4.2 Ứng dụng cho mô phỏng thủy triều ven bờ cho vịnh Đà
4.2.2 Điều kiện tính tốn
4.2.2.1 Giới hạn miền tính và lưới tính
Tại vị trí khu vực vịnh Đà Nẵng
gia tốc trọng trường là g = 9.806m/s2, hệ số ma sát 0.022, hệ số
Courant Cr = 0.5, ∆x = 150m; ∆y = 150m
4.2.2.2 Điều kiện biên tính
Biên mở nguồn thủy triều
ζ = A0 +
n
X
i=1
Ai(cosωit−gi) (4.2)
Trong đó:
Ai là biên độ của sóng thứ i ωi là tần số góc
gi là pha ban đầu của sóng thứ i
Các tham số thủy triều được nội suy từ bảng tham số tốn cầu trên lưới 1/4 độ thí dụ hằng số điều hịa tại trạm Sơn Trà được trình bày trên bảng 4.6
Bảng 4.6: Hằng số điều hòa thủy triều trạm Sơn Trà - Mực nước trung bình 96.1 cm
TT Tên sóng Biên độ (cm) Pha (0)
1 K1 18.03 287.29 2 O1 11.15 233.42 3 M2 15.95 292.27 4 S2 5.44 337.9 5 N2 3.29 266.22 6 K2 1.77 357.33 7 P1 5.45 286.25 8 Q1 1.82 223.33
4.2.2.3 Thời gian tính tốn
Tổng thời gian tính tốn: 01 tháng (Bắt đầu từ 0 giờ ngày 01 tháng 05 năm 2014 đến 24 giờ ngày 31 tháng 05 năm 2014).
4.2.2.4 Số liệu kiểm chứng
Sử dụng các số liệu trong bảng dự tính thủy triều từ hằng số điều hòa cho năm 2014.
4.2.3 Kết quả tính tốn áp dụng
Có 2 loại hết quả được sử dụng: Kết quả về dao động mực nước tại các điểm đo được so sánh với số liệu phân tích được vẽ bằng phần mềm Excell. Kết quả về phân bố mặt rộng vận tốc được vẽ bằng cơng cụ Tecplot.
Có 3 điểm đo mực nước là điểm cửa vịnh, giữa vịnh, hòn Chảo với các tọa độ lần lượt là:kinh độ 108.217oE, vĩ độ 16.177oN; kinh độ 108.18oE, vĩ độ 16.138oN; kinh độ 108.219oE, vĩ độ 16.225oN;
4.2.3.1 Kết quả tính tốn dao động mực nước
Các kết quả tính tốn tại 3 điểm này được so sánh với số liệu phân tích từ hằng số điều hịa và được trình bày trên hình 4.7
Hình 4.7: So sánh dao động mực nước triều giữa tính tốn và phân tích theo hằng số điều hịa vịnh Đà Nẵng (a. Hịn Chảo - b. Cửa vịnh - c. Giữa vịnh)
Trên hình 4.7, thời gian so sánh được thực hiện trong khoảng 200 giờ tính từ 0 giờ ngày 01 tháng 05 năm 2014
Sai số chi tiết được thể hiện tính tốn được thể hiện trong bảng 4.7 Dựa vào bảng 4.7 đánh giá sai số giữa kết quả thực nghiệm và số liệu
Bảng 4.7: Sai số giữa kết quả tính tốn và số liệu phân tích Giá trị sai số TT Điểm đo lớn nhất(m) Trung bình(m) Tỉ lệ (%) BP TB (m) 1 Cửa vịnh 0.0278 0.008263 1.032875 0.0001 2 Hòn chảo 0.0294 0.010578 1.32225 0.000166 3 Giữa vịnh 0.0343 0.010371 1.296375 0.000158
phân tích cho thấy mơ hình phi thủy tĩnh hiện tại cho kết quả rất tốt. Các kết quả tìm được bằng mơ hình phi thủy tĩnh có giá trị tương đối trùng khít so với các số liệu phân tích. Sai số lớn nhất đạt tại vị trí giữa vịnh là 3.43 cm, với tỉ lệ sai số tương ứng tại vị trí này là 1.2964%.
Tiêu chuẩn đánh giá tính tốn dựa theo chỉ số Nash được thể hiện trong bảng 4.8
Dựa theo bảng 4.8 đánh giá theo chỉ số Nash cũng cho thấy kết quả tính tốn so với số liệu thực đo là rất tốt.
Bảng 4.8: Chỉ số Nash của q trình tính tốn dao động thủy triều TT Điểm đo Nash
1 Hòn chảo 0.9965 2 Cửa vịnh 0.998 3 Giữa vịnh 0.9968
4.2.3.2 Kết quả phân bố mặt rộng của vận tốc
Kết quả tính tốn dịng chảy và mặt nước phân bố theo mặt rộng được lựa chọn ở một số thời điểm và trình bày trên các hình từ Hình 4.8 - Hình 4.37.
Nhìn chung dịng chảy do thủy triều phía trong vịnh Đà Nẵng là rất nhỏ ở tất cả các pha triều. Dịng chảy lớn nhất tồn tại ở rìa phía Đơng của bán đảo Sơn Trà, vận tốc cực đại cỡ khoảng 40cm/s. Đặc biệt ở pha
triều lên tồn tại một xốy thuận theo chiều kim đồng hồ ở phía Nam bán đảo Sơn Trà. Ngoài ra, ở các thời điểm triều lên mạnh và rút mạnh đều tồn tại dòng chảy khá lớn ở phía cửa sơng Hàn.
Tính tốn áp dụng mơ hình cho bài tốn thủy triều thuộc khu vực vịnh Đà Nẵng cho thấy: Kết quả tính tốn so sánh với số liệu phân tích từ hằng số điều hịa là khá tốt. Các kết quả thu được về dòng chảy và mực nước phân bố trên tồn khu vực tính tốn từ việc mơ phỏng thủy triều cho thấy mơ hình phi thủy tĩnh đã được áp dụng thành công cho một khu vực thực tế có địa hình khá phức tạp. Các kết quả này mở ra triển vọng để phát triển mơ hình nước nơng phi thủy tĩnh cho những bài toán tương tự trên các vùng biển ven bờ khác.
Hình 4.8: Phân bố vận tốc tính tốn tại thời điểm nước lớn/ -3h (0h ngày 01/05/2014)
Hình 4.9: Phân bố vận tốc tính tốn tại thời điểm nước lớn/-2h (1h ngày 01/05/2014)
Hình 4.10: Phân bố vận tốc tính tốn tại thời điểm nước lớn/-1h (2h ngày 01/05/2014)
Hình 4.11: Phân bố vận tốc tính tốn tại thời điểm nước lớn (3h ngày 01/05/2014)
Hình 4.12: Phân bố vận tốc tính tốn tại thời điểm nước rịng (10h ngày 01/05/2014)
Hình 4.13: Phân bố vận tốc tính tốn tại thời điểm nước rịng/+1h (11h ngày 01/05/2014)
Hình 4.14: Phân bố vận tốc tính tốn tại thời điểm nước trung bình (17h ngày 01/05/2014)
Hình 4.15: Phân bố vận tốc tính tốn tại thời điểm nước trung bình/+1h (18h ngày 01/05/2014)
Hình 4.16: Phân bố vận tốc tính tốn tại thời điểm nước lớn/-2h (1h ngày 02/05/2014)
Hình 4.17: Phân bố vận tốc tính tốn tại thời điểm nước lớn/-1h (2h ngày 02/05/2014)
Hình 4.18: Phân bố vận tốc tính tốn tại thời điểm nước lớn (3h ngày 02/05/2014)
Hình 4.19: Phân bố vận tốc tính tốn tại thời điểm nước rịng/-1h (11h ngày 02/05/2014)
Hình 4.20: Phân bố vận tốc tính tốn tại thời điểm nước rịng (12h ngày 02/05/2014)
Hình 4.21: Phân bố vận tốc tính tốn tại thời điểm nước trung bình (18h ngày 02/05/2014)
Hình 4.22: Phân bố vận tốc tính tốn tại thời điểm nước trung bình/+1h (19h ngày 02/05/2014)
Hình 4.23: Phân bố vận tốc tính tốn tại thời điểm nước lớn/-1h (2h ngày 03/05/2014)
Hình 4.24: Phân bố vận tốc tính tốn tại thời điểm nước lớn (3h ngày 03/05/2014)
Hình 4.25: Phân bố vận tốc tính tốn tại thời điểm nước rịng/-1h (11h ngày 03/05/2014)
Hình 4.26: Phân bố vận tốc tính tốn tại thời điểm nước rịng (12h ngày 03/05/2014)
Hình 4.27: Phân bố vận tốc tính tốn tại thời điểm nước trung bình (19h ngày 03/05/2014)
Hình 4.28: Phân bố vận tốc tính tốn tại thời điểm nước trung bình/+1h (20h ngày 03/05/2014)
Hình 4.29: Phân bố vận tốc tính tốn tại thời điểm nước rịng (12h ngày 04/05/2014)
Hình 4.30: Phân bố vận tốc tính tốn tại thời điểm nước rịng (13h ngày 05/05/2014)
Hình 4.31: Phân bố vận tốc tính tốn tại thời điểm nước trung bình/-1h (21h ngày 05/05/2014)
Hình 4.32: Phân bố vận tốc tính tốn tại thời điểm nước trung bình (22h ngày 05/05/2014)
Hình 4.33: Phân bố vận tốc tính tốn tại thời điểm nước rịng/-1h (13h ngày 06/05/2014)
Hình 4.34: Phân bố vận tốc tính tốn tại thời điểm nước rịng (14h ngày 06/05/2014)
Hình 4.35: Phân bố vận tốc tính tốn tại thời điểm nước trung bình (22h ngày 06/05/2014)
Hình 4.36: Phân bố vận tốc tính tốn tại thời điểm nước lớn (1h ngày 14/05/2014)
Hình 4.37: Phân bố vận tốc tính tốn tại thời điểm nước rịng (9h ngày 14/05/2014)
Chương 5
Kết luận và kiến nghị
5.1 Kết luận
Luận văn đã đạt được những kết quả chủ yếu sau đây:
Làm chủ được phương pháp xây dựng hệ phương trình nước nơng phi thủy tĩnh và xây dựng được mơ hình giải số bằng ngơn ngữ Fortran. Mơ hình số đã được tính tốn kiểm nghiệm theo điều kiện thí nghiệm vật lý. Kết quả kiểm nghiệm cho thấy mơ hình số sử dụng hệ phương trình nước nơng phi thủy tĩnh cho kết quả tốt hơn khi sử dụng hệ phương trình nước nơng thủy tĩnh truyền thống
Mơ hình số đã xây dựng được áp dụng tính tốn thành cơng cho bài toán thủy triều khu vực vịnh Đà Nẵng. Các kết quả tính tốn so sánh với số liệu phân tích từ hằng số điều hòa khẳng định khả năng ứng dụng mơ hình cho bài tốn thủy triều là đáng tin cậy.
5.2 Kiến nghị
Phát triển hướng nghiên cứu của mơ hình bài tốn từ hai chiều sang ba chiều. Đồng thời, phát triển thuật tốn cho mơ hình theo hướng sử dụng các thuật tốn hiệu quả hơn cho hệ phương trình sai phân
Ứng dụng mơ hình bài tốn vào các lĩnh vực dự báo thủy triều, nước dâng do bão và sóng thần cho vùng biển ven bờ.
Tài liệu tham khảo
[1] Trần Văn Cúc (2003). Cơ học chất lỏng, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội.
[2] Trần Văn Cúc (2002). Hội nghị Cơ học tồn quốc lần thứ VII, Mơ hình ba chiều dịng chảy ven bờ
[3] Trần Văn Cúc và cộng sự (2003). Đề tài cấp trường - Trường ĐH Khoa học Tự nhiên - ĐH Quốc gia Hà Nội, Mơ hình tốn học bài tốn ba chiều về hồn lưu ở biển
[4] Lưu Quang Hưng (2007)Mơ hình home 3D - kσ tính tốn lan truyền chất tan vùng ven biển , Luận văn thạc sỹ khoa học.
[5] Nguyễn Thị Việt Liên (1996). Luận án phó tiến sỹ khoa học Tốn - Lý, Mơ hình số trị bài tốn thủy triều biển Đơng
[6] Kowalik Z, Knight W, Logan T, Whitmore P (2005). Numerical model of the global tsunami: Indonesian tsunami of 26 December 2004, Science of Tsunami Hazards, Vol 1, No 23, page 40 - 56.
[7] Beji S, Battjes JA (1993). Experimental investigation of wave prop- agation over a bar, Coastal Engineering, Vol 1 - 2 , No 19, page
151 - 162.
[8] Christophe Berthon, Franc,oise Foucher (2011). Springer - Verlag Berlin Heidelberg Hydrostatic upwind scheme for shallow - water equations, Vol 12, No 65.
[9] Kowalik Z, Murty TS, Curtis G (1991). Modeling Hilo, Hawaii tsunami inundation, Science of Tsunami Hazards, Vol 2, No 16,
[10] Phùng Đăng Hiếu (2008). VNU Journal of Science, Earth Sciences,
Finite volume method for long wave runup: 1D model, Vol 24, No
1, page 10 - 15.
[11] Rainer Lehfeldt, Peter Mibladt, Andreas Pluess and Holger Shuet- trumpf (2007),Propagation of a Tsunami - Wave in the North Sea,
Vol 27, page 105 - 123.
[12] Shuto N, Goto C (1978). Numerical simulation of tsunami run - up, Coastal Engineering of Japan, Vol 1, No 21, page 13 - 20.
[13] Stelling GS, Duinmeijer SPA (2003). A staggered conservation scheme for every Froude number in rapidly varied shallow water flows, International Journal for Numerical Methods in Fluids, Vol
2, No 124, page 73 - 81.
[14] Yoshuki Yamazaki, Zygmunt Kowalik, Kwok Fai Cheung (2008).
Depth - integrated, non - hydrostatic model for wave breaking and run - up, International Journal for Numerical Methods in Fluids,