2.3.3. Tích hợp mô đun diễn toán dòng chảy qua hồ với mô hình sóng động học học
Mô đun diễn toán dòng chảy qua hồ sau khi xây dựng được kiểm tra với bài toán mẫu và tích hợp ở cấp độ hợp nhất với mô hình sóng động học một chiều phi tuyến mạng lưới sông. Mô đun được sử dụng như là một chương trình con (Procedure Rangekutta3) trong mô hình sóng động học và chỉ được sử dụng khi trong quá trình diễn toán sóng động học gặp “nút đặc biệt” (là hồ chứa) trong mạng lưới sông. Vị trí hồ chứa trong mạng lưới sông được đánh dấu bằng “nút
đặc biệt” và mô hình cho phép mô phỏng cho cả hệ thống hồ chứa gồm nhiều
hồ bậc thang trên một hoặc nhiều nhánh sông. Mô đun được lập trình bằng ngôn ngữ Fortran 70 để phù hợp với ngôn ngữ lập trình mô hình MARINE và sóng
𝜀𝑚𝑏 = 1
động học, mã nguồn của mô đun diễn toán dòng chảy qua hồ chứa được thể hiện trên Hình 3a và 3b trong Phụ lục.
Hình 2.24. Sơ đồ tích hợp mô đun diễn toán dòng chảy qua hồ trong mô hình
tích hợp MARINE và sóng động học
Mô đun không có khả năng sử dụng để mô phỏng các hoạt động điều tiết, vận hành liên hồ chứa mà chỉ có khả năng mô phỏng dòng chảy qua hệ thống các hồ chứa có đập tràn tự do, không điều tiết và biết được ngưỡng mở các van điều khiển, phù hợp với các hồ chứa nhỏ không có chức năng điều tiết, không có dung tích phòng lũ khá phổ biến ở nước ta, đặc biệt là ở khu vực miền Trung. Tuy nhiên, mô đun được xây dựng là một thủ tục độc lập và tích hợp trong mô hình sóng động học một chiều phi tuyến (sử dụng khi diễn toán dòng chảy trong sông) nên dễ dàng nâng cấp, phát triển để sử dụng cho các hồ điều tiết, vận hành trong tương lai.
2.4. CẢI TIẾN MÔ HÌNH MARINE BẰNG CÔNG CỤ NỘI SUY MƯA KHÔNG GIAN KHÔNG GIAN
Công cụ nội suy mưa không gian gồm mô đun tính mưa theo các ô lưới bằng phương pháp trọng số nghịch đảo khoảng cách (IDW) và phương trình hồi quy mưa theo độ cao địa hình. Mỗi mô đun có thuật toán riêng và tích hợp
DEM Thảm phủ Loại đất Mực nước ngầm
Mưa trạm
Kết quả
Có hồ chứa
Mưa phân bố
với nhau thành một công cụ; trong đó, mô đun IDW tính toán lượng mưa cho mỗi ô lưới trong không gian phẳng, mô đun hồi quy sau đó điều chỉnh lượng từ phương trình hồi quy bội phi tuyến có khả năng cập nhật phương trình.
2.4.1. Cơ sở lý thuyết phương pháp nghịch đảo khoảng cách
Số liệu được nội suy trên mỗi nút lưới từ số liệu của các điểm trong một mặt phẳng. Giá trị của mỗi nút được tính bằng trung bình trọng số của các các điểm số liệu đầu vào; trong đó, trọng số là nghịch đảo khoảng cách từ nút lưới đến các điểm số liệu. Công thức nội suy lượng mưa từ các trạm trên lưới ô vuông bằng phương pháp trọng số nghịch đảo khoảng cách (Inverse Distance Weight - IDW) như sau:
𝑅𝑖𝑗 =∑ 𝑅𝑘𝑊𝑘 𝑛 𝑘=1 ∑𝑛𝑘=1𝑊𝑘 (2.4.1) 𝑊𝑘 = 1 𝑑𝑝 (2.4.2) Trong đó : Rij là lượng mưa cần nội suy của ô lưới ở hàng thứ i và cột
thứ j, Wk là trọng số nghịch đảo khoảng cách từ ô lưới cần nội suy đến trạm đo mưa thứ k, d là khoảng cách từ lưới cần nội suy đến trạm thứ k, p là bậc khoảng cách. Bậc p càng cao thì mức độ ảnh hưởng của các điểm ở xa càng thấp, quan hệ giữa bậc và trọng số khoảng cách được thể hiện trên Hình 2.25.
Khoảng cách từ ô lưới cần tính có kinh độ Xo và vĩ độ Yo đến trạm có kinh độ Xt và vĩ độ Yt được tính như sau :
𝑑 = √(𝑋𝑜− 𝑋𝑡)2+ (𝑌𝑜− 𝑌𝑡)2 (2.4.3) Đặc trưng của nội suy mưa theo không gian còn chịu ảnh hưởng của bán kính tìm kiếm. Bán kính này giới hạn số lượng điểm số liệu đầu vào (trạm đo mưa) được sử dụng để tính cho ô lưới được nội suy. Có hai loại bán kính tìm kiếm là cố định và biến đổi; trong đó, bán kính cố định là bán kính với một số lượng điểm số liệu nhỏ nhất và một khoảng cách xác định. Khi số lượng điểm số liệu đầu vào không đủ trong bán kính này thì nó sẽ tự động nới rộng ra cho đến khi đủ số điểm bé nhất có thể. Bán kính biến đổi có số lượng các điểm số liệu cố định và khoảng cách tìm kiếm lớn nhất, quá trình tìm các điểm số liệu gần nhất với khoảng cách tìm kiếm lớn nhất cho đến khi số lượng điểm thu được đầy đủ. Nếu số lượng điểm số liệu phải thu được không đủ bên trong khoảng cách tìm kiếm lớn nhất thì chỉ sử dụng những điểm thu được để nội suy.