Chương 2 THIẾT LẬP MƠ HÌNH CHO KHU VỰC NGHIÊN CỨU
2.1. CÁC MƠ HÌNH TỐN ĐANG ĐƯỢC ÁP DỤNG Ở ĐBSCL
Hiện nay, có rất nhiều mơ hình đã và đang được sử dụng để mô phỏng chế độ thủy lực ở ĐBSCL. Mỗi mơ hình đều có thế mạnh, hoặc là về lý thuyết thủy lực và toán học, hoặc là về áp dụng trong thực tiễn, hoặc là có những tiện ích về phân tích kết quả tùy thuộc vào mức độ áp dụng cho các nghiên cứu khác nhau [2,4]. Các mơ hình có thể kể ra như sau:
2.1.1. Mơ hình SOGREAH
Mơ hình SOGREAH do các chuyên gia thuỷ lực hãng SOGREAH - Pháp lập năm 1967 theo đơn đặt hàng của UNESCO để nghiên cứu sự truyền lũ trên châu thổ sông Mekong. Mơ hình xét đến cả ý nghĩa vật lý và tính tốn theo phương pháp số. Dịng chảy lũ biến thiên theo thời gian t và không gian 2 chiều x, y. Hệ phương trình truyền sóng lũ được viết tương tự như phương trình truyền triều với thành phần cản tuân theo định luật Stricler, cùng với các giả thiết đơn giản hố khi tính tốn để thiết lập hệ phương trình liên tục cho một ơ và phương trình động động lực dịng chảy.
Mơ hình SOGREAH thiết lập trên cơ sở hệ phương trình Saint-Venant viết cho dịng 1 chiều khơng ổn định trong kênh hở, được giải theo 2 phương pháp:
Sơ đồ hiện: Giả thiết mực nước các ô kề bên biết được ở bước t = n∆t, sẽ cho phép tính trực tiếp Zi và Zin1
. Do vậy lời giải (tínhQi,k
) chỉ phụ thuộc t = n∆t. - Sơ đồ ẩn: Giả thiết lưu lượng giữa ô i và k bằng giá trị trung gian ở thời điểm bất kỳ trong khoảng n∆t và (n+1)∆t, từ đó có hệ phương trình sai phân phi tuyến.
2.1.2. Mơ hình KOD
Mơ hình KOD của GS.TSKH Nguyễn Ân Niên ra đời từ đầu năm 1970 sử
dụng hệ phương trình Saint – Venant trong tính tốn dịng chảy và giải bằng sơ đồ hiện với phương pháp sai phân 4 điểm Preisman. Đến năm 1980 tác giả đã phát triển sơ đồ 2D. Năm 2005, theo luận văn của TS Nguyễn Việt Hưng, sơ đồ này đã được hoàn thiện thêm. Tác giả dùng sơ đồ Lax cho phương trình sai phân tìm mực
nước các ơ chứa Z’ của lớp thời gian sau. Phương trình chuyển động giải theo kiểu ẩn, tức là sơ đồ tam giác ngược, và cách giải này đã làm triệt tiêu sai số của sơ đồ Lax nếu bước thời gian nhỏ hơn bước thời gian giới hạn (Δtgh theo tiêu chuẩn Levy-Freidrich-Courant).
2.1.3. Mơ hình SAL
Mơ hình SAL là chương trình tính dịng chảy kiệt và lũ được PGS.TS Nguyễn Tất Đắc xây dựng từ những năm 1980. Mơ hình SAL với nhiều phiên bản khác nhau được sử dụng cho nhiều bài toán vùng sông Đồng Nai – Sài Gịn và ĐBSCL. Mơ hình SAL sử dụng hệ phương trình Saint-Venant cho dịng chảy không ổn định và một chiều trong kênh hở và giải bằng phương pháp sai phân hữu hạn dùng sơ đồ sai phân 4 điểm Preissmann.
2.1.4. Mơ hình VRSAP
Mơ hình VRSAP do cố PGS Nguyễn Như Khuê khởi thảo năm 1978 với đối tượng là mạng lưới sông kênh trên đồng bằng thấp, có trao đổi nước với những vùng đồng ruộng ngập nước, vận động dưới ảnh hưởng của thủy triều, lũ nguồn và mưa rào trên đồng bằng. Đến nay, VSRAP được tiếp tục cải tiến nâng cao tính năng, hồn thiện phần tính diễn biễn mặn, thay đổi cấu trúc chương trình và chuyển sang ngơn ngữ lập trình Visual Basic trong môi trường Windows để tăng tốc độ tính tốn và quy mơ bài tốn. Mơ hình sử dụng hệ phương trình Saint- Venant và giải bằng phương pháp sai phân hữu hạn dùng sơ đồ sai phân 4 điểm Preissman. Các phép biến đổi đã đưa hai phương trình đạo hàm riêng về hai phương trình đại số bậc nhất. Các hệ số liên quan đến ẩn số tính vào thời điểm t+∆t chưa biết được giải khử dần bằng cách tính lặp.
2.1.5. Mơ hình DUFLOW
Mơ hình DUFLOW được xây dựng bởi các tổ chức Rijkwaterstaat, IHE- Delft, Deft University of Technology, STOWA và Agricultural University of Wageningen (Hà Lan). Mơ hình gồm các chương trình: Mơ phỏng mưa - dịng chảy (RAM); Tính chất và lượng nước trong sơng (DUFLOW); Tính dịng chảy nước ngầm (ModDUFLOW).
Mơ hình DUFLOW được xây dựng trên hệ phương trình Saint-Venant và giải bằng phương pháp sai phân 4 điểm Preissmann để mơ phỏng sự truyền sóng triều ở cửa sơng, sóng lũ trong sơng kênh và vận hành hệ thống tưới tiêu.
2.1.6. Mơ hình HYDROGIS
Mơ hình HYDROGIS được TS Nguyễn Hữu Nhân phát triển từ năm 1995 cho mô phỏng dịng chảy trong sơng kênh và truyền tải chất trên cơ sở hệ phương trình Saint-Venant và giải bằng phương pháp sai phân 4 điểm Preissmann. Mơ hình có hệ thơng tin địa lý (GIS) hỗ trợ.
2.1.7. Mơ hình MIKE
Mơ hình MIKE do Viện Thuỷ Lực Đan Mạch (DHI) xây dựng. Mơ hình kết hợp với hệ thơng tin địa lý (GIS) để phân tích và lập bản đồ. Mơ hình dựa trên hệ phương trình Saint - Venant cho dịng một chiều và giải theo phương pháp sai phân dùng sơ đồ sai phân ẩn 6 điểm của Abbott và Ionescu.
2.1.8. Mơ hình ISIS
Mơ hình ISIS do công ty Halcrow và Viện Nghiên cứu Thuỷ lực Wallingford xây dựng sử dụng chương trình thuỷ động lực học dịng chảy một chiều mơ phỏng dịng chảy khơng ổn định trong mạng trong sơng kênh và ơ đồng. Mơ hình ISIS dựa trên hệ phương trình Saint - Venant giải theo phương pháp sai phân dùng sơ đồ sai phân ẩn 6 điểm của Abbott và Ionescu. Hệ phương trình viết cho một mạng sẽ tạo nên hệ phương trình bậc nhất có chứa ẩn số. Mực nước ở một điểm bất kỳ có thể biểu diễn bằng hàm của mực nước tại các nút lân cận.
Bên cạnh đó, các mơ hình thủy lực mạng sơng kết hợp tính tốn xâm nhập triều mặn như: VRSAP, MEKSAL, FWQ87, SAL, SALMOD, HYDROGIS...đã được xây dựng thành công bởi các nhà khoa học tiêu biểu như: Cố giáo sư Nguyễn Như Khuê, Nguyễn Ân Niên, Nguyễn Tất Đắc, Nguyễn Văn Điệp, Nguyễn Minh Sơn, Trần Văn Phúc, Nguyễn Hữu Nhân,…
Bước đầu một số mơ hình đã được thử nghiệm ứng dụng dự báo XNM như mơ hình SAL (Nguyễn Tất Đắc), VRSAP (Nguyễn Như Khuê), KOD (Nguyễn Ân Niên) và HydroGis (Nguyễn Hữu Nhân) được dùng để dự báo xâm nhập mặn cho một số sơng chính theo các thời đoạn dài hạn (6 tháng), ngắn hạn (nửa tháng) và cập nhật (ngày);
Lê Sâm đã có các nghiên cứu tương đối tồn diện về tác động ảnh hưởng của XNM đến quy hoạch sử dụng đất cho khu vực Đồng bằng sông Cửu Long. Kết quả của đề tài góp phần quy hoạch sử dụng đất vùng ven biển thuộc đồng bằng sơng Cửu Long và các lợi ích khác về kinh tế - xã hội.
Như vậy, với những nỗ lực không ngừng, các nhà khoa học trong nước đã tìm tịi và đưa ra các cơng trình nghiên cứu có đóng góp đáng kể về mặt khoa học, tạo tiền đề cho việc nghiên cứu XNM bằng phương pháp mơ hình tốn tại Việt Nam.