D. DỰ KIẾN KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC
3.3.4. Thiết lập bộ tham số cho mô hình
3.3.4.1. Domain (Vùng làm việc)
- File.mesh là miền tính thủy lực hai chiều. được xác định là khu vực có khả năng chịu ảnh hưởng lớn khi có lũ hoặc khi xuất hiện mưa lớn. Tại khu vực nghiên cứu miền tính này được xác định dựa vào kết quả phân tích các tài liệu điều tra vết lũ, bản đồ địa hình tỷ lệ 1/2.000 và hệ thống các tuyến đường quốc lộ, đê dọc sông Kỳ Cùng đoạn đi qua TP Lạng Sơn. Miền tính có diện tích là 1844,28 ha.
- Thiết lập lưới tính thủy lực hai chiều: Thiết lập lưới tính là một bước quan trọng có ảnh hưởng trực tiếp tới độ phân giải vềđộ sâu, dòng chảy, lưu tốc và các chỉ số khác trong kết quả tính toán của mô hình Mike 21.
Hình 3.4: Lưới tính thủy lực hai chiều
Để đảm bảo mức độ chi tiết và sự ổn định cho mô hình hai chiều tại những khu vực trọng tâm, miền tính đã được phân chia thành 2 mức mật độlưới khác nhau theo thứ tự giảm dần mật độ từphía sông vào trong đồng cụ thểnhư sau: Loại 1: Là khu vực nằm giữa 2 đê được phân chia lưới tính dày đặc với diện tích phần tử lớn nhất là: 10.000 m2, góc nhỏ nhất là 30o. Loại 2: Là khu vực nằm trong đồng được các đê bảo vệ, các mắt lưới thưa hơn với diện tích phần tử lớn nhất là: 2.500 m2, góc nhỏ nhất là 30o. Lưới tính thủy lực hai chiều và vị trí trạm quan trắc thủy văn tại TP Lạng Sơn thể hiện ở Hình 3.4.
Khi đó miền tính được chia thành 6.854 phần tử với 13.040 nút lưới đáp ứng được các yêu cầu về sự ổn định, độ phân giải và thời gian tính toán trong mô hình 2 chiều. Lưới tính thủy lực sau khi được thiết lập có dạng như trên.
Sau khi lưới tính toán được thiết lập, tiến hành nội suy các điểm cao độ cho đỉnh của lưới, cho kết quả vềđiều kiện địa hình của khu vực tính toán được thể hiện ở Hình 3.5.
Hình 3.5: Cao độ địa hình khu vực tính toán 3.3.4.2. Time (thời gian mô phỏng)
Thời gian mô phỏng là khoảng thời gian ta thiết lập mô phỏng cho vùng nghiên cứu. Thời gian mô phỏng sẽđược xác định từ chuỗi số liệu thực đo, nó phải nằm trong khoảng thời gian mà các trạm đo mực nước có số liệu đầy đủ. Thời gian mô phỏng trong mô hình thể hiện ở Hình 3.6.
Hình 3.6: Thông tin về thời gian mô phỏng trong mô hình
Simulation start date: Ngày bắt đầu quá trình mô phỏng, được xác định dựa vào chuỗi tài liệu thực đo đã có và phụ thuộc vào yêu cầu nghiên cứu. Ngày bắt đầu mô phỏng là 7h00’ ngày 18 tháng 7 năm 2014.
Time step interval: Là khoảng thời gian 1 bước tính của mô hình, đơn vị được tính là giây (s). Bước tính là 36 (s)
No. of time steps: là sốbước tính toán trong khoảng thời gian mô phỏng. Ta có thể tính ra bằng cách lấy khoảng thời gian mô phỏng chia cho thời gian của 1 bước tính để tính ra sốbước tính toán. Sốbước tính toán là 20.400 (bước)
Simulation end date: Từ Simulation start date, Time step interval và No. of time steps mô hình sẽ tựxác định ngày kết thúc quá trình mô phỏng.
3.3.4.3. Hydrodynamic Module (Mô đum thủy động lực) - Solution Technique (Kỹ thuật giải)
+ Shallow water equations: Các phương trình nước nông.
Time integration: Tích hợp theo thời gian
Space discretization: Sựgián đoạn theo không gian Minimum time step: Bước thời gian tối thiểu Maximum time step: Bước thời gian tối đa
Critical CFL number: Số Courant tới hạn (CFL=Courant-Friedrich-Lévy) + Transport equations: Các phương trình vận chuyển.
Minimum time step: Bước thời gian tối thiểu Maximum time step: Bước thời gian tối đa
Hình 3.7: Thông tin về Solution technique trong mô hình - Flood and Dry (Ướt và khô)
Drying depth: Độ sâu khô. Nhỏhơn giá trị này sẽcoi như cạn (không đưa vào tính toán). ởđây ta chọn độ sâu khô bằng 0,005 (m).
Flooding depth: Độ sâu ngập. Giá trị này được dùng để xác định khi nào 1 thành phần bị ngập (nghĩa là đưa trở lại vào trong tính toán). Ở đây ta chọn độ sâu ngập bằng 0,05 (m).
Wetting depth: Độsâu ướt. Khi độsâu nước nhỏhơn giá trị này, các công thức tính toán sẽ được thay đổi. Khi đó các công thức chỉ tính toán khối lượng và coi động lượng bằng 0. Ởđây ta chọn độsâu ướt bằng 0,05 (m).
Hình 3.8: Thông tin về Flood and Dry trong mô hình - Depth
Hình 3.9: Thông tin về Depth trong mô hình
- Desnity (Mật độ)
Mật độ được giả định là 1 hàm của độ mặn (Salinity) và nhiệt độ (Temperature). Ởđây có 4 loại mật độ (Density type):
Barotropic: Nhiệt độ và độ mặn đều là hằng số nên Density sẽkhông thay đổi trong quá trình tính toán.
Function of temperature and salinity: Density là 1 hàm của nhiệt độvà độ mặn.
Function of temperature: Density là 1 hàm của nhiệt độ. Function of salinity: Density là 1 hàm của độ mặn.
Ởđây ta chọn Desnity là Barotropic cho mô hình tính toán.
Hình 3.10: Thông tin về Density trong mô hình - Eddy viscosity (Độ nhớt xoáy)
+ Có 3 loại xoáy (Eddy type):
No eddy: Không xoáy.
Constant eddy formulation: Công thức xoáy không đổi.
Smagorisky formulation: Công thức xoáy Smagorisky.
+ Ởđây ta chọn Smagorisky formulation cho mô hình tính toán. Có 2 loại định dạng (Format) của dữ liệu công thức xoáy Smagorisky là Constant: Hằng số và Varying in domain: Biến đổi theo miền tính, ta chọn là constant và lấy hằng số là 0,28 cho mô hình tính toán. Eddy parameters: Các thông số xoáy. Minimum eddy viscosity: Độ nhớt xoáy tối thiểu. Maximum eddy viscosity: Độ nhớt xoáy tối đa.
Hình 3.11: Thông tin Eddy viscosity trong mô hình - Bed Resistance (Độ nhám đáy)
+ Resistance type: Loại độ nhám. Có 3 loại:
No bed resistance: Không có độnhám đáy.
Chezy number: Số Chezy.
Manning number: Số Manning.
+ Ở đây ta chọn Manning number cho mô hình tính toán, độ nhám đáy của toàn bộ mạng sông là M=35 (m1/3/s).
Hình 3.12: Thông tin Bed Resistance trong mô hình - Coriolis Forcing (Lực Coriolis)
+ Có 3 loại lực Coriolis:
No coriolis force: Không có lực Coriolis.
Constant in domain: Lực Coriolis không đổi trên cả miền tính.
Varying in domain: Lực Coriolis biến đổi theo miền tính.
+ Ởđây ta chọn Varying in domain cho mô hình tính toán
Hình 3.13: Thông tin Coriolis Forcing trong mô hình
- Wind Forcing (Lực do gió)
Ở đây ta bỏ qua lực này trong mô hình tính toán.
Hình 3.14: Thông tin Wind Forcing trong mô hình - Ice Coverage (Bao phủ băng)
Ở đây ta bỏ qua thành phần này trong mô hình tính toán.
Hình 3.15: Thông tin Ice Coverage trong mô hình
- Tidal Potential (Tiềm năng thủy triều)
Ở đây ta bỏ qua tiềm năng này trong mô hình tính toán.
Hình 3.16: Thông tin Tidal Potential trong mô hình - Precipitation - Evaporation (Mưa - bốc hơi)
Ởđây ta bỏ qua Precipitation và Evaporation trong mô hình tính toán.
Hình 3.17: Thông tin Precipitation - Evaporation trong mô hình
- Wave Radiation (Bức xạ sóng)
Ởđây ta bỏ qua Wave Radiation trong mô hình tính toán.
Hình 3.18: Thông tin Wave Radiation trong mô hình - Sources (Nguồn)
Mục Nguồn có 2 tab: Geographic view để xem bản đồ vị trí các nguồn và List View để xem danh sách các nguồn.
Hình 3.19: Thông tin Sources trong mô hình - Structures (Cấu trúc)
Mục Cấu trúc bao gồm: Weirs (đập tràn), Culverts (cống), Gates (đê điều), Dikes (cửa khẩu), Piers (bến tầu), Turbines (tua bin). Ở đây các thành phần này ta không đưa vào trong mô hình tính toán.
Hình 3.20: Thông tin Structures trong mô hình - Initial Conditions (Điều kiện ban đầu)
+ Có 3 loại (Type) điều kiện ban đầu:
Constant: Điều kiện ban đầu là hằng số.
Spatial varying surface elevation: Cao trình bề mặt (mực nước) biến đổi theo không gian.
Spatially varying water depth and velocities: Độ sâu nước và các lưu tốc biến đổi theo không gian.
+ Ởđây ta chọn Initial Conditions là hằng số 247 m trong mô hình tính toán.
Hình 3.21: Thông tin Initial Conditions trong mô hình
- Boundary Conditions (Điều kiện biên)
Ở đây ta đưa vào 7 biên trong mô hình tính toán bao gồm: Land boundary, code 2, code 3, code 4, code 5, code 6, code 7.
Hình 3.22: Thông tin Boundary Conditions trong mô hình - Decoupling (Mô phỏng tách)
+ Decoupling thường được sử dụng khi chạy mô hình kết hợp mô đun thủy động lực học (HD) với các mô đun khác. Nếu chỉ chỉ chạy riêng HD thì không cần sử dụng. Thông thường, ta thực hiện nhiều mô phỏng tương ứng với các thông số của các mô đun được thay đổi nhưng giữ nguyên các thông số của mô đun thủy động lực học. Nếu thông tin về dòng chảy cơ bản trong mô phỏng của mô đun HD được lưu trong một sốfile đầu ra được tách riêng thì có thể chạy lại mô phỏng ở chế độ tách (decoupled mode). Khi đó thông tin về dòng chảy cơ bản không phải tính nữa mà lấy từ các file này. Như vậy, thời gian tính toán sẽ giảm đáng kể vì không phải tính dòng chảy cơ bản nữa.
+ Ởđây ta bỏ qua điều kiện này trong mô hình tính toán.
Hình 3.23: Thông tin Decoupling trong mô hình
Bộ tham số của mô hình tính toán ngập lũ MIKE21 FM bao gồm: Thiết lập thời đoạn tính toán, kỹ thuật tính toán, xác định điều kiện khô, ướt tại các nút tính toán, hệ số nhớt, hệ số nhám của vùng tính toán, điều kiện ban đầu, điều kiện biên và lựa chọn các yếu tố và vị trí cần lưu kết quả. Chi tiết thể hiện ở Bảng 3-2.
Bảng 3-2: Bộ tham số mô hình
TT Tham số Đơn vị Giá trị Chú thích
1 Thời đoạn tính toán 18/7/2014-26/7/2014
2 Kỹ thuật tính toán Low order, fast
alforithm 3 Điều kiện khô tại nút tính
toán m 0,001
4 Điều kiện ướt tại nút tính
toán m 0,05
5 Hệ số nhớt 0,28
6 Hệ số nhám m1/3/s 35
7 Điều kiện ban đầu m 247 Độ cao bề mặt
8 Điều kiện biên
9 Trích xuất kết quả Tốc độ, vận tốc,
hướng dòng chảy