Mơ hình thủy động lực học và bài tốn lan truyền nhiệt, mặn:
Mơ hình EFDC giải quyết đƣợc các phƣơng trình thủy tĩnh theo chiều đứng, mặt nƣớc thống, chảy rối trung bình trong khơng gian ba chiều đối với dịng chảy có tỷ trọng thay đổi. Nó cũng giải các phƣơng trình kép lan truyền vật chất đối với các trƣờng hợp truyền nhiệt động rối, rối theo chiều dọc, lan truyền mặn và truyền nhiệt. EFDC sử dụng hệ tọa độ biến dạng hoặc sigma thẳng đứng (stretched or sigma vertical coordinate) và hệ tọa độ Đề Cát, hoặc cong trực giao.
Để giải các phƣơng trình động lƣợng, mơ hình EFDC sử dụng phƣơng pháp sai phân hữu hạn khơng gian chính xác bậc 2. Việc kết hợp thời gian trong mơ hình sử dụng phƣơng pháp sai phân hữu hạn 3 cấp thời gian chính xác bậc 2 với kiểu tách riêng quá trình chuyển động do các yếu tố chính trong các lớp nƣớc tạo ra (internal mode-kiểu trong) và quá trình do các yếu tố trên bề mặt nƣớc (sóng, gió...) (external mode-kiểu ngồi). Kiểu ngồi là bán ẩn và tính tốn đồng thời trƣờng độ cao hai chiều bằng bƣớc gradient liên hợp có điều kiện (preconditioned conjugate gradient). Kiểu ngồi kết thúc khi tính tốn vận tốc trung bình theo độ sâu (sử dụng mực nƣớc mới đƣợc tính).
Kiểu trong đƣợc thực hiện đồng thời với kiểu ngoài và hoàn toàn chỉ liên quan đến khuếch tán theo chiều đứng do ứng suất cắt (shear stress) và cắt do dòng chảy (velocity shear).
Mơ hình EFDC ứng dụng sơ đồ giải theo không gian và thời gian có độ chính xác bậc hai theo, sơ đồ bƣớc giải phân đoạn bảo toàn khối lƣợng đối với các phƣơng trình lan truyền mặn, truyền nhiệt, chất lơ lửng, chất lƣợng nƣớc và các chất ô nhiễm trong nƣớc.
Một số đặc điểm tính năng của phần mềm:
Giao diện sử dụng: Giao diện của phần mềm mơ hình hóa EFDC dựa trên
các tệp văn bản mẫu. Giao diện này đảm bảo tính khả chuyển giữa các phần máy tính và cho phép ngƣời sử dụng mơ hình có thể dễ dàng chỉnh sửa các tệp số liệu đầu vào. Giao diện cũng cho phép chỉnh sửa các tệp số liệu mơ hình trên các hệ thống máy tính xa nhau và trong mơi trƣờng mạng không thuần nhất.
Phần mềm tiền xử lý: Trƣớc giai đoạn tính tốn và mơ phỏng, phần mềm mơ
hình EFDC có bộ mã tiền xử lý tạo lƣới với tên gọi GEFDC. Bộ mã tiền xử lý này cho phép xây dựng lƣới mơ hình ngang, đƣa vào các số liệu đo đạc độ sâu cũng nhƣ các thông số ban đầu nhƣ độ cao mặt nƣớc, độ mặn... cho các ơ lƣới mơ hình. Qua quá trình xử lý của bộ mã tiền xử lý này, các tệp số liệu đầu vào mơ hình EFDC cụ thể (bao gồm tệp số liệu đầu vào về lƣới mơ hình địa hình và tệp số liệu đầu vào về các thông số ban đầu) đƣợc tạo ra. Bộ mã tiền xử lý của phần mềm EFDC có khả năng tạo ra các lƣới tọa độ mơ hình dạng Đề Cat hoặc dạng lƣới cong – trực giao, những loại lƣới này cũng đã đƣợc sử dụng trong rất nhiều phần mềm tạo lƣới mơ hình khác nhƣ của Mobley và Stewart (1980), Ryskin và Leal (1983), Kang và Leal (1992)...
Định dạng phương trình: Mã phần mềm mơ hình EFDC chỉ tồn tại trong một
phiên bản chung duy nhất. Khả năng sử dụng và ứng dụng của mơ hình đƣợc phát triển, mở rộng bởi các bộ thơng tin dữ liệu trong các tệp số liệu đầu vào. Để giảm tối đa yêu cầu bộ nhớ cho các ứng dụng cụ thể, một tệp số liệu thực hiện đã đƣợc tạo ra qua việc điều chỉnh kích cỡ các mảng khác nhau một các thích hợp trong tệp số liệu thơng số mơ hình và kết hợp với mã nguồn.
Tính tốn thời gian chạy mơ hình: mơ hình EFDC có khả năng tính tốn,
chuẩn đốn thời gian chạy mơ hình tối ƣu từ những dữ liệu, thông tin đầu vào do ngƣời sử dụng mơ hình thiết lập. Các dự tính bao gồm số lƣợng bƣớc thời gian tối đa (CFL), thời gian và vị trí các điểm có độ sâu âm, các kiểm tra về cân bằng thể tích và khối lƣợng...
CHƢƠNG 3. KếT QUả NGHIÊN CứU ĐÁNH GIÁ ảNH HƢởNG CủA NƢớC BIểN DÂNG DO BIếN ĐổI KHÍ HậU ĐếN XÂM NHậP MặN SƠNG GIANH, TỉNH QUảNG BÌNH
3.1. Xây dựng mơ hình thủy động lực EFDC phục vụ đánh giá xâm nhập mặn sông Gianh
3.1.1. Giới hạn miền mơ hình xâm nhập mặn sơng Gianh
Trong xây dựng mơ hình thủy động lực nói chung, cần phải lựa chọn một miền nhất định để xây dựng mơ hình (khơng nên lấy tồn bộ diện tích ao hồ, sơng suối để xây dựng vì mơ hình sẽ qua lớn, q cồng kềnh, trong khi mục đích nghiên cứu chỉ giới hạn trong một diện nhỏ hơn nhiều, cũng khơng nên lấy miền mơ hình quá nhỏ để rồi mơ hình khơng chứa đƣợc đầy đủ các thông tin cần thiết thể hiện đúng nhất điều kiện thủy động lực làm cho kết quả thu đƣợc thiếu độ chính xác cần thiết). Với mục đích nghiên cứu ảnh hƣởng của thủy triều hiện nay và của nƣớc biển dâng đến xâm nhập mặn nƣớc sơng Gianh, miền mơ hình nên đƣợc giới hạn về phía thƣợng lƣu là nơi mà nồng độ muối của nƣớc sông không bị ảnh hƣởng của xâm nhập mặn (hoặc có thể bị ảnh hƣởng, nhƣng ở mức rất nhỏ). Việc xác định giới hạn này đƣợc tiến hành qua điều tra khảo sát thực địa về chiều sâu xâm nhập mặn vào sơng và địa hình và chiều rộng lịng sơng ở phía thƣợng lƣu khơng thể xảy ra xâm nhập mặn.
Với mục tiêu mơ phỏng q trình lan truyền mặn tại sơng Gianh nhằm dự báo sự xâm nhập mặn và dựa trên các số liệu về mặt cắt thu thập đƣợc, miền mơ hình đƣợc lựa chọn là đoạn sơng kéo dài tính từ thơn Thƣợng Phụ, xã Văn Hóa, huyện Tun Hóa (thƣợng lƣu miền mơ hình) đến cửa sơng Gianh (hạ lƣu miền mơ hình) với chiều dài khoảng 23,5km. Tại thôn Thƣợng Phụ, xã Văn Hóa, huyện Tun Hóa lịng sơng Gianh hẹp hơn hẳn phần hạ lƣu giữa miền mơ hình (chỉ bằng khoảng 1/4), địa hình lịng sơng cao hơn hẳn nên dòng chảy nƣớc nhạt từ phía thƣợng lƣu khơng để nƣớc mặt có điều kiện xâm nhập lên.