Lý thuyết về mô hình thủy văn

1. Bài giảng
MÔ HÌNH THỦY VĂN
Bộ Môn Tài Nguyên Nước
Khoa MTTNTN

2. Nội dung
1. Tổng quan về mô hình
2. Thành phần của mô hình
3. Mô tả lượng mưa
4. Tính toán lưu lượng chảy mặt
5. Mô phỏng dòng chảy mặt trực tiếp
6. Mô phỏng dòng chảy ngầm
7. Mô phỏng dòng chảy trong kênh
8. Hiệu chỉnh mô hình
9. Mô phỏng công trình kiểm soát nước

3. CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH THỦY VĂN
Bộ Môn Tài Nguyên Nước
Khoa MTTNTN

4. Nội dung
1. Mô hình là gì?
2. Phân loại mô hình
3. Thành phần trong mô hình
4. Các mô hình và các chương trình máy tính

5. 1. Mô hình là gì?
Các hoạt động về sự đa dạng của mô hình
nghiên cứu:
- Quy hoạch và thiết kế các công trình thủy lực
và kiểm soát nước.
- Vận hành và đánh giá các công trình.
- Chuẩn bị phòng ngừa và ứng phó với lũ, và
- Tiến hành các hoạt động khi có lũ.

6. 1. Mô hình là gì?
• Rất ít khi các lưu lượng, mực nước hoặc
lượng mưa đo được thỏa mãn các thông tin
cần thiết.
• Phổ biến hơn, lưu vực chảy tràn phải được dự
báo để cung cấp thông tin bằng cách sử dụng
mô hình.
• Ví dụ, nghiên cứu giảm thiểu tổn thương do lũ
có thể đòi hỏi phải có một sự ước lượng sự
gia tăng lưu lượng chảy tràn để đề xuất việc
sử dụng đất chô một lưu vực.

7. 1. Mô hình là gì?
• Một mô hình là việc đưa các thông tin đã biết
(đầu vào) để dự báo các thông tin chưa biết
(đầu ra).
• Đối với mô hình thủy văn, đầu vào là lượng
mưa và đầu ra là lưu lượng chảy tràn.
• Hoặc cũng có thể đầu vào là lưu lượng thượng
nguồn và đầu ra là lưu lượng hạ nguồn.

8. Nội dung
1. Mô hình là gì?
2. Phân loại mô hình
3. Thành phần trong mô hình
4. Các mô hình và các chương trình máy tính

9. 2. Phân loại mô hình
• Mô hình vật lý một đại diện thu nhỏ của một hệ
thống thực tế.

10. 2. Phân loại mô hình
Mô hình toán (một số định nghĩa)
• Là một sự tính toán định lượng của một quá trình hoặc
hiện tượng đang đo đạc, phân tích hoặc mô phỏng
(Overton and Meadows, 1976).
• Là những hệ thống được đơn giản hóa nhằm đại diện
cho những hệ thống thực tế và có thể là những sự
thay thế cho hệ thống thực nhằm các mục đích cụ thể
(Diskin, 1970).

11. 2. Phân loại mô hình
Phân loại mô hình toán
• Mô hình sự kiện hay liên tục: Một mô hình sự kiện
mô phỏng một trận bão đơn lẻ (vài giờ hoặc vài ngày).
Một mô hình liên tục mô phỏng một khoảng thời gian
dài hơn (VD: HEC-HMS).
• Mô hình cộng gộp hay phân tán: Một mô hình phân
tán là mô hình trong đó có sự khác biệt về không gian
một cách rõ ràng, trong khi trong mô hình cộng gộp
được tính trung bình hoặc bỏ qua.

12. Nội dung
1. Mô hình là gì?
2. Phân loại mô hình
3. Thành phần trong mô hình
4. Các mô hình và các chương trình máy tính

13. 3. Thành phần của mô hình
1. Biến trạng thái: đại diện cho trạng thái của hệ thống
thủy văn tại một thời điểm và địa điểm cụ thể (VD: thể
tích nước trung bình của hồ chứa).
2. Các thông số: là các số đo được cụ thể ngoài thực
tế, có thể được điều chỉnh để hiệu chỉnh mô hình
(VD: độ dốc, độ nhám của kênh).
3. Các điều kiện biên: là các giá trị đầu vào của mô
hình (VD: lượng mưa).
4. Điều kiện ban đầu: Thường trong các mô hình
không ổn định, giá trị thay đổi theo thời gian. Giá trị
ban đầu là giá trị tại thời điểm đầu tiên khi mô hình
vận hành.

14. Nội dung
1. Mô hình là gì?
2. Phân loại mô hình
3. Thành phần trong mô hình
4. Các mô hình và các chương trình máy tính

15. 4. Mô hình và chương trình máy tính
Mô hình là các phương trình đại diện
các hoạt động của các thành phần hệ
thống thủy văn. VD: sự kết hợp giữa
phương trình động lực và liên tục
trong kênh hở.
Chương trình máy tính: Nếu các
phương trình trở nên phức tạp và
nhiều đến nỗi không thể tính toán thủ
công thì chương trình máy tính có
thể làm được. Các biến và phương
trình được mã hóa sang chương
trình máy tính (VD: HEC-HMS).

16. CHƯƠNG 2
THÀNH PHẦN CỦA CHƯƠNG TRÌNH
THỦY VĂN
Bộ Môn Tài Nguyên Nước
Khoa MTTNTN

17. Quá trình chảy tràn của hệ thống
thủy văn
Sơ đồ hệ thống của quá trình chảy tràn ở quy mô địa phương
Đầu vào
Đầu ra

18. • Một lượng lớn nước rơi xuống do mưa và bốc hơi trở
lại bầu khí quyển từ thực vật, mặt đất và các hồ chứa
và thoát hơi từ thực vật.
• Số khác rơi từ lá cây hoặc chảy thông qua rễ cây
xuống mặt đất.
• Tốc độ thấm từ mặt đất xuống lòng đất phụ thuộc
vào loại đất, sau đó thấm xuống tầng ngầm, sau
cùng chảy vào kênh thông qua dòng chảy ngầm.
• Dòng chảy trong lưu vực là tổng lượng dòng chảy
trong kênh.
Quá trình chảy tràn của hệ thống
thủy văn

19. CHƯƠNG 3
MÔ TẢ TỔNG LƯỢNG MƯA
Bộ Môn Tài Nguyên Nước
Khoa MTTNTN

20. NỘI DUNG
• Lượng mưa đo đạc thực địa
• Lượng mưa đo đạc bằng radar
• Bốc hơi và thoát hơi

21. Lượng mưa đo đạc thực địa
Đo mưa
- Đo thủ công: đo bởi con người trong thời gian
ngắn
- Trạm đo thủy văn tự động: lượng mưa được
đo tự động trong thời gian dài bằng thiết bị đo.
- Trạm đo thủy văn từ xa: đo tự động nhưng
không lưu trữ dữ liệu.
- Trạm đo thủy văn từ xa tự động: đo và ghi số
liệu tự động.

22. Thiết bị đo thủ công Thiết bị đo từ xa

23. Lượng mưa đo đạc thực địa
Tính toán độ sâu mưa
trung bình
- Dường contour: đường
contour của lượng mưa
bằng nhau được tính từ
việc đo các điểm.

24. Lượng mưa đo đạc thực địa
Tính toán độ sâu mưa
trung bình
- Trung bình cộng lượng
mưa cả lưu vực
- Đa giác: Phương pháp
này dựa trên sự giả định
rằng độ sâu mưa ở các
điểm trong vòng lưu vực
ở các điểm đo gần nhất.

25. NỘI DUNG
• Lượng mưa đo đạc thực địa
• Lượng mưa đo đạc bằng radar
• Bốc hơi và thoát hơi

26. Lượng mưa đo đạc bằng radar
• Độ sâu mưa được
tính là giá trị trung
bình của trạm A và
B.

27. NỘI DUNG
• Lượng mưa đo đạc thực địa
• Lượng mưa đo đạc bằng radar
• Bốc hơi và thoát hơi

28. Bốc hơi và thoát hơi
• Bốc hơi bao gồm sự bay hơi trực tiếp của
nước từ đất và thực vật.
• Thoát hơi là sự bay hơi thông qua lá cây.
• Tổng lượng bốc và thoát hơi kết hợp lại là
lượng bốc-thoát hơi nước.
• Lượng bốc-thoát hơi nước từ đất là giá trị đầu
vào của hệ thống.

29. CHƯƠNG 4
TÍNH TOÁN LƯU LƯỢNG DÒNG CHẢY
(Mô hình tính toán thất thoát độ ẩm đất)
Bộ Môn Tài Nguyên Nước
Khoa MTTNTN

30. NỘI DUNG
• Khái niệm cơ bản và phương trình
• Thành phần lưu trữ
• Thành phần dòng chảy

31. Khái niệm cơ bản và phương trình
• Mô hình tính toán thất thoát độ ẩm đất mô
phỏng sự vận động của nước và sự lưu trữ
của nước trên thực vật, mặt đất và lớp nước
ngầm.
• Xác định lượng mưa và lượng bốc thoát hơi
nước tiềm tàng, mô hình tính toán lưu lượng
dòng chảy, dòng chảy ngầm, thất thoát do bốc
thoát, và sự thẩm thấu nước trên toàn lưu vực.

32. NỘI DUNG
• Khái niệm cơ bản và phương trình
• Thành phần lưu trữ
• Thành phần dòng chảy

33. Thành phần lưu trữ
Lưu trữ ngăn chặn can
thiệp: đại diện cho lượng
mưa lưu lại trong cây, cỏ
và không đến được mặt
đất.
Lưu trữ ngăn chặn bề
mặt: là lượng nước được
giữ lại trên bề mặt đất

34. Thành phần lưu trữ
Lưu trữ trong long đất: là
nước được lưu trữ ở lớp
đất trên cùng.
Lưu trữ trong nước
ngầm: các lớp nước ngầm
trong tính toán độ ẩm đất
đại diện quá trình chảy
theo phương ngang.

35. NỘI DUNG
• Khái niệm cơ bản và phương trình
• Thành phần lưu trữ
• Thành phần dòng chảy

36. Thành phần dòng chảy
Lượng mưa: là đầu vào
hệ thống các lưu trữ
Lượng thấm vào đất: là
nước xâm nhập vào trong
đất từ bề mặt
Lượng thấm từ lớp đất
mặt vào các lớp nước
ngầm

37. Thành phần dòng chảy
Dòng chảy mặt là dòng
chảy vượt quá tốc độ dòng
chảy thẩm thấu và chảy
tràn trên bề mặt
Dòng chảy ngầm là tổng
lượng dòng chảy từ mỗi
lớp nước ngầm theo
phương ngang.

38. Thành phần dòng chảy
Lượng bốc thoát hơi
nước: là sự thất thoát
nước từ lưu trữ ngăn chặn
can thiệp, bề mặt và lớp
đất trên cùng