Giới thiệu chung về phần mềm MIKE21
Họ phần mềm MIKE được phát triển bởi viện thủy lực của Đan Mạch DHI (Danish Hydraulic Institute) cho phép mô phỏng các vấn đề liên quan đến tài nguyên nước mặt, nước ngầm, quy hoạch tài nguyên nước, chất lượng nước, các hệ
sinh thái liên quan đến tài nguyên nước. Trong đó phần mềm MIKE 11 cho phép mô phỏng các bài toán liên quan đến dòng chảy trung bình 1 chiều, phần mềm MIKE 21 dùng cho các bài toán 2 chiều ngang và MIKE 3 dùng cho các bài toán 3 chiều. Tính toán cho vùng cửa sông ven biển thông thường dùng các phần mềm mô phỏng 2 đến 3 chiều thay vì mô hình 1 chiều, vì tính phức tạp về địa hình và thủy hải văn của bài toán vùng cửa sông. Các module tính toán về sinh thái và chất lượng nước được ghép nối với cả mô hình 1, 2 và 3 chiều.
Phần mềm MIKE 21 bao gồm hệ thống các module 2 chiều tính toán dòng chảy và các module phụ trợ khác để mô phỏng và tính toán các quá trình vật lý, hoá học và sinh học liên quan đến các vấn đề về môi trường và sự ô nhiễm của nước.
22
22
Cơ sở lý thuyết của module thủy lực (MIKE21HD) và module đối lưu – tải khuếch tán (MIKE21AD)
Phương trình cơ bản của module thủy lực (MIKE21HD) mô phỏng chuyển
động của dòng chảy 2 chiều ngang được tích phân từ phương trình 3 chiều theo chiều đứng thể hiện các quá trình bảo toàn vật chất và động lượng. Phương trình này được giải theo phương pháp giải ẩn luân hướng (ADI) với thuật toán quét kép (DS) đối với ma trận của từng hướng (chi tiết nội dung này được trình bày tại tiểu mục 2.3.1. Cơ sở lý thuyết của module MIKE21HD, chương 2).
Phương trình mô phỏng quá trình đối lưu - khuếch tán trong module MIKE21AD được xây dựng trên cơ sở phương trình bảo toàn khối lượng. Từ
phương trình tổng quan đã xác định hệ số khuếch tán cho từng trường hợp (chi tiết nội dung này được trình bày tại tiểu mục 2.3.2. Cơ sở lý thuyết của module MIKE21AD, chương 2)
Khả năng mô phỏng của module MIKE21AD
Module đối lưu – khuếch tán (MIKE21AD) được sử dụng để tính toán, nghiên cứu các vấn đề về môi trường liên quan đến các sự phân bố của các thành phần hòa tan như:
− Độ muối;
− Nhiệt;
− Vi sinh vật;
− Các chất hòa tan.
Module đối lưu - khuếch tán (MIKE21AD) còn có thể liên kết với các module khác của phần mềm MIKE như module chất lượng nước (MIKE21WQ) và module sinh thái (MIKE21 ECOLAB) để mở rộng phạm vi nghiên cứu các yếu tố chất lượng nước như:
− Nồng độ vi khuẩn trong môi trường nước;
− Nồng độ ô xy thiếu hụt do nồng độ BOD;
− Nồng độ các chất dinh dưỡng;
23
23
chất hoá học;
− Bùn cát lơ lửng ;
− Nhiệt độ;
− Chất dinh dưỡng (amoni, nitơ, phốt pho, silicát);
− Chất hữu cơ (chia ra các thành phần dưới dạng các bon, nitơ, phốt pho)
− Ô xy hòa tan; − Các quá trình lắng đọng và tái lơ lửng; − Quá trình phát triển và chết của tảo; − Khoáng hóa của các chất hữu cơ; − Ni tơ hóa; − Hấp thụ các kim loại nặng; − Bay hơi của các chất vi ô nhiễm hữu cơ. 1.4.4. Các phần mềm khác
Ngoài các phần mềm kể trên, trên thế giới hiện nay còn sử dụng nhiều các phần mềm quản lý nước khác như: QUAL2K, WMS....
− QUAL2K (hoặc Q2K) là một phần mềm về chất lượng nước của sông và dòng chảy. Phần mềm này được cải tiến từ phần mềm QUAL2E doBrown và Barnwell đưa ra năm 1987. Q2K được sử dụng rộng rãi trong mô phỏng các quá trình thủy lực và diễn biến chất lượng nước của hệ
thống sông có thể bao gồm một sông chính và các sông nhánh.
− WMS (The Watershed Modeling System) là phần mềm mô phỏng các quá trình thủy văn và thủy lực. WMS bao gồm các công cụ mạnh mẽ để tự động hoá và mô hình hóa các quá trình như phân định lưu vực tự động, thông số hình học tính toán, GIS... thông qua việc trích suất từ các dữ liệu
địa hình và các dữ liệu khác. WMS được hỗ trợ bởi các phần mềm thủy văn khác như HEC-1, HEC-HMS, TR-20, TR-55, Rational Phương, NFF, MODRAT, OC Rational, HSPF, xpswmm, và EPA-SWMM..
24
24