Giới thiệu một số phần mềm ứng dụng trong lĩnh vực nước mặt (thủy văn)

- Mô hình MARINE
Mô hình tính toán thủy văn Marine do Viện Cơ học chất lỏng Toulouse-
IMFT(Cộng hòa Pháp ) xây dựng
Dựa trên phương trình Saint-Vernant để tính toán dự báo quá trình hình thành, lan truyền lũ trên lưu vực.
Dự báo tốt các cơn lũ sinh ra do mưa trên lưu vực nhỏ, nhưng đòi hỏi phải có số liệu địa hình, thổ nhưỡng, lớp phủ, mạng lưới trạm khí tượng thủy văn đủ dày, đặc biệt phải dự báo được mưa với độ phân giải cao.

- Mô hình SSARR
Tổng hợp dòng chảy và điều tiết hồ chứa.
Đặc điểm của mô hình: Xây dựng một sơ đồ hình thế cho hệ thống sông, bao gồm:
· Các lưu vực bộ phận sinh dòng chảy .
· Điều kiện thủy văn tương đối đồng nhất
· Các đoạn sông diễn toán lũ
· Các hồ chứa
· Các đoạn sông xử lý nước vật
· Các điểm nối và tổng hợp dòng chảy
Kết quả tính toán phụ thuộc vào việc xác định các thông số và các quan hệ vật lý, chỉ số, chỉ tiêu được xác định khá mềm dẻo.
Nhược điểm: sử dụng nhiều quan hệ dưới dạng bảng làm cho việc điều chỉnh mô hình gặp nhiều khó khăn và khó tối ưu hóa.
Mô hình SSARR được cải biên để ứng dụng cho hệ thống sông Hồng, sông Trà Khúc, sông Vệ và cho kết quả khá tốt trong tính toán và dự báo nghiệp vụ.

- Mô hình TANK
Lưu vực được mô phỏng bằng chuỗi các bể chứa xếp theo tầng và cột phù hợp với hình dạng lưu vực, cấu trúc thổ nhưỡng, địa chất,…Mưa trên lưu vực được xem như lượng vào của bể chứa trên cùng. Mỗi bề chứa đều có một cửa ra ở đáy.
Mô hình đơn giản nhất là kiểu cột bể TANK đơn: 4 bể trên một cột. Phù hợp cho các lưu vực nhỏ có độ ẩm cao.
Mô hình phức tạp hơn là mô hình TANK kép gồm một số cột bể mô phỏng quá trình hình thành dòng chảy trên lưu vực, và các bể mô tả quá trình truyền sóng lũ trong sông.
Ưu điểm: Ứng dụng tốt cho lưu vực vừa và nhỏ. Khả năng mô phỏng dòng chảy tháng, dòng chảy ngày, dòng chảy lũ.
Nhược điểm: có nhiều thông số nhưng không rõ ý nghĩa vật lý nên khó xác định trực tiếp. Việc thiết lập cấu trúc và thông số hóa mô hình chỉ có thể thực hiện được sau nhiều lần thử sai, đòi hỏi người sử dụng phải có nhiều kinh nghiệm và am hiểu mô hình.
Mô hình TANK ứng dụng dự báo ngắn hạn quá trình lũ cho thượng lưu sông Thái Bình và một số nhánh nhỏ hệ thống sông Hồng.

- Mô hình MIKE 11&21
Xây dựng tại Viện Thủy lực Đan Mạch (DHI).
Mô hình thuỷ động lực học dòng chảy 1 chiều trong kênh hở, bãi ven sông, vùng ngập lũ.
Ưu điểm nổi trội so với các mô hình khác như:
· Liên kết với GIS.
· Kết nối với các mô hình thành phần khác của bộ MIKE ví dụ như mô hình mưa rào-dòng chảy NAM, mô hình thuỷ động lực học 2 chiều MIKE 21, mô hình dòng chảy nước dưới đất, dòng chảy tràn bề mặt và dòng bốc thoát hơi thảm phủ (MIKE SHE)
Kết quả thử nghiệm dự báo tác nghiệp bằng mô hình MIKE 11 là rất khả quan. Mô-đun mô hình thủy động lực (HD) là một phần trọng tâm của hệ thống lập mô hình MIKE 11 và hình thành cơ sở cho hầu hết các mô-đun bao gồm:
· Dự báo lũ và vận hành hồ chứa.
· Các phương pháp mô phỏng kiểm soát lũ.
· Vận hành hệ thống tưới và tiêu thoát bề mặt.
· Thiết kế các hệ thống kênh dẫn.
· Nghiên cứu sóng triều và dòng chảy do mưa ở sông và cửa sông.
Mô hình MIKE 11 được áp dụng để dự báo lũ và vận hành các công trình phòng chống lũ cho hệ thống sông Hồng - Thái Bình; sông Hương....

- Mô hình DIMOSOP (Distributed hydrological model for the special observing
period)
Sử dụng dữ liệu dạng điểm của các trạm đo mưa trong lưu vực hoặc sử dụng kết quả dự báo dưới dạng ô lưới (grid) là đầu ra của các mô hình dự báo thời tiết như MM5 và BOLAM để dự báo lũ. Cấu trúc chính của mô hình dựa trên quan điểm chia lưu vực tính toán ra thành một hệ thống các ô lưới. Kích thước của mỗi ô lưới phụ thuộc vào mức độ chi tiết của số liệu thu thập cũng như yêu cầu tính toán. Mỗi một ô lưới trên lưu vực đều được đặc trưng bởi một yếu tố thủy văn nào đó, có thể là một phần tử của lưu vực, có thể là một phần tử của sông, hay là một phần tử của hồ chứa ...
Đầu vào của mô hình này ngoài lượng mưa còn là bản đồ địa hình dưới dạng DEM, bản đồ hiện trạng sử dụng đất, loại đất dưới dạng ô lưới Grid (vì đây là mô hình thủy văn phân bố), và các loại công trình cũng như quy trình vận hành của các công trình.
Đầu ra của mô hình chính là lưu lượng hay mực nước lũ tại bất kỳ một ô lưới nào (điểm nào) trên lưu vực chứ không phải hạn chế chỉ tại một vị trí như các mô hình thủy văn thông số gộp đưa ra.
Ưu điểm:
· Khả năng sử dụng thông tin toàn cầu như bản đồ đất, hiện trạng sử dụng đất, ảnh vệ tinh để mô phỏng lưu vực đặc biệt hữu ích cho các lưu vực liên quốc gia, khi mà thông tin về lưu vực ở phần quốc gia kia không thu thập được hoặc thu thập được nhưng không chính xác vì đầu vào của mô hình
như đã nêu trên toàn ở dạng ô lưới.
· Có khả năng kết nối với các mô hình khí tượng BOLAM và MM5 để kéo dài thời gian dự báo phục vụ vận hành tối ưu hệ thống hồ chứa.
· Một lần chạy mô hình sẽ cho kết quả dự báo của nhiều trạm, nhiều vị trí khác nhau với thời gian dự báo lên đến 5 ngày.
Hiện tại đang sử dụng dự báo lũ trung hạn cho hệ thống sông Hồng và sông Thái Bình. Đây là mô hình được đánh giá rất khả quan cần được nghiên cứu áp dụng cho các lưu vực khác.

- Nhìn chung về các mô hình
Hiện nay, các mô hình toán thủy văn, thủy lực một chiều trong hệ phương trình đầy đủ của St. Venant (như các phần nềm MIKE 11, ISIS, ONDA, FLUCOMP và HECRAS... sử dụng) vẫn là những mô hình thông dụng nhất dùng để dự báo mức độ ngập lụt do lũ.
Mô hình HYDROGIS do Viện Khí tượng thủy văn tiến hành áp dụng trong tính toán dự báo lũ lụt hệ thống sông Hồng-Thái Bình. Đây là một tiếp cận khác phát huy tính chủ động sáng tạo trong nghiên cứu dự báo lũ.
Nhìn chung đối với các sông miền Trung, mô hình toán thủy văn như TANK, NAM, HEC-HMS, mô hình thủy lực thường được áp dụng.
Mô hình MIKE-11 với những mô đun riêng biệt như dự báo thủy văn, vận hành hồ chứa, điều khiển công trình, đặc biệt có mô đun dự báo với chức năng tự động cập nhật sai số nên đây là mô hình được sử dụng để dự báo tác nghiệp.
Mô hình HMS và HEC-RAS đã cho kết quả tốt trong tính toán mưa - dòng chảy, thủy lực, vận hành hồ chứa và các công trình phân chậm lũ. Tuy nhiên, mô hình không có mô đun cập nhật sai số - một mô đun cực kỳ quan trọng của một mô hình dự báo, vì thế rất khó sử dụng trong công tác dự báo tác nghiệp.
Mô hình HMS, HEC-RAS và MIKE-11, VRSAP thường dùng cho dự báo lũ hệ
thống sông Hồng - Thái Bình