IV. CẤU TRÚC CỦA ĐỀ TÀI
2.2.PHÂN TÍCH LỰA CHỌN Mễ HèNH TOÁN CHO LUẬN VĂN
2.2.1 Sơ bộ nhận xột cỏc mụ hỡnh.
Phần tớnh dũng chảy của cỏc mụ hỡnh nờu trờn, ở cỏc khớa cạnh khỏc nhau cú những ưu nhược điểm riờng, tuy nhiờn về cơ bản cú thể đỏp ứng cỏc yờu cầu tớnh toỏn. Tuy nhiờn phần tớnh chất lượng nước, do sử dụng phương phỏp sai phõn hữu hạn, cũn gặp hiện tượng khuếch tỏn số làm sai lệch kết quả tớnh và khú hiệu chỉnh mụ hỡnh. Riờng phần tớnh chất lượng nước của mụ hỡnh SAL/SALBOD về cơ bản khụng gặp khuếch tỏn số và đó được ỏp dụng cho nhiều dự ỏn trờn ĐBSCL cũng như hệ thống sụng Sài Gũn-Đồng Nai. Chương trỡnh tớnh nhanh và cú thể mụ phỏng với bài toỏn lớn. Vỡ thế sẽ được sử dụng cho cỏc tớnh túan của luận văn này.
2.2.2 Khả năng mụ hỡnh húa của mụ hỡnh SAL:
1. Dũng chảy một chiều trờn mạng lưới sụng kờnh, mà cỏc điểm giao hội khụng nơi nào quỏ 10 nhỏnh, trong đú cú cỏc cụng trỡnh như cầu, đập tràn, cống,…cú cỏc điểm nhận dũng chảy bờn, và dũng chảy đến hoặc đi ở đầu cỏc sụng kờnh.
2. Hiện tượng trữ nước và điều tiết của những vựng đất trũng ngập nước ven sụng kờnh, hiện tượng trao đổi nước giữa cỏc vựng chứa nước cú nối thụng với hệ sụng kờnh qua những đường dẫn cấp nước, cú tớnh đến lượng nước đến từ mưa hoặc nước đi do bốc hơi hoặc do nhu cầu tiờu thụ của cõy trồng trờn cỏc đồng ruộng.
3. Hiện tượng điều tiết cú điều khiển tại cỏc kho nước hoặc khu trữ đó được khống chế bằng cụng trỡnh thủy lợi.
4. Lan truyền chất (độ mặn, chất lượng nước) trờn sụng kờnh do tải, xả theo dũng chảy và khuyếch tỏn.
2.3 CƠ SỞ LỰA CHỌN Mễ HèNH SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN.
Mỗi một mụ hỡnh nờu trờn đều cú ưu nhược điểm riờng và cú thể hỗ trợ kiểm chứng cho nhau. Trong bài này sẽ trỡnh bày kỹ cơ sở học thuật của mụ hỡnh SAL (phiờn bản 2007) cựng một vài vớ dụ để minh họa.
Dựa trờn những phõn tớch sơ bộ ở trờn, kết hợp với thực tế hiện nay, mụ hỡnh SAL với những cơ sở dữ kiện đầy đủ và mụ hỡnh được xõy dựng cụng phu qua thực tiễn nghiờn cứu và sản xuất. Mụ hỡnh đó được hiệu chỉnh tốt, bộ thụng số của mụ hỡnh đó được sử dụng để mụ phỏng dũng chảy kiệt ở ĐBSCL trong cỏc dự ỏn do cỏc cơ quan trong nước và quốc tế thực hiện qua một số dự ỏn vựng sụng Đồng Nai - Sài Gũn và ĐBSCL.
Trong dự ỏn Quy hoạch Tổng thể Đồng bằng sụng Cửu Long VIE 87/031, mụ hỡnh SAL được lựa chọn là cụng cụ tớnh xõm nhập mặn trờn vựng ĐBSCL.
2.3.1 Cơ sở tớnh toỏn mụ hỡnh SAL
Chương trỡnh SAL được xõy dựng dựa trờn cơ sở giải phương trỡnh Saint-Venant bằng sơ đồ sai phõn ẩn 4 điểm Preismann. Một hệ thống sụng bao gồm cỏc nhỏnh nối với nhau tại nỳt hợp lưu. Biờn là một điểm được gỏn điều kiện Q hoặc H đó biết.
2.3.2 Một số khỏi niệm
Nhỏnh sụng: phần sụng nằm giữa hai hợp lưu (nỳt trong), hoặc một hợp lưu và một biờn (nỳt biờn). Cụng trỡnh (cống, đập,..)được coi là một nhỏnh đặc biệt
cũng nối hai nỳt. Một nhỏnh sụng lại được chia nhỏ thành cỏc đọan bởi cỏc mặt cắt mà tại đú cần phải tớnh mực nước, lưu lượng hay nồng độ chất.
Ruộng kớn: Trao đổi nước giữa ruộng và kờnh qua cụng trỡnh. Ruộng hở: Mực nước ruộng bằng mực nước kờnh.
2.3.3 Sơ đồ mạng lưới sụng kờnh
Hệ thống sụng kờnh đan thành lưới là khung cơ bản của bài toỏn. Sụng kờnh được chia thành nhỏnh nối với nhau ở nỳt. Mỗi nhỏnh được chọn một chiều dương quy ước bằng cỏch xỏc định nỳt nào là “nỳt đầu” và nỳt nào là “nỳt cuối” khi lập sơ đồ. Mỗi chướng ngại cục bộ trờn dũng chảy như đập tràn, cống, khe hẹp giữa 2 mố cầu.v..v…, cũng được coi là một nhỏnh, gọi tắt là “nhỏnh cụng trỡnh”, mà nỳt đầu là mặt cắt thượng lưu và nỳt cuối là mặt cắt hạ lưu.
Trước hết, người dựng mụ hỡnh phải vẽ mạng lưới sụng kờnh với đầy đủ cỏc nhỏnh và cỏc cụng trỡnh cần đưa vào tớnh toỏn. Sau đú sẽ chia đoạn và đỏnh số cỏc nỳt. Việc đỏnh số thứ tự cỏc nỳt khụng bị ràng buộc, miễn là trong số đú cú đầy đủ nỳt từ 1 đến NN (NN là tổng số nỳt), khụng trựng lắp và khụng bỏ sút.
Mỗi nhỏnh được xỏc định bởi: Tờn nỳt đầu và tờn nỳt cuối tiếp theo cỏc số thực mụ tả đặc trưng thủy lực gồm: chiều dài, diện tớch mặt cắt đầu tiờn, độ nhỏm…
Trờn sơ đồ cũng cần đỏnh số cỏc nhỏnh sụng theo dóy số tự nhiờn, từ 1 đến NA (NA là tổng số nhỏnh). Cỏch đỏnh số nhỏnh khụng lệ thuộc gỡ vào cỏch đỏnh số nỳt.
Trờn sơ đồ cũng cần ghi rừ vị trớ cỏc biờn, lưu lượng cho trước tại biờn:
Biờn mực nước cho trước thường được gỏn vào cuối cỏc nhỏnh. Lượng nước mưa rơi tất cả cỏc khu đồng ruộng cú trong mụ hỡnh và trờn mặt sụng kờnh cũng là một dạng biờn nhập lưu. Lượng nước hao hụt trờn mặt ruộng đú bốc thoỏt hơi cũng cú ý nghĩa tương tự như vậy, nhưng mang dấu õm (-).
Khi tớnh nồng độ chất hũa tan như độ mặn SS, BOD, DO cần cú biờn “nồng độ cho trước” gỏn cho nỳt ở cửa sụng, hoặc bất kỳ cỏc điểm cú xả nước vào sụng.
2.4. PHẦN TÍNH DềNG CHẢY CỦA Mễ HèNH SAL
Cỏch mụ phỏng trong phần tớnh dũng chảy là dựng hệ phương trỡnh Saint- Venant một chiều đầy đủ để mụ phỏng dũng chảy cú ảnh hưởng triều trong sụng. Hệ này được giải bằng sơ đồ sai phõn 4 điểm của Preissmann. Để tiết kiệm ụ nhớ và thời gian tớnh, trong Sal dựng cỏc cụng thức truy trứng để đưa về giải hệ phương trỡnh cú ẩn số là mực nước tại cỏc hợp lưu, sau đú mới giải riờng rẽ cho từng nhỏnh sụng. Dũng chảy tràn trờn cỏc cỏnh đồng ngập lũ được mụ phỏng theo cỏch tương tự như mụ hỡnh SOGREAH với một số cải tiến để tớnh độ dốc đường mặt nước giữa cỏc tõm ụ. Cố gắng mụ phỏng cỏc mặt cắt chảy tràn và vị trớ của nú sỏt với tài liệu địa hỡnh cú được. Hiện tượng dao động khi chảy ngập đó được xử lớ trong lập trỡnh tương tự như thuật toỏn của SOGREAH bằng cỏch xột và chọn dấu cỏc đạo hàm. Đó sử dụng kĩ thuật giải ma trận thưa, loại bỏ cỏc phộp tớnh thừa và kỹ thuật phõn bước để tăng tốc độ xử lớ trờn mỏy. Chương trỡnh tớnh túan được viết bằng ngụn ngữ FORTRAN90, 32bit chạy trờn mụi trường WINDOWS để cú thể mụ phỏng được một lớp rộng về kớch cỡ cỏc bài toỏn từ nhỏ tới lớn. Dũng chảy tràn từ sụng vào ụ đồng và giữa ụ đồng với nhau được tớnh nửa ẩn hoặc ẩn đồng thời với mực nước tại cỏc hợp lưu.
2.5. Mễ PHỎNG TRAO ĐỔI NƯỚC QUA CỐNG ĐIỀU TIẾT MẶN
Để tớnh mặn qua cụng trỡnh trong SAL sử dụng luật bảo toàn vật chất. Theo đú, khi dũng chảy hướng từ thượng lưu tới hạ lưu thỡ mặn tại hạ lưu cống phải bằng độ mặn tại thựợng lưu, và ngược lại. Cỏch tớnh mặn trong SAL là dựng phương phỏp phõn ró thành quỏ trỡnh tải và quỏ trỡnh phõn tỏn. Quỏ trỡnh tải được giải bằng phương phỏp đường đặc trưng với việc nội suy spline bậc 3 khi tớnh độ mặn tại chõn đặc trưng. Phương trỡnh phõn tỏn thuần tỳy (dispersion) được giải tiếp theo bằng phương phỏp sai phõn 6 điểm. Độ mặn của phương trỡnh tải là điều kiện đõu để giải phương trỡnh phõn tỏn. Đối với toàn mạng thỡ giải tỡm độ mặn tại cỏc nỳt hợp lưu trước, sau đú mới giả cho từng nhỏnh. Vỡ vậy mặn lan truyền tới đõu tớnh tới đú, tiết kiệm thời gian tớnh và khụng bị ảnh hưởng bởi khuếch tỏn số.
Để thực hiện điều tiết cỏc cụng trỡnh ngăn mặn khi tớnh mặn trong SAL cú một dũng lệnh sau đõy để mụ tả với mỗi cụng trỡnh:
KK, IBC, I, J, NB, NCUA, IDIR, AP, RZC, Zmin, Amin, Bco (NTR gớỏ trị từ (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Zmin)
Trong đú: KK là thứ tự cụng trỡnh (cống, đập) trong toàn hệ thống. IBC = 0 nếu cụng trỡnh nằm bờn trong hệ thống, hay = số thứ tự của biờn nếu cụng trỡnh nằm ở biờn I : Chỉ số nỳt thượng lưu của cụng trỡnh
J : Chỉ số nỳt hạ lưu của cụng trỡnh
NB : Chỉ số nhỏnh sụng nối với nỳt thượng lưu của cụng trỡnh. NCUA: Số cỏnh cửa cống của cụng trỡnh (ớt nhất là 1)
AP : Độ mở của cống (theo chiều thẳng đứng ) (một) RZC = 0.38 0.42 ( Hệ số lưu lượng )
Zmin : ngưỡng đỏy cống (một)
Amin : Diện tớch (m2) đỏy cống ứng với Zmin
Bco : Chiều rộng cống (một) ứng với NTR cấp nước.
(Lưu ý: Số liệu mụ tả trờn cho một cỏnh cửa cống. Một cống cú thể cú vài cỏnh. Khi phải điều khiển cống thỡ cú thể chỉ mở một vài cỏnh hoặc tất cả).
IDIR = là số cỏc phương ỏn vận hành cống (thời đọan điều khiển/vận hành). Nếu IDIR >=2 (cú vận hành /điều khiển ), thỡ cú bao nhiờu phương ỏn điều khiển phải cú bấy nhiờu dũng số liệu sau đõy (IDIR dũng):
JK, NTCON, NCUA, CHIEU
Trong đú: JK là thứ tự thời đọan vận hành, NTCON là thời điểm điều khiển (bắt đầu từ 1), NCUA là số cửa cống cần mở tại thời điểm vận hành, CHIEU: là chiều chảy cần điều khiển với cỏc tham số sau:
CHIEU= -1 : khụng cho chảy từ hạ lưu tới thượng lưu = 0 : cho chảy cả 2 chiều
= 1 : khụng cho chảy từ thượng lưu tới hạ lưu = 5 : đúng cống khụng cho chảy
Trong trường hợp khụng vận hành cống (IDIR < 2) thỡ lỳc đú IDIR chớnh là chiều dũng chảy cho cống (tức là CHIEU= 0, 1, 5 hay -1).
2.6. ĐÁNH GIÁ MỘT SỐ Mễ HèNH TOÁN ĐANG ÁP DỤNG TẠI VIỆT NAM
2.6.1. Sự thớch nghi cỏc mụ hỡnh của nước ngoài ở Việt Nam.
Cỏc mụ hỡnh nước ngoài như: Mụ hỡnh DUFLOW, mụ hỡnh ISIS, mụ hỡnh MIKE 11, mụ hỡnh MIKE 21, là cỏc mụ hỡnh mang tớnh thương mại, cú thể ỏp dụng tớnh cho cỏc bài toỏn ụ nhiễm, nhưng cỏc phần mềm này phải mua bản quyền và phải cập nhật thường xuyờn, về đạo tạo chuyờn gia sử dụng cũng là vấn đề đỏng quan tõm. Cỏc mụ hỡnh này thường lập cỏc file dữ liệu rất lớn, và thường dựng cho mạng sụng kờnh phức tạp, nờn khi thao tỏc lập sơ đồ chậm và khi chạy mụ hỡnh cần mỏy tớnh xử lý nhanh.
Điều cần lưu ý ở cỏc mụ hỡnh này là, khi chạy mụ hỡnh đụi lỳc mụ hỡnh khụng bảo toàn được khối lượng, do bị khuyếch tỏn số (kết quả cho ra độ mặn õm hoặc giỏ trị lớn hơn giỏ trị biờn khi khụng cú nguồn xả hoặc mặn).
2.6.2. Đỏnh giỏ về mụ hỡnh trong nước.
Mụ hỡnh KOD.
Thuận lợi: Sơ đồ tớnh đơn giản.
Khú khăn: Mụ hỡnh cú nhược điểm là hạn chế bước thời gian tớnh toỏn, đụi khi khụng bảo toàn.
Mụ hỡnh HYDROGIS.
Thuận lợi: Cụng cụ Gis hỗ trợ biểu diễn kết quả trực quan.
Khú khăn: Hạn chế bước thời gian tớnh toỏn, thời gian tớnh toỏn so với “bỡnh diện ” chung là cũn thấp (mất nhiều thời gian) và chưa rừ về cơ sở học thuật.
Mụ hỡnh SAL.
Mụ hỡnh SAL/SALBOD với những cơ sở dữ kiện đầy đủ và mụ hỡnh được xõy dựng cụng phu qua thực tiễn nghiờn cứu và sản xuất.
Mụ hỡnh đó được hiệu chỉnh tốt, bộ thụng số của mụ hỡnh đó được sử dụng để mụ phỏng dũng chảy kiệt ở ĐBSCL trong cỏc dự ỏn do cỏc cơ quan trong nước và quốc tế thực hiện qua một số dự ỏn cho vựng sụng Đồng Nai - Sài Gũn và ĐBSCL.
Trong dự ỏn Quy hoạch Tổng thể Đồng bằng sụng Cửu Long VIE 87/031, mụ hỡnh SAL được cụng ty NEDECO lựa chọn là cụng cụ tớnh xõm nhập mặn trờn vựng ĐBSCL. Và trong dự ỏn Quy hoạch Tổng thể Đồng bằng sụng Đồng Nai của tổ chức JICA Nhật bản, mụ hỡnh SAL được lựa chọn là cụng cụ đỏnh giỏ tỏc động mụi trường. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Mụ hỡnh SALBOD là mụ hỡnh trong nước dễ sử dụng đó được kiểm nghiệm qua nhiều dự ỏn trong nước và quốc tế.
2.7. SƠ ĐỒ CHO VÙNG TGLX.2.7.1. Sơ đồ. 2.7.1. Sơ đồ.
2.7.2. Bố cục sơ đồ gồm:
Số nhỏnh sụng: 436 nhỏnh, Số hợp lưu: 269 nỳt
Số biờn: 04 biờn, mực nước lấy theo cỏc trạm: Chõu đốc, Vàm Nao, Cần Thơ,
Rạch Giỏ, Hà Tiờn.
Số mặt cắt:1061 mặt cắt
Cỏc cụng trỡnh: Đập cao su Tha La, Trà sư, 28 cống ngăn mặn dọc biển Tõy và
08 cống đầu sụng Hậu.
Thuỷ văn: Lấy tài liệu từ 1/2/2005 ữ 31/5/2005. Địa hỡnh: Tài liệu lấy địa hỡnh
năm 2005 của vựng TGLX.
Thời gian mụ phỏng: Thỏng 2ữ5 năm 2005. Bước thời gian: ∆t = 900 giõy
Cỏc Nỳt tiờu biểu: Xem sơ đồ
Đơn vị sử dụng trong tớnh toỏn:
Mực nước H: một (cao độ Hà Tiờn); Lưu lượng nước sụng Q: m3/s; Độ mặn S (trong nước sụng, kờnh): g/L (*)
(*): Lưu ý : Trong thực tế nước tưới sử dụng cho cõy lỳa thường cú độ mặn S<4g/l.
Nguồn nước sử dụng cho sinh hoạt độ nặn cho phộp S<0.5g/l.
Thụng số mụ phỏng: Dũng chảy và độ mặn trong thỏng 2-3-4-5-2005
Cỏc thụng số được trỡnh bày trong phần mụ tả và kết quả tớnh toỏn.
2.7.3 Sơ đồ TGLX chụp từ vệ tinh:
CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG Mễ HèNH CHO CÁC PHƯƠNG ÁN SỬ DỤNG NƯỚC
Giới thiệu chung:
Cỏc kết quả tớnh toỏn giới thiệu dưới đõy chỉ nhằm giới thiệu khả năng và vai trũ của cụng cụ mụ hỡnh trong xem xột bài toỏn mặn. Tuy nhiờn để cho cỏc kết quả tớnh túan cú thể dựng để tham khảo cho cỏc nhà quản lý, cỏc số liệu đó cố gắng sỏt với cỏc số liệu cú thể cú từ thực tế. Số liệu mặn được đỏnh giỏ với điều kiện 2005, đõy được coi như phương ỏn hiện trạng để so sỏnh. Vỡ cỏc phương ỏn qui họach sử dụng nước trong vựng TGLX, nếu phải trỡnh bày hết dưới đõy thỡ tương đối nhiều, để xem xột bài toỏn mặn cho từng phương ỏn sẽ đũi hỏi rất nhiều số liệu vượt ra khỏi khuụn khổ của luận văn. Vỡ vậy tỏc giả đưa ra 4 phương ỏn, lấy phương ỏn bố trớ cụng trỡnh đó được chớnh phủ phờ duyệt cho vựng TGLX, làm phương ỏn nền (PA1.1-HT) cho luận văn và dưới đõy chỉ tớnh thử nghiệm cho cỏc phương ỏn tớnh toỏn vận hành hệ thống cụng trỡnh trong vựng để tỡm ra biện phỏp vận hành HTCT thớch hợp cũnh như xem xột tỏc động đến bài toỏn mặn và đưa ra được 1 bản đồ diễn biến mặn và diện tớch nhiễm mặn cho vựng TGLX giỳp cho cỏc nhà quản lý thuận tiện trong việc quản lý tài nguyờn nước trong vựng TGLX cũng như ĐBSCL.
3.1 PHƯƠNG ÁN BỐ TRÍ CễNG TRèNH.
(Phương ỏn này đó được chớnh phủ phờ duyệt cho vựng TGLX-Trong dự ỏn Quy hoạch tổng thể ĐBSCL do viện Qui hoạch Thủy lợi miền Nam lập năm 2003).
3.1.1 Mục tiờu và nhiệm vụ của phương ỏn bố trớ cụng trỡnh.
Bảo vệ an toàn khu dõn cư, thị trấn và cỏc đụ thị, bảo đảm giao thụng thụng suốt cả năm cho cỏc tuyến Quốc lộ và tỉnh lộ, Giảm mực nước lũ đầu và cuối vụ để đảm bảo ăn chắc 2 vụ lỳa ĐX-HT, Giảm độ cao đỉnh lũ chớnh vụ cho tiểu vựng phớa Đụng và dọc Quốc Lộ 80;
Kiểm soỏt mặn, cải tạo đất phốn, vựng Tứ giỏc Hà Tiờn để đảm bảo vấn đề cấp nước cho sản xuất nụng nghiệp, cụng nghiệp và nuụi trồng thuỷ sản;
Gúp phần phỏt triển kinh tế-xó hội. Đồng thời, kết hợp việc xõy dựng cỏc cụng trỡnh cấp thoỏt nước, giao thụng, cỏc khu cụng nghiệp, khu dõn cư, phự hợp với quy hoạch, khụng làm ảnh hưởng tới chất lượng nước trong vựng và xõy dựng nụng thụn theo hướng văn minh hiện đại, mụi trường bền vững. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
3.1.2 Cỏc giải phỏp bố trớ cụng trỡnh đó được đề suất:
Hệ thống kiểm soỏt vựng TGLX bao gồm 4 cụm cụng trỡnh chớnh:
Kiểm soỏt lũ tràn biờn giới vào vựng TGLX và dẫn lũ ra biển Tõy.
Xõy dựng hệ thống cụng trỡnh thoỏt lũ ra biển Tõy.