2.2.1 Cỏc mụ hỡnh mưa - dũng chảy:
Mụ hỡnh Ltank: do PGS.TS Nguyễn Văn Lai ủề xuất năm 1986 và ThS Nghiờm Tiến Lam chuyển về giao diện mỏy vi tớnh trờn ngụn ngữ VisualBasic, là một phiờn bản cải tiến từ mụ hỡnh Tank gốc của tỏc giả Sugawara (1956). Mụ hỡnh toỏn mưa rào dũng chảy dựa trờn quỏ trỡnh trao ủổi lượng ẩm giữa cỏc tầng mặt, ngầm lưu vực, và bốc hơi. Ứng dụng tốt cho lưu vực vừa và nhỏ.
Mụ hỡnh HEC-HMS: là mụ hỡnh mưa dũng chảy của Trung tõm Thủy văn kỹ thuật quõn ủội Hoa Kỳ ủược phỏt triển từ mụ hỡnh HEC-1, mụ hỡnh cú những cải tiến ủỏng kể cả về kỹ thuật tớnh toỏn và khoa học
thuỷ văn thớch hợp với cỏc lưu vực sụng vừa và nhỏ. Là dạng mụ hỡnh tớnh toỏn thủy văn ủược dựng ủể tớnh dũng chảy từ số liệu ủo mưa trờn lưu vực. Trong ủú cỏc thành phần mụ tả lưu vực sụng gồm cỏc cụng trỡnh thủy lợi, cỏc nhỏnh sụng.
Kết quả của Hec-HMS ủược biểu diễn dưới dạng sơ ủồ, biểu bảng tường minh rất thuận tiện cho người sử dụng. Ngoài ra, chương trỡnh cú thể liờn kết với cơ sở dữ liệu dạng DSS của mụ hỡnh thủy lực Hec-RAS.
Mụ hỡnh NAM: ủược xõy dựng 1982 tại khoa thủy văn viện kỹ thuật thủy ủộng lực và thủy lực thuộc ủại học kỹ thuật đan Mạch. Mụ hỡnh dựa trờn nguyờn tắc cỏc bể chứa theo chiều thẳng ủứng và hồ chứa tuyến tớnh. Mụ hỡnh tớnh quỏ trỡnh mưa - dũng chảy theo cỏch tớnh liờn tục hàm lượng ẩm trong năm bể chứa riờng biệt tương tỏc lẫn nhau. Cỏc mụ hỡnh thủy văn trờn ủõy cho kết quả là cỏc quỏ trỡnh dũng chảy tại cỏc ủiểm khống chế (cửa ra lưu vực) vỡ vậy tự thõn chỳng ủứng ủộc lập chưa ủủ khả năng ủể ủưa ra cỏc thụng tin về diện tớch và mức ủộ ngập lụt mà phải kết hợp với một số cỏc cụng cụ khỏc như GIS, hoặc là biờn cho cỏc mụ hỡnh thủy ủộng lực 1-2 chiều khỏc.
b. Mụ hỡnh thủy lực:
- Mụ hỡnh VRSAP: tiền thõn là mụ hỡnh KRSAL do cố PGS.TS Nguyễn Như Khuờ xõy dựng và ủược sử dụng rộng rói ở nước ta trong vũng 25 năm trở lại ủõy.
đõy là mụ hỡnh toỏn thuỷ văn-thuỷ lực của dũng chảy một chiều trờn hệ thống sụng ngũi cú nối với ủồng ruộng và cỏc khu chứa khỏc. Dũng chảy trong cỏc ủoạn sụng ủược mụ tả bằng hệ phương trỡnh Saint-Venant ủầy ủủ. Cỏc khu chứa nước và cỏc ụ ủồng ruộng trao ủổi nước với sụng qua cống ủiều tiết. Do ủú, mụ hỡnh ủó chia cỏc khu chứa và cỏc ụ ủồng ruộng thành hai
nước với sụng qua tràn mặt hay trực tiếp gắn với sụng như cỏc khu chứa thụng thường.
Tuy nhiờn mụ hỡnh VRSAP khụng phải là một mụ hỡnh thương mại, mà là mụ hỡnh cú mó nguồn mở chỉ thớch hợp với những người cú sự am hiểu sõu rộng về kiến thức mụ hỡnh; Cũn ủối với cụng tỏc dự bỏo, cảnh bỏo nhanh cho một khu vực cụ thể, nhất là khu vực miền Trung thỡ mụ hỡnh tỏ ra chưa phự hợp.
- Mụ hỡnh KOD-01 và KOD-02 của GS.TSKH Nguyễn Ân Niờn phỏt triển dựa trờn kết quả giải hệ phương trỡnh Saint-Venant dạng rỳt gọn, phục vụ tớnh toỏn thủy lực, dự bỏo lũ...
- Mụ hỡnh WENDY: do Viện thủy lực Hà Lan (DELFT) xõy dựng cho phộp tớnh thủy lực dũng chảy hở, xúi lan truyền, chuyển tải phự sa và xõm nhập mặn.
- Mụ hỡnh HEC-RAS: do Trung tõm Thủy văn kỹ thuật quõn ủội Hoa Kỳ xõy dựng ủược ỏp dụng ủể tớnh toỏn thủy lực cho hệ thống sụng. Phiờn bản mới hiện nay ủó ủược bổ sung thờm modul tớnh vận chuyển bựn cỏt và tải khuếch tỏn. Mụ hỡnh HEC-RAS ủược xõy dựng ủể tớnh toỏn dũng chảy trong hệ thống sụng cú sự tương tỏc 2 chiều giữa dũng chảy trong sụng và dũng chảy vựng ủồng bằng lũ. Khi mực nước trong sụng dõng cao, nước sẽ tràn qua bói gõy ngập vựng ủồng bằng, khi mực nước trong sụng hạ thấp nước sẽ chảy lại vào trong sụng.
- Họ mụ hỡnh MIKE: do Viện thủy lực đan mạch (DHI) xõy dựng ủược tớch hợp rất nhiều cỏc cụng cụ mạnh, cú thể giải quyết cỏc bài toỏn cơ bản trong lĩnh vực tài nguyờn nước. Tuy nhiờn ủõy là mụ hỡnh thương mại, phớ bản quyền rất cao nờn khụng phải cơ quan nào cũng cú ủiều kiện sử dụng.
+ MIKE 11: là mụ hỡnh một chiều trờn kờnh hở, bói ven sụng, vựng ngập lũ, trờn sụng kờnh cú kết hợp mụ phỏng cỏc ụ ruộng mà kết quả thuỷ lực
trong cỏc ụ ruộng là Ộgiả 2 chiềuỢ. MIKE 11 cú một số ưu ủiểm nổi trội so với cỏc mụ hỡnh khỏc như: (i) liờn kết với GIS, (ii) kết nối với cỏc mụ hỡnh thành phần khỏc của bộ MIKE vớ dụ như mụ hỡnh mưa rào-dũng chảy NAM, mụ hỡnh thuỷ ủộng lực học 2 chiều MIKE 21, mụ hỡnh dũng chảy nước dưới ủất, dũng chảy tràn bề mặt và dũng bốc thoỏt hơi thảm phủ (MIKE SHE), (iii) tớnh toỏn chuyển tải chất khuyếch tỏn, (iv) vận hành cụng trỡnh, (v) tớnh toỏn quỏ trỡnh phỳ dưỡngẦ..
Hệ phương trỡnh sử dụng trong mụ hỡnh là hệ phương trỡnh Saint- Venant một chiều khụng gian, với mục ủớch tỡm quy luật diễn biến của mực nước và lưu lượng dọc theo chiều dài sụng hoặc kờnh dẫn và theo thời gian.
Mụ hỡnh MIKE 11 ủó ủược ứng dụng tớnh toỏn rộng rói tại Việt Nam và trờn phạm vi toàn thế giới. Tuy nhiờn MIKE 11 khụng cú khả năng mụ phỏng tràn bói nờn trong cỏc bài toỏn ngập lụt MIKE 11 chưa mụ phỏng một cỏch ủầy ủủ quỏ trỡnh nước dõng từ sụng tràn bói vào ruộng và ngược lại. để cải thiện vấn ủề này bộ mụ hỡnh MIKE cú thờm mụ hỡnh thủy lực hai chiều MIKE 21 và bộ kết nối MIKE FLOOD.
+ MIKE 21 & MIKE FLOOD: Là mụ hỡnh thuỷ ủộng lực học dũng chảy 2 chiều trờn vựng ngập lũ ủó ủược ứng dụng tớnh toỏn rộng rói tại Việt Nam và trờn phạm vi toàn thế giới. Mụ hỡnh MIKE21 HD là mụ hỡnh thuỷ ủộng lực học mụ phỏng mực nước và dũng chảy trờn sụng, vựng cửa sụng, vịnh và ven biển. Mụ hỡnh mụ phỏng dũng chảy khụng ổn ủịnh hai chiều ngang ủối với một lớp dũng chảy.
MIKE21 HD cú thể mụ hỡnh húa dũng chảy tràn với nhiều ủiều kiện ủược tớnh ủến, bao gồm:
o Ngập và tiờu nước cho vựng tràn o Tràn bờ
o Thuỷ triều
o Nước dõng do mưa bóo.
Phương trỡnh mụ phỏng bao gồm phương trỡnh liờn tục kết hợp với phương trỡnh ủộng lượng mụ tả sự biến ủổi của mực nước và lưu lượng. Lưới tớnh toỏn sử dụng trong mụ hỡnh là lưới hỡnh chữ nhật.
Tuy nhiờn MIKE 21 nếu ủộc lập cũng khú cú thể mụ phỏng tốt quỏ trỡnh ngập lụt tại một lưu vực sụng với cỏc ủiều kiện ngập thấp. để cú thể tận dụng tốt cỏc ưu ủiểm và hạn chế những khuyết ủiểm của cả hai mụ hỡnh một chiều và hai chiều trờn, DHI ủó cho ra ủời một cụng cụ nhằm tớch hợp (coupling) cả hai mụ hỡnh trờn; ủú là cụng cụ MIKE FLOOD
MIKE FLOOD là một cụng cụ tổng hợp cho việc nghiờn cứu cỏc ứng dụng về vựng bói tràn và cỏc nghiờn cứu về dõng nước do mưa bóo. Ngoài ra, MIKE FLOOD cũn cú thể nghiờn cứu về tiờu thoỏt nước ủụ thị, cỏc hiện tượng vỡ ủập, thiết kế cụng trỡnh thuỷ lợi và ứng dụng tớnh toỏn cho cỏc vựng cửa sụng lớn.
MIKE FLOOD ủược sử dụng khi cần cú sự mụ tả hai chiều ở một số khu vực (MIKE 21) và tại những nơi cần kết hợp mụ hỡnh một chiều (MIKE 11). Trường hợp cần kết nối một chiều và hai chiều là khi cần cú một mụ hỡnh vận tốc chi tiết cục bộ (MIKE21) trong khi sự thay ủổi dũng chảy của sụng ủược ủiều tiết bởi cỏc cụng trỡnh phức tạp (cửa van, cống ủiều tiết, cỏc cụng trỡnh thuỷ lợi ủặc biệt...) mụ phỏng theo mụ hỡnh MIKE11. Khi ủú mụ hỡnh một chiều MIKE11 cú thể cung cấp ủều kiện biờn cho mụ hỡnh MIKE21 (và ngược lại).
- Bộ mụ hỡnh MIKE11 và MIKE11- GIS của viện thuỷ lực đan Mạch (DHI) sử dụng ủể xõy dựng bản ủồ ngập lụt cho vựng hạ lưu sụng. MIKE11- GIS là bộ cụng cụ mạnh trong trỡnh bày và biểu diễn về mặt khụng gian và thớch hợp cụng nghệ mụ hỡnh bói ngập và sụng của MIKE11 cựng với khả
năng phõn tớch khụng gian của hệ thống thụng tin ủịa lý trờn mụi trường ArcGIS 9.1
Mike11-GIS cú thể mụ phỏng diện ngập lớn nhất, nhỏ nhất hay diễn biến từ lỳc nước lờn cho tới lỳc nước xuống trong một trận lũ. độ chớnh xỏc của kết quả tớnh từ mụ hỡnh và thời gian tớnh toỏn phụ thuộc rất nhiều vào ủộ chớnh xỏc của DEM. Nú cho biết diện ngập và ủộ sõu tương ứng từng vựng nhưng khụng xỏc ủịnh ủược hướng dũng chảy trờn ủú. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Mụ hỡnh MIKE SHE: Mụ hỡnh toỏn vật lý thụng số phõn bổ mụ phỏng hệ thống tổng hợp dũng chảy mặt- dũng chảy ngầm lưu vực sụng. Mụ phỏng biến ủổi về lượng và chất hệ thống tài nguyờn nước. Bao gồm dũng chảy trong lũng dẫn, dũng chảy tràn bề mặt, dũng chảy ngầm tầng khụng ỏp, dũng chảy ngầm tầng cú ỏp, dũng chảy tầng ngầm chuyển tiếp giữa tầng cú ỏp và tầng khụng ỏp, bốc thoỏt hơi từ tầng thảm phủ, truyền chất, vận chuyển bựn cỏt. Ứng dụng thực tiễn: đó ủược ứng dụng tớnh toỏn rộng rói trờn phạm vi toàn thế giới. Ở Việt Nam MIKE SHE ủược ứng dụng mụ phỏng dũng hệ thống dũng chảy ngầm mặt lưu vực.
Qua thực tế của việc sử dụng cỏc mụ hỡnh thủy văn và thủy lực hiện nay trờn thế giới và tại Việt nam; với mong muốn mụ phỏng một cỏch chớnh xỏc nhất quỏ trỡnh ngập lụt trong khu vực nghiờn cứu, tỏc giả nhận thấy bộ mụ hỡnh MIKE - FLOOD của Viện thủy lực Hà Lan cú thể ủỏp ứng ủược yờu cầu xõy dựng bản ủồ ngập lụt cho khu vực nghiờn cứu do cỏc lý do sau ủõy:
Bộ mụ hỡnh MIKE bao gồm: mụ hỡnh thủy văn MIKE NAM, dựng ủể tớnh toỏn cỏc biờn ủầu vào cho mụ hỡnh thủy lực một chiều MIKE 11, cũng như biờn gia nhập khu giữa cho mụ hỡnh thủy lực hai chiều MIKE 21. Mụ hỡnh thủy lực một chiều MIKE 11 mụ phỏng dũng chảy một chiều trong sụng và mụ hỡnh hai chiều MIKE 21 mụ phỏng dũng
phỏng ngập lụt tại lưu vực sụng Nhật Lệ nơi thường xuyờn xảy ra cỏc trận lũ từ nhỏ ủến lớn.
điều kiện số liệu ủo ủạc trong khu vực rất hạn chế do nhiều nguyờn nhõn khỏc nhau nờn việc sử dụng mụ hỡnh MIKE - NAM ủể tớnh toỏn dũng chảy từ mưa làm biờn ủầu vào cho mụ hỡnh thủy lực là cần thiết.
Mụ hỡnh MIKE FLOOD là một cụng cụ tổng hợp cho việc nghiờn cứu cỏc ứng dụng về vựng bói tràn phự hợp cho vựng trũng nghiờn cứu, cú thể thể hiện ủược cả mức ủộ ngập lụt lẫn tốc ủộ và hướng dũng chảy lũ trong vựng ngập lụt.
Do vậy, trong luận văn này tỏc giả quyết ủịnh sử dụng mụ hỡnh Mike Ờ FLOOD trong bộ mụ hỡnh MIKE của Viện thủy lực đan Mạch ủể liờn kết mụ hỡnh 1D và 2D diễn toỏn mụ phỏng quỏ trỡnh lũ trờn lưu vực sụng Nhật Lệ ủoạn khu vực nghiờn cứu.