Cải tiến mô hình thủy lực VRSAP diễn toán dòng chảy vùng đồng bằng ven biển tỉnh Quảng Trị - ThS. Nguyễn Đình Thân

c¶i tiÕn m« h×nh thuû lùc VRSAP diÔn to¸n dßng ch¶y<br /> vïng ®ång b»ng ven biÓn tØnh Qu¶ng TrÞ<br /> <br /> Th.S NguyÔn §×nh Thanh - Së N«ng nghiÖp & PTNT Qu¶ng TrÞ<br /> <br /> Tãm t¾t : Trªn c¬ së më réng hÖ ph­¬ng tr×nh vi ph©n c¬ b¶n cña dßng ch¶y mét<br /> chiÒu trong s«ng, cã xÐt ¶nh h­ëng cña dßng ch¶y phô vµo dßng chÝnh, t¸c gi¶ ®·<br /> c¶i tiÕn m« h×nh to¸n thuû lùc VRSAP, nh»m môc ®Ých m« t¶ gÇn ®óng h¬n hiÖn<br /> t­îng vÒ dßng ch¶y trong s«ng. KÕt qu¶ tÝnh to¸n phï hîp kÕt qu¶ thùc ®o, so víi m«<br /> h×nh VRSAP mÉu, l­u l­îng tÝnh ®­îc tõ hai m« h×nh chªch lÖch nhau kh«ng lín,<br /> nh­ng ®èi víi nh÷ng s«ng nhá ë Qu¶ng TrÞ th× l­u l­îng mét vµi khèi n­íc trong<br /> mïa c¹n lµ rÊt ®¸ng kÓ. M« h×nh cã thÓ øng dông tÝnh to¸n dßng ch¶y vïng ®ång<br /> b»ng ven biÓn tÝnh Qu¶ng TrÞ vµ vïng l©n cËn cã ®iÒu kiÖn tù nhiªn t­¬ng tù.<br /> <br /> <br /> M« h×nh to¸n thñy lùc VRSAP mµ tiÒn th©n cña nã lµ m« h×nh KRSAL do cè PGS.TS.<br /> NguyÔn Nh­ Khuª x©y dùng, ®­îc sö dông réng r·i nhÊt ë n­íc ta trong vßng 30 n¨m trë l¹i<br /> ®©y. HiÖn nay VRSAP còng nh­ KRSAL ®· cã nhiÒu c¶i tiÕn kh¸c nhau tuú theo ng­êi sö<br /> dông nã, chñ yÕu lµ ë c¸c thñ tôc ra vµo cña ch­¬ng tr×nh tÝnh, cßn cèt lâi c¬ b¶n ch­a ®­îc<br /> c¶i tiÕn thªm [1].<br /> VRSAP lµ ch­¬ng tr×nh tÝnh thuû lùc vµ nång ®é chÊt hoµ tan trªn m¹ng l­íi s«ng kªnh.<br /> M« h×nh ®­îc më réng ®Ó xÐt sù trao ®æi n­íc gi÷a s«ng - kªnh víi c¸c miÒn ®ång ruéng ë<br /> ®ång b»ng, sù trµn lò trªn ®ång, sù h×nh thµnh dßng ch¶y do m­a rµo trªn ®ång thÊp, mang<br /> tÝnh c¸ch "tùa - hai chiÒu".<br /> Trong chiÕn l­îc ph¸t triÓn kinh tÕ - x· héi tØnh Qu¶ng TrÞ, ®ång b»ng ven biÓn ®­îc coi lµ<br /> vïng quan träng nhÊt, cã nhiÒu tiÒm n¨ng vÒ n«ng nghiÖp, lµ n¬i ®¶m nhËn s¶n xuÊt chñ yÕu<br /> l­¬ng thùc, thùc phÈm, hµng ho¸ cña TØnh, nh­ng do ®Þa h×nh thÊp, nhiÒu ®o¹n s«ng n­íc<br /> trong s«ng vµ ruéng trao ®æi tù do, ngay trong mïa c¹n, tÝnh to¸n dßng ch¶y vïng nµy ®· gÆp<br /> kh«ng Ýt khã kh¨n. §Ó nghiªn cøu ¶nh h­ëng cña dßng ch¶y vµo (hoÆc ra) ®Õn dßng chÝnh, t¸c<br /> gi¶ ®· c¶i tiÕn m« h×nh to¸n thuû lùc VRSAP, víi nh÷ng néi dung sau:<br /> <br /> 1. HÖ ph­¬ng tr×nh vi ph©n c¬ b¶n<br /> Th«ng th­êng ®Ó tÝnh to¸n dßng ch¶y trong s«ng vµ kªnh dÉn n­íc ta ®· bá qua mét sè lùc<br /> nh­ lùc qu¸n tÝnh li t©m ë nh÷ng ®o¹n s«ng cong, lùc qu¸n tÝnh C«ri«lit, lùc ma s¸t cña giã,<br /> ¶nh h­ëng cña dßng biÕn l­îng... nªn kh«ng ph¶n ¸nh ®óng hiÖn t­îng tù nhiªn.<br /> Víi môc ®Ých m« t¶ gÇn ®óng h¬n hiÖn t­îng vÒ dßng ch¶y trong s«ng, t¸c gi¶ ®· nghiªn<br /> cøu më réng ph­¬ng tr×nh ®éng lùc trong hÖ ph­¬ng tr×nh vi ph©n c¬ b¶n cña dßng ch¶y mét<br /> chiÒu qua viÖc xÐt sù ¶nh h­ëng cña dßng ch¶y phô lªn dßng chÝnh. ViÖc më réng ph­¬ng<br /> tr×nh ®éng lùc t¸c gi¶ ®· tr×nh bµy ë bµi b¸o kh¸c, do ®ã ë bµi b¸o nµy chØ tr×nh bµy hÖ ph­¬ng<br /> tr×nh vi ph©n c¬ b¶n sau khi ®· më réng (kh«ng tr×nh bµy phÇn diÔn to¸n chøng minh ph­¬ng<br /> <br /> <br /> 1<br /> tr×nh ®éng lùc mµ chØ nªu kÕt qu¶), tõ ®ã c¶i tiÕn m« h×nh to¸n thñy lùc VRSAP. Ph­¬ng tr×nh<br /> vi ph©n c¬ b¶n nh­ sau:<br /> Q Z (1)<br />  Bc q<br /> x t<br />    Q  B   B c  Z<br /> 1  Fr   Z   2<br /> Q <br /> <br /> Qq  Fr .i <br /> x g  t g t g  2 (2)<br /> <br /> <br /> QQ<br /> <br /> 1  n   Q f <br /> 1  n  Q  Q f<br /> 2<br /> K g t g 2 x<br /> <br /> trong ®ã: Q - l­u l­îng t¹i mÆt c¾t; q - l­u l­îng bæ sung hoÆc mÊt ®i trªn mét ®¬n vÞ chiÒu<br /> dµi dßng ch¶y; Bc - chiÒu réng mÆt c¾t ngang kÓ c¶ vïng chøa; Z - mùc n­íc; Qf - l­u l­îng<br /> dßng phô, vf - l­u tèc dßng ch¶y phô,  - gãc gi÷a dßng ch¶y phô vµ dßng chÝnh,<br /> v fx v f<br /> n  cosβ , c¸c ký hiÖu kh¸c th­êng gÆp trong thñy lùc. HÖ ph­¬ng tr×nh (1)-(2) chØ<br /> v v<br /> kh¸c hÖ ph­¬ng tr×nh trong ch­¬ng tr×nh mÉu VRSAP cña cè PGS. NguyÔn Nh­ Khuª [7], [8]<br /> ë sè h¹ng thø 2 vµ thø 3 vÕ ph¶i cña ph­¬ng tr×nh ®éng lùc, khi kh«ng cã dßng ch¶y phô th×<br /> trë thµnh hÖ ph­¬ng tr×nh Saint - Venant quen thuéc; ®©y còng lµ hÖ ph­¬ng tr×nh cã thÓ ¸p<br /> dông ®Ó nghiªn cøu mét sè bµi to¸n thuû lùc nh­: Dßng ch¶y hë trong s«ng cã b·i, dßng ch¶y<br /> cña ®Ëp trµn ngang trªn hå chøa, trµn sù cè trªn kªnh, trµn sù cè trªn ®­êng dÉn cña tr¹m thñy<br /> ®iÖn...<br /> <br /> 2. C¶i tiÕn m« h×nh to¸n thuû lùc VRSAP<br /> Th«ng th­êng, khi x©y dùng mét m« h×nh to¸n cÇn qua c¸c b­íc: X©y dùng hÖ ph­¬ng<br /> tr×nh c¬ b¶n, x¸c lËp ®iÒu kiÖn biªn, ®iÒu kiÖn ban ®Çu, x¸c ®Þnh c¸c th«ng sè m« h×nh vµ<br /> ph­¬ng ph¸p gi¶i hÖ ph­¬ng tr×nh ®ã. C¸c b­íc x©y dùng ch­¬ng tr×nh VRSAP c¶i tiÕn nh­<br /> ch­¬ng tr×nh VRSAP mÉu ®· lËp, chØ xÐt thªm ¶nh h­ëng cña dßng ch¶y phô vµo dßng chÝnh<br /> tõ hÖ ph­¬ng tr×nh vi ph©n c¬ b¶n më réng, gi¶i hÖ ph­¬ng tr×nh b»ng ph­¬ng ph¸p sai ph©n<br /> vµ ®­a thªm mét sè néi dung vµo ch­¬ng tr×nh nguån cña VRSAP ®Ó tÝnh to¸n.<br /> <br /> Zd Zc (1) Sai ph©n hãa vµ tuyÕn tÝnh hãa hÖ ph­¬ng<br /> Qd Qc tr×nh vi ph©n më réng: Nh­ c¸ch sai ph©n cña<br /> ch­¬ng tr×nh VRSAP mÉu, xÐt ®o¹n lßng dÉn x<br />  vµ sai ph©n theo s¬ ®å Èn h×nh ch÷ nhËt (xem<br /> t  H×nh 1). §Ó chuyÓn vÒ ph­¬ng tr×nh sai ph©n, cÇn<br /> Z'd Z'c<br /> t xö lý c¸c hÖ sè vµ thay c¸c ®¹o hµm b»ng tû c¸c<br /> x Q'd x+x Q'c<br /> x sai ph©n thÝch hîp. Ph­¬ng tr×nh liªn tôc nh­ ë<br /> H×nh 1 S¬ ®å sai ph©n ch­¬ng tr×nh VRSAP mÉu, chØ kh¸c ph­¬ng tr×nh<br /> ®éng lùc d­íi d¹ng sau:<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 2<br />  (1  Fr )  e (1  Fr )  e<br /> Qd  Qc  Zd  Zc <br /> d  k d  k<br /> 1<br /> = {[d - k  (1 - )].( Qd + Qc ) - e.( Zd  Zc ) + (1 - ).(1 - Fr).( Zd  Zc ) +<br /> θk  d<br /> 2d<br /> + Fr.i.x - g.a - (1 - n).{ .[(1 - ).( Q fd  Q fd ) + .( Q fc  Qfc )] -<br /> α<br /> ga<br /> - .[(1 - ).( Qfc  Qfd ) + .( Q fc  Q fd )]}} (3)<br /> αqΔx<br /> §Æt toµn bé vÕ ph¶i lµ V; C  (1  Fr )   e ; D   (1  Fr )   e ; vµ c¸c hÖ sè nh­ trong<br /> d  k d  k<br /> ch­¬ng tr×nh VRSAP mÉu: Dy, Rd, Vt, Dc, Ht, Hv. Sau khi thay c¸c hÖ sè vµo hÖ ph­¬ng tr×nh<br /> (3) vµ biÕn ®æi ®¹i sè, ®­îc hÖ ph­¬ng tr×nh sai ph©n viÕt cho ®o¹n s«ng d­íi d¹ng:<br /> <br /> Q c  VtZ d  D cZ c  H v <br />  (4)<br /> Qd   D yZd  R dZc  H r <br /> <br /> 20 21 22 23 24 25 26 27 28<br /> C¸ch gi¶i hÖ ph­¬ng<br /> 29<br /> -0.05<br /> Thêi gian: Ngµy (ngµy 22 - 28/7/1999) tr×nh (4) nh­ m« h×nh<br /> -0.1<br /> VRSAP mÉu ®· lµm. T¸c<br /> -0.15<br /> gi¶ sö dông ch­¬ng tr×nh<br /> Mùc n­íc (m)<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> -0.2<br /> nguån m« h×nh VRSAP cña<br /> -0.25<br /> Ph©n viÖn kh¶o s¸t vµ Quy<br /> -0.3<br /> ho¹ch Thñy lîi Nam Bé,<br /> -0.35<br /> Thuc do TÝnh to¸n viÕt b»ng ng«n ng÷<br /> -0.4<br /> H×nh 3 BiÓu ®å tÝnh mùc n­íc so víi thùc ®o - nót 40<br /> FORTRAN mang tªn<br /> VRSAPK.FOR, bæ sung<br /> mét sè néi dung vµo ch­¬ng tr×nh chÝnh vµ c¸c ch­¬ng tr×nh con, ®Ó c¶i tiÕn m« h×nh, øng<br /> dông tÝnh to¸n cho hÖ thèng s«ng vïng ven biÓn tØnh Qu¶ng TrÞ.<br /> (2) S¬ ®å m¹ng s«ng tÝnh thñy lùc tr×nh bµy trong H×nh 2.<br /> (3) HiÖu chØnh m« h×nh VRSAP c¶i tiÕn, kÕt qu¶ t­¬ng ®èi tèt (xem c¸c H×nh 3, 4).<br /> (4) So s¸nh kÕt qu¶ tÝnh l­u l­îng gi÷a hai m« h×nh VRSAP mÉu vµ VRSAP c¶i tiÕn:<br /> Khi l­u l­îng ®Çu nguån nhá, sù chªnh lÖch l­u l­îng tÝnh ®­îc tõ hai m« h×nh nhá, l­u<br /> l­îng ®Çu nguån t¨ng, sù chªnh lÖch cã xu thÕ t¨ng theo chiÒu d­¬ng, l­u l­îng tÝnh ®­îc<br /> b»ng m« h×nh VRSAP c¶i tiÕn cã xu thÕ bÐ h¬n khi tÝnh b»ng m« h×nh VRSAP mÉu tõ 4,4 ®Õn<br /> 6,7% vµ ®Õn mét l­u l­îng lín nµo ®ã (t­¬ng ®­¬ng lò) th× sù chªnh lÖch gi¶m vµ cuèi cïng<br /> gÇn nh­ b»ng nhau (xem B¶ng 1 vµ H×nh 5). Tõ kÕt qu¶ tÝnh to¸n ta cã nhËn xÐt nh­ sau:<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 3<br />  + M« h×nh<br /> 4 5 6 7<br /> VRSAP c¶i tiÕn cã 8<br /> 400<br /> 350 Thêi gian: Ngµy (ngµy 5 ®Õn 7/12/2002) kÕt qu¶ tÝnh to¸n<br /> 300 phï hîp kÕt qu¶<br /> L­u l­îng (m3/s)<br /> <br /> 250 thùc ®o. Khi trªn<br /> 200<br /> 150<br /> s«ng cã lò, mùc<br /> 100 n­íc t¨ng, dßng<br /> 50 L­u l­îng thùc ®o L­u l­îng tÝnh to¸n chÝnh vµ dßng phô<br /> 0<br /> nhËp lµm mét th× sù<br /> H×nh 4 L­u l­îng thùc ®o vµ tÝnh t¹i ®o¹n 58 - Ng· ba Gia §é<br /> chªnh lÖch l­u<br /> l­îng do ¶nh h­ëng cña dßng ch¶y phô kh«ng cßn, lóc nµy kÕt qu¶ tÝnh to¸n cña hai m« h×nh<br /> b»ng nhau. Cã thÓ nãi, ®©y lµ m« h×nh thuû lùc tÝnh to¸n thÝch hîp cho c¶ dßng ch¶y mïa<br /> chuyÓn tiÕp gi÷a mïa kiÖt vµ mïa lò, nh­ lò tiÓu m·n, lò sím x¶y ra ë Qu¶ng TrÞ.<br /> B¶ng 1: Chªnh lÖch l­u l­îng gi÷a m« h×nh VRSAP mÉu vµ VRSAP c¶i tiÕn<br /> Ph­¬ng ¸n 1 2 3 4 5 6<br /> 3<br /> L­u l­îng s«ng HiÕu (m /s) 10 12 15 50 10 500<br /> L­u l­îng s«ng Th¹ch H·n (m3/s) 20 27 30 10 20 1000<br /> 3<br /> Chªnh lÖch Q (m /s) 0,4 0,6 0,7 2,2 0,2 0,02<br /> Sai sè (%) 4,6 5,0 5,0 4,4 0,2 0,0<br /> + Dßng ch¶y trong s«ng, kªnh dÉn n­íc hay c«ng tr×nh thñy lîi kh¸c rÊt phøc t¹p, nÕu<br /> chóng ta ®­a t­¬ng ®èi ®Çy ®ñ c¸c yÕu tè tham gia, ¶nh h­ëng ®Õn dßng ch¶y vµo tÝnh to¸n th×<br /> kÕt qu¶ ®¹t ®­îc sÏ chÝnh x¸c h¬n.vb<br /> + Cho dï kÕt qu¶ tÝnh l­u l­îng b»ng m« h×nh VRSAP c¶i tiÕn so víi m« h×nh VRSAP mÉu<br /> chªnh lÖch kh«ng lín, nh­ng<br /> ®èi víi nh÷ng s«ng nhá ë tØnh 600 2,5<br /> <br /> Qu¶ng TrÞ, hay ë miÒn Trung, 500 2<br /> L­u l­îng (m3/s)<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> L­u l­îng Chªnh lÖch Q<br /> th× l­u l­îng mét vµi khèi n­íc 400<br /> 1,5<br /> Chªnh lÖch Q (m3/s)<br /> <br /> trong mïa c¹n lµ rÊt ®¸ng kÓ. 300<br /> 1<br /> 200<br /> Nh­ vËy, m« h×nh VRSAP<br /> 100 0,5<br /> c¶i tiÕn cã thÓ øng dông tÝnh Ph­¬ng ¸n<br /> 0 0<br /> to¸n dßng ch¶y vïng ®ång b»ng 0 1 2 3 4 5 6 7<br /> ven biÓn tØnh Qu¶ng TrÞ vµ H×nh 5 Quan hÖ chªnh lÖch Q gi÷a hai m« h×nh VRSAP mÉu vµ<br /> VRSAP c¶i tiÕn<br /> nh÷ng vïng cã ®iÒu kiÖn tù<br /> nhiªn t­¬ng tù.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 4<br />  Tµi liÖu tham kh¶o<br /> <br /> [1] Hoµng T­ An, NguyÔn Thu HiÒn (1998), Mét vµi m« h×nh to¸n thñy lùc ®ang sö dông ë<br /> n­íc ta, Hµ Néi.<br /> [2] NguyÔn C¶nh CÇm, NguyÔn V¨n Cung, L­u C«ng §µo, NguyÔn Nh­ Khuª vµ nhiÒu<br /> ng­êi kh¸c (1987), Thñy lùc (tËp III), Nxb §¹i häc vµ Trung häc chuyªn nghiÖp, Hµ Néi.<br /> [3] NguyÔn C¶nh CÇm (1983), Thuû lùc dßng ch¶y hë, §¹i häc Thuû lîi, Hµ Néi.<br /> [4] Chou V. T. (1969), Thuû lùc kªnh hë, Maxc¬va.<br /> [5] NguyÔn V¨n Cung, Hoµng Phóc ThuyÕt (1964), "Dßng ch¶y biÕn l­îng vµ ®Ëp trµn<br /> ngang", T¹p chÝ KHKT, (18), tr. 1-3.<br /> [6] NguyÔn V¨n Cung, NguyÔn Nh­ Khuª (1974), Dßng kh«ng æn ®Þnh trong kªnh hë, Nxb<br /> N«ng th«n, Hµ Néi.<br /> [7] NguyÔn Nh­ Khuª (1993), Ch­¬ng tr×nh VRSAP vµ c¸c m« h×nh to¸n cho ®ång b»ng s«ng<br /> Cöu Long, §Ò tµi KC 12 - 06, Thµnh phè Hå ChÝ Minh.<br /> [8] NguyÔn Nh­ Khuª (1994), H­íng dÉn thùc hµnh m« h×nh to¸n dßng ch¶y vµ nång ®é chÊt<br /> hßa tan, Hµ Néi.<br /> [9] Ph¹m V¨n VÜnh (2000), C¬ häc chÊt láng øng dông, Nxb Gi¸o dôc.<br /> <br /> <br /> SUMMARY<br /> Improve hydraulic - hydrological mathematical model for Vietnam rivers system and<br /> plains (VRSAP), stream routing on coastal low land areas in Quang Tri province<br /> MEng. Nguyen Dinh Thanh,<br /> Agriculture and Rural Development Service of Quang Tri<br /> Based on the expansion of fundamental differential equation system for one-way flow in<br /> rivers, when studying the effects of auxiliary flow on main flow. The author improved a<br /> VRSAP model with the aim to describe better the flow phenomenon in rivers.<br /> Calculation results conform with actual geodetic results. Compared with original VRSAP<br /> model, the gap in calculation discharge between 2 models is not big, but with small rivers in<br /> Quangtri province the flow of a few cubic metre waters in dry seasion are very significant.<br /> Improved VRSAP model can be applied to calculate the flow for coastal low land areas in<br /> Quang Tri province and neighboring areas where the nature condisions are similar.<br /> <br /> <br /> Ng­êi ph¶n biÖn: GS.TS Hoµng T­ An<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 5<br />  135<br /> 134<br /> 1 2 3 4 5 6<br /> 1 BiÓn §«ng<br /> Ng∙ T­ §Êt 2<br /> MÌ TrÐ 7 3<br /> 8 14 15 16 17 18 19 Cöa tïng<br /> 13 119 4<br /> 12 20 36 37 7<br /> 11 21 22 23 24 25 26 27<br /> 131 132 133 9 10 28<br /> 130 S«ng BÕn H¶i 5 6 29<br /> 128 129 8 30<br /> BÕn Than 31 9<br /> S. C¸nh Hßm 32<br /> 120<br /> TX §«ng Hµ 33 15 16<br /> TB Cam Lé 56 35 57 34 58 59 60 61 62<br /> 121 122 123 39 40 41 42 43 44 13 115 64 63<br /> S«ng HiÕu Cöa ViÖt<br /> QuËt X¸ 124 38 12 114 36<br /> 125 126 127 Sßng 55 113<br /> CÇu §uåi S. VÜnh §Þnh B¾c<br /> 112<br /> V Ph­íc 54<br /> 111 110<br /> ¸i Tö 53 109<br /> 52 108<br /> TX Q.TrÞ 51 107<br /> 45 46 47 48 49 50 116 117 118 106<br /> §Ëp TrÊm S«ng Th¹ch H∙n 105<br /> Ph­íc M«n 104 103 102<br /> 101<br /> 100<br /> 99<br /> S. VÜnh §Þnh 98<br /> 97 32<br /> 96<br /> 26 29 95<br /> 87 88 89 90 91 92 93 30<br /> 86 S. ¤ Giang 94<br /> 72 73 74 75 76 77 78<br /> 85 71 S. ¤ L©u 79 21<br /> S. Th¸c Ma 70 18 12 80<br /> H×nh 2<br /> 69 81<br /> S¬ ®å m¹ng s«ng tÝnh thuû lùc 68 82<br /> hÖ thèng s«ng qu¶ng trÞ 65 67 24 83<br /> 84<br /> Cöa l¸c<br /> <br /> <br /> <br /> 6<br />