2.3.1. Các mô hình mưa dòng chảy:
• Mô hình Ltank: Do PGS.TS Nguyễn Văn Lai đề xuất năm 1986 và ThS
Nghiêm Tiến Lam chuyển về giao diện máy vi tính trên ngôn ngữ VisualBasic, là một phiên bản cải tiến từ mô hình Tank gốc của tác giả Sugawara (1956). Mô hình
toán mưa dòng chảy dựa trên quá trình trao đổi lượng ẩm giữa các tầng mặt, ngầm lưu vực và bốc hơi. Ứng dụng tốt cho lưu vực vừa và nhỏ.
• Mô hình HEC-HMS: Là mô hình mưa dòng chảy của trùng tâm thủy văn kỹ
thuật quân đội Hoa Kỳ được phát triển từ mô hình HEC-1, mô hình có những cải tiến đáng kể cả về kỹ thuật tính toán và khoa học thủy văn thích hợp với các lưu vực sông vừa và nhỏ. Là dạng mô hình tính toán thủy văn được dùng để tính toán dòng chảy từ số liệu mưa trên lưu vực. Trong đó các thành phần mô tả lưu vực sông gồm các công trình thủy lợi, các nhánh sông. Kết quả được biểu diễn dạng sơ đồ, bảng biểu tường minh rất thuận tiện cho người sử dụng. Ngoài ra, chương trình có thể liên kết với cơ sở dữ liệu dạng DSS của mô hình thủy lực HEC-RAS.
• Mô hình NAM: Được xây dựng 1982 tại khoa học thủy văn viện kỹ thuật
thủy động lực và thủy lực thuộc đại học kỹ thuật Đan Mạch. Mô hình dựa trên nguyên tắc các bể chứa theo chiều thẳng đứng và hồ chứa tuyến tính. Mô hình tính quá trình mưa – dòng chảy theo cách tính liên tục hàm lượng ẩm trong năm bể chứa riêng biệt tương tác lẫn nhau.
Các mô hình thủy văn trên đây cho kết quả là quá trình dòng chảy tại các điểm khống chế (cửa ra của lưu vực) vì vậy tự thân chúng đứng độc lập chưa đủ khả năng để đưa ra các thông tin về diện tích và mức độ ngập lụt mà phải kết hợp với một số các công cụ khác như GIS hoặc là biên cho các mô hình thủy động lực 1-2 chiều khác.
2.3.2. Mô hình thủy lực:
• Mô hình VRSAP tiền thân là mô hình KRSAL do cố PGS.TS Nguyễn Như Khuê xây dựng và được sử dụng rộng rãi ở nước ta trong vòng 25 năm trờ lại đây. Đây là mô hình tính toán thủy văn – thủy lực của dòng chảy một chiều trên hệ thống sông ngòi có nối với đồng ruộng và các khu chứa khác. Dòng chảy trong các đoạn sông được mô tả bằng phương trình Saint-Venant đầy đủ. Các khu chứa nước và các ô ruộng trao đổi nước với sông qua cống điều tiết. Do đó, mô hình đã chia các khu chứa và ô ruộng thành hai loại chính. Loại kín trao đổi nước với sông qua cống điều tiết, loại hở trao đổi nước với sông qua mặt tràn hay trực tiếp gắn với sông như các khu chứa thông thường.
Tuy nhiên mô hình VRSAP không phải mô hình thương mại mà là mô hình có mã nguồn mở chỉ thích hợp với những người có sự am hiểu sâu về kiến thức mô hình, còn đối với công tác dự báo cảnh báo nhanh chóng cho một khu vực cụ thể nhất là khu vực miên Trung thì mô hình tỏ ra chưa phù hợp.
• Mô hình KOD-01 và KOD-02 của GS.TSKH Nguyễn Ân Niên phát triển dựa trên kết quả giải hệ phương trình Saint-Venant dạng rút gọn, phục vụ tính toán thủy lực, dự báo lũ…
• Mô hình WENDY do Viện thủy lực Hà Lan (DELFT) xây dựng cho phép tính toán thủy lực dòng chảy hở, xói lan truyền, chuyển tải phù sa và xâm nhập mặn.
• Mô hình HEC-RAS do Trung tâm Thủy văn kỹ thuật quân đội Hoa Kỳ xây dựng được áp dụng để tính toán thủy lực cho hệ thống sông. Phiên bản mới hiện nay đã được bổ sung thêm modun tính vận chuyển bùn cát và tải khuếch tán. Mô hình HEC-RAS được xây dựng để tính toán dòng chảy trong hệ thống sông có sự tương tác 2 chiều giữa dòng chảy trong sông và dòng chảy vùng đồng bằng lũ. Khi mực nước trong sông dâng cao, nước sẽ tràn qua bãi gây ngập vùng đồng bằng, khi mực nước trong sông hạ thấp nước sẽ chảy qua lại vào trong sông.
• Họ mô hình MIKE: Do viện Thủy lực Đan Mạch (DHI) xây dựng được tích hợp rất nhiều công cụ mạnh, có thể giải quyết các bài toán cơ bản trong lĩnh vực tài nguyên nước. Tuy nhiên đây là mô hình thương mại, phí bản quyền rất cao nên không phải cơ quan nào cũng có điều kiện sử dụng.
+ MIKE 11: Là mô hình một triều trên kênh hở, bãi ven sông, vùng ngập lũ, trên sông có kết hợp mô phỏng các ô ruộng mà kết quả thủy lực trong ô ruộng là “giả 2 chiều”. MIKE 11 có một só ưu điểm nổi trội hơn so với các mô hình khác như: liên kết với GIS, kết nối với các mô hình thành phần khác của bô MIKE như mô hình mưa rào-dòng chảy NAM, mô hình thủy động lực học 2 chiều MIKE 21, mô hình dòng chảy nước dưới đất, dòng chảy tràn bề mặt và dòng bố thoát hơi thảm phủ (MIKE SHE), tính toán vận chuyển tải khuyếch tán, vận hành công trình, tính toán quá trình phú dưỡng…Hệ phương trình sử dụng trọn mô hình là hệ phương trình Saint-Venant một chiều không gian, với mục đích tìm ra quy luật diễn biến mực nước và lưu lượng dọc theo chiều dài sông hoặc kênh dẫn theo thời gian.
+ MIKE 21 & MIKE FLOOD: là mô hình thủy động lực học dòng chảy 2 chiều trên vùng ngập lũ đã được ứng dụng tính toán rộng rãi tại Việt Nam và trên phạm vi toàn thế giới. Mô hình MIKE 21 HD là mô hình thủy động lực học mô phỏng mực nước và dòng chảy trên sông, vùng cửa sông, vịnh và ven biển. Mô hình mô phỏng dòng chảy không ổn định hai chiều ngang đối với một lớp dòng chảy.
Trong những năm gần đây, nhờ sự hoàn thiện của các thế hệ máy tính, đặc biệt là máy tính cá nhân, công nghệ thông tin và công nghệ thông tin địa lý (GIS), mô hình toán học đã là một công cụ đắc lực cho các nhà quy hoạch và quản lý nguồn nước. Với sự bùng nổ của khoa học và công nghệ trên toàn thế giới mà nước ta không là ngoại lệ, việc sử dụng mô hình toán trong các bài toán thực tế giúp rút ngắn thời gian, giảm bớt công sức và tiền của mà kết quả tính toán vẫn đạt được độ chính xác cần thiết. Việc lựa chọn mô hình từ những mô hình hiện có phục vụ cho bài toán mô phỏng ngập lụt phụ thuộc vào một số yếu tố sau:
+ Phù hợp với mục đích.
+ Có khả năng thương mại và giá cả.
+ Linh hoạt và dễ sử dụng.
Do đó bộ mô hình phải đáp ứng được các yêu cầu tối thiểu sau:
Tính toán quá trình dòng chảy trên các tiểu lưu vực từ số liệu mưa. Mô phỏng mực nước, lưu lượng dòng chảy trên hệ thống sông.
Cho ra nhiều loại kết quả, chuỗi thời gian về dòng chảy sông và đường quá trình lưu lượng, mực nước.
Dễ dàng kết nối với công cụ GIS để diễn toán vùng ngập.
Căn cứ theo các tiêu chí nêu trên và tình hình ứng dụng các mô hình toán trong nghiên cứu ở Việt Nam những năm gần đây, đồ án lựa chọn các mô hình phục vụ vậy xây dựng bản đồ ngập lụt khu vực nghiên cứu bao gồm:
1. Mô hình NAM phục vụ tính toán lưu lượng gia nhập khu giữa. 2. Mô hình MIKE 11 kết hợp với MIKE 11 GIS diễn toán ngập lụt