c) Kiến trúc tính toán cho tế bào của lớp v(x,y,t) Hình 3.30 Kiến trúc khối tính toán cho các ẩn hàm h, u,
3.4. Bài toán thủy lực hỗn hợp
3.4.1. Giới thiệu bài toán
Trong một số trươngường hợp một vùng thủy lực như của sông tiếp giáp với biển; sông tiếp giáp với hồ nước, chúng ta cần nghiên cứu ảnh hưởng của dòng nước từ các sông đổ vào hồ, biển [47], [48].
Với vùng thủy lực lớn (như một vùng vịnh ven biển nào đó) kích thước khoảng 100x100 (km) thì lượng nước đổ từ sông vào không ảnh hưởng nhiều đến mực nước và vận tốc tại các điểm trong vùng. Do vậy ta có thể coi lượng nước đổ vào vịnh từ sông là bằng không. Ta chỉ quan tâm đến ảnh hưởng của nhiệt độ, gió, sóng, lực quay của trái đất đến dòng hải lưu trong vịnh để dự báo ảnh hưởng nguy hiểm đến tàu bè đi lại trong vịnh (như trong các trận giông, bão). Bài toán này giống như bài toán 2D (đã được giải quyết). Vấn đề quan trọng ở đây là diện tích xét rộng tới 100x100 (km) hoặc hơn nữa và có xét đến một số tham số vật lý khác như độ cao sóng nước, độ dốc đáy vịnh, khối lượng riêng của từng vùng và kích thước chịu ảnh hưởng của lực quay trái đất...Hiển nhiên số điểm tính toán cũng rất lớn, với khả năng tính toán song song của CNN có thể đáp ứng được.
Với một hồ nước có diện tích và thể tích chứa nước hữu hạn, lượng nước từ các sông đổ vào có ảnh hưởng đáng kể đến mực nước và vận tốc tại các điểm ven bờ. Ảnh hưởng này có thể gây nên hiệu ứng tràn hoặc vỡ đập.
Trong phần này, chúng ta xét bài toán với một hồ nước với giả thiết có một số nhánh sông đổ vào hồ, mỗi nhánh sông có phương trình mô tả như bài toán 1D, trong hồ chứa có phương trình mô tả dạng 2D. Tại cửa sông tiếp giáp với hồ có dạng phương trình 1D liên thông với phương trình 2D [28]. Hồ nước có đập chắn kích thước giới hạn, có một số nhánh sông liên thông với hồ có nước chảy vào hồ. Mỗi nhánh sông có phương trình mô tả để tính toán được vận tốc dòng nước và chiều cao mực nước tại điểm giao với hồ. Nhiệm vụ bài toán là xác định mực nước tại các điểm ven hồ dưới ảnh hưởng của vận tốc và mực nước ở các nhánh sông, mực nước và vận tốc dòng chảy nội tại trong lòng hồ dưới tác dụng của nhiệt độ, gió. Từ kết quả tính toán, có biện pháp dự báo tình hình biến động của mực nước trong hồ và đưa ra giải
pháp phòng chống vỡ đập. Việc dự báo này cần kịp thời trên nhiều điểm quanh bờ hồ do đó cần tốc độ tính toán nhanh và khối lượng tính toán nhiều trong thời gian ngắn nhất là khi đang có mưa lũ xảy ra. Tham số cần quan tâm là mực nước h và vận tốc dòng nước v theo chiều tác dụng vào đập chắn ngăn nước quanh hồ (Hình 3.31).
Giả sử có N nhánh sông liên thông với hồ, xung quanh hồ có M điểm cần dự báo vận tốc và mực nước. Như vậy, phương trình mô tả bài toán có dạng ghép nối giữa bài toán 1D và bài toán 2D. Trong miền 2D, chúng ta xét phương trình mô tả cho mọi điểm giống nhau chỉ có giá trị khác nhau. Ta thấy các điểm thuộc biên giữa hai miền có giá trị thay đổi phức tạp phụ thuộc vào tương tác của dòng chảy 1D và miền 2D. Tùy theo yêu cầu thực tế mà ta chọn điểm cần tính toán. Như vậy chúng ta có thể triển khai bài toán hồ nước để thực hiện tính toán bằng công nghệ CNN. Mô hình phần liên kết như trong Hình 3.32.
Véc tơ vận tốc theo nhiều phương khác nhau tác động vào đập
Véc tơ tổng hợp vận tốc theo phương vuông góc với đập
Điểm cần xét trong bài toán
Chiều cao mực nước h
Hình 3.31 Hình ảnh hồ và đập nước
Hình 3.32 Mô hình liên kết giữa sông và hồ chứa
y
x
Điểm