8. Cấu trúc luận án:
3.2.3. Lập chương trình tính toán cho mô hình MOPHONG-LU
Chương trình tính toán được xây dựng trên cơ sở thuật toán liên kết giữa các mô hình thành phần và các đoạn sông được đặt tên là MOPHONG-LU. Chương trình tính toán được viết bằng ngôn ngữ FORTRAN 77 gồm chương trình chính và 5 chương trình con. Chương trình đã lập được trình bày ở phụ lục 3
3.2.3.1. Thuật toán và chương trình tính cho các mô hình thành
a. Chương trình tính toán nhập lưu theo đường đơn vị SCS
Tính toán nhập lưu cho các lưu vực con bằng phương pháp đường đơn vị được thực hiện theo các phương trình tính toán từ 3.1 đến 3.6. Kết quả tính toán cho mỗi lưu vực thành phần tại nút nhập lưu là đường quá trình lưu lượng lũ tương ứng với số liệu mưa thời đoạn ngắn thực đo hoặc dự báo trên lưu vực. Sơ đồ khối của chương trình tính toán lũ nhập lưu được trình bày trên hình 3.4.
b. Chương trình tính toán nhập lưu theo mô hình NAM
Tính toán nhập lưu cho các lưu vực con bằng mô hình NAM theo các phương trình tính toán từ 3.7 đến 3.9. Sơ đồ khối của chương trình tính được trình bày trên hình 3.5.
Hình 3.4 Sơ đồ tính toán quá trình lưu lượng Q~t cho một lưu vực nhập lưu theo đường đơn vị SCS
Hình 3.5: Sơ đồ tính toán quá trình lưu lượng Q~t bằng mô hình NAM cho một lưu vực nhập lưu có N thời đoạn tính toán
QIF= 1 m a x ( ) 1 L T I F L C K I F U i T I F I=1 Tính dòng chảymặt Tính bổ sung dòng chảy ngầm L/Lmax >TIF L/Lmax > TG Đúng Sai Đúng Sai Sai Đúng G = 0 G= TG TG L L QOF PN 1 max ) (
Diễn toán dòng chảy
- Diễn toán dòng chảy mặt (OF) và dòng chảy sát mặt (IF):
OF = QOF(1 – e-t/CK12) + OFI-1. e-t/CK12; IF = QIF(1 – e-t/CK12) + IFI-1. e-t/CK12 - Diễn toán dòng chảy ngầm: BF = G(1 – e-t/CKBF) + BFI-1e-t/CKBF
- Dòng chảy tại mặt cắt cửa ra: Ytt= OF+IF+BF (mm); Q= (Ytt * Fl.vực)/t (m3/s) QOF = 0 QOF= a x 1 m N L T O F L C Q O F P T O F QIF = 0 Nhập thông số mô hình:
Lmax , Umax, CQOF, CKIF, TOF, TIF, CK12, CKBF, TG
Tính bốc thoát hơi nước Ea = Ep L/Lmax
Tính dòng chảy sát mặt L/Lmax >TOF STOP Sai Đúng I>N I=I+1
c. Chương trình diễn toán lũ qua hồ chứa
Diễn toán lũ qua hồ chứa theo các phương trình tính toán điều tiết 3.11 và 3.12. Sơ đồ khối của chương trình tính được trình bày trên hình 3.6.
Hình 3.6: Sơ đồ diễn toán dòng chảy qua mỗi hồ chứa với số thời đoạn tính toán N, thời đoạn tính toán là t
Trong quá trình vận hành điều tiết lũ hồ chứa, các phương án đóng mở các cửa xả lũ được thiết lập trực tiếp trên màn hình theo nguyên tắc đối thoại “ Người- Máy” trên cơ sở các dữ liệu về kết quả tính toán lũ đến hồ, diễn biến mực nước hồ .. cũng được triết xuất trực tiếp trên màn hình, nguyên tắc thiết lập đối thoại thể hiện trên sơ đồ hình 3.7. Điều này đảm bảo sự liên tục trong quá trình tính toán khi thay đổi các kịch bản vận hành mà không cần phải dừng chương trình tính để thiết lập lại kịch bản vận hành. Sự mô tả này rất thích hợp và thuận lợi cho bài toán vận hành hệ thống theo thời gian thực khi các kịch bản liên tục được cập nhật và điều chỉnh trong quá trình vận hành. Đây là một trong những điểm khác biệt đối với các mô hình đã có như HEC-RESSIM.
Hình 3.7: Sơ đồ thiết lập kịch bản vận hành trên cửa sổ màn hình theo nguyên tắc “đối thoại người-máy”
Dưới đây là đoạn chương trình giao diện trên màn hình khi thiết lập phương án vận hành ban đầu:
WRITE(*,971)SC(J,N1-1)
971 FORMAT(20X,'SO CUA XA THOI DOAN TRUOC=',1X,F3.1)
write(*,940)
940 FORMAT(20X,//,' DOC LUU LUONG DU BAO DEN HO 12h TIEP THEO')
write(*,94)
94 FORMAT(20X,//,' DOC SO CUA DONG MO ')
write(*,101)SCX(J)
101 FORMAT(20X,//,' TONG SO CUA XA:',1X,F3.0)
write(*,'(A\)')' SO CUA XA DUOC MO HET = ' READ(*,*)SCUA
write(*,'(A\)')' SO CUA XA MO VOI DO MO A: ' READ(*,*)SX1
write(*,'(A\)')' DO MO (PHAN TRAM %):'
WRITE(*,'(A\)')' SO THOI DOAN TINH TOAN = ' READ(*,*)NDT
Trong trường hợp cần thiết lập lại phương án vận hành có thể quy định lại số thời đoạn vận hành tính toán cho mỗi lần vận hành theo lệnh:
WRITE(*,'(A\)')' CO THAY DOI THOI DOAN TINH TOAN KHONG?: ' READ(*,*)KN
3.2.3.2. Tích hợp các mô hình thành phần và chương trình tính toán
Mô phỏng tích hợp các mô hình thành phần trong mô hình MOPHONG-LU là sự mô phỏng mối liên kết trong tính toán giữa các đoạn sông, các nút nhập lưu và các nút hồ chứa. Cụ thể như sau :
- Với mỗi đoạn sông mô phỏng các lệnh liên kết với các nút nhập lưu, nút hồ chứa và các đoạn sông khác: các nút nhập lưu nào, các đoạn sông nào và các hồ chứa nào liện kết với nút trên và nút dưới của đoạn sông đó.
- Với mỗi nút hồ chứa: mô phỏng các lệnh liên kết với các đoạn sông, các nhập lưu và hồ chứa khác tương tự như mô phỏng đối với đoạn sông.
Sơ đồ cấu trúc của mô hình MOPHONG-LU theo nguyên tắc trên được thể hiện trên sơ đồ ở hình 3.8.
3.2.3.3. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình
Hiệu chỉnh mô hình có thể thực hiện theo phương pháp tối ưu hóa hoặc phương pháp thử sai. Trong đề tài đã sử dụng phương pháp thử sai để xác định bộ tham số của mô hình. Quá trình hiệu chỉnh mô hình được trình bày trên sơ đồ hình 3.9a. Kiểm định mô hình được thực hiện theo sơ đồ hình 3.9b.
Nhập số liệu mưa (Thực đo hoặc dự báo)
Tính toán nhập lưu cho các lưu vực khu giữa theo mô hình đường đơn vị SCS hoặc mô hình NAM Theo Sơ đồ hình 3.4 và 3.5
DIỄN TOÁN LŨ TRÊN HỆ THỐNG SÔNG
1. Tại mỗi đoạn sông thứ j diễn toán theo mô hình Muskingum: - Tham số mô hình là Kj và Xj của đoạn sông đó
- Lưu lượng vào của đoạn sông bằng tổng lưu lượng của các quá trình: Lưu lượng nhập lưu khu giứa được tính theo Mô hình NAM hoặc đường đơn vị SCS; tổng lưu lượng ra của các đoạn sông hoặc hồ chứa nối với đoạn sông này.
- Lưu lượng ra của đoạn sông là kết quả diễn toán của đoạn sông.
2. Tại nút hồ chứa: Diễn toán lũ qua hồ chứa theo phương trình 3.11 và 3.12, Sơ đồ hình 3.6
- Lưu lượng vào hồ là bằng tổng lưu lượng của các quá trình lưu lượng nhập lưu khu giứa được tính theo Mô hình NAM hoặc đường đơn vị SCS; tổng lưu lượng ra của các đoạn sông hoặc hồ chứa nối với đoạn sông này.
- Lưu lượng ra của hồ chứa là kết quả diễn toán qua hồ chứa.
Nhập số liệu lưu lượng thực đo, số liệu đặc trưng các lưu vực sông, số liệu hồ chứa
XUẤT SỐ LIỆU TÍNH TOÁN
1. Quá trình lưu lượng tại các nút nhập lưu
2. Quá trình lưu lượng vào và ra tại nút hồ chứa, quá trình dung tích và mực nước hồ, số cửa xả lũ và độ mở tương ứng
3. Quá trình lưu lượng đến và thực đo tại nút kiểm tra 4. Quá trình lưu lượng tại các nút kiểm soát lũ
Hình 3.9a: Sơ đồ xác định bộ thông số của mô hình MOPHONG_LU
STOP
Sai
Giả thiết các giá trị của mô hình NAM cho tất cả các lưu vực nhập lưu. Mỗi lưu vực 1 bộ thông số: Lmax ,
Umax, CQOF, CKIF, TOF, TIF, CK12, CKBF, TG
Nhập số liệu mưa và tính lượng mưa bình quân lưu vực
Nếu chọn mô hình NAM Nếu chọn mô hình đường đơn vị
Tính quá trình lưu lượng tại các lưu vực nhập lưu Q(t) theo sơ đồ hình 3.5
Diễn toán lũ trên toàn hệ thống sông: - Trên mỗi đoạn sông theo công thức 3.10 - Qua mỗi hồ chứa theo sơ đồ tính hình 3.11 Giả thiết giá trị K, X cho tất cả các đoạn sông Tính toán quá
trình lưu lượng tại các lưu vực nhập lưu theo sơ đồ hình 3.4
Đánh giá sai số tại các nút kiểm tra theo chỉ tiêu Nash: R2 = 1- Đạt mức sai số cho phép Tính theo mô hình NAM Đúng
Hình 3.9b: Sơ đồ kiểm định mô hình MOPHONG_LU
STOP
Sai
Nhập các tham số mô hình NAM cho tất cả các lưu vực nhập lưu đã xác định trong giai đoạn hiệu chỉnh mô hình. Mỗi lưu vực 1 bộ thông số: Lmax , Umax, CQOF, CKIF, TOF,
TIF, CK12, CKBF, TG
Nhập số liệu mưa và tính lượng mưa bình quân lưu vực
Nếu chọn mô hình NAM Nếu chọn mô hình đường đơn vị
SCS
Tính quá trình lưu lượng tại các lưu vực nhập lưu Q(t) theo sơ đồ hình 3.5
Diễn toán lũ trên toàn hệ thống sông: - Trên mỗi đoạn sông theo công thức 3.10 - Qua mỗi hồ chứa theo sơ đồ tính hình 3.11
Nhập các giá trị K, X cho tất cả các đoạn sông đã xác định Tính toán quá
trình lưu lượng tại các lưu vực nhập lưu theo sơ đồ hình 3.4
Đánh giá sai số tại các nút kiểm tra theo chỉ tiêu Nash:
R2 = 1-
Đạt mức sai số cho phép
Xem xét thay đổi tham số mô hình