1 71,3981 )8,10( 2 2 x Vg V Fr M M M nên dòng chảy trong mô hình cũng là dòng chảy êm. 4. Kiểm tra đờng mặt nớc trong mô hình (tức là kiểm tra sự tơng tự về độ nhám): Khi mở nớc vào mô hình, tiến hành đo đờng mặt nớc tơng ứng với ba cấp lu lợng trên và so sánh với tài liệu thủy văn thực đo thì thấy đờng mặt nớc trong mô hình thấp hơn so với đờng mặt nớc thực tế. Đã tiến hành tăng độ nhám trên mô hình (chủ yếu phần bãi sông) và kiểm tra lại. Nói chung mực nớc trong mô hình có nâng cao hơn nhng cục bộ vẫn có chênh lệch thấp so với thực tế. Do đó đã tăng tỷ lệ lu lợng trên mô hình thành 26,21 l/s; 11,11 l//s và 7,11 l/s. Khi đó, đờng mặt nớc trong mô hình đợc nâng cao xấp xỉ với đờng mặt nớc thực tế, chênh lệch nhiều nhất là 10cm (tơng ứng với 1mm trên mô hình). b. Phơng pháp mô hình toán Trong nghiên cứu tìm giải pháp chỉnh trị sông, đặc biệt là các cửa sông hay dự án xây công trình vợt sông ở những vùng có chế độ thuỷ văn và thuỷ lực phức tạp công cụ mô hình toán thờng đợc áp dụng để nghiên cứu các quá trình động lực dòng chảy, dự báo xu thế diễn biến trong tơng lai, nó giúp cho việc so sánh lựa chọn giải pháp công trình và phơng án bố trí mặt bằng hợp lý. Hiện nay, bài toán biến hình lòng sông cho dòng chảy không ổn định 1D, 2D đã đợc nghiên cứu khá hoàn chỉnh, đã có các chơng trình tự động hóa tính toán và phần mềm ứng dụng nh các phần mềm HEC của Mỹ, MIKE của Đan Mạch, DELF của Hà Lan, TELEMAC của Pháp v.v Bài toán 3D đang trong giai đoạn nghiên cứu, bớc đầu đã có những thành tựu khả quan, trong đó có thể kể đến phần mềm DELFT-3D, MIKE-3 Dự báo diễn biến bằng mô hình toán để phục vụ cho công tác thiết kế các công trình vợt sông đã đợc sử dụng trong các dự án: cầu Mỹ Thuận (sông Tiền), cầu Thanh Trì, cầu Vĩnh Tuy, cầu Nhật Tân (sông Hồng), cầu Vàm Cống (sông Hậu) Dùng mô hình toán để đánh giá diễn biến là một vấn đề lớn, MIKE21 là hệ thống các phần mềm để nghiên cứu trong 4 lĩnh vực chủ yếu (Thuỷ lực sông - biển và hải văn, sóng, các quá trình sa bồi và thuỷ lực môi trờng). Sau đây xin giới thiệu tóm tắt có tính chất tham khảo, nội dung và khả năng ứng dụng mô hình MIKE 21C Giới thiệu chung Đầu tiên, mô hình MIKE 21C chỉ là một tiện tích nhỏ trong các mô đun MIKE21HD và MIKE21ST của bộ mô hình MIKE 21 [6]. Do các yêu cầu tính toán về thủy lực - hình thái cho sông ngòi ngày càng nhiều và với độ chính xác cao, đặc biệt là việc mô phỏng chi tiết hình dạng cong bất kỳ của đờng bờ, của bãi sông (bãi bên và bãi giữa) nên MIKE 21C đã đợc tách ra và đợc phát triển thành một mô hình độc lập chuyên về tính toán thủy lực - bùn cát và hình thái hai chiều trong sông. Điểm mới nhất và khác biệt của mô hình MIKE 21C so với các phiên bản chuẩn của mô hình MIKE 21 là việc tạo lới tính toán: Phiên bản chuẩn của mô hình MIKE 21 dựa trên lới tính toán hình chữ nhật. Đối với việc mô phỏng vùng biển và những vùng cửa sông, hoặc các đoạn sông thẳng đơn, những lới nh vậy cho độ chính xác vừa đủ. Tuy nhiên, đối với các ứng dụng trong sông, nhất là các đoạn sông cong hoặc tồn tại các bãi bồi giữa sông, yêu cầu phải có sự mô phỏng chính xác đờng biên và điều đó đòi hỏi việc sử dụng lới cong hoặc lới phi cấu trúc. Mô hình MIKE 21C đã tạo lới đờng cong trong việc mô phỏng vùng tính toán, việc sử dụng lới cong so với việc sử dụng lới chữ nhật có u việt là số điểm lới ít hơn, mô phỏng đờng bao tốt hơn và do đó kết quả tính toán có độ chính xác cao hơn. Trong mô hình lới cong, bớc thời gian dài hơn có thể đợc sử dụng và độ phân rải của đờng dòng chảy đợc cải thiện nhiều hơn bởi vì đờng lới luôn bám sát theo đờng dòng chảy. Và cuối cùng, khi chạy mô hình lới cong, do số điểm đợc định nghĩa và lu trữ ít hơn nên hạn chế đợc dung lợng trữ. Hình 6.19: So sánh lới hình chữ nhật và lới cong Lới cong đợc sử dụng trong MIKE 21C có đợc từ việc giải hệ phơng trình: 0 n x g l ns x g s (6-40) 0 n y g l ns y g s (6-41) trong đó: x, y: toạ độ Đề các; s, n : toạ độ cong (ngợc chiều kim đồng hồ); g: hàm tỷ trọng, là tỷ lệ giữa độ dài ô lới theo phơng s và độ dài ô lới theo phơng n. 22 22 n y n x s y s x g (6-42) Khả năng ứng dụng của mô hình MIKE 21C [7] Mô hình MIKE 21C có các khả năng ứng dụng sau: - Nghiên cứu trờng dòng chảy và lũ trên lòng sông và các bãi sông. Một hệ thống lới cong cho phép độ phân rải thấp hơn của lòng dẫn bởi vì các đờng lới đi theo đờng bờ sông. Bởi vậy một mô hình sông hai chiều có thể áp dụng nghiên cứu trên phạm vi 100km (trong điều kiện hình thái lòng dẫn không quá phức tạp và không có phân nhập lu). - Nghiên cứu dự báo các sự thay đổi về hình thái với thời đoạn 2 - 3 năm trong các sông có lòng dẫn biến động mạnh liên quan tới việc thiết lập quy hoạch và xây dựng các công trình trên sông. - Nghiên cứu xác lập các tiêu chuẩn thiết kế cho công trình chỉnh trị sông với các thông số về vận tốc, chiều sâu dòng chảy, chiều sâu xói, diễn biến đờng bờ - Dự báo sự thay đổi hình thái trên mặt bằng bao gồm xói lở bờ và ảnh hởng của việc co hẹp lòng sông tới dòng chảy lũ. - Phân tích sự lắng đọng và xói của vật liệu bùn cát gần các công trình cửa lấy nớc, đập khoá các khu vực phân, nhập khu vực cửa vào các vùng cảng - Thiết kế tối u tuyến giao thông và dự báo lợng nạo vét lòng dẫn hàng năm trên các tuyến giao thông. Vấn đề dự báo diễn biến sông của mô hình MIKE 21C [7] MIKE 21C có khả năng tính toán dự báo diễn biến sông (trờng hợp phát triển tự nhiên hay do tác động của công trình ) theo các thời đoạn khác nhau, nói chung có thể phân chia thành: - Tính toán dự báo ngắn hạn: Dự báo trong một mùa, hoặc từ 1-3 năm trong các trờng hợp tính toán dự báo diễn biến khi có các đột biến về chế độ thủy văn - dòng chảy trên con sông. - Tính toán dự báo dài hạn hơn (trên 5 năm): Trong các ví dụ tính toán đã nêu lên khả năng dự báo dài hạn của mô hình (tới 30 năm), trong trờng hợp này các yếu tố thủy văn dòng chảy trong tính toán thờng mang tính trung bình hay tính đại diện cho cả một thời đoạn (ví dụ: chỉ tính toán dự báo với giá trị lu lợng tạo lòng hoặc lu lợng trung bình nhiều năm, hay có thể tính toán với một vài giá trị lu lợng đại diện cho cả thời kỳ dự báo bao gồm cả lu lợng lũ lớn, lũ trung bình, lu lợng kiệt, ) Hình 6.20: Mô tả kết quả tính toán dự báo diễn biến cho một đoạn sông ở Bangladet Một số kết quả nghiên cứu trên thế giới [7] Việc ứng dụng mô hình MIKE 21C đã đợc phát triển rất mạnh mẽ trong nghiên cứu sông ngòi và nghiên cứu tác động của công trình trên sông đối với diễn biến lòng dẫn nhiều khu vực trên thế giới, đặc biệt trong khoảng 5 năm gần đây mô hình đã ứng dụng trong nhiều dự án thuộc lĩnh vực động lực học sông ở châu á, sau đây là một vài nét tổng hợp các kết quả nghiên cứu chính dựa trên mô hình MIKE 21C 1. Dự án ổn định nút thắt nhập lu Chatomuk giữa sông Bassac, MêKông, Tonléap của Campuchia: Nghiên cứu đánh giá các đặc trng thủy lực và biến động hình thái tại đoạn thắt Chatomuk từ đó mô phỏng lại chế độ thủy lực và các biến động hình thái để đề ra các giải pháp ổn định khu vực này Hình 6.21: Mô phỏng trờng dòng chảy giữa thực tế (trái) và mô hình 2. Dự án xây dựng cầu qua sông Bramputra - Jamura ở Bangladesh: Đã ứng dụng mô hình MIKE 21C để nghiên cứu dự báo diễn biến hình thái tại lân cận khu vực xây dựng cầu với các dự báo ngắn hạn (13 năm), dài hạn (30 năm). Hình 6.22: Mô tả kết quả tính toán dự báo diễn biến ngắn hạn (3 năm) Một số kết quả nghiên cứu bớc đầu tại Việt Nam Viện khoa học thủy lợi đã ứng dụng mô hình MIKE 21C để nghiên cứu cho một số đoạn sông sau [7]: + Đoạn sông Hồng từ Sơn Tây - Liên Trì: với đặc trng của đoạn sông cong không hoàn chỉnh. + Đoạn sông Hồng qua Hà Nội từ Chèm đến Thanh Trì: Với đặc trng của đoạn sông vùng ngã ba (nhập lu). + Đoạn sông Thái Bình khu vực thành phố Hải Dơng với đặc trng của đoạn sông cong gấp đồng thời có các tác động công trình trên sông. Trong khuôn khổ dự án xây dựng cầu Vàm Cống qua sông Hậu, Tổng công ty TVTK GTVT (TEDI) đã sử dụng mô hình MIKE 21C để nghiên cứu chế độ thủy lực, diễn biến lòng dẫn trớc và sau khi xây dựng cầu Vàm Cống. Kết quả nghiên cứu trích rút tóm tắt ở hình 6.23 [9]. . DELFT-3D, MIKE-3 Dự báo diễn biến bằng mô hình toán để phục vụ cho công tác thiết kế các công trình vợt sông đã đợc sử dụng trong các dự án: cầu Mỹ Thuận (sông Tiền), cầu Thanh Trì, cầu Vĩnh. giao thông và dự báo lợng nạo vét lòng dẫn hàng năm trên các tuyến giao thông. Vấn đề dự báo diễn biến sông của mô hình MIKE 21C [7] MIKE 21C có khả năng tính toán dự báo diễn biến sông (trờng. hình 2. Dự án xây dựng cầu qua sông Bramputra - Jamura ở Bangladesh: Đã ứng dụng mô hình MIKE 21C để nghiên cứu dự báo diễn biến hình thái tại lân cận khu vực xây dựng cầu với các dự báo ngắn