Mô hình toán thủy văn lưu vực nhỏ - Chương 12 ppt

C
C
h
h


ơ
ơ
n
n
g
g


1
1
2
2




ứng dụng và lựa chọn các
Mô hình thuỷ văn



12.1 Giới thiệu 773
12.2 Các ứng dụng của mô hình 780
12.3 Các phơng pháp lựa chọn mô hình 802
Tài liệu tham khảo 813

771

772
ứng dụng và lựa chọn các mô hình thuỷ văn
Tác giả:
Thomas J. Jackson, Nhà Thủy văn học, USDA, ARS, Hydrology
Laboratory, Beltsville, MD
.

12.1 giới thiệu
Chơng này nhằm tổng kết về các ứng dụng của các mô hình thuỷ văn
đối với các lu vực sông nhỏ. Ngoài ra, còn có một số hớng dẫn lựa chọn một
mô hình cho một vấn đề cụ thể. Hầu hết các mô hình đề cập đến sẽ đợc mô tả
trong chơng 13.
Tất cả các ứng dụng của mô hình có thể chia làm hai loại: một loại để
đa ra quyết định thực tiễn và một loại để nghiên cứu và đào tạo. Mặc dù ở đây
chúng ta nói chung chủ yếu nghiên cứu loại thứ hai, nhng chúng ta cũng sẽ
nhấn mạnh tới loại thứ nhất. ở các phần sau, chúng ta sẽ cung cấp chi tiết hơn.
12.1.1 Các ứng dụng mô hình
ứng dụng thực tiễn:
Trong một ứng dụng thực tiễn, các nhà phân tích sử dụng các thông tin
thủy văn để lựa chọn một phơng án hoạt động tối u. Thờng thì, trừ trờng
hợp đơn giản nhất, các nhà phân tích sẽ liên kết các dữ liệu thuỷ văn với các
loại dữ liệu khác (ví dụ nh, kinh tế, xã hội và sinh vật) bằng việc sử dụng một
hàm hiện hoặc một hàm ẩn có ảnh hởng tới mỗi loại dữ liệu, tơng ứng với
tầm quan trọng của nó trong các trạng thái đặc thù. Trong quá trình này,
những biến thuỷ văn là dữ liệu vào cho mô hình ứng dụng cụ thể.
Các ứng dụng cụ thể có thể đợc chia nhỏ thành nhiều cách. Một cách đó

là có thể dựa trên mức độ của việc đa ra quyết định, dự án, thiết kế - quy
hoạch và quá trình thực hiện (Mc Pherson, 1975a). Các nghiên cứu về quy

773
hoạch đợc tập trung vào các vấn đề quy mô lớn. Trong những nghiên cứu nh
vậy, sự tơng tác của các yếu tố cơ bản khác nhau trong phạm vi quy hoạch
phải đợc xem xét, cũng nh các sự liên quan của các địa điểm riêng lẻ với mục
tiêu tổng thể. ở cấp độ này của dự án, những biến đổi thuỷ văn có thể đóng
một vai trò tơng đối phụ trong việc đa ra quyết định. Ngoài ra, còn có những
vấn đề trong sự lựa chọn dữ liệu do quy mô rộng của những nghiên cứu nh
vậy. Vì hai lý do này ngời ta ít nhấn mạnh tới sự phức tạp của mô hình.
Trong các nghiên cứu ở cấp độ thiết kế, một quyết định đợc đa ra để
thực hiện một mục đích nhất định. Có thể đây là kết quả một nghiên cứu cấp
độ quy hoạch hoặc thực hiện một chính sách đã có. ở điểm này, nhà phân tích
thờng quan tâm đến vấn đề về các ảnh hởng có liên quan đến sự thay đổi
thuỷ văn và làm sao để hoàn thành với chi phí thấp nhất. Các thông tin khác ít
đợc nhấn mạnh hơn. Một trạng thái đặc trng có thể là thiết kế của một cong
trình chậm lũ kiểm soát dòng chảy từ một sự kiện có xác suất xảy ra là X năm
với chi phí thấp nhất. Những thay đổi thuỷ văn có thể là lu lợng đỉnh lũ và
lu lợng dòng chảy kết hợp với biến cố X năm. Đơng nhiên các mô hình thuỷ
văn đợc nhấn mạnh nhiều hơn. Rất nhiều nghiên cứu đã tìm tòi hoặc giải
quyết vấn đề nhận dạng. Những kiểu phân tích này áp dụng cho cả phần quy
hoạch và thiết kế.
Cấp độ tác nghiệp của việc đa ra quyết định liên quan đến những vấn
đề nh: kế hoạch tới tiêu và điều tiết trữ nớc. Hàm mục tiêu đợc biết đến
một cách điển hình. Vấn đề của những ngời đa ra quyết định là đánh giá
điều kiện hiện tại, dự đoán các sự kiện tơng lai và lựa chọn một phơng
hớng hoạt động tối u theo một mục tiêu. Mô hình này cũng là một công cụ
cho việc kết hợp điều kiện hệ thống và các sự kiện dự đoán với hàm vận chuyển
thuỷ văn để dễ dàng lập đợc thông tin hữu ích có thể sử dụng trong việc đ

a
ra quyết định.
ở tất cả các cấp độ của quyết định, nhà phân tích đòi hỏi một dự đoán
chính xác, phản ứng của hệ thống đối với mỗi dữ liệu vào xác định, đối tợng để
đánh giá chi phí. Đối với các nghiên cứu triển khai, thì một yếu tố khác là thời
gian cũng rất quan trọng. Nh đã mô tả trong tài liệu của Cục công binh Mỹ
(1972), khả năng sử dụng của một dự báo phụ thuộc vào độ chính xác và thời

774
đoạn của nó. Giá trị của một dự báo hoàn hảo cũng chỉ là vô nghĩa nếu thời
gian dự báo trớc của sự kiện là bằng 0
Cấp độ tác nghiệp của mô hình thờng là những ứng dụng cụ thể bởi vì
tính khác biệt lớn của các bớc quản lý thực hành, các vấn đề gặp phải và các
thiết lập hệ thống thực tế. Lindahl và Hamriclc (1970) đã nghiên cứu tới các
yếu tố bổ sung, bao gồm các loại kinh phí, các yếu tố này phải đợc xem xét khi
sử dụng các mô hình thuỷ văn cho cấp độ thực hiện quyết định tác nghiệp.
ở chơng này, chúng ta chia nhỏ các ứng dụng mô hình theo từng vấn đề
thành 5 loại chính: ứng dụng cho nông nghiệp, ứng dụng cho rừng và đất
hoang, khai thác trên bề mặt, các công trình đô thị và công trình nhỏ. Các ứng
dụng nông nghiệp lại đợc chia nhỏ hơn thành các ứng dụng tới, ứng dụng
tiêu thoát nớc và sử dụng đất.
Nhìn chung, vẫn có một khoảng cách giữa các phơng pháp đợc sử
dụng trên thực tế để tạo ra dữ liệu thuỷ văn và quy hoạch hiện tại của mô hình
thuỷ văn. Có nhiều yếu tố góp phần tạo nên khoảng cách này, nhng yếu tố
quan trọng nhất liên quan tới tính kinh tế của các thiết lập lu vực sông nhỏ
và việc xây dựng mô hình.
Hầu hết những ngời làm ứng dụng quyết định đều nhận thấy rằng, một
số phơng pháp họ đang sử dụng để tìm ra dữ liệu thuỷ văn thì ít hơn những
phơng pháp thuỷ văn tối u nhiều. Họ cũng nhận thức đợc rằng, trong một
số vấn đề về lu vực sông, lợi nhuận tổng cộng thì tơng đối nhỏ và những nỗ

lực để tăng những khoản lợi nhuận này bằng cách sử dụng dữ liệu tốt hơn
trong ứng dụng thiết lập cũng chỉ làm tăng thêm một lợi nhuận nhỏ. Do vậy,
thông thờng sử dụng các mô hình thuỷ văn đắt giá thì không hợp lý lắm.
Các mô hình thuỷ văn sẽ có nhiều ứng dụng hơn nếu những ngời phát
triển nó cố gắng tập trung nỗ lực để làm cho chúng trở nên dễ dàng hơn khi sử
dụng. Điều này đòi hỏi những sáng kiến của ngời phát triển mô hình. Có một
phơng pháp có thể làm đợc điều này đó là lợi dụng các trạng thái cân bằng
kinh tế. Đây là những trạng thái mà trong đó một số vấn đề tỉ lệ nhỏ của cùng
một loại gặp phải nh là thiết kế cống ngầm trong một khu vực quản lý. Trong
một trờng hợp cơ bản, việc sử dụng một mô hình thuỷ văn có thể không hợp

775
lý. Tuy nhiên, trong một cơ sở phát triển, các nỗ lực để phát huy các phơng
pháp tốt hơn có thể là hợp lý. Crawford (1973 a) đa ra 2 phơng pháp:
1. Sử dụng mô hình để phát triển các bảng thiết kế hoặc biểu đồ
2. Tính toán trớc dữ liệu sẽ đợc sử dụng trong tất cả các vấn đề và sau
đó cung cấp một phơng pháp đơn giản cho sự cân bằng của phân tích.
Những phơng pháp nh vậy chỉ ra triển vọng tốt nhất cho việc mở rộng
sử dụng các mô hình thuỷ văn. Một số ứng dụng sử dụng phơng pháp này sẽ
đợc nhắc tới sau.
ứng dụng của các mô hình cũng có thể tăng nếu các mô hình đều qua
kiểm tra và đợc chứng minh bằng tài liệu, một bản ghi chép hàng năm cẩn
thận của ngời sử dụng có sẵn thì ngời sử dụng có thể nhận đợc một bản sao
có thể sử dụng đợc của mô hình và việc đào tạo luôn sẵn có.
ứng dụng cho nghiên cứu và đào tạo
Loại quan trọng thứ hai của ứng dụng các mô hình thuỷ văn đó là xem
mô hình nh là một phơng tiện kiểm tra và đào tạo với mục đích là để hiểu rõ
hơn về vòng tuần hoàn thuỷ văn. Một sự khác biệt quan trọng giữa loại ứng
dụng này và loại ứng dụng thực tiễn là nghiên cứu và đào tạo liên quan đến các
kiến thức trong khi ứng dụng thực tiễn chủ yếu liên quan tới dữ liệu.

Nh đã mô tả bởi Diskin (1970), khi một nhà nghiên cứu xây dựng một
mô hình, anh ta phải xác định rõ kiến thức của anh ta về các quá trình tự
nhiên xảy ra. Nếu sau đó anh ta kiểm tra mô hình bằng cách so sánh dữ liệu ra
của nó với dữ liệu từ các sự kiện quan sát đợc, anh ta có thể lập một bản
tờng trình về giá trị của mô hình. Sự phù hợp chứng thực ý kiến của anh ta
trong khi đó sự kẽm phù hợp dẫn tới sự bác bỏ mô hình. Johnson (1973) đã chỉ
ra rằng lợi ích gián tiếp của mô hình cơ bản là tóm tắt lại các vấn đề, các khái
niệm mà nhà nghiên cứu đã gặp phải trong khi những ngời khác lại có thể
không chú ý đến nó. Ngoài ra, các thiếu hụt dữ liệu và phạm vi cần thiết của
nghiên cứu cũng đợc xác định rõ. Nhà nghiên cứu cũng có thể đạt đợc những
hiểu biết quan trọng tập trung vào các thành phần của vòng tuần hoàn thuỷ
văn trong những hoàn cảnh đặc thù sẽ hớng dẫn anh ta trong việc xây dựng
các mô hình đơn giản và thực tế hơn. Quá trình này của việc phân tích mục
đích có thể rất hữu ích.

776
Một ứng dụng quan trọng của các mô hình thuỷ văn trong nghiên cứu là
chúng có thể đáp ứng đợc nh một tiêu điểm trong việc nghiên cứu các đơn vị
đa quy luật, do đó tạo nên sự liên kết (Engman, 1970) .
Một vài năm trớc đây, việc sử dụng các mô hình thuỷ văn chủ yếu đợc
giới hạn trong phạm vi nghiên cứu. Tuy nhiên các nhà phân tích ngày nay
mong muốn có thể thực hiện những mô hình này thờng xuyên. Khuynh hớng
này đợc phản ánh trong hai tài liệu phổ biến về thuỷ văn. Một bản sớm hơn
của unsley và cộng sự (1975) và sau đó là của Viessman và nnk. (1977) gồm
rất ít dữ liệu về quá trình liên kết hay các kiểu mô hình thuỷ văn mô phỏng.
Những tài liệu gần đây đã đợc mở rộng để có nhiều dữ liệu hơn trong các mô
hình này. Ngoài ra, có hai tài liệu khác là của Overton và Meadows (1976) và
Fleming (1975) chỉ liên quan đến việc xây dựng mô hình thuỷ văn cũng đã
đợc xuất bản.
Một sinh viên phải mất một thời gian đáng kể để nghiên cứu các quá

trình thuỷ văn riêng lẻ của vòng tuần hoàn thuỷ văn và thông qua các thí
nghiệm mới đạt đợc sự đánh giá của mỗi một quá trình. Việc sử dụng một mô
hình giúp sinh viên kiểm tra đợc sự ảnh hởng lẫn nhau của những quá trình
riêng lẻ. Khi các mô hình đợc thực hiện trên một hệ thống mạng máy tính,
một sinh viên có thể thực hiện các thí nghiệm rất nhanh chóng. Moore (1971)
cũng chỉ ra việc sử dụng các mô hình trong đào tạo giúp học sinh tích luỹ đợc
kinh nghiệm và một sự đánh giá về tập hợp các vấn đề dữ liệu và xử lý.
12.1.2 Lựa chọn mô hình
Trong quá trình tìm ra một phơng hớng hoạt động, ứng dụng thực
tiến sử dụng nhiều thông tin về các biến đổi. Sự tối u cuả quyết định dựa trên
một tiêu chuẩn xác định chẳng hạn nh là tiêu chuẩn về lợi nhuận tính bằng
tiền.
Dữ liệu không chính xác có thể làm cho ngời quyết định chọn lựa
phơng hớng hoạt động sinh ra ít lợi nhuận hơn hoặc mất đi lợi nhuận. Ngời
đa ra quyết định có thể tránh đợc những mất mát này khi có dữ liệu chính
xác, lấy đợc từ các mô hình hoặc các phơng pháp khác. Mỗi một phơng pháp
sẽ có một giá trị khác nhau. Phơng pháp tốt nhất là phơng pháp cung cấp sự

777
khác nhau tối đa giữa giá trị của nó và chi phí để nhận đợc thông tin cần
thiết.
Sẽ rất hữu ích cho một ngời ra quyết định nếu anh ta có khả năng thực
hiện những phân tích cần thiết để quyết định giá trị và chi phí của các mô hình
thuỷ văn khác nhau trong mỗi vấn đề mà anh ta gặp phải. Tuy nhiên, những
phân tích này thờng đòi hỏi nhiều nguồn lực hơn là khả năng anh ta có thể
thực hiện. Kết quả là ngời quyết định sử dụng những kỹ thuật gần đúng và
hy vọng chúng sẽ tạo ra những kết quả giống nhau.
Rất nhiều các phơng pháp khác đã đợc trình bày trong các sách
nghiên cứu về việc sử dụng trong sự lựa chọn các mô hình và những mô hình
này sẽ đợc mô tả trong một phần sau. Dựa trên cơ sở những phơng pháp này

và những nghiên cứu phụ thêm, chúng tôi đa ra một khung làm việc chung
cho sự lựa chọn mô hình- một phân tích chi tiết chi phí - lợi ích. Phơng pháp
này bao gồm 5 bớc sau đây:
1. Xác định rõ vấn đề và trình bày chi tiết dữ liệu cần thiết cho việc ra
một quyết định
2. Phân biệt các mô hình sẵn có
3. Xác định tiêu chuẩn và giới hạn sẽ đợc sử dụng và định rõ giá trị cho
mỗi mô hình sẵn có (phân tích ảnh hởng)
4. Tính toán chi phí cho từng phần trong mỗi mô hình
5. Đánh giá xếp loại các mô hình và lựa chọn
Đây là một hệ thống định giá chi tiết bởi vì nó giúp cho nhà phân tích
quyết định chính xác xem anh ta cần phải đặt nỗ lực vào nó bao nhiêu? Phần
thứ nhất có thể đòi hỏi nhiều nỗ lực tuy nhiên nên coi phần này là bớc đầu
tiên của bản phân tích cho dù đã chọn đợc mô hình.
Vài năm trớc đây phần thứ hai cần một nỗ lực đáng kể. Tuy nhiên ngày
nay nhiều cuộc khảo sát, ví dụ nh chơng 13 của cuốn sách đã liệt kê các mô
hình sẵn có và những đặc tính của chúng.
Những phân tích tính hiệu quả liên quan đến việc xác định rõ các cấp độ
tối thiểu của sự thực hiện. Liệu mô hình có cung cấp những dữ liệu cần thiết
theo không và thời gian đảm bảo độ chính xác hay không? Bớc này đợc
Grimsrud và nnk. bàn tới (1974). Quan điểm của họ (cũng là quan điểm của

778
tôi) cho rằng phần việc này không nhất thiết đòi hỏi một nỗ lực lớn nếu đã có
sẵn các dữ liệu thông tin cần thiết. Tuy nhiên, những loại dữ liệu này lại
thờng không sẵn có. McCuen và nnk. (1977) đã điểm lại rất nhiều phơng
pháp cho việc quyết định tần suất lũ và đã tìm thấy đợc rằng những dữ liệu
chính xác thờng không đợc đa ra hoặc thờng không tơng xứng. Do đó
thờng thì ngời làm mô hình thực tiễn thờng sử dụng một đánh giá không
đầy đủ hoặc tự anh ta điều hành việc thử nghiệm kiểm tra của mình. Phơng

pháp này mặc dù khá đợc a chuộng nhng và không thiết thực và chi phí
cao.
Tiếp theo anh ta sẽ thực hiện một phân tích chi phí để so sánh chi phí
ớc tính của mô hình với khả năng nguồn vốn. Anh ta có thể thực hiện các ớc
tính nhng hiện tại anh ta có rất ít dữ liệu sẵn có để dựa vào đó đa ra một
quyết định.
Qua các bớc ngời làm ứng dụng thực tiễn sẽ tiến tới phần việc thứ 5,
hầu hết các mô hình sẽ bị loại bỏ. Và hệ thống phân loại cũng phức tạp không
kém. Gtimsrud etal (1976) đã đa ra một phơng pháp sử dụng hai cấp độ
đánh giá phân loại. ở một phần cuối của thang phân loại, các bài toán tùy ý về
trọng lợng có thể đợc sử dụng, trong khi đó Thuyết quyết định cũng đợc sử
dụng ở phần kia.
Những hớng dẫn chung này vẫn cha xác định đợc rõ là chúng ta cần
nỗ lực nh thế nào để phân tích. Mức độ nỗ lực thay đổi tùy theo từng vấn đề.
Trong những trờng hợp cực trị, một hãng có thể làm việc trong một dự án đơn
nhất mà có lợi nhuận kinh tế tơng đối nhỏ. Dới những điều kiện đó, một
phân tích quan trọng để đánh giá mô hình có thể không cần thiết. Tuy nhiên,
việc quản lý một đờng cao tốc cấp bang liên quan đến việc cần phải xem xét
cẩn thận các thiết kế các công trình thủy lợi hàng năm. Trong một nền tảng dự
án thì những phân tích nh vậy không cần thiết nh
ng nếu là từ một góc độ
tăng trởng thì phân tích nh vậy lại là cần thiết.
ở phần này chúng tôi đã trình bày một số hớng dẫn cho việc lựa chọn
mô hình với mục đích để tạo nên hai điểm. Đầu tiên, giá trị của một mô hình
đợc lấy từ thực tế giúp ta tránh đợc những quyết định không đúng làm giảm
lợi nhuận của dự án. Nếu giá trị này đợc xác định và giá thành cũng tính

779
đợc, thì lợi nhuận của mỗi mô hình cũng có thể tính toán đợc và vì thế có thể
lựa chọn đợc mô hình tốt nhất.

Thứ hai, việc nghiên cứu tỉ mỉ ớc lợng mô hình thờng không thể thực
hiện hoặc không thực tế; nỗ lực đặt vào những nghiên cứu này phải phản ánh
kết quả của quyết định sẽ đợc thực hiện và mức độ nhạy cảm của nó đối với
dữ liệu thuỷ văn. Một ngời làm mô hình thực tiễn nên có một số ý tởng về
những yếu tố đợc u tiên hơn. Nếu mô hình sẽ đợc sử dụng nên xem xét lại
một lần nữa. Mặc dù nhiều tiêu chuẩn hiệu quả và chi phí có thể đợc xác định
bằng tơng đối ít nỗ lực, chỉ sẵn có ít thông tin để ớc lợng dữ liệu mà không
có kiểm tra thử nghiệm độc lập.
12.2 Các ứng dụng của mô hình
12.2.1 Nông nghiệp
Tới. Quy hoạch, thiết kế và quá trình thực hiện của hệ thống tới phục
vụ mục đích là thu đợc lợi nhuận tối đa cho vụ mùa. Việc tới cũng cố gắng
làm sao cho hiệu quả việc sử dụng nớc đạt cao nhất. Jensen (1972) chỉ ra rằng
hệ thống tới nớc có ảnh hởng tới toàn bộ lợi nhuận, và các yếu tố khác bên
cạnh yếu tố dùng nớc cũng phải đợc xem xét đến. Thật may mắn, đúng nh
Jensen (1972) đã công bố, mục tiêu tạo lợi nhuận tối đa thờng thành công với
hiệu quả sử dụng nớc. Cho dù câu hỏi đặt ra là xác định yêu cầu tổng lợng
nớc tới cho một mùa hoặc sắp đặt chơng trình cho việc sử dụng nớc tiếp
theo, ngời làm mô hình thiết lập có thể thu đợc lợi nhuận từ các dữ liệu mô
tả nớc trong đất nh một hàm của thời gian và các biến khí hậu. Các mô hình
thuỷ văn có thể sử dụng để tạo ra dữ liệu này.
Đối với việc sắp đặt ch
ơng trình tới, vấn đề ở đây là phải kiểm soát
trạng thái của các nguồn nớc dự trữ trong đất để nó không bao giờ giảm
xuống đến nỗi làm sản lợng vụ mùa (Kincaid và Heerman, 1974). Điều này sẽ
làm giảm công việc xác định khi nào cần và cần bao nhiêu lợng nớc bổ sung.
Ngời làm mô hình thực tiễn cần phải có một bản dự báo khi nào nớc ngầm
dự trữ sẽ đạt tới một trạng thái tới hạn. Để làm đợc bản dự báo này, phải tính
đến các yếu tố: loại mùa màng, các giai đoạn tăng trởng của cây trồng, loại
đất và các đặc tính thuỷ lực học, mực nớc trong đất, dự báo thời tiết và các

780
biến về khí hậu. Có một cách để giả quyết vấn đề đó là sử dụng một mô hình
thuỷ văn.
Một ví dụ của ứng dụng mô hình thuỷ văn để sắp đặt chơng trình tới
đợc Jensen (1972) và Kincaid, Heerman (1974) thực hiện. Jensen (1972) đã
phát triển một mô hình để dự đoán ngày tới và lợng tới. Mô hình của ông
bao gồm có tất cả các biến số đã nói trên. Đơng nhiên mô hình này không bao
gồm tất cả các quá trình thuỷ văn, bởi vì rất nhiều quá trình trong đó không
cần thiết cho kiểu ứng dụng này.
Jensen (1972) đã phát hiện ra vài cá nhân nông dân không thích sử
dụng phơng pháp này cho nông trại của họ. Do đó, ông đã nhấn mạnh vào việc
phát triển một phơng tiện để làm cho mô hình có thể đa vào sử dụng.
Phơng pháp có khả năng thực hiện đợc cao nhất là giao phó việc khai triển
chơng trình tới cho các đại diện trung tâm hoặc các công ty có khả năng duy
trì các máy móc thiết bị và đội ngũ nhân viên cần thiết. Jensen (1972) đã thảo
luận đến nhiều trờng hợp sử dụng thành công phơng pháp này. Dựa vào dữ
liệu trong bản báo cáo của ông, rõ ràng các dịch vụ nh vậy rất có giá trị và
kinh phí lại thấp. Dự tính giá vào khoảng từ 4 đến 10 đôla cho 1 ha/năm.
Một ví dụ kỹ càng hơn của ứng dụng một mô hình thuỷ văn trong tới
nớc đợc Carr (1973) thực hiện. Trong điều tra của ông, ông đã sử dụng mô
hình STANFORD với 4 mô hình quản lý để xác định sự khác nhau trong sản
lợng vụ mùa và nớc sử dụng giữa các phơng pháp truyền thống và các
phơng pháp mới. Kết quả của ông đợc chỉ ra rằng những có thể đạt đợc
những cải tiến về sản lợng nếu dự án đợc dùng và các phơng pháp mới đợc
sử dụng.
Một nghiên cứu khác sử dụng một mô hình thuỷ văn cũng đã đợc mô tả
bởi Dragaun và cộng sự (1972). Trong điều tra này, một khu vực tới liên quan
tới việc làm ổn định mực n
ớc ngầm, cung cấp nớc để đạt sản lợng mùa tối

đa, làm giảm vấn đề tháo nớc và duy trì môi trờng nguyên thuỷ, đã sử dụng
mô hình nh một công cụ chẩn đoán và dự báo. Họ đã phân tích các đơn vị
dùng và nghiên cứu ảnh hởng của sự tới tiêu bổ sung cũng nh vùng đất
đợc tới tiêu trong sự thay đổi đa dạng.

781
Tiêu. Sự tiêu nớc đất nông nghiệp là sử dụng kết hợp của phơng pháp
trên bề mặt và dới bề mặt đất làm tăng sự thoáng khí, cải tạo khả năng vận
chuyển nớc của đất, làm tăng sự hấp thụ nớc của đất và trợ giúp trong việc
kiểm soát sự tích tụ muối trong vùng, kết quả là nông dân thu hoạch đợc sản
lợng cao hơn, chất lợng cũng cao hơn và có khả năng trồng những cây có giá
trị hơn.
Kế hoạch tiêu nớc phải xem xét nhiều yếu tố - các yếu tố độ phì nhiêu
của đất, thời tiết, các phơng pháp quản lý và đặc điểm thoát nớc đều rất
quan trọng. Các đặc tính của cây là quan trọng nh nhau: độ sâu của rễ và khả
năng chống úng của cây.
Các biện pháp cho thiết kế hệ thống tiêu nớc thờng sẵn có trong nhiều
năm, tuy nhiên những phơng pháp này đều dựa trên cơ sở các giả thiết và sự
đơn giản hoá. Ngày nay, việc lập một thiết kế tốt hơn bằng cách sử dụng các
mô hình thuỷ văn và các yếu tố liên quan khác là có thể thực hiện đợc.
Bhattacharya và nnk. (1977) đa ra một ví dụ hoàn hảo về cách sử dụng
một mô hình thuỷ văn với dữ liệu kinh tế để tối u hóa một thiết kế hoạch tiêu
nớc. Mô hình đợc sử dụng chia trắc diện của đất thành các vùng đồng nhất.
Sự cân bằng của nớc liên tục đợc duy trì trong mỗi vùng sử dụng các số liệu
về sự lắng đọng nh là dữ liệu đầu vào. Các quá trình bốc hơi đã đợc mô
phỏng cho mỗi vùng để xác định lợng nớc trong đất sẵn có. Lợng nớc tạm
thời cũng đã đợc mô phỏng lại qua công thức tính mặt nớc ngầm. Sự thoát
nớc đã đợc mô phỏng có thể làm thay đổi lợng nớc tạm thời ở mức có thể
ảnh hởng tới mặt nớc ngầm. Khoảng cách và độ sâu khác nhau của hệ thống
thoát n

ớc đã đợc ớc tính và liên kết tới hệ số thoát nớc, dung lợng nớc
chuyển đi tính bằng milimet mỗi ngày.
Mô hình đã đợc thực hiện với chuỗi số liệu ma 27 năm sử dụng các
tính chất đất xác định để phát triển mối quan hệ giữa hệ số thoát nớc và số
ngày liên tiếp của mặt nớc nằm trong một khoảng cách xác định từ bề mặt.
Sau đó, sử dụng dữ liệu này cùng với độ sâu và sức chịu đựng nhất định, một
tần số của quan hệ ngập nớc đã đợc thiết lập cho mỗi mức độ thoát nớc.
Hình 12.1 đa ra một ví dụ về một quan hệ nh vậy.

782
Bhattacharya và nnk. (1977) đã thực hiện sự phân tích này thêm một
bớc nữa. Sử dụng các giá cả vụ mùa dự tính, tỉ lệ lãi suất, thời gian hoàn vốn,
chi phí lắp đặt hệ thống thoát nớc, họ đã khai triển một tần số quan hệ lợi
nhuận đợc chỉ ra trong hình 12.2. Một thiết kế tối u dựa trên cơ sở lợi
nhuận cao nhất khoảng 10%. Dĩ nhiên, nh tác giả đã nhắc tới, các phân tích
của họ không tính đến tất cả các yếu tố kinh tế. Tuy nhiên, các kết quả chỉ ra
tiềm năng của phơng pháp.



Hình 12.1: Tốc độ thoát nớc và sự thay đổi tơng ứngtheo % của gơng nớc ngầm tiến
tới gần hơn bề mặt hơn 300mm trong 2 ngày liên tiếp
Tốc độ tiêu thoát mm/ngày
Phần trăm số năm có độ sâu
g
ơn
g
nớc n
g
ầm 300mm

Một ứng dụng khác của mô hình hóa thuỷ văn cho quá trình tiêu thoát
nớc đợc thể hiện trong một loạt điều tra, sử dụng mô hình thuỷ văn của
trờng Đại học Tổng hợp bang Iowa. Những nghiên cứu này tập trung vào một
vùng của Trung Tây Mỹ, đặc điểm của vùng này đợc nhận dạng bằng các
vùng trũng nên do đó hầu hết các vùng này đều đợc rút hết nớc. Trên phần
hạ lu sông của vùng này đã có một sự tranh luận sôi nổi về những ảnh hởng
của sự tiêu thoát nớc. Có ý kiến cho rằng sự lắp đặt thiết bị thoát nớc làm
mất đi các nguồn nớc dự trữ tự nhiên và làm thúc sự di chuyển của nớc
trong đất do đó làm tăng các đỉnh lũ. ý kiến khác lại cho rằng việc xoá bỏ đi
lợng nớc dự trữ trong vùng trũng, thì cơ hội để nó đầy lại khi có ma cũng ít

783
đi. Nếu các vùng trũng đầy nớc thì dòng chảy sẽ bị tăng lên. Tuy nhiên nếu
chúng đã đợc tiêu thoát đi thì chúng sẽ làm ngng trệ dòng chảy.




Lợi nhuận ròng hàng năm Đôla/ha
Phần trăm số năm có độ sâu gơng nớc
ngầm 400mm cho 2 ngày liên tiếp
Hình 12.2 Lợi nhuận ròng hàng năm dự đoán với các cơ hội khác nhau của các thiệt hại mùa
màng do không tiêu thoát thích hợp

Haan và Johnson (1968 a) và (1968 b) đã phân tích vấn đề sử dụng một
mô hình thuỷ văn đợc thiết kế đặc biệt cho vấn đề hiện tại. Đối với mô hình
này, lu vực sông đợc chia thành các vùng dẫn nớc thành phần. Sự nhấn
mạnh ở mỗi vùng chứa nớc là mô phỏng lại dòng chảy tới và chảy qua hệ
thống thoát nớc tới hệ thống kênh cho các sự kiện xác định. Họ đã thực hiện

các thử nghiệm để kiểm chứng lại mô hình.
Các lu vực sông mô phỏng đợc sử dụng trong mô hình để đánh giá
những ảnh hởng của các đặc điểm rãnh thoát nớc, hệ số thoát nớc, tác dụng
của sự thoát nớc đối với dòng chảy và tác dụng của ma nền. Kết quả của hai
phần việc cuối của phân tích này là mối quan tâm trên thực tế. Hình 12.3 chỉ
ra sự so sánh của biểu đồ thuỷ văn có hệ thống thoát nớc và biểu đồ thuỷ văn
không có hệ thống thoát nớc cho các trận ma khác nhau. Họ đã kết luận
rằng trong khoảng thời gian dài, ma cờng độ nhỏ thì lu lợng đỉnh từ một
mô hình sẽ tăng lên cùng với sự thoát nớc. Tuy nhiên, đối với những trận ma
lớn sinh lũ thì lu lợng đỉnh thực sự không bị ảnh hởng bởi sự thoát nớc.

784
DeBoer và Johnson (1971) đã mở rộng mô hình để đa vào nhiều thành
phần thuỷ văn hơn cũng nh các đặc điểm của hệ thống thoát nớc. Campbell
và cộng sự (1974) đã phát hiện ra rằng để bao hàm tất cả các yếu tố liên quan
thì mô hình phải là liên tục. Công việc của họ cho kết quả là một mô hình trong
mùa trồng trọt, mô phỏng dòng chảy, sự tiêu thoát nớc, và trạng thái độ ẩm
đất của vùng rễ cây.




Đ
ờng quá trình dòng chảy cho 3h
ma với cờng độ xác định

Tiêu lu vực DC = 1/2 inch/ngày
Lu vực không có tiêu thoát
12 lu vực phần tử
I 1/2 Inch/h

I Inch/h
I/2 Inch/h
Lu lợng, fit
3
/s
Thời gian, h
Hình 12.3 So sánh các dòng chảy ra do sự vợt quá biến đổi lợng ma có tính đến hay
không tính đến hệ thống thoát nớc

Xử lý đất và các ứng dụng khác Quản lý đất nông nghiệp với mục
đích cải tiến các điều kiện bên trong để làm tăng lợi nhuận và bảo vệ đất.
Ngoài những tác dụng chính này, sự thay đổi của lớp vỏ đất cũng có những tác
dụng khác. Việc đánh giá những phơng pháp này rất quan trọng để lựa chọn
các phơng pháp tốt hơn, đúng hơn để sử dụng.
Sự cải tạo đất bề mặt đợc kết hợp với sản xuất nông nghiệp gồm việc
thay đổi thảm thực vật, lu giữ sự bốc hơi nớc và thoát nớc, việc thay đổi
điều kiện đất bằng việc canh tác và trồng trọt dẫn tới sự thay đổi hình học bề
mặt (Larson, 1973). Các tác dụng thuỷ văn của những hoạt động này bao gồm

785
ảnh hởng lên sản lợng nớc trong tất cả các trờng hợp và trong một số
trờng hợp có dòng chảy lũ, dòng chảy kiệt và chất lợng nớc.
Trong rất nhiều năm, các nhà nghiên cứu đã quan tâm tới việc dự đoán
tác dụng của việc xử lý đất trong sự thay đổi thuỷ văn. Cuốn Sổ tay Thủy văn
phục vụ bảo tồn đất (1972) có đề cập đến những phơng pháp để phân tích các
ảnh hởng này.
Phòng thí nghiệm thuỷ văn USDA-SEA đã khai triển một mô hình
(USDAHL) cho thuỷ văn lu vực. Holtan và Lopez (1970), Holtan và nnk
(1975), Langford và Mc Guinness (1976) cũng nh Glymph và các cộng sự
(1971) đã chỉ ra cách sử dụng một mô hình để dự đoán sự thay đổi đa dạng của

việc xử lý đất. Một mô hình là tiềm năng cho các ứng dụng khác, vì nó bao gồm
các thành phần và các thông số phản ánh vụ mùa, đất trồng, đất phủ bề mặt,
và sự quản lý nên nó có thể sử dụng trong nhiều loại nghiên cứu. Mô hình này
cũng đã đợc sử dụng trong một mô hình phức tạp hơn cho việc mô phỏng các
đặc tính chất lợng nớc (Frere và nnk. 1975).
Một loạt các điều tra đã đợc thực hiện bởi Haan (1975), Shanholtz và
Carr (1975), Shanholtz và các cộng sự (1972) để đánh giá một số các mô hình
mô phỏng sử dụng cho lu vực nông nghiệp ở Đông Nam Mỹ.
Một ứng dụng khác của sự tăng lợi nhuận là tác dụng của bảo vệ hoặc
canh tác tối thiểu và điều tiết đối với tổng lợng nớc và dung lợng dòng chảy.
Shanholtz và Littard (1970) đã sử dụng một mô hình thuỷ văn để tiến hành
phân tích về ảnh hởng cân bằng nớc trong đất của đất không canh tác. Mô
hình thuỷ văn cho phép phân tích trạng thái của nớc trong đất với các biện
pháp canh tác thờng lệ và không có canh tác cho mỗi vùng đất canh tác.
Chúng ta cần nhận thức rõ hơn về những điều không tránh khỏi khi
dùng thuốc trừ sâu và chất dinh dỡng đặc biệt là những yếu tố liên quan đến
hệ thống thuỷ văn. Donigian Crawford (1976) đã sử dụng mô hình thuỷ văn
HYDROCOM nh một thành phần để phát triển một mô hình cho việc mô
phỏng những điều không tránh khỏi về việc sử dụng thuốc trừ sâu và phân hoá
học.



786
12.2.2 Rừng và vùng dự báo
Nhận thức về tầm quan trọng của đất hoang ở Mỹ đang đợc nâng cao
đặc biệt là các vấn đề liên quan đến việc ra những quyết định về quản lý các
vùng đất này. Fogel (1971) đã liệt kê một số những vấn đề, ví dụ nh: sự khai
thác gỗ, thức ăn và đồng cỏ cho gia súc, khai thác nớc (số lợng và chất
lợng), môi trờng sống của động vật hoang dã và bảo tồn. Sự quản lý thích

hợp đòi hỏi sự thống nhất của tất cả các yếu tố trên, điều này dẫn đến sự biến
đổi thích nghi của một hệ sinh thái hoặc một phơng pháp tiếp cận chung
(Huff, 1971; Carder, 1976).
Để đánh giá các kế hoạch quản lý luân phiên, nhà chức trách có thể sử
dụng một mô hình thuỷ văn. Sử dụng mô hình thuỷ văn là một phơng thức
tích cực để sử dụng một số các phơng pháp sẵn có khác, ví dụ nh các lu vực
kép.
Những hoạt động ảnh hởng tới tổng lợng và đặc tính nớc của các lu
vực đất hoang đợc thể hiện trong bảng dới đây đợc trích từ Cơ quan bảo vệ
rừng của Mỹ (1977):
1. Tác động đến hệ thực vật.
2. Xây dựng đờng sá và giao thông
3. Hoả hoạn.
4. Thức ăn cho động vật
5. Khai thác gỗ
6. Sử dụng thuốc trừ sâu
7. Các hoạt động giải trí
8. Trồng rừng
9. Xây dựng bãi rác thải
10. Ngăn nớc và làm lệch hờng dòng chảy.
Các hoạt động khác cũng có thể đợc bổ sung thêm vào danh sách trên,
ví dụ nh sự thay đổi thời tiết. Các hoạt động này là nguyên nhân dẫn tới sự
thay đổi tổng lợng nớc, sự xói mòn, lũ lụt và các đặc tính chất lợng nớc.

787
Đối với thuỷ văn rừng, hầu hết các nghiên cứu đều liên quan tới sự tăng
lợng nớc và sự kiểm soát xói mòn. Hầu hết các phơng pháp đợc sử dụng
cho việc tăng lợng nớc đã đợc mô tả trong Dortignac (1967).
Shih và các cộng sự đã dùng mô hình lu vực của trờng Đại học Tổng
hợp Utah để phân tích một lu vực nhỏ trong một khu rừng tùng bách. Họ đã

quan sát thấy các kết quả tốt trong việc lựa chọn các biểu đồ thuỷ văn trong
suốt khoảng thời gian không có tuyết. Nhiều cuộc điều tra khác đã đợc thực
hiện sử dụng mô hình điều chỉnh trên các lu vực thực nghiệm Entiet ở
Washington (Bowles và nnk, 1975). Mực đích của các điều tra này là để nghiên
cứu ảnh hởng của cháy rừng lên các đặc điểm của dòng chảy. Một vụ cháy
rừng thiêu rụi ba lu vực sông thí nghiệm đã đợc quan trắc đo đạc trong
nhiều năm. Lu vực vẫn đợc duy trì sau đám cháy. Các biểu đồ thuỷ văn
trớc đám cháy và sau đám cháy đã đợc sử dụng để tham số hoá mô hình. Sự
tăng lợng nớc trớc đám cháy đợc chú ý và đợc cho là giảm bốc thoát hơi
thực vật và thấm. Các nghiên cứu tơng tự đã đợc tiến hành trên một phạm
vi rộng lớn hơn bởi Fleming (1971) sử dụng mô hình HYDROCOM.
Các trạm thực nghiệm đã tài trợ cho rất nhiều nghiên cứu phối hợp với
nghiên cứu của Haver Creek ở vùng Arizona, nghiên cứu này liên quan đến sự
quản lý tổng hợp các lu vực rừng (Cader,1976). Các mô hình thuỷ văn đóng
một vai trò quan trọng trong những nghiên cứu này. Các hoạt động quản lý
rừng thiết kế cho sự tăng tổng lợng nớc đang đợc đánh giá về những tác
động của chúng tới sự vận chuyển phù sa, dòng chảy lũ, sản lợng khai thác gỗ
và đời sống hoang dã. Các kết quả của những nghiên cứu này đang đợc ngời
quản lý lu vực sử dụng.
Simon và cộng sự (1975) đã phát triển một mô hình để dự báo lợng
n
ớc và phù sa trên cơ sở từng sự kiện đơn lẻ. Mô hình cũng có thể đợc sử
dụng để mô phỏng ảnh hởng của việc chặt và cháy trụi rừng. Những hoạt
động ảnh hởng của thực vật đợc mô phỏng bằng việc thay đổi các thông số
phản ánh độ che phủ của tán cây và mật độ che phủ mặt đất. Hình 12.4 và 12.5
chỉ ra những ảnh hởng của sự thay đổi mật độ tán cây và mật độ che phủ mặt
đất trên biểu đồ cho một lu vực 313,6- acre. Mô hình đợc hiệu chỉnh ở điều
kiện đã bị chặt trụi và sau đó các thông số đợc thay đổi để phản ánh sự tăng
của độ che phủ. Sự mô phỏng này đều đợc thực hiện cho cả những trận ma

788
lớn và nhỏ. Mô hình này và một mô hình mô phỏng liên tục về sự cân bằng
nớc (Rogers, 1973) đã đợc kết hợp lại để phát triển thành một mô hình mới
tên là ECOWAT (Carder, 1976).



Tổng lợng nớc
Ma lớnMa lớn
Ma nhỏ
Thay đổi đỉnh lũ %
Ma lớn
Ma nhỏ
Thời gian đỉnh lũ
Ma nhỏ
Ma lớn
Độ
che phủ th
ự
c v
ậ
t
Hình 12.4 ảnh hởng của mật độ che phủ thực vật trong biểu đồ thuỷ văn của lu vực 1

Leaf và Brink (1972) đã phát triển một mô hình để dự báo những thay
đổi cả về tốc độ và sự phân bố theo mùa của sự tan tuyết. Mô hình này còn
đợc chọn lọc hơn nữa để mô phỏng lại những ảnh hởng trong thời gian ngắn
của sự chặt phá rừng từng phần và các hoạt động khác tác động lên lợng nớc
và lợng phù sa (Leaf và Brink,1973). Từ một mô hình thời gian ngắn ngời ta
đã phát triển một mô hình mô phỏng thời gian dài để đánh giá ảnh hởng lâu

dài của hệ thống quản lý đất khác nhau (Leaf và Brink,1975).
ảnh hởng của thảm thực vật mỏng đối với cân bằng nớc trong vùng
thoát nớc nhỏ ở rừng gỗ thông cứng nh trong nghiên cứu của Pogerson
(1976), cũng đã sử dụng một mô hình thuỷ văn.

789
Rikey và Hawkins (1976) đã khảo sát cách sử dụng của mô hình thuỷ
văn trên các lu vực đất qui hoạch. Một ví dụ về ứng dụng mô hình liên quan
đến ảnh hởng của sự biến đổi rừng thành đồng cỏ hoặc hỗn hợp cây bụi rậm
đối với tổng lợng nớc và lu lợng. Mô hình thuỷ văn đã đợc tham số hóa
ứng dụng cho lu vực trồng rừng nhỏ. Sau đó các thông số cũng đợc điều
chỉnh để phản ánh một sự thay đổi đối với một điều kiện rangeland. Sau quá
trình này, mô hình đợc tiến hành trong một vài trận ma để xác định các tác
động.



Ma lớn
Tổng lợng
Ma nhỏ
Thay đổi đỉnh lũ %
Ma lớn
Ma nhỏ
Thời gian đỉnh lũ
Ma nhỏ
Ma lớn
Độ
che phủ đất
Hình 12.5 ảnh hởng của mật độ che phủ đất trong biểu đồ thuỷ văn của lu vực 1

Ardis (1973) đã sử dụng Mô hình biểu đồ thuỷ văn Tennessee Valley để
đánh giá tác động của việc khai thác gỗ trên biểu đồ lu lợng của hai lu vực
trồng rừng nhỏ. Hình 12.6 thể hiện biểu đồ quan trắc và tính toán của cùng
một trận ma với điều kiện độ che phủ rừng trên lu vực là 100%. Các thông số
của mô hình đã đợc thay đổi để tái tạo rừng phát quang. Hình 12.6 cũng thể
hiện biểu đồ mô hình của cùng một trận ma ở các lu vực đã đợc phát quang
95% và 50%.

790
12.2.3 Khai thác bề mặt
Sự khai thác bề mặt làm biến đổi chế độ thuỷ văn của một vùng và có
thể dẫn tới phá vỡ hoặc huỷ diệt môi trờng. Trớc kia, sự mâu thuẫn trên một
bề mặt khai thác là bảo tồn môi trờng cản trở việc thu lợi nhuận; Tuy nhiên
cho đến nay, mâu thuẫn này sẽ là mâu thuẫn giữa năng lợng với môi trờng.
Nhận ra thực tế này, thì các chú ý của nhà chức trách đợc hớng đến việc
phát triển kiểm soát hợp lý các phơng pháp khai thác. Để đạt đợc những
quy tắc này họ phải lập lại kế hoạch hoạt động, điều này yêu cầu khả năng để
đánh giá một sự thay đổi tuần hoàn trớc trong và sau khi khai thác bề mặt.



Lu lợng, fit
3
/s
Mô phỏn
g
5% rừn
g
Mô phỏn
g

100% rừn
g
Quan trắc 100% rừn
g

Thời
g
ian, h
Hình 12.6 Mô phỏng ảnh hởng của việc chặt rừng tại lu vực phía bắc
Fork Citico Creek trong cơn bo 2/13/66

Những đống vật liệu phế thải không chôn là nguồn chính tạo nguồn a xít
trong rất nhiều hoạt động khai thác bề mặt. Sternberg và Agnew đã nghiên
cứu phần nớc đóng góp của các đống vật liệu đó cho nớc bề mặt bằng một mô
hình thủy văn.
Herricks và một số ngời khác (1975,1976) đã sử dụng mô hình lu vực
STANFORD để phát triển thành một công cụ cho đánh giá các ảnh hởng môi
trờng của các hệ thống khai thác bề mặt khác nhau. Mô hình đã đợc hiệu
chỉnh cho một lu vực lớn và sử dụng để tạo chuỗi tài liệu lu lợng liên tục.
Số liệu này đã đợc sử dụng trong mô hình mô phỏng sản lợng sulfat và trầm

791
tích. Cuối cùng thông tin mô hình đợc kết hợp với các mẫu thử sinh học để dự
báo tác động của sự thoát nớc mỏ trên cộng đồng sinh vật trong dòng chảy.
Các ảnh hởng của khai thác mỏ than đá lộ thiên trên một lu vực đến
chế độ thuỷ văn đã đợc Tung nghiên cứu (1975). ông đã sử dụng mô hình
dòng chảy liên tục hàng ngày TVA để nghiên cứu thuỷ văn nh là một hàm số
của mức độ khai thác. Số liệu từ một lu vực có đo đạc đợc sử dụng trong
nghiên cứu. Khi có kết quả của các mô hình nghiên cứu, ông đã phát triển mối
quan hệ giữa các tham số mô hình và thành phần phần trăm của lu vực bị tác

động.
Hầu hết, các nỗ lực để mô hình hóa các tác động thuỷ văn của khai thác
đợc trình bày trong một báo cáo của Shumate và một số ngời khác (1976). Họ
đã phát triển một mô hình toàn diện mà mô phỏng các tác động đến tổng lợng
và chất lợng nớc của việc khai thác và bao gồm một thủ tục tối u hoá để
xác định vị trí các nguồn tài nguyên. Có hai nhân tố quan trọng trong phần
thuỷ văn. Một phần là một tập hợp các mô hình nguồn thống nhất để mô phỏng
dòng chảy và sự hình thành a xít cho việc khai thác thô và sâu và khai thác bóc
tách. Các thành phần riêng biệt này đợc liên kết thông qua đặc trng quan
trọng khác, mô hình lu vực STANFORD, để hình thành dấu vết (trace) liên
tục.
Các tác giả đã chỉ ra rằng hiện tại các mô hình có thể là quá phức tạp để
cho các sử dụng thực tiễn. Tuy nhiên, các nghiên cứu xa hơn, bằng các sử dụng
dữ liệu kiểm tra, có thể hớng đến việc đơn giản hoá có hiệu quả. Mô hình
giống nh thế có tác dụng to lớn và sẽ rất hữu ích trong kế hoạch hóa các hoạt
động khai thác.
12.2.4 Khu vực đô thị
Một sự khác biệt lớn của các vấn đề liên quan đến nớc bắt gặp trong các
vùng đô thị (Mc Pherson, 1975 a). ở đây chúng ta chỉ thảo luận những vấn đề
liên quan tới dòng chảy do ma. Hầu hết các vấn đề này bắt nguồn từ một
trong các ý sau:
1. Sự phát triển đô thị: Do các tầng không thấm nớc và hệ thống kênh
mơng hóa nên tổng lợng và tốc độ dòng chảy tăng.

792
2. Lý thuyết thiết kế trớc đây: Rất nhiều hệ thống thoát nớc lũ đã
đợc xây dựng với mục đích tiêu thoát nớc ma đến từ khu vực mà không
quan tâm tới các ảnh hởng bên ngoài của nó
3. Nhận thức trong quần chúng tăng: Nhiều năm trớc đây không ai
thực sự quan tâm đến các khía cạnh chất lợng nớc của dòng chảy đô thị.

Lu trữ phần bãi đỗ xe
Lu trữ phần bãi đỗ xe và
trên mái nhà
Lu trữ phần bãi đỗ xe, trên
mái nhà và vỉa hè xốp
Điền trũng
Không kiểm soát

Lu lợng, fit
3
/s

Thời
g
ian từ lúc bắt đầu ma, phút
Hình 12.7. So sánh các biểu đồ thuỷ văn trạm nghiên cứu đối với các dụng cụ kiểm
soát dòng chảy khác nhau ở Skyline Center Planned Unit Development
Sự phức tạp của hệ thống đô thị, các nền kinh tế và các chính sách liên
quan đến các quyêt định quan tâm tới việc kiểm soát và quản lý nớc ma, đòi
hỏi rằng các thông tin thuỷ văn sử dụng trong thiết kế là đáng tin cậy và đầy
đủ. Do đó, không có gì là ngạc nhiên khi các mô hình thuỷ văn đã đợc sử dụng
trong rất nhiều nghiên cứu. Các ví dụ sau đây chứa đựng các nghiên cứu đã
tiến hành trên các lu vực nhỏ và nghiên cứu các vùng mà các quyết định trên
một lu vực nhỏ có liên quan tới các ảnh hởng ở hạ lu.
Các mô hình thuỷ văn đang đợc sử dụng hàng ngày dựa vào rất nhiều
quy định cho việc quản lý nớc ma. Lumb và James (1976) đã phát triển một
thủ tục cho công ty Dekalb, Georgia giữ lại phần lớn các u điểm của một mô
hình thuỷ văn phức tạp nh vẫn đảm bảo chi phí là thấp nhất. Họ đã sử dụng

mô hình lu vực STANFORD để tìm ra các chuỗi dòng chảy tuyến tính, khôi

793
phục cho một phạm vi rộng của lu vực đặc trng. Sau đó thông tin thuỷ văn
thờng xuyên đợc phát triển bằng cách sử dụng một mô hình tuyến tính.
Hartigan và Bonuccelli (1977) đã đa ra một mô hình quản lý nớc ma
thích hợp (Huber và Heaney, 1977) ở Virginia. Họ đã đa ra một ví dụ liên
quan đến phát triển đơn vị đã quy hoạch mà cộng thêm 48 mẫu Anh của lớp
phủ không thấm nớc bao phủ vào một lu vực rộng 50,5 km
2
(19,5 dặm
vuông). Sau khi xây dựng các biểu đồ thủy văn trớc và khi thực hiện, ông đã
đánh giá, phân tích nhiều biện pháp kiểm soát nớc ma. Một vài biện pháp
kiểm soát trên hiện trờng bao gồm các bãi đỗ xe dự trữ, đỉnh mái nhà tích trữ
và mặt đờng xốp đã đợc mô hình hóa. ảnh hởng của các biện pháp kiểm
soát này, mô phỏng bằng mô hình, đợc minh hoạ trong hình 12.7 đối với trận
ma giả định.
Có lẽ mô hình thuỷ văn đô thị đã sử dụng rộng rãi nhất là mô hình quản
lý nớc ma (SWMM) đã phát triển dới sự tài trợ của Cơ quan Bảo vệ Môi
trờng Mỹ (Huber và Heaney, 1977). SWMM đã từng đợc áp dụng trong một
vài nghiên cứu ở Mỹ, Canada và các quốc gia khác. Các ứng dụng này bao gồm
thiết kế hệ thống cống thoát nớc ma, việc phân tích dòng chảy nhập lu/
thấm, đánh giá các hệ thống hiện hành, phân tích dòng chảy tràn, quy hoạch
chi tiết và quy hoạch vùng (Anderson, 1976; Cole và Shurt, 1976; Jewrl và nnk,
1974; và Meinholz cùng cộng sự 1974). Một ứng dụng đặc biệt nhiều thông tin
là một hớng dẫn nghiên cứu trình bày từng bớc một ví dụ làm thế nào để sử
dụng mô hình và tính đến tất cả số liệu cần thiết và giải thích cho mỗi thủ tục
(Jewell và nnk, 1977).
Một vài nghiên cứu đã đợc thực hiện để chứng minh các mô hình thủy
văn có thể đợc kết hợp với các số liệu kinh tế nh thế nào, để tạo ra các thiết

kế tối u cho hệ thống thoát nớc đô thị. Crawford (1973 b) đã thực hiện loại
khảo sát này bao gồm một phép so sánh giữa hệ thống thoát nớc thông thờng
với việc sự dụng hệ thống có khả năng giữ nớc đối với một lu vực ở Santa
Maria, California. Mục đích chính của ông là để chọn lựa hệ thống hiệu quả
nhất cho việc hạn chế lũ lụt ở địa phơng. Các biến thiết kế bao gồm mơng
dẫn và độ dốc kênh, cỡ ống dẫn, kích thớc vùng trữ nớc và độ lớn dòng chảy
(một chỉ thị của mức độ phát triển) và các giá trị mặt đất.


794

Lu lợng đỉnh lũ, fit
3
/s/arce
Tần suất
Cờng độ sử dụng đất, fit
3
/s/arce
Hình 12.8 Quan hệ lu lợng đỉnh lũ và mức độ sử dụng đất

Shih và một số ngời khác (1976) đã phát triển một thủ tục cho thiết kế
tối u của hệ thống thoát nớc đô thị đó là kết hợp một mô hình thuỷ văn với
số liệu kinh tế. Mô hình thuỷ văn đợc dùng để tìm ra các đờng cong tần suất
lu lợng đối với các điều kiện hiện tại và ngoài ra cũng cho sự tăng lên khác
nhau với sự phát triển đô thị hóa mà nó đã đợc đa vào trong mô hình thông
qua một nhân tố đô thị hoá. Đối với một biện pháp kiểm soát đặc trng, thì mô
hình đợc sử dụng để tìm ra các thông tin giống nhau. Đối với các lu vực đặc
thù, số liệu thiệt hại lũ lụt có quan hệ với mức độ đô thị hoá. Loại hình đô thị
hoá đợc dự đoán vợt quá thời gian và mối quan hệ lu lợng - thiệt hại- thời
gian đợc phát triển. Số liệu thuỷ văn và số liệu kinh tế sau đó đợc thống

nhất để đánh giá sự thiệt hại trung bình hàng năm đối với các điều kiện hiện
tại và các thiệt hại đó dới mỗi sự thay đổi. Sau khi sử dụng số liệu chi phí thì

795