CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH SỐ TRỊ CHO VÙNG TỨ GIÁC LONG XUYÊN
2.1. CÁC MÔ HÌNH TOÁN ĐANG ÁP DỤNG TRÊN ĐBSCL
Cho đến nay, có rất nhiều mô hình đã và đang được sử dụng để mô phỏng diễn biến dòng chảy lũ, kiệt và xâm nhập mặn ở ĐBSCL. Mô hình lan truyền chất ô nhiễm hữu cơ cũng đó bắt đầu thử nghiệm cho ĐBSCL. Mỗi mô hình đều tạo được những thế mạnh trên cơ sở lý thuyết thủy lực và toán học, trên thực tiễn sử dụng hoặc những tiện ích khai thác thông tin.
Có thể kể tên một số mô hình được nhiều người biết và đã từng sử dụng cho nhiều bài toán khác nhau trên đồng bằng :
2.1.1 Mô hình thuỷ lực của SOGREAH
Mô hình lũ ĐBSCL do các chuyên gia thủy lực hãng SOGREAH – Pháp lập năm 1967 theo đơn đặt hàng của UNESCO. Mô hình nghiên cứu sự truyền lũ trên châu thổ sông Mê Kông và cung cấp thông tin về điều kiện thủy văn và địa hình.
Mô hình đề cập đến cả 2 mặt ý nghĩa vật lý và tính toán theo phương pháp số. Dòng 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 địn h luật Stricler.
Cùng với các giả thiết đơn giản hóa khi tính toán thiết lập hệ phương trình liên tục cho một ô và phương trình động lực dòng chảy.
Mô hình SOGREAH thiết lập trên cơ sở hệ phương trình Saint-Venant viết cho dòng 1 chiều không ổn định trong kênh hở. Đây là mô hình sơ khởi cho ĐBSCL và do hạn chế của khả năng máy tính thời đó nên sơ đồ tính rất đơn giản.
2.1.2 Mô hình KOD
Mô hình KOD của GS-TS Nguyễn Ân Niên ra đời từ đầu những năm 1970.
Đến năm 1980 tác giả đã phát triển sơ đồ 2D. Đến năm 2005, trong luận văn TS của 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 ô chứa Z’ của lớp thời gian sau. Còn 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 (Theo tiêu chuẩn Levy-Freidrich-Courant).
Sử dụng hệ phương trình Saint-Venant trong tính toán dòng chảy. Giải hệ phương trình trên bằng sơ đồ hiện với phương pháp sai phân 4 điểm Preismann.
2.1.3 Mô hình DUFLOW
Mô hình DMS được xây dựng bởi các tổ chức Rijkwaterstaat, IHE-Delft, Deft University of Technology, STOWA và Agricultural University of Wageningen (Hà Lan). Mô hình gồm các chương trình: Mô phỏng mưa-dòng chảy (NAM), tính chất và lượng nước trong sông (DUFLOW) và tính dòng chảy nước ngầm (ModDUFLOW).
Mô hình DUFLOW được xây dựng dựa trên hệ phương trình Saint-Venant.
Hệ phương trình được giải bằng phương pháp sai phân 4 điểm Preissmann. Mô hình này cũng mới được thử nghiệm ở Việt nam.
2.1.4 Mô hình ISIS
Mô hình ISIS do Wallingford và công ty Halcrow (Anh quốc) phối hợp xây dựng. Sử dụng chương trình thủy động lực học mô phỏng dòng chảy trong sông kênh, ô đồng.
Chương trình thủy động lực học dòng chảy 1 chiều là công cụ phổ biến áp dụng mô phỏng dòng chảy không ổn định trong mạng sông kênh.
ISIS dựa trên hệ phương trình Saint-Venant.
Hệ phương trình được giải theo phương pháp sai phân dùng sơ đồ sai phân ẩn 4 điểm của Preissmann.
Hệ phương trình viết cho một mạng sẽ tạo nên hệ phương trình bậc nhất có hệ số chứa ẩn số. Mực nước ở một điểm bất kỳ có thể biến bằng hàm của mực nước tại các nút lân cận. Mô hình ISIS được sử dụng cho ĐBSCL trong khuôn khổ dự án sử dụng nước (WUP) của Ủy Hội sông Mê kong. Tuy nhiên mô hình không thành công khi sử dụng cho bài toán mặn.
2.1.5 Mô hình HYDROGIS
Mô hình được TS Nguyễn Hữu Nhân phát triển từ năm 1995 cho mô phỏng dòng chảy trong sông kênh và truyền tải chất. Mô hình có công cụ GIS hỗ trợ.
Mô hình được thiết lập trên cơ sở hệ phương trình Saint-Venant.
Hệ Saint-Venant được giải bằng phương pháp sai phân 4 điểm Preismann.
Hydrogis cũng có phần tính mặn, nhưng còn ít được phổ biến.
2.1.6 Mô hình MIKE 11
Mô hình MIKE do Viện Thủy Lực Đan Mạch (DHI) xây dựng. Mô hình kết hợp với công nghệ thông tin địa lý (GIS) để phân tích và lập bản đồ thông tin về lũ.
MIKE11HD dựa trên hệ phương trình Saint-Venant cho dòng một chiều, phương trình cơ bản dựa trên phương trình Saint-Venant.
Hệ phương trình được giải theo phương pháp sai phân ẩn 6 điểm của Abbott và Ionescu (1967).
Hệ phương trình viết cho một mạng sẽ tạo nên hệ phương trình bậc nhất có hệ số chứa ẩn số. Mực nước ở một điểm bất kỳ có thể biểu thị bằng hàm của mực nước tại các nút lân cận. Mô hình MIKE 11 cũng được thử nghiệm cho ĐBSCL nhưng với bài tóan mặn còn nhiều hạn chế.
2.1.7 Mô hình VRSAP
Chương trình do cố PGS-TS(Anh hùng lao động) 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, VRSAP được tiếp tục được cải tiến nâng cao tính năng, hoàn thiện phần tính diễn biến mặn, thay đổi cấu trúc chương trình. cải tiến tốc độ tính toán và quy mô bài toán.
Hệ phương trình cơ bản của VRSAP: sử dụng hệ phương trình Saint-Venant.
Hệ phương trình Saint-Venant được giải bằng phương pháp sai phân hữu hạn dùng sơ đồ sai phân 4 điểm Dronker. Phần tính mặn của VRSAP cũng còn một số hạn chế . 2.1.8 Mô hình SAL
SAL là chương trình tính dòng chảy kiệt và lũ được GS-TS Nguyễn Tất Đắc xây dựng từ những năm 80. Mô hình SAL với nhiều phiên bản khác nhau được sử dụng cho nhiều bài toán vùng sông Đồng Nai – Sài Gòn và ĐBSCL.
Chương trình SAL sử dụng hệ phương trình Saint-Venant cho dòng chảy không ổn định & một chiều trong kênh hở.
Hệ phương trình Saint-Venant được giải bằng phương pháp sai phân hữu hạn dùng sơ đồ sai phân 4 điểm Preismann.
Đây là mô hình xâm nhập mặn một chiều trên Đồng bằng sông Cửu Long. Bài toán truyền mặn được thiết lập trên cơ sở giải phương trình tải khuếch tán một chiều
độ mặn bằng phương pháp phân rã toán tử với giả thiết cơ bản, coi quá trình tải và quá trình khuyếch tán có thể độc lập nhau. Trong dự án Quy hoạch Tổng thể Đồng bằng sông Cửu Long VIE 87/031, mô hình SAL được lựa chọn là công cụ tính xâm nhập mặn trên vùng ĐBSCL. Hiện nay đã nối kết bài toán truyền mặn trong sông với bài toán phần tử hửu hạn ở vùng bờ biển, đã mở ra một khả năng mới cho mô hình. Tuy nhiên, các kết quả tính toán còn phải xem xét. Công việc này mới bắt đầu, đã và đang được hoàn thiện về phương pháp luận và sơ đồ nối kết giữa vùng bờ biển và hệ thống sông.