Mô hình ghép 1 -2 chiều sóng biển trong tính toán quy hoạch đồng bằng sông Cửu Long có xét tới ảnh hưởng của biển đối với thượng lưu, gió hướng và nước biển dâng docx

www.vncold.vn MÔ HÌNH GHÉP 1-2 CHIU SÔNG BIN TRONG TÍNH TÓAN QUY HACH NG BNG SÔNG C U LONG CÓ XÉT T#I $NH H%&NG C'A BI(N )I TH%*NG L%U, GIÓ CH%#NG VÀ N%#C BIN DÂNG GS.TS. Nguyn Tt c, TS. Lng Quang Xô Vin Quy Hach thy l!i mi#n Nam Tóm t3t Bài báo gii thiu cách ghép ni mô hình thy lc và lan truyn cht mt chiu trong sông vi mô hình hai chiu ngang trên bi"n v dòng ch%y và lan truyn cht. Mô hình dòng ch%y trong sông ()*c gi%i b+ng s, (- sai phân /n 4 (i"m ca Preissmann. Ph),ng trình lan truyn cht ()*c gi%i b+ng ph),ng pháp phân giã trong (ó ph),ng trình t%i thu5n túy ()*c gi%i b+ng ph),ng pháp ()7ng (8c tr)ng vi phép ni suy /n spline b9c 3. H ph),ng trình hai chiu ngang trên bi"n (c% dòng ch%y và lan truyn cht) ()*c gi%i b+ng ph),ng pháp ph5n t> h?u h@n l)i tam giác. H ph),ng trình cho sông và bi"n ()*c gi%i (-ng th7i b+ng ph),ng pháp ma tr9n th)a. Aiu kin ni sông bi"n là b%o tòan khi l)*ng và (ng l)*ng (l)u l)*ng, mc n)c, ( m8n). Mô hình có th" tính ()*c tác (ng ca gió ch)ng, n)c dâng(chEng h@n do biFn (Gi khí h9u), biFn (Gi (iu kin s> dHng n)c trên A-ng b+ng và th)*ng l)u. Mô hình là kFt qu% ca mt ( tài nghiên cJu cp B và mt lu9n án TiFn sL. Mô hình (ã ()*c áp dHng trong ( tài nghiên cJu khoa hMc cp B v các công trình ngNn các c>a sông ln O ABSCL. I. M5 67u Vi A-ng B+ng sông C>u Long (ABSCL), cho (Fn nay, th)7ng thiFu n)c ngMt v mùa khô làm m8n xâm nh9p sâu vào (t lin, nht là tV tháng 1 ti tháng 4, h)ng gió ch (@o là Aông và Aông BXc, g5n nh) thGi thEng tV bi"n vào trHc các c>a sông làm gia tNng ( m8n. A8c bit có nh?ng (*t gió thGi liên tHc trong vài ngày h5u nh) chY theo mt h)ng (gió ch)ng) làm ( m8n (t ngt tNng cao. V mùa m)a ABSCL cZng d) thVa n)c gây lZ lHt, ng9p úng. Trong t),ng lai g5n, s gia tNng các hMat (ng phát tri"n O các n)c th)*ng l)u s[ làm thay (Gi chF ( dòng ch%y kit và lZ (i vi ABSCL. ChEng h@n nh) vic gia tNng ly n)c cho nông nghip O vùng Aông bXc Thái lan, vic xây dng các (9p thy (in O Trung quc, và d kiFn xây các (9p trên dòng chính thuc Lào, thuc CNm pu chia và trên dòng Ton le Sap. Trong vòng nNm m),i nNm ti, do %nh h)Ong ca biFn (Gi khí h9u tòan c5u, n)c bi"n có th" dâng thêm tV 30 (Fn 50cm. B% n thân ABSCL cZng ph%i t phát tri" n (" (áp Jng các yêu c5u chung v kinh tF trong t),ng lai. Trong bi c%nh (ó công tác quy hMach ph%i (i tr)c mt b)c (" d tính nh?ng biFn (Gi có th" có nh+m ( ra các bin pháp thích Jng. A" làm công tác quy hMach, ph%i sMan th%o và tính tóan các k^ch b%n vi công cH tr* giúp không th" thiFu là mô hình tóan (hay mô hình th y lc). Hin nay O Vit nam có mt s ch),ng trình máy tính dùng (" tính toán và d báo mc n) c, ( m8n trên toàn A-ng b+ng sông C>u long (nhiu ng)7i cZng gMi là mô hình), chEng h@n MEKSAL, HYBRID, VRSAP, SAL, KOD, MIKE 11, Ngoài HYBRID thiên v thng kê, thu9t toán ca các ch),ng trình còn l@i (u da trên vic gi%i h ph),ng trình Saint-Venant mt chiu (" tính mc n)c, l)u l)*ng; gi%i h ph),ng trình t%i khuFch tán mt chiu (" tính ( m8n trung bình trên toàn m8t cXt. Các thu9t toán ca các ch),ng trình www.vncold.vn vVa nêu có th" khác nhau v ( chính xác, cách x> lí (iu kin t@i h*p l)u, cách sai phân, cách gi%i quyFt khuFch tán s, nh)ng (u ph%i ly ( m8n và mc n)c t@ i c>a sông làm biên . Trong thc tijn các c>a sông C>u long rt rng, sóng to cho nên không ph%i lúc nào cZng (o (@c ()*c ( m8n trung bình ch)a nói (Fn ( chính xác ca s liu (o, m8t khác mc n)c, ( m8n t@i c>a sông cZng có th" thay (Gi theo l)u l)*ng th)*ng ngu-n và (8c bit là thay (Gi rt nhiu khi có gió ch)ng, n)c bi"n dâng. Nh+m phHc vH cho tính toán quy ho@ch trong t),ng lai ck 20-30 nNm ti, nht là khi c5n tính ti s biFn (Gi khí h9u, n)c bi"n dâng và s thay (Gi các (iu kin s> dHng n)c O th)*ng l)u và ngay trên A-ng b+ng thì ph%i tìm ()*c mt công cH tính toán có th" d báo ()*c các biên bi"n (mc n)c, ( m8n) phH thuc vào các (iu kin khai thác trên (-ng b+ng, biFn (Gi th)*ng l)u, gió ch)ng, n)c dâng. Trên c, sO (ó (ã hình thành ( tài nghiên cJu khoa hMc cp B v d báo biên mc n)c và ( m8n O c>a sông A-ng B+ng sông C>u Long da trên vic ghép ni mô hình 1 chiu trong sông và 2 chiu ngang trên bi"n. A tài (ã ()*c nghim thu nNm 2007. C, sO hMc thu9t v c, b%n là nh) sau. Ta biFt r+ng ( xa ngoài bi"n ( m8n không ch^u %nh h)Ong ca n)c ngMt trong sông và gi? mt giá tr^ không (Gi theo mùa (kho%ng 34-35g/l). M8t khác ph),ng pháp h+ng s (iu hoà cZng phát tri"n ( tt (" d báo mc n)c triu thiên vNn vi ( chính xác chp nh9n ()*c. Vì thF (i vi bài toán hai chiu ngang ngoài bi"n ta ( d? kin (k" c% %nh h)Ong ca gió) (" tính triu và m8n . Vi bài toán mt chiu trong sông, các biên th)*ng l)u cZng có th" d báo ()*c b+ng các ph),ng pháp thy vNn. Vn ( còn l@i là làm thF nào ni ()*c bài toán mt chiu và hai chiu t@i các c>a sông ((i"m ni). A ó là ni dung ca mô hình ghép ni 1-2 chiu (" tính mc n)c và ( m8n t@i các c>a sông ABSCL. II. Ghép mô hình m?t chiBu trong sông vHi mô hình hai chiBu ngang trên biLn 2.1- Ph5n mt chiu: Theo truyn thng, h ph),ng trình Saint-Venant và lan truyn cht mt chiu sau (ây ()*c s> dHng (" mô t% quá trình dòng ch%y và lan truyn cht trong h thng kênh sông vi các (iu kin s> dHng n)c khác nhau: (1) C ZQ Bq tx  +=  24/3 2 2 1 7/3 cos 0 (2) gn B Q Q QQ Z gA BLW txA x A     +++  =     1 (3) qrr rm qS Q S qQ QS QS S AD S tAxAx x A A + ++   +=  +     Trong (ó (Xem hình 1): Q (m 3 /s) là l)u l)*ng, Z (m) là mc n)c so vi cao ( chu/n; A (m 2 ), B(m) t),ng Jng là din tích và chiu rng ch%y ca m8t cXt ngang; Bc (m) là chiu rng m8t n)c (g-m c% ph5n tr?); g (m 2 /s) là gia tc trMng lc; n à h s nhám Manning, không thJ nguyên; q (m 2 /s) là l)u l)*ng gia nh9p trên mt (,n v^ chiu dài dMc sông ; W là v9n tc gió O ( cao 10m;  là góc ca v9n tc gió v i trHc sông; L 1 là h s; x là tMa ( dMc trHc sông; t là th7i gian. S(x,t) là ( m8n trung bình (hay cht b%o tòan, trong tr)7ng h*p này có thêm s h@ng chuy"n hóa do các nguyên nhân khác nhau) trên m8t cXt ngang sông; q là l)u l)*ng gia nh9p trên mt (,n v^ chiu dài nh) b,m, t)i, ngu-n th%i, Sq là ( m8n trong ngu-n gia nh9p, trong tr)7ng h*p q là n)c ly tV sông (b,m, t)i) thì Sq = S; Qr là n)c trao (Gi gi?a sông và rung và Sr là ( m8n trong Qr, nFu Qr là n)c ch%y tV sông vào rung thì Sr = S ; Qm là n)c m)a (gi% thiFt không có ( m8n trong n)c m)a); Hình 1 www.vncold.vn D là h s phân tán dMc (dispersion coefficient, (ã bv chY s x cho (,n gi%n cách viFt); Q là l)u l)*ng ca dòng ch%y trong sông ()*c tính tV mô hình thy lc (l)u ý (,n v^ ca q, Q r hay Q m là L 2 /T). 2.2- Ph5n hai chiu: Thông th)7ng h Saint-Venant và lan truyn cht 2 chiu ngang sau (ây ()*c s> dHng cho các bài tóan ngòai bi"n (Hình 2): () () (4) HU HV q tx y    ++=   1 ()(5) U UUU UV UfVg NHU tt x y x          ++ + + +=+       2 ()(6) V VVV UV fUVg NHV tt x y y          ++ + +++ =+         () 11 ()() (7) q xy qC C CCC C C U V HD HD txyHx xHy y H       ++=      Trong (ó  là mc n)c bi"n, H là ( sâu, U, V là 2 thành ph5n v9n tc n+ m ngang, C là ( m8n, f, , N, , D, là các h s. Các ph),ng trình (1) - (2) ()*c gi% i b+ng ph),ng pháp sai phân /n 4 (i"m ca Preissmann. Ph), ng trình (3) ()*c gi%i b+ng ph),ng pháp phân rã kFt h*p vi ()7ng (8c tr)ng [1,3]. H (4) (F (7) ()*c gi%i b+ng ph),ng pháp ph5n t> h? u h@n l)i tam giác. Aiu kin ni gi?a mô hình mt và 2 chiu là b% o (%m (iu kin cân b+ng l)u l)*ng (vào b+ng ra) t@i c>a sông, và mc n)c sông bi"n ph%i b+ng nhau. Gi%i (-ng th7i h 1 và 2 chiu [2,3] tV (ó các giá tr^ mc n)c, l)u l)*ng, ( m8n t@i các c>a sông ()*c tính tV mô hình (không ph%i cho tr)c nh) các mô hình truyn thng). III- Mng dOng mô hình ghép nPi 3.1- Ki"m tra hiu chYnh mô hình: A" ki"m tra tính (úng (Xn mt s, (- tính ca mô hình ghép ni g-m ph5n mt chiu tV Kratie ra bi"n, và ph5n 2 chiu vi 353 ph5n t> tam giác, 224 nút (hình 3). Vic ly n)c trên A- ng B+ng tùy thuc tVng tháng (phân theo 10 ngày mt) ()*c phân bG trên 271-285 (i"m. Mt s kFt qu% tính trên hình 4 (a,b) v mc n)c, l)u l)*ng, ( m8n vi s liu 2004 cho thy mô hình ghép ni có th" s> dHng cho các k^ch b%n s> dHng n)c trong t),ng lai vi các (iu kin biFn (Gi v th)*ng l)u và n)c dâng trên bi"n h(x,y) H(x,y,t) F(x,y,z,t)=0 z=  ( x,y,t) Hình 2 www.vncold.vn 3.2- ~ng dHng trong tính tóan quy hMach các cng trên sông ln Mô hình ghép ni 1-2 chiu (ã ()*c s> dHng (" d báo biên mc n)c và ( m8n t@i các c>a sông O ABSCL vào th7i k• 2025 khi ch)a có n)c bi"n dâng và khi n)c bi"n dâng 35cm trong (iu kin ngNn các c>a sông ln. S, (- tính mt chiu trong sông g-m 2308 nhánh sông kênh, 6435 m8t cXt, 19 biên ni sông bi"n, 159 công trình, 800 ô rung. Ph5n 2 chiu g-m 353 ph5n t> tam giác, 224 nút. Mô phvng ()*c thc hin cho c% mùa lZ l•n mùa kit. Các k^ch b%n tính tóan : a) K^ch b%n phát tri"n tài nguyên n)c mùa lZ : + ABSCL: Nh) ph),ng án lâu dài ca quy hMach lZ ()*c duyt nNm 1999. + Vùng (t CNm pu chia lên (ê bao c% nNm + LZ nN m 2000, m)a 10% + M n)c triu d báo ti 2025 có tính ti mc n)c bi"n dâng 0,35 m b) K^ch b%n phát tri"n tài nguyên n)c mùa kit Hính 3: S, ( - ghép ni 1 - 2 chi u d ùng tính toán cho quy ho@ch LU LNG CHÂU C -1200 -800 -400 0 400 800 1200 0 60 120 180 240 300 360 Thi gian (gi) Q(m 3 /s) Kt qu !o !#c Kt qu tính toá n ' M)N T*I VÀM KÊNH 8 12 16 20 24 0 60 120 180 240 300 360 Thi gian (gi) / m0n (g/l) Kt qu th2c !o Kt qu tính toán Hình 4b: M t s kFt qu% tính ki "m tra l )u l) *ng v à (  m8n ca mô h ình ghép n i 1 - 2 chi u M3C N4C T*I M5 THANH -200 -150 -100 -50 0 50 100 150 0 60 120 180 240 300 360 Thi gian (gi) H (cm) Kt qu !o !#c Kt qu tính toán M3C N4C T*I GÀNH HÀO -200 -150 -100 -50 0 50 100 150 0 60 120 180 240 300 360 Thi gian (gi) H (cm) Kt qu !o !#c Kt qu tính toán Hình 4a: M t s kFt qu% tính ki"m tra mc n ) c ca mô hình ghép ni 1-2 chiu www.vncold.vn b1) K^ch b%n 1: + Yêu c5u s> dHng n)c nh) nNm 2004 O ABSCL + Biên th)*ng l)u t5n sut 75% + Biên triu bi"n d báo ti 2025 có tính ti mc n)c bi"n dâng 0,35 m b2) K^ch b%n 2: + Yêu c5u s> dHng n)c (^nh h)ng ti nNm 2025 O ABSCL + Biên th)*ng l)u t5n sut 75% nh)ng gi%m 20% + Biên triu bi"n d báo ti 2025 có tính ti mc n)c bi"n dâng 0,35 m b3) K^ch b%n 3: Nh) k^ch b%n 2 nh)ng biên th)*ng l)u gi%m (i 40% M„i k^ch b%n trên g-m 7 tr)7ng h* p tính tóan t),ng Jng l5n l)*t nh) sau: TrV7ng h*p 1 (TH1): có cng Ba Lai ((óng, và xem nh) mt hin tr@ng ch)a có cng trên các c>a sông ln), Tr)7ng h*p 2 (TH2): TH1 cng vi cng Cái ln- Cái bé, Tr)7ng h*p 3 (TH3): TH2 cng vi cng Vàm Cv, Tr)7ng h*p 4 (TH4): TH3 cng vi cng Hàm Luông, Tr)7ng h*p 5 (TH5): TH4 cng vi cng CG chiên, Tr)7ng h*p 6 (TH6): TH5 cng vi cng C>a ti"u, Tr)7ng h*p 7 (TH7) : TH6 cng vi cng Tr5n A, A^ nh an (tr)7ng h*p có các cng trên các c>a sông ln). Hình 5 và b%ng 1, 2 là mt s kFt qu% v ( m8n max t),ng Jng vi 7 tr)7ng h*p cng. (K^ch b%n 3). KFt qu% chi tiFt ()*c công b trong ( tài nghiên cJu khoa hMc v các công trình ngN n sông ln ca Vin Khoa hMc thy l*i Vit nam. B%ng 1: A m8n max (g/L) tV C5n th, ti c>a A^nh an trong 7 tr)7ng h*p B%ng 2: A m8n max (g/L) tV Mc Hóa ti ngã ba Sòai R@p-Vàm Cv trong 7 tr)7ng h*p Hình 5: / m0n max t < Ch= Lách t> i Vàm Kênh tr ong 7 tr Cng h=p 2 6 10 14 18 22 123456 V E tr í: Ch= Lách !n Vàm Kênh TH1 TH2 TH3 TH4 TH5 TH6 TH7 VE trí M0t cFt TH1 TH2 TH3 TH4 TH5 TH6 TH7 Cn Th 519 0.99 0.58 0.65 0.67 1.23 0.74 0.7 522 1.13 0.75 0.81 0.84 1.41 0.97 0.92 525 1.56 1.26 1.32 1.38 1.99 1.73 1.67 527 1.89 1.6 1.65 1.73 2.36 2.27 2.2 543 3.03 2.74 2.78 2.91 3.58 4.16 4.06 549 5.2 4.93 4.96 5.11 5.79 7.8 7.69 552 9.47 9.25 9.3 9.49 10.15 12.51 12.57 556 17.8 17.72 17.74 17.84 18.15 19.78 19.82 559 20.57 20.53 20.54 20.59 20.77 21.62 21.6 Ca !nh An 562 24.72 24.72 24.72 24.72 24.73 24.77 24.77 www.vncold.vn Hình v[ 5 và 2 b%ng 1,2 chY cho ví dH v kFt qu% tính tóan. Nh?ng phân tích chi tiFt ()*c nêu trong ( tài, tuy nhiên ta thy mt s (iu thú v^ v t),ng tác và vai trò ca các cng trên sông ln, ch%ng h@n khi làm cng Cái ln-Cái bé (TH2) thì ( m8n mt (Man d)i C5n th, có gi%m, cZng t),ng t vi sông Vàm cv. IV. Vài lXi kZt lu[n Mt s ki"m chJng và Jng dHng cho thy mô hình ghép ni 1-2 chiu là mt công cH h?u hiu và không th" thiFu cho công tác quy hMach trong t),ng lai khi c5n xem xét %nh h)Ong ca biFn (Gi khí h9u, n)c bi"n dâng cZng nh) s thay (Gi các (iu kin s> dHng n)c O th)*ng l)u và trên A-ng b+ng. KFt qu% cho ra tV mô hình cho thy ()*c bJc tranh tòan c%nh ca A-ng b+ng trong các tr)7ng h*p khác nhau. Aiu thú v^ ca mô hình ghép ni là khXc phHc ()*c vic (òi hvi v (iu kin biên (ph%i (o) O các c>a trong tr)7ng h*p chính các (iu kin này l@i b^ %nh h)Ong bOi vic s> dHng n)c trên A-ng b+ng và trên th)*ng l)u. TÀI LI†U THAM KH‡O 1. Nguyjn Tt AXc (2005), Mô hình tóan cho dòng ch%y và cht l)*ng n)c trên h thng kênh sông, NXB Nông Nghip. 2. L),ng Quang Xô (2007), Nghiên cJu tính tóan triu m8n vùng c>a sông A-ng b+ng sông C>u long có xét (Fn t),ng tác (ng lc sông bi"n, Lu9n án TiFn sL kL thu9t. 3. Nguyjn Tt AXc, L),ng Quang Xô và các cng s (2006), Báo cáo tGng kFt A tài nghiên cJu khoa hMc cp B “ Nghiên cJu xác (^nh biên tính tóan thy lc và m8n A-ng b+ng sông C>u Long”, Vin Quy hMach thy l*i min Nam. VE trí M0t cFt TH1 TH2 TH3 TH4 TH5 TH6 TH7 Vàm C& (M(c Hóa) 4888 0.56 0.23 0.29 0.32 0.7 0.3 0.28 4890 0.55 0.23 0.29 0.31 0.69 0.3 0.28 4892 0.62 0.27 0.31 0.34 0.76 0.34 0.31 4894 0.77 0.34 0.39 0.43 0.93 0.42 0.39 4896 0.71 0.35 0.38 0.43 0.92 0.42 0.38 4898 0.7 0.34 0.38 0.4 0.89 0.41 0.38 4900 0.73 0.38 0.41 0.41 0.9 0.42 0.39 4902 0.75 0.41 0.43 0.42 0.92 0.43 0.4 4904 0.78 0.45 0.45 0.44 0.96 0.45 0.42 4906 0.85 0.52 0.48 0.47 0.97 0.48 0.45 4908 0.94 0.62 0.53 0.51 1.01 0.53 0.5 4910 1.59 1.27 0.84 0.84 1.33 0.87 0.84 4912 2.02 1.71 1.11 1.1 1.59 1.14 1.11 4914 2.15 1.84 1.19 1.17 1.67 1.22 1.19 4916 2.59 2.29 1.48 1.44 1.95 1.51 1.48 4918 4.32 4.04 2.61 2.5 3.02 2.62 2.6 4920 6.22 5.96 3.93 3.77 4.3 3.93 3.92 4922 7.4 7.16 4.81 4.62 5.13 4.78 4.78 4924 8.43 8.2 5.65 5.46 5.96 5.62 5.63 4926 10.91 10.72 7.8 7.6 8.08 7.78 7.81 4928 12.19 12.01 9.13 8.95 9.41 9.13 9.19 4931 16.17 16.04 13.85 13.73 14.1 13.9 14.03 5832 24.76 24.72 24.91 24.95 25.14 25.13 25.37 Ngã ba 5834 25.58 25.54 25.71 25.72 25.87 25.87 26.04 sông Sòai R5p 5836 26.5 26.47 26.91 26.92 27.03 27.03 27.15 . 1. 59 1. 27 0.84 0.84 1. 33 0.87 0.84 4 912 2.02 1. 71 1 .11 1. 1 1. 59 1. 14 1. 11 4 914 2 .15 1. 84 1. 19 1. 17 1. 67 1. 22 1. 19 4 916 2.59 2.29 1. 48 1. 44 1. 95 1. 51 1.48 4 918 4.32 4.04 2. 61 2.5 3.02 2.62 2.6 4920. 7 .16 4. 81 4.62 5 .13 4.78 4.78 4924 8.43 8.2 5.65 5.46 5.96 5.62 5.63 4926 10 . 91 10.72 7.8 7.6 8.08 7.78 7. 81 4928 12 .19 12 . 01 9 .13 8.95 9. 41 9 .13 9 .19 49 31 16 .17 16 .04 13 .85 13 .73 14 .1 13.9 14 .03 5832. Th 519 0.99 0.58 0.65 0.67 1. 23 0.74 0.7 522 1. 13 0.75 0. 81 0.84 1. 41 0.97 0.92 525 1. 56 1. 26 1. 32 1. 38 1. 99 1. 73 1. 67 527 1. 89 1. 6 1. 65 1. 73 2.36 2.27 2.2 543 3.03 2.74 2.78 2. 91 3.58 4 .16 4.06 549