CHƯƠNG 3: HIỆU CHỈNH KIỂM ĐỊNH MÔ HÌNH
3.3.2. Thiết lập điều kiện biên sóng
Sử dụng số liệu sóng thực đo tại vị trí trước chân công trình làm số liệu đầu vào cho mô hình toán, chuỗi số liệu sóng này có vai trò như một nguồn phát sóng mô phỏng trong mô hình toán.
Số liệu sóng thực đo sau công trình sẽ được sử dụng để so sánh với chuỗi sóng tính toán mô phỏng trong mô hình. Đây chính là cơ sở để hiệu chỉnh kiểm định mô hình sao cho chiều cao sóng trong số liệu tính toán và thực đo có khoảng sai lệch nhỏ nhất.
3.3.3. Mô phỏng để tìm ra bộ tham số tối ưu
Mô phỏng sóng lan truyền qua đê ngầm trường hợp đình đê rộng 40cm, độ ngập nước 20cm, sóng đầu vào là H20T20.
Sau mỗi trường hợp mô phỏng, ta thu được kết quả là sóng tính toán tại ngay vị trí nguồn phát sóng (để so sánh xem chiều cao sóng thực đo khi nhập vào mô hình sẽ được giữ nguyên hay là có chút dao động trong tính toán) và vị trí phía sau công trình ( so sánh với sóng thực đo để biết được khoảng lệch giữa thực đo và tính toán)
Bằng phép thử dần ta lần lượt thay đổi các tham số chính trong mô hình số ( hệ số nhớt xoáy, độ nhám bề mặt, lớp hấp thụ sóng phản xạ tại biên đầu và biên cuối của miền tính toán) cho tới khi sự sai lệch chiều cao sóng tính toán và thực đo nằm trong khoảng có thể chấp nhận được (sai lệch giữa tính toán và thực đo thường phải dưới 5%)
Tính chiều cao sóng ý nghĩa (1/3 số con sóng lớn nhất) được tính theo công thức (3.2) (Có thể tính toán bằng exel hoặc phần mềm Matlap - xem thêm trong Phụ lục tính toán).
Bảng 3.1: So sánh sóng tính toán và thực đo khi lần lượt thay đổi các tham số. Đơn vị chiều cao sóng (m)
Nhớt xoáy Độ nhám Sponge 1 Sponge 2 HRđ HRt HRtR/HRđ HRđR’ HRtR’ HRtR’/ HRđR’
0,05 1,00E-07 9,00E-03 10 0,1835 0,2001 1,0899 0,1251 0,1216 0,9721 0,1 1,00E-07 9,00E-03 10 0,1835 0,1996 1,0877 0,1251 0,1201 0,9643 0,1 1,00E-07 9,00E-03 10 0,1835 0,1996 1,0877 0,1251 0,1201 0,9643 0,15 1,00E-07 9,00E-03 10 0,1835 0,1991 1,085 0,1251 0,1199 0,9584 0,2 1,00E-07 9,00E-03 10 0,1835 0,1991 1,085 0,1251 0,1198 0,9576 0,2 1,00E-05 9,00E-03 10 0,1835 0,1991 1,085 0,1251 0,1199 0,9584 0,2 1,00E-02 9,00E-03 10 0,1835 0,1991 1,085 0,1251 0,1187 0,9488 0,2 1,00E-07 9,00E-03 10 0,1835 0,1991 1,085 0,1251 0,1199 0,9584 0,2 1,00E-07 9,00E-03 8 0,1835 0,1993 1,0861 0,1251 0,1202 0,9608 0,2 1,00E-07 9,00E-03 5 0,1835 0,1993 1,0861 0,1251 0,1202 0,9608 0,2 1,00E-07 1,00E+00 10 0,1835 0,1993 1,0861 0,1251 0,1202 0,9608 0,2 1,00E-07 9,00E-03 10 0,1835 0,1991 1,085 0,1251 0,1199 0,9584 0,2 1,00E-07 0,00E+00 10 0,1835 0,1993 1,0861 0,1251 0,1202 0,9608
Trong đó: HRđR, HRđR’ là chiều cao sóng thực đo trước và sau đê HRt, RHRtR’ là chiều cao sóng tính toán trước và sau đê
Sponge 1: hệ số hấp thụ sóng phản xạ tại biên đầu vào
Sponge 2: hệ số hấp thụ sóng phản xạ tại biên phía sau công trình
Qua biểu bảng trên ta thấy hệ số nhớt xoáy có độ nhạy cao, kết quả bài toán sẽ chịu nhiều chi phối bởi tham số thủy lực học này. Tạm thời chọn bộ tham số tối ưu cho mô hình như sau:
- Hệ số nhớt xoáy: 0.05 (hệ số này dao động từ 0.05 đến 0.2 tùy thuộc tính chất của chất lỏng)
- Độ nhám bề mặt: 1,00E-07, hệ số này nhỏ do bài toán nghiên cứu trong vùng sóng nước sâu nên ảnh hưởng của nhám bề mặt đáy không lớn
- Hệ số hấp thụ sóng của lớp Sponge: sponge 1 mang giá trị là 0,009; sponge 2 có giá trị là 10.
Dưới đây là giao diện làm việc của mô hình (hình 3.5), và hình ảnh mô phỏng 1D khi sóng lan truyền qua đê ngầm (hình 3.6).
Hình 3.5: Giao diện làm việc của mô hình
Hình 3.6: Mô phỏng 1D sóng lan truyền trong trong mô hình
Qua bảng tính toán (3.1), nhận thấy rằng sự sai khác giữa tính toán và thực đo không lớn, mặt khác biến thiến giá trị các kết quả tính toán mỗi lần hiệu chỉnh nằm trong phạm vi hẹp cho nên có thể tạm thời khẳng định rằng mô hình số Coulwave phù hợp cho tính toán lan truyền sóng qua đê ngầm. Bước tiếp theo là đi kiểm đỉnh sự ổn đỉnh của mô hình trong một số trường hợp khác.
3.3.4. Kiểm định mô hình
Sau khi tìm được bộ tham số tối ưu cho mô hình, ta tiến hành bước kiểm tra sự ổn định của mô hình trong các trường hợp khác, phạm vi kiểm tra gồm có: đường quá trình sóng, phổ sóng, hiệu quả giảm sóng.
Mô hình được thiết lập trong điều bề rộng đỉnh đê 0.4m, độ ngập đê là 0.2m, Mô phỏng cho các con sóng H20T20, H15T20, H20T25. (xem hình 3.7, 3.8, 3.9). Các số liệu tính toán xem bảng (3.3, 3.4, 3.5).
a. So sánh đường quá trình sóng ( độ lệch pha, biên độ dao động)
Từ các số liệu tính toán và thực đo (xem thêm trong Phụ lục tính toán), ta vẽ được đường quá trình sóng, từ đường quá trình sóng ta có thể đánh giá được sơ bộ độ tin cậy của số liệu tính toán so với số liệu thực đo.
Hình 3.7: Đường quá trình sóng thực đo và tính toán sóng H20T20
Hình 3.9: Đường quá trình sóng thực đo và tính toán sóng H20T25
Từ các hình (3.7, 3.8, 3.9) ta nhận thấy độ lệch pha dao động sóng tính toán và sóng thực đo nhỏ, biên độ dao động khá tương đồng. Tuy nhiên cần phải kiểm tra thêm về độ lớn của chiều cao sóng cũng như hiệu quả giảm sóng.