Hình 2.14. Chương trình con tính dòng chảy mạng lưới sông (thủ tục
Qluoisong)
Hình 2.15. Mô hình sóng động học một chiều tuyến tính thay thế thủ tục
CalcApLat
Hình 2.16. Cài thủ tục Qluoisong và thay thế thủ tục cộng dồn dòng chảy bằng mô hình sóng động học một chiều tuyến tính
Bỏ câu lệnh cộng dồn của thủ tục CalcApLat
Cài thủ tục Qluoisong
Bỏ thủ tục cộng dồn CalcApLat
Hình 2.17. Sơ đồ tích hợp mô hình sóng động học một chiều phi tuyến trong mô hình MARINE
Hình 2.18. Sơ đồ tích hợp mô hình sóng động học một chiều tuyến tính trong mô hình MARINE
DEM Thảm phủ Loại đất Mực nước ngầm
Mưa phân bố
Kết quả
Lưu lượng đoạn sông
DEM Thảm phủ Loại đất Mực nước ngầm
Dòng chảy ô lưới sông
Tính thấm Green Ampt
Thủ tục Qluoisong
Lưu lượng đoạn sông Dòng chảy ô lưới
trên sườn dốc Mưa phân bố
2.3. TÍCH HỢP MÔ HÌNH MARINE VỚI MÔ ĐUN DIỄN TOÁN DÒNG CHẢY QUA HỒ CHẢY QUA HỒ
Mô đun diễn toán dòng chảy qua hồ mô phỏng tác động của các hồ chứa không điều tiết đến dòng chảy trong sông và tích hợp với mô hình sóng động học một chiều phi tuyến cho mạng lưới sông. Mô đun được xác định là một nút đặc biệt trong mạng lưới và được mô hình sóng động học cung cấp lưu lượng đầu vào, sau đó trả về lưu lượng sau tuyến đập để cho mô hình sóng động học tiếp tục diễn toán về hạ lưu.
2.3.1. Cơ sở lý thuyết diễn toán dòng chảy qua hồ
Một hồ chứa hay một thành phần của quá trình thủy văn có đầu vào I(t), đầu ra Q(t) và lượng trữ S(t) có mối liên hệ với nhau bằng phương trình liên tục như sau [97]:
𝑑𝑆
𝑑𝑡 = 𝐼(𝑡) − 𝑄(𝑡) (2.3.1)
Diễn toán dòng chảy qua hồ chứa là một thuật toán dùng để tính toán đường quá trình dòng chảy đi ra khỏi hồ khi đã biết dòng chảy vào hồ và các đường đặc tính lòng hồ thể hiện mối liên hệ giữa lượng chứa của hồ và dòng ra. Có nhiều phương pháp nhau để thực hiện tính toán này; ngày nay, cùng với sự phát triển công nghệ máy tính, các thuật giải bằng đồ thị, lập bảng, hàm số được thay thế bằng việc giải phương trình liên tục của hồ chứa bằng phương pháp số. Phương pháp số tuy phức tạp nhưng phản ánh chặt chẽ đặc tính thủy lực của dòng chảy qua hồ. Có nhiều phương pháp số để giải phương trình tục qua hồ chứa, trong đó có phương pháp Runge - Kutta do Carmahan (1969) đề xuất [97]; tuy nhiên, với thuật toán đơn giản và để thuận tiện tích hợp với mô hình sóng động học một chiều phi tuyến, phương pháp Runge - Kutt bậc 3 là một lựa chọn phù hợp. Phương trình liên tục (2.3.1) được viết lại như sau [97]:
𝑑𝑆
𝑑𝑡 = 𝐼(𝑡) − 𝑄(𝐻) (2.3.2)
Trong đó : S là dung tích hồ;
Q(H) là lưu lượng dòng ra khỏi hồ được xác định bằng mực nước hoặc bằng cột nước.
Số gia về thể tích dS tương ứng với số gia của mực nước dH có thể được tính như sau :
dS = A(H) × dH (2.3.3)
Với A(H) là diện tích mặt nước hồ tại mực nước H, phương trình liên tục được viết như sau [97]:
𝑑𝐻
𝑑𝑡 = 𝐼(𝑡) − 𝑄(𝐻)
𝐴(𝐻) (2.3.4)
Trong sơ đồ Runge - Kutt bậc 3, mỗi khoảng thời gian Δt được chia thành 3 thời đoạn nhỏ và ứng với mỗi thay đổi dH cần phải tính được các số gia ΔH1, ΔH2, ΔH3 cho mỗi thời đoạn.
Từ Hình 2.19 đến 2.21 minh họa cách tính gần đúng của số gia ΔH1, ΔH2, ΔH3 cho khoảng thời gian thứ j. Độ dốc dH/dt xấp xỉ bằng ΔH/Δt sẽ được ước lượng trước tiên tại (Hj,tj), sau đó tại (Hj+ΔH1/3,tj+Δt/3) và cuối cùng tại (Hj+2ΔH2/3,tj+2Δt/3). Ta có phương trình [97]: ∆𝐻1 = 𝐼(𝑡𝑗) − 𝑄(𝐻𝑗) 𝐴(𝐻𝑗) ∆𝑡 (2.3.5) ∆𝐻2 = 𝐼(𝑡𝑗 + ∆𝑡 3) − 𝑄(𝐻𝑗 + ∆𝐻1 3 ) 𝐴(𝐻𝑗 + ∆𝐻1 3 ) ∆𝑡 (2.3.6) ∆𝐻3 = 𝐼(𝑡𝑗 + 2∆𝑡 3 ) − 𝑄(𝐻𝑗 + 2∆𝐻2 3 ) 𝐴(𝐻𝑗 + 2∆𝐻2 3 ) ∆𝑡 (2.3.7)
Giá trị mực nước ở bước thời gian tiếp theo (Hj+1) và biến đổi mực nước trong hồ được tính như sau :
Hj+1 = Hj + ΔH (2.3.8)
∆𝐻 = ∆𝐻1
4 + 3∆𝐻3