Bài giảng mô hình mike

Giới thiệu Mơ hình mơ diễn tốn nước Mike PGS.TSKH Bùi Tá Long , Đại học Bách khoa Đại học Quốc gia Tp Hồ Chí Minh  DHI Water & Environment (DHI cụm từ viết tắt chữ Danish Hydraulic Institute)  Cơng ty DHI có khoảng 560 nhân viên, số 35% có tiến sĩ với nhiều kinh nghiệm thực dự án nghiên cứu triển khai cơng nghệ DHI có trụ sở Hørsholm, Đan Mạch văn phịng đại diện nhiều nước giới Úc, Bungari, Chi lê, Trung Quốc, Pháp, Đức, Italy, Malaysia, Nauy, Tây Ban Nha, … gần Thái lan Việt Nam … Tiếp theo Vì lại Mike ?  Khi gặp phải vấn đề phức tạp lý thuyết hệ thống mơ hình tốn ln tìm đến  Những mơ hình tốn ngày có xu hướng ngày phức tạp  Tính phức tạp mơ hình địi hỏi khối lượng lớn liệu  Khi hệ thống thơng tin môi trường xây dựng để đáp ứng yêu cầu chạy mơ hình xử lý thơng tin  Số lượng người sử dụng Mike ngày tăng giới Việt Nam      Là phần mềm tích hợp đa tính năng; Là phần mềm kiểm nghiệm thực tế; Cho phép tính tốn chất lượng nước với độ xác cao; Giao diện thân thiện, dễ sử dụng; Có ứng dụng kỹ thuật GIS, kỹ thuật với tính hiệu cao; Ví dụ: tốn Vedan Xử lý chuẩn hóa số liệu Bộ chương trình Mike cho dịng chảy Bộ chương trình Mike21, Mike3 Bộ phần mềm MIKE bao gồm nhiều phần mềm có chức nhiệm vụ khác MIKE 11, MIKE 21, MIKE 3, MIKE BASIN, MIKE SHE, MIKE MOUSE.v.v MOUSE: hệ thống đóng gói dành cho mạng kín đường ống Mơ hình lưu ý tới mưa dịng chảy, thủy động lực học dòng, chất lượng nước, chuyển động bùn cát Đây công cụ giúp quản lý mạng chế độ thời gian thực MIKE11 – hệ thống mô chiều cho sông, kênh, hệ thống thủy lợi bao gồm module mưa dòng chảy, phân tán chuyển động tạp chất bùn cát, module hình thái, module chất lượng nước mơ hình dịng chảy hai lớp MIKE21 – hệ thống mơ hai chiều dùng để phân tích dịng chảy, sóng, vận chuyển tạp chất, chất lượng nước khơng gian có đối tượng nước mở, vùng ven bờ vùng cửa sông MIKE3 – hệ thống mô hình chiều có khả tương tự MIKE2 việc mơ hình theo chiều khơng đáp ứng yêu cầu … Tiếp Chương trình Mike21, Mike3  Hệ thống MIKE 21 (PP, HD, AD, MT, SW, PA, SA): hệ thống phức hợp giải vấn đề mực nước dòng chảy chiều (2D), vận chuyển khuyếch tán chất hòa tan lơ lửng, bùn cát, lan truyền dầu; lan truyền sóng biển, tính tốn sa bồi tác động việc nạo vét luồng lạch… Hệ thống đại giải hầu hết vấn đề thủy lực phức tạp vùng cửa sông ven biển  Hệ thống MIKE (PP, HD, MT): hệ thống chương trình phát triển dựa nghiên cứu khoa học gần đây, tính tốn dịng chảy bùn cát chiều (3D) Hệ thống mơ tốt phân bố dòng chảy bùn cát theo khơng gian chiều, thích hợp để nghiên cứu với độ xác cao tốn sa bồi, xói lở đoạn sơng đặc biệt thích hợp để áp dụng cho vấn để xói lở đoạn sơng cong, cửa sơng ven biển…  Phần mềm LITPACK (PP, LITSTP, LITDRIFT, LITLINE, LITPROF, LITTREN) đánh giá tác động cơng trình ven biển; tối ưu hố hệ thống cơng trình bảo vệ khu vực bờ biển; thiết kế đánh giá việc bảo vệ bờ biển; tính tốn nạo vét luồng lạch; thực nghiên cứu diễn biến hình thái học ven biển… 10 … Tiếp theo Mike 11  MIKE11 – phần mềm đóng gói thuộc quyền hãng DHI Water & Environment (DHI cụm từ viết tắt chữ Danish Hydraulic Institute)  MIKE11 dùng để mô chế độ thủy lực, dòng chảy bề mặt, vận chuyển bùn cát tạp chất Ngồi MIKE11 cịn mơ chất lượng nước hệ thống kênh sông phức tạp  MIKE11 – công cụ lý tưởng để quản lý lưu vực sông, để hỗ trợ định toán quản lý nguồn nước, đặc biệt vào thời điểm có lũ 11 Điểm đặc biệt MIKE11 liệu MIKE11 chuyển qua hệ thống thông tin địa lý ArcView MIKE11 xây dựng cho máy tính cá nhân từ 1996 chương trình viết để chạy hệ thống Window 95/98/2000/NT Chương trình sản phẩm cơng nghệ máy tính cao (với nhớ động CSDL) Chương trình tích hợp nhiều mơ hình tốn nghiên cứu từ năm 60 kỷ trước 12 Đặc điểm Mike11 Cấu trúc Mike11 MIKE11 bao gồm module sau đây: – Module thủy văn; – Module thủy động lực học; – Module tải – phân tán vận chuyển bùn cát kết dính (cohesive sediment transport); – Module chất lượng nước; – Module vận chuyển bùn cát khơng kết dính (noncohesive sediment transport); 13 … Tiếp theo 14 Thế mạnh Mike11 Những module lại có thêm module chi tiết Cấu trúc module MIKE11 cho phép khả lớn sau đây: Mỗi module sử dụng riêng rẽ; Việc truyền liệu module thực cách tự động Mỗi module xác lập phụ thuộc trình vật lý (hình thái sơng,chuyển động bùn cát chất lượng nước); Việc kết nối module diễn nhanh chóng 15  Cấu trúc liệu – MIKE11 ứng dụng mạnh mẽ công nghệ CSDL.Việc ứng dụng mang lại hiệu rõ rệt  Tổ chức làm việc với CSDL – phần thiếu hệ mô cịn kích thước mơ hình làm giảm tăng lên CSDL không phụ thuộc vào hệ điều hành dễ dàng chuyển sang máy tính khác hay CSDL khác  Cấu trúc CSDL MIKE11 sử dụng cách độc lập (ví dụ CSDL thủy văn lưu vực sơng sử dụng độc lập) 16 Các module áp dụng … Tiếp  Giao diện Mike11 quản lý trực tiếp hệ thống menu với cách xây dựng hợp lý Hỗ trợ bảo đảm giai đoạn với trợ giúp menu Help  MIKE11 phát triển hệ thống đồ họa màu phong phú, cho phép kiểm tra liệu, biểu diễn thông tin trực diện lưu trữ thông tin CSDL Bộ chương trình đồ họa cịn cho phép user biểu diễn kết mô  MIKE11 phát triển module cho phép xử lý thống kê biểu diễn kết đưa vào mơ hình Module thủy động lực (HD – Hydrodynamics) Module tải – phân tán (AD – Advection – Dispersion) Module chất lượng nước (WQ-Water Quality, Eco Lab) 17 Module động lực học (HD – Hydrodynamics) 18 Module HD  Module thủy động lực học sử dụng phương pháp sai phân với sơ đồ ẩn tính tốn dịng chảy khơng dừng kênh sơng vùng cửa sơng Các sơ đồ tính tốn module HD mô tả chi tiết tài liệu hướng dẫn MIKE11 19 Dự báo lũ (NAM) Module chất lượng nước (WQ-Water Quality)  Module cho phép mở rộng khả module NAM (mưa – dòng chảy) module thủy văn HD Module chất lượng nước liên quan chặt chẽ với module AD (tải-phân tán) Module WQ có lưu ý q trình phản ứng hệ thống nhiều thành phần như: phân hủy chất hữu cơ, quang hợp, hô hấp thực vật, nitrat, nitrit, trao đổi oxygen với khí Sự cân khối lượng tham số tham gia vào q trình mơ lưu ý tất điểm với bước thời gian sử dụng phương pháp ngoại suy hợp lý 21 … Tiếp theo 22 Module kim loại nặng Sự tích tụ chiết xuất kim loại nặng Sự lơ lửng lắng đọng hạt kim loại nặng Sự dịch chuyển kim loại hòa tan hạt lơ lửng môi trường nước chuyển tải phân tán Module mô tả: – Mối quan hệ BOD/DO – Ni tơ hóa – Ảnh hưởng thực vật đáy – Sự khuấy động lắng đọng bùn cát – Nhu cầu oxy phân hủy chất hữu Kim loại nặng 23 24 Phú dưỡng hóa Ứng dụng Mike11 Module mơ số q trình vật lý, hóa học sinh học có liên quan tới vấn đề sinh thái nước ô nhiễm đối tượng nước, số phải kể tới: – Phiêu sinh thực vật động vật – Sự phát triển thực vật đáy – Chu trình phát triển chất dinh dưỡng       Xử lý đồ Chuyển đồ vào Mike Thiết lập thông số Giải toán thủy lực (HD) Giải toán lan truyền (AD) Giải toán chất lượng nước (ECO LAB) Module sử dụng để nghiên cứu: – Các nguồn gây ô nhiễm nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp, ô nhiễm hoạt động nông nghiệp – Sự thay đổi địa hình đáy có gây ảnh hưởng tới thực vật đáy 26 25 Các liệu cần đo đạc Dữ liệu đồ  Các vị trí trạm thuỷ văn  Dữ liệu hành xã, huyện, tỉnh  Dữ liệu khu công nghiệp doanh nghiệp có liên quan  Dữ liệu nguồn thải tương ứng: vị trí 27 28 Các bước biên tập đồ Đưa đồ vào Mike  Bước 1: Khởi động Mapinfo/ mở đồ (ví dụ: D:\map\thivai)  Bước 2: Khoanh vùng cần chạy mơ hình /xuất ảnh – file/ Save Window as/ (….*.bmp)  Bước : Lấy toạ độ 2điểm hình vừa lưu  Điểm 1: Phía - góc trái:(X:698,276.82; Y:1,166,043.40)  Điểm : Phía - góc phải:(X : 721,612.66;Y: 1,184,043.40) 29 Bước 1:Chọn Mike 11 30 Bước 2: đưa đồ raster vào  Trong có mục: Simulation, River network, Cross section, Boundary, Rainfall-runoff, Hydrodynamic, Advection-Dispersion, Water quality, Eutrophication, Sediment transportation, Flood forecasting, Batch Simulation  Ta cần chọn tạo đường dẫn cho mục : Simulation, River network, Cross section, Boundary, Hydrodynamic, Advection-Dispersion 31  Đưa đồ chọn vào  Thiết lập mạng kênh sơng dựa việc số hố đồ vùng nghiên cứu ảnh raster (bước trên)  Trong phần Network chọn đưa vùng đồ vào theo trục X, Y tương ứng Sau nhập xong toạ độ, ta nhập trình tự sau:  Vào Layers / add/remore layer/ newfile  Chọn Properties/ nhập X,Y/ ok  Ta hình ảnh hiển thị phần mềm để chuển bị số hố mạng sơng 32  Bản đồ xuất vùng tính Thiết lập thơng số … Tiếp  Đưa đường dẫn file số liệu chuẩn bị để chạy mơ hình bao gồm file vùng chạy (Network); file số liệu mặt cắt (Cross-Section); file số liệu mực nước (HD Parameters); File số liệu chất lượng nước (AD Parameters)  Cần phải điền đầy đủ thông tin cho mơ hình mơ Chọn file Simulation, River network, Cross section, Boundary, Hydrodynamic, Advection-Dispersion tạo từ bước 33 … Cross - section  Network ( Hệ thống sông)  Cửa sổ đồ họa (Graphical view)  Khi file mạng sơng mở tạo cửa sổ đồ họa mở mặc định Khi muốn tạo hệ thống sơng ta phải đăng ký tọa độ tọa độ số hóa cho phù hợp 34 Boundary data  Cross-Section  Mặt cắt biên chạy vùng lân cận  Từ mạng sông ta nhấm phải chuột vào điểm mặt cắt chọn: insert/network/cross sections  Số liệu mặt cắt đo trực tiếp trường Các số liệu xắp xếp Microsoft Excel sau coppy vào file số liệu mặt cắt cần tính  save 35 36 Chạy mơ hình (simulation ) AD parameters  Các số liệu chất lượng nước hiệu chỉnh thông qua vùng nghiên cứu, hàm lượng chất đo đạc thực tế, cá thông số hiệu chỉnh mô hình Các mức chạy khác xem xét nguồn số liệu đầu vào Với số liệu thuỷ văn đo dạc theo nên bước chạy mô hình tính tốn lan truyền chất nhiễm theo kết hợp với yếu tố nguồn thải Đưa thư mục vùng lưu kết sau chạy mơ hình 37 Chạy tốn thủy lực Chạy mơ hình 38 Hiển thị kết chạy mơ hình thủy lực Thơng số lưu lượng mực nước chọn để biểu diễn kết Lưu kết 39 Lưu lượng chân đỉnh triều mặt cắt 40 10 … Tiếp theo Mực nước chân đỉnh triều mặt cắt Bài toán lan truyền chất (AD) Đồ thị thể kết mực nước theo thời gian Giao diện cửa sổ chạy mơ hình File AD chọn để xem kết 41 Kết chạy AD Thông số chọn để biểu diễn kết 42 Kết chạy AD Hình ảnh thể COD số mặt cắt theo thời gian Thông số COD 43 Cửa sổ thể thông số lựa chọn 44 11 Module Eco Lab           Sinh vật phù du Chất diệp lục Carbon, Oxygen Nitơ, phospho Kim loại nặng Chất hấp thụ Chất lơ lững Cặn sinh thái Sơ đồ mạng sông Vàm Cỏ Đông nhập vào Mike11 47 Kết chạy số ví dụ điển hình 48 Các biên lựa chọn cho tốn dịng chảy lan truyền chất 12 Water Thông tin Khu công ngiệp Cơ sở sản xuất Khu dân cư Nông nghiệp (2) Sông Kênh rạch Nguồn tiếp nhận Chất lượng nước thượng nguồn (3) Nguyên nhiên liệu Sử dụng nguyên liệu (để mục nào) (chuyển) Cấp quan quản lý mơi trường Cơ quan quản lý mơi trường Phịng quản lý môi trường doanh nghiệp Cơ quan lấy mẫu Nhân viên (đưa lên trên) (1) Chất – thông số đo Tiêu chuẩn (chuyển) Thông tin xả thải Điểm xả (5) Điểm kiểm tra (6) Điểm lấy mẫu nước (7) Mẫu nước quan trắc (8) Mẫu nước điểm xả (9) Thành phần mẫu nước (10) Chi tiết nước thải (1d) Phương pháp xử lý nước thải (1a) Các cơng trình (1b) Chi tiết hiệu suất (1c) Trạm xử lý nước thải (2) Sử dụng cơng trình (3) Sử dụng điểm xả (4) (Xem lại trình tự) 49 50 KẾT QUẢ CHẠY MƠ HÌNH MIKE 11 Kết mơ BOD cho lúc 11 ngày 1/4/2007 51 Kết mô BOD cho lúc 19 ngày 2/4/2007 52 13 Kết mô BOD cho lúc 24 ngày 2/4/2007 53 Kết mô BOD lúc sáng ngày 3/4/2007 54 14