Ứng dụng mô hình MIKE11 trong việc phân tích xâm nhập mặn

Một phần của tài liệu (LUẬN văn THẠC sĩ) đánh giá tính dễ bị tổn thương do xâm nhập mặn đối với sản xuất nông nghiệp tại các khu vực cửa sông ven biển tỉnh nam định trong bối cảnh biến đổi khí hậu và khả năng thích ứng (Trang 37 - 40)

CHƢƠNG II PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.4. Ứng dụng mô hình MIKE11 trong việc phân tích xâm nhập mặn

2.4.1. Lý do chọn mô hình toán

Vấn đề tính toán và nghiên cứu khả năng lấy nƣớc của công trình bằng mô hình đã đƣợc nhiều nhà nghiên cứu ở các nƣớc phát triển nhƣ Mỹ, Hà Lan, Anh quan tâm từ khoảng 40 - 50 năm trở lại đây. Với thành tựu của khoa học và công nghệ đƣợc phát

Độ phơi nhiễm

Các yếu tố gây tổn thương: Độ mặn, Các hiện tƣợng thời tiết, mức độ ảnh hƣởng

Mức độ nhạy cảm

- Yếu tố con ngƣời - Tình hình phát triển ngành nông nghiệp - Các yếu tố về điều kiện tự nhiên - Yếu tố về nguồn nƣớc Khả năng thích ứng - Điều kiện thích ứng nhƣ: điều kiện kinh tế, xã hội, - Kinh nghiệm ứng phó - Sự hỗ trợ từ bên ngoài - Khả năng ứng phó Mức độ nguy hiểm do các yếu tố gây tổn thƣơng Mức độ nhạy cảm Khả năng thích ứng của hệ thống tự nhiên - xã hội Các bản đồ thành phần BẢN ĐỒ TDBTT DƢỚI TÁC ĐỘNG CỦA XNM VÙNG CỬA SÔNG VEN BIỂN

triển cực nhanh, công nghệ tin học, thuỷ lực và thuỷ văn học mặc dù chƣa hoàn toàn đồng nhất nhƣng đã gặp nhau ở nhiều mặt.

Các phƣơng pháp tính toán diễn biến mực nƣớc, lƣu lƣợng và XNM đầu tiên thƣờng sử dụng bài toán một chiều khi kết hợp với hệ phƣơng trình Saint - Venant. Những mô hình 1 chiều đã đƣợc xây dựng do nhiều tác giả trong đó có Ippen và Harleman 1971 . Giả thiết cơ bản của các mô hình này là các đặc trƣng dòng chảy và mật độ là đồng nhất trên mặt cắt ngang. Ƣu thế đặc biệt của các mô hình loại một chiều là yêu cầu tài liệu vừa phải và nhiều tài liệu đã có sẵn trong thực tế.

Năm 1971, Prichard đã dẫn xuất hệ phƣơng trình 3 chiều để diễn toán quá trình XNM nhƣng nhiều thông số không xác định đƣợc. Hơn nữa mô hình 3 chiều yêu cầu lƣợng tính toán lớn, yêu cầu số liệu quá chi tiết trong khi kiểm nghiệm nó cũng cần có những số liệu đo đạc chi tiết tƣơng ứng. Vì vậy các nhà nghiên cứu buộc phải giải quyết bằng cách trung bình hoá theo 2 chiều hoặc 1 chiều. Sanker và Fischer, Masch 1970 và Leendertee 1971 đã xây dựng các mô hình 2 chiều và 1 chiều trong đó mô hình 1 chiều có nhiều ƣu thế trong việc giải các bài toán phục vụ yêu cầu thực tế tốt hơn.

Các nhà khoa học cũng thống nhất nhận định rằng, các mô hình 1 chiều thƣờng hữu hiệu hơn các mô hình sông đơn và mô hình hai chiều. Chúng có thể áp dụng cho các vùng cửa sông có địa hình phức tạp gồm nhiều sông, kênh nối với nhau với cấu trúc bất kỳ [8].

2.4.2. Giới thiệu mô hình toán

MIKE 11 là một phần mềm kỹ thuật chuyên dụng mô phỏng lƣu lƣợng, chất lƣợng nƣớc và vận chuyển bùn cát ở cửa sông, sông, hệ thống tƣới, kênh dẫn và các hệ thống dẫn nƣớc khác.

MIKE 11 là mô hình động lực một chiều thân thiện với ngƣời sử dụng nhằm phân tích chi tiết, thiết kế, quản lý và vận hành cho sông và hệ thống kênh dẫn đơn giản và phức tạp. MIKE 11 cung cấp một môi trƣờng thiết kế hữu hiệu về kỹ thuật công trình, tài nguyên nƣớc, quản lý chất lƣợng nƣớc và các ứng dụng quy hoạch.

Do là một phần mềm kỹ thuật chuyên dụng, đƣợc ứng dụng để mô phỏng lƣu lƣợng, chất lƣợng nƣớc và vận chuyển bùn cát ở cửa sông, sông, hệ thống tƣới, kênh dẫn và các hệ thống dẫn nƣớc khác. Mô hình giải quyết những bài toán liên quan thông qua các mô đun độc lập đƣợc tích hợp lại với nhau để thực hiện các quy trình tính toán cần thiết. Trong nghiên cứu này, các mô đun đƣợc ứng dụng bao gồm:

 Mô đun thuỷ lực Hydrodynamic - HD);

2.4.2.1. Mô đun mô hình thủy động lực

Mô-đun mô hình thủy động lực HD là một phần trọng tâm của hệ thống lập mô hình MIKE 11 và hình thành cơ sở cho hầu hết các mô-đun bao gồm dự báo lũ, tải khuyếch tán, chất lƣợng nƣớc và các mô-đun vận chuyển bùn cát không kết dính. Mô- đun MIKE 11 HD giải các phƣơng trình tổng hợp theo phƣơng đứng để đảm bảo tính liên tục và động lƣợng phƣơng trình Saint Venant .

Hiện nay hệ phƣơng trình Saint - Venant chỉ tìm đƣợc nghiệm giải tích trong trƣờng hợp hệ thống đơn giản và phải k m theo rất nhiều các giả thiết. Hệ phƣơng trình này chủ yếu đƣợc giải bằng phƣơng pháp gần đúng, cụ thể trong mô hình MIKE 11 đó là phƣơng pháp sai phân hữu hạn.

Tài liệu yêu cầu cho mô hình thủy lực tính toán cho bài toán dòng chảy một chiều không ổn định trong sông tự nhiên bao gồm:

 Số liệu địa hình, thể hiện bằng mặt cắt ngang sông;

 Số liệu lƣu lƣợng và mực nƣớc theo thời gian tại các biên trên và biên dƣới, các điểm đo dùng để hiệu chỉnh và kiểm nghiệm mô hình;

 Số liệu lƣu lƣợng và mực nƣớc tại thời điểm t=0 dùng làm điều kiện ban đầu để tính toán cho mô hình.

2.4.2.2. Mô đun khuếch tán

Để giải quyết vấn đề chất lƣợng nƣớc có liên quan đến độ mặn, mô hình MIKE 11 sử dụng thêm mô đun là mô đun tải khuếch tán AD trên nền mô đun thủy động lực HD .

Mô đun truyền tải khuếch tán đƣợc dùng để mô phỏng vận chuyển một chiều của chất huyền phù hoặc hoà tan phân huỷ trong các lòng dẫn hở dựa trên phƣơng trình để trữ tích luỹ với giả thiết các chất này đƣợc hoà tan trộn lẫn. Quá trình này đƣợc biểu diễn qua phƣơng trình sau:

(1)

Trong đó, hệ số phân huỷ sinh học K chỉ đƣợc dùng khi các hiện tƣợng hay quá trình xem xét có liên quan đến các phản ứng sinh hoá.

Phƣơng trình 1 thể hiện hai cơ chế truyền tải, đó là truyền tải đối lƣu do tác dụng của dòng chảy và truyền tải khuếch tán do Gradien nồng độ gây ra. Phƣơng trình này cũng đƣợc giải theo phƣơng pháp số với sơ đồ sai phân ẩn trung tâm.

2.4.3. Kiểm định mô hình

Để đánh giá kết quả từ mô hình, luận văn sử dụng hệ số tƣơng quan R2 .

Công thức tính hệ số tƣơng quan R2:

(1) Qsim,i: số liệu mô phỏng tại thời gian i

Qobs,i: số liệu thực đo tại thời gian i Ǭobs: số liệu trung bình thực đo Ǭsim: số liệu trung bình mô phỏng

Bảng 2.5. Tiêu chuẩn đánh giá hệ số tƣơng quan [36]

R2 R2< 0,4 0,4 < R2< 0,8

0,8<R2<

0,85 R2>0,85

Đánh Giá Không đạt Đạt Khá Tốt

Một phần của tài liệu (LUẬN văn THẠC sĩ) đánh giá tính dễ bị tổn thương do xâm nhập mặn đối với sản xuất nông nghiệp tại các khu vực cửa sông ven biển tỉnh nam định trong bối cảnh biến đổi khí hậu và khả năng thích ứng (Trang 37 - 40)

Tải bản đầy đủ (PDF)

(86 trang)