Giới thiệu mô hình ( mô hình TANK đơn )

MỤC LỤC I MỞ ĐẦU 1.Mục đích 2.Cách tính tốn II NỘI DUNG Giới thiệu mơ hình 2.Cấu trúc mơ hình TANK 3.Cấu trúc mơ hình TANK kép 4.Bộ thơng số mơ hình 5.Các hệ thức mơ hình 6.Cấu trúc mơ hình 7.Tính tốn lưu vực sông Bôi 8.Chỉ tiêu đánh giá sai số III KẾT LUẬN I MỞ ĐẦU Mục đích - Lập bảng tính giá trị dòng chảy cửa lưu vực theo mơ hình TANK - Đánh giá độ nhạy thông số A1,A2,HA1,HA2,B1,HB1,C1,HC1,D1,HD1 - Xác định thơng số mơ hình có dòng chảy thực đo,mưa bốc - Hiệu chỉnh kết thông qua hệ số NASH, hệ số tương quan,sai số đỉnh sai số tổng lượng Cách tính tốn - Giả thiết thơng số đầu vào mơ hình từ khoảng thơng số cho với việc sử dụng công thức tính tốn mơ hình - - TANK để lập bảng excel tính giá trị dòng chảy Với thơng số giả thiết ta tính Qtt khác sau so sánh Qtt với Qtd Hiệu chỉnh hệ số NASH cho giá trị Qtt gần với Qtd (vẽ hình để so sánh ) II NỘI DUNG Trên lưu vực sông Bôi chọn thông số lưu lượng dòng chảy, lượng mưa, bốc trận lũ xảy từ ngày 08/10/1970 đến ngày 22/10/1970 Với bước tính tốn ngày Giới thiệu mơ hình ( Mơ hình TANK đơn ) • Mơ hình TANK đời từ năm 1956 trung tâm quốc gia phòng • • chống ngập Nhật Bản Tác giả mơ hình M Sugawara Từ đến mơ hình hồn thiện dần ứng dụng • rộng rãi nhiều nơi giới Việt Nam Mơ hình TANK thuộc loại mơ hình tất định dạng nhận thức Cấu trúc mơ hình TANK • Cấu trúc mơ hình TANK loại mơ hình “bể chứa”, bể chứa hoạt động bể thực thụ mơ tả q trình trữ nước trao đổi nước tầng đất chứa nước lưu vực diễn tả chuỗi bể xếp theo phương thẳng đứng nằm • ngang Mỗi bể có cửa đáy cửa thành bên Các cửa bên tạo thành phần dòng chảy theo phương ngang tập trung lưới sông tuyến cửa Các cửa đáy dùng để phản ánh chuyển động dòng chảy theo chiều thẳng đứng tầng • đất Thơng số mơ hình hệ số cửa thành bên • đáy Mơ hình có cấu trúc dạng đơn dạng kép Cấu trúc mơ hình TANK kép • Đối với mơ hình TANK dạng cấu trúc kép lưu vực mơ nhiều đai với đai tuân theo cấu trúc dạng • đơn để áp dụng mơ hình Nước mưa lượng vào bể cùng, sau khấu trừ tổn thất bốc hơi, phần chuyển động theo chiều thẳng đứng xuống dưới, phần chảy qua cửa thành bên Lượng dòng chảy qua cửa thành bên bể gộp lại diễn toán qua bể điều tiết phản ánh khả điều tiết lưu vực sau tới cửa Bộ thơng số mơ hình • Trong mơ hình TANK có tới 36 thơng số, chưa kể thơng số khác trọng số mưa…do sử dụng phương pháp đòi hỏi cần phải nắm tính hoạt động thơng số • Thơng số mơ hình TANK chia làm loại: Thơng số có thứ ngun: HS, PS,SS, HA1, HA2, HB, HC, HD, • Tb, Tc… Thơng số không thứ nguyên: A0, A1, A2, B0, B1, C0, C1, D0, D1… • Hiển nhiên thơng số có thứ ngun thay đổi theo thời đoạn tính tốn Bản chất thông số thông số tổn thất, kết hợp với thông số cửa đáy gây nên hiệu trễ trình dòng chảy Các thơng số cửa bên: A1, A2, A3, B1, C1, D1 trực tiếp tác động đến độ lớn đỉnh lũ A1, A2, A3 tác động trực tiếp đến đỉnh lũ lớn Các hệ thức mơ hình Lưu vực sơng dãy bể chứa A,B,C,D xếp theo chiều thẳng đứng.Mỗi bể chứa có cửa đáy số cửa thành bên lưu vực Dòng chảy qua cửa thành bên hàm tuyến tính lượng trữ : Y = ( X – HA ) A Trong : - X : Là lượng trữ có bể - HA : Ngưỡng cửa - A : Hệ số cửa Hình : Mô lưu vực Phân lưu vực lớn,lưu vực phận,lưu lượng để thực diễn tốn dòng chảy Tùy vào lưu vực nghiên cứu mà lưu vực có 1,2 hay cửa Cấu trúc mơ hình gồm : a Bể thức A ● Cấu trúc ẩm Trong bể thứ tác giả mô tả cấu trúc ẩm tầng mặt thành phần : phần phần dưới,giữa phần có truyền ẩm lên xuống số điều kiện.Các thơng số mơ tả lượng ẩm bão hòa phần phần PS SS ● Cơ cấu truyền ẩm Nếu XA XS/SS có truyền ẩm từ xuống với tốc độ T2 T2 = Tc.( XP/PS – XS/SS) Khi phần chưa bão hòa ẩm XP < PS phần bão hòa ẩm XS = SS có truyền ẩm theo tốc độ T1: T1 = Tb.(1-XP/PS ) * Dòng chảy cửa bể thứ Hình : Bể A - Lượng nước bể + XA1 = XAo – E.dt Xao > E*dt khơng XA1=0 + XA2 = XA1 + ( T1 - T2 ).dt + XA3 = XA2 + P + X = X + T2.dt - Nếu XA > PS ( Lưu ý XA = HS XA > HS ) + Y2 = A2 ( XA - HA2 – PS ) XA – PS > HA2 khơng Y2 = + Y1 = A1 ( XA – HA1- PS ) XA – PS > HA1 khơng Y1 =0 + YA0 = A0.( XA – PS ) + XA4 = XA3 – ( Y1 + Y2 + YA0 ) b Bể B Hình : Bể B + XB1 = XB0 + YA0.dt + Y3 = B1.( XB1 – HB1 ) XB1 > HB1 khơng Y3 = + YB0 = B0.XB1 + XB2 = XB1 – ( Y3 + YB0 ).dt c Bể C Hình : bể C + XC1 = XC0 + YB0.dt + Y4 = C1 ( XC1 – HC1 ) XC1 > HC1 không Y4 = + YC0 = C0.XC1 + XC2 = XC1 – ( Y4 + YC0 ).dt d Bể D Hình : bể D + XD1 = XD0 + YC0.dt + Y5 = D1 XD1 + XD2 = XD1 – Y5.dt e Tổng lượng dòng chảy YS = Y1 + Y2 + Y3 + Y4 +Y5 f Bể điều tiết Hình : Bể điều tiết Bể chứa điều tiết khơng có cửa đáy,chỉ có cửa bên Dòng chảy khỏi bể chứa điều tiết dòng chảy cửa lưu vực thủy văn : + YR = AR ( XR1 – HR ) XR > HR khơng YR = + XR1 = XR0 + YS + XR = XR1 – YR g Lưu lượng cửa lưu vực QE = ( F.YR )/ T Tính tốn lưu vực sơng Bơi a Số liệu đầu vào : + Diện tích : 764 km2 + Số liệu thực đo mưa bốc Time Rainfall (mm) Evaporation (mm/day) Time Rainfall (mm) Evaporation (mm/day) Time 22.6 21.4 12.8 2.6 10 11 1.5 12 1.3 13 1.2 14 10.4 10.8 7.6 7.5 4.5 2.4 0 Rainfall (mm) Evaporation (mm/day) 2.6 22.6 1.5 21.4 1.3 12.8 1.2 0.2 2.6 2.3 2.4 4.2 + Đường trình mưa bốc b Kết tính tốn : • Bảng kết số liệu tính tốn sau q trình hiệu chỉnh: Biểu đồ thành phần dòng chảy Biểu đồ lưu lượng thực đo lưu lương tính tốn Qsatma Time 10 11 12 13 14 15 16 17 Qmat t 0.00 0.00 4.62 19.66 67.95 48.62 23.93 8.15 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 Qngam Mưa 17.79 17.71 17.63 22.6 17.55 21.4 17.47 12.8 17.39 0.2 17.30 17.21 2.4 17.13 17.04 16.95 16.86 16.76 16.67 16.58 16.48 16.39 Bảng tính tốn phân bố dòng chảy Biểu đồ phân bố dòng chảy Nhận xét: Đường trình lưu lượng đỉnh va chân lũ dòng chảy mặt  • Q(Y1),Q(Y2) tổng lượng Qsum có chênh lệch chút đỉnh chân lũ lên nên ta cần phải hiệu chỉnh thơng số mơ • • hình Đường q trình lưu lượng thực đo tính tốn có chênh lệch đáng kể Nhưng chấp nhận kết hiệu chỉnh Kết phân bố dòng chảy: * Dòng chảy mặt có tổng lượng lớn * Dòng chảy sát * Dòng chảy ngầm trì ngưỡng 16-17(m3/s) qua ngày Bộ thông số qua lần hiệu chỉnh Bộ thông số sử Tank A lần1 A0 ( day ) A1 ( day-1) A2 ( day-1) HA1 (mm) HA2 (mm) HS (mm) PS (mm) SS (mm) Tb -1 (mm/day) Tc (mm/day) Tank B B0 (day-1) B1 (day-1) HB1 (mm) Tank C C0 (day-1) C1 (day-1) HC1 (mm) Tank D D1 (day-1) HD1 (mm) XA (mm) XS (mm) XB (mm) XC (mm) XD (mm) Ea (mm) lần2 Lần3 dụng Lần4 0.2 0.5 0.2 10 0.25 0.1 0.09 25 10 0.5 0.05 0.075 25 10 0.01 0.01 0.075 25 10 0.33 0.01 0.075 25 10 infinity infinity infinity infinity infinity 5 5 5 5 5 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.05 0.1 35 0.05 0.1 35 0.05 0.1 50 0.05 0.1 50 0.05 0.1 50 0.025 0.05 35 0.025 0.05 35 0.025 0.05 50 0.025 0.05 50 0.025 0.05 50 0.01 15 20 15 0.01 20 30 250 0.01 35 45 250 0.01 35 45 200 0.01 35 45 200 Đánh giá độ nhạy thông số: Xét bể A: thông số nhạy là: Ao, A1, A2 Thông số nhạy hệ số cửa đáy Ao - Khi tăng Ao lên 20% - Khi giảm Ao xuống 20% Nhận xét: - So sánh với kết cuối ta nhận thấy tăng, giảm Ao 20% - đường q trình lũ có thay đổi chân lũ chủ yếu, Có tác động trực tiếp đến đỉnh lũ lớn Các thông số thay đổi, không thay đổi là: HA1, HA2, PS, SS, Tb, Tc Với thông số lần thơng số sử dụng ta có : • Có chênh lệch Qtd Qtt đỉnh, hình dạng đỉnh khơng có • tương đồng Có tác động trực tiếp đến đỉnh lũ lớn Hiệu chỉnh lần Lần hiệu chỉnh cuối Bảng tính tốn thành phần dòng chảy Time 10 11 12 13 14 15 16 17 Q(Y1) (m3/s) 0.00 0.00 0.00 1.66 8.37 8.84 7.69 6.47 4.81 3.27 2.17 1.18 0.54 0.16 0.00 0.00 0.00 Q(Y3) Q(Y4) Q(Y5) Q(Y2) (m3/s) (m3/s) (m3/s) (m3/s) Qtd(m3/s) 0.00 0.00 0.00 17.79 17.79 0.00 0.00 0.00 17.71 17.71 4.96 0.00 0.00 17.63 22.59 22.43 0.00 0.00 17.55 41.65 72.71 0.00 0.00 17.47 98.55 76.24 0.00 0.00 17.39 102.46 67.62 0.00 0.00 17.30 92.62 58.44 0.00 0.00 17.21 82.12 46.01 0.00 0.00 17.13 67.94 34.50 0.00 0.00 17.04 54.81 26.20 0.00 0.00 16.95 45.32 18.76 0.00 0.00 16.86 36.79 14.02 0.00 0.00 16.76 31.32 11.12 0.00 0.00 16.67 27.94 9.22 0.00 0.00 16.58 25.80 6.70 0.00 0.00 16.48 23.19 4.20 0.00 0.00 16.39 20.59 Lần Q(Y3) Time 10 11 12 13 14 15 16 17 Q(Y4) Q(Y1) (m3/s) Q(Y2) (m3/s) (m3/s) (m3/s) (m3/s) Qtd(m3/s) 0.00 0.00 0.00 0.00 17.79 17.79 0.00 0.00 0.00 0.00 17.71 17.71 0.00 4.62 0.00 0.00 17.63 22.25 1.14 18.52 0.00 0.00 17.55 37.22 6.82 61.13 0.00 0.00 17.47 85.42 4.55 44.07 0.00 0.00 17.39 66.00 1.65 22.29 0.00 0.00 17.30 41.23 0.00 8.15 0.00 0.00 17.21 25.37 0.00 0.00 0.00 0.00 17.13 17.13 0.00 0.00 0.00 0.00 17.04 17.04 0.00 0.00 0.00 0.00 16.95 16.95 0.00 0.00 0.00 0.00 16.86 16.86 0.00 0.00 0.00 0.00 16.76 16.76 0.00 0.00 0.00 0.00 16.67 16.67 0.00 0.00 0.00 0.00 16.58 16.58 0.00 0.00 0.00 0.00 16.48 16.48 0.00 0.00 0.00 0.00 16.39 16.39 Lần hiệu chỉnh cuối • Q(Y5) Lưu lượng dòng chảy chuẩn năm +.Bảng số liệu tính tốn dòng chảy chuẩn năm Q(YA0) Q(YB0) Q(YC0) Time (m3/s) (m3/s) (m3/s) 0.00 0.00 0.00 1.11 15.47 10.33 3.76 14.69 10.08 49.52 13.95 9.82 110.67 13.25 9.58 298.13 12.59 9.34 223.09 11.96 9.11 127.24 11.36 8.88 65.05 10.79 8.66 10.49 10.25 8.44 10 0.00 9.69 8.23 11 0.00 9.17 8.02 12 0.00 8.66 7.82 13 0.00 8.19 7.63 14 0.00 7.73 7.44 15 0.00 7.30 7.25 16 17 0.00 0.00 6.89 6.50 7.07 6.89 + Đường q trình lưu lượng dòng chảy chuẩn năm Đường q trình dòng chảy chuẩn năm Chỉ tiêu đánh giá sai số : a Đánh giá theo tiêu Nash Áp dụng cơng thức: Ta có bảng tính tốn: Time 0.00 0.00 10 11 0.00 1.00 4.00 9.00 0 0 (Qtd-Qtt)^2 (QtdQtdtb)^2 Time (Qtd-Qtt)^2 (QtdQtdtb)^2 0.01 271 0.64 0.01 271 0.00 0.15 0.03 49.9 0.00 174.24 12 13 14 25.0 15 36.0 47.5 16 49.0 0.639118985 17 Tổng 64.0 16.00 0 0 936391.00 0 0 44530766.06 Suy ra: số Nash tính tốn 0.98 b Chỉ số tương quan + Độ lệch chuẩn = 19,97 = 26,07 + Sai số tương quan = 0,74 = 382,79 a Sai lệch tổng lượng +Sai số đỉnh PPE =(YP -XP/XP)*100 +.Sai số tổng lượng PVE=((VY-VX)/VX)*100 7.0 Kết luận: -Qua trình làm báo cáo giúp em hiểu bước xây dựng lý thuyết mơ hình TANK -Biết cách làm quen với thống số quan trọng mơ hình -Lựa chọn với thông số hiệu chỉnh để phục vụ q trình tính tốn mơ dự báo lũ -Xác định lưu lượng dòng chảy khỏi lưu vực * Nhận xét - Ưu điểm + Ứng dụng tốt cho lưu vực vừa nhỏ + Khả mơ dòng chảy tháng, dòng chảy ngày, dòng chảy lũ -Nhược điểm + Có nhiều thơng số khơng hiểu ý nghĩa vật lý nên khó xác định trực tiếp + Việc thiết lập cấu trúc thơng số hóa mơ hình thực sau nhiều lần thử sai, đòi hỏi người sử dụng phải có kinh nghiệm am hiểu mơ hình ... (mm/day) Tc (mm/day) Tank B B0 (day- 1) B1 (day- 1) HB1 (mm) Tank C C0 (day- 1) C1 (day- 1) HC1 (mm) Tank D D1 (day- 1) HD1 (mm) XA (mm) XS (mm) XB (mm) XC (mm) XD (mm) Ea (mm) lần2 Lần3 dụng Lần4 0.2 0.5... 16-17(m3/s) qua ngày Bộ thơng số qua lần hiệu chỉnh Bộ thông số sử Tank A lần1 A0 ( day ) A1 ( day- 1) A2 ( day- 1) HA1 (mm) HA2 (mm) HS (mm) PS (mm) SS (mm) Tb -1 (mm/day) Tc (mm/day) Tank B B0 (day- 1). .. 0.00 16.48 23.19 4.20 0.00 0.00 16.39 20.59 Lần Q(Y 3) Time 10 11 12 13 14 15 16 17 Q(Y 4) Q(Y 1) (m3/s) Q(Y 2) (m3/s) (m3/s) (m3/s) (m3/s) Qtd(m3/s) 0.00 0.00 0.00 0.00 17.79 17.79 0.00 0.00 0.00