Tính toán theo điều kiện thí nghiệm được thực hiện trong thời gian
40s với hệ số Manning n = 0.0. Kết quả mô phỏng dao động mực nước tại các điểm có vị trí tương tự như trong thí nghiệm vật lý được xuất ra để so sánh. Trên hình 4.2 và hình 4.3 trình bày dao động mực nước tại các điểm đo từ G1 đến G8.
Hình 4.2: So sánh dao động mực nước giữa mô hình phi thủy tĩnh và mô hình thủy tĩnh với số liệu thí nghiệm tại điểm đo từ G1 đến G4
Hình 4.3: So sánh dao động mực nước giữa mô hình phi thủy tĩnh và mô hình thủy tĩnh với số liệu thí nghiệm tại điểm đo từ G5 đến G8
Từ các hình vẽ cho thấy, nhìn chung các kết quả được tính theo mô hình phi thủy tĩnh gần như trùng với các số liệu thí nghiệm và tốt hơn nhiều so với kết quả được tính theo mô hình thủy tĩnh truyền thống. Mô hình phi thủy tĩnh đã thể hiện được tốt dao động của mặt thoáng theo thời gian tại từng điểm tính cụ thể. Đặc biệt, trên hình vẽ từ điểm đo G3 đến G8 kết quả tính toán theo mô hình phi thủy tĩnh cho thấy dao động mực nước với sóng thứ cấp được mô phỏng khá tốt. Các sóng thứ cấp này được phát sinh do tác động của hiệu ứng nước nông gây ra bởi vật cản ngầm trong kênh sóng. Đối với mô hình thủy tĩnh truyền thống kết quả tính toán không tái hiện được các sóng thứ cấp này. Trên các hình vẽ cũng cho thấy ở một khoảng thời gian ban đầu (cỡ 2 chu kì
sóng tới) mức độ phù hợp giữa kết quả tính toán và thực đo là rất tốt. Tuy nhiên, sau đó có sự sai khác đáng kể nguyên nhân chủ yếu do sóng phản xạ từ cuối kênh giữa trường hợp thí nghiệm vật lý và tính toán số là khác nhau (bãi nghiêng 1:25 trong thí nghiệm vật lý làm bằng vật liệu thô có độ xốp nhất định, trong thí nghiệm số là mặt phẳng không thấm). Điều này cũng được thể hiện rõ trên các hình từ G1 đến G8 đó là: Điểm đo càng gần về phía cuối kênh thì thời điểm sai lệch giữa kết quả tính toán và số liệu thí nghiệm càng sớm lên do điểm càng gần về cuối kênh thì sóng phản xạ đến càng sớm.
Như vậy, để đánh giá được mực độ đúng đắn của mô phỏng số đối với thí nghiệm vật lý thì cần phải so sánh các kết quả nằm trong khoảng thời gian chưa bị tác động bởi sóng phản xạ. Do đó, đánh giá sai số được thực hiện đối với khoảng thời gian từ khi sóng tới kéo dài trong khoảng 2 chu kì sóng. Các sai số được sử dụng để đánh giá bao gồm sai số cực đại, sai số bình phương trung bình, sai số tương đối và chỉ số Nash.
Bảng 4.2 trình bày các kết quả tính toán sai số cho các điểm đo từ G1 đến G8
Bảng 4.2: Sai số giữa kết quả tính toán bằng mô hình phi thủy tĩnh và mô hình thủy tĩnh với số liệu thí nghiệm
Thủy tĩnh Phi thủy tĩnh Điểm đo max(cm) BPTB(cm) tỉ lệ(%) max(cm) BPTB(cm) tỉ lệ(%) G1 0.096 0.075 4.8 0.03 0.02 1.5 G2 0.202 0.07 10.1 0.07 0.03 3.5 G3 0.225 0.08 11.0 0.19 0.14 9.5 G4 0.26 0.08 13.0 0.17 0.035 8.5 G5 0.8 0.69 40.0 0.098 0.057 4.9 G6 1.167 0.43 58.3 0.26 0.2 13.0 G7 1.278 0.74 63.9 0.47 0.065 23.5 G8 1.678 1.1 83.9 0.74 0.4 37.0
Trên bảng 4.2 cho thấy kết quả tính toán theo mô hình hệ phương trình nước nông phi thủy tĩnh cho độ chính xác cao hơn so với kết quả được tính theo mô hình hệ phương trình nước nông thủy tĩnh truyền thống. Sai số lớn nhất được thể hiện rõ tại điểm đo G8 do trong khoảng thời gian tính toán chưa khắc phục được hết ảnh hưởng của sóng phản xạ gây ra do bãi nghiêng khác nhau trong tính toán số và thí nghiệm vật lý.
Tiêu chuẩn đánh giá dựa theo chỉ số Nash giúp đánh giá mức độ chính xác tổng quát trong suốt quá trình tính toán.
Nếu N ash = 1 tức là, giá trị tính toán trùng với giá trị thực đo, hay khi đó giá trị tính toán là tốt
Nếu N ash = 0 tức là, giá trị tính toán trùng với giá trị trung bình thực đo tại mọi điểm tính hay khi đó giá trị tính toán là không phù hợp
Chỉ số Nash được tính như sau:
N ash = 1− P (X −X∗)2 P X∗ −X∗2 (4.1) Trong đó: - X là giá trị tính toán - X∗ là giá trị thực đo
- X∗ là giá trị thực đo trung bình
Bảng 4.3: Chỉ số Nash giữa kết quả tính toán với số liệu thí nghiệm TT Vị trí Nash 1 G1 0.99 2 G2 0.99 3 G3 0.99 4 G4 0.99 5 G5 0.99 6 G6 0.99 7 G7 0.99 8 G8 0.99
Trong bảng 4.3 đa số các điểm đều cho thấy chỉ số N ash > 0.85
khẳng định kết quả tính toán so với thực nghiệm là phù hợp
Qua việc tính toán kiểm nghiệm với điều kiện thí nghiệm của Beji và Battjes (1993) cho thấy mô hình số sử dụng hệ phương trình phi thủy tĩnh có khả năng tính toán tốt với điều kiện sóng có tác động của hiệu ứng nước nông. Trong khi đó, hệ phương trình nước nông thủy tĩnh truyền thống đã không mô phỏng được trường hợp thí nghiệm này. Do vậy, nếu ứng dụng được hệ phương trình nước nông phi thủy tĩnh cho bài toán thực tế, ví dụ như: bài toán thủy triều, bài toán nước dâng bão, ..., sẽ có khả năng cho kết quả tốt hơn khi sử dụng hệ phương trình nước nông truyền thống.