TÍNH TOÁN CÁC ĐẶC TRUNG THƯỶ ĐỘNG Lực CỬA SÔNG HỔNG
3.1.1 ỈVlò hình thuý đòng lực DYNHYD
Mô hình thuv độna lưc DYNHYD5 đã giai phương trình chuyen đông và phương trình liên tục mót chiều .cho một nhánh són2 hoác một hệ thốna bao 2òm sòng chính và các nhánh đươc thế hiện qua lưới tính. Mõ hình thuy đổng lưc môt chiều dùng phươns trình mô tả sóng dài trong vùng nước nông, bao toan nãng lương và khối lượns, trong đó phươnă trình chuvến đỏng dưa trẻn quy luãt bao toàn nâng lươno cho phép tính được vận tốc và lưu lượng dòng chảy, phương trình liên tuc dưa trẽn quy luật bao toàn khối lươns cho phép tính đươc đô cao mưc nước và khói lượng.
Kết quá của mô hình cho ta dòng không ổn định theo thời gian và đươc lưu trữ phục vu cho chương trình tính chất lương nước.
Các phương trình thuý đỏng lưc
trên hệ thống nước nông bao gổm cá động lượng (nãng lượng) và thé tích (khôi
lượng). Phương trình chuyển động dựa trên nguyên lý bảo toàn năng lượng, đé dự
đoán tốc độ và dòng chảy. Phương trình liên tục dựa trên định luật bảo toàn thế tích,
dự đoán chiều cao mặt đầu nước và dung tích nước. Giả thiết dòng một chiểu chiếm
ưu thế, lực Coriolis và các gia tốc pháp tuyến với hướng dòng chày bị loại trừ. Chiều
rộng m ặt kênh được xem là hằng số, độ sáu thủy lực thay đổi (ví dụ: hình thang), dộ dài truyền sóng lớn hơn nhiều so với chiều sâu, độ dốc đáy kênh vừa phái. Mặc dù không có một tiêu chuấn khắt khe cho 2 giá thiết sau này, song hầu hết các dòng cháy tự nhiên trong các sòng và cứa sông lớn đều có thế thoả mãn các gia thiết trẽn. Tinh trạng bờ kênh đứt 2ãỵ hoãc dòng suối nhó sẽ không được xem xét trong DYNHYD5
Phương trình chuyến độna:
C Ư c U
--- = - u --- + , + U| + a.,, 11)
<?t õx
Trong đó :
cU /ct - Giu tốc địa phương (m/s: ); UổU/cx - Gia tốc đối lưu
■à„ x - Gia tổc do trọng trường dọc theo true kênh (m/s: ) a, - Gia tốc do ma sát (m/s: )
a - Gia tốc do sió doc theo true kênh (m/s: ) X - Khoang cách doc theo trục kênh (m) t - Thời gian (s)
u - Tốc độ dòng cháy doc theo trục kênh (m/s).
a = J E L % - - ~ u \ u \ R a. > - C jP “W Rp„ Phương trlnh liên tục: a A 5 Q d t ổ X Trong đó : (2) A - Diện tích mặt cắt ngang (rrr) Q - Lưu lượng (mVs)
Đối với kênh chữ nhật có chiểu rộng B không đổi, phương trình liên tục có dạn°:
ô H 1 Õ Q
ô t B a X Trong dó :
B - Chiéu rộns kênh (m)
H - Cao trình mặt nước (cột nước ) (m)
5 H/ơt - Tốc độ thay đối cao trình mặt nước (m/s)
(1/B) ÕQ/5 X - Tí lẽ giữa sự thay đối duns tích nước theo quãna đườnơ cho mỗi đơn VỊ chiểu rông (m/s)
Mạng lưới tính toán
Hệ thông sông đươc sơ đổ hoá theo mạng lưới bao gổm các đoạn (junctions) và kênh (channels). Đoạn sông đươc hiếu là mòt phần của sông, có chiều dài (theo trục dòng cháy), chiểu rộng và chiểu sàu xác định. Kênh cũng là môt phân cua sòng nhưng được tính từ điểm giữa của 2 đoan sòng liên tiếp và cũng có chiéu dài (theo trục dòng chảy ), chiểu rông và chiều sâu xác định. Các kích thước cùa đoan và kênh
có thể như nhau, nhưng thường là khác nhau (hình3.1).
Hình3. 1: Sơ đổ hoá các đoạn và kênh
Trong mó hình, phương trình chuvến dỏng được giái cho các kènh đế tính tốc độ dòng cháy trung binh và khối lượng nước vận chuyển cùa kênh (quv về điém giữa
của kênh), phươna trình liên tuc dược giái cho các đoan dé tính mưc nước (quy về
điém giữa của đoan). Hè phươna trình khóna có nahiẻm siái tích, do dỏ dược ựiái bằng phương pháp sỏ theo đó các giá trị u và H đươc tính tại những đièm rời rạc theo không gian và thời aian. Tại mỗi bước thời gian, theo lưới ‘đoạn - kẻnh' như đã mô tả ớ hinh 1. phươna trình chuvển đông giải tai kênh cho vặn tốc. phương trình liên tục giải tại đoan cho mưc nước.
Điểu kiện biẻn cho bài toán thuý lưc rất đa dans, có thế là mực nước hoặc lưu lượng hoặc kết hơp cùa hai vếu tố đó. Giá trị mưc nước và lưu Iượns tại biẻn có thẻ không đổi hoặc biến đổi theo thời gian. Đãc biệt, nếu biên hạ lưu nằm trong vùng ảnh hường thuv triều thì có thể cho biên nàỵ ớ 3 dạng : 1) hình sin. 2) mực nước theo giờ. 3) chân và đinh triều. Do vây, mỏ hình rất thích nghi cho các sóng chịu ánh hướn° thuý triều. Trons viẻc thực hiện mô hình còn cho phép tính đến ảnh
hường của một số yếu tố khí tượng như: gió, mưa- bốc hcn.
Các tham số đầu vào liên quan tới đoan là mưc nước ban đầu. diên tích măt nước và cao đô đáy. Các tham số đầu vào liên quan tới kênh là đô dài. bè ròng, đô
sâu hoặc bán lánh thuỷ lực, hướng trục của kênh, vận tốc ban đầu và hê số Manning. 3.1.2 Mô hình chất lượng nước WASP5
WASP5 là mô hình chất lượng nước sử dụng phương trình càn bằng khối lượng thể hiện 3 quá trình cơ bản là vận chuyến, tải và biến đổi.
Phương trình cân bằng khối lượng
Õ C d d õ
— = - — ( U , C ) - — (uy C) - — ( U, C) +
dl d \ õy dz
(4)
d d c d Õ C d ÕC
+ — (Et— ) + — (Ey — ) + —(E , — ) + Sl + Sg + s*
•CX õx 5 v ôy õz õz
Trong đó:
c - iNổng độ thành phán chất lượng nước (ma/l họặc s/m '); t - thời 2ian (ngàv) uv, uv, uz - Không gian 3 chiểu cùa vặn tổc (m/naày)
Ex, Ev, E, - Không 2ian 3 chiều cùa hệ số pha loãng (m:/ngày) SL - Hướna \’à ti lê pha loãno (g/m'-ngày)
SB - Tí lệ pha loãno ơ biên (g/rrr-ngày) SK - Tống só ti lệ lan truyền (g/m'-ngày)
Tích phân phươns trình 4 theo y và z ta thu đươc:
c'AC r cC
— = - — (-11, A C + E,A — ) + A(Sl + s„) + ASk (5)
d ĩ e x CX
Trong đó A là diện tích thiết diện (m: ).
Phương trình 5 biểu diễn 3 quá trình cơ bán cùa các thành phấn chất lượng
nước’ vận chuvển tải và biên đỏi. Liẻn kẽt 2iữa mô hình chầt lượng nươc VƠI mo
M ạc du ky thuật tính toán trong mô hình là 1 chiều (giải phương trình 5) song có thế mô tá không gian tựa 3 chiểu theo từng lớp. Một cách tổn" quan về mỏ hình được thể hiện như hình 3.
Hình 3.3. Tổng quan vé mô hình WASP5
K ết càu mó hình c h ấ t lương nước YVASP5 WASP5 gồm 2 modul: TOXI5 và EU TR05.
a) Modul TOXI5 dùng đế mô phòng sư lan truyền thu động các chất ó nhiễm, chất chi thị hoác các chất vấn lơ lừng, chất hữu cơ, măn. bùn cát.... có thê mò phòng cùn° một lúc SƯ vàn chuvcn và bièn đôi của 1-3 chất hoá hoc hoa tan Itinh bảng
M-g/l) Vâ 1-3 chât rãn (tinh bămg mg/1). T0XI5 được áp dụng trong các trườn° hợp
sau:
- Tính sự lan truyền thụ động của chất hoá học hay chất chì thị (Trace). - Tính sự vận chuyển bùn cát, vẩn lơ lứnơ.
- Tính sự vận chuyên lan truyền chất ô nhiễm (độc tố) thông thườna. trong đó có kẽ đên một sô quá irình hoá - lý có thể ánh hướng tới sự vận chuyển và tinh trạn° tổn tại của độc tố.
- Tính sự vãn chuyến chất hữu cơ (chù vêu là Hvdro cacbon). có kẽ đến 1 sô quá trình vật lý. hoá học ánh hướng tới chúng như bay hơi, thuý phàn ...
b) Modul EU TR 05 dùng để mô phỏng sự Iàri truyén và biến đổi của 1-8 hợp phần hoá học, sinh học thông thường (NH-Ị, NO,, P 0 4, Phytoplankton. BOD, DO, ON và OP). có kế đến tương tác hoá hoc. sinh hoc và trao đổi với lớp nước đáy cúa các hợp phán Irons quá trinh di chuvến.