2.5 Phương pháp mô hình toán
2.5.1 Môđun thủy lực
Mô hình MIKE 11, là một phần mềm kỹ thuật chuyên dụng do Viện Thuỷ lực Đan Mạch (DHI) xây dựng và phát triển trong khoảng 20 năm trở lại đây, được ứng dụng để mô phỏng chế độ thủy lực, chất lượng nước và vận chuyển bùn cát vùng cửa sông, trong sông, hệ thống tưới, kênh dẫn và các hệ thống dẫn nước khác. MIKE 11 bao gồm nhiều modul có các khả năng và nhiệm vụ khác nhau như: modul mưa dòng chảy (RR), modul thuỷ động lực (HD), modul dự báo (FF), modul tải - khuếch tán (AD), modul sinh thái (Ecolab) và một số modul khác. Trong đó, modul thuỷ lực (HD) được coi là phần trung tâm của mô hình, tuy nhiên tuỳ theo mục đích tính toán mà chúng ta kết hợp sử dụng với các modul khác một cách hợp lý và khoa học. Trong hướng dẫn sử dụng này tập trung vào các modul HD, RR, và FF.
MIKE 11 mô tả quá trình động lực học dọc theo chiều dài dòng chảy với sự kết hợp giữa phương trình liên tục và phương trình động lượng (hệ phương trình Saint – Venant), với một số giả thuyết cơ bản sau:
Nước là chất lỏng đồng nhất và không nén được (khối lượng riêng của nước
N const
)
Độ dốc đáy dọc theo chiều dài dòng chảy là nhỏ.
Chiều dài bước sóng là lớn so với độ sâu mực nước. Điều này đảm bảo mặt thoáng dòng chảy có thể xem như song song với đáy, nghĩa là gia tốc dòng chảy theo chiều thẳng đứng có thể bỏ qua, hay nói cách khác cùng trên mặt cắt ngang áp suất phân bố theo quy luật thủy tĩnh.
Vật chất hòa tan được xáo trộn đều.
Từ các giả thuyết trên, hệ phương trình Saint – Venant với các biến Q (x,t) và h (x,t) như sau: Phương trình liên tục: B h Q q t x Phương trình động lượng: (2.4)
Q Q2 h Q Q
gA g 2 0
A x AC R
tx (2.5)
Trong phương trình (2.4), giả thuyết rằng dòng nhập bên trực giao với dòng chính nên trong phương trình động lượng mới triệt tiêu thành phần q.
Trong đó:
Q: lưu lượng dòng chảy (m3/s); A: diện tích mặt cắt ướt (m2); R: bán kính thủy lực (m);
1 1 1
6 1
C: hệ số Chezy (C = n R ) ( m / s
) ; ( hệ số Maning M = n , C = MR 6 ) B: bề rộng mặt thoáng (m); n: hệ số nhám; q: lưu lượng dòng nhập lưu trên một đơn vị chiều dài dọc sông (m2/s);
h: độ sâu dòng chảy (m); : hệ số hiệu chỉnh động năng.