Khả năng ứng dụng của mô hình mưa - dòng chảy

Số liệu về dòng chảy đóng vai trò hết sức quan trọng trong qui hoạch, thiết kế và vận hành các công trình quản lý nước nhưng thường không được theo dõi một cách đầy đủ về không gian cũng như thời gian. Mô hình Mưa-dòng chảy trong đó dạng mô hình nhận thức là công cụ hữu ích giúp giải quyết khó khăn này. Tuy nhiên, việc sử dụng phương pháp mô hình hóa chỉ có thể mang lại hiệu quả khi người sử dụng hiểu rõ bản chất cũng như khả năng ứng dụng của nó. Bài viết  đưa ra một số hạn chế của mô hình nhận thức mưa-dòng chảy nhằm tránh tình trạng sử dụng nó một cách thiếu cẩn trọng, dẫn đến kết quả là không đáp ứng được mục đích nghiên cứu đặt ra.

I. GIỚI THIỆU

Mô hình Mưa-dòng chảy là công cụ hữu ích, giúp ước tính dòng chảy từ mưa. Thông thường thì số liệu về dòng chảy không đầy đủ, vì vậy, ước tính dòng chảy dựa vào lượng mưa là bài toán cần giải quyết. Việc phân loại mô hình có thể thực hiện thông qua nhiều chỉ tiêu theo lĩnh vực mà nó đề cập tới (mô hình lý, hóa, sinh, thủy văn, thủy lực,…), sự phân bố không gian của kết quả (mô hình phân bố, tập trung), đặc tính của mô hình (mô hình động, tĩnh),… Có ba loại mô hình chính [3] gồm:  

- Mô hình tất định (explicative, deteministic, process-based, phenomenological,...). Mô hình được xây dựng dựa trên các định luật vật lý, hóa học,...mô tả quá trình cần mô phỏng và các thông số cần kiểm định chính là các thông số trong các phương trình mô tả các định luật này.

- Mô hình nhận thức (conceptual, comportement). Toàn bộ hệ thống hoặc phần lớn các thành phần của hệ thống được sơ đồ hóa hay được thay thế bởi một hệ thống giả định đơn giản nhưng thể hiện gần đúng chức năng chuyển hóa đầu vào-đầu ra của hệ thống.

- Mô hình ngẫu nhiên (empiric, probabilistic, stochastic,...). Với quan niệm cho rằng hiện tượng cần nghiên cứu xảy ra một cách ngẫu nhiên, mô hình thống kê chỉ đưa ra các giá trị mang tính thống kê mô tả khả năng hiện tượng có thể xảy ra (tần suất xuất hiện) chứ không đưa ra giá trị cụ thể.

Việc lựa chọn mô hình phù hợp phụ thuộc vào nhiều yếu tố như mức độ phức tạp của hệ thống hay số liệu sẵn có nhưng mục đích sử dụng của mô hình là yếu tố cần được quan tâm hàng đầu. Trong nhiều trường hợp, việc lựa chọn mô hình đơn giản là hết sức cần thiết nhưng điều đó không có nghĩa là sẽ đáp ứng được tất cả các yêu cầu liên quan tới việc tính toán dòng chảy.

Bên cạnh đó, độ tin cậy của mô hình vốn phụ thuộc vào bản chất của nó, cần được tìm hiểu kỹ để có thể đưa ra những khuyến cáo chính xác cho những nhà hoạch định chính sách. Điều này hết sức quan trọng trong bối cảnh mô hình ngày càng nhiều về thể loại, số lượng và được áp dụng ngày càng phổ biến tại các nước có nền khoa học đang phát triển trong đó có Việt Nam [4]. Dựa trên một số tài liệu tham khảo về bản chất của mô hình nhận thức cũng như việc ứng dụng của nó, bài viết đi sâu phân tích một số vấn đề tồn tại của loại mô hình này.

II. MỘT SỐ TỒN TẠI CỦA MÔ HÌNH NHẬN THỨC 

2.1 Mô hình chưa phản ánh đầy đủ cơ chế hoạt động của hệ thống

2.2 Các thông số của mô hình chưa phản ánh hết ý nghĩa vật lý của nó

2.3 Tính bất định của mô hình

III. KẾT LUẬN

Những phân tích trong bài viết này cho thấy một số nét đặc trưng của mô hình dạng nhận thức cũng như những vấn đề trong việc ứng dụng chúng. Việc lựa chọn mô hình, kết hợp giữa mô hình tất định và mô hình ngẫu nhiên, hay xem xét tính bất định của mô hình là hết sức cần thiết nhằm nâng cao chất lượng của các mô hình thủy văn trong các bài toán thực tế.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]. Beven K. J. , 2004, Rainfall-Runoff modeling, John Wiley & Sons, 372 trang.

[2]. Chow V. T. et al. (1995), Apllied hydrology, Mc GRAW-HILL International Editions, P.572.

[3]. Desbordes M. (1984), Modélisation en hydrologie urbaine, recherches et application, USTL Montpellier.

[4]. Johnston R., Kummu M., 2011, Water resources models in the Mekong basin: a review, Stringer Sciences+Bessiness Media B.V., 27 trang.

[5]. Seibert J., 1999, Conceptual runoff models – fiction or representation of reality?, PhD thesis, Uppsala University, 52 trang.

[6]. Uhlenbrook S., Seibert J., Leibundgut C. and Rodhe A., 1999, Prediction uncertainty of conceptual rainfall-runoff models caused by problems in identifuing model parameters and structure, Hydrological sciences-Journal des sciences hydrologiques, 44(5), trang 779-797.

Xem bài báo tại đây: Khả năng ứng dụng của mô hình mưa - dòng chảy

Tác giả:

ThS. Dương Quốc Huy, PGS.TS. Nguyễn Tùng Phong, TS. Đặng Thế Phong
Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam

PGS.TS. Ngô Lê Long - Trường Đại học Thủy lợi

TẠP CHÍ KH&CN THỦY LỢI