Cơ sở lý thuyết mô hình MIKE 11

4. BỐ CỤC CỦA LUẬN VĂN

2.1.1. Cơ sở lý thuyết mô hình MIKE 11

1- T ng quan về mô hình

MIKE 11 là một phần mềm kỹ thuật chuyên dụng mô phỏng lƣu lƣợng, chất lƣợng nƣớc và vận chuyển bùn cát ở cửa sông, sông, hệ thống tƣới, kênh dẫn và các hệ thống dẫn nƣớc khác. MIKE 11 là công cụ lập mô hình động lực một chiều, thân thiện với ngƣời sử dụng nhằm phân tích chi tiết, thiết kế, quản lý vận hành cho sông và hệ thống kênh dẫn đơn giản đến phức tạp. Với môi trƣờng đặc biệt thân thiện với ngƣời sử dụng, linh hoạt và tốc độ, MIKE 11 cung cấp một môi trƣờng thiết kế hữu hiệu về kỹ thuật công trình, tài nguyên nƣớc, quản lý chất lƣợng nƣớc và các ứng dụng quy hoạch. Mô đun mô hình thủy động lực (HD) là một phần trung tâm của hệ thống lập mô hình MIKE 11 và hình thành cơ sở cho hầu hết các mô đun bao gồm: dự báo lũ, tải khuyếch tán, chất lƣợng nƣớc và các mô đun vận chuyển bùn cát. Mô đun MIKE 11 HD giải các phƣơng trình tổng hợp theo phƣơng đứng để đảm bảo tính liên tục và bảo toàn động lƣợng (phƣơng trình Saint Venant).

Các ứng dụng liên quan đến mô đun MIKE 11 HD bao gồm: - Dự báo lũ và vận hành hồ chứa

- Các phƣơng pháp mô phỏng kiểm soát lũ - Vận hành hệ thống tƣới và tiêu thoát nƣớc mặt - Thiết kế các hệ thống kênh dẫn

- Nghiên cứu sóng triều và dòng chảy do mƣa ở sông, cửa sông

Đặc trƣng cơ bản của hệ thống lập mô hình MIKE 11 là cấu trúc mô đun tổng hợp với nhiều loại mô đun đƣợc thêm vào mô phỏng các hiện tƣợng liên quan đến hệ thống sông. Ngoài các mô đun thủy lực đã mô tả ở trên, MIKE 11 bao gồm các mô đun bổ sung đối với:

- Thủy văn, tải khuyếch tán - Chất lƣợng nƣớc

- Vận chuyển bùn cát có cấu kết - Vận chuyển bùn cát không cấu kết

2- Phương trình cơ bản

a Phương trình cơ bản cho tính toán thủy lực:

Hệ phƣơng trình cơ bản của MIKE 11 là hệ phƣơng trình Saint Venant viết cho trƣờng hợp dòng chảy một chiều trong lòng kênh dẫn hở, bao gồm:

+Phƣơng trình liên tục là: Q A q (2.1) x t + Phƣơng trình động lƣợng có dạng: Q + ( Q 2 ) + gAh + g Q | Q | = 0 (2.2) t x A x C 2RA Trong đó: Q: Lƣu lƣợng qua mặt cắt (m3/s) q: Lƣu lƣợng nhập lƣu (m3/s) A: Diện tích mặt cắt ƣớt (m2)

x: Chiều dài theo dòng chảy (m) t: Thời gian tính toán (s)

h: độ sâu dòng chảy C: Hệ số Sê-di

: Hệ số động năng g: Gia tốc trọng trƣờng g= 9.81 m/s2

R: Bán kính thủy lực

b Phương trình cơ bản tính toán xâm nhập mặn

Mô đun khuếch tán bình lƣu (AD) dựa trên phƣơng trình 1 chiều về bảo toàn khối lƣợng của chất hoà tan hoặc lơ lửng, nó sử dụng các kết quả tính toán của mô hình thủy lực. Mô hình AD giải theo sơ đồ sai phân ẩn, mà về nguyên tắc là ổn định vô điều kiện.

- Phương trình huếch tán: AC QC  C     AD AKC  C2q (2.4) t x x  x  Trongđó: iện tích mặt cắt ngang; q: dòng gia nhập; x: khoảng cách; t: thời gian. C: nồng độ; C2: nồng độ nguồn D: hệ số khuếch tán

K: hệ số phân huỷ tuyến tính; Phƣơng trình phản ánh 2 cơ chế vận chuyển:

-Vận chuyển bình lƣu/đối lƣu bởi dòng chảy trung bình; -Vận chuyển khuếch tán bởi gradient nồng độ.

* Các giả thiết:

-Vật chất và nguồn hoàn toàn xáo trộn trong mặt cắt ngang,

-Vật chất bảo toàn theo định luật khuếch tán bậc nhất Fick, tức là vận chuyển khuếch tán tỷ lệ với gradient nồng độ.

-Điều kiện biên: Chảy ra khỏi biên hở:

2C  0 (2.5)

x 2

Nồng độ tại biên đƣợc xử lý nhƣ đối với mực nƣớc và lƣu lƣợng. Khi dòng đổi hƣớng ra thành vào biên, điều kiện biên xác định theo:

C  Cbf (Cout  Cbf)etmixKmix (2.6)

Trong đó:

Cbf: nồng độ làm đầu vào tại biên Kmix: quy mô thời gian

iên đóng n

Lúc này lƣu lƣợng Q = 0 và:

Cout: nồng độ tại biên ngay sau khi dòng chảy đổi hƣớng tmix: thời gian kể từ khi dòng chảy đổi hƣớng.

C  0 (2.7)

x

2.1.2. Phương pháp giải: