4. Kết quả của đề tài
2.2.2 Mô hình thủy lực
Hiện nay mô hình thủy lực đã và đang trở thành công cụ thích hợp, hỗ trợ trong lĩnh vực quản lý và dự báo sự thay đổi về dòng chảy, các yếu tố gây ảnh hưởng trực tiếp hoặc gián tiếp do dòng nước gây ra ... Có thể kể đến các bộ mô hình thủy lực đang được sử dụng rộng rãi và đem lại hiệu quả cao như : MIKE, HEC-RAS, VRSAP, HYDROGIS...
HEC-RAS: Mô hình HEC-RAS được xây dựng bởi Trung tâm Nghiên cứu Thủy văn thuộc Hiệp hội kỹ sư quân đội Mỹ - HEC (Hydrolic Engineering Center, U.S. Army Corps Engineers). Việc phát triển mô hình HEC-RAS nằm trong một chương trình phát triển đồng bộ các mô hình bao gồm: phân tích mưa rào–dòng chảy, phân tích thủy lực trong sông, diễn toán hồ chứa, phân tích thiệt hại do lũ, dự báo điều tiết hồ chứa [3].
HEC-RAS là phần mềm tổng hợp có tính hệ thống. Phần mềm bao gồm giao diện đồ họa, các thành phần tính thủy lực riêng biệt, hệ thống lưu trữ số liệu và công cụ quản lý các phương tiện vẽ đồ họa và kết xuất kết quả. HEC-RAS được xây dựng để trình diễn quá trình tính thủy lực một chiều cho mạng lưới sông suối tự nhiên hay nhân tạo. Mô hình HEC-RAS có khả năng mô phỏng đặc tính thủy lực của dòng nước (lưu lượng và mực nước). HEC-RAS sẽ mô phỏng dòng chảy trong hệ thông sông có sự tương tác 2 chiều giữa dòng chảy trong sông và dòng chảy cùng đồng bằng lũ. Khi mực nước trong sông dâng cao, nước sẽ tràn qua bãi gây ngập vùng đồng bằng, khi mực nước trong sông hạ thấp, nước sẽ chạy lại vào sông, từ các quá trình đó, HEC- RAS có thể mô phỏng được độ sâu cũng như diện ngập của lưu vực.
MIKE 11: Mô hình thủy lực MIKE11 do Viện Thuỷ Lực Đan Mạch (DHI) xây dựng. Các mô đun được sử dụng bao gồm:
Mô đun thủy lực (HD).
Mô đun mưa dòng chảy (RR). Mô đun Mike11-GIS.
Mô đun mô hình thuỷ động lực (HD) là phần trung tâm của hệ thống mô hình MIKE 11 và hình thành cơ sở cho hầu hết các mô đun bao gồm: dự báo lũ, tải khuyếch tán, chất lượng nước và các mô đun vận chuyển bùn cát. Mô đun thuỷ lực trong MIKE 11 giải các phương trình tổng hợp theo phương dòng chảy để đảm bảo tính liên tục và bảo toàn động lượng (hệ phương trình Saint Venant). Đặc trưng cơ bản của hệ thống mô hình MIKE 11 là cấu trúc mô đun tổng hợp với nhiều loại mô đun được thêm vào để mô phỏng các hiện tượng liên quan đến hệ thống sông. Ngoài các mô đun thuỷ lực, MIKE 11 còn có các mô đun bổ sung đối với:
Thuỷ văn;
Tải - khuyếch tán;
Các mô hình chất lượng nước; Vận chuyện bùn cát dính;
Vận chuyển bùn cát không dính .v.v.
VRSAP: viết tắt của Vietnamese River System and Plain, là một mô hình thủy lực một chiều, do Giáo sư Nguyễn Như Khuê xây dựng vào cuối thập niên 1970. Mô hình VRSAP có thể được áp dụng cho hệ thống sông tự nhiên/kênh dẫn kết hợp với các ô ruộng hai bên bờ. Các số liệu đầu vào bao gồm:
Sơ đồ hệ thống sông và ruộng
Hình dạng mặt cắt và đặc trưng thủy lực của lòng sông Một số đặc trưng hình học của ruộng
Các biên lưu lượng, biên mực nước, biên độ mặn Lượng mưa rơi trên mặt ruộng
Kết quả tính toán bao gồm:
Quá trình mực nước và lưu lượng tại các vị trí khác nhau trên sông Diễn biến của mực nước trên các khu ruộng
Lượng nước trao đổi giữa sông và ruộng
Quá trình biến đổi độ mặn tại các vị trí khác nhau trên sông
SOBEK là bộ phần mềm do tổ chức DELFT, Hà Lan xây dựng và phát triển. Đây là một bộ mô hình mạnh mẽ để dự báo lũ, tối ưu hóa hệ thống thoát nước, điều khiển hệ thống
dẫn nước, thiết kế cống thoát nước cho dòng nước lũ, hình thái sông, sự ngập mặn và chất lượng nước mặt. Chương trình trong giới hạn mô phỏng của bộ mô hình SOBEK mô phỏng dòng chảy phức tạp và quá trình có liên quan đến nước ở trong hầu như bất kỳ các hệ thống. Đây là phần mềm được phát triển và ứng dụng khá rộng rãi trên toàn thế giới. Tuy nhiên, việc ứng dụng phần mềm Sobek trong các lĩnh vực ở Việt Nam còn chưa phổ biến.
ISIS là bộ phần mềm mô hình hóa được xây dựng và phát triển bởi nhóm nghiên cứu thủy lực Halcrow và Walingford, Anh. Phần mềm được áp dụng rộng rãi ở Vương Quốc Anh và khu vực Châu Âu. Ở Đông Nam Á, phần mềm ISIS được áp dụng cho việc mô hình hóa chế độ thủy lực của hệ thống sông Mê Công trong khuôn khổ của dự án sử dụng nước (WUP) của Ủy hội sông Mê Kông. Cũng giống như bộ phần mềm MIKE, ISIS là phần mềm thương mại, có phần giao diện và tiện ích tốt, đặc biệt có phần cơ sở dữ liệu trợ giúp (DSF). Thuật toán của ISIS sử dụng sơ đồ sai phân 4 điểm của Preissmann, giải lặp. Phần mềm cho kết quả tại chính xác vị trí nút mô phỏng. Việc áp dụng phần mềm ISIS trong lĩnh vực nghiên cứu tài nguyên nước ở Việt Nam hiện nay còn khá hạn chế do nhiều lý do khách quan.