CHƢƠNG 2 PHƢƠNG PHÁP VÀ SỐ LIỆU
2.2. Lựa chọn phƣơng pháp và mô hình tính toán
2.2.2. Lựa chọn công cụ tính toán mô phỏng, đánh giá dòng chảy và xâm nhập
nhập mặn
Đến nay mô phỏng chế độ thủy văn thủy lực vùng Đồng Bằng Sông Cửu Long chủ yếu gồm các mô hình:
Các mô hình do Việt Nam xây dựng: KOD, VRSAP, TLUC và HYDROGIS.
Bộ mô hình thủy văn thủy lực và công cụ phân tích thuộc Phần mềm Khung hỗ trợ ra quyết định DSF
Bộ mô hình Mike 11.
Trong đó, bộ mô hình thủy văn thủy lực SWAT, IQQM và ISIS thuộc Phần mềm Khung hỗ trợ ra quyết định DSF đƣợc dùng khá phổ biến, có tính linh hoạt trong mô phỏng dòng chảy đối với vùng ĐBSCL và đƣợc ứng dụng và phát triển cho đến nay tại Ủy ban sông Mê Công. Phần mềm Khung hỗ trợ ra quyết định DSF (Decision Support Framework) do MRCS xây dựng mà Viện KH KTTV &BĐKH là cơ quan đƣợc chuyển giao, có bản quyền, trong đó các mô hình đƣợc áp dụng cho các vùng khác nhau trên lƣu vực.
Đối với ĐBSCL, hai mô hình đƣợc áp dụng đó là IQQM để xác định nhu cầu nƣớc; mô hình thủy lực ISIS để mô phỏng diễn biến lƣu lƣợng, mực nƣớc trên toàn đồng bằng hạ lƣu Mê Công từ Kratie ra đến biển.
2.2.2.1.Mô hình SWAT
Mô hình SWAT (Soil and Water Assessment Tool), một mô thuỷ văn do Bộ Nông nghiệp Mỹ, đã đƣợc tích hợp trong DSF để mô phỏng dòng chảy dựa trên các số liệu ngày của khí hậu, địa hình, đất theo từng tiểu lƣu vực. Kết quả của mô hình SWAT sẽ là đầu vào cho các mô hình tiếp theo. Toàn bộ lƣu vực Mê Công đƣợc chia thành hơn 400 tiểu lƣu vực.
Hình 2.1. Các mô hình áp dụng tính toán cho đồng bằng sông Cửu Long
2.2.2.2.Mô hình cân bằng lưu vực
Mô hình IQQM (Integrated Quantity Quality Model), ban đầu đƣợc phát triển cho các lƣu vực sông Murray-Darling ở Úc và đƣợc áp dụng cho các lƣu vực Mê Công. Mô hình này mô phỏng, diễn toán dòng chảy thông qua hệ thống sông liên kết với các công trình thủy lợi, hồ, đâp và hệ thống tƣới. Đầu ra của IQQM là lƣu lƣợng trung bình ngày tại Kratie và lƣu vực Tonglesap đƣợc làm đầu vào cho mô hình thủy lực.
2.2.2.3.Mô hình thủy động lực
Mô hình ISIS là mô hình thuỷ lực, đƣợc phát triển bởi công ty Halcrow Wallingford, mô phỏng thủy lực trong hệ thống sông Mê Công từ Kratie đến cửa sông, và bao gồm cả hồ Tonle Sap và hệ thống sông Vàm Cỏ. Mô hình mô tả chi tiết sự tƣơng tác phức tạp gây ra giữa thủy triều, ảnh hƣởng dòng chảy ngƣợc từ sông Tonle Sap và tràn bờ trong mùa lũ.
Mô hình ISIS có nhiều mô đun tính toán khác nhau: Thủy lực, chất lƣợng nƣớc, bùn cát..., trong đó, modun iSIS flow là modun thủy lực mô phỏng dòng chảy ổn định, dòng chảy không ổn định một chiều biến đổi chậm trong lòng dẫn hở, dòng chảy qua công trình thuỷ lực, chảy qua hồ chứa, chảy tràn bờ, chảy trên những vùng ngập lũ, mô phỏng quy trình hoạt động của các cống, mô phỏng các biên thuỷ văn bằng mô hình mƣa-dòng chảy.... Thuật toán của mô hình đƣợc thiết lập trên cơ sở giải hệ phƣơng trình Saint Venant theo phƣơng pháp sai phân hữu hạn bằng sơ đồ ẩn 4 điểm.
Hệ phƣơng trình Saint Venant gồm hai phƣơng trình:
Phƣơng trình liên tục: q t A x Q
Phƣơng trình chuyển động: 2 .cos 0
2 A Q q K Q AQ g x H gA A Q x t Q Trong đó :
Q : Lƣu lƣợng dòng chảy trong sông (m3/s).
K : Mô đun lƣu lƣợng. K = 2 3 4 2 n R A
q : Lƣu lƣợng gia nhập trên 1 m chiều dài đoạn sông (m3/s). x : Toạ độ dài đoạn sông (m). t : Toạ độ thời gian (giờ). A : Diện tích mặt cắt ƣớt (m2). g : Gia tốc trọng trƣờng. H : Cao trình mặt nƣớc (m). : Hệ số sửa chữa động lƣợng. : Góc dòng chảy. R: Bán kính thuỷ lực.
n : Hệ số nhám Maning.
Hệ phƣơng trình đƣợc giải bằng phƣơng pháp sai phân hữu hạn với sơ đồ ẩn 4 điểm.
Mạng tính toán thuỷ lực ISIS vùng đồng bằng sông Mê Công có trong Khung hỗ trợ ra quyết định – DSF đã đƣợc các chuyên gia quốc tế tại MRC đánh giá là một công cụ tốt để tiến hành phân tích dòng chảy trong sông cũng nhƣ vùng ngập lụt hạ lƣu sông Mê Công. Mạng thuỷ lực này bao gồm khoảng
hơn 10.000 nút tính toán mô tả chi tiết hệ thống sông/kênh, gần 500 vùng ngập (ô ruộng), các công trình cống… trên sông của Căm Pu Chia và Việt nam. Kết quả của mô hình là: Mực nƣớc, mặn, lƣu lƣợng tại từng nút có thể xuất qua GIS để thể hiện qua dạng bản đồ.
Hình 2.2. Sơ đồ thủy lực mạng sông vùng hạ lƣu sông Mê Công
Mạng tính toán lấy biên trên trên dòng chính tại Kratie, các biên trên các dòng nhánh là các lƣu vực bộ phận của khu vực Biển Hồ. Các biên dƣới là mực
nƣớc triều tại các cửa biển (thuộc lãnh thổ Việt Nam). Lƣợng mƣa, lƣợng lấy nƣớc khu giữa cũng đƣợc mô hình xem xét tính toán.
Số liệu địa hình về sông, kênh, cống…;
Mực nƣớc và biên mặn tại 10 trạm chính (Long Xuyên, Đại Ngãi, Mỹ Thanh, Gành Hào, Ông Đốc, Xẻo Rô, Rạch Giá...);
Số liệu mƣa trên 22 trạm chính (Long Xuyên, Tân Hiệp, Cần Thơ, Rạch Giá, Vị Thanh, Phụng Hiệp, Đại Ngãi, Sóc Trăng, Bạc Liêu, Cà Mau...). Mƣa đƣợc gắn vào các đoạn và ô ruộng tƣơng ứng.
Chế độ vận hành cống theo lịch đóng mở hàng năm của các địa phƣơng Kết quả của mô hình là: Mực nƣớc, mặn, lƣu lƣợng tại từng nút có thể xuất qua GIS để thể hiện qua dạng bản đồ. UHSMCQT đã thiết lập mô hình, hiệu chỉnh và kiểm định mô hình cho lũ, cạn, mặn và đã chuyển giao cho các cơ quan của các nƣớc trong Ủy hộ sông Mê Công sử dụng. Tại Việt Nam, mô hình ISIS đang đƣợc sử dụng nghiệp vụ tại UHSMCQT, Viện Khoa học KTTV và Biến đổi khí hậu.
Sau khi nhận mô hình ISIS do UHSMC chuyển giao, Viện Khoa học KTTV và BĐKH, trong quá trình tiếp quản, sử dụng đã thƣờng xuyên cập nhật thông tin, dữ liệu KTTV, bổ sung thêm các mặt cắt trên sông; tiến hành kiểm nghiệm mô hình, cập nhật, điều chỉnh các thông số của mô hình để có kết quả tính toán đáp ứng yêu cầu về chất lƣợng dự báo trong quá trình tác nghiệp hàng ngày.
Trên cơ sở đó học viên lựa chọn mô hình thủy lực ISIS mô phỏng chế độ thủy lực mùa cạn để ứng dụng vào tính toán, đánh giá ảnh hƣởng của BĐKH đến chế độ dòng chảy mùa cạn và xâm nhập mặn.