Trong lĩnh vực Công Nghệ Thông Tin nói riêng, yêu cầu quan trọng nhất của người học đó chính là thực hành. Có thực hành thì người học mới có thể tự mình lĩnh hội và hiểu biết sâu sắc với lý thuyết. Với ngành mạng máy tính, nhu cầu thực hành được đặt lên hàng đầu. Tuy nhiên, trong điều kiện còn thiếu thốn về trang bị như hiện nay, người học đặc biệt là sinh viên ít có điều kiện thực hành. Đặc biệt là với các thiết bị đắt tiền như Router, Switch chuyên dụng
đánh giá khả ứng dụng mike 21fm nghiên cứu diƠn biÕn lßng dÉn ThS Trần Khắc Thạc Trường Đại học Thủy lợi ThS An Tuấn Anh Viện KH Khí tượng Thủy văn Mơi trường Tóm tắt: Hiện có nhiều mơ hình tốn nghiên cứu diễn biến lịng dẫn vùng cửa sơng ven biển đem lại hiệu to lớn nghiên cứu quy hoạch thiết kế giải pháp chỉnh trị sông, cửa sơng, nhiên mơ hình có ưu, nhược điểm điều kiện áp dụng khác Bài viết giới thiệu tóm tắt khả ứng dụng Mike 21FM vào nghiên cứu diễn biến lòng dẫn vùng cửa sông Mở đầu Việc nghiên cứu diễn biến lịng dẫn chế độ thủy lực sơng ngịi nhận quan tâm nghiên cứu nhà khoa học giới từ lâu, để có kết bước đầu tới năm kỷ XIX thực phát triển trở thành lĩnh vực nghiên cứu mạnh ghi nhận từ nhẵng năm thập kỷ 30 đến thập kỷ 60 kỷ thứ XX nước Âu Mỹ Thể qua nghiên cứu nhà khoa học: Du Boys chuyển động bùn cát, Barre de Saint – Venant dịng khơng ổn định L Fargue hình thái đoạn sơng uốn khúc, tiếp nhà khoa học Antunin S.T, Grisanin K.B, Kariukin S.N có nhiều nghiên cứu chỉnh trị sông gắn liền với nghiên cứu thực Vào năm 60, số nhà khoa học có kết nghiên cứu đáng ghi nhận hình thái lịng dẫn, chuyển động bùn cát như: Meyer – Peter Muller, Kennedly R.G, Einstein H.A, Ven te Chow Mặc dù kết nghiên cứu thời gian nhiều hạn chế Ngày nay, với phát triển mạnh khoa học kỹ thuật đặc biệt lĩnh lực công nghệ thông tin mà hàng loạt phần mềm tính tốn xây dựng giúp có nhìn trực quan nghiên cứu diễn biến lịng dẫn Những năm gần đây, việc tính tốn động lực học dịng sơng có bước phát triển mới, tiến kỹ thuật tính tốn, đặc biệt việc hồn thiện mơ hình hóa tượng thủy lực phức tạp Một số mơ hình tốn mơ dịng chảy hai chiều 2D, ba chiều 3D, mơ q trình diễn biến lịng dẫn mơ hình MIKE11, MIKE21, MIKE21C, EFDC, MD- SWMS Trong nghiên cứu diễn biến lòng dẫn nhà khoa học thường sử dụng phương pháp mơ hình tốn mơ hình vật lý Mơ hình tốn sử dụng nhiều nghiên cứu tốn 1D, mơ hình vật lý sử dụng hỗ trợ cho toán 3D, cịn tốn 2D sử dụng mơ hình tốn mơ hình vật lý Việc sử dụng mơ hình tốn hay vật lý cịn phụ thuộc vào tầm quan trọng cơng trình giai đoạn nghiên cứu Với cơng trình quan trọng phải kết hợp hai loại mơ hình tốn vật lý nghiên cứu để bổ sung kiểm tra lẫn Trong giai đoạn quy hoạch, sử dụng mơ hình toán để đưa phương án tối ưu Trong giai đoạn thiết kế kỹ thuật cần thiết phải sử dụng mơ hình vật lý nghiên cứu dự báo diễn biến, xói lở, bồi lắng lịng dẫn Trong năm gần đây, việc sử dụng công cụ mơ hình tốn chiều, hai chiều nghiên cứu giải toán phức tạp thủy lực hình thái sơng, cửa sơng chun gia ngồi nước ý, ý tới việc mơ tối ưu hình dạng mặt tuyến sơng, mơ cơng trình 107 sông cầu, cống, nghiên cứu diễn biến sông cửa sơng Do đó, kết tính tốn có độ tin cậy cao việc nghiên cứu dự báo diễn biến lịng dẫn Một số mơ hình dùng cho kết tin cậy mơ hình MIKE 11, MIKE 21C, MIKE 21FM mơ hình EFDC, báo cáo xin trình bày đánh giá khả ứng dụng Mike 21FM nghiên cứu diễn biến đoạn hạ du Sông Đáy (Cửa Đáy) làm sở để đánh giá Giới thiệu khả ứng dụng Mike 21FM Mike 21 đựoc xây dựng theo cấu trúc modul (các modul hoạt động độc lập) theo lĩnh vực ứng dụng có phần mềm trựo giúp cho việc chuẩn bị số liệu đầu vào, phân tích xử lý hiển thị kết tính tốn Một số ưu điểm: - Mike 21FM tính tốn vùng nghiên cứu mơ địa hình qua lưới phần tử hữu hạn nên có độ xác cao hẳn mơ hình mơ qua lưới tính hình vng Điều hữu ích đoạn sơng cong, đoạn có bãi bồi - Mike 21FM áp dụng phương pháp sai phân hữu hạn phương pháp giải thông dụng hiệu kỹ thuật ADI (Alternating Direction Implicit) để giải phương trình bảo tồn khối lượng động lượng miền không gian thời gian, ma trận phương trình kết hướng bước tính tốn đựơc giải thuật giải qt đúp (Double sweep) Nghiên cứu ứng dụng Mike 21FM nghiên cứu diễn biến đoạn Cửa Đáy 3.1 Giới thiệu chung Cửa Đáy Sơng Đáy có chiều dài khoảng 241 km địa bàn tỉnh thành Hà Nội, Hòa Bình, Hà Nam, Ninh Bình Nam Định, phân lưu sông Hồng, sông Đáy nhận nước sông Hồng địa phận Hà Nội huyện Phúc Thọ huyện Đan Phượng Hát môn, đoạn có đặc điểm lịng dẫn quanh co uốn khúc, mùa lũ có lưu lượng tương đối bất thường, mùa kiệt lịng sơng có chỗ cạn lội qua nên thượng lưu sông Đáy thuyền bè không lưu thông Tới Vân Đình lịng sơng mở rộng 108 tiếp nhận dịng chảy từ suối Yến, xi xuống hạ lưu đến tỉnh Hà Nam sông chảy vào thành phố Phủ Lý bổ sung dòng chảy từ sông Nhuệ, tiếp đên Sông Đáy hợp lưu với sơng Bơi (sơng Hồng Long) bên hữu ngạn từ vùng núi tỉnh Hịa Bình Ninh Bình dồn ngã ba Gián Khẩu, cách thành phố Ninh Bình khoảng 10 km phía Bắc Đoạn sơng gọi sơng Gián Khẩu, chảy qua Ninh Bình khoảng 20 km bổ sung nguồn nươc từ sông Đào (tỉnh Nam Định) Tiến sát biển, sông Đáy chuyển hướng từ Tây Bắc-Đông Nam sang Đông Bắc-Tây Nam đổ vịnh Bắc Bộ Cửa Đáy thuộc huyện Kim Sơn Khu vực nghiên cứu (vùng Cửa Đáy bãi bồi Kim Sơn) nằm dải ven biển vùng bãi bồi có địa hình phẳng, thoải phía đơng nam Cao độ trung bình khu vực bãi bồi từ 0,3 đến 1,4 m Huyện Kim Sơn nằm cửa sông Đáy sơng Càn, trải qua gần 200 năm hình thành quai đê lấn biển, diện tích huyện Kim Sơn 207 km2 với diện tích bãi bồi, ngồi đê Bình Minh 4.120 ha, gấp lần so với thành lập huyện Đây phần đất phù sa bồi lấp mầu mỡ thuận lợi cho phát triển nông lâm nghiệp Do vậy, việc nghiên cứu diễn biến Cửa Đáy có anh hưởng lớn phát triển kinh tế xã hội Ninh Bình nói riêng khu vực nói chung 3.2 Thiết lập mơ hình kết tính tốn a.) Các số liệu đầu vào - Biên sông: + Biên lưu lượng: Biên lưu lượng lấy trạm thủy văn Như Tân, xác định từ mơ hình chiều MIKE 11 (Sử dụng kết mike 11 toán thủy lực hệ thống sông Hồng dự án nghiên cứu dự báo lũ hệ thống Sông Hồng Sông Thái Bình – Viện Khí Tượng Thủy Văn) + Biên bùn cát: xác định qua công thức kinh nghiệm - Biên ngồi biển: Các biên triều bao gồm biên phía Đơng, Tây phía Nam, biên xác định dựa vào mơ hình thủy triều tồn vùng vịnh Bắc Bộ (năm 1996) - Địa hình đáy sông, biển: Theo số liệu đồ tỷ lệ 1: 50 000, hệ tọa độ VN2000 khu vực Cửa Đáy Tổng cục Địa chính, Bộ Tài ngun Mơi trường - Hệ số nhám đáy: Hệ số nhám đáy Manning 0,032 cho khu vực ven bờ, khu vực cịn lại lấy 0,028 - Gió: Yếu tố sóng gió có vai trị định trình vận chuyển bùn cát vùng ven bờ Theo thời gian hướng tốc độ gió có thay đổi đáng kể, nhiên tháng theo số liệu thống kê có hướng gió thịnh hành với tốc độ tương ứng b.) Xác lập lưới tính tốn Trong mơ hình MIKE21FM, sử dụng lưới phi cấu trúc, có nghĩa dạng kích thước lưới biến đổi theo không gian phụ thuộc vào người xây dựng lưới Trong trình nghiên cứu thực tế cho thấy việc chia lưới có ý nghĩa quan trọng để mơ hình ổn định, định thời gian tính tốn mức độ đánh giá chi tiết vùng nghiên cứu Các yếu tố có liên quan với nhau, việc chọn số nút lưới phân bổ vùng có mức độ chi tiết khác cho ta lưới phản ánh tổng hợp điểm nêu Hình Kết mơ lưới tính tốn Hình Địa hình vùng cửa Đáy c) Hiệu chỉnh lựa chọn thơng số mơ hình Do vùng nghiên cứu khơng có số liệu thực đo, nên việc hiệu chỉnh kiểm nghiệm mơ hình gặp nhiều khó khăn, lý nghiên cứu chọn chuỗi số liệu thực đo số thời điểm số mặt cắt dừng lại kiểm định yếu tố vận tốc nhiều hạn chế với kết kiểm tra mô hình cho thấy thơng số xác định chấp nhận d.) Các kịch nghiên cứu Với mục tiêu mơ q trình bồi xói khu vực Cửa Đáy để đánh giá khả ứng dụng mơ hình Mike 21FM cho việc nghiên cứu diễn biến lòng dẫn cho đoạn Cửa Đáy nghiên cứu đề 02 kịch mơ hình Các kịch xây dựng dựa tiêu trí nhằm ổn định vùng cửa sơng, đảm bảo lũ phục vụ phát triển kinh tế xã hội địa phương, kịch mô tả đây: Kịch 1: Phương án trạng, ứng dụng mơ hình Mike 21FM mơ trình bồi lắng đoạn Cửa Đáy Kịch 2: Giả định bãi trước cửa Đáy nạo vét tới cao trình đáy nhánh phía Ninh Bình; d.) Đánh giá kết Từ kết cho phương án, tác giả trích kết thời kỳ để phân tích, 109 đánh giá trình diễn biến: - Tại thời điểm 01:53:20 ngày 19/01/1996 đại diện cho thời kỳ cuối gió bắc – đơng bắc, đầu gió đơng; - Tại thời điểm 1:53:20 ngày 01/06/1996 đại Hình Phân bố lưu tốc thời điểm 01:53:20 ngày 19/01/1996 (kịch 1) Hình Phân bố lưu tốc thời điểm 15:13:20 ngày 30/8/1996 (kịch 1) 110 diện cho thời kỳ cuối gió đơng, đầu gió nam; - Tại thời điểm 15:13:20 ngày 30/8/1996 đại diện cho thời kỳ cuối gió nam, đầu gió đơng ; - Và thời điểm 01:00:00 ngày 31/12/1996 đại diện cho cuối kỳ tính tốn (sau 01 năm mơ Hình Phân bố lưu tốc thời điểm 1:53:20 ngày 01/06/1996 (kịch 1) Hình Phân bố lưu tốc thời điểm 01:00:00 ngày 31/12/1996 (kịch 1) Hình Biến đổi đáy thời điểm 01:53:20 ngày 19/01/1996 (kịch 1) Trong nghiên cứu sử dụng mô dựa tài liệu năm 1996, kết cho thấy: Với Kịch 1: Tại thời điểm cuối thời kỳ tính tốn ta thấy mức độ biến đổi lịng dẫn từ vị trí (2204000, 615000) tới vị trí (2197000, 615000) có cao trình đáy ổn định từ -3.5(m) đến – 1.5 (m), mức độ biến đổi lòng dẫn từ 0.0 (m) đến -0.25 (m) Tuy nhiên, số vị trí cục (2204000,615500) đến (2203000, 615000) có tượng bồi từ 0.25m đến 0.75m Dòng chảy khu vực cửa sông chế độ tự nhiên phân bố phụ thuộc vào quan hệ Hình Biến đổi đáy thời điểm 01:53:20 ngày 19/01/1996 (Kịch 2) Hình Biến đổi đáy thời điểm 01:00:00 ngày 31/12/1996 (kịch 1) triều, gió dịng chảy từ sông biến đổi tập trung khu vực sông, cửa số khu vực giáp danh với cửa sơng Đặc điểm tính chất biến đổi dịng chảy theo thời gian có khác biệt rõ ràng phụ thuộc vào yếu tố sông, biển gió Qua tính tốn cho thấy tốc độ dịng chảy nói chung nhỏ khác biệt mùa lũ kiệt không lớn Tại lạch sâu phân bố tốc độ dịng chảy thiên lớn so với khu vực khác nhiên tốc độ nhỏ nên khả gây xói cho bãi cạn khơng lớn Với Kịch 2: Hình 10 Biến đổi đáy thời điểm 1:53:20 ngày 01/06/1996 (Kịch 2) 111 Hình 11 Biến đổi đáy thời điểm 15:13:20 ngày 30/8/1996 (Kịch 2) Trên sở kết tính tốn với giả thuyết nêu trên, tác giả lựu chọn kết vị trí tương tự phương án trạng đồng thời gian để làm sở đánh giá: - Tại thời kỳ đầu cuối gió Bắc – đơng bắc, đầu gió đơng: xuất bồi lấp nhỏ số vị trí với mức biến đổi lịng dẫn từ 0.2 đến 0.4 m, xem hình - Tại thời kỳ cuối gió đơng, đầu gió nam: Q trình biến đổi lịng dẫn có xu hướng mạnh mẽ toàn đoạn nghiên cứu, đặc biệt số vị trí có biến đổi từ 0.15 đến 0.3m vị trí (2208000, 614500) (2206000, 615000) xem hình 10 - Tại thời kỳ cuối gió nam, đầu gió bắc đơng bắc: thời kỳ có số vị trí có biến đổi lịng dẫn mạnh mẽ điểm (2208000,614500) có biến đổi dao động từ Hình 12 Biến đổi đáy thời điểm 01:00:00 ngày 31/12/1996 (Kịch 2) 0.25 đến 0.5m, xem hình 11 - Tại thời kỳ cuối kỳ tính tốn: Xuất doi cát toàn đoạn nghiên cứu với mức độ biến đổi lòng dẫn từ 0.25 đến 0.5m, xem hình 12 Kết luận Việc nghiên cứu đánh giá diễn biến lịng dẫn mơ hình tốn nói chung mơ hình Mike 21FM ứng dụng rộng rãi đem lại kết cao Tuy nhiên kết mơ hình phụ thuộc nhiều vào số liệu đầu vào mơ hình, để có kết xác, cần có chuỗi số liệu đo đạc đầy đủ xác Kết nghiên cứu bước đầu để đánh giá khả ứng dụng mơ hình vào thực tế nên kết hợp biện pháp khác Viễn thám, mơ hình vật lý vào nghiên cứu toán phục vụ quy hoạch chỉnh trị Cửa Đáy Tài liệu tham khảo Tiếng Việt [1] Bộ môn Động lực sơng ngịi Trị sơng học viện Thủy Lợi điện lực Vũ Hán Trị sông, N hà Xuất Khoa học kỹ thuật 1973 [2] Nguyễn Thị Nga, Trần Thục Động lực học sông, Nhà xuất Đại học Quốc Gia Hà Nội năm 2003 [3.] GS.TS Hà Văn Khối, GS.TSKH Nguyễn Ân Niên, PGS.TS Đỗ Tất Túc Thủy lực sơng ngịi, Nhà xuất giáo dục 2007 [4.] GS.TS Hà Văn Khối nnk Xóa bỏ khu chậm lũ Sơng Hồng Sơng Đáy sau có hồ chứa Sơn La, Tạp chí Khoa học Thủy Lợi số 27/2009 112 Tiếng Anh [1] “Mike 21 Flow Model FM- Hydrodynamic module User Guide”- DHI Sofware 2007; [2] “Mike 21& Mike Flow Moder FM- Hydrodynamic module Step-by-step training guide”DHI Sofware 2007 Abstract Assessment theAPPLICATION MATHEMATICAL MODEL MIKE 21FM TO CALCULATE RIVER MORPHOLOGY This paper presents results of application mathematical model MIKE 21FM to calculate river morphology in estuary of Day river The results of reseach show that application of mathermatical model MIKE21 FM to calculate river morphology in Cua Day is suitable 113