Tiếp cận mô hình ngập lụt hai chiều cho đồng bằng sông Cửu Long

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:3

Thêm vào BST

Báo xấu

10
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết Tiếp cận mô hình ngập lụt hai chiều cho đồng bằng sông Cửu Long trình bày một nghiên cứu thiết lập một mô hình ngập lụt hai chiều nhằm đáp ứng các yêu cầu trên cho đồng bằng sông Cửu Long.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tiếp cận mô hình ngập lụt hai chiều cho đồng bằng sông Cửu Long

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2022. ISBN: 978-604-82-7001-8 TIẾP CẬN MÔ HÌNH NGẬP LỤT HAI CHIỀU CHO ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG Nghiêm Tiến Lam Trường Đại học Thủy lợi, email: lam.n.t@tlu.edu.vn 1. GIỚI THIỆU CHUNG chứa ở thượng nguồn. Việc xây dựng các bờ bao, đê bao và đường xá trên đồng bằng cũng Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) nằm làm thay đổi chế độ ngập lũ. Các trận lũ vừa ở hạ nguồn của lưu vực sông Mekong. Đây là và nhỏ không còn có khả năng gây ngập rộng nơi nhận nước và phù sa của lưu vực sông trên đồng bằng. Tuy nhiên các trận lũ rất lớn Mekong trước khi đổ ra Biển Đông. Lũ lớn có khả năng tràn qua hoặc gây vỡ các tuyến nhất trên lưu vực xuất hiện từ tháng 8 đến đê và bờ bao vẫn có khả năng xảy ra. Trong tháng 11. Lũ ở ĐBSCL mang lại nhiều nguồn trường hợp này, việc mô phỏng ngập lụt ở lơi nhưng cũng gây ra nhiều thiệt hại về con ĐBSCL bằng các mô hình một chiều như người và tài sản. Nhu cầu quản lý lũ nhằm trước đây không còn phù hợp. Do đó, cần tăng cường mặt lợi và giảm thiểu thiệt hại của thiết nghiên cứu ứng dụng các mô hình tính lũ, lụt ở ĐBSCL cần thiết sử dụng đến các mô toán lũ và ngập lụt phù hợp với điều kiện hình mô phỏng lũ và ngập lụt cho khu vực. thực tế hiện nay ở ĐBSCL: Mô hình mô phỏng lũ và ngập lụt đầu tiên - Mô hình cần phải mô phỏng được chế được xây dựng cho ĐBSCL phải kể đến là độ dòng chảy 2 chiều trong các sông, kênh mô hình SOGREAH (1966). Đây là mô hình và ô ruộng trên đồng bằng, trong đó, cần bảo giả hai chiều mô phỏng ngập lụt và tràn lũ toàn cả về khối lượng và động lượng của trên đồng bằng. Từ đó cho đến nay đã có dòng chảy; nhiều mô hình thủy lực được xây dựng cho - Mô hình cần phải mô phỏng được quá ĐBSCL sử dụng các phần mềm mô hình trình tràn lũ qua các tuyến đê bao, bờ bao, VRSAP, MEKSAL, HydroGIS, ISIS và đường xá và các công trình kiểm soát lũ một MIKE 11. Đây là các mô hình thủy lực mô cách thuận tiện, kể cả trường hợp vỡ đê bao; phỏng dòng chảy một chiều trong hệ thống - Mô hình cần phải có lưới tính linh hoạt sông, kênh. Các mô hình này mô phỏng tràn để mô tả sự biến đổi phức tạp của địa hình, lũ trên đồng bằng thông qua việc sử dụng các địa vật trên đồng bằng nhưng cho phép tính ô chứa có liên kết với nhánh sông hoặc bằng toán dự báo ngập lụt với thời gian tính toán cách mở rộng diện tích chứa nước trên mặt và phần cứng hợp lý. cắt ngang. Bài toán ngập lụt trên đồng bằng Bài viết này sẽ trình bày một nghiên cứu sau đó được nội suy dựa trên kết quả tính của thiết lập một mô hình ngập lụt hai chiều mô hình một chiều. Kết quả ngập lụt này có nhằm đáp ứng các yêu cầu trên cho ĐBSCL. thể chấp nhận được trong trường hợp tràn lũ Mô hình được xây dựng dựa trên việc giải số tự do trên đồng bằng mà không bị ảnh hưởng trị hệ phương trình nước nông hai chiều theo nhiều bởi các địa hình, địa vật. phương pháp thể tích hữu hạn cho lưới tính Tuy nhiên, trong vòng 20 năm qua, chế độ linh hoạt. Việc tính toán thông lượng qua các lũ và ngập lụt ở ĐBSCL đã có nhiều thay đổi. cạnh của lưới tính dựa theo phương pháp của Chế độ lũ về đồng bằng đã thay đổi do biến Roe (1981) cho các mặt cắt tự nhiên và sử đổi khí hậu và việc xây dựng các đập và hồ dụng công thức chảy qua công trình với các 555
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2022. ISBN: 978-604-82-7001-8 trường hợp chảy tràn qua đê bao, đường xá 2.2. Phương pháp giải và chảy qua các công trình kiểm soát lũ. Theo phương pháp thể tích hũu hạn, miền tính toán được rời rạc hóa thành các ô lưới. 2. HỆ PHƯƠNG TRÌNH CƠ BẢN VÀ Mỗi ô lưới có diện tích Ai và có thể có số PHƯƠNG PHÁP GIẢI cạnh m  3 bất kỳ. Phương trình (1) được lấy 2.1. Hệ phương trình cơ bản tích phân cho toàn bộ ô lưới và áp dụng định lý phân kỳ Gauss Hệ phương trình nước nông hai chiều viết Ui m dưới dạng ma trận Ai    F  n k Lk  Ai Si  0 (6) t k 1 U G H   S  0 (1) Trong đó, Fꞏn = Gnx + Hny là vector thông t x y lượng, Lk là chiều dài cạnh k, nx và ny là các Trong đó, t là thời gian, x và y là các tọa thành phần của vector pháp tuyến của cạnh độ không gian trên mặt bằng, U là vector các hướng ra ngoài. Việc tính toán thông lượng biến bảo toàn Fꞏn qua các cạnh được thực hiện theo phương  h  h pháp của Roe (1981) đi giải nghiệm bài toán U   hu    p  (2) xấp xỉ Riemann. Việc tái tạo nghiệm tại các cạnh từ nghiệm tại tâm ô lưới sử dụng phương  hv   q  pháp ngoại suy và các hàm giới hạn thông h là độ sâu nước, u và v là các thành phần lượng. Điều kiện biên không trượt được dùng vận tốc trung bình theo độ sâu, p = hu và q = cho các biên cứng, các trường hợp khác giải hv là các thành phần lưu lượng đơn vị, g là bài toán biên dựa trên các bất biến Riemann. gia tốc trọng trường, G và H là các vector Việc tích phân (6) theo thời gian được thực thông lượng hiện được theo 2 bước bao gồm bước dự đoán và bước hiệu chỉnh (Bradford và    p  Sanders, 2002). Trong bước dự đoán, các số  hu     hạng nguồn chưa được xét đến để đảm bảo  2 1 2   p 2 1 2  tính ổn định của các kết quả tính toán. Sau G  hu  gh   gh (3)  2   h 2  đó, bước hiệu chỉnh bổ sung các thành phần  huv   pq  nguồn như độ dốc đáy và ma sát.      h  3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU      q  Mô hình được kiểm tra với các bài toán  hv    mẫu thông dụng, bao gồm các bài toán vỡ    pq  đập một chiều đáy khô và đáy ướt và bài toán H huv   (4)  2 1 2  h vỡ đập hai chiều.   hv  gh   q 2 1 2   2    gh  h 2  S là vector số hạng nguồn xét đến ảnh hưởng của độ dốc đáy và ma sát đáy, z là cao độ đáy, CD là hệ số ma sát đáy.    0     z 2 2 S   gh  CDu u  v  (5) x    gh z  C v u 2  v 2  Hình 1. So sánh kết quả tính toán vỡ đập D  y  trên đáy khô sau 30 giây 556
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2022. ISBN: 978-604-82-7001-8 Với bài toán vỡ đập một chiều trên đáy Ở những chỗ nghiệm bị gián đoạn vẫn có khô, độ sâu nước ban đầu là 10 m ở bên trái sự sai khác đáng kể giữa nghiệm số trị và của đập, bên phải không có nước. Kết quả nghiệm giải tích. Sự sai khác này là do việc mô hình được so sánh với nghiệm giải tích sử dụng các hàm giới hạn thông lượng để của Ritter (1892) như trên Hình 1. giảm sự dao động của nghiệm bậc cao bằng Với bài toán vỡ đập một chiều trên đáy cách sử dụng nghiệm bậc nhất ở khu vực gián ướt, điều kiện ban đầu là độ sâu nước 10 m ở đoạn nghiệm. bên trái của đập và độ sâu nước 1 m ở bên Hình 3 là kết quả tính toán cho bài toán vỡ phải của đập. Kết quả mô hình được so sánh đập 2 chiều trên đáy ướt (Fennema và với nghiệm giải tích của Stoker (1957) như Chaudhry, 1990). trên Hình 2. 4. KẾT LUẬN Bài báo đã trình bày một số kết quả của mô hình ngập lụt 2 chiều sử dụng phương pháp thể tích hữu hạn với lưới tính linh hoạt. Kết quả mô hình đã so sánh với các nghiệm giải tích cho kết quả khá tốt. Đây là cơ sở ban đầu để phát triển mô hình ngập lụt cho ĐBSCL. 5. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bradford, S. F. and B. F. Sanders (2002). Finite-Volume Model for Shallow-Water Flooding of Arbitrary Topography, J. Hydraulic Eng., 128(3), 289-298. [2] Fennema, R. J. and Chaudhry, M. H. Hình 2. So sánh kết quả tính toán vỡ đập (1990). Explicit methods for 2-D transient trên đáy ướt sau 30 giây free-surface flows, J. Hydraulic Từ Hình 1 và Hình 2 thấy rằng, kết quả tính Eng.,116(8), 1013-1034. toán diễn biến độ sâu nước bằng mô hình [3] Roe, P. L. (1981). Approximate Riemann trong các trường hợp vỡ đập với đáy khô và solvers, parameter vectors, and difference schemes. J. Comput. Phys., 43, 357-372. đáy ướt đều khá tốt. Kết quả của mô hình khá [4] Ritter, A. (1892). Die Fortpflanzung von phù hợp với các nghiệm giải tích. Điều này Wasserwellen [Propagation of water nhận được là do việc giải nghiệm bài toán xấp waves]. Zeitschrift Verein Deutscher xỉ Riemann theo phương pháp của Roe (1981). Ingenieure, 36(2), 947-954. [5] SOGREAH (1966). Mathematical Model of Mekong Delta: Comprehensive Report of the Different Determinations on the Great Lake Capacity, Cambodia. [6] Stoker, J. J. (1957). Water waves: The mathematical theories with applications. New York, Wiley. Hình 3. Kết quả bài toán vỡ đập 2 chiều trên đáy ướt sau 10 giây 557