Hydrologic modeling of small watersheds Edited by C. T. Haan Professor anf Head, Agricultural Engineering Department, Oklahoma State University, Stillwater, OK 740074 H. P. Johnson Professor, Agricultural Enggineering Department, Iowa State University, Ames, IA 50010 D. L. Brakensiek Research Leader, Northwest Watershed Research Center, USDA, ARS, Boise, ID 83705 An ASAE Monograph Number 5 in a series published by American Society of Agricultural Engineers 2950 Niles Road, P.O. Box 410 St. Joseph, Michigan 49085 (phone 616-429-0300) ASAE Technical Editor: James A. Besselman 1982 Đại học quốc gia hà nội C.T. Haan - H. P. Johnson - D. L. Brakensiek Mô hình toán thủy văn lu vực nhỏ Ngời dịch: Nguyễn Thanh Sơn hiệu đính: Trần Ngọc Anh Hà nội 2003 Đại học quốc gia hà nội C.T. Haan - H. P. Johnson - D. L. Brakensiek Mô hình toán thủy văn lu vực nhỏ Quyển 1: Chơng i chơng III Ngời dịch: Nguyễn Thanh Sơn hiệu đính: Trần Ngọc Anh Hà nội - 2003 Đại học quốc gia hà nội C.T. Haan - H. P. Johnson - D. L. Brakensiek Mô hình toán thủy văn lu vực nhỏ Quyển 2: Chơng iV chơng VI Ngời dịch: Nguyễn Thanh Sơn hiệu đính: Trần Ngọc Anh Hà nội - 2003 Đại học quốc gia hà nội C.T. Haan - H. P. Johnson - D. L. Brakensiek Mô hình toán thủy văn lu vực nhỏ Quyển 3: Chơng VIi chơng VIII Ngời dịch: Nguyễn Thanh Sơn hiệu đính: Trần Ngọc Anh Hà nội - 2003 Đại học quốc gia hà nội C.T. Haan - H. P. Johnson - D. L. Brakensiek Mô hình toán thủy văn lu vực nhỏ Quyển 4: Chơng iX chơng XIII Ngời dịch: Nguyễn Thanh Sơn hiệu đính: Trần Ngọc Anh Hà nội - 2003 Lời ngời dịch Trong nghiên cứu thủy văn học nói chung việc nghiên cứu, khai thác các mô hình toán ngày càng đóng một vai trò vô cùng quan trọng. Đặc biệt hiện nay, khi mà các hoạt động dân sinh kinh tế đang có những tác động mạnh mẽ đến các lu vực đầu nguồn thì việc nghiên cứu sự hình thành dòng chảy, mô phỏng những quá trình vật lý diễn ra trên các lu vực trong điều kiện thiếu số liệu quan trắc sẽ cung cấp cho các nhà quản lý, các nhà hoạch định chính sách những thông tin vô cùng bổ ích nhằm đánh giá, quy hoạch, kiểm soát và hạn chế các thiệt hại do các tai biến thiên nhiên nh lũ lụt, xói lở - trợt đất, ô nhiễm nguồn nớc gây ra. Trong bối cảnh công nghệ thông tin phát triển vũ bão, các mô hình toán thủy văn vì thế cũng đang hình thành nên nhiều hớng phát triển, khai thác tối đa các khả năng to lớn của máy tính điện tử và xâm nhập vào mọi lĩnh vực nghiên cứu bằng nhiều con đờng khác nhau. ở nớc ta hiện cha có một tài liệu chuyên khảo nào có khả năng hệ thống hóa lại toàn bộ các cách tiếp cận mô hình hóa theo bản chất vật lý của các hiện tợng thủy văn, vì thế không chỉ ngời sử dụng đã gặp rất nhiều khó khăn khi lựa chọn mô hình cho các ứng dụng cụ thể cũng nh việc nghiên cứu, mà cả các nhà nghiên cứu thủy văn khi phát triển và hoàn thiện mô hình, nhất là các mô hình thủy văn trên lu vực nhỏ. Để đáp ứng những đòi hỏi trên, chúng tôi xin trân trọng giới thiệu đến các bạn đọc cuốn sách Mô hình toán thủy văn lu vực nhỏ do C. T. Haan làm chủ biên đợc Hiệp hội các kỹ s Nông nghiệp Hoa kỳ xuất bản năm 1982. Cuốn sách thích hợp cho nhiều đối tợng là các sinh viên đại học và sau đại học chuyên ngành Thủy văn, Nông nghiệp, Lâm nghiệp, Thủy lợi, các nhà 7 nghiên cứu phát triển mô hình, các nhà quy hoạch và quản lý lu vực cũng nh các nhà hoạch định chính sách. Trong quá trình biên dịch không tránh khỏi đợc những thiếu sót, rất mong nhận đợc sự đóng góp của tất cả các bạn để cuốn sách này hoàn thiện và thực sự trở thành một cuốn chuyên khảo có giá trị. Hà nội, tháng 8 năm 2003. 8 Giới thiệu Năm 1974 Howard P. Johnson gợi ý rằng cần phải có một cuốn sách dành cho mô hình hoá thuỷ văn thích hợp cho việc sử dụng trong các khoá đào tạo sau đại học. Những tranh luận theo ý tởng về một chuyên khảo theo chủ đề này sau đó đã đợc phát triển. Hội thảo thuỷ văn ASAE SW-217, các quá trình thuỷ lực lu vực và vận chuyển là những nét chính cho sự phát triển một chuyên khảo mà đã đợc hình thành sơ bộ bắt đầu từ năm 1975 dới sự lãnh đạo của Howard P. Johnson. Đề cơng của chuyên khảo đợc ASAE chấp thuận và bắt đầu phác hoạ những nét chính, lựa chọn các tác giả cho các chơng và sau đó hình thành nên cuốn sách. Ngoài tôi ra tham gia biên tập cuốn sách còn có Howard P. Johnson và Don Brakensiek. Việc lựa chọn tác giả cho các chơng và thống nhất giữa chúng thực ra là công việc đơn giản hơn dự đoán. Chúng tôi đã cực kỳ may mắn khi những tác giả của các chơng đều đợc xem nh là những chuyên gia cự phách trong mô hình hoá thuỷ văn lu vực nhỏ. Mỗi một chơng của cuốn sách đều đợc soạn thảo bởi những nhà thủy văn học hàng đầu đã từng có rất nhiều năm nghiên cứu về lĩnh vực mà họ biên soạn. Mục đích của cuốn sách này là tập hợp lại trong một chuyên khảo những suy nghĩ mới nhất về mô hình hoá các khía cạnh khác nhau của chu trình thuỷ văn trên lu vực nhỏ. Một lu vực nhỏ là một lu vực mà chu trình thuỷ văn diễn ra trên đất (pha đất) chiếm u thế hơn so với quá trình xảy ra trong kênh dẫn (pha sông ngòi). Vì vậy mô hình hoá các lu vực nông nghiệp và đất hoang đợc nhấn mạnh hơn. Các vấn đề này đã đợc nhắc đến một cách tản mạn trong nhiều cuốn sách, báo cáo và tạp chí trớc đây. Và ngời ta mong muốn trình bày vài mức độ phức tạp của việc mô hình hoá cho mỗi thành phần của 9 chu trình thủy văn. ở đây trình bày các xử lý lý thuyết kèm theo một số mức độ khác nhau của việc đơn giản hoá nó. Cuốn sách này có thể xem là một giáo trình cho các sinh viên đại học và cũng là tài liệu tham khảo cho các nhà nghiên cứu muốn nâng cao trình độ về mô hình hoá thủy văn. Nó cũng có thể là tài liệu tham khảo giá trị và là sách nguồn cho các nhà t vấn và những ai sử dụng các mô hình thủy văn để giải quyết các vấn đề tài nguyên nớc. 10 [...]... triển mô hình 651 9.7 Tổng kết 652 Tài liệu tham khảo 653 Chơng 10: Một số mô hình lu vực sông điển hình 667 10. 1 Cấu trúc mô hình 669 10. 2 Các đặc điểm mô hình lu vực sông 671 10. 3 Mô hình lu vực sông Stanford 674 10. 4 Mô hình lu vực sông USDA HL-74 6 80 10. 4 Mô hình lu vực sông SCS TR- 20 685 10. 5 Mô hình SSARR 6 90 10. 6... của chuỗi thuỷ văn thời gian 44 2.4 Các mô hình ngẫu nhiên 59 2.5 Các mô hình bộ nhớ ngắn 60 2.6 Các mô hình bộ nhớ dài 74 2.7 So sánh các mô hình bộ nhớ ngắn và bộ nhớ dài 82 2.8 Các quá trình hình thành số liệu ngày 83 2.9 Các quá trình phân rã 89 2. 10 Các mô hình hỗn hợp 92 2.11 Những vấn đề thờng gặp với các mô hình thủy văn ngẫu nhiên... 97 2.12 Lựa chọn mô hình 100 2.13 Ước lợng các tham số 102 2.14 Tóm tắt 124 Tài liệu tham khảo 125 Chơng 3: Giáng thuỷ 135 3.1 Giới thiệu 137 3.2 Lợng ma 138 3.3 Mô hình lợng ma 149 3.4 Lợng ma - một phần của các mô hình thủy văn 161 3.5 Tuyết trong mô hình hoá lu vực nhỏ 171 3.6 Mô hình tuyết tan ... lĩnh vực mô hình hóa thủy văn C T Haan 13 Mục lục Lời ngời dịch 7 Lời giới thiệu 9 Cấu trúc cuốn sách 11 Lời cám ơn 13 Chơng 1: Mô hình hoá thuỷ văn lu vực nhỏ 15 1.1 Giới thiệu 17 1.2 Vòng tuần hoàn thủy văn và các thành phần của nó 19 1.3 Phân loại mô hình 21 1.4 Bản chất ngẫu nhiên của quá trình thủy văn 29 1.5 Các mô hình. .. các mô hình 696 10. 7 Các mô hình tham số phân phối 697 Tài liệu tham khảo 703 Chơng 11: Lựa chọn, hiệu chỉnh và kiểm chứng các mô hình thuỷ văn 709 11.1 Giới thiệu 711 11.2 Nguyên tắc cơ bản của lựa chọn mô hình 712 11.3 Các bớc so sánh các mô hình số 714 11.4 Những vấn đề trong chiến lợc mô hình hóa 716 11.5 Các vấn đề khái quát hóa mô. .. 583 8. 10 Tơng tác giữa mô hình xói mòn và mô hình thủy văn 587 8.11 Một số ví dụ mô hình xói mòn 594 Tài liệu tham khảo 599 Các ký hiệu 6 10 Chơng 9: Mô hình chất lợng nớc đất nông nghiệp 621 9.1 Giới thiệu 623 9.2 Mô hình hoá 625 9.3 Các quá trình vận chuyển 633 9.4 Các thành phần hóa học 635 9.5 Các mô hình kết hợp... mô hình hóa 716 11.5 Các vấn đề khái quát hóa mô hình 7 20 11.6 Các vấn đề cấu trúc mô hình 724 11.7 Các vấn đề hiệu chỉnh mô hình 725 11.8 Các vấn đề thử nghiệm và kiểm chứng mô hình 731 11.9 Các vấn đề phát triển mô hình 733 11. 10 Trình diễn và kết nối kết quả mô hình 735 11.11 Tổ chức hiệu chỉnh mô hình 736 11.12 Những hỗ trợ hiệu chỉnh bằng... 1.5 Các mô hình thủy văn nh là những thành phần của các mô hình hệ thống tài nguyên nớc 32 1.6 Cách tiếp cận các hệ thống 33 1.7 Thiết kế 34 1.8 Lựa chọn mô hình 35 Tài liệu tham khảo 37 Chơng 2: Các mô hình ngẫu nhiên trong thuỷ văn 39 2.1 Giới thiệu 41 2.2 Vai trò của các mô hình ngẫu nhiên trong mô hình hoá lu vực 43 2.3 Các đặc... hình thành phần Các mô hình tiêu biểu đại diện cho một số lớn các mô hình tơng tự nó sẽ đợc mô tả chi tiết hơn Một vài cấp độ mô hình hóa cũng đợc trình bày ở đây Hai chơng đợc dành cho việc lựa chọn, hiệu chỉnh và sử dụng các mô hình lu vực Các cách tiếp cận để lựa chọn và hiệu chỉnh mô hình cũng đợc đa ra trong các chơng này Sử dụng cách tiếp cận nào sẽ phụ thuộc vào ứng dụng của mô hình cũng nh yêu...Cấu trúc cuốn sách Cuốn sách này bao gồm 13 chơng, đợc bắt đầu với chơng giới thiệu về luận thuyết mô hình hóa và phân tích hệ thống Tiếp theo là chơng về mô hình ngẫu nhiên trong thủy văn Bảy chơng sau đó mô tả các mô hình về các thành phần của chu trình thủy văn trên các lu vực nhỏ Chúng bao gồm giáng thủy; thấm và ngăn giữ bởi thực vật; dòng chảy mặt, tích trữ và vận chuyển; bốc thoát hơi; dòng chảy . Chơng 10: Một số mô hình lu vực sông điển hình 667 10. 1 Cấu trúc mô hình 669 10. 2 Các đặc điểm mô hình lu vực sông 671 10. 3 Mô hình lu vực sông Stanford 674 10. 4 Mô hình lu vực sông USDA HL-74. sông USDA HL-74 6 80 10. 4 Mô hình lu vực sông SCS TR- 20 685 10. 5 Mô hình SSARR 6 90 10. 6 So sánh các mô hình 696 10. 7 Các mô hình tham số phân phối 697 Tài liệu tham khảo 703 Chơng 11: Lựa. 3.3 Mô hình lợng ma 149 3.4 Lợng ma - một phần của các mô hình thủy văn 161 3.5 Tuyết trong mô hình hoá lu vực nhỏ 171 3.6 Mô hình tuyết tan 176 3.7 Lợng tuyết tan trong các mô hình thủy văn