Mike 11 do DHI Water & Environment phát tri n, là m t gói ph n m m dùng đ mô ph ng dòng ch y/l u l ng, ch t l ng n c và v n chuy n bùn cát các c a sông, sông, kênh t i và các v t th n c khác.
Mike 11 là mô hình đ ng l c, m t chi u nh m phân tích chi ti t, thi t k , qu n lý và v n hành cho sông và h th ng kênh d n đ n gi n và ph c t p.
V i môi tr ng đ c bi t thân thi n v i ng i s d ng, linh ho t và t c đ , Mike11 cung c p m t môi tr ng thi t k h u hi u v k thu t công trình, tài nguyên n c, qu n lý ch t l ng n c và các ng d ng khác.
Mô-đun th y đ ng l c (HD) là m t ph n tr ng tâm c a gói các ng
d ng c a Mike 11. Tr n gói các ng d ng c a nó bao g m D báo l , T i khuy ch tán, Ch t l ng n c và các mô-đun v n chuy n bùn cát có và không có c k t. Mô-đun Mike 11HD gi i các ph ng trình t ng h p theo ph ng đ ng đ đ m b o tính liên t c và đ ng l ng (momentum), ngh a là ph ng trình Saint-Venant
3.2.1.1. u đi m n i tr i - Liên k t v i GIS.
- K t n i v i các mô hình thành ph n khác c a b MIKE ví d nh mô hình m a rào - dòng ch y NAM, mô hình thu đ ng l c h c 2 chi u MIKE 21, mô hình dòng ch y n c d i đ t, dòng ch y tràn b m t và dòng b c thoát h i th m ph (MIKE SHE)
K t qu th nghi m d báo tác nghi p b ng mô hình MIKE 11 là r t kh quan. Mô-đun mô hình th y đ ng l c (HD) là m t ph n tr ng tâm c a h th ng l p mô hình MIKE 11 và hình thành c s cho h u h t các mô-đun bao g m:
- D báo l và v n hành h ch a.
- Các ph ng pháp mô ph ng ki m soát l . - V n hành h th ng t i và tiêu thoát b m t.
- Thi t k các h th ng kênh d n.
- Nghiên c u sóng tri u và dòng ch y do m a sông và c a sông.
- Mô hình MIKE 11 đ c áp d ng đ d báo l và v n hành các công trình phòng ch ng l cho h th ng sông H ng - Thái Bình.
3.2.1.2. C s lý thuy t
H ph ng trình s d ng trong mô hình là h ph ng trình Saint- Venant vi t ra d i d ng th c hành cho bài toán m t chi u không gian, t c quy lu t di n bi n c a đ cao m t n c và l u l ng dòng ch y d c theo chi u dài dòng sông/kênh và theo th i gian. i v i h ph ng trình Saint-
Venant, ta ch c n xác đ nh m t vài thông s th c nghi m là nó s bi u đ t đúng đ n hi n t ng, đáp s b ng cách mô ph ng nh ng quá trình dòng ch y đã x y ra và d báo di n bi n trong t ng lai theo các bi n pháp c i t o v i đ tin c y cao.
3.2.1.3. Các gi thi t c b n
Mô hình Mike 11HD d a trên gi thi t v dòng ch y m t chi u trong sông:
+ N c là ch t l ng không nén đ c và đ ng nh t (b qua s bi n đ i tr ng l ng riêng).
+ d c đáy nh (đ cosin coi nh b ng 1).
+ Sóng l là sóng dài đ đ m b o dòng ch y luôn song song v i đáy (t c là b qua thành ph n dòng ch y th ng đ ng)
+ Dòng là êm (trong m t s tr ng h p đ c bi t, dòng ch y xi t c ng đ c mô ph ng trong Mike 11).
3.2.1.4. H ph ng trình c b n
H ph ng trình c b n bao g m ph ng trình liên t c và ph ng trình đ ng l ng:
+ Ph ng trình liên t c:
t q A x
Q =
∂ + ∂
∂
∂ (2.7)
+ Ph ng trình đ ng l ng:
Trong đó: B: Chi u r ng m t n c th i đo n tính toán (m) h: Cao trình m c n c th i đo n tính toán (m) t: Th i gian tính toán (s)
Q: L u l ng dòng ch y qua m t c t (m3/s) x: Không gian (d c theo dòng ch y) (m)
β: H s phân b l u t c không đ u trên m t c t q: L u l ng ra nh p d c theo đ n v chi u dài (m2/s) C: H s Chezy, đ c tính theo công th c:
n: H s nhám
R: Bán kính thu l c (m) y: H s , theo Maning y=1/6 g: Gia t c tr ng tr ng = 9,81 m/s2 α: H s đ ng n ng
0 )
( 2
2 + =
∂ + ∂
∂ + ∂
∂
∂
RA C
Q g Q x gA h A Q x t
Q β
α
Ry
C = n1
dx Q
h(t+dt)
h(t) th i đi m t
th i đi m t+∆ t
(2.8)
Hình 3.9: Mô t h ph ng trình Saint-Vernant 3.2.1.5. Thu t toán
Mike 11 là ch ng trình tính th y l c trên m ng sông, kênh có th áp d ng v i ch đ sóng đ ng l c hoàn toàn c p cao. Trong ch đ này, Mike 11 có kh n ng tính toán v i dòng nhanh, l u l ng th y tri u, hi u qu n c đ ng thay đ i nhanh, sóng l , lòng d n d c. Trong Mike 11, các ph ng trình trong h Saint-Venan đ c gi i b ng cách dùng l c đ sai phân h u h n 6 đi m n là Abbott- Inonescu. Trong l c đ này, các c p m c n c và l u l ng d c theo các nhánh sông đ c tính trong m t h th ng các đi m l i xen k nhau:
Hình 3.10: H th ng các đi m l i
Ngoài ra, Mike 11 còn có th gi i quy t đ c bài toán m ng sông có nhi u nhánh và nút tính toán.
h (m c n c) Q (l u l ng)
hj-4
hj-2
hj
hj+2
Qj+3 Qj+1
Qj-3
Qj-1
hj+4
có th gi i chính xác và n đ nh cho ph ng trình sai phân h u h n c n có các đi u ki n sau:
S li u đ a hình ph i t t, giá tr cho phép t i đa v i ∆x đ c l a ch n trên c s này.
B c th i gian c n thi t cho m t ph ng trình sóng, ví nh kho ng th i gian t i đa cho mô ph ng th y tri u là 30 phút
i u ki n Courant đ c dùng đ l a ch n b c th i gian cho th a mãn sao cho th a mãn đ ng th i các đi u ki n trên:
Trong đó :
V là l u t c;
Cr trong kho ng 10-15, nh ng giá tr l n h n 100 đã đ c s d ng.
3.2.1.6. C u trúc mô hình
c tr ng c b n c a mô hình MIKE 11 là c u trúc mô-đun t ng h p v i nhi u mô-đun, trong đó m i mô đun mô ph ng m t hi n t ng liên quan đ n h th ng sông. Các mô đun trong b MIKE 11:
- Module HD – Th y đ ng l c h c: Ph n c t lõi c a MIKE 11, có kh n ng:
+ Gi i bài toán th y đ ng l c h c Saint-Venant cho kênh h . + Gi i bài toán sóng khuy ch tán, sóng đ ng h c cho sông, kênh.
+ Gi i bài toán Muskingum cho sông, kênh
+ T đ ng hi u ch nh cho đi u ki n dòng ch y êm, dòng ch y xi t
+ Mô ph ng h u h t các lo i công trình trên sông.
- Mô-đun Mike11- AD: Mô ph ng các hi n t ng phân tán, khuy ch tán
( )
x gx Cr t V
∆ +
= ∆ (2.9)
và đ i l u trong sông.
- Mô đun Mike 11-WQ: Gi i quy t các v n đ v ch t l ng n c khác nhau nh DO, BOD, chu trình N, P, phú d ng, kim lo i n ng, vi khu n coliform, nhi m m n, ch t di p l c…
- Mô đun Mike 11- ST nghiên c u truy n t i bùn cát trong sông bao g m c v n chuy n bùn có và không có c k t.
3.2.1.7. Kh n ng ng d ng c a mô hình
Mô hình Mike 11 v i các mô đun HD (thu đ ng l c), AD (t i khu ch tán), WQ (ch t l ng n c), EU (phì d ng), ST (truy n t i bùn cát) có kh n ng ng d ng r ng rãi, gi i quy t đ c h u h t các bài toán m t chi u (1D) trong sông.
* Các công trình đ c mô ph ng trong Mike 11
Mike 11 có kh n ng mô ph ng các lo i công trình sau:
+ p (đ p đ nh r ng, đ p tràn).
+ C ng (c ng hình ch nh t, hình tròn...) + B m
+ H ch a
+ Công trình đi u ti t + C u
* Các ng d ng liên quan đ n mô-đun MIKE 11-HD
Mô đun Mike 11- HD đ c ng d ng nh m gi i quy t các bài toán:
+ D báo l và v n hành h ch a
+ Các ph ng pháp mô ph ng ki m soát l + V n hành h th ng t i và tiêu thoát b m t + Thi t k các h th ng kênh d n
+ Nghiên c u sóng tri u và dâng n c do m a sông và c a sông