh phÇn: )( QIKXKQST  (10.3.5) cã thÓ ®­îc s¾p xÕp l¹i ®Ó ®­a ra hµm l­îng tr÷ ®èi víi ph­¬ng ph¸p Muskingum:   QXXIKST  1 (10.3.6) vµ m« t¶ mét m« h×nh tuyÕn tÝnh ®Ó diÔn to¸n dßng ch¶y trong c¸c s«ng. Gi¸ trÞ cña X phô thuéc vµo h×nh d¹ng cña nªm tr÷ ®· m« h×nh hãa. Gi¸ trÞ cña X biÕn ®æi trong ph¹m vi tõ 0 ®èi víi tr÷ kiÓu hå chøa ®Õn 0,5 ®èi víi nªm tr÷ ®Çy. Khi X = 0, kh«ng cã nªm tr÷ vµ v× vËy, kh«ng cã n­íc vËt; ®©y lµ tr­êng hîp ®èi víi hå chøa møc ao tï. Trong c¸c s«ng thùc tÕ, X n»m gi÷a 0 vµ 0,3 víi gi¸ trÞ trung b×nh gÇn b»ng 0,2, §é chÝnh x¸c lín trong viÖc x¸c ®Þnh X cã thÓ kh«ng cÇn thiÕt v× c¸c kÕt qu¶ cña ph­¬ng ph¸p t­¬ng ®èi Ýt nhËy ®èi víi gi¸ trÞ cña tham sè nµy. Tham sè K lµ thêi gian chuyÓn ®éng cña sãng lò tõ ®Çu ®Õn cuèi ®o¹n lßng dÉn. §èi víi diÔn to¸n thñy v¨n, c¸c gi¸ trÞ cña K vµ X ®­îc gi¶ thiÕt lµ kh«ng ®æi trong suèt ph¹m vi cña dßng ch¶y. C¸c gi¸ trÞ l­îng tr÷ t¹i c¸c thêi gian j vµ 1j cã thÓ ®­îc viÕt t­¬ng øng b»ng:   jjj QXXIKST  1 (10.3.7) vµ   111 1   jjj QXXIKST (10.3.8) Nhê sö dông c¸c ph­¬ng tr×nh 10.3,7 vµ 10.3,8, ®¹i l­îng thay ®æi l­îng tr÷ trong thêi ®o¹n t b»ng: 404       jjjjjj QXXIQXXIKSTST   11 111 (10.3.9) §¹i l­îng thay ®æi l­îng tr÷ còng cã thÓ ®­îc biÓu diÔn b»ng c¸ch sö dông ph­¬ng tr×nh 10.3,2, KÕt hîp c¸c ph­¬ng tr×nh 10.3,9 vµ 10.3,2 vµ ®¬n gi¶n ho¸ sÏ cho: jjjj QCICICQ 32111   (10.3.10) lµ ph­¬ng tr×nh diÔn t