Dự báo thủy đồ sử dụng các mô hình dựa trên số liệu

93 Ch­¬ng 4 Dù b¸o thñy ®å sö dông c¸c m« h×nh dùa trªn sè liÖu Mét sè chuyªn gia cho r»ng ph­¬ng ph¸p ®¬n gi¶n nhÊt lµ ph­¬ng ph¸p hiÖu qu¶ nhÊt. §iÒu nµy thùc sù g©y nhiÒu tranh c·i. Víi mét sè m« h×nh th× ®iÒu nµy lµ ®óng. Kh«ng may, mét sè kh¸c l¹i kh«ng ph¶i nh­ vËy. Tiªu chuÈn ®Çu tiªn ph¶i lµ ®é chÝnh x¸c vµ cho tíi khi ®é chÝnh x¸c t­¬ng ®­¬ng ®­îc chÊp nhËn th× ®¬n gi¶n sÏ lµ tiªu chuÈn thø hai. Ray.K.Linsley 1986 4.1. sè liÖu s½n cã vµ m« h×nh kinh nghiÖm Cã 2 quan ®iÓm m« h×nh ho¸ rÊt kh¸c nhau nh­ng ®Òu thu hót sù chó ý. Thø nhÊt lµ tÊt c¶ c¸c m« h×nh dï cã c¬ së vËt lý thÕ nµo, còng lµ c«ng cô c¬ b¶n ®Ó ngo¹i suy sè liÖu s½n cã theo thêi gian (thêi kú kh¸c nhau) vµ kh«ng gian (l­u vùc kh¸c nhau). Quan ®iÓm nµy cña m« h×nh nh­ mét phÐp quy n¹p sÏ lµ ®èi t­îng cña ch­¬ng nµy. Quan ®iÓm thø 2 lµ c¸c m« h×nh cßn xa míi cã thÓ ph¶n ¸nh hiÓu biÕt vËt lý cña chóng ta vÒ qu¸ tr×nh xem xÐt. ChØ b»ng c¸ch nµy, nã gîi ý lµ chóng ta cã kh¶ n¨ng tin cËy vµo c¸c dù b¸o n»m ngoµi ph¹m vi sè liÖu cã s½n trong thêi gian (vÝ dô trong t­¬ng lai) vµ kh«ng gian (vÝ dô trong c¸c l­u vùc kh¸c nhau). Quan ®iÓm nµy coi m« h×nh hÇu hÕt nh­ lµ suy luËn, sÏ lµ ®èi t­îng cña ch­¬ng sau. Cho r»ng viÖc m« h×nh ho¸ nh­ lµ suy luËn, bëi v× kh«ng may lµ chóng ta ch­a thÓ tho¸t khái chñ nghÜa kinh nghÜa kinh nghiÖm nµo ®ã trong viÖc m« t¶ c¸c qu¸ tr×nh thuû v¨n vµ ®¸nh gi¸ c¸c tham sè m« h×nh, vµ trªn thùc tÕ cã thÓ lµ kh«ng bao giê lµm ®­îc viÖc nh­ vËy. Trong quan ®iÓm thø nhÊt, tiÕp cËn ®­¬ng nhiªn lµ kinh nghiÖm. Bµi to¸n m« h×nh ho¸ trë thµnh mét cè g¾ng ph©n tÝch c¸c tµi liÖu s½n cã ®Ó häc tõ sè liÖu vÒ hÖ thèng lµm viÖc nh­ thÕ nµo b»ng c¸ch thiÕt lËp quan hÖ gi÷a chuçi ®Çu vµo vµ ®Çu ra. §©y lµ m« h×nh ho¸ dùa vµo sè liÖu th­êng ë qui m« l­u vùc mµ kh«ng ®i nhiÒu vµo suy luËn vËt lý hoÆc lý thuyÕt cña qu¸ tr×nh. Mét tªn kh¸c ®­îc dïng lµ m« h×nh hép ®en. NÕu chóng ta cã quan hÖ hoµn h¶o cña ®Çu vµo vµ ®Çu ra th× t¹i sao l¹i lo l¾ng vÒ cã g× ®ã ®ang diÔn ra bªn trong l­u vùc. Dï sao tiÕp cËn hép ®en kh«ng nhÊt thiÕt lµ tèt. Mét ph­¬ng ph¸p dùa trªn ph©n tÝch ®Çu vµo-®Çu ra trong mét sè hoµn c¶nh cã thÓ ®­a ®Õn c¸c quyÕt ®Þnh rÊt kh¸c nhau vÒ hµnh ®éng trªn hÖ thèng h¬n lµ gîi ý c¸c ph©n tÝch lý thuyÕt ®· chÊp nhËn. Sè liÖu sau ®ã gîi ra r»ng ph©n tÝch lý thuyÕt cã thÓ sai lÇm vµ mét sè gi¶i thÝch lý thuyÕt kh¸c lµ cÇn thiÕt. Young vµ Beven (1994, còng xem Young vµ nnk 1997) ®· ®­a ra mét tiÕp cËn kinh nghiÖm, hä gäi lµ m« h×nh c¬ häc dùa vµo sè liÖu, nghÜa lµ cho phÐp sè liÖu gîi ý mét 94 cÊu tróc m« h×nh thÝch hîp nh­ng sau ®ã ®¸nh gi¸ m« h×nh kÕt qu¶ ®Ó xÐt liÖu cã mét gi¶i thÝch c¬ häc cã thÓ hiÓu râ m« h×nh cÇn ®Õn nh÷ng thu nhËn tõ m« h×nh dùa trªn suy luËn lý thuyÕt. Hä ®­a ra vÝ dô tõ m« h×nh m­a-dßng ch¶y dùa trªn hµm chuyÓn ®æi ®­îc th¶o luËn trong môc 4.5 d­íi ®©y. D¹ng m« h×nh ho¸ nµy dùa vµo sè liÖu kinh nghiÖm cÇn thiÕt phô thuéc vµo sù cã s½n cña sè liÖu. Trong tr­êng hîp m­a- dßng ch¶y, kh«ng thÓ sö dông m« h×nh nh­ vËy vµo l­u vùc kh«ng cã ®o ®¹c trõ khi c¸c th«ng sè cho l­u vùc ®ã cã thÓ ­íc l­îng tr­íc. Còng cÇn l­u ý r»ng tiÕp cËn quy n¹p hoÆc kinh nghiÖm lµ rÊt cò, qu¶ thùc lµ l©u ®êi nhÊt trong m« h×nh thñy v¨n. Ph­¬ng ph¸p tû lÖ Malvaney th¶o luËn ë ®Çu ch­¬ng 2 vµ t­¬ng quan hîp trôc hoÆc kü thuËt ®å thÞ cña h×nh 2.1 lµ vÝ dô c¬ b¶n cña m« h×nh kinh nghiÖm dùa trªn sè liÖu: cè g¾ng ®Ó t×m mét t­¬ng tù tû lÖ nµo ®Êy vÒ d¸ng ®iÖu gi÷a c¸c trËn m­a vµ c¸c l­u vùc kh¸c nhau. T«i nghi ngê r»ng trong thiªn niªn kû míi sÏ cã sù quay trë l¹i d¹ng x©y dùng m« h×nh kinh nghiÖm vµ quy n¹p trong thñy v¨n v× c¸c h¹n chÕ cña nhiÒu tiÕp cËn lý thuyÕt, khi ¸p dông cho l­u vùc víi c¸c ®Æc tr­ng duy nhÊt cña nã trë nªn t¨ng gi¸ trÞ (chi tiÕt h¬n xem Beven 2000). 4.2. c¸c Ph­¬ng ph¸p håi quy kinh nghiÖm Håi quy kinh nghiÖm lµ kü thuËt thèng kª c¬ b¶n ®Ó ngo¹i suy cña bé sè liÖu cho t×nh h×nh kh¸c vµ trong kh«ng gian thêi gian. Sè liÖu ®­îc ®èi chiÕu cho biÕn phô thuéc vµ mét hoÆc nhiÒu biÕn ®éc lËp hoÆc biÕn gi¶i thÝch vµ c¸c tÝnh to¸n thèng kª ®­îc dïng ®Ó rót ra mét ph­¬ng tr×nh liªn hÖ sù thay ®æi cña biÕn phô thuéc vµo c¸c gi¸ trÞ cña c¸c biÕn ®éc lËp. Mét vÝ dô mÉu gÇn ®©y, lÊy tõ Sefton vµ Howarth (19980), lµ quan hÖ gi÷a c¸c th«ng sè cña m« h×nh IHACRES (xem phÇn 4.3.1) vµ c¸c biÕn m« t¶ l­u vùc vËt lý kh¸c. Quan hÖ, x¸c ®Þnh bëi håi quy tuyÕn tÝnh béi cã d¹ng: REHPMN80CLASSB40 OTHER37URBAN09TILLED47DECID912UPLAND77 C 1 ,, ,,,,,   (4.1) trong ®ã C lµ tû lÖ ®ãng gãp m­a cho l­îng tr÷ l­u vùc. UPLAND lµ phÇn tr¨m diÖn tÝch cña ®Êt hoang, träc vµ d­¬ng xØ. DECID lµ phÇn tr¨m diÖn tÝch cña rõng rông l¸ vµ hçn hîp. TILLED lµ phÇn tr¨m diÖn tÝch cña ®Êt mïa canh t¸c. OTHER lµ phÇn tr¨m diÖn tÝch cña ba d¹ng sö dông ®Êt cßn l¹i. CLASSB lµ phÇn tr¨m diÖn tÝch cña ®Êt kho¸ng b¸n thÊm (kh«ng lµ n­íc ngÇm) vµ REHPMN lµ ®é Èm t­¬ng ®èi trung b×nh trong thêi kú 1961-1991. Quan hÖ ®­îc ph¸t triÓn tõ hiÖu chØnh m« h×nh cho 60 l­u vùc kh¸c nhau ë n­íc Anh vµ xø Wales. HÖ sè t­¬ng quan cho quan hÖ lµ 0,61 (chiÕm chØ 37% ph­¬ng sai cña sè liÖu) chøa mét sù bÊt ®Þnh ®¸ng kÓ trong ­íc l­îng gi¸ trÞ 1/C cho mét l­u vùc riªng biÖt bÊt kú. Ph­¬ng tr×nh t­¬ng tù cho nh÷ng th«ng sè kh¸c cña m« h×nh cã c¶ sù phï hîp tèt h¬n vµ xÊu h¬n víi sè liÖu. C¸c biÕn ®éc lËp trong ph­¬ng tr×nh (4.1) ®­îc chän tõ danh s¸ch 10 biÕn h×nh th¸i, 5 biÕn m« t¶ ®Êt, 8 biÕn d¹ng sö dông ®Êt, 7 biÕn khÝ hËu. Kü thuËt lµm tr¬n thèng kª sö dông cho phÐp x¸c ®Þnh c¸c biÕn ®éc lËp cña nã céng víi mét ®ãng gãp cã ý nghÜa ®Ó gi¶i thÝch sù biÕn ®æi quan tr¾c trong biÕn phô thuéc. BiÕn kh«ng cung cÊp mét ®ãng gãp ®¸ng kÓ th× kh«ng ®­îc chøa trong ph­¬ng tr×nh. Kü thuËt ®­îc dïng ®Ó 95 rót ra d¹ng nµy cña ph­¬ng tr×nh lµ ph©n tÝch håi quy tuyÕn tÝnh. Quan hÖ phi tuyÕn bÊt kú ph¶i ®¹t ®­îc b»ng sù biÕn ®æi c¸c biÕn ®éc lËp hoÆc phô thuéc. ë mét trong sè c¸c ph­¬ng tr×nh dù b¸o kh¸c trong tµi liÖu cña Syton vµ Howath, sö dông biÕn ®æi logarit cho tÊt c¶ c¸c biÕn ®­îc tr­íc khi thùc hiÖn ph©n tÝch. D¹ng ph©n tÝch nµy ®­îc dïng réng r·i trong ­íc l­îng th«ng sè m« h×nh hoÆc c¸c ®Æc tr­ng l­u l­îng bªn trong mét vïng cña l­u vùc kh«ng ®o ®¹c. Nh÷ng ®iÒu kh«ng ®­îc ghi nhËn th­êng lµ nh÷ng biÕn ®æi kh¸c hoÆc biÕn ®éc lËp kh¸c ®­îc thö vµ lo¹i bá ®Ó hç trî cho ph­¬ng tr×nh c«ng bè cuèi cïng. ThËt thó vÞ nÕu nh÷ng quan hÖ nh­ thÕ th­êng lµm cho hiÓu biÕt thñy v¨n tèt h¬n. §iÒu nµy ®«i khi khã rót ra tõ ph­¬ng tr×nh håi quy. Trong ph­¬ng tr×nh (4.1) ®iÒu ®­a ®Õn ng¹c nhiªn lµ hµm tuyÕn tÝnh thªm vµo cña biÕn ®é Èm t­¬ng ®èi trung b×nh hµnh ®éng nh­ mét thay thÕ cho qu¸ tr×nh nµo? Mét sè ®iÓm ®¸ng ®­îc l­u ý vÒ d¹ng nµy cña ph©n tÝch håi quy. Mét lµ trong ph­¬ng tr×nh nh­ ph­¬ng tr×nh (4.1) nh»m môc ®Ých dù b¸o c¸c th«ng sè cña m« h×nh, ph©n tÝch ®­îc lo¹i bá tõng b­íc tõ sè liÖu l­u vùc gèc. Nh­ vËy gi¸ trÞ ®­a vµo håi quy sÏ phô thuéc vµo m« h×nh phï hîp nh­ thÕ nµo cho sè liÖu l­u vùc gèc. Cã thÓ cã vÊn ®Ò ®Æc biÖt trong nghiªn cøu nµy v× 2 trong c¸c th«ng sè chØ ra cã t­¬ng quan rÊt m¹nh qua 60 l­u vùc kh¸c nhau. Thø 2 lµ tÊt c¶ c¸c dù b¸o nh­ vËy liªn kÕt víi sai sè chuÈn cña ­íc l­îng cho phÐp diÔn ®¹t sù bÊt ®Þnh liªn quan víi dù b¸o. §iÒu nµy th­êng kh«ng ®­îc lµm. §iÒu thø ba lµ sai sè chuÈn cña ­íc l­îng sÏ lín h¬n v× dù b¸o trë nªn cùc trÞ h¬n trong liªn hÖ víi bé sè liÖu trong ®ã håi quy dùa vµo. CÇn thËn träng khi sö dông ­íc l­îng kÕt qu¶, ®Æc biÖt ë n¬i mµ t­¬ng quan cña ph­¬ng tr×nh dù b¸o t­¬ng ®èi thÊp nh­ ph­¬ng tr×nh (4.1). C¸c l­u vùc c¸ biÖt khi ®ã cã thÓ lÖch ®¸ng kÓ khái ­íc l­îng håi quy. C¸c ph­¬ng tr×nh håi quy t­¬ng tù cã ®Çy ®ñ trong c¸c tµi liÖu thñy v¨n. C¸c nghiªn cøu nh­ “B¸o c¸o nghiªn cøu lò ë V­¬ng quèc Anh (NERC 1975)” cung cÊp nhiÒu vÝ dô liªn quan ®Õn m« h×nh m­a-dßng ch¶y bao gåm c¶ c¸c ph­¬ng tr×nh cho ®Ønh lò víi thêi gian lò lªn cña ®­êng ®¬n vÞ vµ cho tÝnh to¸n phÇn tr¨m dßng ch¶y trong ­íc l­îng l­îng m­a hiÖu qu¶ ®Ó sö dông víi ®­êng ®¬n vÞ. Ph©n tÝch t­¬ng tù sÏ lµ mét phÇn cña Sæ tay ­íc l­îng lò míi (IH 1999) vµ ®· ®­îc rót ra trong c¸c phÇn kh¸c cña thÕ giíi (vÝ dô ViÖn kü thuËt Australia 1977). Trong bÊt kú mét ph­¬ng ph¸p håi quy kinh nghiÖm nµo nh­ vËy c¸c biÕn gi¶i thÝch kh«ng ®­îc chän ngÉu nhiªn. Chóng sÏ ph¶n ¸nh nhËn thøc vµ nh÷ng suy luËn vËt lý cña nhµ ph©n tÝch. Nghiªn cøu dµnh cho c¸c biÕn cã søc gi¶i thÝch trong t×nh huèng thèng kª ®Æc biÖt nµy, do vËy sÏ nh¹y c¶m khi thö c¸c biÕn dù kiÕn liªn quan ®Õn biÕn ®éc lËp. Mét sè kÕt qu¶ cã thÓ lµ bÊt ngê. Hewlett vµ nnk (1984), ch¼ng h¹n, biÓu diÔn ph©n tÝch cña 4094 thuû ®å lò tõ 15 l­u vùc dÉn n­íc nhá trªn mét ph¹m vi khÝ hËu vµ ®Þa h×nh ®· ®­a ra r»ng biÕn c­êng ®é m­a chØ ®ãng gãp nhá cho ph­¬ng tr×nh håi quy cña ®Ønh lò vµ thÓ tÝch dßng ch¶y m­a. HÖ sè biªn cña tÝnh to¸n cho c­êng ®é m­a giê lín nhÊt lµ cì mét phÇn tr¨m cho thÓ tÝch m­a vµ 10 phÇn tr¨m cho ®Ønh lò. KÕt luËn cña hä cñng cè c¸c nghiªn cøu sím h¬n cña Hewlett vµ nnk (1977). Tæng l­îng m­a cã ¶nh h­ëng ®¸ng kÓ nhiÒu h¬n trªn c¶ 2 biÕn phô thuéc. Hewlett vµ nnk kÕt luËn r»ng c¸c kÕt qu¶ nµy kh«ng t­¬ng thÝch víi c¬ së cña nhiÒu m« h×nh s¶n 96 sinh dßng ch¶y trong ®ã thêi kú m­a giê hoÆc ng¾n h¬n, c­êng ®é m­a ®ãng mét vai trß quan träng, ®Æc biÖt lµ c¸c m« h×nh dùa trªn c¬ chÕ s¶n sinh dßng ch¶y v­ît thÊm Horton. KÕt luËn b©y giê ®ang b¾t ®Çu ®­îc hç trî bëi c¸c nghiªn cøu m« h×nh chi tiÕt (xem tr­êng hîp l­u vùc R5 nghiªn cøu trong môc 5.6) 4.3.C¸c m« h×nh hµm chuyÓn ®æi D¹ng håi quy kinh nghiÖm miªu t¶ ë trªn lµ môc tiªu ban ®Çu ®Ó ngo¹i suy th«ng tin ®o ®¹c tõ vÞ trÝ nµy cho vÞ trÝ kh¸c, n¬i mµ ®o ®¹c thñy v¨n yªu cÇu kh«ng s½n cã nh­ng ë ®ã c¸c biÕn kh¸c yªu cÇu cho ph­¬ng tr×nh håi quy cã thÓ dÔ ®o h¬n. Trong mét sè t×nh huèng chóng ta cã s½n ®o ®¹c thuû v¨n t¹i mét vÝ trÝ vµ vÊn ®Ò lµ sö dông nhiÒu h¬n mét m« h×nh ®Ó ngo¹i suy c¸c th«ng tin nµy cho vÞ trÝ ®ã nh­ng ë ®iÒu kiÖn kh¸c. Trong môc nµy chóng ta sÏ xÐt tr­êng hîp cã mét sè chuçi thêi gian m­a-dßng ch¶y cho l­u vùc vµ sö dông c¸c th«ng tin ®ã ®Ó m« h×nh ho¸ ph¶n øng cña l­u vùc. TiÕp cËn kinh nghiÖm hiÖn ®¹i cho vÊn ®Ò nµy lµ dïng hµm chuyÓn ®æi liªn hÖ ®Çu vµo víi ®Çu ra. Kü thuËt thñy ®å ®¬n vÞ truyÒn thèng lµ mét d¹ng hµm chuyÓn ®æi nh­ lµ biÓu thÞ bÓ chøa bËc thang Nash vµ h×nh tam gi¸c biÓu diÔn cña ®­êng ®¬n vÞ chØ ra trªn h×nh 2.6. TiÕp cËn hiÖn ®¹i xuÊt ph¸t tõ ph©n tÝch hÖ thèng tuyÕn tÝnh, trong ®ã m« h×nh tuyÕn tÝnh tæng qu¸t ®­îc dïng ®Ó ®­a ra mét cÊu tróc m« h×nh phï hîp t­¬ng thÝch víi sè liÖu ®Çu vµo-®Çu ra s½n cã (xem hép 4.1). Dï sao, m« h×nh kÕt qu¶ cã thÓ cã sù gi¶i thÝch c¬ häc cã Ých. VÝ dô, x¸c ®Þnh hµm chuyÓn ®æi l­u vùc cã d¹ng m« t¶ trong hép 4.1 gîi ý r»ng cÊu tróc m« h×nh song song lµ phï hîp víi mét tû lÖ dßng ch¶y diÔn to¸n qua ®­êng dÉn nhanh vµ cßn l¹i qua ®­êng dÉn chËm (h×nh 4.1). §iÒu nµy kh«ng cho phÐp nh÷ng kÕt luËn cøng nh¾c ®Ó kÕt luËn liÖu qu¸ tr×nh dßng ch¶y mÆt hoÆc dßng ch¶y s¸t mÆt cã ®­îc bao hµm: nã cho phÐp mét sè h»ng sè thêi gian ®Æc tr­ng cho l­u vùc ®­îc x¸c trong d¹ng trung b×nh thêi gian cho ®­êng dÉn dßng ch¶y nhanh vµ chËm. H×nh 4.1. CÊu tróc hµm chuyÓn ®æi song song vµ ph©n chia thuû ®å dù b¸o thµnh ph¶n øng nhanh vµ chËm VÊn ®Ò ¸p dông c¸c ph­¬ng ph¸p nh­ vËy cho hÖ thèng m­a-dßng ch¶y lµ m­a cã liªn hÖ víi l­u l­îng dßng ch¶y trong d¹ng hoµn toµn phi tuyÕn. Thùc nghiÖm nhiÒu 97 n¨m víi ph­¬ng ph¸p ®­êng ®¬n vÞ trong dù b¸o thuû v¨n ®· chØ ra r»ng dßng ch¶y m­a rµo cã liªn hÖ tuyÕn tÝnh nhiÒu h¬n víi l­îng m­a hiÖu qu¶, nh­ng ë ®©y chóng ta hy väng tr¸nh ®­îc sù ph©n chia tr­íc chuçi thêi gian m­a vµ dßng ch¶y v× nh­ th¶o luËn trong phÇn 2.2 ph©n chia thñy ®å lµ kü thuËt ph©n tÝch t­¬ng ®èi nguy hiÓm. Dï sao chóng ta cã thÓ lÊy nh÷ng thÝ nghiÖm nµy ®Ó suy ra r»ng cã kh¶ n¨ng sö dông mét m« h×nh hµm chuyÓn ®æi tuyÕn tÝnh cho tÝnh to¸n ph©n bè thêi gian cña tæng dßng ch¶y nÕu chóng ta cã thÓ t×m thÊy mét bé läc phi tuyÕn thÝch hîp cho m­a ®Ó diÔn ®¹t qu¸ tr×nh s¶n sinh dßng ch¶y. C©u hái b©y giê lµ nh­ thÕ nµo ®Ó t×m ®­îc d¹ng gÇn ®óng cña bé läc. Mét c¸ch ®¬n gi¶n lµ gi¶ thiÕt r»ng d¹ng ®óng ®¾n lµ cã nguån gèc vËt lý vµ c¸c gi¸ trÞ th«ng sè kh«ng ®æi cã thÓ t×m ®­îc ®­a ®Õn sù phï hîp tèt víi sè liÖu qua thêi kú hiÖu chØnh. C«ng tr×nh ®­îc Dooge (1959) giíi thiÖu kh¸ sím trong d¹ng hµm chuyÓn ®æi tuyÕn tÝnh. NÕu thùc sù cã quan hÖ tuyÕn tÝnh gi÷a ®Çu vµo chuyÓn ®æi vµ sè liÖu ®Çu ra ®o ®¹c th× ®iÒu nµy lµ mét tr­êng hîp thùc tÕ. Ph­¬ng ph¸p truyÒn thèng dïng víi lý thuyÕt ®­êng ®¬n vÞ ë n¬i mµ sù chuyÓn ®æi tõ tæng l­îng m­a thµnh l­îng m­a hiÖu qu¶ dùa trªn ph­¬ng tr×nh thÊm, hoÆc ph­¬ng ph¸p nh­ chØ sè  (xem môc 2.2). Hµm chuyÓn ®æi dùa vµo m« h×nh IHACRES m« t¶ d­íi ®©y còng chÊp nhËn chiÕn l­îc nµy. Dï sao, nÕu mét ­íc l­îng cña ®­êng ®¬n vÞ lµ s½n cã cho l­u vùc, nã cã thÓ dïng trong nghÜa nghÞch ®¶o ®Ó ­íc l­îng cÊu tróc cña l­îng m­a hiÖu qu¶ ®­a ra mét thñy ®å dßng ch¶y m­a rµo (®· ph©n chia tr­íc) (xem hép 4.2). Young vµ Beven (1994) më réng ý t­ëng nµy cho tr­êng hîp ph©n tÝch biÕn thêi gian cña c¸c th«ng sè hµm chuyÓn ®æi ®Ó cho phÐp sè liÖu gîi ra d¹ng cña m« h×nh (xem môc 4.5.vµ hép 4.3) 4.3.1. M« h×nh IHACRES M« h×nh IHACRES (x¸c ®Þnh ®­êng ®¬n vÞ vµ dßng ch¶y thµnh phÇn tõ sè liÖu m­a, bèc h¬i vµ dßng ch¶y s«ng ngßi) cña Jakeman vµ nnk (1996) rót ra tõ c«ng tr×nh cña Young (1975) vµ Whitehead vµ nnk (1979), ng­êi ®· cè g¾ng tr¸nh vÊn ®Ò t¸ch thuû ®å trong m« h×nh ®­êng ®¬n vÞ cæ ®iÓn b»ng sù liªn hÖ m­a tæng céng víi l­u l­îng tæng céng. Sù ph¸t triÓn gÇn ®©y ®· lµ kÕt qu¶ cña sù hîp t¸c gi÷a ViÖn thñy v¨n Anh quèc (IH) ë Wallingford vµ trung t©m nghiªn cøu tµi nguyªn vµ m«i tr­êng (CRES) ë Canbera, Australia mµ s¶n phÈm cña nã lµ phÇn mÒm IHACRES cho m¸y tÝnh PC. M« h×nh sö dông mét bé hµm ®Æc biÖt läc l­îng m­a ®Ó sinh ra l­îng m­a hiÖu qu¶ sau ®ã liªn hÖ víi tæng l­u l­îng sö dông hµm chuyÓn ®æi tuyÕn tÝnh tæng qu¸t. Läc m­a giíi thiÖu mét biÕn l­îng tr÷ ®Êt vµ còng cho m« pháng thêi kú dµi h¬n sö dông nhiÖt ®é nh­ chØ sè cña bèc h¬i. Mét sè d¹ng kh¸c cña läc m­a ®· ®­îc sö dông trong c¸c ¸p dông kh¸c cña IHACRES (xem Jakeman vµ nnk 1993, Jakeman vµ Horlerger 1993, Post vµ Jakeman 1996, Sefton vµ Howarth 1998). Mét d¹ng dïng trong nghiªn cøu cña Sefton vµ Howarth th¶o luËn trong môc 4.2 ë trªn nh­ sau. NÕu ®Çu vµo trong b­íc thêi gian t ®­îc biÓu thÞ nh­ Rt , khi l­îng m­a hiÖu qu¶ ®­îc biÓu thÞ qua Ut th×: 98   2/1 tttt SSRU (4.1) 1 )( 1 1        t i tt S T cRS  (4.2) )10exp()( ¦ fTfT iWi   (4.3) trong ®ã: St lµ biÕn l­îng tr÷ t¹i thêi ®iÓm t, (Ti) lµ thêi gian l­u gi÷ trung b×nh cña l­îng tr÷ ®Êt phô thuéc vµo nhiÖt ®é trung b×nh ngµy Ti , C ®iÒu khiÓn tû lÖ ®ãng gãp cña m­a cho l­îng tr÷ l­u vùc, W lµ thêi gian l­u gi÷ trung b×nh cña l­îng tr÷ ®Êt ë 10C vµ f lµ th«ng sè thang ®é tÝnh to¸n cho phÐp cã quan hÖ cña ¶nh h­ëng bèc h¬i víi hiÖu sè nhiÖt ®é nµy. Trong nhiÒu ph­¬ng diÖn, phÇn nµy cña IHACRES biÓu diÔn d¹ng ®¬n gi¶n cña m« h×nh ESMA (tÝnh to¸n ®é Èm ®Êt hiÖn) (xem môc 2.4). L­îng m­a hiÖu qu¶ Ut sau ®ã h×nh thµnh ®Çu vµo cho ph©n tÝch hµm chuyÓn ®æi dùa vµo m« h×nh tuyÕn tÝnh tæng qu¸t cña hép 4.1 víi ®Çu ra lµ l­u l­îng tæng céng. C¸c th«ng sè cña m« h×nh hoµn toµn ®­îc hiÖu chØnh bëi bé läc hµm chuyÓn ®æi cho c¸c gi¸ trÞ kh¸c nhau cña C, W vµ f cho tíi khi ®¹t ®­îc kÕt qu¶ tèt nhÊt. Sai sè chuÈn vµ ph­¬ng sai cho c¸c th«ng sè m« h×nh hµm chuyÓn ®æi cã thÓ ®­îc ­íc l­îng nh­ng ®é bÊt ®Þnh cña c¸c th«ng sè C, W vµ f ®· kh«ng ®­îc xÐt ®Õn. M« h×nh IHACRES hiÖn nay ®­îc ¸p dông cho nhiÒu d¹ng l­u vùc kh¸c nhau (Jakeman vµ nnk 1990, 1993a; Jakeman vµ Hornberger 1993 xem vÝ dô ë h×nh 4.2), bao gåm c¸c l­u vùc cã ®Çu vµo tuyÕt tan ®¸ng kÓ (Schreider vµ nnk 1997, Steel vµ nnk 1999) vµ trong dù b¸o t¸c ®éng cña biÕn ®æi khÝ hËu ®Õn thuû v¨n l­u vùc (Jakeman vµ nnk 1993b; Schreider vµ nnk 1996). M« h×nh còng liªn kÕt víi c¸c thµnh phÇn chÊt l­îng n­íc vµ xãi mßn (Jakeman 1999). C¸c kÕt qu¶ nãi chung chØ ra r»ng hµm chuyÓn ®æi song song trªn h×nh 4.1 lµ cÊu tróc æn ®Þnh cho m« pháng m­a-dßng ch¶y ë quy m« l­u vùc víi mét ®­êng dÉn dßng ch¶y nhanh vµ mét ®­êng dÉn dßng ch¶y chËm h¬n (xem hép 4.1). §­êng dÉn dßng ch¶y nhanh sÏ cung cÊp phÇn chÝnh cña thñy ®å m­a dù b¸o. §­êng dÉn dßng ch¶y chËm h¬n lµ phÇn chÝnh cña l­u l­îng rót n­íc gi÷a c¸c trËn m­a. L¹i l­u ý r»ng ®iÒu nµy kh«ng bao hµm bÊt cø ®iÒu g× vÒ liÖu dßng ch¶y mÆt vµ s¸t mÆt, n­íc cò hoËc míi, dßng ch¶y trùc tiÕp hay dÞch chuyÓn cã ®­îc tr¸nh trong ph¶n øng dßng ch¶y nhanh hay chËm. §­êng dÉn dßng ch¶y nhanh kh«ng bÞ l­u gi÷ nh­ ®­êng dÉn dßng ch¶y mÆt, nã cã thÓ b»ng ph¶n øng ®iÒu khiÓn bëi thang thêi gian cña dÞch chuyÓn n­íc cò tõ l­îng tr÷ s¸t mÆt. D¹ng diÔn to¸n ®­êng dÉn song song nµy còng ®­îc dïng trong c¸c m« h×nh kh¸c (nh­ m« h×nh Xinanjang/Arno/Vic m« t¶ trong hép 2.2 vµ m« h×nh PDM ViÖn thñy v¨n m« t¶ ë môc 6.2). ¦u ®iÓm cña IHACRES lµ sè liÖu cho phÐp gîi ý d¹ng cña m« h×nh hµm chuyÓn ®æi sö dông thay v× x¸c ®Þnh mét cÊu tróc cè ®Þnh tr­íc ®ã. M« h×nh IHACRES cã lo¹i chøc n¨ng tèt ®Ó t¸i s¶n sinh ph¶n øng thñy v¨n ë quy m« l­u vùc víi sè ®óng cña c¸c th«ng sè ®Ó ®­a ®Õn mét thêi kú sè liÖu hiÖu chØnh ®ång nhÊt, Ýt nhÊt cho mét sè m«i tr­êng. C¸c th«ng sè yªu cÇu ®Ó ¸p dông cho m« h×nh c¬ b¶n lµ 2 h»ng sè thêi gian cña ®­êng dÉn nhanh vµ chËm trong hµm chuyÓn ®æi song song, tû lÖ víi l­îng m­a hiÖu qu¶ theo mçi ®­êng dÉn vµ c¸c th«ng sè C, W 99 vµ f cña läc m­a hiÖu qu¶. Jakeman vµ Hornberger (1993) cho r»ng c¸c th«ng sè nµy cã thÓ ®­îc coi nh­ c¸c ®Æc tr­ng ph¶n øng ®éng lùc (DRC) cña l­u vùc vµ nã cã kh¶ n¨ng liªn hÖ c¸c DRC nµy víi m« t¶ vËt lý l­u vùc. §©y lµ thµnh c«ng mét phÇn trong nghiªn cøu cña Post vµ Jakeman (1996); nh÷ng ng­êi ®· rót ra th«ng sè DRC cho 16 l­u vùc ë Victoria, Australia. Hä t×m thÊy r»ng 5 trong sè 6 th«ng sè yªu cÇu cña m« h×nh cã liªn hÖ tèt víi ®Æc ®iÓm vËt lý cña l­u vùc. H»ng sè thêi gian cña thµnh phÇn dßng ch¶y nhanh liªn hÖ víi mËt ®é l­íi s«ng vµ diÖn tÝch l­u vùc, cßn thµnh phÇn dßng ch¶y chËm liªn hÖ víi ®é dèc vµ h×nh d¹ng l­u vùc. Th«ng sè m«®un nhiÖt ®é f liªn hÖ víi gradient vµ d¹ng thùc vËt, c¸c th«ng sè C vµ W liªn hÖ víi mËt ®é l­íi s«ng vµ gradient. Mét th«ng sè chØ ra mèi liªn hÖ kh«ng râ rµng víi ®Æc tÝnh l­u vùc lµ tû lÖ cña l­îng m­a hiÖu qu¶ ®i ®Õn ®­êng dÉn nhanh. Trong nghiªn cøu riªng biÖt cña hä, trong tr­êng hîp bÊt kú cã mét ph¹m vi giíi h¹n cña c¸c gi¸ trÞ tèi ­u ho¸. H×nh 4.2. VÝ dô cña l­u l­îng quan tr¾c vµ dù b¸o sö dông m« h×nh IHACRES. T i¸ t¹o tõ Jakeman vµ Hornberger (1993). Nghiªn cøu tµi nguyªn n­íc 30,3567,1994.XuÊt b¶n bëi Héi ®Þa vËt lý Mü Sefton vµ Howarth (1998) sö dông nh÷ng m« t¶ l­u vùc kh¸c nhau vµ t¹o ra c¸c quan hÖ håi quy kh¸c nhau cho c¸c th«ng sè IHACRES cho c¸c l­u vùc ë Anh vµ xø Wales (bao gåm ph­¬ng tr×nh 4.1 ë trªn). Trong tµi liÖu cña hä, ®ã lµ thêi gian l­u gi÷ trung b×nh cña ®­êng dÉn dßng ch¶y chËm ®­îc x¸c ®Þnh kÐm nhÊt b»ng c¸c biÕn 100 DRC khi f vµ tû lÖ cña l­îng m­a hiÖu qu¶ di chuyÓn ®Õn ®­êng dÉn dßng ch¶y chËm ®­îc x¸c ®Þnh tèt nhÊt. H×nh nh­ kh¸i qu¸t nh÷ng quan hÖ nh­ thÕ lµ khã kh¨n. Trong môc 4.2 mét sù phô thuéc cña hiÖu chØnh gèc cña c¸c th«ng sè víi sè liÖu thñy ®å còng ®· ®­îc l­u ý vµ nã còng cã thÓ cã t­¬ng t¸c ®Çy ®ñ trong hiÖu chØnh c¸c gi¸ trÞ th«ng sè DRC kh¸c nhau ®Ó giíi h¹n sù më réng ®Õn ph¹m vi mµ chóng cã thÓ ®­îc coi nh­ m« t¶ cã ý nghÜa thñy v¨n duy nhÊt cña l­u vùc. Còng cã c©u hái lµ liÖu bé läc m­a phi tuyÕn sö dông, trong thùc tÕ cã lµ sù phï hîp vÒ mÆt thñy v¨n, ®Æc biÖt tõ khi Jakeman vµ c¸c céng sù cña «ng ®· sö dông nhiÒu h¬n 1 lÇn trong mét lo¹t bµi b¸o vÒ ph­¬ng ph¸p IHACRES cña hä. Cã lÏ tèt h¬n lµ h·y ®Ó cho sè liÖu ®­a ra mét d¹ng gÇn ®óng phi tuyÕn nh­ ®­îc th¶o luËn trong môc sau. 4.3.2. M« h×nh c¬ häc dùa vµo sè liÖu sö dông hµm chuyÓn ®æi TiÕp cËn c¬ häc dùa vµo sè liÖu (DBM) cña Young vµ Beven ë møc cã thÓ, kh«ng ®­a ra nh÷ng gi¶ thiÕt tr­íc vÒ d¹ng cña m« h×nh, kh¸c víi viÖc mét ph­¬ng ph¸p hµm chuyÓn ®æi tuyÕn tÝnh chung cã thÓ dïng ®Ó lËp quan hÖ ®Çu vµo m­a hiÖu qu¶ víi l­u l­îng tæng céng. Trong tinh thÇn ®ã cho phÐp sè liÖu x¸c ®Þnh cÊu tróc nµo cña m« h×nh thay v× quyÕt ®Þnh tr­íc vÒ cÊu tróc m« h×nh, hä sö dông ­íc l­îng th«ng sè biÕn thêi gian ®Ó x¸c ®Þnh d¹ng phi tuyÕn m­a hiÖu qu¶. C¸c kÕt qu¶ cña hä gîi ý mét bé läc phi tuyÕn cã d¹ng: t n tt RQU  (4.4) trong ®ã Ut lµ l­îng m­a hiÖu qu¶, Rt lµ ®Çu vµo m­a, Qt lµ l­u l­îng, n lµ th«ng sè vµ t lµ thêi gian. ë ®©y l­u l­îng ®­îc sö dông rÊt nhiÒu nh­ mét biÕn thay thÕ cho tr¹ng th¸i Èm tr­íc ®ã cña l­u vùc. Nãi chung l­u l­îng ®o ®¹c lµ chØ sè s½n cã tèt nhÊt cña ®iÒu kiÖn kú tr­íc trong l­u vùc, nh­ng sö dông nã trong ph­¬ng ph¸p nµy cã nghÜa r»ng l­u l­îng ®­îc sö dông ®Ó dù b¸o l­u l­îng. §©y kh«ng lµ vÊn ®Ò trong viÖc hiÖu chØnh m« h×nh t¹i vÞ trÝ cã ®o ®¹c, mµ lµ vÊn ®Ò trong dù b¸o hoÆc dù b¸o thêi gian thùc nh­ng trong thùc tÕ nã kh«ng t¹o ra vÊn ®Ò khã kh¨n ®Ó v­ît qua (xem d­íi ®©y). Trong ¸p dông gèc cña Young vµ Beven (1991) m« h×nh song tuyÕn tÝnh (n=1) ®· ®­îc sö dông nh­ng c¸c kÕt qu¶ gÇn ®©y h¬n khi sö dông ­íc l­îng th«ng sè biÕn thêi gian (xem hép 4.3) ®· gîi ý gi¸ trÞ n gi÷a 0 vµ 1 (mét m« h×nh luËt luü thõa song tuyÕn tÝnh). ¸p dông cña ph­¬ng ph¸p DBM ®­îc gi¶i thÝch trong tr­êng hîp nghiªn cøu ë phÇn sau. Trong ¸p dông cña c¸c kü thuËt nµy sau ®ã cho mét thêi kú sè liÖu dµi ë l­u vùc vïng ®«ng nam n­íc Mü, Young vµ Beven (1994) ®· gi¶i thÝch r»ng cã mét cÊu tróc mïa trong ­íc l­îng biÕn thêi gian cña th«ng sè a hµm chuyÓn ®æi (vµ do ®ã thêi gian l­u gi÷ trung b×nh) còng nh­ t­¬ng quan t­¬ng tù cña ­íc l­îng biÕn thêi gian cña th«ng sè b víi l­u l­îng. §· ph¸t hiÖn ra r»ng cÊu tróc mïa trong a cã t­¬ng quan víi nhiÖt ®é trung b×nh ngµy. Dï sao, t­¬ng quan cho vÞ trÝ nµy ®­îc quan t©m, trong ®ã nã gîi ý r»ng th«ng sè a biÕn ®æi theo quan hÖ nghÞch ®¶o víi nhiÖt ®é. §iÒu nµy gi¶i thÝch r»ng nhiÖt ®é cao h¬n th× thêi gian l­u gi÷ trung b×nh dµi h¬n. §©y còng lµ lÝ do vËt lý lµ nÕu nhiÖt ®é cao h¬n th× bèc h¬i mïa hÌ cao h¬n vµ do ®ã møc tr÷ Èm thÊp h¬n vµ thêi gian ph¶n øng chËm h¬n. 101 C¸c kÕt qu¶ gÇn ®óng nµy trong m« h×nh tèi thiÓu liªn hÖ tæng l­îng m­a víi tæng l­u l­îng víi th«ng sè luü thõa vµ lîi Ých cho bé läc phi tuyÕn vµ mét hoÆc 2 h»ng sè thêi gian cho hµm chuyÓn ®æi. C¸c th«ng sè nµy cã thÓ coi lµ ®Æc ®iÓm vËt lý quan träng ë quy m« l­u vùc, nh­ng nh­ trong nghiªn cøu c¸c ®Æc ®iÓm ph¶n øng ®éng lùc cña m« h×nh IHACRES cña Post vµ Jakeman (1996), ®iÒu kh«ng thùc sù râ rµng lµ c¸c th«ng sè nµy cã thÓ liªn hÖ tèt nh­ thÕ nµo víi ®Æc ®iÓm l­u vùc hoÆc quy m« l­u vùc ®Ó mét m« h×nh ®¬n gi¶n cã thÓ xÊp xØ. Dï sao, cã ®iÒu râ rµng lµ ­íc l­îng tèt cña c¸c th«ng sè sÏ cã thÓ thu ®­îc chØ tõ mét thêi kú ng¾n cña sè liÖu m­a-dßng ch¶y sao cho thêi kú ®o ®¹c thùc ®Þa cña m­a vµ dßng ch¶y ë mét vÞ trÝ quan t©m cã thÓ lµ ph­¬ng ph¸p tèt nhÊt cho hiÖu chØnh th«ng sè. CÇn l­u ý mét trong c¸c ®Æc ®iÓm cña ph©n tÝch chuçi thêi gian tuyÕn tÝnh sö dông ®Ó rót ra hµm chuyÓn ®æi lµ sai sè chuÈn cã thÓ ­íc l­îng cho c¸c th«ng sè. C¸c sai sè chuÈn nµy cã thÓ sö dông ®Ó ®¸nh gi¸ gi¶i thÝch vËt lý cña m« h×nh. Young (1992) ch¼ng h¹n ®· kh¶o s¸t ®é nh¹y cña tû lÖ l­îng m­a hiÖu qu¶ chuyÓn qua ®­êng dÉn dßng ch¶y nhanh vµ chËm ®èi víi sai sè trong c¸c th«ng sè ­íc l­îng. C¸c kÕt qu¶ cña «ng chØ ra r»ng sÏ cã ®é bÊt ®Þnh ®¸ng kÓ trong c¸c tû lÖ nµy lµm h¹n chÕ sù gi¶i thÝch bÊt kú diÖn tÝch ®ãng gãp nµo cña dßng ch¶y nhanh, Ýt nhÊt trong d¹ng nµy cña m« h×nh ®é bÊt ®Þnh nh­ thÕ cã thÓ lµm râ, cã nh÷ng ngô ý t­¬ng tù trong c¸c m« h×nh phøc t¹p h¬n, sÏ ®­îc th¶o luËn trong ch­¬ng 5 vµ 6 nh­ng ®é nh¹y nh­ thÕ khi ®ã Ýt khi ®­îc x¸c ®Þnh. 4.4.Tr­êng hîp nghiªn cøu: M« h×nh DBM cña l­u vùc C16 ë Llym Briane, Wales Ph­¬ng ph¸p m« h×nh c¬ häc dùa trªn sè liÖu ®­îc m« t¶ trong mèi liªn hÖ víi mét ¸p dông x¸c ®Þnh cho l­u vùc C16 ë Llyn Briane, Wales (Young vµ Beven 1994) C¸c b­íc nh­ sau: 1. Lµm phï hîp s¬ bé hµm chuyÓn ®æi víi sè liÖu ®Çu vµo- ®Çu ra b»ng kü thuËt m« t¶ trong hép 4.1. Mét hay nhiÒu m« h×nh läc m­a cã thÓ thö ë giai ®o¹n nµy, ®iÒu quan träng lµ suy ra ­íc l­îng c¸c th«ng sè cña hµm chuyÓn ®æi bËc thÊp. 2.¦íc l­îng phÇn d­, bao gåm kiÓm tra cho hµm phi tuyÕn. NÕu cã d¸ng ®iÖu phi tuyÕn, khi ®ã m« h×nh phï hîp cã thÓ ®­îc thõa nhËn. Ngoµi ra chuyÓn sang b­íc tiÕp theo. 3. HiÖu chØnh hµm chuyÓn ®æi bËc thÊp (bËc 1 hoÆc 2 th­êng lµ tho¶ m·n cho m« h×nh m­a- dßng ch¶y) sö dông kü thuËt ­íc l­îng th«ng sè biÕn thêi gian, còng nh­ lµm tr¬n kho¶ng cè ®Þnh (FIS) m« t¶ trong hép 4.3. X¸c ®Þnh biÕ