HÌNH MARINE
Những vấn đề chưa hoàn thiện trong ứng dụng và mô phỏng của mô hình MARINE có thể được cải tiến bằng phương pháp tích hợp với các mô hình, mô đun, công cụ Ngoài ra, mô hình MARINE cải tiến được tăng cường khả năng mô phỏng trên lưu vực thiếu số liệu mưa phân bố và mặt cắt sông
1 5 1 Tổng quan mô hình sóng động học một chiều
Mô hình sóng động học do Lighthill và Whitham (1955) đề xuất và được nhiều nghiên cứu về sau phát triển, ứng dụng để mô phỏng dòng chảy trong kênh, sông suối như: Weinmann and Laurenson (1979), Henderson (1963), Brakensiek (1967), Cunge (1969), Woolhiser (1975), Dawdy (1978) [73] Mô hình một chiều trong sông được tiếp tục quan tâm nghiên cứu như: Jacovvis (1996) ứng dụng cho sông có bãi với nhiều loại hình dạng mắt cắt [62], Aminul Islam so sánh giữa sơ đồ sai phân ẩn và sai phân hiện [61], Tayfur phát triển để mô phỏng sự phát triển và biến dạng mặt cắt dọc trong kênh bồi [52], Huang (1978) xây dựng mô hình trong kênh bằng cách giải sai phân hữu hạn,
Nwaogazie xây dựng mô hình một chiều phi tuyến bằng phương pháp Newton - Raphson [60] Mô hình sóng động học một chiều sau này được nhiều nghiên cứu phát triển để mô phỏng trên sườn dốc như: Henderson (1966), Henderson và Wooding (1964), Woolhiser và Liggett (1967), Kibler và Woolhiser (1970), Schaafce (1970), Li (1975), Borah (1980) [73] Ngoài ra, Ben Vzi (1991) ứng dụng sóng động học để tính thời gian truyền đỉnh lũ giữa các trạm thủy văn,
Morel Seytoux (1993) xây dựng mô hình bằng cách kết hợp thủy lực và thống kê, Yang (1992) xây dựng mô hình bằng sơ đồ phần tử hữu hạn của Petrov - Galerkin sau đó được Alam (1995) và Bhuiyan (1995) phát triển để mô phỏng lan truyền sóng lũ do vỡ đập [101] Mô hình sóng động học còn được sử dụng trong mô hình Mike 11, HEC-1 [83] để sử dụng cho những sông không có số liệu mặt cắt ngang Ở Việt Nam, mô hình sóng động học một chiều được xây dựng và ứng dụng trong một số nghiên cứu của Hoàng Minh Tuyển, Lương Tuấn Anh; phát triển để mô phỏng dòng chảy trên dải sườn dốc trong mô hình KW-1D [94]
1 5 2 Tổng quan diễn toán dòng chảy qua hồ
Diễn toán dòng chảy qua hồ là một thuật giải dùng để tính toán xác định đường quá trình dòng chảy đi ra khỏi một hồ chứa có đường mặt nước nằm ngang khi đã cho trước đường quá trình dòng chảy đầu vào các đường đặc tính lòng hồ, thể hiện mối liên hệ với lượng trữ nước và lưu lượng đầu ra Các
phương pháp cổ điển được sử dụng để diễn toán dòng chảy qua hồ như: phương pháp thử dần, Potapop, đồ thị, lập bảng Cùng với sự phát triển nhanh chóng về phương tiện tính toán, các thuật giải bằng đồ thị đã được thay tế bằng các phương pháp lập bảng hoặc hàm số để cho quá trình tính toán được tự động hóa Tuy nhiên, các phương pháp xác định quá trình dòng chảy qua hồ bằng bảng tra, phương trình cân bằng nước hoặc hàm số không phản ánh chặt chẽ các đặc tính thủy lực, bản chất vật lý dòng chảy [97]
Để mô phỏng phức tạp hơn tác động của hệ thống hồ chứa và vận hành hồ chứa với nhiều mục đích khác nhau đã đặt ra yêu cầu phát triển mô hình diễn toán dòng chảy qua hồ như HEC - ResSim, Mike Hydro Basin Mô hình HEC - ResSim được sử dụng khá phổ biến hiện nay để điều tiết hồ chứa hoặc hệ thống hồ chứa, phương trình lượng trữ (cân bằng nước) được sử dụng để tính toán dòng chảy qua hồ và tối ưu điều tiết hồ chứa bằng thuật toán RTC dựa trên cơ sở kiểm soát dự báo mô hình MPC [100] Tác động tổng hợp của dòng chảy qua hồ và khai thác nước hồ chứa được mô phỏng trong mô hình Mike Hydro Basin với các công cụ điều tiết tối ưu hồ chứa và sử dụng nước cho nhiều
mục đích khác nhau, mô hình diễn toán dòng chảy trong sông và chất lượng nước bằng cách tích hợp với mô hình Mike 11 [45] Ngoài ra, một số mô hình đã được xây dựng để mô phỏng tác động của hồ chứa đến dòng chảy trong sông như HYSSR, HydroSim, HEC - PRM
1 5 3 Tổng quan khắc phục thiếu số liệu mưa phân bố không gian
Thiếu số liệu và chất lượng số liệu kém xảy ra khá phổ biến ở nhiều lưu vực sông trên Thế giới; cùng với đó, dự báo và mô phỏng trên lưu vực thiếu số liệu quan trắc được coi là một chủ đề nghiên cứu quan trọng và đầy thách thức trong khoa học thủy văn Tuy nhiên, để nâng cao chất lượng số liệu và nâng cấp hệ thống thống quan trắc cần nhiều thời gian, kinh phí; ngay cả khi có đủ điều kiện này thì nhiều khu vực cũng không đủ điều kiện về cơ sở hạ tầng để xây dựng, lắp đặt trạm quan trắc bề mặt [47] Khó khăn về thiếu số liệu trở lên lớn hơn khi ứng dụng mô hình thủy văn thông số phân bố, từ đó đặt ra yêu cầu nghiên cứu đa dạng các phương pháp để khắc phục vấn đề thiếu nhiều loại số liệu Trong đó, lượng mưa có ảnh hưởng rất lớn đến diễn biến dòng chảy lưu vực sông và khó khắc phục nhất; do đó, cần nghiên cứu các phương pháp khắc phục thiếu số liệu mưa để cải thiện khả năng mô phỏng và chất lượng dự báo cho mô hình thủy văn thông số phân bố cũng như mô hình MARINE Các phương pháp khắc phục thiếu số liệu mưa phân bố chủ yếu hiện nay bao gồm: (1) định lượng mưa viễn thám, (2) tái phân tích số liệu mưa và (3) nội suy mưa không gian