Thủy văn học và phân tích vùng ngập lụt ( ĐH Quốc Gia Hà Nội ) - Chương 6

Chia sẻ: Nguyen Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:80

Thêm vào BST

Báo xấu

94
lượt xem 19
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Thuỷ văn đô thị ảnh. Lũ lụt ở Houston, Texas 6.1. đặc điểm của thuỷ văn đô thị Phạm vi nghiên cứu của chương này Chương này mô tả các kỹ thuật thông dụng trong thuỷ văn đô thị, nhấn mạnh các kỹ thuật không được thảo luận trước đây theo chủ đề này và đặc biệt là các kỹ thuật được cải tiến cụ thể cho từng đô thị. Những cải tiến này bao gồm tính toán lượng tổn thất dị thường qua việc xác định lượng mưa phụ trội, giảm thời gian trễ trong phương pháp đường quá trình thuỷ văn đơn...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Thủy văn học và phân tích vùng ngập lụt ( ĐH Quốc Gia Hà Nội ) - Chương 6

Ch−¬ng 6. thuû v¨n ®« thÞ ¶nh. Lò lôt ë Houston, Texas 6.1. ®Æc ®iÓm cña thuû v¨n ®« thÞ Ph¹m vi nghiªn cøu cña ch−¬ng nµy Ch−¬ng nµy m« t¶ c¸c kü thuËt th«ng dông trong thuû v¨n ®« thÞ, nhÊn m¹nh c¸c kü thuËt kh«ng ®−îc th¶o luËn tr−íc ®©y theo chñ ®Ò nµy vµ ®Æc biÖt lµ c¸c kü thuËt ®−îc c¶i tiÕn cô thÓ cho tõng ®« thÞ. Nh÷ng c¶i tiÕn nµy bao gåm tÝnh to¸n l−îng tæn thÊt dÞ th−êng qua viÖc x¸c ®Þnh l−îng m−a phô tréi, gi¶m thêi gian trÔ trong ph−¬ng ph¸p ®−êng qu¸ tr×nh thuû v¨n ®¬n vÞ, ®Æc biÖt nã nhÊn m¹nh c¸c kü thuËt sãng ®éng häc tíi viÖc x¸c ®Þnh ®−êng qu¸ tr×nh cña dßng ch¶y trµn. ViÖc lùa chän l−îng m−a ®Çu vµo cho cÊu tróc cña mét ®−êng qu¸ tr×nh m−a thiÕt kÕ lµ ®Æc biÖt quan träng trong thuû v¨n ®« thÞ bëi v× c¸c bÒ mÆt ®« thÞ kh«ng thÊm n−íc, biÕn ®æi nhanh l−îng m−a thµnh dßng ch¶y, do vËy nh÷ng biÕn ®æi cña l−îng m−a trong thêi gian ph¸t triÓn ng¾n trong ®−êng qu¸ tr×nh m−a th−êng sÏ t¹o nªn nh÷ng sù biÕn ®æi t−¬ng tù trong ®−êng qu¸ tr×nh dßng ch¶y thuû v¨n. C¸c cèng thuû lùc ngÇm vµ lùa chän c¸c biÖn ph¸p kiÓm 341
so¸t lò lôt ®« thÞ còng ®−îc bµn ®Õn. Mét vµi m« h×nh nhËn thøc øng dông m¸y tÝnh thuËn tiÖn trong c¸c ®« thÞ ®−îc xem xÐt cô thÓ. Trong ch−¬ng nµy còng bµn luËn ®Õn c¸c m« h×nh ®ang ë giai ®o¹n nghiªn cøu. C¸c tµi liÖu tham kh¶o tiÖn dông cho nghiªn cøu thuû v¨n ®« thÞ, bao gåm c¸c c«ng tr×nh cña Delleur vµ Dendrou (1980), Kibler (1982), Whipple vµ céng sù (1983), Walesh (1989), Moffa (1990) vµ Stagiêe - Urbonas (1990). Lêi më ®Çu MÆc dï c¸c nguyªn lý tù nhiªn cña vßng tuÇn hoµn n−íc ë c¸c khu vùc thuû v¨n ®« thÞ phÇn lín ®−îc b¶o toµn nh− mét khu vùc bÊt kú nµo kh¸c, tuy nhiªn, cßn ®−îc x¸c ®Þnh bëi hai tÝnh chÊt sau: 1. C¸c bÒ mÆt kh«ng thÊm n−íc chiÕm −u thÕ (vÝ dô: vØa hÌ, c¸c m¸i nhµ). 2. Tån t¹i c¸c hÖ thèng l−u vùc nh©n t¹o hoÆc c¸c hÖ thèng l−u vùc thuû lùc kh«ng thÊm n−íc (vÝ dô mét hÖ thèng cèng ngÇm). H×nh 6.1: ¶nh h−ëng cña viÖc ®« thÞ ho¸ trªn ®−êng qu¸ tr×nh dßng ch¶y thuû v¨n ®« thÞ. a) H×nh d¹ng. b) C¸c dßng ch¶y cùc ®¹i (Leopold, 1968). Do vËy, ¶nh h−ëng cña diÖn tÝch, ®é dèc vµ ®Êt ®¸ l−u vùc vïng ®« thÞ tíi l−îng m−a lín h¬n l−u vùc vïng n«ng th«n. Do ®ã, tæng l−îng dßng ch¶y mÆt vµo tõ mét l−u vùc ®« thÞ lín h¬n, bëi v× chóng cã c¸c khu vùc thÊm n−íc Ýt vµ tæn thÊt v× vËy còng Ýt h¬n l−u vùc n«ng th«n. C¸c tÝnh chÊt ®ã ®−îc minh häa trong h×nh (6.1). Tæng l−îng dßng ch¶y ¶nh h−ëng nhanh vµ lín h¬n, khi ®ã vÊn ®Ò kiÓm so¸t cÇn ®−îc gia t¨ng, c¸c tÝnh chÊt t−¬ng tù cña viÖc ®« thÞ ho¸ n«ng th«n còng cã xu h−íng t¹o nªn viÖc øng 342
dông c«ng nghÖ kü thuËt, mét phÇn nµo ®ã dÔ dµng h¬n, trong ph©n tÝch c¸c vÊn ®Ò, bëi v× viÖc tÝnh to¸n nh÷ng l−îng tæn thÊt ®−îc ®¬n gi¶n ho¸ vµ c¸c tÝnh chÊt vÒ h×nh d¹ng, ®é dèc vµ ®é nh¸m cña lßng dÉn ®−îc biÕt ®Õn tèt h¬n. Nh÷ng hÖ thèng l−u vùc trong c¸c khu vùc ®« thÞ dùa trªn c¸c lßng dÉn tù nhiªn, nh−ng phÇn lín c¸c thµnh phè ®Òu cã thªm mét m¹ng l−íi cèng ngÇm cho viÖc tiªu tho¸t n−íc lò. NÕu hÖ thèng nµy chØ dïng ®Ó tiªu tho¸t n−íc lò, nã ®−îc gäi lµ mét cèng ngÇm lò. NÕu c¸c cèng ngÇm nµy cßn mang theo n−íc th¶i sinh ho¹t th× nã ®−îc gäi lµ mét cèng ngÇm kÕt hîp. H×nh 6.2. HÖ thèng tiªu n−íc ®« thÞ (Metcalf vµ Eddy vµ c¸c céng sù, 1971). Mét cèng ngÇm kÕt hîp th−êng cã mét bé phËn ®iÒu tiÕt (c¸c cÊu tróc kiÓm so¸t thuû lùc nh− ®Ëp n−íc, vßi n−íc) ®Æt ë cuèi dßng, nã lµm chuyÓn h−íng dßng ch¶y mïa 343
kiÖt vµo trong mét thïng chøa n−íc, thïng nµy ®−îc mang ®i ®Ó nghiªn cøu (h×nh 6.2). Trong suèt thêi kú mïa m−a, khi tæng l−îng thuû lùc cña thïng chøa n−íc vµ bé phËn ®iÒu tiÕt qu¸ t¶i, xuÊt hiÖn sù ch¶y trµn trªn c¸c cèng ngÇm kÕt hîp (dßng ch¶y hçn hîp cña n−íc lò vµ n−íc th¶i sinh ho¹t), nã tho¸t trùc tiÕp ra kªnh m−¬ng g©y ra c¸c vÊn ®Ò vÒ « nhiÔm m«i tr−êng. Khi n−íc lò vµ n−íc th¶i sinh ho¹t ®−îc mang ®i trong c¸c cèng ngÇm riªng biÖt, nã ng−îc l¹i víi sù kÕt hîp. PhÇn lín c¸c thµnh phè hiÖn ®¹i cã c¸c hÖ thèng riªng biÖt, nh−ng nhiÒu thµnh phè l¹c hËu vÉn tån t¹i c¸c hÖ thèng cèng ngÇm kÕt hîp nh− thÕ, ®Æc biÖt ë vïng §«ng B¾c vµ miÒn Trung n−íc Mü. C¸c cèng ngÇm lò vµ cèng ngÇm kÕt hîp ®−îc l¾p ®Æt ®Ó tiªu tho¸t n−íc lò tõ bÒ mÆt ®Êt, do vËy nã ng¨n c¶n lò lôt vµ cho phÐp ch¶y trªn c¸c ®−êng quèc lé vµ ch¶y tù do. Nh− vËy, hÖ thèng cèng th−êng ®−îc thiÕt kÕ cho mét ®Ønh l−u l−îng thùc tÕ t−¬ng øng víi mét chu kú cho tr−íc (ch−¬ng 3) vµ ®−îc ®iÒu chØnh cho tõng vïng (tõ 2 ®Õn 5 n¨m cho l−u vùc gÇn ®« thÞ, vµ tõ 10 ®Õn 50 n¨m cho c¸c quèc lé chÝnh tiªu biÓu). Vµ lu«n lu«n nhËn thÊy r»ng, mét hÖ thèng cèng ngÇm lò (hoÆc hÖ thèng cèng ngÇm kÕt hîp) lµ mét hÖ thèng l−u vùc nhá cho n−íc lò. NÕu tæng l−îng cña c¸c cèng ngÇm bÞ qu¸ t¶i, dßng ch¶y sÏ lùa chän con ®−êng ch¶y theo bÒ mÆt c¸c lèi ®i, hoÆc hÖ thèng l−u vùc chÝnh. NÕu hÖ thèng bÒ mÆt (vÝ dô: c¸c ®−êng phè) kh«ng ®−îc thiÕt kÕ phï hîp víi mét dßng ch¶y nh− vËy, dßng ch¶y bÒ mÆt cã thÓ ph¸ huû c¸c c¬ së h¹ tÇng víi søc tµn ph¸ khñng khiÕp. Trong c¸c c«ng viÖc kh¸c, hÖ thèng l−u vùc chÝnh ph¶i lu«n lu«n ®−îc thiÕt kÕ ®Ó cã thÓ phßng chèng nh÷ng ¶nh h−ëng tiªu cùc cã thÓ x¶y ra hoÆc tæng l−îng dßng ch¶y v−ît qu¸ giíi h¹n tæng l−îng cña hÖ thèng cèng ngÇm tiªu tho¸t lò. VÊn ®Ò øng dông c«ng nghÖ kü thuËt trong thuû v¨n ®« thÞ VÊn ®Ò øng dông c«ng nghÖ kü thuËt trong thuû v¨n ®« thÞ th−êng cÇn thiÕt trong viÖc kiÓm so¸t dßng ch¶y cùc ®¹i vµ ®é s©u lín nhÊt trªn toµn bé hÖ thèng l−u vùc. NÕu ®é dèc thuû lùc qu¸ lín, c¸c cèng ngÇm cã thÓ qu¸ t¶i, ®iÒu ®ã cã nghÜa lµ mùc n−íc cã thÓ t¨ng v−ît qu¸ ®Ønh cña cèng ngÇm, g©y nªn lò lôt t¹i chç hoÆc ch¶y trµn lªn c¸c ®−êng phè. C¸c ®iÒu kiÖn thuËn lîi míi ph¶i ®−îc l−u ý khi thiÕt kÕ ®Ó sù xuÊt hiÖn t×nh tr¹ng ngËp lôt nh− trªn lµ nhá nhÊt vµ c¸c hÖ thèng l−u vùc ®ang tån t¹i ph¶i lu«n ®−îc ®iÒu chØnh ®Ó thÝch hîp víi t×nh tr¹ng ngËp lôt ®ã. Sù qu¸ t¶i tæng l−îng cña mét hÖ thèng ®ang tån t¹i lµ mét vÊn ®Ò phøc t¹p, th−êng xuyªn xuÊt hiÖn trong c¸c khu vùc míi ®−îc ph¸t triÓn víi mét hÖ thèng cèng ngÇm l¹c hËu. ChÊt l−îng n−íc cña dßng ch¶y ®« thÞ còng cã thÓ bÞ « nhiÔm (Lager vµ céng sù, 1977), ®Æc biÖt nh÷ng xö lý th« ®ßi hái ®Ó c¶i thiÖn chÊt l−îng n−íc cña dßng ch¶y tiªu tho¸t tr−íc ®ã vµo kªnh m−¬ng. §iÒu nµy ®Æc biÖt ®óng ®èi víi viÖc tiªu tho¸t c¸c dßng ch¶y trµn cña cèng ngÇm kÕt hîp (Field vµ Struzeski, 1972; Liªn ®oµn kiÓm so¸t « nhiÔm nguån n−íc, 1989). Nh÷ng lùa chän ®Ó kiÓm so¸t chÊt l−îng n−íc ®« thÞ lµ rÊt nhiÒu. Mét b¶ng liÖt kª cho trong b¶ng (6.1) vµ ®ang ®−îc tiÕp tôc th¶o luËn. Trong sù ph¸t triÓn hiÖn nay cã thÓ thiÕt kÕ mét hÖ thèng l−u vùc ®¬n gi¶n víi c¸c cèng ngÇm hoÆc c¸c lßng dÉn hë cã tæng l−îng thuû lùc ®ñ lín ®Ó cã thÓ tiªu tho¸t toµn bé l−îng n−íc ngËp óng trong thµnh phè, nh−ng ph−¬ng thøc nµy kh«ng kinh tÕ trong c¸c hÖ thèng thuû lùc l¹c hËu. ViÖc gi¶m c¸c cùc ®¹i lò lôt th«ng qua viÖc sö dông tr÷ l−îng n−íc trªn bÒ mÆt hoÆc trong hÖ thèng l−u vùc lµ ph−¬ng ph¸p lùa chän phæ biÕn nhÊt. Tr÷ l−îng n−íc cã hai lîi Ých lµ lµm t¨ng l−îng thÊm (nÕu tr÷ l−îng n−íc l−u vùc n»m trªn vïng ®Êt ®¸ 344
thÊm n−íc) vµ t¨ng l−îng bèc h¬i, do vËy viÖc gi¶m tæng l−îng dßng ch¶y còng h÷u Ých nh− viÖc gi¶m dßng ch¶y cùc ®¹i. H¬n n÷a, tr÷ l−îng n−íc ®ãng vai trß thuËn lîi trong viÖc kiÓm so¸t chÊt l−îng n−íc b»ng c¸c l¾ng ®äng bïn c¸t trong c¸c hå chøa. Cã nhiÒu lùa chän ®−îc bæ sung, rÊt tiÖn dông cho viÖc kiÓm so¸t chÊt l−îng n−íc (Field, 1984; Schueler, 1987; Liªn ®oµn kiÓm so¸t « nhiÔm n−íc, 1989). B¶ng 6.1:Ph−¬ng thøc kiÓm so¸t chÊt l−îng n−íc dßng ch¶y ®« thÞ §o ®¹c M« t¶ Tr÷ l−îng n−íc Sù ng¨n chÆn N−íc ®−îc gi÷ l¹i vµ tho¸t ra sau khi gi¶m dÇn bëi ¶nh h−ëng cña c¸c hå chøa. Sù duy tr× N−íc ®−îc gi÷ l¹i trong ®iÒu kiÖn thuËn lîi, kh«ng tho¸t xuèng dßng s«ng; ChØ ®−îc di chuyÓn th«ng qua thÊm vµ bèc h¬i. VÝ dô C¸c l−u vùc, c¸c bÓ chøa cô thÓ, tr÷ l−îng n−íc cã s½n trong hÖ thèng cèng ngÇm, c¸c miÒn ®Êt thÊp ë ®ång b»ng, c¸c b·i ®Ëu xe, c¸c m¸i nhµ vµ nhiÒu khu c«ng viªn. Nh÷ng thuËn lîi RÎ nÕu ®Êt cã thÓ dïng ®−îc; Cã thÓ khuyÕn khÝch vµ duy tr× sù c©n b»ng n−íc vµ dßng ch¶y. Nh÷ng khã kh¨n G©y tæn thÊt nÕu ®Êt kh«ng thÓ dïng ®−îc, tr÷ l−îng n−íc trªn vïng ®Êt ®ai hoang v¾ng (VÝ dô c¸c m¸i nhµ, c¸c khu ®Ó xe), kh«ng tr¸nh khái viÖc tån t¹i c¸c vÊn ®Ò phøc t¹p. Sù t¨ng l−îng thÊm Sù gi¶m khu vùc kh«ng thÊm n−íc Minh ho¹ VØa hÌ xèp rçng vµ c¸c khu ®Ó xe. Nh÷ng thuËn lîi §Èy m¹nh sù b¶o tån n−íc. Nh÷ng khã kh¨n Kh«ng thuËn lîi cho c¸c thµnh phè l¹c hËu; Kh«ng thÓ gi¶m dung l−îng cña nh÷ng trËn lò lín, g©y nªn c¸c vÊn ®Ò phøc t¹p trong x©y dùng. ViÖc ®o ®¹c kiÓm so¸t Nh÷ng ®o ®¹c ®−îc l¾p ®Æt sö dông trong c¸c khu vùc ®« thÞ vµ n«ng th«n. chuyÓn ®éng cña lò. VÝ dô Kªnh m−¬ng ho¸, ph©n ®íi vïng ®ång b»ng ngËp lôt,. Nh÷ng thuËn lîi Nguån ®−îc nghiªn cøu; ¶nh h−ëng trong c¸c khu vùc míi. Nh÷ng khã kh¨n Sù chia thµnh vïng, cã thÓ kh«ng thÝch hîp cho c¸c thµnh phè l¹c hËu. Lo¹i kh¸c VÝ dô Nh÷ng sù h¹n chÕ cöa vµo, ®−îc c¶i thiÖn sù duy tr×. Chó thÝch Nh÷ng lùa chän cho c¸c hÖ thèng l¹c hËu h¬n. ViÖc lùa chän c¸c ph−¬ng ph¸p kiÓm so¸t th−êng ¶nh h−ëng tÝch cùc tíi viÖc phßng chèng lò lôt trong suèt thêi kú thiÕt kÕ. Khi viÖc kiÓm so¸t ®−îc duy tr× mét c¸ch tèi ®a, viÖc ®¸nh gi¸ mét lÇn th−êng sÏ gi¶m dÇn trong khi viÖc sö dông c¸c ph−¬ng ph¸p kh¸c l¹i t¨ng lªn (Heaney vµ Nix, 1977). ViÖc tÝnh to¸n mét c¸ch kinh tÕ lµ mét phÇn viÖc quan träng trong bÊt kú mét b¶n thiÕt kÕ nµo. Sè liÖu vµ th«ng tin cÇn thiÕt cho viÖc ph©n tÝch nh÷ng vÊn ®Ò trong thuû v¨n ®« thÞ còng cÇn thiÕt cho c¸c vïng thuû v¨n t−¬ng tù kh¸c. VÝ dô, th«ng tin vÒ l−îng m−a, c¸c tÝnh chÊt bÒ mÆt vïng tËp trung n−íc vµ c¸c tÝnh chÊt cña hÖ thèng l−u vùc s«ng tù nhiªn hoÆc nh©n t¹o. Khi c¸c ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch ®−îc sö dông ®Ó tÝnh to¸n c¸c ®−êng qu¸ tr×nh thuû v¨n, nã cã ®é chÝnh x¸c tèt h¬n víi nh÷ng hÖ thèng ®o ®¹c tiÖn dông kÌm theo c¸c ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n dù b¸o vµ kiÓm tra. C¸c ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch hiÖn nay theo tr×nh tù tõ nh÷ng ph−¬ng ph¸p ®¬n gi¶n cho viÖc dù b¸o c¸c dßng ch¶y cùc ®¹i vµ thÓ tÝch dßng ch¶y ®Õn c¸c m« h×nh m¸y 345
tÝnh tinh vi ®Ó dù b¸o hoµn chØnh ®−êng qu¸ tr×nh thuû v¨n ë bÊt kú mét ®iÓm nµo trong hÖ thèng l−u vùc s«ng. C¸c ph−¬ng ph¸p nh− vËy th−êng bao gåm mét ph−¬ng ph¸p biÓu diÔn sù biÕn ®æi l−îng m−a thµnh dßng ch¶y trªn bÒ mÆt ®Êt, tiÕp theo lµ mét ph−¬ng ph¸p m« pháng chuyÓn ®éng cña dßng ch¶y qua hÖ thèng l−u vùc. NhiÒu m« h×nh tÝnh trªn m¸y chuÈn rÊt tiÖn dông trong c¶ hai lo¹i m¸y ®iÖn to¸n vµ vi tÝnh, hÇu hÕt ®−îc lËp tr×nh b»ng c¸c ng«n ng÷ FORTRAN, BASIC (Sharp vµ Sawden, 1984) mét c¸ch dÔ dµng hoÆc b»ng c¸c ng«n ng÷ lËp tr×nh kh¸c. §ãi t−îng thiÕt kÕ §èi t−îng cña viÖc øng dông c«ng nghÖ liªn quan ®Õn thuû v¨n ®« thÞ ®Ó cung cÊp cho viÖc kiÓm so¸t c¸c dßng ch¶y vµ c¸c ®é s©u cùc ®¹i t¹i toµn bé c¸c khu vùc trong hÖ thèng l−u vùc. VÒ thùc chÊt, ®ã lµ vÊn ®Ò kiÓm so¸t lò lôt nh− ®−îc ®Ò cËp trong ch−¬ng 4, nh−ng ph¶i tÝnh ®Õn ¶nh h−ëng tíi viÖc ®« thÞ ho¸ n«ng th«n. VÊn ®Ò thø hai bao gåm lò lôt t¹i chç, viÖc tiªu tho¸t lò vµ kiÓm so¸t chÊt l−îng n−íc. ViÖc ph©n tÝch c¸c vÊn ®Ò ph¶i dÉn ®Õn môc ®Ých cuèi cïng lµ dù b¸o dßng ch¶y cùc ®¹i, tæng l−îng dßng ch¶y vµ hoµn thµnh c¸c ®−êng qu¸ tr×nh thuû v¨n ë mäi n¬i trong hÖ thèng l−u vùc. C¸c vÊn ®Ò ®ã th−êng ®−îc t¸ch ra ®Ó gi¶i quyÕt hÖ thèng bÒ mÆt l−u vùc,l−îng m−a lµm thay ®æi ®−êng qu¸ tr×nh thuû v¨n dßng ch¶y trµn (hoÆc ®−êng qu¸ tr×nh nhËp l−u cho dßng ch¶y ë cöa vµo ®Õn hÖ thèng cèng ngÇm). ViÖc ph©n chia ®ã ®−îc gi¶i cho lßng dÉn hoÆc hÖ thèng cèng ngÇm, n¬i cã thÓ ®−îc kiÓm so¸t th«ng qua c¸c kü thuËt gi¶i chuyÓn ®éng cña dßng ch¶y th«ng th−êng (ch−¬ng 4). Tuy nhiªn, xu h−íng trong thuû v¨n ®« thÞ lµ kÕt hîp mét khèi hai hÖ thèng vµ t¹o nªn ®−êng qu¸ tr×nh thuû v¨n tæng hîp (hoÆc dßng ch¶y cùc ®¹i, hoÆc tæng l−îng dßng ch¶y) t¹i hÖ thèng cöa ra, sù tæng hîp nh− vËy cho bëi mét ®−êng qu¸ tr×nh thuû v¨n ®¬n vÞ. Sù kh¸c biÖt gi÷a viÖc cÇn thiÕt ph¶i dù b¸o dßng ch¶y cùc ®¹i, thÓ tÝch dßng ch¶y vµ viÖc hoµn thµnh ®−êng qu¸ tr×nh thuû v¨n lµ quan träng. Tõ ba môc ®Ých cã thÓ yªu cÇu nhiÒu ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch rÊt kh¸c nhau. Th«ng th−êng, c¸c ph−¬ng ph¸p dù b¸o dßng ch¶y cùc ®¹i vµ thÓ tÝch dïng c¸c kü thuËt ®¬n gi¶n, trong khi dù b¸o ®−êng qu¸ tr×nh thuû v¨n th−êng ®ßi hái mét sù ph©n tÝch bao qu¸t h¬n. ViÖc tÝnh to¸n dßng ch¶y c¬ b¶n trong c¸c hÖ thèng l−u vùc ®« thÞ còng ®ßi hái ®−îc xem xÐt ®Æc biÖt tõ khi n−íc b¾t ®Çu ch¶y vµo c¸c lßng dÉn theo c¶ hai con ®−êng lµ thÊm (thÊm vµo n−íc ngÇm vµ tõ n−íc ngÇm cung cÊp cho) vµ n−íc th¶i sinh ho¹t. Tæng l−îng n−íc theo c¶ hai con ®−êng nµy th−êng ®−îc −íc l−îng tõ sù quan s¸t nghiªn cøu ë h¹ l−u cña l−u vùc hoÆc, tõ viÖc nghiªn cøu sù kh¸c biÖt gi÷a l−îng thÊm/dßng ch¶y vµo ®Æc biÖt (I/I) (C¬ quan B¶o vÖ M«i tr−êng, 1977). Sù kh¸c biÖt lín ®èi víi viÖc øng dông c¸c kü thuËt ph©n tÝch sÏ ®−îc t¹o ra, cô thÓ lµ, b¶n thiÕt kÕ cña c¸c hÖ thèng míi chèng l¹i viÖc gi¶m c¸c vÊn ®Ò l−u vùc trong mét hÖ thèng l¹c hËu. NhiÒu ph−¬ng ph¸p lùa chän th−êng tiÖn dông tr−íc ®©y, nh−ng tr¸i l¹i cã thÓ t¨ng thªm sù kh¾t khe víi c¸c ph−¬ng ph¸p trong viÖc kiÓm so¸t c¸c hÖ thèng ®ang tån t¹i sau nµy. 346
6.2. Tæng quan c¸c qu¸ tr×nh vËt lý m−a - dßng ch¶y Sù biÕn ®æi l−îng m−a thµnh dßng ch¶y trong c¸c vïng ®« thÞ phÇn nµo ®−îc ®¬n gi¶n ho¸ bëi v× nh÷ng khu vùc ®« thÞ lµ vïng cã tû lÖ kh«ng gian kh«ng thÊm n−íc lµ t−¬ng ®èi cao, mÆc dï, trong khu vùc d©n c− vµ c¸c vïng ®Êt më viÖc tÝnh to¸n l−îng thÊm trong c¸c bÒ mÆt thÊm n−íc thÓ hiÖn sù tån t¹i mét sè nh©n tè bÊt lîi trong viÖc ph©n tÝch. Tuy nhiªn, phÇn lín c¸c ph−¬ng ph¸p ®ang sö dông cho c¸c l−u vùc tù nhiªn ®Ó tÝnh to¸n l−îng m−a phô tréi b»ng m¸y tÝnh cã thÓ lµm biÕn ®æi mét ®−êng qu¸ tr×nh dßng ch¶y. Khi c¸c ®−êng qu¸ tr×nh thuû v¨n ®−îc tÝnh to¸n b»ng m¸y tÝnh, ®Æc biÖt, sè liÖu l−îng m−a thu ®−îc ph¶i thÝch hîp. §iÒu nµy lµ do c¸c khu vùc ®« thÞ ¶nh h−ëng nhanh tíi l−îng m−a tøc thêi, tr¸i ng−îc víi c¸c l−u vùc tù nhiªn, vµ sù ¶nh h−ëng nhanh nµy lµm gi¶m c¸c dao ®éng ng¾n h¹n. Do vËy, sè liÖu l−îng m−a ph¶i ®−îc phï hîp ë thêi ®o¹n hiÖu qu¶ 5 phót hoÆc thêi ®o¹n ng¾n h¬n ®Ó thÝch hîp víi viÖc dù b¸o ®−êng qu¸ tr×nh dßng ch¶y. Mét vÊn ®Ò chóng ta quan t©m xa h¬n ®ã lµ h−íng cña lò lôt. Nh− trong c¸c l−u vùc tù nhiªn, ®−êng qu¸ tr×nh thuû v¨n cã thÓ cã mét ®Ønh lò cao h¬n ®¸ng kÓ nÕu lò chuyÓn ®éng xuèng l−u vùc theo h−íng vÒ phÝa cöa ra. §iÒu nµy cã nghÜa r»ng mét dông cô ®o m−a Ýt khi ®o ®ñ Ýt nhÊt ba nh©n tè cïng víi sù ®o giã cã thÓ cÇn thiÕt cho viÖc m« t¶ tèc ®é chuyÓn ®éng cña lò lôt (m« t¶ chuyÓn ®éng ®éng lùc cña sãng lò) (James vµ Scheckenberger, 1984). m« t¶ l−u vùc L−u vùc ®« thÞ ®−îc ®Æc tr−ng bëi h×nh d¹ng, ®é dèc, ®Êt ®¸, ®Êt sö dông, vïng kh«ng thÊm n−íc, ®é nh¸m vµ tr÷ l−îng n−íc. DiÖn tÝch l−u vùc vµ vïng kh«ng thÊm n−íc lµ hai th«ng sè quan träng nhÊt cho viÖc dù b¸o chÝnh x¸c tæng l−îng ®−êng qu¸ tr×nh thuû v¨n ®« thÞ. MÆc dï lµ mét th«ng sè d−êng nh− theo h−íng ®−êng th¼ng, viÖc tÝnh to¸n phÇn tr¨m vïng kh«ng thÊm n−íc cã thÓ rÊt phøc t¹p. §Æc biÖt, nã cÇn thiÕt cho viÖc ph©n biÖt mèi quan hÖ thuû lùc gi÷a nh÷ng vïng kh«ng thÊm vµ thÊm n−íc. Mèi quan hÖ thuû lùc c¸c vïng kh«ng thÊm n−íc lµ nh÷ng vïng ch¶y theo h−íng vµo hÖ thèng l−u vùc, nh− vËy mét bÒ mÆt ®−êng phè víi c¸c kÌ ®¸ vØa hÌ (lÒ ®−êng) vµ c¸c r·nh ch¶y theo h−íng dßng ch¶y vµo cöa vµo mét cèng ngÇm lò. Mèi quan hÖ c¸c khu vùc phi thuû lùc bao gåm c¸c ®Ønh m¸i nhµ hoÆc ®−êng xe h−íng ch¶y tíi nh÷ng vïng thÊm n−íc. Dßng ch¶y tõ nh÷ng vïng nh− vËy sÏ kh«ng ch¶y vµo hÖ thèng l−u vùc lò lôt trõ khi nh÷ng vïng thÊm n−íc ®ã trë nªn b·o hoµ (dßng ch¶y tõ nh÷ng vïng nh− vËy kh«ng g©y ra lò trªn hÖ thèng l−u vùc). ViÖc tÝnh to¸n vïng kh«ng thÊm n−íc cã thÓ ®−îc thùc hiÖn tõ viÖc ®o ®¹c b»ng c¸ch chôp ¶nh tõ trªn kh«ng hoÆc xÐt vÒ ph−¬ng diÖn ®Êt sö dông. §Æc biÖt c¸c gi¸ trÞ ®ã ®−îc tr×nh bµy trong b¶ng (6.2) cho nh÷ng vïng ®« thÞ lín, vïng kh«ng thÊm n−íc cã thÓ ®−îc tÝnh to¸n trªn nÒn t¶ng cña mËt ®é « nhiÔm (vÝ dô, Stankowski 1974): I = 9.6PD(0.573−0.017ln PD) (6.1) 347
Trong ®ã: I: PhÇn tr¨m vïng kh«ng thÊm n−íc. PD: MËt ®é « nhiÔm (ng−êi/ac). B¶ng 6.2. KiÓu ®Êt kh«ng thÊm n−íc t¹i cho c¸c thµnh phè ë Nineontano (Sullivan vµ céng sù., 1978). PhÇn tr¨m §Êt sö dông Trung b×nh Ph¹m vi Nhµ ë 30 22 - 44 Th−¬ng m¹i 81 52 - 90 C«ng nghiÖp 40 11 - 57 Vïng quª (®Êt hoang) 5 1 – 14 C¬ së ph−¬ng tr×nh (6.1) lµ viÖc ph©n tÝch lÆp cña 567 tr¹m ®o trong bang Newjersey, do vËy cã thÓ sö dông mét c¸ch thËn träng h¬n ë mét n¬i nµo kh¸c. Vïng kh«ng thÊm n−íc th−êng ®−îc sö dông nh− mét th«ng sè ®o trong c¸c m« h×nh. PhÝa trªn l−u vùc ®« thÞ lµ hÖ thèng l−u vùc hoÆc tù nhiªn hoÆc nh©n t¹o. ViÖc c¶i tiÕn l−u vùc bao gåm mét hÖ thèng c¸c lßng dÉn vµ c¸c cèng ngÇm. M¹ng l−íi ®ã t¹o thµnh mét hÖ thèng cèng ngÇm vµ nã th−êng ®−îc ch¶y víi mét mÆt tho¸ng tù do, vÝ dô dßng ch¶y trong lßng dÉn hë, nã ng−îc l¹i víi dßng ch¶y cã ¸p trong mét èng dÉn dÇu. Do vËy, hÖ thèng l−u vùc cã nh÷ng bé th«ng sè riªng m« t¶ h×nh d¹ng cña l−u vùc vµ c¸c tÝnh chÊt thuû lùc cña chóng. Trong mét hÖ thèng l−u vùc míi, tÊt c¶ c¸c th«ng sè ®ã lµ c¸c th«ng sè thiÕt kÕ vµ cã thÓ ®−îc biÕn ®æi theo yªu cÇu vµ môc ®Ých cña ng−êi sö dông. Trong mét hÖ thèng ®ang tån t¹i, ®éng lùc chÝnh cña viÖc thu thËp sè liÖu cã thÓ m« t¶ mét c¸ch chÝnh x¸c nh− m« t¶ h×nh d¹ng hÖ thèng l−u vùc thiÕt kÕ. §iÒu nµy ®Æc biÖt khã kh¨n trong c¸c hÖ thèng l¹c hËu, viÖc söa ch÷a c¶i tiÕn chóng cã thÓ mÊt vµi thËp niªn vµ nã cßn g©y khã kh¨n trong viÖc nghiªn cøu trong mét l−u vùc víi yªu cÇu sè liÖu thu ®−îc chÝnh x¸c, nh− viÖc ®¶o ng−îc ®é cao cña c¸c cèng ngÇm. tÝnh to¸n l−îng tæn thÊt L−îng m−a phô tréi ®−îc tÝnh to¸n b»ng m¸y vi tÝnh lµ l−îng m−a trõ ®i l−îng tæn thÊt (ch−¬ng 2). Nh÷ng l−îng tæn thÊt nµy lµ kÕt qu¶ tõ sù h¹ thÊp tr÷ l−îng n−íc tõ th¶m thùc vËt hoÆc c¸c bÒ mÆt kh¸c, nh− l−îng thÊm vµo c¸c bÒ mÆt thÊm n−íc hoÆc th«ng qua bèc h¬i. Trong mét trËn lò riªng biÖt, bèc h¬i lµ t−¬ng ®èi kh«ng quan träng, nh−ng ®èi víi viÖc ph©n tÝch trong mét giai ®o¹n kh¸ dµi trong kho n−íc ®« thÞ (hoÆc cho c¸c chu kú dµi t−¬ng tù) th× sù bèc h¬i trong c¸c l−u vùc tù nhiªn lµ mét l−îng tæn thÊt ®¸ng kÓ. Nh÷ng tÝnh to¸n l−îng thÊm còng ®−îc sö dông cïng mét ph−¬ng ph¸p nh− nh÷ng khu vùc tù nhiªn (ch−¬ng 1). Tr÷ l−îng n−íc vïng tròng khã x¸c ®Þnh tõ l−îng thÊm trªn nh÷ng vïng kh«ng thÊm n−íc. ViÖc tÝnh to¸n ®é nh¸m cho nh÷ng khu vùc ®« thÞ lín bao gåm c¶ tr÷ l−îng n−íc vïng tròng ®−îc thÓ hiÖn trong b¶ng (6.3). 348
B¶ng 6.3. Nh÷ng tÝnh to¸n tr÷ l−îng n−íc vïng tròng trong c¸c khu vùc ®« thÞ Thµnh phè Líp phñ Kho tr÷ n−íc (m) Tµi liÖu tham kh¶o ThÊm n−íc 0.25 Tholin vµ Keifer (1960) Chicago Kh«ng thÊm n−íc 0.0625 §Êt c¸t 0.20 Hicks (1944) Los Angeles §Êt ph× nhiªu 0.15 §Êt sÐt 0.01 Trong nh÷ng vïng kh«ng thÊm n−íc cao, c¸c hÖ thèng ®o ®¹c cã thÓ x¸c ®Þnh ®−îc mét c¸ch t−¬ng ®èi tr÷ l−îng n−íc vïng tròng ®Õn viÖc x¸c ®Þnh ®−îc ®é dèc cña l−u vùc (h×nh 6.3). H×nh 6.3. Tr÷ l−îng n−íc vïng tròng vµ ®é dèc l−u vùc (After kidd, 1978; Viessmm vµ céng sù., 1977) Tr÷ l−îng n−íc vïng tròng th−êng ®−îc sö dông nh− mét th«ng sè tÝnh to¸n trong c¸c m« h×nh, mÆc dï sù m« t¶ mét l−îng tæn thÊt thùc tÕ vµ tÝnh to¸n nã lµ rÊt khã. VÝ dô 6.1 TÝnh to¸n l−îng m−a phô tréi §−êng qu¸ tr×nh l−îng m−a ®−îc thÓ hiÖn trong h×nh E6.1 vµ ®−îc liÖt kª trong b¶ng E6.1 lµ nguyªn nh©n g©y nªn tr÷ l−îng n−íc vïng tròng mÊt mét l−îng lµ 0.15 349
(in) vµ l−îng thÊm Horton (ph−¬ng tr×nh 1.18) víi c¸c th«ng sè f0 = 0.45 (in), fc = 0.05 (in/giê) vµ k = 1 (giê-1). TÝnh ®−êng qu¸ tr×nh m−a cña l−îng m−a phô tréi. Gi¶i Tr÷ l−îng n−íc vïng tròng th−êng ®−îc di chuyÓn tõ ®Çu kú tr−íc ®Õn viÖc gi¶m bÊt kú mét l−îng mÊt do thÊm nµo. ThÓ tÝch l−îng m−a r¬i trong 10 phót ®Çu tiªn lµ 0.3 (in/giê).1/6(giê) = 0.05 (in). Tr÷ l−îng n−íc mÊt ®−îc lÊp ®Çy trong suèt thêi kú l−îng m−a gia t¨ng tiÕp theo lµ 0.15 - .05 = 0.10 (in). §iÒu nµy xuÊt hiÖn t¹i mét thêi gian lµ: t = 1/6(giê) + (0.10 in/0.8 in/giê) = 1/6 giê+1/8 giê = 17.5 phót Do vËy l−îng thÊm b¾t ®Çu ë phót thø 17.5, nã ®−îc thÓ hiÖn trong h×nh E6.1. ViÖc tÝnh to¸n l−îng thÊm ®−îc tãm l−îc trong b¶ng E6.1 vµ l−îng m−a phô tréi ®−îc thÓ hiÖn trong h×nh E6.1. Chó ý r»ng phñ nhËn l−îng m−a phô tréi lµ kh«ng thÓ, còng chó ý r»ng trong vÝ dô nµy, tæng l−îng l−îng thÊm ®−îc gi¶ thiÕt tiÕp tôc gi¶m dÇn ë cïng tèc ®é thay ®æi gi÷a kho¶ng thêi gian 40 vµ 50 phót thËm chÝ l−îng m−a thay ®æi Ýt h¬n tæng l−îng thÊm. ThÓ tÝch l−îng m−a vµ l−îng m−a phô tréi ®−îc x¸c ®Þnh bëi tæng c¸c tung ®é vµ sù gia t¨ng thêi gian vµo (1/6 giê). Do vËy, thÓ tÝch l−îng m−a lµ 3,5*1/6 = 0.583 (in) H×nh E6.1. §−êng qu¸ tr×nh l−îng m−a vµ l−îng m−a phô tréi ThÓ tÝch l−îng m−a phô tréi ®−îc tÝnh to¸n t−¬ng tù, ngo¹i trõ ®iÒu ®ã thêi gian ph¸t triÓn ®Çu tiªn chØ lµ 2,5 phót trong 10 phót. Do vËy thÓ tÝch l−îng m−a phô tréi lµ: 0,695*1/6 + 0,358*2,5/60 = 0,131 (in) Tõ tr÷ l−îng n−íc vïng tròng lµ 0,15, thÓ tÝch l−îng thÊm thùc tÕ lµ: 0,583 – 0,15 – 0,131 = 0,302 (in) Chó ý r»ng vïng d−íi ®−êng cong thÊm b»ng toµn bé thÓ tÝch thÊm ®−îc sö dông trong suèt thêi kú tõ gi÷a 40 vµ 50 phót. HÖ sè dßng ch¶y cã thÓ ®−îc x¸c ®Þnh mét c¸ch ®¬n gi¶n b»ng tû sè dßng ch¶y (l−îng m−a phô tréi) vµ l−îng m−a. Tû sè ë ®©y lµ: 0,131/0,583 = 0,22 Khi l−îng m−a phô tréi ®−îc tÝnh to¸n, nã th−êng cho phÐp ®−îc xÕp thµnh b¶ng trong nh÷ng sù gia t¨ng thêi gian trong ®−êng qu¸ tr×nh m−a nguyªn thuû (10 350
phót). Trong vÝ dô nµy lµ sù phøc t¹p trong kho¶ng ®Çu tiªn, nã b¾t ®Çu t¹i phót thø 17,5 vµ cã Ýt nhÊt hai sù lùa chän: 1. Thêi gian b¾t ®Çu cã thÓ tån t¹i ë phót thø 17.5 vµ nÕu c¸c kho¶ng thêi gian b»ng nhau lµ cÇn thiÕt, mét kho¶ng thêi gian 2,5 phót cã thÓ ®−îc sö dông. B¶ng E6.1.TÝnh to¸n l−îng m−a phô tréi Thêi gian L−îng Tæng l−îng Tæng l−îng L−îng m−a phô vµo m−a thÊm ban ®Çu thÊm trung b×nh tréi trung b×nh 0 – 10 0.30 10 – 17.5 0.80 17.5 – 20 0.80 0.450 0.442 0.358 20 – 30 0.45 0.434 0.404 0.046 30 – 40 0.55 0.375 0.350 0.200 40 – 50 0.25 0.325 0.304 **** 50 – 60 0.40 0.283 0.265 0.135 60 – 70 0.45 0.247 0.232 0.218 70 – 80 0.30 0.217 0.204 0.096 80 - 90 0.00 0.191 0.000 2. Kho¶ng thêi gian ng¾n ®Çu tiªn cña l−îng m−a phô tréi cã thÓ ®−îc tÝnh trung b×nh trªn kho¶ng thêi gian tõ 10 ®Õn 20 phót. §iÒu nµy cã thÓ sinh ra mét gi¸ trÞ l−îng m−a phô tréi lµ 0,358*2,5/10 = 0,090 (in/giê) trong kho¶ng thêi gian tõ 10 ®Õn 20 phót (vµ b»ng 0 trong thêi gian ®Çu tiªn). Thêi gian tËp trung Thêi gian tËp trung tc ®−îc giíi thiÖu trong ch−¬ng 4 nh− mét phÇn sù ph¸t triÓn cña lý thuyÕt sãng ®éng häc. Nã lµ gi¸ trÞ ®−îc xem xÐt mét c¸ch ng¾n gän tõ c¸c ®Þnh nghÜa cña tc vµ lµ nguyªn t¾c c¬ b¶n cho c¸c ph©n tÝch trong thuû v¨n ®« thÞ. Chóng cã hai ®Þnh nghÜa liªn quan: 1. Thêi gian tËp trung lµ thêi gian chuyÓn ®éng cña sãng tõ nh÷ng ®iÓm thuû lùc xa nhÊt trong l−u vùc tíi cöa s«ng. 2. Thêi gian tËp trung lµ thêi gian b×nh qu©n cña l−u vùc d−íi mét l−îng m−a phô tréi æn ®Þnh (vÝ dô khi dßng ch¶y ra tõ l−u vùc b»ng l−îng m−a phô tréi vµo trong l−u vùc). §Æc biÖt, chó ý r»ng thêi gian tËp trung n−íc tc kh«ng ph¶i lµ thêi gian chuyÓn ®éng cña phÇn tö n−íc riªng biÖt chuyÓn ®éng xuèng l−u vùc, nh− nã th−êng ®· ®−îc trÝch dÉn trong c¸c bµi kho¸. L−u vùc ë tr¹ng th¸i c©n b»ng khi thêi gian tËp trung n−íc ®¹t tíi gi¸ trÞ b×nh qu©n, bëi v× khi ®ã dßng ch¶y ra ë cöa s«ng sÏ b»ng dßng ch¶y vµo ë nhiÒu bé phËn kh¸c nhau cña l−u vùc. Khi ®ã, nÕu tèc ®é chuyÓn ®éng cña sãng lò nhanh h¬n tèc ®é chuyÓn ®éng cña c¸c phÇn tö n−íc riªng biÖt trong dßng ch¶y trµn (hoÆc c¸c lßng dÉn) th× thêi gian tËp trung ( vµ thêi gian b×nh qu©n) sÏ xuÊt hiÖn sím h¬n (Overton vµ Meadows, 1976). Trong dßng ch¶y trµn, tèc ®é chuyÓn ®éng cña sãng th−êng ®−îc cho bëi ph−¬ng tr×nh sãng ®éng häc: c = mV = αmy m −1 (6.2) 351
trong ®ã: c: Tèc ®é chuyÓn ®éng cña sãng. V: Tèc ®é trung b×nh cña n−íc. y: §é s©u n−íc. α, m: C¸c th«ng sè cña sãng ®éng häc , kh«ng thay ®æi trong ph−¬ng tr×nh chuyÓn ®éng. vµ ph−¬ng tr×nh: q = yV = αy m (6.3) trong ®ã q lµ l−u l−îng ®¬n vÞ cña l−u vùc. Ph−¬ng tr×nh Manning ®ang ®−îc sö dông víi th«ng sè m = 5/3 cho dßng ch¶y rèi vµ m = 3 cho dßng ch¶y tÇng. Do vËy, sãng cã thÓ di chuyÓn ë mét tèc ®é tõ 1,7 ®Õn 3 lÇn tèc ®é chuyÓn ®éng cña phÇn tö n−íc. C¸c gi¸ trÞ t−¬ng øng cña α cho dßng ch¶y rèi vµ dßng ch¶y tÇng lµ: km S α= (6.4) n (m = 5/3 trong tr−êng hîp ch¶y rèi) gS α= (6.5) 3ν (m = 3 trong tr−êng hîp ch¶y tÇng) Trong ®ã: S: §é dèc (S nhá do ®ã sinS = tgS = S). n: HÖ sè nh¸m Manning. g: Gia tèc träng tr−êng. ν: §é nhít ®éng häc. km = 1.49 cho c¸c ®¬n vÞ (ft) vµ (in) trong ph−¬ng tr×nh (6.4) vµ b»ng 1,0 cho c¸c ®¬n vÞ (m) vµ (s). Thêi gian tËp trung cho dßng ch¶y trµn bëi lý thuyÕt sãng ®éng häc lµ: 1/ m ⎛L⎞ t c = ⎜ m −1 ⎟ (6.6) ⎜ αi ⎟ ⎝e⎠ Trong ®ã: L: ChiÒu dµi cña mÆt ph¼ng dßng ch¶y ®Õn. ie: L−îng m−a phô tréi. Chó ý trong ph−¬ng tr×nh (6.6) ta ph¶i ®−a vÒ nh÷ng ®¬n vÞ thÝch hîp. Chóng ta cã thÓ nhËn thÊy r»ng thêi gian tËp trung n−íc tc tû lÖ nghÞch víi l−îng m−a phô tréi. Do vËy, c−êng ®é l−îng m−a phô tréi cµng t¨ng th× tc cµng gi¶m, tuy nhiªn tc Ýt khi thay ®æi trong thêi gian chuyÓn ®éng cña phÇn tö n−íc kÓ c¶ khi tÝch chÊt l−u vùc thay ®æi (Huber, 1987; Mc Cuen vµ céng sù, 1984). VÝ dô 6.2 TÝnh to¸n l−u l−îng sãng ®éng häc N−íc ch¶y xuèng mét n¬i cã ®é dèc 1%. TÝnh gi¸ trÞ cña α vµ m (ph−¬ng tr×nh 6.3) theo hai tr−êng hîp sau: 352
a, Ch¶y tÇng (T = 20 ®é). b, Ch¶y rèi (n = 0.013). TÝnh l−u l−îng ®¬n vÞ q (ft3/s/ft) trong hai tr−êng hîp trªn, cho ®é s©u n−íc lµ 0.3 (in). Gi¶i Tr−êng hîp ch¶y tÇng cã sè mò luü thõa m = 3 vµ hÖ sè α cho bëi c«ng thøc (6.5), ë nhiÖt ®é 20 ®é, ν = 1.003/100 (cm2/s) = 1.080/100000 (ft2/s) (B¶ng c.1 trong phô lôc C). Do vËy: gS 32,2.0,01 α= = = 9938 (ft-1s-1) 3ν 3.1,080.10 −5 Trong tr−êng hîp ch¶y rèi th× sè mò m = 5/3, tõ ph−¬ng tr×nh 6.4 ta cã: 1,49.S 0,5 1,49.0,010,5 α= = = 11,46 (ft1/3/s) n 0,013 víi ®é s©u n−íc lµ 0.3 (in) = 0.025 (ft) theo (6.3) ta cã l−u l−îng ®¬n vÞ lµ: Ch¶y tÇng: q = 9938*0.0253 = 0.155 (ft3/s/ft) Ch¶y rèi: q = 11.46*0.0255/3 = 0.024 (ft3/s/ft) Cïng mét ®é s©u th× l−u l−îng ®¬n vÞ trong dßng ch¶y tÇng lín h¬n l−u l−îng ®¬n vÞ trong dßng ch¶y rèi. Nh−ng trong thùc tÕ, phÇn lín c¸c tr−êng dßng ch¶y rèi ®−îc quan s¸t ë h¹ l−u cña mÆt ph¼ng dßng ch¶y trµn (Emmett, 1978). Trªn mÆt tho¸ng dßng ch¶y, c¸c sãng trong c¸c lßng dÉn vµ cèng ngÇm chuyÓn ®éng víi tèc ®é sãng ®éng lùc. C=V± (6.7) gA / B trong ®ã A: MÆt c¾t ngang trong lßng dÉn B: §é réng bÒ mÆt Tèc ®é chuyÓn ®éng cña sãng ë h¹ l−u cho bëi ph−¬ng tr×nh (6.7) râ rµng lµ lín h¬n tèc ®é chuyÓn ®éng cña n−íc V. ViÖc tÝnh to¸n nh÷ng ¶nh h−ëng tiªu cùc cña tèc ®é sãng, sö dông giíi h¹n trªn cña tèc ®é sãng cho vïng h¹ l−u vµ giíi h¹n d−íi cho vïng th−îng l−u. NÕu xuÊt hiÖn dßng ch¶y cã ¸p trong c¸c cèng ngÇm cña l−u vùc, th× c¸c sãng chuyÓn ®éng rÊt nhanh víi tèc ®é cña ©m thanh (Wylie vµ Streeter, 1978). KÕt luËn: BÊt kú mét l−u vùc nµo, mét vïng ®« thÞ hoÆc c¸c vïng kh¸c, l−îng m−a vµo ¶nh h−ëng ®Õn diÔn to¸n cña sãng n−íc xuèng h¹ l−u - dßng ch¶y trµn, dßng ch¶y trong c¸c dßng dÉn hë, dßng ch¶y cã ¸p vµ kh«ng ¸p trong hÖ thèng cèng ngÇm. Chóng ¶nh h−ëng ®Õn thêi gian tËp trung n−íc (hoÆc thêi gian b×nh qu©n), ®ã lµ thêi gian cÇn thiÕt ®Ó mét phÇn tö n−íc chuyÓn ®éng tõ th−îng l−u xuèng h¹ l−u. ViÖc sö dông c¸c ph−¬ng ph¸p thÝch hîp ®Ó tÝnh to¸n chÝnh x¸c thêi gian tËp trung n−íc ®−îc giíi thiÖu trong phÇn 6.4, trong viÖc tÝnh to¸n c¸c dßng ch¶y cùc ®¹i còng nh− viÖc ®¸nh gi¸ ¶nh h−ëng cña l−u vùc ®Õn sù thay ®æi chÕ ®é m−a. Thêi gian trÔ C¸c th«ng sè thêi gian kh¸c cña ®−êng qu¸ tr×nh thuû v¨n ®« thÞ bao gåm nh÷ng biÕn ®æi thêi gian trÔ ®−îc th¶o luËn trong ch−¬ng 2 (h×nh 2.7). C¸c th«ng sè ®ã 353
nh− lµ thêi gian n−íc lªn tíi ®Ønh tp, cã thÓ ®o ®¹c ®−îc mét c¸ch dÔ dµng, nh−ng tr¸i l¹i, thêi gian tËp trung n−íc tc l¹i rÊt khã ®o ®¹c (Overton vµ Meadows, 1976) vµ lµ mét th«ng sè mang tÝnh lý luËn nhiÒu h¬n. Thêi gian trÔ th−êng ®−îc kÕt hîp vµo trong lý thuyÕt ®−êng qu¸ tr×nh thuû v¨n ®¬n vÞ vµ c¸c m« h×nh lý thuyÕt. dßng ch¶y DiÔn to¸n dßng ch¶y qua hÖ thèng l−u vùc cã thÓ ®−îc thùc hiÖn b»ng viÖc sö dông bÊt kú mét ph−¬ng ph¸p nµo ®−îc th¶o luËn trong ch−¬ng 4. C«ng viÖc nµy mét phÇn nµo ®ã ®−îc thùc hiÖn dÔ h¬n bëi v× cã sù tån t¹i cña c¸c lßng dÉn gièng nhau (vÝ dô c¸c èng trßn) trong hÖ thèng cèng ngÇm. Nh−ng ë cïng mét thêi ®iÓm, nh÷ng phøc t¹p cã thÓ t¨ng lªn t¹i c¸c ®iÓm nót vµ c¸c cÊu tróc thuû lùc gÆp ph¶i trong hÖ thèng cèng ngÇm. PhÇn lín nh÷ng khã kh¨n phøc t¹p cã thÓ ®−îc kh¾c phôc th«ng qua viÖc sö dông c¸c ph−¬ng ph¸p thuû lùc ®−îc th¶o luËn trong phÇn 6.5 (nh− hÖ ph−¬ng tr×nh Saint - Venant), (Yen, 1986). ChØ tiªu ph©n tÝch ®Ó ®¸p øng ®−îc c¸c kÕt qu¶ tÝnh to¸n theo mong muèn, nh»m ®¸nh gi¸ phôc vô c¸c ph−¬ng ph¸p dù b¸o vµ tõ c¸c kÕt qu¶ cña c¸c ph−¬ng ph¸p dù b¸o cã thÓ kiÓm tra l¹i viÖc ®o ®¹c dßng ch¶y ë kh¾p n¬i. 6.3. Ph©n tÝch l−îng m−a nguån sè liÖu L−îng m−a lµ thµnh phÇn chÝnh trong phÇn lín c¸c ph©n tÝch thuû v¨n. Hai kiÓu d÷ liÖu m−a th−êng ®−îc sö dông trong thuû v¨n ®« thÞ lµ: 1. Tµi liÖu ®iÓm m−a tù nhiªn (vÝ dô c¸c ®−êng qu¸ tr×nh m−a thùc tÕ). 2. Sè liÖu m−a hiÖu chØnh, th−êng ®−îc h×nh thµnh trong th«ng tin lÆp l¹i. Tµi liÖu ®iÓm m−a thùc tÕ ®−îc vi tÝnh ho¸, rÊt tiÖn dông tõ Côc thêi tiÕt quèc gia (NWS) th«ng qua Trung t©m sè liÖu khÝ hËu quèc gia (Asheville, b¾c Carilona 28801 - 2696), ®−îc ®o ®¹c hµng giê hoÆc 15 phót mét lÇn. Sè liÖu l−îng m−a hµng giê ®−îc cho trong “Sè liÖu khÝ hËu” hµng th¸ng, chóng ®−îc NWS biªn tËp vµ xuÊt b¶n theo tõng lo¹i. C¸c b¶n sao c¸c ®−êng qu¸ tr×nh m−a thùc tÕ lµ nguån sè liÖu lý t−ëng, tiÖn dông tõ Trung t©m sè liÖu khÝ hËu quèc gia lµ thiÕt yÕu, nÕu thêi gian gi¶i chi tiÕt nhiÒu h¬n. M¹ng l−íi c¸c tr¹m thêi tiÕt cña NWS lµ nguån sè liÖu chñ yÕu cho toµn bé c¸c tµi liÖu khÝ t−îng häc, nh−ng sè liÖu ®ã cßn ®−îc bæ sung tõ c¸c nguån sè liÖu kh¸c mét c¸ch liªn tôc hoÆc nh− mét phÇn cña c¸c dù ¸n ®Æc biÖt kh¸c. C¸c nguån sè liÖu ®ã bao gåm ViÖn nghiªn cøu ®Þa chÊt häc Mü (USGS), Côc b¶o vÖ ®Êt (SCS) vµ Côc C«ng binh Mü còng nh− c¸c C¬ quan ng«n luËn, HiÖp héi nh©n ®¹o vµ c¸c tr−êng ®¹i häc. Lo¹i sè liÖu nµy cÇn thiÕt ph©n chia theo c¸c nhãm ®Ó thu ®−îc sè liÖu ®Çy ®ñ vµ trän vÑn cho mét l−u vùc. Chó ý r»ng, sè liÖu l−îng m−a do NWS ®−a ra th−êng kh¸c nhau chót Ýt so víi sè liÖu thu ®−îc tõ viÖc xö lý b»ng m¸y tÝnh cña Trung t©m sè liÖu khÝ hËu quèc gia. 354
Bëi v× c¸c gi¸ trÞ thu ®−îc tõ c¸c dông cô ®o m−a kh¸c nhau. C¸c dông cô ®o m−a ®ã cã thÓ kh¸c nhau vµi ft víi sè liÖu m¸y tù ghi l−îng m−a (sè liÖu dïng ®Ó tÝnh to¸n b»ng m¸y tÝnh) vµ phÇn lín lu«n lu«n tån t¹i sù kh¸c nhau víi sè liÖu dông cô ®o kh«ng ghi (sè liÖu l−îng m−a ®−îc in trong b¶ng tin hµng ngµy cña c¬ quan). VÝ dô, tæng l−îng m−a hµng th¸ng tõ hai dông cô ®o m−a nh− vËy ë St Leo, Florida (kho¶ng 30 dÆm vÒ phÝa b¾c Tampa) ®−îc ®èi chiÕu trong b¶ng 6.4, kh«ng cã dông cô ®o nµo lµ kh«ng ®æi, c¸c gi¸ trÞ cã thÓ lín h¬n hoÆc nhá h¬n dông cô ®o kh¸c. Sè liÖu kh«ng ghi th−êng ®−îc quan t©m h¬n trong c¸c c¬ quan. B¶ng 6.4. Sù so s¸nh sè liÖu tæng l−îng m−a cña m¸y tù ghi vµ sè liÖu kh«ng tù ghi (ST Leo, Florida) M¸y kh«ng tù ghi M¸y tù ghi Kh¸c nhau % sù kh¸c nhau N¨m Th¸ng (in) (in) (in) (in) 1 3.09 2.9 0.19 6.1 2 4.26 4 0.26 6.1 3 1.55 1.7 -0.15 -9.7 4 0.39 0.3 0.09 23.1 5 1.38 1.2 0.18 13 6 4.63 4.6 0.03 0.6 1977 7 6.78 6.7 0.08 1.2 8 12.25 11.8 0.45 3.7 9 8.66 8.9 -0.24 -2.8 10 1.31 1.3 0.01 0.8 11 1.88 1.7 0.18 9.6 12 3.48 3.3 0.18 5.2 Tæng 49.66 48.4 1.26 2.5 1 4.72 4.8 -0.08 -1.7 2 6.2 5.8 0.4 6.5 3 4.01 4 0.01 0.2 4 1.59 1.5 0.09 5.7 5 7.83 8.1 -0.27 -3.4 6 6.12 6 0.12 2 1978 7 9.52 11.3 -0.78 -18.7 8 4.7 3.5 1.2 25.5 9 1.21 1.2 0.01 0.8 10 0.29 0.3 -0.01 -3.4 11 0.02 0 0.02 100 12 4.54 4.3 0.24 5.3 Tæng 50.75 50.8 -0.05 -0.1 • 100 × sù kh¸c nhau/m¸y kh«ng tù ghi 355
Sè liÖu hiÖu chØnh bao gåm viÖc tãm t¾t thèng kª nh÷ng sù biÕn ®æi, nh−ng lo¹i sè liÖu hiÖu chØnh th«ng th−êng nhÊt th−êng ®−îc sö dông trong thuû v¨n lµ c¸c ®−êng cong c−êng ®é - thêi gian - tÇn suÊt t¹o thµnh c¸c ®−êng cong (IDF), chóng ®−îc th¶o luËn trong ch−¬ng 1 vµ sau ®ã tiÕp tôc ®−îc ®Ò cËp tíi trong ch−¬ng nµy. C¸c ®−êng cong IDF sö dông tiÖn lîi tõ NWS (Hershfield, 1961), SCS vµ c¸c nguån d÷ liÖu ®Þa ph−¬ng nh− lµ c¸c ngµnh chuyÓn ph¸t th«ng tin (vÝ dô Weldon, 1985). Th«ng tin tèt nhÊt th−êng tõ c¸c nguån ®Þa ph−¬ng. §o l−îng m−a Nh− ®· ®Ò cËp, khÝa c¹nh gièng nhau cña thuû v¨n ®« thÞ lµ l−îng m−a ¶nh h−ëng nhanh trong l−u vùc. §iÒu nµy cã nghÜa lµ tÇn suÊt xuÊt hiÖn tÝn hiÖu th«ng tin vÒ l−îng m−a cao kÐo theo sù thay ®æi tÇn suÊt xuÊt hiÖn biªn ®é dao ®éng cao trong c¸c ®−êng qu¸ tr×nh dßng ch¶y. L−u vùc ®« thÞ cã tû lÖ c¸c khu vùc kh«ng thÊm n−íc cao kh«ng g©y nªn sù gi¶m c¸c biªn ®é dao ®éng nh− vËy. Trong phÇn lín c¸c tr−êng hîp, mét thïng ®o l−îng m−a cùc ®¹i cung cÊp mét c¸ch gi¶i thÝch thÝch hîp cho c¸c tÇn suÊt xuÊt hiÖn lín, sù kh¸c biÖt lµ ®é réng c¸c thïng ®o m−a th−êng ®−îc sö dông. C¸c thïng ®o m−a cùc ®¹i ®−îc l¾p ®Æt nhiÒu vµ dÔ dµng h¬n trong m¹ng l−íi bëi v× c¸c biªn ®é dao ®éng ®iÖn cã thÓ ®−îc truyÒn trªn mét hép ®iÖn tho¹i hoÆc mét thiÕt bÞ c«ng céng kh¸c hoÆc ®−îc ghi trªn mét chuçi sè liÖu ë mét ®Þa ®iÓm. Trong phÇn lín m« h×nh ho¹t ®éng ®« thÞ, ®iÒu ®ã lµ cÇn thiÕt ®Ó cã ®−îc c¸c ®−êng qu¸ tr×nh m−a víi b−íc gi¶i 5 phót hoÆc tèt h¬n, mÆc dï ®iÒu nµy cã thÓ lµm gi¶m mét chót ë c¸c bÓ chøa lín h¬n. C−êng suÊt dßng ch¶y ft3/s Thêi gian (phót) H×nh 6.4: ¶nh h−ëng cña chuyÓn ®éng lò th−îng l−u, h¹ l−u vµ s−ên më réng tíi l−u vùc ®« thÞ (Surkan, 1984). Trõ khi l−u vùc lµ rÊt nhá (nh− viÖc hoµn thµnh mét trËn lò bao phñ kh«ng gian l−u vùc), ®−êng qu¸ tr×nh thuû v¨n vïng cña s«ng còng sÏ nh¹y bÐn víi lò trùc tiÕp (Jannes vµ Shtifter, 1981). Do ®ã, sù biÕn d¹ng do nh÷ng ¶nh h−ëng cña chuyÓn ®éng lò (hoÆc sãng ®éng häc) cã thÓ ®−îc x¸c ®Þnh th«ng qua sù cÇn thiÕt ph¶i ®Æt c¸c 356
dông cô ®o m−a däc theo chiÒu chuyÓn ®éng (lªn hoÆc xuèng l−u vùc). Sù chuyÓn ®éng cña lò theo chiÒu ngang dßng ch¶y kh«ng ¶nh h−ëng ®Õn ®−êng qu¸ tr×nh thuû v¨n nhiÒu nh− chuyÓn ®éng däc theo chiÒu däc. C¸c ¶nh h−ëng nµy cã thÓ quan s¸t trong h×nh 6.4. ®−êng cong c−êng ®é - thêi gian - tÇn suÊt Sö dông vµ kh«ng sö dông C¸c ®−êng cong c−êng ®é - thêi gian - tÇn suÊt (IDF) ph¶n ¸nh ®iÒu kiÖn vÒ c¸c kh¶ n¨ng x¶y ra (c¸c tÇn suÊt xuÊt hiÖn) cña ®é s©u l−îng m−a hoÆc mËt ®é trung b×nh. §Æc biÖt ®−êng cong IDF cã thÓ m« t¶ b»ng ®å thÞ mét c¸ch chÝnh x¸c c−êng ®é l−îng m−a trung b×nh sÏ xuÊt hiÖn trong mét thêi gian. Nguån gèc cña c¸c ®−êng cong ®−îc th¶o luËn bëi McPherson, 1978. VÝ dô c¸c ®−êng cong IDF cho vïng Tallahassee, Florida ®−îc thÓ hiÖn trong h×nh (6.5) (Weldon, 1985). Chu kú cña mét trËn m−a c−êng ®é trung b×nh 3.6 (in/giê) trong mét kho¶ng thêi gian lµ 40 phót lµ 5 n¨m (nh− ®−îc m« t¶ trong ch−¬ng 3, chu kú t−¬ng hç nhau thËm chÝ cã thÓ b»ng hoÆc v−ît qu¸ trong bÊt kú mét n¨m nµo hoÆc cho mét ®¬n vÞ thêi gian kh¸c). Tr¸i l¹i, muèn biÕt gi¸ trÞ trung b×nh lµ bao nhiªu khi biÕt kho¶ng thêi gian lµ 20 phót vµ chu kú lµ 10 n¨m (h×nh 6.5) th× c−êng ®é lµ 5.6 (in/giê). C¸c gi¸ trÞ ®ã phô thuéc vµo thêi gian, nã ph¶i lu«n lu«n ®−îc x¸c ®Þnh bëi nhiÒu ph−¬ng ph¸p ®Ó sö dông c¸c ®−êng cong IDF vµ thêi gian ®ã kh«ng ph¶i lµ thêi gian ch¶y thùc tÕ cña mét trËn lò do m−a. H×nh 6.5. C¸c ®−êng cong c−êng ®é - thêi gian - tÇn suÊt cho vïng Tallahssee, Florida (Tõ Weldon, 1985). 357
Mét tÝnh chÊt giíi h¹n cña c¸c ®−êng cong IDF ®ã lµ c−êng ®é thùc ra ®−îc trung b×nh ho¸ trªn mét kho¶ng thêi gian x¸c ®Þnh vµ kh«ng thÓ hiÖn ®−îc thêi gian thùc cña l−îng m−a tr−íc ®ã. §−êng ph©n chia mét chu kú cã thÓ m« t¶ vµ lµm tr¬n c¸c kÕt qu¶ cña nhiÒu trËn lò kh¸c nhau. H¬n n÷a, thêi gian nµy kh«ng ph¶i lµ chiÒu dµi thùc cña mét trËn lò, chÝnh x¸c h¬n nã ®¬n thuÇn lµ mét thêi ®o¹n 20 phót trong mét thêi gian nµo ®ã l©u h¬n cña mét con lò, trong khi c−êng ®é trung b×nh x¶y ra víi gi¸ trÞ x¸c ®Þnh. Trong thùc tÕ, c¸c ®−êng cong IDF ®−îc cho lµ c¸c ®−êng viÒn thùc sù tr¬n, trõ khi cã mét ®iÓm sè liÖu trªn ®−êng viÒn. Ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch mét c¸ch chi tiÕt cÊu tróc c¸c ®−êng cong IDF vµ nh÷ng gi¶i thÝch c¸c hiÓm ho¹ kh«ng phï hîp ®−îc cho bëi Mc Pherson, 1978. PhÇn lín vÊn ®Ò th«ng th−êng ®èi víi ®−êng cong IDF lµ chóng th−êng bÞ l¹m dông ®Ó ph©n ®Þnh mét chu kú biÕn cè ®é s©u lò hoÆc c−êng ®é trung b×nh hoÆc ng−îc l¹i. Nh−ng thêi gian nµo sÏ ®−îc dïng cho viÖc ph©n tÝch? Cho mét ®é s©u cã thÓ t¹o thµnh tõ nhiÒu sù kÕt hîp v« h¹n cña c−êng ®é trung b×nh vµ thêi gian, khi thêi gian t¨ng nªn chiÒu s©u mét chu kú cho tr−íc gi¶m. Tõ thêi gian trªn c¸c ®−êng cong IDF kh«ng thÓ hiÖn ®−îc c¸c thêi gian thùc cña trËn lò, nã chØ sö dông mét c¸ch xÊp xØ c¸c ®−êng cong IDF ®Ó x¸c ®Þnh l−îng m−a 10 n¨m t¹o nªn tæng ®é s©u trªn l−u vùc. §iÒu nµy ®¸ng lÏ ph¶i ®−îc thùc hiÖn bëi ph©n tÝch tÇn suÊt ®é s©u lò, sau khi cã sù ph©n chia thêi gian cña gi¸ trÞ l−îng m−a trong c¸c kÕt qu¶ tÝnh lò lôt ®éc lËp (®−îc m« t¶ trong ch−¬ng sau). Th«ng tin cña IDF chiÕm −u thÕ trong s¸ch nghiªn cøu thuû v¨n chñ yÕu lµ do c¸c kÕt qu¶ cña ®−êng cong IDF cÇn thiÕt cho viÖc sö dông trong c¸c ph−¬ng ph¸p thÝch hîp (®−îc m« t¶ trong phÇn 6.4). Sè liÖu IDF ®−îc cung cÊp chÝnh x¸c trong tr−êng hîp nµy nh−ng lÆp l¹i. 1, C¸c ®−êng cong IDF kh«ng thÓ hiÖn thêi gian thùc tÕ cña c¸c trËn lò tr−íc - c¸c c−êng ®é lµ trung b×nh trªn mét thêi gian x¸c ®Þnh. 2, Mét ®−êng cong ®¬n thÓ hiÖn sè liÖu tõ nhiÒu trËn lò kh¸c nhau. 3, Thêi gian trong c¸c ®−êng cong IDF kh«ng ph¶i lµ thêi gian thùc cña trËn lò mét c¸ch chÝnh x¸c mµ phÇn lín m« t¶ thêi gian ng¾n h¬n thêi gian cña mét trËn lò. 4, ViÖc sö dông c¸c ®−êng cong IDF thu ®−îc mét biÕn cè thÓ tÝch trËn lò xuÊt hiÖn sai kh¸c nhiÒu bëi v× thêi ®o¹n ®−îc ph©n chia mét c¸ch tuú ý. X¸c ®Þnh biÕn cè trËn lò C¸c chu kú (hoÆc c¸c tÇn suÊt xuÊt hiÖn) cã thÓ ®−îc Ên ®Þnh ®Õn c¸c biÕn cè l−îng m−a trªn nÒn t¶ng cña nhiÒu th«ng sè kh¸c, nh−ng th«ng th−êng phÇn lín ®−îc Ên ®Þnh trªn nÒn t¶ng cña tæng l−îng tæng l−îng, c−êng ®é trung b×nh, c−êng ®é cùc ®¹i, thêi ®o¹n, hoÆc thêi gian xuÊt hiÖn trªn c¸c l−u vùc. C«ng viÖc víi bÊt kú th«ng sè nµo ®ã, c¸c chuçi sè liÖu thêi gian m−a ph¶i ®−îc ph©n chia tr−íc tiªn thµnh c¸c chuçi sè liÖu gi¸n ®o¹n, c¸c biÕn cè ®éc lËp. Khi ®iÒu nµy ®−îc thùc hiÖn chóng cã thÓ ®−îc ®¸nh gi¸ bëi tæng l−îng hoÆc mét th«ng sè chuÈn bÊt kú vµ viÖc ph©n tÝch tÇn suÊt sÏ ®−îc thùc hiÖn (ch−¬ng 3). §Ó gi¶m bít l−îng tÝnh to¸n, mét phÐp thèng kª ®−îc sö dông ®Ó ph©n chia mét c¸ch ®éc lËp sù xuÊt hiÖn cña lò lôt. Nh− vËy, thêi gian gi÷a c¸c sù kiÖn nhá nhÊt (MIT) ®−îc x¸c ®Þnh, ®ã lµ c¸c nhiÔu ®éng m−a víi mét thêi thêi gian nhá h¬n ®−îc xem 358
xÐt. Mét vÝ dô cã thÓ lµm s¸ng tá vÊn ®Ò nµy. VÝ dô 6.3 Sù ph©n chia c¸c sù kiÖn m−a Cho tÇn suÊt l−îng m−a gi¶ thiÕt ®−îc thÓ hiÖn trong h×nh E6.3. X¸c ®Þnh sè c¸c sù kiÖn t−¬ng øng víi c¸c gi¸ trÞ biÕn ®æi cña thêi gian sù kiÖn t−¬ng hç nhá nhÊt (MIT). H×nhE 6.3. §−êng qu¸ tr×nh m−a lý thuyÕt hµng giê gi¶i thÝch cho sù ph©n chia c¸c sù kiÖn Gi¶i Nh÷ng kÕt qu¶ ®−îc tãm l−înc theo b¶ng sau: MIT Sè c¸c sù kiÖn 0 20 1 7 2 5 3 4 4 3 5 2 6 2 >=7 1 Mùc gi¸ trÞ 0 cña MIT sö dông tÊt c¶ c¸c giê m−a ®−îc xÐt ®Ó ph©n chia c¸c sù kiÖn. Tõ ®ã, sè c¸c sù kiÖn b»ng sè giê m−a. Cho gi¸ trÞ cña MIT lµ 1, Ýt nhÊt mét giê 359
kh«ng m−a ®−îc yªu cÇu ®Ó ph©n chia c¸c sù kiÖn. Sè c¸c sù kiÖn lµ 7 (nhãm c¸c giê Èm −ít liªn tiÕp) ®−îc cho trong b¶ng. Tõ ®ã, c¸c giê m−a kh«ng ®−îc ph©n chia nhiÒu h¬n 6 giê, xem xÐt mét sù kiÖn ®¬n nhÊt toµn bé l−îng m−a cho mét gi¸ trÞ MIT lín h¬n hoÆc b»ng 7 giê. Chó ý r»ng ®é lín c¸c gi¸ trÞ l−îng m−a hµng giê kh«ng ®ãng vai trß trong c¸c ph©n tÝch nµy. Cã thÓ tån t¹i nhiÒu phÐp ®o ®¹c cho mét thèng kª víi c¸c th«ng sè ®Ó x¸c ®Þnh ®éc lËp gi÷a c¸c gi¸ trÞ l−îng m−a, bao gåm viÖc kiÓm tra sù t−¬ng quan gi÷a c¸c gi¸ trÞ l−îng m−a ë nh÷ng thêi gian trÔ kh¸c nhau (Heaney vµ céng sù, 1977; Tavares, 1975). Tuy nhiªn, viÖc x¸c ®Þnh ®¬n gi¶n nhÊt (Khoa häc thuû v¨n, 1979; Restrepo - Posada vµ Eagleson, 1982) lµ viÖc quan s¸t c¸c thêi gian xuÊt hiÖn biÕn cè th−êng ®−îc m« t¶ tèt bëi mét hµm mËt ®é theo luËt luü thõa (phÇn 3.5), tiªu chuÈn ®é lÖch cña ph−¬ng ph¸p ®ã b»ng gi¸ trÞ trung b×nh (hoÆc b»ng tû sè cña chóng, hÖ sè biÕn ®æi Cv = 1). Ph−¬ng ph¸p sö dông c¸c gi¸ trÞ cña MIT gÆp khã kh¨n cho tíi khi hÖ sè biÕn ®æi Cv cña thêi gian t−¬ng hç c¸c sù kiÖn dÇn tíi 1.0. C¸c gi¸ trÞ ®Æc biÖt do MIT g©y ra cã thÓ dao ®éng tõ 5 ®Õn 50 giê cho mét chuçi thêi gian c¸c gi¸ trÞ l−îng m−a giê, tuú thuéc theo vïng vµ theo mïa. ViÖc sö dông thuËn tiÖn mét ch−¬ng tr×nh m¸y tÝnh cho viÖc ph©n tÝch nh− SYNOP (Driscoll vµ céng sù 1989; Côc b¶o vÖ m«i tr−êng 1976; Khoa häc thuû v¨n 1979) ®ã lµ viÖc thùc hiÖn sù ph©n chia sù kiÖn vµ ph©n tÝch tÇn suÊt gi¸ trÞ cña MIT. Sù ph©n chia biÕn cè ®−îc hoµn thµnh vµ ¶nh h−ëng cña th«ng sè trong bÊt kú mét yªu cÇu ph©n tÝch tÇn suÊt nµo cã thÓ ph©n lo¹i c¸c biÕn cè. VÝ dô, thÓ tÝch l−îng m−a hµng giê cña 7 trËn lò lín nhÊt trong 25 n¨m ë Tallahassee, Florida ®−îc thÓ hiÖn trong b¶ng (6.5), gi¸ trÞ cña MIT lµ 5 giê. C¸c thÓ tÝch râ rµng ®ã cã thÓ b¾t nguån tõ nhiÒu thêi ®o¹n kh¸c nhau cña nh÷ng trËn lò thùc tÕ kh«ng ®−îc ph¶n ¸nh mét c¸ch ®óng ®¾n trªn ®−êng cong IDF. So s¸nh c¸c ®é s©u thêi ®o¹n 24 giê còng ®−îc thÓ hiÖn tõ sè liÖu IDF cho vïng Tallahassee (Weldon, 1985). Chó ý r»ng ®é s©u thêi ®o¹n 24 giê lµ ®óng trong ph¹m vi c¸c chu kú ®é s©u tæng l−îng lò lôt, nh−ng ®iÒu nµy kh«ng ®óng khi sö dông c¸c thêi ®o¹n kh¸c B¶ng 6.5. So s¸nh c¸c ®é s©u thêi ®o¹n 24 giê víi c¸c ph©n tÝch tÇn suÊt SYNOP c¸c trËn lò tr−íc ®ã. Chu kú Thêi ®o¹n §é s©u C−êng ®é Ngµy lò (n¨m) (giê) (in) (in/giê) 9/20/1969 26 54 13.41 0.25 IDF 25 24 10.08 0.42 7/17/1964 13 33 9.76 0.3 IDF 10 24 8.64 0.36 12/13/1964 8.7 36 9.73 0.27 7/28/1975 6.5 53 8.84 0.17 7/21/1970 5.2 20 8.18 0.41 IDF 5 24 7.32 0.31 8/30/1950 4.3 36 7.34 0.2 6/18/1972 3.7 46 7.17 0.16 360