CHƯƠNG 2 MÔ PHỎNG MỰC NƯỚC HỒ CHỨA TRONG MÙA CẠN
2.4. Bài toán mẫu
2.4.1. Thiết lập bài toán mẫu1:
Bài toán mẫu 1 được xây dựng với mục đích đánh giá độ chính xác của mô hình HEC-ResSim trong mô phỏng mực nước hồ.
Từ phương trình cân bằng nước tại một hồ :
dt dV
Q(t) V=V(z), z=z(t), V=V(z)=V(z(t)), t0 ≤t≤T, V(t0)=V0.
Ta có : V(t)=V0+ t t dt t Q 0 )
Trong đó Q(t)=qv(t)-qr(t), qv(t) là lưu lượng nước chảy vào hồ, qr(t) là tổng lưu lượng nước ra khỏi hồ.
Với Q(t)=const=C thì V(t)=V0+C(t-t0) Với Q(t)=C0+C1t+ C2t2+…+ Cntn thì V(t)=V0+C0(t-t0) + 2 C1 (t-t0)2 +…+ 1 n Cn (t-t0)n+1 Như vậy khi lưu lượng Q(t) có dạng tuyến tính : V(t)=V0+C0(t-t0) +
2 C1
(t-t0)2
Khi lưu lượng Q(t) có dạng parabol : V(t)=V0+C0(t-t0) +
2 C1 (t-t0)2 + 2 C2 (t-t0)3 Bài toán mẫu được xây dựng cho hồ chứa hình chữ nhật không có độ dốc (theo cả 2 chiều X, Y) với chiều rộng 2km và chiều dài 20km. Quan hệ mực nước và dung tích của hồ được cho trong bảng 2.1 trong phụ lục và hình 2.5. Các hàm qv(t) và qr(t) được chọn ở dạng hàm tuyến tính hoặc đa thức bậc 2. Vì vậy, trong các bài toán mẫu này dung tích hồ chứa V(t) được tính chính xác. Vì đáy hồ mẫu không có độ dốc cho nên từ dung tích V(t) có thể tính ngay được mực nước z(t) của hồ chứa.
Đường quan hệ mực nước - dung tích hồ mẫu 1 W=F(Z) 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 505 510 515 520 525 530 535 Z (m) W(trm3)
Hình 2.5: Đường quan hệ mực nước – dung tích hồ mẫu 1
a- Bài toán 1a: Cho lưu lượng vào hồ không đổi.
Số liệu đầu vào bài toán 1a được cho ở bảng 2.2 trong phụ lục. b- Bài toán 1b: Cho lưu lượng vào hồ dưới dạng tuyến tính.
c- Bài toán 1c: Cho lưu lượng vào hồ dưới dạng parabol.
Số liệu đầu vào bài toán 1c được cho ở bảng 2.2 trong phụ lục.
d- Bài toán 1d: Cho lưu lượng vào hồ dưới dạng parabol, nhưng thời gian tính toán là 6 giờ.
Số liệu đầu vào bài toán 1d được cho ở bảng 2.2 trong phụ lục. e- Bài toán 1e:
Từ lưu lượng đến và ra khỏi hồ Ialy từ tháng 1 đến tháng 6 năm 2009, lập phương trình tương quan như hình 2.6 và hình 2.7 như sau:
Lưu lượng đến hồ Ialy T1-T6/2009
y = 1.2316x + 35.35 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 1 21 41 61 81 101 121 141 161 181 T(ngày) Q(m3/s)
Lưu lượng ra khỏi hồ Ialy T1-T6/2009 y = 1.2616x + 66.468 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 1 21 41 61 81 101 121 141 161 181 T(ngày) Q(m3/s)
Hình 2.7: Tương quan lưu lượng ra khỏi hồ Ialy từ tháng 1 đến tháng 6 năm 2009
Từ các phương trình tương quan trên, xác định được lưu lượng đến hồ và ra khỏi hồ Ialy từ tháng 1 đến tháng 6 năm 2009 dưới dạng tuyến tính và lấy làm số liệu đầu vào bài toán mẫu 1e.
Số liệu đầu vào bài toán 1e được cho ở bảng 2.3 trong phụ lục.
Bài toán mẫu được tính bằng chương trình điều tiết và mô hình HEC-ResSim. Kết quả tính toán được so sánh với dung tích chính xác của hồ.
2.4.2. Kết quả bài toán mẫu 1:
a- Bài toán 1a: Cho lưu lượng vào hồ không đổi.
Kết quả tính toán dung tích hồ bằng chương trình điều tiết, mô hình HEC-ResSim và dung tích chính xác của hồ được cho ở bảng 2.4 trong phụ lục, hình 2.8 và 2.9 dưới đây.
Đường quá trình dung tích hồ mẫu 1a tính bằng chương trình điều tiết
995 1000 1005 1010 1015 1020 1025 1030 0 3 6 9 12 15
Thời gian (giờ) Dung tích
(trm3)
Hình 2.8: Đường quá trình dung tích hồ mẫu 1a tính bằng chương trình điều tiết
Hình 2.9: Đường quá trình dung tích hồ mẫu 1a tính bằng mô hình HEC-ResSim
b- Bài toán 1b: Cho lưu lượng vào hồ dưới dạng tuyến tính.
Kết quả tính toán dung tích hồ bằng chương trình điều tiết, mô hình HEC-ResSim và dung tích chính xác của hồ được cho ở bảng 2.5 trong phụ lục, hình 2.10 và 2.11 dưới đây.
Đường quá trình dung tích hồ mẫu 1b tính bằng chương trình điều tiết
995 1005 1015 1025 1035 1045 0 3 6 9 12 15
Thời gian (giờ) Dung tích
(trm3)
Hình 2.10: Đường quá trình dung tích hồ mẫu 1b tính bằng chương trình điều tiết
Hình 2.11: Đường quá trình dung tích hồ mẫu 1b tính bằng mô hình HEC-ResSim
c- Bài toán 1c: Cho lưu lượng vào hồ dưới dạng parabol.
Kết quả tính toán dung tích hồ bằng chương trình điều tiết, mô hình HEC-ResSim và dung tích chính xác của hồ được cho ở bảng 2.6 trong phụ lục, hình 2.12 và 2.13 dưới đây.
Đường quá trình dung tích hồ mẫu 1c tính bằng chương trình điều tiết
995 1000 1005 1010 1015 1020 1025 0 3 6 9 12 15
Thời gian (giờ) Dung tích
(trm3)
Hình 2.12: Đường quá trình dung tích hồ mẫu 1c tính bằng chương trình điều tiết
Hình 2.13: Đường quá trình dung tích hồ mẫu 1c tính bằng mô hình HEC-ResSim
d- Bài toán 1d: Cho lưu lượng vào hồ dưới dạng parabol, thời gian tính toán là 6 giờ. Kết quả tính toán dung tích hồ bằng chương trình điều tiết, mô hình HEC-ResSim và dung tích chính xác của hồ được cho ở bảng 2.7 trong phụ lục, hình 2.14 và 2.15 dưới đây.
Đường quá trình dung tích hồ mẫu 1d tính bằng chương trình điều tiết
998 1000 1002 1004 1006 1008 1010 1012 1014 1016 0 2 4 6 8 10 12
Thời gian (giờ) Dung tích
(trm3)
Hình 2.14: Đường quá trình dung tích hồ mẫu 1d tính bằng chương trình điều tiết
Hình 2.15: Đường quá trình dung tích hồ mẫu 1d tính bằng mô hình HEC-ResSim
e- Bài toán 1e:
Kết quả tính toán dung tích hồ bằng chương trình điều tiết, mô hình HEC-ResSim và dung tích chính xác của hồ được cho ở bảng 2.8 trong phụ lục, hình 2.16 và 2.17 dưới đây.
Đường quá trình dung tích hồ mẫu 1e tính bằng chương trình điều tiết
500 600 700 800 900 1000 1100 1/1/09 1/2/09 1/3/09 1/4/09 1/5/09 1/6/09
Thời gian (ngày) Dung tích
(trm3)
Hình 2.16: Đường quá trình dung tích hồ mẫu 1e tính bằng chương trình điều tiết
Hình 2.17: Đường quá trình dung tích hồ mẫu 1e tính bằng mô hình HEC-ResSim Nhận xét bài toán mẫu 1:
Qua các kết quả trên có thể thấy đối với bài toán mẫu 1, kết quả tính toán dung tích hồ mẫu 1 bằng chương trình điều tiết, mô hình HEC-ResSim có độ chính xác như nhau. Như vậy có thể kết luận rằng thuật toán dùng để tìm dung tích hồ chứa trong HEC-ResSim tương tự như phương pháp Runge – Kutta. Trong trường hợp lưu lượng
vào hồ và lưu lượng ra khỏi hồ thay đổi tương đối chậm (để các hàm Q1 và Q2 trong 2.1 gần giống với hàm tuyến tính) thì dung tích (mực nước) hồ chứa có thể mô tả bằng mô hình HEC-ResSim tương đối chính xác.
2.4.3. Thiết lập bài toán mẫu2:
Bài toán mẫu 2 được xây dựng với mục đích kiểm tra sự bảo toàn tổng khối lượng của lưu lượng nước vào và ra khỏi lưu vực của mô hình. Bài toán mẫu được xây dựng cho hồ chứa hình chữ nhật với chiều rộng 2km và chiều dài 20km. Quan hệ mực nước và dung tích của hồ được cho ở bảng 2.9 trong phụ lục và hình 2.18.
Đường quan hệ mực nước - dung tích hồ mẫu 2 W=F(Z) 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 530 535 540 545 550 555 560 565 570 Z (m) W(trm3)
Hình 2.18: Đường quan hệ mực nước – dung tích hồ mẫu 2
a- Bài toán 2a: Cho lưu lượng vào hồ bằng lưu lượng ra để mực nước hồ không đổi. Số liệu đầu vào bài toán 2a được cho ở bảng 2.10 trong phụ lục.
b- Bài toán 2b: Cho lưu lượng ra khỏi hồ nhỏ hơn lưu lượng vào, sau một thời đoạn cho lưu lượng vào hồ bằng lưu lượng ra nhỏ hơn đó để mực nước hồ tăng lên rồi lại trở về mực nước ban đầu.
Số liệu đầu vào bài toán 2b được cho ở bảng 2.11 trong phụ lục.
Bài toán mẫu được tính toán bằng cả chương trình điều tiết và mô hình HEC- ResSim.
2.4.4. Kết quả bài toán mẫu 2:
a- Bài toán 2a: Cho lưu lượng vào hồ bằng lưu lượng ra để mực nước hồ không đổi.
Kết quả tính toán bằng chương trình điều tiết:
Kết quả tính toán mực nước hồ bằng chương trình điều tiết được cho ở hình 2.19 dưới đây và bảng 2.12 trong phụ lục.
Đường quá trình mực nước hồ mẫu 2a tính bằng chương trình điều tiết
559 559.2 559.4 559.6 559.8 560 560.2 560.4 560.6 560.8 561 0 20 40 60 80 100 120
Thời gian (giờ) Mực nước (m)
Hình 2.19: Đường quá trình mực nước hồ mẫu 2a tính bằng chương trình điều tiết
Kết quả tính toán bằng mô hình HEC-ResSim:
Kết quả tính toán mực nước hồ bằng mô hình HEC-ResSim được cho ở hình 2.20 dưới đây và bảng 2.12 trong phụ lục.
Hình 2.20: Đường quá trình mực nước hồ mẫu 2a tính bằng mô hình HEC-ResSim
- Để đánh giá ảnh hưởng của bốc hơi đến quá trình tính toán, luận văn có tính toán đối với trường hợp hồ có bốc hơi 50mm/tháng. Kết quả tính toán mực nước hồ bằng mô hình HEC-ResSim được cho ở hình 2.21 dưới đây và bảng 2.12 trong phụ lục.
Hình 2.21: Đường quá trình mực nước hồ mẫu 2a có xét đến bốc hơi tính bằng mô hình HEC-ResSim
b- Bài toán 2b: Cho lưu lượng ra khỏi hồ nhỏ hơn lưu lượng vào, sau một thời đoạn cho lưu lượng vào hồ bằng lưu lượng ra nhỏ hơn đó để mực nước hồ tăng lên rồi lại trở về mực nước ban đầu.
Kết quả tính toán bằng chương trình điều tiết:
Kết quả tính toán mực nước hồ bằng chương trình điều tiết được cho ở hình 2.22 dưới đây và bảng 2.13 trong phụ lục.
Đường quá trình mực nước hồ mẫu 2b tính bằng chương trình điều tiết
559 559.2 559.4 559.6 559.8 560 560.2 560.4 560.6 560.8 561 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
Thời gian (giờ) Mực nước (m)
Kết quả tính toán bằng mô hình HEC-ResSim:
Kết quả tính toán mực nước hồ bằng mô hình HEC-ResSim được cho ở hình 2.23 dưới đây và bảng 2.13 trong phụ lục.
Hình 2.23: Đường quá trình mực nước hồ mẫu 2b tính bằng mô hình HEC-ResSim
- Để đánh giá ảnh hưởng của bốc hơi đến quá trình tính toán, luận văn có tính toán đối với trường hợp hồ có bốc hơi 50mm một tháng. Kết quả tính toán mực nước hồ bằng mô hình HEC-ResSim được cho ở hình 2.24 và 2.25 dưới đây và bảng 2.13 trong phụ lục.
Hình 2.24: Đường quá trình mực nước hồ mẫu 2b có xét đến bốc hơi tính bằng mô hình HEC-ResSim
Đường quá trình mực nước hồ mẫu 2b 559.5 559.6 559.7 559.8 559.9 560 560.1 560.2 560.3 560.4 560.5 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120
Thời gian (giờ) Mực nước (m)
Tính toán không bốc hơi- HEC-ResSim Tính toán có bốc hơi- HEC-ResSim
Hình 2.25: So sánh đường quá trình mực nước hồ mẫu 2b có xét đến bốc hơi và không có bốc hơi tính bằng mô hình HEC-ResSim
Nhận xét bài toán mẫu 2:
Từ các kết quả tính toán trên có thể thấy, trong mô hình HEC-ResSim, bốc hơi ảnh hưởng khá lớn đến điều hành hồ chứa.
Đối với bài toán 2a, cả chương trình điều tiết và mô hình HEC-ResSim đều cho kết quả mực nước hồ như nhau. Còn đối với bài toán 2b, chương trình điều tiết và mô hình HEC-ResSim cho kết quả mực nước hồ tương tự nhau. Hình vẽ so sánh kết quả tính toán bài toán 2b bằng chương trình điều tiết và mô hình HEC-ResSim được cho ở hình 2.26.
Từ kết quả của bài toán mẫu này có thể kết luận rằng: mô hình HEC-ResSim mô tả tương đối tố dung tích (mực nước) của hồ trong một thời gian dài (6 tháng).
So sánh đường quá trình mực nước hồ mẫu 2b tính toán bằng chương trình điều tiết
và HEC-Ressim 559 559.2 559.4 559.6 559.8 560 560.2 560.4 560.6 560.8 561 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
Thời gian (giờ) Mực nước (m)
Tính toán chương trình điều tiết Tính toán HEC- ResSim
Hình 2.26: So sánh kết quả tính toán bài toán 2b bằng chương trình điều tiết và mô hình HEC-ResSim
CHƯƠNG 3. THỬ NGHIỆM MÔ PHỎNG MỰC NƯỚC HỒ IALY TỪ THÁNG 1 ĐẾN THÁNG 6 NĂM 2009