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

Chia sẻ: Nguyen Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:22

Thêm vào BST

Báo xấu

105
lượt xem 22
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trở về cơ bản: quá trình dòng chảy và mô hình hóa quá trình Như 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...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: 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 kiÕn thøc mét c¸ch cã trËn tù ®Ó thÓ hiÖn r»ng chóng ta hiÓu ®îc khoa häc còng nh c¸c hiÖn tîng t¬ng hç phøc t¹p cña nã. W. M. Kohler, 1969 1.1.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©u hái: 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«ng cã kh¶ n¨ng ®o mäi thø mµ chóng ta muèn biÕt vÒ hÖ thèng thñy v¨n. Trong thùc tÕ chóng ta chØ cã mét khu«n khæ giíi h¹n c¸c kü thuËt ®o vµ ph¹m vi giíi h¹n bëi kh«ng gian vµ thêi gian. Do ®ã chóng ta ph¶i ngo¹i suy tõ c¸c biÕn ®· ®o ®¹c nµy ®Õn c¸c lu vùc kh«ng cã ®o ®¹c (ë ®ã viÖc ®o ®¹c kh«ng cã kh¶ n¨ng) vµ vµo t¬ng lai (viÖc ®o ®¹c kh«ng thùc hiÖn ®îc) ®Ó kiÓm so¸t ¶nh hëng cña c¸c biÕn ®æi thuû v¨n trong t¬ng lai. C¸c m« h×nh cã d¹ng kh¸c nhau cung cÊp mét ph¬ng tiÖn ngo¹i suy ®Þnh lîng hoÆc 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 cøu nh mét ph¬ng tiÖn hiÓu biÕt chÝnh thøc ho¸ vÒ hÖ thèng thñy v¨n. ThÓ hiÖn nh÷ng hiÓu biÕt nh thÕ lµ mét bíc quan träng ®Ó ph¸t triÓn mét lÜnh vùc khoa häc. Nãi chung, chóng ta häc ®îc nhiÒu ®iÒu khi m« h×nh hoÆc lý thuyÕt cho thÊy m©u thuÉn víi 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 tiÕn c¸c quyÕt ®Þnh vÒ dù b¸o thñy v¨n vµ c¶ trong quy ho¹ch tµi nguyªn níc phßng chèng lò, 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 trong hoµn 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¨n cø 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¶ trong ch¬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 13
khëi ®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 rÊt kh¸c nhau vÒ gi¶i thÝch to¸n häc vµ sè ph¬ng tr×nh, nhiÒu m« t¶ to¸n häc thêng kh«ng chØ ra c¸c ®iÒu ®¬n gi¶n ho¸ quan träng ®îc lµm khi ph©n tÝch chóng. Hä giíi thiÖu c¸c ph¬ng tr×nh nh thÓ chóng cã øng dông ë mäi n¬i. Dï sao, chØ cÇn r¾c mét dung 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 kú lóc nµo nghiªn cøu chi tiÕt híng dßng ch¶y còng ®a ®Õn mét lÜnh vùc mµ chóng ta thÊy 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 vµ thêng 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 nh lµ giai ®o¹n ®Çu cña qu¸ tr×nh m« h×nh ho¸. Sù phøc t¹p nµy lµ mét nguyªn nh©n cña vÊn ®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¸c ch¬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 thÊm 40mm 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¸c nhau vÒ m« h×nh ma-dßng ch¶y hiÖn giê ®ang ®îc dïng. Ngêi ®äc cã thÓ t×m thÊy mét sè ph¬ng tr×nh liªn quan ®îc sö dông trong néi dung chÝnh cña cuèn s¸ch. ë ®©y ®a ra mét sè ph¸t triÓn lý thuyÕt, ®îc in trong c¸c hép cuèi c¸c ch¬ng cã thÓ bá qua ë lÇn ®äc ®Çu tiªn. PhÇn lý thuyÕt còng ®îc t×m thÊy trong nhiÒu tµi liÖu tham kh¶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 cËn 14
m« h×nh ho¸ kh¸c nhau vµ ph©n tÝch giíi h¹n cña c¸c phÇn mÒm ®ang ®îc øng dông réng r·i hiÖn nay trong dù b¸o thñy v¨n. Sù biÓu thÞ c¸c m« h×nh nh nh÷ng phÇn mÒm ®ang trë thµnh phøc t¹p h¬n, liªn kÕt víi hÖ th«ng tin ®Þa lý vµ hiÓn thÞ Ên tîng cña ®å thÞ 3 chiÒu. Sù hiÓn thÞ nh thÕ dÔ dµng bÞ thuyÕt phôc bëi v× nghÜ r»ng ®Çu ra cña m« h×nh lµ sù m« pháng tèt mét ph¶n øng thùc cña lu vùc, ®Æc biÖt nÕu mét sè Ýt sè liÖu cã kh¶ n¨ng kiÓm tra c¸c dù b¸o. Dï sao víi hÇu hÕt c¸c m« h×nh cã s½n hiÖn nay, ®iÒu nµy lµ kh«ng cÇn thiÕt, mµ lµ cÇn thiÕt ®¸nh gi¸ c¸c m« h×nh dù b¸o. Hy väng r»ng ngêi ®äc sÏ ®äc ®îc ë cuèn s¸ch nµy nh÷ng quan niÖm vµ kü thuËt cÇn thiÕt ®Ó ®¸nh gi¸ c¸c xÊp xØ m« h×nh ho¸ kh¸c nhau, c¶ phÇn mÒm s½n cã vµ c¸c m« pháng cña m« h×nh trong ¸p dông thùc tÕ. Cã 4 phÇn mÒm cã s½n ®i kÌm trong cuèn s¸ch nµy ®ã lµ: TFM, TOPMODEL, DTM Analysis vµ GLUE, chóng ®îc tr×nh bµy trong ch¬ng 4,6,7. Hai vÝ dô ®Çu tiªn cña c¸c d¹ng kh¸c nhau cña m« h×nh cã gi¶ thiÕt riªng vÒ ph¶n øng cña hÖ thèng thñy v¨n. Mét trong c¸c môc ®Ých cña cuèn s¸ch lµ gióp ngêi ®äc x¸c ®Þnh c¸c m« h×nh kh«ng chØ trong thuËt ng÷ m« h×nh cã thÓ t¸i t¹o l¹i bÊt kú sè liÖu cho kiÓm tra, mµ cßn ®Þnh ra c¸c gi¶ thiÕt. Nh vËy c¸c m« h×nh hiÖn h÷u ®i kÌm víi mét danh s¸ch c¸c gi¶ thiÕt. Ngêi ®äc ®îc khuyÕn khÝch lµm mét danh s¸ch t¬ng tù, bÊt kú khi nµo hä gÆp lÇn ®Çu. PhÇn mÒm GLUE lµ mét íc lîng sù bÊt ®Þnh cã thÓ gÆp ë bÊt kú m« h×nh thñy v¨n nµo (ch¬ng 7). Phiªn b¶n cuèi cïng cña phÇn mÒm nµy ®îc viÕt cho Window P.C , cã thÓ t¶i trªn Internet (phô lôc A). Mét danh s¸ch trang Web liªn kÕt víi c¸c trang kh¸c liªn quan víi c¸c gãi m« h×nh ma-dßng ch¶y kh¸c còng cã thÓ t¶i tõ trang web nµy. ë cuèi mçi ch¬ng cã mét ®o¹n nh¾c l¹i nh÷ng ®iÓm chÝnh xuÊt hiÖn tõ néi dung c¸c ch¬ng ®· cung cÊp. §ã lµ mét gi¶i ph¸p tèt ®Ó ngêi ®äc tãm t¾t tríc khi ®äc ®Çy ®ñ vµ kü c¸c ch¬ng. Mét phÇn gi¶i thÝch thuËt ng÷ sö dông trong m« h×nh thñy v¨n ®îc cung cÊp trong phô lôc B. C¸c thuËt ng÷ nµy ®îc hiÓn thÞ râ khi chóng xuÊt hiÖn lÇn ®Çu tiªn trong v¨n b¶n. 1.3. Qu¸ tr×nh m« h×nh ho¸ HÇu hÕt c¸c cuèn s¸ch vÒ m« h×nh ho¸ ®Òu b¾t ®Çu víi viÖc chän mét m« h×nh ®Ó sö dông cho thùc hµnh. ë ®©y chóng ta sÏ b¾t ®Çu tõ mét giai ®o¹n ®¬n gi¶n h¬n trong qu¸ tr×nh m« h×nh ho¸: m« h×nh quan niÖm cña qu¸ tr×nh ma-dßng ch¶y trªn lu vùc (h×nh 1.2). M« h×nh gi¸c quan lµ sù tãm t¾t c¶m nhËn cña chóng ta vÒ ph¶n øng cña lu vùc víi c¸c ®iÒu kiÖn ma kh¸c nhau hoÆc nãi c¸ch kh¸c, lµ c¸c nhËn thøc cña b¹n vÒ ph¶n øng ®ã. Mçi m« h×nh gi¸c quan lµ riªng biÖt, nã phô thuéc vµo sù ®µo t¹o mµ nhµ thñy v¨n ®· cã, c¸c s¸ch vµ bµi b¸o hä ®· ®äc, bé sè liÖu hä ®· ph©n tÝch, lÜnh vùc thùc tÕ hä ®· cã kinh nghiÖm trong c¸c m«i trêng kh¸c nhau. Nh vËy cã thÓ nãi r»ng m« h×nh gi¸c quan cña c¸c nhµ thñy v¨n sÏ kh¸c nhau. §¸nh gi¸ mét m« h×nh quan niÖm (h×nh 1.2) cho mét lu vùc thùc tÕ lµ rÊt quan träng, bëi v× ph¶i ghi nhí r»ng tÊt c¶ c¸c m« t¶ to¸n häc cã thÓ dïng cho dù b¸o ch¾c ch¾n lµ mét sù ®¬n gi¶n ho¸ cña mét m« h×nh quan niÖm, trong mét sè trêng hîp lµ ®¬n gi¶n qu¸ møc, nhng cã thÓ ®ñ ®Ó dù b¸o chÝnh x¸c. ViÖc nµy cã nguyªn nh©n cña 15
nã. M« h×nh gi¸c quan kh«ng bÞ gß Ðp bëi lý thuyÕt to¸n häc. Nã xuÊt hiÖn ®Çu tiªn trong ®Çu cña mçi nhµ thñy v¨n vµ kh«ng cÇn thiÕt ph¶i viÕt ra. Chóng ta cã thÓ n¾m ®îc sù phøc t¹p cña qu¸ tr×nh dßng ch¶y theo mét con ®êng hoµn toµn ®Þnh tÝnh (vÝ dô xem thÝ nghiÖm h×nh dung dßng ch¶y cña Flury (1994, h×nh 1.1)), r»ng cã thÓ cã c¸c ý tëng rÊt kh¸c nhau ®Ó m« t¶ mét ng«n ng÷ to¸n häc. Dï sao m« t¶ to¸n häc lµ, theo truyÒn thèng, giai ®o¹n ®Çu trong viÖc h×nh thµnh mét m« h×nh dù b¸o ®Þnh lîng. M« t¶ to¸n häc nµy sÏ ®îc gäi lµ m« h×nh gi¸c quan cña qu¸ tr×nh hay qu¸ tr×nh ®îc xem xÐt. ë ®iÓm nµy, c¸c gi¶ thiÕt vµ nh÷ng thõa nhËn ®Ó m« t¶ ®¬n gi¶n mét qu¸ tr×nh cÇn ®îc lµm râ rµng. VÝ dô, nhiÒu m« h×nh ®· c¨n cø trªn viÖc sö dông m« t¶ dßng ch¶y trong ®Êt b»ng quy luËt Darcy, cho r»ng dßng ch¶y tû lÖ víi gradient cña thÕ n¨ng thñy lùc (xem hép 5.1). C¸c ®o ®¹c chØ ra r»ng, thÕ n¨ng thñy lùc trong ®Êt kÕt cÊu cã thÓ biÕn ®æi ®¸ng kÓ trªn mét kho¶ng c¸ch nhá, sao cho nÕu luËt Darcy ®îc ¸p dông ë ph¹m vi profile ®Êt hoÆc lín h¬n th× nã ®îc thõa nhËn ngÇm r»ng mét sè gradient trung b×nh cã thÓ dïng ®Æc trng cho dßng ch¶y vµ ¶nh hëng cña dßng ch¶y u tiªn qua lç hæng lín trong ®Êt cã thÓ bá qua (mét vÝ dô cña c¸c quan tr¾c trong h×nh 1.1) H×nh 1.2. Mét s¬ ®å ph¸c th¶o cña c¸c bíc kh¸c nhau trong qu¸ tr×nh m« h×nh ho¸ §¸ng lu ý lµ trong nhiÒu bµi b¸o vµ c¸c híng dÉn sö dông m« h×nh, c¸c ph¬ng tr×nh trong ®ã m« h×nh dùa vµo cã thÓ chÊp nhËn c¸c gi¶ thiÕt kh«ng râ rµng. Th«ng thêng, kh«ng khã kh¨n ®Ó liÖt kª ra c¸c gi¶ thiÕt, mét sè kiÕn thøc nÒn cho c¸c ph¬ng tr×nh. §©y sÏ lµ ®iÓm khëi ®Çu cho viÖc x¸c ®Þnh mèi quan hÖ cña c¸c m« h×nh thùc tÕ víi m« h×nh quan niÖm. LËp mét danh s¸ch tÊt c¶ c¸c gi¶ thiÕt cña m« h×nh lµ mét c«ng viÖc cã lîi mµ chóng ta tiÕp tôc trong c¸c giíi thiÖu vÒ c¸c c¸ch tiÕp cËn m« h×nh. 16
M« h×nh quan niÖm cã thÓ phøc t¹p nhiÒu hay Ýt, tõ viÖc dïng ph¬ng tr×nh c©n b»ng níc ®¬n gi¶n cho c¸c thµnh phÇn miªu t¶ lîng tr÷ trªn lu vùc ®Õn c¸c ph¬ng tr×nh phi tuyÕn ®¹o hµm riªng. Mét sè ph¬ng tr×nh cã thÓ ®îc biÕn ®æi dÔ dµng trùc tiÕp thµnh ch¬ng tr×nh cho ngêi sö dông m¸y tÝnh sè. Dï sao nÕu ph¬ng tr×nh kh«ng gi¶i ®îc b»ng gi¶i tÝch khi ®a vµo mét sè ®iÒu kiÖn biªn cho mét hÖ thèng thùc (nã thêng lµ trêng hîp c¸c ph¬ng tr×nh ®¹o hµm riªng trong mét sè m« h×nh thñy v¨n), th× mét bæ sung gÇn ®óng b»ng c¸ch sö dông kü thuËt ph©n tÝch sè ®Ó x¸c ®Þnh m« h×nh thñ tôc trong d¹ng ch¹y ®îc trªn m¸y tÝnh lµ cÇn thiÕt. Mét vÝ dô lµ sù thay thÕ vi ph©n trong ph¬ng tr×nh gèc b»ng sai ph©n h÷u h¹n hoÆc thÓ tÝch h÷u h¹n. Mét thËn träng ®¸ng kÓ cÇn ®îc lµm ë ®iÓm nµy: chuyÓn ®æi tõ c¸c ph¬ng tr×nh cña m« h×nh quan niÖm sang m· cña m« h×nh thñ tôc ®· thªm vµo sai sè cã ý nghÜa liªn quan ®Õn c¸ch gi¶i gÇn ®óng cña c¸c ph¬ng tr×nh gèc. Bëi v× c¸c m« h×nh ®ã cã tÝnh phi tuyÕn cao, íc tÝnh sai sè cã thÓ lµ khã kh¨n trong c¸c ®iÒu kiÖn m« h×nh ®îc sö dông. Víi m« h×nh thñ tôc, chóng ta cã m· ch¹y trong m¸y tÝnh. Tríc khi chóng ta cã thÓ ¸p dông m· ®Ó dù b¸o sè trÞ cho mét lu vùc cô thÓ, ®iÒu cÇn thiÕt lµ ph¶i qua giai ®o¹n hiÖu chØnh th«ng sè. TÊt c¶ c¸c m« h×nh sö dông trong thñy v¨n cã c¸c ph¬ng tr×nh chøa c¸c ®Çu vµo vµ c¸c biÕn tr¹ng th¸i kh¸c nhau. Cã c¸c biÕn x¸c ®Þnh h×nh häc lu vùc nh lµ h»ng sè trong suèt thêi gian m« pháng thùc tÕ. L¹i cã biÕn x¸c ®Þnh ®iÒu kiÖn biªn thay ®æi trong khi m« pháng, ch¼ng h¹n nh ma ë c¸c vÞ trÝ kh¸c nhau t¹i c¸c bíc thêi gian tÝnh to¸n. Cã biÕn tr¹ng th¸i nh lîng tr÷ níc hoÆc ®é s©u thay ®æi trong thêi gian m« pháng nh lµ kÕt qu¶ cña tÝnh to¸n m« h×nh. Cã gi¸ trÞ ban ®Çu cña biÕn tr¹ng th¸i x¸c ®Þnh tr¹ng th¸i cña lu vùc khi b¾t ®Çu m« pháng. Cuèi cïng cã c¸c th«ng sè m« h×nh x¸c ®Þnh c¸c ®Æc tÝnh cña lu vùc hoÆc lîng dßng ch¶y. C¸c th«ng sè m« h×nh cã thÓ bao hµm nh ®é rçng vµ ®é dÉn thñy lùc cña c¸c møc ®Êt n»m ngang kh¸c nhau trong m« h×nh ph©n bè kh«ng gian hoÆc thêi gian lu gi÷ trung b×nh trong c¸c vïng b·o hoµ cho m« h×nh sö dông biÕn tr¹ng th¸i ë quy m« lu vùc. Chóng thêng ®îc coi lµ kh«ng ®æi suèt thêi kú m« pháng (mÆc dï mét sè th«ng sè nh dung tÝch tr÷ giao nhau cña líp phñ thùc vËt cã thÓ phô thuéc m¹nh vµo thêi gian vµ lµ quan träng cho mét sè øng dông). Trong tÊt c¶ c¸c trêng hîp, thËm chÝ chóng ®îc coi lµ kh«ng ®æi theo thêi gian, còng kh«ng dÔ dµng x¸c ®Þnh gi¸ trÞ cña c¸c th«ng sè cho mét lu vùc cô thÓ. Thùc vËy ph¬ng ph¸p chung nhÊt ®Ó hiÖu chØnh c¸c th«ng sè lµ sö dông kü thuËt hiÖu chØnh gi¸ trÞ c¸c th«ng sè ®Ó thu ®îc sù phï hîp nhÊt gi÷a m« h×nh tÝnh to¸n vµ quan tr¾c cho mét ph¶n øng lu vùc cô thÓ (xem phÇn 1.8 vµ ch¬ng 7). Ngay sau khi c¸c th«ng sè ®îc x¸c ®Þnh cã thÓ tiÕn hµnh m« pháng vµ tÝnh to¸n sè trÞ c¸c ph¶n øng thu ®îc. Giai ®o¹n tiÕp theo lµ kiÓm chøng vµ ®¸nh gi¸ c¸c tÝnh to¸n nµy. §¸nh gi¸ nµy còng cã thÓ ®a ra trong khu«n khæ sè trÞ, tÝnh to¸n mét hay nhiÒu chØ sè ®Æc tÝnh cña m« h×nh liªn hÖ víi c¸c quan tr¾c s½n cã vÒ ph¶n øng cña dßng ch¶y. Thêng kh«ng khã kh¨n ®Ó t×m mét m« h×nh cã thÓ chÊp nhËn ®îc, thùc tÕ nÕu cã thÓ hiÖu chØnh th«ng sè m« h×nh b»ng c¸ch so s¸nh víi lu lîng quan tr¾c, 17
th× hÇu hÕt cÊu tróc m« h×nh cã sè th«ng sè ®ñ cho phÐp ph¶n øng phï hîp víi sè liÖu. VÊn ®Ò lµ ë chç cã nhiÒu tæ hîp kh¸c nhau cña cÊu tróc m« h×nh vµ bé th«ng sè còng ®a ®Õn sù phï hîp víi sè liÖu. Nh vËy trong c¸c sè h¹ng lu lîng riªng lÎ ph©n biÖt sù kh¸c nhau cña c¸c m« h×nh tin cËy vµ do ®ã ®Ó ®¸nh gi¸ mét m« h×nh c¸ biÖt sÏ khã kh¨n. §iÒu nµy ®îc th¶o luËn chi tiÕt h¬n trong ch¬ng 7 ë phÇn x¸c ®Þnh sù bÊt ®Þnh cña m« h×nh dù b¸o. MÆt kh¸c lu lîng dù b¸o còng nh c¸c dù b¸o bÊt kú c¸c ph¶n øng bªn trong lu vùc cã thÓ ®¸nh gi¸ liªn quan ®Õn m« h×nh gi¸c quan ban ®Çu cña lu vùc. ë ®©y viÖc t×m mét m« h×nh ®îc chÊp nhËn toµn bé gÆp khã kh¨n nhiÒu h¬n. Sù kh¸c biÖt cã thÓ ®a ®Õn xem xÐt l¹i gi¸ trÞ c¸c th«ng sè, xem xÐt l¹i m« h×nh gi¸c quan, hoÆc trong mét sè trêng hîp, xem xÐt l¹i m« h×nh gi¸c quan cña lu vùc nh lµ sù hiÓu biÕt thu ®îc tõ sù cè g¾ng m« pháng qu¸ tr×nh thñy v¨n. PhÇn cuèi cña ch¬ng nµy liªn quan ®Õn c¸c giai ®o¹n kh¸c nhau trong qu¸ tr×nh m« h×nh ho¸. PhÇn 1.4 ®a ra mét vÝ dô m« h×nh quan niÖm cña ®¸p øng lu vùc víi ma. PhÇn 1.5 th¶o luËn nh÷ng th«ng tin bæ sung cã thÓ thu ®îc tõ viÖc xem xÐt kü th«ng tin ®Þa ho¸ häc. PhÇn 1.6 ®a ra c¸c yªu cÇu hµm sè cña s¶n sinh dßng ch¶y vµ diÔn to¸n dßng ch¶y. PhÇn 1.7 ®a ra mét ®Þnh nghÜa cña m« h×nh quan niÖm, hiÖu chØnh vµ kiÓm ®Þnh m« h×nh ®îc th¶o luËn trong phÇn 1.8. 1.4. C¸c m« h×nh quan niÖm cña thñy v¨n lu vùc Cã nhiÒu qu¸ tr×nh ph¸c th¶o ph¶n øng lu vùc ë trong c¸c tµi liÖu ®· xuÊt b¶n. HÇu hÕt chóng dµnh cho qu¸ tr×nh ph¶n øng cña lu vùc ë møc ®é chi tiÕt nhiÒu hay Ýt. C«ng tr×nh ®îc biªn so¹n bëi Kirkby (1978), Anderson vµ Burt (1990) trong c¸c ch¬ng kh¸c nhau ph¶n ¸nh sù quan t©m thùc tÕ kh¸c nhau cña c¸c nhµ thñy v¨n. HÖ thèng thñy v¨n lµ mét tæng hîp phøc t¹p mµ mçi nhµ thñy v¨n sÏ cã m« h×nh Ên tîng vµ quan niÖm cña riªng m×nh, coi c¸i g× lµ quan träng nhÊt trong qu¸ tr×nh ma-dßng ch¶y. V× vËy c¸c nhµ thñy v¨n kh¸c nhau cã thÓ kh«ng cÇn ®ång ý vÒ c¸i g× lµ quan träng nhÊt hay c¸ch tèt nhÊt m« t¶ chóng. Cã thÓ thèng nhÊt vÒ c¸c chñ ®Ò chung, nh ®îc nh¾c ®Õn trong c¸c bµi b¸o thñy v¨n, nhng sù hiÓu biÕt cña chóng ta vÒ c¸c ph¶n øng thñy v¨n vÉn cßn ®ang më réng vµ cô thÓ phô thuéc vµo c¸c thÝ nghiÖm, d¹ng c¸c thÝ nghiÖm mµ c¸c nhµ thñy v¨n tiÕn hµnh. Qu¸ tr×nh kh¸c nhau cã thÓ bÞ chi phèi trong c¸c m«i trêng kh¸c nhau vµ c¸c lu vùc kh¸c nhau víi c¸c ®Æc trng ®Þa h×nh, líp phñ vµ ®Þa chÊt kh¸c nhau. Mét trong nh÷ng vÊn ®Ò ®îc híng tíi ®Ó cã mét hiÓu biÕt tæng hîp vÒ hÖ thèng thñy v¨n lµ hÇu hÕt dßng ch¶y n»m díi ®Êt hoÆc ®¸. Kh¶ n¨ng ®o ®¹c vµ ®¸nh gi¸ qu¸ tr×nh dßng ch¶y s¸t mÆt lµ rÊt giíi h¹n. HÇu hÕt kü thuËt ®o ®¹c nh¾c ®Õn chØ cã thÓ ë ph¹m vi trung b×nh cña m¸y ®o. Khi ®Æc tÝnh cña dßng ch¶y biÕn ®æi nhanh theo kh«ng gian (vµ thêi gian), quy m« nhá cña tù nhiªn ®Ó ®o ®¹c cã thÓ chØ ®a ®Õn mét bøc tranh rÊt riªng cña dßng ch¶y tù nhiªn. Nh vËy ch¾c ch¾n r»ng sù kh«ng hiÓu biÕt vÒ tù nhiªn cña qu¸ tr×nh dßng s¸t mÆt ®a ®Õn h¹n chÕ c¸c kü thuËt ®o ®¹c hiÖn nay. CÇn ph¶i suy luËn vÒ qu¸ tr×nh dßng ch¶y tõ nh÷ng ®o ®¹c cã thÓ. C¸c suy luËn nh thÕ thªm vµo nh÷ng th«ng tin cho m« h×nh quan niÖm cña ph¶n øng thñy v¨n, 18
nhng chóng chØ lµ suy diÔn... Mét ph¬ng ph¸p thu ®îc sù hiÓu biÕt t¬ng lai lµ xem xÐt mét phÇn cña hÖ thèng ë møc ®é chi tiÕt h¬n. NhiÒu nghiªn cøu ®· ph©n tÝch qu¸ tr×nh dßng ch¶y trong sên dèc hoÆc b·i nhá thùc tÕ hoÆc cét ®Êt nguyªn vÑn mang trë l¹i phßng thÝ nghiÖm. Ngêi ta ®· t×m thÊy trong nhiÒu nghiªn cøu r»ng, ®iÒu tra chi tiÕt sÏ ph¸t hiÖn sù phøc t¹p vµ ®a d¹ng h¬n trong c¸c ®êng ®i cña dßng ch¶y. Sù thËt lµ thªm vµo c¸c d¹ng kh¸c nhau cña th«ng tin, nh sö dông c¸c dÊu hiÖu m«i trêng hoÆc nh©n t¹o. H×nh 1.1 ®a ra mét vÝ dô tèt vÒ ®iÒu nµy (xem phÇn 1.5). Nh thÕ sù phøc t¹p cã thÓ lµ mét phÇn cña m« h×nh. Nh ®· lu ý ë trªn, kh«ng nhÊt thiÕt m« h×nh quan niÖm thÓ hiÖn nhiÒu h¬n mét bé dÊu hiÖu ®Þnh tÝnh, nhng sù phøc t¹p ch¾c ch¾n g©y khã kh¨n cho viÖc chän c¸c gi¶ thiÕt ®Ó chuyÓn tõ m« h×nh quan niÖm ®Õn mét hÖ ph¬ng tr×nh x¸c ®Þnh m« h×nh quan niÖm. C¸c chän lùa ph¶i lµm ®Ó ®¬n gi¶n hãa viÖc m« t¶ vµ nh ®· thÊy, c¸c lùa chän nh thÕ thêng kh«ng cã mét nÒn t¶ng tèt trong thùc tÕ thñy v¨n. Tãm l¹i, cã mét m« h×nh quan niÖm cña mét nhµ thñy v¨n häc. Nã c¨n cø trªn mét bé ph¸c th¶o cña Beven (1991.a) víi mét sè nh×n nhËn dùa trªn thÝ nghiÖm bæ sung. Trong thêi kú gi÷a c¸c trËn ma, lîng tr÷ trong ®Êt ®· gi¶m dÇn dÇn (h×nh 1.3). H×nh 1.3. Mét miªu t¶ cña c¸c qu¸ tr×nh chøa trong mét m« h×nh quan niÖm cña thñy v¨n sên dèc. NÕu cã mét dßng ch¶y ngÇm th× mùc níc vµ gradient sÏ gi¶m tõ tõ. Lîng tr÷ thêng cao h¬n vµ níc ngÇm sÏ tiÕp cËn bÒ mÆt trong vïng ven s«ng ®¸y thung lòng, mét phÇn v× dßng ch¶y xu«i dèc, ®Æc biÖt n¬i cã sù héi tô dßng ch¶y trong c¸c chç 19
tròng sên dèc. Lîng tr÷ trong vïng ven s«ng còng cã thÓ ®îc duy tr× bëi dßng ch¶y trë l¹i tõ c¸c líp s©u h¬n (Huff 1982, Genereux 1993), nhng còng v× c¸c líp ®Êt cã khuynh híng s©u h¬n trong ®¸y thung lòng (Piriol,1997). Tæn thÊt cña níc bëi bèc h¬i sÏ cã hiÖu qu¶ lín h¬n hay nhá h¬n trong profile cña lîng tr÷ phô thuéc vµo ma, khÝ hËu, d¹ng líp phñ vµ ®é s©u cña rÔ c©y. RÊt nhiÒu thùc vËt cã thÓ hót níc tõ ®é s©u ®¸ng kÓ víi rÔ xuyªn tíi hµng chôc mÐt vµo trong ®Êt, khe ®¸ vµ ®êng dÉn cña rÔ còng ho¹t ®éng nh mét ®êng ®i cho níc thÊm (C©y Jawatt cña T©y Australia). Thùc vËt lo¹i h¸o níc (nh c©y gç Cotton ë miÒn T©y Mü) sÏ hót níc trùc tiÕp tõ phÇn thÊp cña dßng ch¶y ngÇm. Sù bèc h¬i vµ qu¸ tr×nh tiªu tho¸t níc lµ quan träng trong viÖc kiÓm so¸t c¸c ®iÒu kiÖn tríc khi ma. C¸c ®iÒu kiÖn tríc còng nh thÓ tÝch vµ cêng ®é ma (hoÆc tuyÕt) lµ quan träng trong viÖc ®iÒu tiÕt c¸c qu¸ tr×nh lu vùc ph¶n øng víi lîng ma vµ tû lÖ cña thÓ tÝch ®Çu vµo xuÊt hiÖn trong dßng s«ng nh lµ mét phÇn cña thñy ®å (h×nh 1.13 b). Trõ khi dßng ch¶y lµ t¹m thêi, thêng cã mét ph¶n øng tõ lîng ma trùc tiÕp vµo kªnh vµ vïng ven s«ng. MÆc dï chiÕm diÖn tÝch nhá cña lu vùc (kho¶ng 1-3%) vïng nµy cã thÓ lµ mét ®ãng gãp quan träng vµo thñy ®å cña lu vùc vµ ma víi hÖ sè dßng ch¶y thÊp. ThËm chÝ trong dßng ch¶y t¹m thêi, dßng ch¶y mÆt thêng b¾t ®Çu tríc tiªn trong lßng dÉn nhá. Quy m« líi s«ng nãi chung sÏ më réng c¸c vïng ®Çu nguån khi mùc tiÕp diÔn ma vµ trong suèt mïa ma sÏ lín h¬n mïa kh« (xem Hewlet,1974). C¸c ®Çu vµo ma vµ tuyÕt kh«ng ®Òu theo kh«ng gian, nhng cã thÓ chØ ra sù biÕn ®æi nhanh vÒ cêng ®é vµ thÓ tÝch trªn mét kho¶ng c¸ch t¬ng ®èi ng¾n, ®Æc biÖt trong c¸c ®iÒu kiÖn ®èi lu (Newson 1980, Smith 1996, Goodrich 1997). Sù thay ®æi ë mùc níc ngÇm sau khi cÊu tróc ma bÞ ¶nh hëng bëi líp phñ cã thÓ lín h¬n. Mét phÇn lîng ma cã thÓ r¬i trùc tiÕp vµo ®Êt nh lµ xuyªn trùc tiÕp. Mét phÇn lîng ma kh¸c sÏ bÞ gi÷ l¹i vµ bèc h¬i tõ líp phñ vµo kh«ng khÝ. Lîng bèc h¬i cña níc bÞ gi÷ l¹i cã thÓ x¶y ra thËm chÝ suèt con lò, ®Æc biÖt tõ líp phñ nh¸m, trong ®iÒu kiÖn giã, khi kh«ng khÝ kh«ng b·o hßa níc. Sù kh¸c nhau ®Õn 30% gi÷a ma tíi vµ ma xuyªn xuèng ®· ®o ®îc ë lu vùc §Þa Trung H¶i ngay c¶ khi ma lín (Lloren, 1997). Lîng ma cßn l¹i sÏ ch¶y nhá giät tõ líp phñ thùc vËt nh xuyªn qua hoÆc ch¶y xuèng c¸c nh¸nh, th©n vµ nh lµ dßng ch¶y tõ th©n c©y. Qu¸ tr×nh sau cã thÓ lµ quan träng ®èi víi mét sè thùc vËt v× 10% hoÆc nhiÒu h¬n lîng ma tíi l¹i cã thÓ ch¶y vµo ®Êt nh dßng ch¶y nh¸nh, kÕt qu¶ trong sù tËp trung côc bé cña níc ë cêng ®é cao h¬n nhiÒu lîng ma tíi. Mét sè thùc vËt nh ng« cã cÊu tróc ®Ó chuyÓn níc xuèng gèc theo c¸ch nµy. Cêng ®é tuyÕt sÏ biÕn ®æi theo cao tr×nh vµ lµm ¶nh hëng ®Õn nhiÖt ®é kh«ng khÝ vµ bøc x¹ ®i vµo líp tuyÕt. Lîng níc t¬ng ®¬ng cña khèi tuyÕt cã thÓ biÕn ®æi ®ét ngét theo kh«ng gian, tÝnh ®Õn hiÖu qu¶ cña giã thæi trong suèt thêi gian tuyÕt r¬i vµ sau khi líp tuyÕt ®îc h×nh thµnh do ¶nh hëng cña ®Þa h×nh vµ líp phñ thùc vËt. NhiÒu líp tuyÕt s©u h¬n thêng t×m thÊy trong chç khuÊt giã hoÆc ®Ønh nói, mét ®Æc ®iÓm ®· ®îc nh¾c ®Õn trong lu vùc Rayuols Greek ë Pdero vµ mét vµi n¬i kh¸c (xem Bathurst vµ Cooley,1996, phÇn 5.3). §iÒu nµy còng cã thÓ ¶nh hëng trë l¹i trong ®ã líp tuyÕt s©u h¬n cã thÓ mang ®Õn lîng níc lín h¬n cho thùc vËt, lµm cho nã ph¸t triÓn nhanh h¬n vµ trong trêng hîp cña c©y cèi, lîng tuyÕt lín h¬n bÞ cuèn ®i theo giã. 20
Ngay khi níc ma hoÆc tuyÕt ch¹m tíi ®Êt nã sÏ b¾t ®Çu thÊm vµo mÆt ®Êt, lo¹i trõ trong vïng ®Êt kh«ng thÊm hoÆc tr¬ ®¸, trªn vïng ®Êt hoµn toµn ®ãng b¨ng hoÆc mét sè bÒ mÆt nh©n t¹o ë ®ã dßng ch¶y b¾t ®Çu hÇu nh ngay lËp tøc. Cêng ®é vµ lîng thÊm sÏ bÞ giíi h¹n bëi mùc níc côc bé, cêng ®é xuyªn qua hoÆc thÈm thÊu vµ kh¶ n¨ng thÊm cña ®Êt. ë ®©u mµ cêng ®é ma vît qu¸ kh¶ n¨ng thÊm cña ®Êt th× dßng ch¶y trµn trªn mÆt sÏ h×nh thµnh. §Êt cã xu híng kh«ng ®ång nhÊt ®Þa ph¬ng trong c¸c ®Æc tÝnh cña nã. V× vËy, kh¶ n¨ng thÊm vµ tû lÖ dßng ch¶y trµn cã thÓ kh¸c nhau ®¸ng kÓ tõ vÞ trÝ nµy ®Õn vÞ trÝ kh¸c (Loague vµ Kyria Klidinh, 1997). Trong nhiÒu n¬i trªn bÒ mÆt c©y cá, ma sÏ Ýt khi vît kh¶ n¨ng thÊm cña ®Êt cho ®Õn khi ®Êt trë nªn b·o hoµ Èm. Ngoµi ra ë n¬i kh¶ n¨ng thÊm vît tréi, vïng ®Êt thÊm lµ nhá nhÊt hoÆc lîng níc ban ®Çu lµ cao nhÊt sÏ b¾t ®Çu vµ v× kh¶ n¨ng thÊm cã khuynh híng gi¶m ®i víi sù Èm ít t¨ng lªn, sÏ më réng ®Õn vïng kh¶ n¨ng thÊm cao h¬n. §Êt trèng sÏ lµm yÕu ®i sù h×nh thµnh dßng ch¶y vît thÊm v× n¨ng lîng cña h¹t ma r¬i cã thÕ s¾p xÕp l¹i c¸c h¹t ®Êt ë bÒ mÆt vµ h×nh d¹ng vá bÒ mÆt bÞt kÝn mét c¸ch hiÖu qu¶ nh÷ng lç hæng lín h¬n (Roinkeng 1990, Smith 1999). C©y cá hoÆc líp r¸c sÏ b¶o vÖ bÒ mÆt vµ t¹o ra kªnh rÔ cã thÓ ho¹t ®éng nh ®êng dÉn cho níc thÊm. BÒ mÆt trèng cña vËt liÖu ®Êt ph©n t¸n ®Æc biÖt ®Ó t¹o thµnh líp vá cøng vµ líp vá nh thÕ, ngay khi h×nh thµnh, sÏ duy tr× gi÷a c¸c trËn ma trõ khi bÞ ph¸ vì bëi c©y cá ph¸t triÓn, bëi ho¹t ®éng tan b¨ng, ho¹t ®éng cña hÖ ®éng vËt ®Êt, trång trät hoÆc xãi mßn. C¸c nghiªn cøu vÒ sù che phñ ®Êt ®· chØ ra r»ng, trong mét sè trêng hîp, tû lÖ thÊm sau khi ®iÒn tròng cã thÓ t¨ng theo thêi gian nhiÒu h¬n lµ mong ®îi tõ kÕt qu¶ cña ®é s©u hè tròng ®¬n ®éc (Fox,1998). §iÒu nµy ®· ®a ®Õn nguyªn nh©n ph¸ vì hoÆc xãi mßn líp vá. Trong m«i trêng l¹nh, c©y cá cã thÓ ®ãng vai trß quan träng trong viÖc kiÓm so¸t nhiÖt ®é líp ®Êt bÞ ®«ng l¹nh tríc vµ trong lóc t¹o ra mét khèi tuyÕt b»ng c¸ch kiÓm so¸t ®ång thêi c©n b»ng n¨ng lîng c¶ ë bÒ mÆt ®Êt vµ phÇn bÞ cuèn tr«i cña líp phñ tuyÕt, thËm chÝ, trong mét sè trêng hîp, x¶y ra ë th¸ng muén h¬n (Stadler,1996). §¸ng lu ý lµ mét líp ®Êt cµy bÞ ®«ng l¹nh lµ kh«ng thÊm ®îc. §iÒu nµy thêng h¹ thÊp mét Ýt tiÒm n¨ng thÊm trong lóc ®«ng l¹nh, nhng qu¸ tr×nh tan b¨ng mïa còng cã thÓ ®a ®Õn ph¸ vì líp vá bÒ mÆt vµ lµm t¨ng kh¶ n¨ng thÊm (Skhumm,1956). HiÖu qu¶ cña viÖc lµm l¹nh phô thuéc vµo lîng Èm cña ®Êt vµ ®é dµi thêi kú l¹nh. ThËm chÝ ë ®©u b¨ng lan réng, kh¶ n¨ng thÊm cã thÓ cao thªm. Tõ l©u ®· suy ®o¸n r»ng, trong thêi gian bÒ mÆt ®iÒn tròng ®îc më réng, sù gi÷ l¹i kh«ng khÝ vµ ¸p suÊt h×nh thµnh bªn trong ®Êt cã thÓ cã mét hiÖu qu¶ ®¸ng kÓ ®Õn tû lÖ thÊm. §iÒu nµy ®· ®îc chØ ra trong phßng thÝ nghiÖm (Wang,1995) vµ mét sè c¸c nghiªn cøu kh¸c (Dixon vµ Linden, 1972). Còng cã thÓ suy nghÜ lµ c¸c ¶nh hëng cña ¸p suÊt kh«ng khÝ cã thÓ g©y ra ph¶n øng trong mùc níc ngÇm côc bé (Linden vµ Dixon,1973) vµ lùc n©ng khi kh«ng khÝ tho¸t khái bÒ mÆt cã thÓ b¾t ®Çu lµm chuyÓn ®éng c¸c h¹t ®Êt. Sù ng¨n c¶n cña kh«ng khÝ sÏ t¨ng lªn bëi sù cã mÆt cña líp phñ bÒ mÆt vµ ®é mÞn cña vËt liÖu, nhng hiÖu qu¶ cña khÝ ¸p quan träng sÏ xuÊt hiÖn do yªu cÇu ®iÒn tròng trªn diÖn tÝch qu¶ng canh cña bÒ mÆt lµm tr¬n. Trong c¸nh ®ång cã bÒ mÆt kh«ng ®Òu (nh ®èng c©y cá) vµ sù cã mÆt cña c¸c lç rçng lín hy väng cã thÓ h¹ thÊp sù h×nh thµnh cña kh«ng khÝ bÞ gi÷ b»ng c¸ch cho phÐp c¸c con ®êng côc bé tho¸t khÝ ®Õn bÒ mÆt. Khi kh«ng cã líp phñ, cÊu tróc líp ®Êt n»m díi vµ ®Æc biÖt c¸c lç rçng cña ®Êt sÏ 21
lµ sù ®iÒu khiÓn quan träng cêng ®é thÊm. V× lu lîng cña dßng ch¶y tÇng trong kªnh h×nh trô biÕn ®æi theo luü thõa bËc bèn cña b¸n kÝnh, lç rçng lín h¬n vµ sù r¹n vì cã thÓ ®ãng vai trß quan träng trong viÖc ®iÒu khiÓn cêng ®é thÊm (Beven vµ German,1951). Dï sao sù r¹n vì ®Êt vµ mét sè lç rçng lín kh¸c, nh c¸c r·nh giun ®Êt vµ kiÕn cã thÓ chØ më réng ®Õn mét ®é s©u giíi h¹n sao cho ¶nh hëng cña nã ®Õn thÊm cã thÓ bÞ giíi h¹n bëi kh¶ n¨ng tr÷ vµ thÊm vµo trong ®Êt nÒn bao quanh còng nh cêng ®é dßng ch¶y cùc ®¹i tiÒm n¨ng. Mét ph¸c ho¹ sè liÖu dßng ch¶y trong c¸c lç giun cña Ehlers (1975), vÉn cßn diÔn ra trong lç hæng cña nã. Mét sè kªnh rÔ, giun vµ kiÕn cã thÓ ®¹t tíi ®é s©u hµng mÐt díi bÒ mÆt. C©y Jarratl ë miÒn T©y Australia mét lÇn n÷a lµ mét vÝ dô râ rÖt. Dßng ch¶y trµn còng cã thÓ x¶y ra theo c¬ chÕ vît b·o hoµ. DiÖn tÝch cña ®Êt b·o hoµ cã khuynh híng x¶y ra tríc hÕt ë n¬i cã ®é hót Èm ®Êt nhá nhÊt. §©y lµ vïng ®¸y thung long, ®Æc biÖt, c¸c m¸ng tròng thîng lu ë ®ã cã sù héi tô dßng ch¶y vµ gi¶m dÇn dÇn ®é dèc vµo lßng s«ng. Sù b·o hoµ còng cã thÓ x¶y ra ë vïng ®Êt máng n¬i mµ kh¶ n¨ng lîng tr÷ bÞ giíi h¹n hoÆc sù thÊm nhá vµ vïng ®é dèc nhá, thêng gi÷ ®é Èm ít suèt thêi kú rót níc. Vïng ®Êt b·o hoµ cã xu thÕ më réng víi ®é Èm ít t¨ng trong lóc ma, vµ gi¶m sau khi ma ngõng víi cêng ®é ®iÒu khiÓn bëi sù cung cÊp níc tõ trªn dèc. §©y lµ kh¸i niÖm diÖn tÝch ®ãng gãp ®éng lùc. BÊt kú dßng ch¶y bÒ mÆt nµo trong vïng b·o hoµ ®Òu nh thÕ, cã thÓ kh«ng ph¶i tÊt c¶ trong lóc ma, nhng còng cã thÓ trong lóc cã dßng ch¶y trë l¹i cña níc díi mÆt vµ hiÓn nhiªn lµ díi ®iÒu kiÖn bÒ mÆt b·o hoµ, nh thÕ ma cã thÓ thÊm côc bé vµo ®Êt (xem thÝ nghiÖm vÏ l¹i cña Henderson,1996). Theo con ®êng nµy dßng ch¶y bÒ mÆt cã thÓ duy tr× trong thêi kú sau khi dõng ma, khi ®ã dßng ch¶y trµn ®îc t¹o ra bëi c¬ chÕ bÊt kú, mét lîng tr÷ ®iÒn tròng cã thÓ cÇn thiÕt ph¶i tho¶ m·n tríc khi cã mét dßng ch¶y xu«i dèc ®ñ ch¾c ch¾n. ThËm chÝ khi ®ã dßng ch¶y mÆt sÏ cã xu thÕ ®i theo c¸c con ®êng riªng rÏ t¹o thµnh suèi nhá h¬n lµ x¶y ra nh mét líp dßng ch¶y bªn trªn bÒ mÆt nguyªn vÑn. Mét kh¸i niÖm t¬ng tù cã thÓ ®îc ®a ra trong vïng mµ c¸c ph¶n øng ®îc ®iÒu khiÓn b»ng dßng ch¶y s¸t mÆt. Khi ®ã sù b·o hoµ b¾t ®Çu tÝch luü ë nÒn cña líp ®Êt phñ lªn trªn ®¸ gèc kh«ng thÊm, nã sÏ b¾t ®Çu t¹o thµnh dßng ch¶y xu«i dèc. Dï sao sù liªn kÕt cña b·o hoµ trong líp s¸t mÆt ban ®Çu lµ quan träng. Nã cÇn thiÕt ®Ó tho¶ m·n mét lîng tr÷ ®¸ gèc ban ®Çu ë chç tròng tríc khi cã mét dßng ch¶y xu«i dèc phï hîp. C¸c ®êng dÉn dßng ch¶y chñ yÕu cã thÓ bÞ c« lËp Ýt nhÊt lµ lóc ®Çu, liªn quan ®Õn sù biÕn ®æi h×nh d¹ng bÒ mÆt ®¸ (MeDonnew,1996). Mét sè lu vùc víi kh¶ n¨ng thÊm cao vµ ®Êt s©u võa ph¶i cã thÓ cã ®¸p øng tréi h¬n bëi dßng ch¶y s¸t mÆt. §¸ng chó ý lµ ®é s©u 1m ®Êt víi ®é rçng trung b×nh lµ 0,4 cã kh¶ n¨ng tr÷ 400mm níc. Nh vËy nÕu kh¶ n¨ng thÊm cña ®Êt kh«ng bÞ vît, mét lîng ma lín h¬n 100mm vÒ nguyªn t¾c cã thÓ bÞ hÊp thô bëi líp ®Êt 1m (bá qua hiÖu qu¶ cña dßng ch¶y xu«i dèc), ngay c¶ nÕu lîng tr÷ kú tríc bÞ thiÕu, chØ lµ 1/4 cña ®é rçng. Mét gi¶ thiÕt chung (vµ rÊt tiÖn lîi) lµ ®¸ gèc n»m díi lu vùc nhá cao nguyªn lµ kh«ng thÊm níc. §©y kh«ng ph¶i lµ trêng hîp thêng thÊy, thËm chÝ trong ®¸ cã Ýt hoÆc kh«ng cã thÈm thÊu ban ®Çu trong khèi ®¸ lín. Sù cã mÆt cña d¹ng thÊm thø 2 22
trong d¹ng cña c¸c mèi nèi vµ c¸c chç r¹n nøt cã thÓ cung cÊp mét ®êng dÉn dßng ch¶y vµ lîng tr÷ quan träng, cã hiÖu qu¶ duy tr× dßng ch¶y c¬ së trong mét thêi kú dµi. RÊt khã ®Ó biÕt ®îc b¶n chÊt c¸c con ®êng nh thÕ. C¸c ®Æc ®iÓm bÊt kú thêng ®îc suy ra tõ b¶n chÊt ®Þa ho¸ häc cña dßng ch¶y c¬ së v× ®¸ gèc cã thÓ cung cÊp mét m«i trêng ®Þa ho¸ kh¸c nhau vµ trong mét thêi gian dµi duy tr× cã thÓ cho phÐp c¸c ph¶n øng phong ho¸ cung cÊp mét sè ho¸ chÊt nång ®é cao h¬n (xem vÝ dô trong nghiªn cøu cña Meal, 1997, ë trong lu vùc nghiªn cøu Plynlimonxu Walt). Cã mét kh¶ n¨ng thó vÞ liªn hÖ víi hÖ thèng ®øt g·y ®Çy níc ho¹t ®éng nh mét hÖ thèng b¬m, truyÒn ¶nh hëng cña sù lµm ®Çy rÊt nhanh. Nhí r»ng, nÕu níc ®îc b¬m thªm vµo mét ®Çu cña èng ®Çy níc sÏ cã mét lîng ra tøc thêi ë ®Çu kia, bÊt kú ®é dµi èng nh thÕ nµo vµ thËm chÝ tèc ®é dßng ch¶y trong èng kh¸ thÊp. Nguyªn nh©n lµ sù truyÒn ¶nh hëng ¸p suÊt cña lîng níc b¬m vµo lµ nhanh h¬n nhiÒu tèc ®é dßng níc. HiÖu øng thÕ chç nh thÕ lµ mét sù gi¶i thÝch cho ph¶n øng s¸t mÆt nhanh chãng víi lîng ma (xem phÇn sau). M« h×nh quan niÖm ph¸c ho¹ vÒ viÖc miªu t¶ mét phæ réng kh¶ n¨ng ph¶n øng thñy v¨n cã thÓ x¶y ra trong c¸c m«i trêng kh¸c nhau hoÆc thËm chÝ, trong c¸c phÇn kh¸c nhau cña cïng mét lu vùc trong c¸c thêi ®iÓm kh¸c nhau. Theo truyÒn thèng thêng cã sù kh¸c biÖt gi÷a c¸c kh¸i niÖm kh¸c nhau vÒ ph¶n øng lu vùc c¨n cø trªn sù u thÕ cña mét sè qu¸ tr×nh so víi c¸c qu¸ tr×nh kh¸c, vÝ dô, m« h×nh Horton, trong ®ã dßng ch¶y ®îc t¹o thµnh bëi c¬ chÕ vît thÊm tÊt c¶ trªn sên dèc (h×nh 4.4.a). M« h×nh nµy ®îc ®Æt tªn Robert E.Horton (1875-1945), mét nhµ thuû v¨n næi tiÕng ngêi Mü («ng cã thÓ lµ nhµ thuû v¨n hiÖn ®¹i duy nhÊt mµ cã mét th¸c níc mang tªn m×nh), ngêi ®· lµm viÖc võa nh mét nhµ khoa häc thñy v¨n võa nh mét nhµ t vÊn. Ch¾c «ng kh«ng nghÜ r»ng cã thÓ cã ®îc sù nhÊt trÝ réng r·i nh vËy vÒ quan ®iÓm vît thÊm. MÆc dï thêng xuyªn sö dông quan ®iÓm vît thÊm nh lµ mét ph¬ng ph¸p tÝnh to¸n tæng lîng dßng ch¶y tõ ma (Horton 1933), «ng còng cã mét phßng thÝ nghiÖm thñy v¨n trong khu vên cña m×nh ë Voorheesville, bang Newyork (Horton, 1936), ë ®ã râ rµng kh«ng quan tr¾c ®îc dßng ch¶y trµn vît thÊm thêng xuyªn. Horton lµ mét nhµ khoa häc tuyÖt vêi ®· c«ng bè c¸c bµi b¸o vÒ c¸c hiÖn tîng phæ biÕn khÝ tîng vµ thñy v¨n. M« h×nh quan niÖm cña «ng râ rµng liªn quan ®Õn mét ph¹m vi réng cña c¸c qu¸ tr×nh h¬n lµ m« h×nh b©y giê mang tªn «ng (xem vÝ dô, qu¸ tr×nh m« t¶ trong Horton,1942). Cïng mét thêi kú víi Horton, Charle R.Hursh ®· lµm viÖc t¹i lu vùc Cowetta ë Georgia cña Mü, c¸c lu vùc Appalaehion miÒn T©y Nam ®îc trång rõng víi ®Êt bÞ phong ho¸ s©u vµ cã kh¶ n¨ng thÊm cao. Dßng ch¶y bÒ mÆt bÞ h¹n chÕ ch¶y ®Õn c¸c kªnh vµ ë ®ã dßng ch¶y do ma bÞ ®iÒu khiÓn bëi ph¶n øng bÒ mÆt (h×nh 1.4a). Hursh ®· c«ng bè mét sè bµi b¸o liªn quan ®Õn ph¶n øng cña dßng s¸t mÆt víi ma (Hursh vµ Brute, 1941). Mét gi¸m ®èc sau nµy cña phßng thÝ nghiÖm Coreeta, John Hewlett, còng cã ¶nh hëng trong viÖc ®a ra tÇm quan träng cña dßng ch¶y s¸t mÆt vµ ®îc thõa nhËn réng r·i h¬n trong nh÷ng n¨m 1960 (Hewlett vµ Hibbert 1967, Hewlett 1974). 23
H×nh 1.4. Ph©n lo¹i c¬ chÕ qu¸ tr×nh ph¶n øng cña sên dèc víi ma. (a).Dßng ch¶y trµn vît thÊm (Horton 1933); (b).Dßng ch¶y trµn diÖn tÝch côc bé vît thÊm (Betson,1964); (c).Dßng ch¶y trµn vît b·o hoµ (Cappuas 1960, Dunne 1970); (d).Dßng ch¶y ma s¸t mÆt (Hursh 1935, Hewlett 1987); (e).B·o hoµ mÆt vµ xuyªn qua (Weyman 1970) §éc lËp trong nh÷ng n¨m 1960, c¸c nghiªn cøu bªn trong côc Tennessee Valley (lóc ®ã nh mét ®¹i lý thñy v¨n chÝnh ë miÒn §«ng níc Mü) ph¸t hiÖn ra r»ng rÊt khã dù b¸o dßng ch¶y ë nhiÒu lu vùc víi gi¶ thiÕt dßng ch¶y vît thÊm ®îc sinh ra mäi n¬i trªn sên dèc. C¸c th«ng tin vÒ kh¶ n¨ng thÊm cña ®Êt vµ cêng ®é ma cã thÓ kh«ng ñng hé mét m« h×nh nh vËy. Bertson (1964) cho r»ng, thêng chØ cã mét phÇn lu vùc sinh dßng ch¶y tõ bÊt kú trËn ma thùc tÕ nµo vµ r»ng kh¶ n¨ng thÊm cã khuynh híng h¹ thÊp do sù t¨ng lªn cña ®é Èm ®Êt vµ dßng ch¶y xu«i dèc trªn sên dèc dÉn ®Õn lµm ít ®Êt nÒn cña sên dèc, diÖn tÝch cña dßng ch¶y mÆt ph¶i cã xu híng tõ lßng dÉn vµ tr¶i réng lªn trªn. M« h×nh diÖn tÝch tõng phÇn (h×nh 1.4b) cho phÐp kh¸i qu¸t ho¸ kh¸i niÖm cña Horton, mµ sù thay ®æi tèc ®é dßng ch¶y trµn vµ sù kh«ng ®ång nhÊt cña ®Æc trng ®Êt vµ cêng ®é thÊm lµ quan träng trong viÖc ®iÒu khiÓn ph¶n øng diÖn tÝch tõng phÇn. NÕu dßng ch¶y t¹o thµnh trªn mét phÇn cña 24
dèc ch¶y vµo vïng cã kh¶ n¨ng thÊm cao h¬n, nã sÏ bÞ tiªu hao (qu¸ tr×nh liªn tôc). NÕu cêng ®é ma cao sinh dßng ch¶y trµn trong mét thêi gian ng¾n, khi ®ã còng cã kh¶ n¨ng níc sÏ thÊm tríc khi nã ch¶y vµo c¸c ®o¹n suèi nhá hoÆc s«ng gÇn nhÊt. Bergkamp (1988), x¸c ®Þnh b»ng mét sè thùc nghiÖm ë b·i ®Êt nhá víi lîng ma nh©n t¹o cã cêng ®é 70mm/h-1 k ho¶ng c¸ch chuyÓn ®éng trung b×nh cña dßng ch¶y trµn lµ 1m. Mét d¹ng kh¸c cña ph¶n øng diÖn tÝch tõng phÇn ®îc ph¸t hiÖn bëi c¸c nghiªn cøu trong m«i trêng kh¸c cña Dunne vµ Bleek (1970) ë Vermont. Dßng ch¶y bÒ mÆt ®îc quan tr¾c, ë trong ®Êt víi kh¶ n¨ng thÊm cao. Dßng ch¶y bÒ mÆt cã ®îc tõ c¬ chÕ vît b·o hoµ (h×nh 1.4c), mét d¹ng cña ph¶n øng ®· ®îc nghiªn cøu tríc ®ã bëi Cappees (1960) (nhng c«ng bè b»ng tiÕng Ph¸p vµ chØ míi ph¸t hiÖn gÇn ®©y). H×nh 1.5. Qu¸ tr×nh u thÕ cña ph¶n øng sên dèc víi ma (Dunne 1978). Bèn kh¸i qu¸t ho¸ chÝnh nµy lµ c¸c tËp hîp con cña m« h×nh quan niÖm chung h¬n ®îc ph¸c ho¹ tríc ®©y. B©y giê chóng ta biÕt r»ng vît thÊm, vît b·o hoµ, hoÆc ph¶n øng s¸t mÆt, tÊt c¶ cã thÓ x¶y ra trong cïng mét lu vùc ë nh÷ng thêi ®iÓm vµ vÞ trÝ kh¸c nhau trong nh÷ng ®iÒu kiÖn kú tríc hoÆc ®Æc tÝnh ®Êt hoÆc cêng ®é ma kh¸c nhau. Thªm n÷a, c¬ chÕ ma vît thÊm cã thÓ x¶y ra bªn trong ®Êt ë n¬i ®øt g·y thÊm, cã thÓ kÕt hîp víi mét biªn n»m ngang. §iÒu nµy cã thÓ ®a ®Õn viÖc t¹o thµnh níc ngÇm trªn mÆt vµ thËm chÝ lµm b·o hoµ bÒ mÆt cña ®Êt kh«ng b·o hßa ë rÊt s©u (h×nh 1.4e, Weymen (1970). C¸c cè g¾ng ®îc thùc hiÖn ®Ó th¶o luËn c¬ chÕ nµo cã thÓ chiÕm u thÕ trong c¸c m«i trêng kh¸c nhau (h×nh 1.5) nhng ®iÒu nµy cã thÓ ph¶i nghiªn cøu nhiÒu tõ c¸c quan tr¾c trùc tiÕp qu¸ tr×nh dßng ch¶y ë c¸c lu vùc quan t©m. 1.5.Qu¸ tr×nh dßng ch¶y vµ c¸c ®Æc tÝnh ®Þa ho¸ häc Mét trong nh÷ng nh©n tè ¶nh hëng chñ yÕu trong viÖc xem xÐt l¹i ý tëng thñy v¨n trong 20 n¨m gÇn ®©y lµ sö dông ®Æc trng ®Þa ho¸ ®Ó cung cÊp th«ng tin bæ sung trong qu¸ tr×nh dßng ch¶y. Mét sè ®Æc trng, ®Æc biÖt sö dông dÊu vÕt nh©n t¹o, cã thÓ 25
cung cÊp th«ng tin trùc tiÕp vÒ tèc ®é dßng ch¶y. MÆt kh¸c v× dÊu vÕt m«i trêng ®a d¹ng cÇn møc ®é suy luËn lín h¬n. ThËm chÝ kÕt qu¶ cña dÊu vÕt nh©n t¹o cã thÓ khã gi¶i thÝch v× hÇu hÕt dÊu vÕt chuyÓn ®éng theo níc trªn ph¹m vi thêi gian dµi lµ kh«ng lý tëng vµ khã ¸p dông dÊu vÕt nh©n t¹o ë quy m« lu vùc. ChÊt ®ång vÞ m«i trêng cña «xy vµ hydro thêng ®îc sö dông trong nghiªn cøu quy m« lu vùc (xem phª b×nh cña Sklash, 1990). Chóng cã u thÕ lµ mét bé phËn cña ph©n tö níc vµ do ®ã sÏ ch¶y theo dßng níc trùc tiÕp trªn lu vùc. Tuy vËy vÉn cßn khã kh¨n gi¶i thÝch kÕt qu¶ sù biÕn ®æi nång ®é cña c¸c ®ång vÞ trong ®Çu vµo ma theo kh«ng gian vµ thêi gian, ¶nh hëng cña thùc vËt ®Õn nång ®é ®Çu vµo vµ sù biÕn ®æi kh«ng gian cña nång ®é níc tÝch tr÷ trong c¸c líp ®Êt vµ c¸c phÇn cña lu vùc kh¸c nhau. Dï sao, Ýt nhÊt, trong ®iÒu kiÖn lý tëng khi cã sù kh¸c biÖt lín gi÷a nång ®é quan tr¾c trong ma vµ nång ®é níc tÝch tr÷ trong lu vùc tríc mét con lò, nång ®é ®o ®¹c cã thÓ sö dông trong mét m« h×nh hçn hîp 2 thµnh phÇn ®¬n gi¶n ®Ó ph©n biÖt gi÷a ®ãng gãp cho thuû ®å cña ma vµ ®ãng gãp cña lîng níc tr÷ trong lu vùc tríc khi lò. Mét sè sù ph©n chia thuû ®å ®Çu tiªn theo d¹ng nµy ®îc c«ng bè bëi Sklash vµ Farvolden (1979) vµ ph¸t hiÖn r»ng sù ®ãng gãp cña níc tr÷ (thêng gäi lµ thµnh phÇn níc tríc lò hay níc cò) cao ®¸ng kinh ng¹c (xem h×nh 1.6). KÕt qu¶ nµy ®îc x¸c nhËn bëi nhiÒu nghiªn cøu kh¸c trªn mét ph¹m vi réng c¸c lu vùc kh¸c nhau, mÆc dï c¸c b¸o c¸o bÞ c¸c kÕt qu¶ tõ c¸c lu vùc nãng Èm, víi ma nhá ®Õn trung b×nh chiÕm u thÕ. Kü thuËt cã thÓ më réng sù øng dông c¸c dÊu vÕt m«i trêng kh¸c cho hçn hîp 3 thµnh phÇn ®Ó ph©n biÖt sù ®ãng gãp ma tõ c¸c thµnh phÇn “níc trong ®Êt” vµ “níc ngÇm s©u”, ë ®ã c¸c thµnh phÇn nµy cã thÓ ph©n biÖt b»ng ®Þa ho¸ (xem Bazemore,1994). Thªm n÷a, lîng níc tríc lò thêng ®îc t×m thÊy lµ thµnh phÇn chÝnh, thËm chÝ trong mét sè trêng hîp, cã qu¸ tr×nh ph¶n øng rÊt nhanh nh lµ dßng ch¶y èng trong ®Êt ít (Sklash,1996). Lîng níc tríc lò nµy bÞ chiÕm chç tõ lîng tr÷ bëi ¶nh hëng cña ma. §iÒu nµy dÉn ®Õn tÊt yÕu ph¶i xem xÐt qu¸ tr×nh dßng ch¶y s¸t mÆt. Thùc tÕ lµ nh¸nh lªn cña thñy ®å thêng bÞ chi phèi bëi thµnh phÇn níc tríc lò, biÓu lé r»ng sù chiÕm chç thêng x¶y ra nhanh, mÆc dï tèc ®é dßng ch¶y s¸t mÆt thêng gi¶ thiÕt lµ chËm h¬n dßng ch¶y mÆt. Trong thùc tÕ quan niÖm nµy lµ nguyªn nh©n cho viÖc tiÕp tôc sö dông kh¸i qu¸t ho¸ Horton sinh dßng ch¶y, thËm chÝ cho ®Õn ngµy nay. NÕu dßng s¸t mÆt lµ chËm th× dßng s¸t mÆt chiÕm phÇn ®ãng gãp chÝnh cho thñy ®å nh thÕ nµo? C©u tr¶ lêi n»m trong b¶n chÊt vËt lý cña qu¸ tr×nh ch¶y, cô thÓ trong vïng b·o hoµ. Cã thÓ chØ ra r»ng cã sù kh¸c nhau gi÷a tèc ®é dßng níc vµ tèc ®é mµ víi nã nhiÔu ®éng cho vïng b·o hoµ nhËn ®îc sù lan truyÒn nh sãng ¸p suÊt, ®îc gäi lµ tèc ®é sãng hay sãng cÊp tèc. D¹ng nhiÔu ®éng quan t©m ë ®©y lµ sù bæ sung cña sù lµm ®Çy v× ma trong suèt con lò. Lý thuyÕt gîi ra r»ng, nhiÔu ®éng v« cïng nhá cña níc ngÇm sÏ lan truyÒn v« cïng nhanh. NhiÔu ®éng lín h¬n cã tèc ®é sãng nhá h¬n, ®é lín cña nã lµ hµm nghÞch ®¶o cña kh¶ n¨ng lîng tr÷ hiÖu qu¶ trong ®Êt (hiÖu sè gi÷a ®é Èm ®Êt hiÖn thêi trong ®Êt ngay trªn mùc níc ngÇm vµ ®é Èm b·o hoµ). Trong ®Êt ít hoÆc gÇn mùc níc ngÇm kh¶ n¨ng tr÷ hiÖu qu¶ cã thÓ rÊt nhá sao cho 26
tèc ®é sãng cã thÓ nhanh h¬n nhiÒu tèc ®é thùc dßng níc (xem phÇn 5.4.3). Sù t¨ng cña lu lîng vµo s«ng trong thêi kú lò sau ®ã phô thuéc nhiÒu vµo ph¶n øng cña tiÒm n¨ng thñy lùc trong hÖ thèng, ®îc ®iÒu khiÓn bëi tèc ®é sãng côc bé h¬n lµ tèc ®é thùc dßng níc. Nh vËy, nÕu lu lîng b¾t ®Çu t¨ng tríc khi níc lµm ®Çy ®· cã thêi gian ®Ó ch¶y trùc tiÕp vµo kªnh, th× nã sÏ lµ lîng tr÷ trong profile gÇn víi dßng suèi ch¶y vµo s«ng ®Çu tiªn. Níc nµy chÝnh lµ níc tríc lò, bÞ chiÕm chç bëi ¶nh hëng cña ma. H×nh 1.6. Ph©n chia thuû ®å c¨n cø trªn nång ®é cña c¸c ®ång vÞ m«i trêng (theo Sklash,1990). In l¹i víi sù cho phÐp cña John Wiley & Sons Limited. ¶nh hëng t¬ng tù còng cã ë ®Êt kh«ng b·o hoµ nhng bøc tranh (hoÆc quan niÖm) phøc t¹p h¬n bëi liªn quan víi sù biÕn ®æi cña níc gi÷ l¹i trong c¸c phÇn kh¸c nhau cña kh«ng gian rçng vµ ¶nh hëng cña dßng ch¶y u thÕ bªn trong kho¶ng trèng cña cÊu tróc ®Êt. Th«ng b¸o quan träng cã tõ phÇn nµy lµ trong nhiÒu lu vùc, ®Æc biÖt trong m«i trêng Èm, mét phÇn quan träng cña thuû ®å ®îc t¹o thµnh tõ níc “cò” vµ cã thÓ kh«ng lµ ma r¬i trùc tiÕp ®Õn dßng suèi. DÜ nhiªn cã thÓ kh«ng gi¶ thiÕt r»ng dßng ch¶y nhanh thêng lµ kÕt qu¶ cña dßng ch¶y trµn hoÆc dßng ch¶y mÆt trªn sên dèc cña lu vùc . 1.6. sinh dßng ch¶y vµ diÔn to¸n dßng ch¶y 27
VÊn ®Ò ®îc th¶o luËn ë 2 phÇn tríc ®· ®ông ch¹m ®Õn qu¸ tr×nh t¹o thµnh dßng ch¶y mÆt vµ s¸t mÆt. Sù t¹o thµnh dßng ch¶y ®iÒu khiÓn bao nhiªu lîng níc ®a vµo s«ng vµ dßng ch¶y híng th¼ng ®Õn cöa ra lu vùc trong khu«n khæ thêi gian cña trËn ma vµ thêi kú tiÕp theo ngay sau ®ã. Dï sao còng cã mét thµnh phÇn cÇn quan t©m tiÕp theo, ®ã lµ diÔn to¸n dßng ch¶y tõ nguån ®Õn cöa ra. Ranh giíi gi÷a t¹o thµnh dßng ch¶y vµ diÔn to¸n dßng ch¶y lµ rÊt kh«ng râ rµng. Vµ sÏ râ rµng h¬n nÕu cã kh¶ n¨ng ®o ®¹c hoÆc tÝnh chÝnh x¸c lóc dßng hoµ vµo m¹ng s«ng. Khi ®ã diÔn to¸n chØ phô thuéc vµo qu¸ tr×nh dßng ch¶y trong s«ng, nã cã thÓ ®îc tÝnh tríc kh¸ tèt trªn c¬ së cña c¸c nguyªn lý thuû lùc (mÆc dï trong vïng kh« h¹n còng cã thÓ cÇn thiÕt tÝnh to¸n lîng thÊm cña níc vµo ®¸y s«ng). §¸ng tiÕc lµ nãi chung kh«ng cã kh¶ n¨ng tÝnh tríc tæng lîng vµ thêi gian cña dßng vµo x¸c ®Þnh, v× vËy vÊn ®Ò diÔn to¸n trë thµnh vÊn ®Ò tèc ®é cña dßng mÆt vµ s¸t mÆt trªn sên dèc còng nh trong s«ng. RÊt khã kh¨n khi t¸ch ra ¶nh hëng c¸c ®êng dÉn dßng ch¶y kh¸c nhau mµ lîng níc kh¸c nhau nhËn ®îc cña thuû ®å ë cöa ra. Dï sao mçi m« h×nh thuû v¨n ®Òu yªu cÇu hai thµnh phÇn c¬ b¶n: thø nhÊt lµ x¸c ®Þnh bao nhiªu lîng ma tõ thµnh phÇn thuû ®å (thµnh phÇn sinh dßng ch¶y) vµ mÆt kh¸c x¸c ®Þnh ph©n bè cña dßng ch¶y nµy theo thêi gian, h×nh thµnh d¹ng cña thuû ®å (thµnh phÇn diÔn to¸n dßng ch¶y). Hai thµnh phÇn nµy cã thÓ xuÊt hiÖn trong nhiÒu tµi liÖu kh¸c nhau vµ møc ®é phøc t¹p kh¸c nhau trong c¸c m« h×nh kh¸c nhau nhng chóng thêng xuÊt hiÖn trong bÊt kú m« h×nh ma-dßng ch¶y nµo, cïng víi sù khã kh¨n ph©n t¸ch râ rµng mét thµnh phÇn tõ thµnh phÇn ma. Nãi chung cã thÓ chÊp nhËn r»ng t¹o thµnh dßng ch¶y lµ vÊn ®Ò khã kh¨n h¬n. C¸c thùc nghiÖm chøng tá r»ng, sù phøc t¹p vµ phi tuyÕn cña m« h×nh hãa qu¸ tr×nh t¹o thµnh dßng ch¶y lµ lín h¬n qu¸ tr×nh diÔn to¸n vµ r»ng c¸c m« h×nh t¬ng ®èi ®¬n gi¶n cho diÔn to¸n cã thÓ lµ ®ñ (xem th¶o luËn ë phÇn 2.2) 1.7. VÊn ®Ò chän mét m« h×nh quan niÖm VÊn ®Ò chÝnh cña c¸c nhµ thuû v¨n lµ øng dông m« h×nh h¬n lµ ph¸t triÓn m« h×nh. Kh«ng Ýt c¸c nhµ thuû v¨n ®Æc biÖt nghiªn cøu ë møc tiÕn sü, ®· tù m×nh thiÕt lËp nhiÖm vô ph¸t triÓn m« h×nh. §iÒu nµy cã thÓ hiÓu ®îc, v× ngay c¶ b©y giê, sù gÇn ®óng râ rµng lµ vèn cã trong c¸c m« h×nh hiÖn nay, chøng tá r»ng cã kh¶ n¨ng lµm tèt h¬n. Dï sao, nhËn ®îc ph¹m vi cña c¸c m« h×nh s½n cã trong c¸c tµi liÖu ngµy cµng nhiÒu hoÆc nh c¸c gãi phÇn mÒm, vÊn ®Ò chän m« h×nh lµ kh«ng kh¸c nhau cho ngêi sö dông m« h×nh nh ®èi víi nhµ nghiªn cøu muèn ph¸t triÓn mét phiªn b¶n míi vµ c¶i tiÕn m« h×nh. VÊn ®Ò lµ nh thÕ nµo ®Ó quyÕt ®Þnh c¸i g× lµ tho¶ m·n? vµ c¸i g× lµ giíi h¹n cña c¸c m« h×nh s½n cã. Chóng ta chØ xem qua s¬ bé ë phÇn nµy, nhng sÏ trë l¹i ë ch¬ng 10. Tríc hÕt h·y ph¸c ho¹ lùa chän “chung” lµ g× trong c¸c thuËt ng÷ cña ph©n lo¹i m« h×nh cæ ®iÓn. Cã nhiÒu c¸ch ph©n lo¹i m« h×nh thñy v¨n kh¸c nhau (xem Clark 1973, O’connell 1991, Wheater 1993, Singh 1995). ë ®©y chØ tËp trung vµo mét ph©n lo¹i c¬ b¶n nhÊt. Sù chän lùa ®Çu tiªn lµ liÖu chóng ta sö dông tiÕp c¸c m« h×nh tËp trung hay ph©n bè. M« h×nh tËp trung coi lu vùc nh mét ®¬n vÞ ®¬n gi¶n víi biÕn 28
tr¹ng th¸i ®¹i diÖn trung b×nh trªn toµn lu vùc, nh lîng tr÷ trung b×nh trong vïng b·o hoµ. M« h×nh ph©n bè tiÕn hµnh c¸c dù b¸o ®îc ph©n bè trong kh«ng gian víi biÕn tr¹ng th¸i ®¹i diÖn cho trung b×nh côc bé cña lîng tr÷, ®é s©u dßng ch¶y hoÆc tiÒm n¨ng thuû lùc b»ng c¸ch rêi r¹c ho¸ lu vùc thµnh sè lín c¸c phÇn tö hoÆc « líi vµ gi¶i c¸c ph¬ng tr×nh cho c¸c biÕn tr¹ng th¸i kÕt hîp víi mçi phÇn tö « líi. Gi¸ trÞ c¸c th«ng sè còng ph¶i ®îc x¸c ®Þnh cho mçi phÇn tö trong m« h×nh ph©n bè. Cã mét sù t¬ng øng chung gi÷a m« h×nh tËp trung vµ m« h×nh “tÝnh to¸n ®é Èm ®Êt hiÖn” (ESMA) cña O’ connell (1991) (xem phÇn 2.4) vµ gi÷a m« h×nh ph©n bè víi m« h×nh “dùa trªn vËt lý” hoÆc “dùa trªn qu¸ tr×nh”. Ngay c¶ sù t¬ng øng nµy còng lµ kh«ng chÝnh x¸c dï sao mét sè m« h×nh ph©n bè sö dông thµnh phÇn ESMA ®Ó ®¹i diÖn cho c¸c lu vùc con kh¸c nhau hoÆc mét phÇn cña c¶nh quan nh c¸c ®¬n vÞ ph¶n øng thñy v¨n (xem phÇn 6.2), trong khi thËm chÝ hÇu hÕt c¸c m« h×nh ph©n bè s½n cã hiÖn thêi ph¶i sö dông c¸c biÕn vµ th«ng sè trung b×nh ë « líi hoÆc quy m« phÇn tö lín h¬n quy m« biÕn ®æi cña qu¸ tr×nh. Do ®ã, chóng lµ m« h×nh quan niÖm tËp trung ë møc ®é lu vùc (xem Beven,1989). Còng cã mét sè c¸c m« h×nh kh«ng tÝnh cho mçi ®iÓm cña lu vùc, nhng cho mét hµm ph©n bè cña c¸c ®Æc trng. TOPMODEL, th¶o luËn ë ch¬ng 6, lµ m« h×nh thuéc d¹ng nµy, nhng cã ®Æc ®iÓm lµ c¸c dù b¸o cã thÓ ®îc ¸nh x¹ trë l¹i kh«ng gian ®Ó so s¸nh víi quan tr¾c bÊt kú ph¶n øng thuû v¨n nµo cña lu vùc. Do ®ã cã lÏ gäi nã lµ m« h×nh nöa ph©n bè. Mét mèi quan t©m kh¸c lµ nªn sö dông m« h×nh tÊt ®Þnh hay ngÉu nhiªn. C¸c m« h×nh tÊt ®Þnh cho phÐp chØ cã mét lîng ra tõ viÖc m« pháng víi mét bé ®Çu vµo vµ c¸c gi¸ trÞ th«ng sè. M« h×nh ngÉu nhiªn cho phÐp mét sù ngÉu nhiªn hoÆc bÊt ®Þnh cña lîng ra v× sù bÊt ®Þnh cña c¸c biÕn vµo, ®iÒu kiÖn biªn hoÆc th«ng sè m« h×nh. PhÇn ®«ng c¸c m« h×nh dïng trong m« h×nh ho¸ ma-dßng ch¶y ®îc sö dông theo con ®êng tÊt ®Þnh, mÆc dï sù kh¸c biÖt kh«ng thùc sù râ rµng, v× cã m« h×nh ®îc céng thªm mét m« h×nh ngÉu nhiªn cho tÝnh to¸n tÊt ®Þnh vµ còng cã c¸c m« h×nh sö dông hµm ph©n bè x¸c suÊt cña biÕn tr¹ng th¸i nhng tÝnh to¸n theo con ®êng tÊt ®Þnh. Mét nguyªn t¾c lµm viÖc lµ nÕu biÕn ra cña m« h×nh ®îc kÕt hîp víi mét biÕn ®æi nµo ®Êy hoÆc sè ®o cña sù ph©n t¸n tÝnh to¸n th× m« h×nh cã thÓ coi lµ ngÉu nhiªn. NÕu ®Çu ra lµ mét gi¸ trÞ ®¬n ë c¸c bíc thêi gian bÊt kú, m« h×nh cã thÓ coi lµ tÊt ®Þnh kh«ng cÇn chó ý ®Õn b¶n chÊt cña c¸c tÝnh to¸n. Cã mét chiÕn lîc m« h×nh ho¸ kh¸c c¨n cø trªn c¸c ph¬ng ph¸p mê cho høa hÑn trong t¬ng lai. Sè c¸c m« h×nh mê hiÖn cßn Ýt (xem Bardossy,1945) nhng ph¹m vi øng dông l¹i rÊt lín. §Æc biÖt lµ c¸c m« h×nh mê xuÊt hiÖn ®Ó ®a ra kh¶ n¨ng chuyÓn trùc tiÕp sù phøc t¹p cña m« h×nh quan niÖm thµnh m« h×nh thñ tôc. ¸p dông ®Õn b©y giê, ®· sö dông mét m« h×nh quan niÖm trung gian ®Ó h×nh thµnh nguyªn t¾c mê vµ lµm mê ho¸ c¸c kÕt qu¶ ®Ó ch¹y vÒ b¶n chÊt nh lµ lêi gi¶i tÊt ®Þnh. Nh vËy cã sù ph©n lo¹i chung cña m« h×nh ma-dßng ch¶y: tËp trung hoÆc ph©n bè, tÊt ®Þnh hoÆc ngÉu nhiªn. Bªn trong mçi lo¹i cã thÓ tån t¹i mét lo¹t cÊu tróc m« h×nh. Khi lùa chän c¸c m« h×nh cho mét ¸p dông thùc tÕ th× nªn thÕ nµo? C¸c thñ tôc sau ®©y ®îc th¶o luËn, c¨n cø trªn sù xem xÐt hµm cÊu tróc m« h×nh: 1. ChuÈn bÞ mét danh s¸ch c¸c m« h×nh ®Ó xem xÐt. 29
Danh s¸ch nµy cã 2 phÇn: c¸c m« h×nh s½n cã vµ c¸c m« h×nh cã thÓ ®îc xem xÐt cho mét dù ¸n nÕu ®îc ®Çu t thêi gian vµ kinh phÝ. 2. ChuÈn bÞ mét danh s¸ch c¸c biÕn cña m« h×nh vµ yªu cÇu cña chóng. QuyÕt ®Þnh liÖu m« h×nh cã s¶n sinh ®Çu ra cÇn thiÕt cho môc tiªu cña bµi to¸n thùc tÕ kh«ng? NÕu b¹n quan t©m ®Õn sù gia t¨ng níc ngÇm ë ®¸y thung lòng khi chÆt ph¸ rõng, m« h×nh dù b¸o ph¶n øng tËp trung cña lu vùc cã thÓ kh«ng ®¸p øng sù cÇn thiÕt cña dù ¸n. NÕu b¹n chØ quan t©m ®Õn dù tÝnh ph¶n øng lu lîng cña lu vùc cho dù b¸o lò thêi gian thùc, khi ®ã cã thÓ kh«ng cÇn thiÕt chän m« h×nh ph©n bè. 3. ChuÈn bÞ mét danh s¸ch c¸c gi¶ thiÕt cña m« h×nh (xem híng dÉn ë c¸c ch¬ng sau). C¸c gi¶ thiÕt cã thÓ bÞ giíi h¹n bëi c¸c sè h¹ng mµ b¹n biÕt vÒ ph¶n øng cña lu vùc, kh«ng may c©u tr¶ lêi lµ “®óng” cho tÊt c¶ c¸c m« h×nh, v× vËy sù ®¸nh gi¸ nµy nãi chung lµ lµ t¬ng ®èi hoÆc tèt nhÊt lµ dïng mét mµn h×nh hç trî ®Ó lo¹i bá c¸c m« h×nh, ®ã lµ nh÷ng m« h×nh hoµn toµn dùa trªn sù m« t¶ kh«ng ®óng ®¾n c¸c qu¸ tr×nh lu vùc (nghÜa lµ bÊt kú nhµ thuû v¨n s¸ng suèt nµo còng kh«ng thÓ sö dông c¸c m« h×nh c¨n cø trªn quy luËt ch¶y trµn Horton ®Ó m« pháng lu vùc Coweeta ®Ò cËp trong phÇn 1.4) 4. §a ra mét danh s¸ch c¸c ®Çu vµo yªu cÇu bëi m« h×nh cho viÖc x¸c ®Þnh lîng dßng ch¶y, ®iÒu kiÖn biªn vµ ®iÒu kiÖn ban ®Çu vµ x¸c ®Þnh gi¸ trÞ c¸c th«ng sè. QuyÕt ®Þnh liÖu tÊt c¶ c¸c th«ng tin yªu cÇu cã thÓ ®îc cung cÊp bªn trong thêi gian vµ gi¸ c¶ b¾t buéc cña dù ¸n kh«ng? 5. X¸c ®Þnh liÖu b¹n cã lo¹i bá m« h×nh bÊt kú nµo tõ danh s¸ch cña b¹n kh«ng? NÕu kh«ng xem l¹i 3 bíc tríc, gi¶m bít tiªu chuÈn sö dông. NÕu dù b¸o thùc sù ®îc yªu cÇu cho mét ¸p dông, Ýt nhÊt mét m« h×nh sÏ cÇn thiÕt ®îc thõa nhËn trong giai ®o¹n nµy. 1.8. vÊn ®Ò hiÖu chØnh vµ kiÓm ®Þnh m« h×nh Ngay khi 1 hay nhiÒu m« h×nh ®îc chän cho viÖc xem xÐt trong mét dù ¸n, cÇn thiÕt ph¶i hiÖu chØnh th«ng sè. Kh«ng may lµ kh«ng cã thÓ íc lîng c¸c th«ng sè cña m« h×nh b»ng ®o ®¹c kh¸c hoÆc íc lîng tríc ®ã. C¸c nghiªn cøu ®· cè g¾ng lµm viÖc ®ã nãi chung cho thÊy r»ng ngay c¶ sö dông mét chuçi ®o ®¹c hoµn h¶o c¸c gi¸ trÞ th«ng sè th× kÕt qu¶ còng kh«ng hoµn toµn tho¶ m·n (Beven 1984,Refsgaard vµ Knudsen 1996,Loague vµ Kyriakids 1997). C¸c íc lîng tríc ®ã trong ph¹m vi cã kh¶ n¨ng cña th«ng sè còng thêng dÉn ®Õn kho¶ng dù b¸o kh¸ réng vµ cã thÓ kh«ng chøa tÊt c¶ ph¶n øng ®o ®îc ë mäi thêi ®iÓm (vÝ dô Parkin, 1996). Cã 2 nguyªn nh©n chÝnh g©y khã kh¨n cho viÖc hiÖu chØnh. Tríc hÕt lµ do quy m« cña kü thuËt ®o ®¹c nãi chung nhá h¬n quy m« mµ c¸c th«ng sè yªu cÇu. VÝ dô ®ã cã thÓ lµ th«ng sè ®é dÉn thuû lùc trong mét cÊu tróc m« h×nh cô thÓ. Kü thuËt ®o ®¹c ®é dÉn thuû lùc cña ®Êt nãi chung ®îc tæ hîp trªn diÖn tÝch nhá h¬n 1m2. Nhng ngay c¶ m« h×nh ph©n bè hoµn h¶o nhÊt còng yªu cÇu c¸c gi¸ trÞ hiÖu qu¶ ph¶n øng cña c¸c phÇn tö víi diÖn tÝch 100m2 hoÆc ®«i khi lín h¬n. Víi dßng ch¶y b·o hoµ ®· cã mét sè ph¸t triÓn lý thuyÕt gîi ý c¸c gi¸ trÞ hiÖu qu¶ cã thÓ biÕn ®æi nh thÕ nµo theo 30
quy m« ®a ®Õn kiÕn thøc c¬ b¶n cña cÊu tróc quy m« nhá cña gi¸ trÞ ®é dÉn thuû lùc. Nãi chung, thùc hiÖn c¸c ®o ®¹c thùc nghiÖm yªu cÇu ®Ó sö dông lý thuyÕt nh vËy ë quy m« sên dèc hoÆc lu vùc sÏ rÊt tèn kÐm vµ mÊt thêi gian, vµ dÉn ®Õn mét sè lín c¸c lç hæng trªn sên dèc. Nh vËy cÇn thiÕt thõa nhËn r»ng c¸c gi¸ trÞ quy m« nhá cã thÓ ®o ®¹c vµ c¸c gi¸ trÞ hiÖu qu¶ yªu cÇu ë quy m« phÇn tö m« h×nh lµ kh¸c nhau (tõ kü thuËt gäi chóng lµ v« íc), mÆc dï c¸c nhµ thuû v¨n theo truyÒn thèng gäi chóng theo cïng mét tªn. Gi¸ trÞ th«ng sè hiÖu qu¶ cho mét cÊu tróc m« h×nh cô thÓ sÏ lµ cÇn thiÕt ®Ó hiÖu chØnh mét ph¬ng ph¸p nµo ®Êy. H×nh 1.7.BÒ mÆt ph¶n øng cho 2 th«ng sè TOPMODEL (xem hép 6.2) trong mét ¸p dông ®Ó m« h×nh ho¸ lu lîng dßng ch¶y cña lu vùc con Slapton Wood ë Devon, Anh. Hµm môc tiªu lµ hiÖu qu¶ Nash- Sutclffe cã gi¸ trÞ b»ng 1 cho sù phï hîp hoµn h¶o víi lu lîng quan tr¾c HÇu hÕt c¸c nghiªn cøu hiÖu chØnh trong qu¸ khø ®îc tiÕn hµnh theo kiÓu tèi u ho¸ c¸c th«ng sè b»ng c¸ch so s¸nh kÕt qu¶ m« pháng lÆp l¹i cña ph¶n øng lu vùc s½n cã. Gi¸ trÞ cña c¸c th«ng sè ®îc hiÖu chØnh qua mçi lÇn ch¹y m« h×nh b»ng tay hoÆc b»ng thuËt to¸n tèi u ho¸ cña m¸y tÝnh cho tíi khi t×m ®îc mét bé th«ng sè phï hîp nhÊt. Cã nhiÒu thuËt to¸n tèi u ho¸ vµ ®é ®o sù phï hîp kh¸c nhau hay hµm môc tiªu trong c¸c m« h×nh thuû v¨n (ch¬ng 7). §iÒu chñ yÕu lµ t×m ®Ønh cao nhÊt trªn bÒ mÆt ph¶n øng trong kh«ng gian th«ng sè x¸c ®Þnh b»ng mét sè hµm môc tiªu. Mét bÒ mÆt nh thÕ chØ ra trªn h×nh 1.7. Hai trôc c¬ b¶n lµ 2 gi¸ trÞ th«ng sè kh¸c nhau, thay ®æi trong kho¶ng tõ gi¸ trÞ lín nhÊt ®Õn nhá nhÊt. Trôc th¼ng ®øng lµ gi¸ trÞ hµm môc tiªu dùa trªn tæng ®é lÖch b×nh ph¬ng gi÷a gi¸ trÞ quan tr¾c vµ tÝnh to¸n, nã b»ng 1 cho trêng hîp phï hîp tèt. DÔ dµng thÊy tõ vÝ dô lµ t¹i sao l¹i gäi thuËt to¸n tèi u ho¸ lµ thuËt to¸n ‘leo dèc’ v× ®iÓm cao nhÊt cña bÒ mÆt ®¹i diÖn cho gi¸ trÞ tèi u cña 2 th«ng sè. Nh vËy bÒ mÆt ph¶n øng dÔ dµng nh×n thÊy trong kh«ng gian 2 th«ng sè. SÏ khã kh¨n h¬n nhiÒu khi x¸c ®Þnh bÒ mÆt ph¶n øng trong siªu kh«ng gian th«ng sè N-chiÒu. BÒ mÆt nh vËy thêng rÊt phøc t¹p vµ nhiÒu nghiªn cøu thuËt to¸n tèi u ho¸ ®· liªn kÕt víi viÖc t×m c¸c thuËt to¸n m¹nh, chó ý ®Õn sù phøc t¹p cña bÒ mÆt kh«ng gian N-chiÒu vµ t×m ®îc bé th«ng sè tèi u toµn côc. 31
Dï sao víi hÇu hÕt bµi to¸n m« h×nh ho¸ thuû v¨n viÖc tèi u ho¸ lµ cã h¹i nÕu chØ c¨n cø vµo sù so s¸nh ®¬n ®éc gi¸ trÞ lu lîng quan tr¾c vµ m« pháng. §iÒu nµy cã thÓ do kh«ng ®ñ th«ng tin vÒ sè liÖu ®Ó cung cÊp tèi u ho¸ m¹nh gi¸ trÞ th«ng sè. Thùc nghiÖm ®· chØ ra r»ng, ngay c¶ khi m« h×nh ®¬n gi¶n chØ cã 4-5 th«ng sè ph¶i íc lîng cã thÓ yªu cÇu Ýt nhÊt 15-20 thuû ®å cho hiÖu chØnh t¬ng ®«i nhanh vµ nÕu cã sù thay ®æi m¹nh theo mïa trong ph¶n øng ma sau mét thêi kú dµi h¬n (xem Kikby, 1975; Gupta vµ Srooshian, 1985; Hoonberger vµ nnk, 1985; Yapo vµ nnk,1966). Víi bé th«ng sè phøc t¹p h¬n cÇn nhiÒu sè liÖu h¬n vµ nhiÒu d¹ng kh¸c nhau cña sè liÖu cho mét tèi u ho¸, trõ khi cã thÓ Ên ®Þnh nhiÒu th«ng sè tríc b»ng c¸ch ®o ®¹c ®éc lËp. Trong thùc tÕ rÊt khã ®¹t ®îc ®iÒu nµy. Kh«ng chØ cã mét vÊn ®Ò t×m bé th«ng sè tèi u. Tèi u ho¸ nãi chung gi¶ thiÕt r»ng c¸c quan tr¾c mê ®îc ®em so s¸nh víi c¸c gi¸ trÞ m« pháng lµ sai sè tù do vµ r»ng m« h×nh lµ ®¹i biÓu thùc sù cña sè liÖu ®ã. Dï sao chóng ta biÕt, Ýt nhÊt víi c¸c m« h×nh thñy v¨n, c¶ cÊu tróc m« h×nh vµ quan tr¾c lµ kh«ng cã sai sè tù do. Nh vËy bé th«ng sè tèi u t×m thÊy cho mét cÊu tróc m« h×nh cô thÓ cã thÓ lµ kh¸ nh¹y c¶ víi sù thay ®æi nhá cña quan tr¾c hoÆc thêi kú quan tr¾c ®îc xÐt ®Õn trong khi hiÖu chØnh vµ kh¶ n¨ng biÕn ®æi trong cÊu tróc m« h×nh ®óng nh biÕn ®æi trong rêi r¹c ho¸ phÇn tö cho mét m« h×nh ph©n bè (Refsgaard 1997, Saulnier 1997). Cã mét sè liªn hÖ quan träng tiÕp sau ®©y tõ c¸c ph©n tÝch nµy.  Gi¸ trÞ c¸c th«ng sè x¸c ®Þnh b»ng sù hiÖu chØnh chØ hiÖu qu¶ bªn trong cÊu tróc m« h×nh sö dông ®Ó hiÖu chØnh. Cã thÓ lµ kh«ng ®óng khi sö dông c¸c gi¸ trÞ nµy cho c¸c m« h×nh kh¸c (ngay c¶ c¸c th«ng sè cã cïng mét tªn gäi) hoÆc trong c¸c lu vùc kh¸c.  Kh¸i niÖm bé th«ng sè tèi u cã thÓ kh«ng t×m thÊy trong m« h×nh ho¸ thuû v¨n. Khi mét bé th«ng sè tèi u thêng cã thÓ t×m ®îc còng sÏ cã nhiÒu bé th«ng sè rÊt gÇn nh lµ tèt tõ nh÷ng phÇn rÊt kh¸c nhau cña kh«ng gian th«ng sè. HÇu nh kh«ng ch¾c nhËn ®îc bé th«ng sè phï hîp víi sè liÖu sù ph©n cÊp cña c¸c bé th«ng sè nµy trong hµm môc tiªu, sÏ nh nhau cho c¸c sè liÖu hiÖu chØnh ë c¸c thêi kú kh¸c nhau. Nh vËy quyÕt ®Þnh r»ng mét bé th«ng sè lµ tèi u lµ mét lùa chän h¬i tuú tiÖn. Mét sè vÝ dô cña t×nh h×nh nh vËy sÏ thÊy trong c¸c ®å thÞ ®iÓm cña ch¬ng 7, ë ®ã kh¶ n¨ng lo¹i trõ kh¸i niÖm bé th«ng sè tèi u nhê ph¬ng ph¸p dùa trªn sù t¬ng ®¬ng cña c¸c cÊu tróc m« h×nh kh¸c nhau vµ bé th«ng sè sÏ ®îc xem xÐt.  NÕu kh¸i niÖm bé th«ng sè tèi u ph¶i ®îc thay thÕ bëi t tëng r»ng nhiÒu bé th«ng sè cã kh¶ n¨ng (vµ cã lÏ c¶ m« h×nh) cã thÓ cung cÊp c¸c m« pháng chÊp nhËn ®îc cña c¸c ph¶n øng cña lu vùc thùc tÕ, th× suy ra r»ng sù kiÓm chøng c¸c m« h×nh nµy cã thÓ lµ khã kh¨n nh nhau. Thùc tÕ, lo¹i bá mét sè m« h×nh chÊp nhËn ®îc tõ c¸c sè liÖu bæ sung cã thÓ lµ ph¬ng ph¸p thùc tÕ h¬n lµ cho r»ng c¸c m« h×nh cã thÓ ®îc kiÓm chøng. ý tëng t¬ng ®¬ng lµ mét trong nh÷ng ®iÒu quan träng híng tíi, ®Æc biÖt tõ ch¬ng 7. Trong ®ã gîi ý r»ng nhËn ®îc giíi h¹n cña c¶ cÊu tróc m« h×nh vµ sè liÖu quan tr¾c, cã thÓ mang nhiÒu tÝnh ®¹i biÓu cña lu vùc, cã thÓ ®îc kiÓm chøng nh nhau trong ®iÒu kiÖn cã kh¶ n¨ng ®Ó sinh ra c¸c m« pháng cã thÓ chÊp nhËn ®îc cña 32