4. Phƣơng pháp nghiên cứu
2.3 Thiết lập, hiệu chỉnh và kiểm định mô hình MIKE11 HD
Mục tiêu của mô hình này là tính toán thuỷ lực trên khu vực sông nghiên cứu để đƣa ra một bộ thông số thuỷ lực phù hợp phục vụ cho mô hình chất lƣợng nƣớc. Các bƣớc tiến hành nhƣ sau:
- Cài đặt mô hình: Xây dựng miền tính, lƣới tính;
- Thiết lập các điều kiện ban đầu: lƣu lƣợng và mực nƣớc tại thời điểm t=0;
- Xây dựng các biên đầu vào cho mô hình: (i) các điều kiện biên trên: số liệu lƣu lƣợng tại các trạm dùng làm biên trên nhƣ Bảng 2.1; (ii) các điều kiện biên dƣới: số liệu mực nƣớc tại các trạm dùng làm biên dƣới nhƣ trong mục hiện trạng số liệu nêu trên; Sông Hồng và sông Nhuệ đƣợc kết nối thông qua vận hành cống Liên Mạc, quy tắc vận hành cống đƣợc trình bày trong phần phụ lục;
- Hiệu chỉnh và kiểm nghiệm mô hình, đƣa ra các thông số thuỷ lực phù hợp;
- Sử dụng mô hình với các thông số mới để mô phỏng số liệu thủy lực theo thời gian và không gian với các điều kiện biên thích hợp.
Hình 2.8: Sơ đồ mặt cắt hệ thống sông Nhuệ - Đáy trong mô hình MIKE 11
Sơ đồ tính toán thuỷ lực trên hệ thống sông Nhuệ và sông Đáy bao gồm 8 sông chính nhƣ đã nêu trong mục trƣớc. Lƣới tính toán đƣợc xây dựng trên bản đồ số hoá trong khu vực nghiên cứu và bộ mô hình MIKE 11 nhƣ Hình 2.8. Các kết quả mô phỏng của mô hình thuỷ lực đƣợc sử dụng nhƣ điều kiện biên cho mô hình tính toán và mô phỏng chất lƣợng nƣớc. Tiếp theo, bƣớc hiệu chỉnh mô hình đƣợc thực hiện. Mục
đích của hiệu chỉnh mô hình là tìm ra bộ thông số mô hình phù hợp nhƣ hệ số nhám Manning n, ảnh hƣởng của gió .v.v. để điều chỉnh kết quả mô phỏng tiến đến các giá trị thực đo. Thời gian dùng để hiệu chỉnh mô hình thuỷ lực là mùa kiệt các năm 2012 - 2013 và 2013- 2014. Các số liệu sử dụng cho công tác hiệu chỉnh mô hình thuỷ lực hầu hết có nguồn gốc từ Tổng cục Khí tƣợng Thủy văn - Bộ Tài nguyên và Môi trƣờng, có độ chính xác và tin cậy cao. Kết quả hiệu chỉnh đƣợc trình bày trong các hình dƣới đây.
Hình 2.9: Quá trình mực nƣớc tính toán và thực đo hiệu chỉnh tại trạm Hà Nội năm 2012-2013
Hình 2.10: Quá trình mực nƣớc tính toán và thực đo hiệu chỉnh tại trạm Hƣng Yên năm 2012-2013
Hình 2.11: Quá trình mực nƣớc tính toán và thực đo hiệu chỉnh tại trạm Phủ Lý năm 2012-2013
Hình 2.12: Quá trình mực nƣớc tính toán và thực đo hiệu chỉnh tại trạm Ninh Bình năm 2012-2013
Sai số giữa số liệu thực đo và tính toán cũng đƣợc đánh giá theo chỉ số Nash- Sutcliffe và hệ số tƣơng quan, kết quả phân tích sai số tính toán hiệu chỉnh mô hình
đƣợc trình bày trong bảng 2.7. Kết quả hiệu chỉnh mô hình thuỷ lực cho các năm 2012 – 2013 và 2013 -2014 (Hình 2.9 đến 2.16) cho thấy đƣờng quá trình tính toán và thực đo năm là khá tƣơng đồng nhau. Quá trình tính toán đã mô phỏng đƣợc khá tốt diễn biến dòng chảy trong thời kì mùa kiệt, với thời gian xuất hiện đỉnh và chân đƣờng quá trình là khá trùng nhau, giá trị mực nƣớc tính toán và thực đo chênh lệch khoảng 0.1
% Qua so sánh, có thể kết luận quá trình tính toán là tƣơng đối phù hợp với tài liệu thực đo về hình dạng và trị số đỉnh. Độ tin cậy của mô hình dao động trong khoảng từ 80% đến 95% (Bảng 2.7).
Hình 2.13: Quá trình mực nƣớc tính toán và thực đo hiệu chỉnh tại trạm Hà Nội năm 2013-2014
Hình 2.14: Quá trình mực nƣớc tính toán và thực đo hiệu chỉnh tại trạm Hƣng Yên năm 2013-2014
Hình 2.15: Quá trình mực nƣớc tính toán và thực đo hiệu chỉnh tại trạm Phủ Lý năm 2013-2014
Hình 2.16: Quá trình mực nƣớc tính toán và thực đo hiệu chỉnh tại trạm Ninh Bình năm 2013-2014
Kết quả so sánh giữa số liệu thực đo và kết quả tính toán hiệu chỉnh mô hình của các trạm Hà Nội, Phủ Lý, Ninh Bình và Hƣng Yên đƣợc trình bày tƣơng ứng trong
thời kì mùa kiệt 2013 -2014 đƣợc thể hiện trong các hình trên. Bộ thông số thủy lực đƣợc xác định ở bƣớc này sẽ tiếp tục đƣợc kiểm định trong bƣớc tiếp theo dƣới đây.
Bảng 2.7: Phân tích sai số của hiệu chỉnh mô hình MIKE 11 HD 2012-2013 2013-2014
TT Trạm Hệ số Hệ số
Hiệu chỉnh Nash tƣơng Nash tƣơng
(%) quan (%) quan (%) (%) 1 Hà Nội 87,5 95 95,7 98 2 Hƣng Yên 83,7 93,1 89,2 92,4 3 Phủ Lý 80,6 89,6 89,6 93 4 Ninh Bình 80,1 88.1 80,3 87,2
Kiểm định mô hình: Mục đích của công tác kiểm định mô hình nhằm đánh giá mức độ phù hợp của bộ thông số đã xác định trong phần hiệu chỉnh mô hình. Số liệu thực đo trong mùa kiệt từ tháng 11/2014 đến tháng 5/2015 đƣợc dùng để kiểm định mô hình. Sai số giữa số liệu thực đo và tính toán tiếp tục đƣợc đánh giá theo chỉ số Nash-Sutcliffe.
Kết quả so sánh giữa số liệu thực đo và kết quả tính toán kiểm định mô hình của các trạm Hà Nội, Phủ Lý, Hƣng Yên và Ninh Bình đƣợc trình bày tƣơng ứng trong các hình 2.17, hình 2.20. Kết quả phân tích sai số tính toán kiểm định mô hình đƣợc trình bày trong bảng 2.8. Qua so sánh, có thể thấy kết quả tính toán khá phù hợp với tài liệu thực đo, đƣờng quá trình tính toán và thực đo năm là khá tƣơng đồng nhauvề hình dạng đƣờng quá trình dòng chảy cũng nhƣ giá trị đỉnh. Chênh lệch mực nƣớc lớn nhất và chệnh lệch mực nƣớc thấp nhất giữa tính toán và giá trị thực đo không đáng kể. Sai số lệch đỉnh tại các trạm kiểm tra nằm trong phạm vi cho phép. Mức hiệu quả của mô hình đạt giá trị lớn nhất là 94,2%. Nhƣ vậy bộ thông số của mô hình tƣơng đối tốt, với hệ số nhám (Manning-n) dao động trong khoảng 0,025 – 0,035. Có thể kết luận rằng bộ mô hình MIKE 11 HD đã thiết lập có độ tin cậy cao và bộ thông số thuỷ lực đã tìm đƣợc cho mạng sông nghiên cứu sẽ đƣợc ứng dụng vào các mô phỏng tiếp theo.
Bảng 2.8: Phân tích hiệu quả và sai số của kiểm định mô hình 2014-2015
TT Trạm kiểm định
Nash (%) Hệ số tƣơng quan (%)
1 Hà Nội 89,5 93,2
2 Hƣng Yên 94,2 98,7
3 Phủ Lý 87,1 94,3
4 Ninh Bình 80,7 91
Hình 2.17: Quá trình mực nƣớc tính toán và thực đo kiểm định tại trạm Hà Nội năm 2014-2015
Hình 2.18: Quá trình mực nƣớc tính toán và thực đo kiểm định tại trạm Hƣng Yên năm 2014-2015
Hình 2.19: Quá trình mực nƣớc tính toán và thực đo kiểm định tại trạm Phủ Lý năm 2014-2015
Hình 2.20: Quá trình mực nƣớc tính toán và thực đo kiểm định tại trạm Ninh Bình năm 2014-2015