7. Bố cục của luận văn
2.2. Thiết lập mụ hỡnh HEC RESSIM
2.2.1. Giới thiệu mụ hỡnh
2.2.1.1.Mục đớch
Chƣơng trỡnh đƣợc xõy dựng để đỏnh giỏ vai trũ của hồ chứa trong hệ thống nhằm trợ giỳp nghiờn cứu quy hoạch nguồn nƣớc, đặc biệt trong vai trũ kiểm soỏt lũ và xỏc định dung tớch hiệu dụng trong bài toỏn đa mục tiờu của hệ thống. Chƣơng trỡnh thực sự hữu hiệu trong việc lựa chọn cỏc phƣơng ỏn xả qua hệ thống khi cú lũ “khẩn cấp” để giảm nhỏ độ lớn và duy trỡ cõn bằng dung tớch kiểm soỏt lũ trong hệ thống hồ chứa. Đảm bảo ở cuối thời đoạn lũ xuất hiện dung tớch phũng lũ phải đƣợc thỏo hết. Cỏc phƣơng ỏn điều hành hồ chứa cơ bản dựa vào trạng thỏi của hồ trong mỗi thời đoạn với mục đớch duy trỡ đƣợc mực nƣớc dõng bỡnh thƣờng. Khi cú lũ khẩn cấp xuất hiện phƣơng ỏn điều hành kiểm soỏt lũ khụng để dũng chảy vƣợt quỏ khả năng thoỏt nƣớc của lũng dẫn đặc biệt là phải theo tiờu chuẩn phũng lũ hạ du.
Chƣơng trỡnh cú hệ thống giao diện đồ hoạ tiện ớch, dễ sử dụng và rất thớch hợp cho đào tạo, hƣớng dẫn tụi nghiờn cứu mụ phỏng hệ thống điều hành và kiểm soỏt lũ bằng hồ chứa đơn và hệ thống hồ chứa nối tiếp hoặc song song.
2.2.1.2.Nguyờn lý
a. Nguyờn lý tớnh toỏn điều tiết dũng chảy trong hồ chứa dựa vào hệ phƣơng
trỡnh cõn bằng nƣớc và phƣơng trỡnh động lực cựng với cỏc đƣờng đặc trƣng, tham số mụ tả đặc tớnh của hệ thống cụng trỡnh Phƣơng trỡnh cõn bằng nƣớc: ( ) ( ) dV Q t qr t dt (2.11)
Phƣơng trỡnh động lực cho cỏc cụng trỡnh xả lũ cú dạng tổng quỏt là hàm của 3 tham số:
Qxi(t) = fi[ Ai , Z(t) , Zhi(t) ] , i = 1, 2, ... n (2.12)
Trong đú: Q(t) là quỏ trỡnh lũ đến, qr(t) là quỏ trỡnh lƣu lƣợng xả khỏi hồ bao gồm lƣu lƣợng xả qx(t) qua cụng trỡnh xả lũ (cú điều khiển và chảy tự do), lƣu lƣợng
qua cụng trỡnh lấy nƣớc qc(t), dẫn dũng, qua tuốc bin nhà mỏy và lƣu lƣợng tổn thất do thấm và bốc hơi.
Giải hệ phƣơng trỡnh trờn ta xỏc định đƣợc đƣờng quỏ trỡnh lƣu lƣợng xả qx(t) sự thay đổi mực nƣớc và dung tớch của hồ chứa.
Dung tớch phũng lũ: 2 1 ( ) ( ) t x t VPL Q t q t dt (2.13)
Dung tớch phũng lũ chớnh là phần diện tớch màu xỏm ở hỡnh vẽ dƣới đõy:
b.Mụ hỡnh Muskingum diễn toỏn dũng chảy trong đoạn sụng
Cú nhiều phƣơng phỏp diễn toỏn dũng chảy cho đoạn sụng đó và đang đƣợc sử dụng. Trong đú tiờu biểu là phƣơng phỏp súng động, phƣơng phỏp đƣờng lƣợng trữ, phƣơng phỏp Muskingum. Phƣơng phỏp Muskingum để diễn toỏn dũng chảy trong một đoạn sụng tự nhiờn là một phƣơng phỏp cổ điển nhƣng rất hiệu quả và đƣợc sử dụng trong HEC RESSIM. Xuất phỏt từ hai phƣơng trỡnh viết cho đoạn sụng: Phƣơng trỡnh cõn bằng nƣớc: ào W ra v d Q Q dt (2.14) Phƣơng trỡnh lƣợng trữ: W = τ . Q’ (2.15)
Phƣơng phỏp Muskingum cho rằng lƣu lƣợng đại biểu cho đoạn sụng Q’ tỉ lệ với lƣu lƣợng chảy vào và ra của đoạn sụng.
Q’ = [xQvào + (1-x)Qra] (2.16) W = τ [xQvào + (1-x)Qra] (2.17)
Trong đú: x, τ là hằng số (τ cú ý nghĩa nhƣ thời gian chảy truyền của đoạn sụng, x là hằng số biểu thị chiều dài đoạn sụng tớnh toỏn).
Phƣơng trỡnh tổng quỏt tớnh lƣu lƣợng trạm dƣới nhƣ sau: Qd2=Co Qtr1+ C1Qtr2+ C2Qd1 (2.18) Trong đú: 0 2 2 2 t kx C k kx t (2.19) 1 2 2 2 t kx C k kx t (2.20) 2 2 2 2 2 k kx t C k kx t (2.21) Do đú : C0+ C1+ C2=1 (2.22)
Giỏ trị ∆t là thụng số quan trọng trong phƣơng phỏp Muskingum, đƣợc lựa chọn thoả món điều kiện:
2 t (2.23)
Cỏc bƣớc diễn toỏn:
Bƣớc 1: Chọn thời đoạn t và tài liệu để tớnh toỏn.
Bƣớc 2: Tỡm hằng số x theo cỏch thử dần. Bƣớc 3: Xỏc định hệ số τ.
Bƣớc 4: Tớnh toỏn kiểm tra C0, C1, C2 theo cỏc thụng số τ và x đó chọn.
2.2.1.3.Cấu trỳc mụ hỡnh
Hec-ResSim giới thiệu 1 chƣơng trỡnh tớnh toỏn mụ phỏng điều hành hệ thống hồ chứa. Bao gồm cỏc cụng cụ: mụ phỏng, tớnh toỏn, lƣu trữ số liệu, quản lý, đồ hoạ và bỏo cỏo hệ thống nguồn nƣớc. HEC dựng HEC-DSS (Data Storage System) để lƣu trữ và sửa đổi cỏc hệ thống số liệu vào ra. ResSim là phần kế tiếp của HEC-5 (mụ phỏng cỏc hệ thống ngăn chặn và kiểm soỏt lũ) bao gồm 3 mụđun: thiết lập lƣu vực (Watershed setup), mạng lƣới hồ (Reservoir Network) và mụ phỏng
(Simulation). Mỗi 1 mụđun cú 1 mục địch riờng và tập hợp cỏc cụng việc thực hiện qua bảng chọn (menu, toolbar) và biểu đồ.
+ Mụđun thiết lập lƣu vực: cung cấp 1 sƣờn chung để thiết lập và định nghĩa lƣu vực nghiờn cứu cho cỏc ứng dụng khỏc nhau. Một lƣu vực bao gồm hệ thống sụng suối, cỏc cụng trỡnh thuỷ lợi (hồ chứa, đập chắn, dẫn dũng), vựng ảnh hƣởng ngập lụt,…. và hệ thống cỏc tram quan trắc đo đạc thuỷ văn, khớ tƣợng. Trong mụđun này khi tổng hợp cỏc hạng mục thỡ phải mụ tả đƣợc tớnh chất vật lý của lƣu vực. Ta cú thể nhập cỏc bản đồ từ ngoài vào để thiết lập 1 lƣu vực mới. Xỏc định đơn vị, cỏc lớp bao gồm cỏc thụng tin chung về lƣu vực, liờn kết giữa cỏc sụng và cỏc thành phần định hỡnh.
+ Mụđun mạng lƣới hồ: xõy dựng sơ đồ mạng lƣới sụng, mụ tả cỏc thành phần vật lý, điều hành của hồ chứa và cỏc phƣơng ỏn lựa chọn cần phõn tớch trong mụđun này. Dựa vào cỏc định hỡnh mụ tả ở mụđun trờn để tạo cơ sở cho 1 hệ thống hồ chứa hoàn chỉnh. Cỏc tuyến sụng và cỏc mạng lƣới hệ thống cụng trỡnh cú thể đƣợc đƣa thờm vào và hoàn thành cỏc mối liờn hệ trong mạng lƣới cần ứng dụng. Khi hoàn thành xỏc định mạng lƣới, cỏc số liệu mụ tả vật lý hệ thống cụng trỡnh và phƣơng ỏn điều hành thỡ cỏc lựa chọn phƣơng ỏn chạy cho bài toỏn bao gồm: định hỡnh hệ thống, xỏc định mạng lƣới hồ, tập hợp cỏc phƣơng ỏn điều hành, điều kiện ban đầu và số liệu đầu vào của bài toỏn.
+ Mụđun mụ phỏng: Phần tớnh toỏn và hiển thị kết quả đƣợc thực hiện trong mụđun này. Trƣớc hết phải tạo ra 1 cửa sổ thời gian mụ phỏng, thời đoạn tớnh toỏn và sau đú cỏc thành phần lựa chọn sẽ đƣợc phõn tớch. Ta cũng cú thể lựa chọn cỏc phƣơng ỏn, nhập và sửa số liệu, cỏc đặc tớnh của cỏc thành phần tham gia trong hệ thống. Khi mụ phỏng đƣợc thực hiện qua việc tớnh toỏn và phõn tớch kết quả sử dụng đồ hoạ và biểu bảng.
Mụ tả cỏc chức năng của menu trong từng mụđun:
- Nắm đƣợc cỏch vào ra, cỏc cụng cụ, mụ tả của cỏc menu trờn màn hỡnh và làm thế nào để thiết lập đƣợc 1 lƣu vực cũng nhƣ mở 1 lƣu vực đó cú sẵn.
- Cú 4 dạng biểu đồ trong ResSim: cỏc biểu tƣợng chuỗi số liệu-thời gian (Time- Series Icons), sự liờn kết trong mạng sụng (Stream Alignment), cỏc thành phần của lƣu vực (Watersehd/study components) và sơ đồ mụ hỡnh (Model schematic).
- Cơ cầu lớp trong ResSim: cú 6 loại lớp; chuỗi số liệu-thời gian, nghiờn cứu (Study), liờn kết mạng sụng (Stream Alignment), số liệu trong ụ kẻ (gridded data), sơ đồ mụ hỡnh (Model Schematic) và bản đồ (Maps). Mỗi 1 lớp cú 1 đặc tớnh riờng biệt mà ta cú thể định hỡnh để hiển thị lƣu vực theo cỏc cỏch khỏc nhau.
2.2.1.4. Trỡnh tự ỏp dụng mụ hỡnh giải quyết bài toỏn
Sơ đồ cỏc bƣớc ỏp dụng mụ hỡnh HEC RESSIMđƣợc thể hiện nhƣ sau:
Hỡnh 2.10 Sơ đồ ỏp dụng mụ hỡnh Hec-Ressim giải quyết bài toỏn