Về các mô hình toán của dòng chảy ppt

1 V các mô hình toán ca dòng chy TS Tô Vn Trng I. KHÁI NIÊM V MÔ HÌNH 1. Các lo"i mô hình Ngoài các loi mô hình toán hc, trong các sách và tài liu tham kho ta còn gp nhng t khác nh!: mô hình t# l hay mô hình v%t lý, mô hình t!'ng t(, mô hình nh%n th)c, mô hình t*t +,nh, mô hình ng-u nhiên, i) Mô hình t$ l% (mô hình v(t lý): Thay cho làm th(c nghiêm trên mô hình nguyên m-u ngoài th(c +,a, ng!2i ta ti3n hành thí nghim trên các mô hình thu nh5 nh!ng gi nguyên t# l gia các chi6u (dài, r9ng, cao, ). T*t nhiên, phi tuân th; m9t s< nguyên t=c và tiêu chu>n. Ph!'ng pháp này th!2ng r*t +=t, +òi h5i nhi6u th2i gian +@ xây mô hình. Ph!'ng pháp này ch; y3u +!Bc áp dCng +@ nghiên c)u chi ti3t khi th%t cDn thi3t +@ thi3t k3 công trình nh! c<ng +%p. ii) Mô hình t+,ng t-: Vì các ph!'ng trình mô t dòng chy ngDm (th*m) t!'ng t( nh! ph!'ng trình mô t dòng +in, cho nên thay vì nghiên c)u mng dòng chy ph)c tp ng!2i ta l%p m9t mng +in và suy các k3t qu t mng +in sang mng dòng chy. iii) Mô hình nh(n th/c hay khái ni%m: Tr!Gc khi nghiên c)u m9t quá trình ng!2i ta phi xem quá trình +ó có bao nhiêu thành phDn, cách th)c liên h và nh h!Kng l-n nhau c;a các thành phDn +ó, sau +ó xem xét chi ti3t t ng thành phDn. iv) Mô hình t1t 23nh: Là m9t ph!'ng pháp nghiên c)u khi bi3t các thành phDn tham gia vào quá trình và cách th)c nh h!Kng gia các thành phDn. 2. Mô hình v(t lý và mô hình toán h6c Môi tr!2ng th(c r*t +a +ng và ph)c tp, các m<i quan h gia các y3u t< +an xen chOng ch,t nh h!Kng l-n nhau. P@ kho sát hoc nghiên c)u các m<i quan h +ó +ã t lâu con ng!2i phi sR dCng mô hình hoá nh! là m9t công cC, có nghSa là phi +'n gin hoá b)c tranh th(c hoc môi tr!2ng th(c. Mô hình không bao gi2 ch)a +!Bc t*t c các +c +i@m c;a môi tr!2ng th(c mà chT gi li các +c +i@m chính các m<i quan h chính c;a h th<ng th(c mà chúng có th@ +c tr!ng cho h th<ng +ó. Ví dC: Khi xem xét ch*t l!Bng n!Gc ng!2i ta chT xem xét m9t vài chT tiêu ch; y3u nh! nh! +9 pH, nhu cDu ô xy sinh hóa BOD, +9 c)ng, Eli-Coliform. Khi xem xét n!Gc bi@n và n!Gc sông ta chT cDn xem xét +9 mn. T!'ng t( nh! vây, khi thi3t k3 m9t con tDu ng!2i ta th!2ng làm các mô hình v%t lý +@ xem xét các hình dng nào có s)c cn nh5 nh*t ch) ch!a cDn chú ý tGi vic b< trí ca bin, hDm tDu. Nh! v%y, quá trình mô hình hoà là quá trình xem xét +@ chT cDn gi li các +c +i@m chính +c tr!ng cho môi tr!2ng hoc v%t nào +ó cDn phi nghiên c)u. Quá trình làm m-u m9t con tDu thu# có kích th!Gc theo m9t t# l nào +ó r`i cho vào thR trong n!Gc vGi m9t s< +i6u kin v6 sóng gió, +!Bc xem là mô hình v%t lý. M9t 2 loi mô hình khác th!2ng có tên là mô hình toán sb +!Bc gii thích kc trong các phDn d!Gi, nh!ng có th@ hi@u nôm na là, các m<i quan h gia các hin t!Bng, s( v%t hay các y3u t< c;a môi tr!2ng bao gi2 cdng có th@ bi@u dien bOng các quan h (hay ph!'ng trình) toán hc. BOng cách nghiên c)u hoc gii các ph!'ng trình toán +ó ng!2i ta có th@ phát hin +!Bc các tính ch*t c;a các hin t!Bng cDn quan tâm xem xét. Mô hình hoá bOng các mô hình toán +!Bc phát tri@n r*t nhanh trong các th%p niên gDn +ây, bKi vì: • S( phát tri@n nh! vd bão c;a công ngh máy tính và công cC tin hc, +`ng th2i các công cC mGi v6 toán hc cdng phát tri@n. Hai y3u t< này giúp cho con ng!2i có th@ gii quy3t r*t nhanh các bài toán ph)c tp v6 mt toán hc. • Mt khác, yêu cDu v6 phát tri@n kinh t3, xã h9i và dân s< d-n +3n vic suy thoái môi tr!2ng, +c bit vic ô nhiem môi tr!2ng n!Gc d-n +3n +e do s( s<ng trên hành tinh trong t!'ng lai gDn. Vì v%y, xu*t hin các bài toán ph)c tp v6 mt môi tr!2ng mà chT có công cC mô hình hoá mGi có th@ d( báo +!Bc bi3n +gi có th@ x>y ra. 3. Mô hình là công c8 qun lý. S( +ô th, hoá, s( bùng ng dân s< và s( phát tri@n công ngh ngày càng gia ting áp l(c và tác +9ng lên môi tr!2ng ta +ang s<ng. Các ch*t ô nhiem thi vào h sinh thái, +c bit là h sinh thái n!Gc, +ang làm gia ting các ch*t +9c hi c v6 hóa, lý, sinh, có th@ hu# dit các loài s<ng trong +ó hoc phá vj c*u trúc c;a h sinh thái. H sinh thái ngày nay r*t ph)c tp, nhim vC c;a chúng ta là d( +oán s( bi3n +gi c;a môi tr!2ng d!Gi tác +9ng c;a các y3u t< khác nhau. Trong b<i cnh +ó mô hình hoá sb cung c*p m9t b)c tranh vGi các +áp )ng khác nhau, t +ó có nhng bin pháp qun lý và thích )ng cdng nh! l(a chn các gii pháp công ngh hay pháp lý thích h'p trong xR lý cdng nh! qun lý. 4. Mô hình hoá là m<t công c8 khoa h6c Mô hình là loi công cC +!Bc sR dCng r9ng rãi trong khoa hc. Các nhà khoa hc tr!Gc +ây sR dCng r9ng rãi các mô hình v%t lý +@ ti3n hành các thí nghim ngoài hin tr!2ng cdng nh! trong phòng thí nghim +@ nghiên c)u các m<i quan h chính mà ng!2i ta quan tâm. Ngày nay, do s( phát tri@n c;a công ngh máy tính và công ngh thông tin xu th3 phg bi3n là làm các thí nghim trên máy tính tr!Gc khi ti3n hành b=t bu9c m9t s< thí nghim v%t lý nhOm ki@m +,nh các k3t qu t máy tính, và do +ó mô hình toán +!Bc sR dCng r*t r9ng rãi. P,nh lu%t Newton mà ta quen thu9c K m9t phm vi nào +ó là m9t mô hình toán hc v6 s( nh h!Kng c;a l(c trng tr!2ng lên v%t th@ khi b5 qua l(c ma sát và nh h!Kng c;a gió. Do tính ph)c tp c;a môi tr!2ng và h sinh thái vic mô hình hoá là b=t bu9c +@ khám phá ra m<i liên h gida các y3u t< và t!'ng tác gia các y3u t<. Chlng hn khi xem xét s( ô nhiem n!Gc sông ch,u nh h!Kng c;a thu# tri6u. Khi thi ch*t b>n vào dòng chy, d!Gi tác +9ng c;a thu# tri6u ch*t thi b>n lan to +i các h!Gng khác nhau và cdng gim dDn n`ng +9 b>n do quá trình t( làm sch. P@ tính toán +!Bc phm vi nh 3 h!Kng c;a các ngu`n ô nhiem cdng nh! n`ng +9 ti t ng th2i +i@m thì chT có mô hình hoá mGi gii quy3t +!Bc. Có th@ tóm l!Bc m9t s< !u +i@m c;a công cC mô hình hoá nh! sau: - Là công cC hu ích và không th@ thi3u trong kho sát các h sinh thái ph)c tp - SR dCng mô hình có th@ khám phá ra các tính ch*t c;a h th<ng. - Nh2 mô hình có th@ hoàn thin s( hi@u bi3t v6 ki3n th)c môi tr!2ng, sinh thái. - Mô hình là m9t công cC +@ thR nghim các gi thuy3t v6 khoa hc và so sánh gia b)c tranh th(c và b)c tranh c;a môi tr!2ng +ã +!Bc +'n gin hoá. 5. Th? nào là mô hình toán: Trong nhi6u lSnh v(c hot +9ng hàng ngày ta phi th(c hin các tính toán t +'n gin tGi ph)c tp. n tr!2ng phg thông phi th(c hin các phép c9ng tr nhân chia, r`i cao h'n là các phép +o hàm, vi tích phân. R`i trong các tr ong Pi hc phi hc các ph!'ng pháp s< nh! sai phân hu hn, phDn tR hu hn. Nói chung, ta có th@ gi chung là các công cC toán hc và sR dCng chúng +@ gii quy3t các bài toán trong th(c t3 hàng ngày, t +'n gin +3n phúc tp. VGi s( phát tri@n r*t nhanh c;a công ngh thông tin, kS thu%t máy tính và các công cC toán hc hin +i, mô hình toán hc +ã +!Bc phát tri@n r*t nhanh và +ã trK thành công cC nhanh mnh, không th@ thi3u +<i vGi nhng ng!2i làm công tác qui hoch và ra quy3t +,nh. V%y mô hình toán hc là gì ? P@ gii thích ta xét m9t ví dC sau +ây: t1  t i t2 Gi sR ta phi tính khong cách S c;a ôtô chy trong th2i gian T t th2i +i@m t1 tGi t2 vGi v%n t<c t)c th2i v(t). Cách tính +'n gin sb nh! sau: Ta chia khong th2i gian T thành n khong nh5 h'n vGi b!Gc th2i gian là  t i , có nghSa là :  = =++++= n i in tttttT 1 321 Trong m9t b!Gc th2i gian  t i ta xem v%n t<c v(t) gDn nh! không +gi vGi giá tr, v i , và khong cách S mà xe chy trong khong th2i gian T có th@ +!Bc tính x*p xT nh! sau: 11 2 2 1 . . . . (2.1) n nn ii i Svt vt vt vt = +  ++ =   Dùng công th)c (2.1) bài toán có th@ xem nh! +!Bc gii quy3t (m9t cách gDn +úng). N3u  t i +; nh5 thì t ki3n th)c hc trong Pi hc ta có : 4 2 1 0 1 lim . . (2.2) t n ii t i t Svtvdt  = =  =   Nh! v%y vGi các cán b9 +ã t<t nghip +i hc bài toán tính quãng +!2ng c;a xe chy +!Bc tính toán theo các b!Gc nh! sau: i) Xu*t phát t công th)c (2.2) : 2 1 . (2.2) t t Svdt=  ii) Ti3n hành r2i rc hoá (2) theo dng (1): 11 2 2 1 . . . . (2.1 ) n nn ii i Svt vt vt vt a = +  ++ =   Trong +ó v%n t<c v i c xem là hOng s< trong khong  t i và bOng giá tr, trung bình c;a v%n t<c t)c th2i v i trong b!Gc th2i gian  t i . iii) N3u ta gp khó khin khi tính bOng tay (chlng hn +<i vGi các bài toán lGn ph)c tp) ta có th@ l%p trình trên máy tính +@ tính toán. N3u ta cm th*y k3t qu tính toán nói trên ch!a +; chính xác ta có th@ ti3p tCc làm t<t h'n theo cách sau:. iv) Làm nh5 h'n  t i (t)c là ting n) và tính li công th)c trên bOng cách dùng cùng m9t ch!'ng trình máy tính +ã vi3t. Quá trình này +!Bc lp li (t)c là ting dDn n) cho +3n khi k3t qu thu +!Bc có th@ xem là +t yêu cDu. 6. Các b+Bc trong xây d-ng m<t mô hình toán: Quá trình tính toán vGi các b!Gc +'n gin nh! nêu trong ví dC chi3c ô tô K trên +!Bc xem nh! các b!Gc xây d(ng môt mô hình toán (tr!2ng hBp r*t +'n gin). Trên th(c t3 ta gp r*t nhi6u bài toán kS thu%t ph)c tp, nhi6u khi không th@ tính toán bOng tay +!Bc, vì th3 vic xây d(ng m9t quá trình tính toán (hoc xây d(ng môt mô hình toán hc) sb r*t ph)c tp, t<n công, nh!ng nói chung sb g`m các b!Gc sau +ây: i) B+Bc 1: L(a chn các ph!'ng trình toán hc c' bn mô t các quá trình v%t lý (hoc bài toán ta phi gii quy3t. Nói chung hDu h3t các bài toán th(c t3 +6u có th@ mô t bOng các ph!'ng trình toán hc). VGi bài toán tính khong cách c;a ô tô nh! nêu K trên thì +ó là ph!'ng trình (2). P<i vGi các bài toán kS thu%t thì các ph!'ng trình c' bn (hoc h ph!'ng trình) +6u là các ph!'ng trình vi phân, tích phân hay +o hàm riêng mà +@ gii chúng cDn phi có s( giúp +j c;a ph!'ng pháp s< và máy tính. Thông th!2ng +@ có +!Bc các ph!'ng trình c' bn mô t m9t quá trình v%t lý nào +ó ta th!2ng áp dCng các lu%t bo toàn cho các quá trình v%t lý +ó nh! bo toàn kh<i l!Bng, bo toàn mô men +9ng l!Bng hay bo toàn ning l!Bng. Nguyên lý bo toàn chung cho m9t +i l!Bng b*t ký (th@ tích, n`ng +9, kh<i l!Bng,…) sb nh! sau: S bin i theo thi gian ca mt i lng bt k trong mt th tích V s$ b%ng tng lng vào th tích tr' i tng lng ra kh(i th tích cng (ho*c tr') v,i lng phát 5 sinh (ho*c mt i) do các nguyên nhân khác nhau trong chính th tích V ó. Ch6ng hn 7i v,i n,c trong th tích V Q1 Q2 2 121 SSQQ dt dV += Hình 2: S' +` cân bOng n!Gc cho th@ tích V VGi Q1, Q2 là l!u l!Bng vào ra ti 2 mt th@ tích; S1 là ngu`n n!Gc bg xung (x n!Gc vào) còn S2 là ngu`n n!Gc b, l*y +i. Pây là nguyên lý +!Bc sR dCng khi thi3t l%p ph!'ng trình liên tCc c;a ph!'ng trình Saint-Venant. VGi BOD nguyên lý cân bOng trên +!Bc vi3t nh! sau BOD vào th tích V + BOD s=n sinh trong V – (BOD ra kh(i V + BOD b? chuy n hoá) = s thay i BOD trong th tích V trong kho=ng thi gian  t. VGi B là n`ng +9 BOD, Q là l!u l!Bng ti mt c=t, g là t<c +9 sn sinh, f là t<c +9 m*t +i, +an phát bi@u trên +!Bc tóan hc hóa bOng bi@u th)c sau: . . BVB QB gV Q B x fV xt   +  +  +=      Hình 3: S' +` cân bOng n`ng +9 BOD trong th@ tích V Chlng hn +@ mô t chuy@n +9ng c;a n!Gc và +9 mn trên kênh sông ng!2i ta th!2ng dùng h ph!'ng trình Saint-Venant m9t chi6u cho dòng chy và ph!'ng trình ti khu3ch tán cho +9 mn nh! d!Gi +ây: Ph!'ng trình liên tCc cho n!Gc (bo toàn th@ tích n!Gc): q, S q (2.3) HQ Bq tx  +=  Ph!'ng trình +9ng l!'ng (bo toàn mô men +9ng l!Bng) : H A Hình : q, S q gV-fV Q.B V.  B/  t [] B QB x x  +   6 2 2 0 (2.4) gQQ QQ H gA txA x AC R    +++ =     0 Hình 4: Mt c=t ngang sông Ph!'ng trình liên tCc cho +9 mn (bo toàn kh<i l!Bng ): 2 2 () .(2.5) oiq AS QAS S EA q S q S tx x   += +   Trong +ó : H = M(c n!Gc so vGi cao +9 chu>n (m); Q = l!u l!Bng (m 3 /s); B = +9 r9ng mt n!Gc ti m9t mt c=t ngang sông bao g`m c phDn tr (m); A = din tích mt c=t ngang (m 2 ) C = H s< cn Chezy ; g = gia t<c trng tr!2ng (m/s 2 ); R = bán kính thu# l(c (m); q =q i -q o : dòng gia nh%p dc dòng chy (q i ) hoc m*t +i (q o ) trên m9t +'n v, +9 dài c;a dòng chy (m 2 /s) t = th2i gian (s) x = khong cách dc dòng chy (m) S(x,t) : P9 mn (hay n`ng +9 ch*t) trung bình trên mt c=t ngang (g/L) E : H s< phân tán dc (dispersion) Sq: P9 mn (hay n`ng +9 ch*t) trong dòng gia nh%p ii) B+Bc 2: P<i vGi các bài toán ph)c tp mô t bKi các ph!'ng trình +o hàm riêng thì +@ gii +!Bc cDn phi cho +i6u kin biên, +i6u kin +Du, các tham s< và các h s<. iii) B+Bc 3: Nói chung các ph!'ng trình mô t các quá trình vât lý hDu nh! không có nghim gii tích hoc nghim chính xác (theo nghSa toán hc) vì th3 phi dùng các ph!'ng pháp s< +@ gii gDn +úng. Pi6u +ó có nghSa rOng bài toán chT +!Bc gii gDn +úng và k3t qu thu +!Bc cdng là k3t qu gDn +úng ch) không phi k3t qu chính xác. S( khác nhau gia k3t qu chính xác và k3t qu gDn +úng phC thu9c vào ph!'ng pháp s< +!Bc sR dCng. Có r*t nhi6u ph!'ng pháp s<, vic l(a chn ph!'ng pháp nào phC thu9c vào trình +9 và ki3n th)c c;a ng!2i l%p mô hình. Ví dC, K trên là m9t thu%t toán s< r*t +'n gin +@ tính quãng +!2ng chy c;a ôtô. P@ ting +9 chính xác giá tr, v%n t<c trung bình v i có th@ l*y theo các cách khác nhau, chlng hn l*y giá tr, trung bình +Du +on và cu<i +on, hoc l*y giá tr, gia +on. iv) B+Bc 4: VGi s( phát tri@n r*t nhanh c;a kc thu%t máy tính hDu h3t các ph!'ng pháp s< +6u có th@ th(c hin trên máy tính vGi +i6u kin thu%t toán s< t!'ng )ng +ã +!Bc l%p trình và chy thông +!Bc trên máy tính. Pây là b!Gc không th@ thi3u +!Bc khi xây d(ng m9t mô hình toán hc 7 v) B+Bc 5: ThR tính +úng +=n c;a k3t qu qua m9t s< bài toán m-u +@ bo +m rOng k3t qu phn ánh t!'ng +<i chính xác các qui lu%t v%t lí (vì ta chT tính gDn +úng) c;a quá trình +!Bc mô ph5ng. Chlng hn tính bo toàn kh<i l!Bng, nh! cân bOng n!Gc, hoc +9 mn không th@ âm. N3u +9 mn tính ra b, âm thì có +i6u gí +ó sai trong thuât toán +!Bc sR dCng. M9t ví dC khác trong thR nghim là tính +<i x)ng. N3u t*t c các +i6u kin c;a bài toán (mi6n, biên, +i6u kin +Du, ) là +<i x)ng thì nghim s< c;a nó cdng +<i x)ng. N3u th*y k3t qu tính ra có sai sót thì li phi xem xét t b!Gc 1. VGi 5 b!Gc chính nh! +ã nêu K trên ta có m9t mô hình toán hc. P9 chính xác c;a k3t qu tính toán phC thu9c vào chính mô hình và ch*t l!Bng c;a s< liu +Du vào. Vì v%y khi sR dCng b*t c) m9t mô hình nào (phDn m6m máy tính) +@ gii quy3t m9t bài toán th(c tien hai b!Gc nêu d!Gi +ây cDn phi +!Bc th(c hin: • Hiu chTnh mô hình: Khi m9t mô hình +ã +!Bc xây d(ng nó có th@ sR dCng cho b*t kì m9t bài toán kc thu%t nào nh!ng ch*t l!Bng c;a k3t qu phC thu9c vào ch*t l!Bng s< liu +Du vào và giá tr, c;a các tham s< c;a mô hình. D(a trên m9t s< s< liu +Du vào +!Bc +o +c xác +,nh và hiu chTnh các tham s< (chlng hn h s< nhám trong mô hình thu# l(c) +@ có +!Bc l2i gii t<t nh*t. Quá trình này gi là hiu chTnh mô hình. • Ki@m +,nh mô hình: M9t khi mô hình +ã d!Bc hiu chTnh t<t cDn phi thR vGi m9t t%p s< liu khác +@ ki@m tra xem vGi các tham s< mô hình +ã +!Bc xác +,nh liu có +úng vGi tr!2ng hBp khác không, n3u k3t qu tính không sai nhi6u vGi k3t qu th(c +o thì mô hình có th@ coi là +!Bc ki@m +,nh và dùng +@ tính toán các k,ch bn khác nhau II. MÔ HÌNH TÓAN CHO DÒNG CHMY VÀ CHPT LRSNG NRTC TRÊN HV THWNG KÊNH SÔNG – MÔ HÌNH DELTA (VRSAP-SAL) 2.1 M] 2^u Hin ti, +@ tính dòng chy ld kit, xâm nh%p mn, trng thái ô nhiem hu c', trên các h th<ng kênh sông c;a Vit nam, ch; y3u là P`ng bOng sông CRu Long (PBSCL), h th<ng sông Sài gòn-P`ng Nai-Th, vi, P`ng bOng sông H`ng, sông H!'ng các kc s! và cán b9 kc thu%t th!2ng dùng m9t s< phDn m6m máy tính c;a n!Gc ngoài và trong n!Gc. V6 mt hc thu%t các mô hình tính dòng chy và ch*t l!Bng n!Gc trong sông +6u xu*t phát t h ph!'ng trình Saint-Ve nant 1 chi6u (K các dng khác nhau) và ph!'ng trình lan truy6n ch*t m9t chi6u. Tuy nhiên, s' +` và thu%t tóan gii các h ph!'ng trình này li khác nhau tùy thu9c tác gi c;a t ng mô hình, t +ó +9 chính xác c;a k3t qu cdng nh! th2i gian tính trên máy có khác nhau. 2.2 Các Mô hình t_ n+Bc ngoài +!Bc du nh%p vào Vit nam theo con +!2ng các d( án (trong +ó các phDn m6m kèm theo +!Bc tính vào ti6n d( án, t)c là phi mua phDn m6m) hoc bOng con +!2ng c;a du hc sinh hoc hBp tác song ph!'ng. 2.2.1 Nhóm mô hình th+,ng m"i: Pây là nhóm mô hình mua tr(c ti3p hoc tính thành ti6n thông qua các d( án song ph!'ng hoc +a ph!'ng: 8 A. Nhang mô hình dòng chy và ch1t l+bng n+Bc có tính th+,ng m"i trên th? giBi phi kf 2?n h6 mô hình MIKE, trong 2ó MIKE11 (vGi mô+un thu# l(c HD, mô +un tính mn, ch*t l!Bng n!Gc AD, ECOLAB, ) Pây là b9 phDn m6m c;a Vin DHI Pan Mch, +!Bc )ng dCng, nghiên c)u cho d( án quy hoch và qun lý tài nguyên n!Gc và phòng ch<ng thiên tai ti nhi6u n!Gc trên th3 giGi nh! Nh%t Bn, Thái Lan, Bangdales Trong khuôn khg c;a D( án ting c!2ng ning l(c các Vin Ngành n!Gc K Vit Nam, DHI +ã +ào to và chuy@n giao bn quy6n cho m9t s< c' quan ngành n!Gc thu9c B9 NN&PTNT. M9t s< phDn m6m h MIKE khác nh! MIKEBASIN (dùng cho tính cân bOng n!Gc), MIKE FLOOD dùng cho mô ph5ng ld, MIKE21 dùng cho bài toán n<i 1 chi6u và 2 chi6u trong m9t vùng nh5, V6 b9 MIKE 11: MIKE 11 là phDn m6m thu9c h MIKE vGi modun tính dòng chy HD và modun AD dùng cho tính lan truy6n ch*t (mn,…), +@ tính lan truy6n ch*t ô nhiem phi dùng ECOLAB vGi các y3u t< lan truy6n ch*t t th*p tGi cao. P@ tính dòng chy trong sông kênh MIKE 11 cdng sR dCng h ph!'ng trình Saint-Venant m9t chi6u và sR dCng s' +` sai phân 6 +i@m xen kb Q, H c;a Abbott và Ionescu; tài liu +,a hình +!Bc cho ti các mt c=t tính H; v%n t<c u +!Bc tính ti +i@m Q; H ph!'ng trình sai phân +!Bc gii tr(c ti3p và bOng ph!'ng pháp lp, vì v%y t<c +9 tính ch%m và cDn có kinh nghim xR lý khi to +i6u kin ban +Du (hotstart file). Trong MIKE 11 +ã xét các công trình c<ng +%p phg bi3n, tuy nhiên +ôi khi khi gp tr!2ng hBp không gn +,nh khi phi v%n hành công trình. Trong modun AD +ã sR dCng ph!'ng pháp sai phân hu hn cho ph!'ng trình lan truy6n ch*t m9t chi6u vì th3 th!2ng gp hin t!Bng khu3ch tán s< nh h!Kng +3n +9 chính xác c;a k3t qu nh! n`ng +9 có khi b, âm, hoc khi không có ngu`n sinh v%t ch*t trong mi6n mà n`ng +9 trong mi6n cao h'n giá tr, K biên,… P@ sR dCng công cC GIS, trong MIKE 11 +ã dùng k3t hBp vGi b9 ArcView/Arcview GIS +@ tg ch)c c' sK d liu và bi@u dien k3t qu (thông qua các script bOng ngôn ng Avenue). Nhìn chung nhng !u nh!Bc +i@m c;a b9 MIKE 11 (+!Bc sR dCng nhi6u K Vit nam ch; y3u qua d( án ting c!2ng ning l(c cho các Vin ngành n!Gc) nh! sau: + †u +i@m: - Là phDn m6m th!'ng mi nên phDn giao din r*t mnh, hu hiu. - PhDn n<i k3t vGi công cC GIS r*t mnh k@ c to Database (Mc dù phi cDn thêm các phDn m6m GIS nh! ArcView hay ArcGIS, ) - Các tin ích +Dy +;, de cho ng!2i sR dCng. - Thu%n tin cho vic gii quy3t các bài toán v a và nh5. + Nh!Bc +i@m: - Không bi3t +!Bc phDn lõi (phDn thu%t toán, tg ch)c ch!'ng trình, ) nên ng!2i sR dCng không th@ ci biên, c%p nh%t mà phi qua n'i bán, khi +ó phi tr thêm ti6n và m*t th2i gian ch2 +Bi, ) - Khi phi tính cho bài toán lGn nh! PBSCL trong m9t th2i gian dài (mô ph5ng c m9t nim cho ld và cn) MIKE 11 +òi h5i nhi6u th2i gian tính trên máy không 9 thu%n tin cho giai +on chy hiu chTnh vì phi chy r*t nhi6u lDn mGi hiu chTnh +!Bc m9t tham s< nên t<n th2i gian chy trên máy. H'n na, +@ to +i6u kin ban +Du (hotstart file) +òi h5i nhi6u kinh nghim và th!2ng phi xu*t phát t b!Gc th2i gian nh5 - P9 chính xác c;a k3t qu tính, +c bit cho các bài toán lan truy6n ch*t (mn, BOD, DO, ) nhi6u khi không +m bo do bn ch*t thu%t toán +!Bc sR dCng (khu3ch tán s< d-n +3n n`ng +9 âm hoc n`ng +9 sát biên lGn h'n biên khi không có ngu`n trong mi6n) - Vì là phDn m6m th!'ng mi nên giá thành r*t +=t (MIKE11+ECOLAB giá 18000EU, cj 400 triu +`ng Vit nam cho m9t license) mŠi license, dng khoá c)ng, chT dùng +!Bc cho m9t máy tính, hoc cdng có phiên bn chy n<i k3t máy tính trên mng nh!ng giá thành cao h'n nhi6u. - Nhi6u nghiên c)u trong n!Gc +ã sR dCng mô hình MIKE11 +@ làm công cC tính toán thu# l(c và ch*t l!Bng n!Gc. Nh!ng sau khi hoàn thành d( án không chuy@n giao công ngh +!Bc vì các c' quan h!Kng lBi t d( án không có bn quy6n sR dCng MIKE11 và d( án cdng th!2ng không có +; kinh phí +@ mua phDn m6m chuy@n giao. B. ISIS: B9 phDn m6m này c;a Công ty Halcrow và tr!2ng Wallingford ph<i hBp xây d(ng, +!Bc sR dCng trong ch!'ng trình sR dCng n!Gc (WUP) c;a U# H9i sông Mê Công. MŠi m9t n!Gc thành viên có +!Bc 2-3 license. Tuy phDn m6m này, +<i vGi Vit Nam, ch!a th!'ng mi hoá nh! MIKE , nh!ng du nh%p vào Vit nam thông qua các d( án có th@ chuy@n giao công ngh nh! Ch!'ng trình WUP nói trên +ây. Gi<ng nh! b9 MIKE11, phDn m6m ISIS cdng sR dCng h ph!'ng trình Saint- Venant m9t chi6u cho dòng chy và ph!'ng trình lan truy6n ch*t m9t chi6u cho mn. Khác vGi MIKE 11, trong ISIS sR dCng s' +` sai phân Preissmann cho dòng chy và lan truy6n mn. Cdng nh! MIKE 11 phDn m6m ISIS ch!a có kh ning tính mn trong +`ng. Vì là phDn m6m th!'ng mi, ISIS cdng có phDn giao din khá +Œp và tin dCng, tny nhiên cdng b9c l9 m9t s< y3u +i@m và khó khin khi gii quy3t bài toán trên phm vi r9ng, nhi6u liên k3t nh! PBSCL. Pc bit các lŠi v6 +9 chính xác c;a k3t qu tính, +c bit v6 mn. Trong khuôn khg c;a ch!'ng trình WUP, phDn m6m ISIS +ã +!Bc sR dCng cho PBSCL K dng mng kênh sông +!Bc +'n gin hoá r*t nhi6u (b5 mng kênh c*p 2, ch; y3u gi li dòng chính), nh!ng ch!a cho k3t qu có th@ sR dCng +!Bc, +c bit là phDn tính mn. Mô +un ch*t l!Bng n!Gc v-n ch!a +!Bc thR nghim nên ch!a có k3t qu +ánh giá cC th@. T<c +9 tính tóan c;a ISIS cdng r*t ch%m và cdng k3t hBp vGi ArcView +@ n<i k3t vGi GIS và Database. Nh! v%y khi mua MIKE 11 hoc ISIS phi tr c ti6n bn quy6n c;a ArcView. 2.2.2. Nhóm mô hình phi th+,ng m"i (theo nghia Vi%t nam ch+a phi mua mà có 2+bc qua các con 2+jng khác nhau nh+ d- án hk trb song ph+,ng homc 2ào t"o) Các b9 phDn m6m khác nh! Duflow, Sobek/Wendy,Telemax, Qual2-E, Wasp6 vv +!Bc du nh%p qua các các con +!2ng c;a du hc sinh hoc các d( án nh5 song ph!'ng. P<i vGi các d( án qu<c t3 thì +ây cdng là các b9 phDn m6m th!'ng mi, phi mua bn quy6n nên khi sR dCng th!2ng +!Bc c' quan c*p phDn m6m khuy3n cáo rOng 10 có th@ ch*p nh%n m9t s< r;i ro gây thit hi do không +!Bc +ào to, t%p hu*n và không hi@u bi3t nhng hn ch3 c;a mô hình nên khi áp dCng gây lŠi. Vì không có mã ngu`n nên không hi@u +!Bc h3t phDn lõi bên trong xR lý ra sao (nh! thu%t tóan, các xR lý +c bit, ) và ch!a +!Bc áp dCng cho các bài toán lGn và ph)c tp nh! PBSCL. Các phDn m6m này có ngu`n g<c t châu Âu (hoc Mc) vGi +i6u kin sông ngòi khác hln +i6u kin Vit nam (chlng hn K Vit nam mng kênh sông có dng mch vòng ph)c tp, ch,u nh h!Kng c;a th;y tri6u, ) cho nên không phi khi nào cdng sR dCng +!Bc các phDn m6m nêu trên. Có th@ xét qua phDn m6m Sobek, Duflow và Qual2-E: SOBEK: PhDn m6m này do Delft,Hà lan, phát tri@n, g`m phDn dòng chy và tính tóan ô nhiem 1,2 chi6u, +ã n<i k3t vGi công cC GIS. Pã sR dCng h ph!'ng trình Saint- Venant 1 chi6u cho dòng chy trong kênh sông (trong ph!'ng trình có k@ s< hng gió và nh h!Kng c;a góc nh%p l!u). SOBEK cdng sR dCng l!Bc +` sai phân xen kb gi<ng nh! MIKE11, có +i@m H và +i@m Q; +,a hình +!Bc cho ti các +i@m tính H. Các y3u t< ô nhiem +!Bc mô ph5ng bOng ph!'ng trình lan truy6n ch*t 1 chi6u có k@ tGi quá trình bi3n +gi sinh hóa c;a các ch*t ô nhiem. Ph!'ng trình lan truy6n ch*t m9t chi6u +!Bc gii bOng ph!'ng pháp sai phân, mc dù có các l(a chn các s' +`, nh!ng do bn ch*t c;a l!Bc +` sai phân, k3t qu tính v-n b, nh h!Kng bKi hin t!Bng khu3ch tán s<. Qual2-E: PhDn m6m này do c' quan bo v môi tr!2ng c;a Mc (EPA) phát tri@n và +ã +!Bc sR dCng r9ng rãi K Mc và m9t s< n!Gc châu Âu. Qual2-E +ã +!Bc du nh%p vào Vit Nam qua m9t s< d( án. Qual2-E cdng sR dCng h ph!'ng trình Saint-Venant và lan truy6n ch*t m9t chi6u và gii bOng ph!'ng pháp sai phân và có th@ sR dCng cho nhi6u y3u t< ô nhiem (BOD, DO,To, Nit', Ph<t pho, ). Nh!Bc +i@m c;a Qual2-E là chT áp dCng cho mng sông +'n gin có dng hình cây (không áp dCng cho mng sông dng mch vòng); thi3t din kênh sông phi +6u dng hình thang, hay hình ch nh%t và không ch,u nh h!Kng c;a th;y tri6u Duflow: Pây là phDn m6m +!Bc phát tri@n bKi Vin th;y l(c (IHE) c;a Hà lan, Pi hc công ngh Delft, STOWA và tr!2ng Pi hc nông nghip Wageningen. Duflow +!Bc thi3t k3 +@ sR dCng cho nhi6u mCc tiêu (tính tri6u, ld, sR dCng n!Gc, ). Duflow cdng gii quy3t các bài tóan lan truy6n ch*t trong kênh sông có các công trình. S' +` sai phân 4 +i@m c;a Preissmann +ã +!Bc sR dCng cho bài tóan th;y l(c. Duflow có giao din +` ha tin dCng. Vì +ây là phDn m6m thi3t k3 ch; y3u cho ging d%y và +ào to, cho nên khi sR dCng cho các bài tóan lGn cDn có ci biên. 2.3 Mô hình trong n+Bc: Do các yêu cDu c;a th(c tien quy hach và sR dCng tài nguyên n!Gc, nhi6u chuyên gia trong n!Gc phi t( xây d(ng các b9 phDn m6m, +@ khi cDn thi3t, có th@ t( sRa +gi và c%p nh%t thu%t tóan, mã ngu`n (code) +@ có th@ +áp )ng +!Bc các yêu cDu tính tóan cC th@. Các b9 phDn m6m do các cán b9 trong n!Gc +!Bc nh=c tên và áp dCng nhi6u cho các d( án trên 2 P`ng bOng g`m: VRSAP, +ây là b9 phDn m6m +!Bc xem là +Du tiên cho tính tóan th;y l(c mng kênh sông, do c< PGS Nguyen nh! Khuê phát tri@n sau +Bt th(c t%p ti Hà Lan vào nim 1978. VRSAP +ã +!Bc Phân vin Kho sát Quy hoch Th;y lBi Nam b9 (Nay là Vin [...]... (GIS) V6 c' b n ch!'ng trình VRSAP +ã +áp )ng +!Bc các yêu cDu tính toán, tuy nhiên do nhu cDu phát tri@n, kích cj c;a các bài toán qui ho ch cdng ting dDn, không chT K m)c +9 P`ng bOng c;a Vi t nam mà K m)c +9 châu thg (chlng h n c Vi t Nam và Cim pu chia) và ph i mô t vGi th2i gian dài và vGi các k,ch b n ph)c t p v6 v%n hành các h th . nh!: mô hình t# l hay mô hình v%t lý, mô hình t!'ng t(, mô hình nh%n th)c, mô hình t*t +,nh, mô hình ng-u nhiên, i) Mô hình t$ l% (mô hình v(t lý): Thay cho làm th(c nghiêm trên mô hình. 1 V các mô hình toán ca dòng chy TS Tô Vn Trng I. KHÁI NIÊM V MÔ HÌNH 1. Các lo"i mô hình Ngoài các loi mô hình toán hc, trong các sách và tài liu tham. tham gia vào quá trình và cách th)c nh h!Kng gia các thành phDn. 2. Mô hình v(t lý và mô hình toán h6c Môi tr!2ng th(c r*t +a +ng và ph)c tp, các m<i quan h gia các y3u t< +an xen