Áp dụng các mô hình thủy lực để mô phỏng và dự báo lũ trên hệ thống sông Hồng

Mô hình thủy lực đã và đang được áp dụng để mô phỏng và dự báo lũ trên các hệ thống sông. Bài viết "Áp dụng các mô hình thủy lực để mô phỏng và dự báo lũ trên hệ thống sông Hồng" trình bày một số kết quả trong nghiên cứu và áp dụng các mô hình thủy lực trên để mô phỏng và dự báo lũ trên hệ thống sông Hồng. Mời các bạn cùng tham khảo.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Áp dụng các mô hình thủy lực để mô phỏng và dự báo lũ trên hệ thống sông HồngÁp dụng các mô hình thủy lực để mô phỏng và dự báo lũ trên hệ thống sông Hồng. Nguyễn Tuấn Anh, Hoàng Văn Lai, Nguyễn Hồng Phong Viện Cơ học, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam TÓM TẮT: Mô hình thủy lực đã và đang được áp dụng để mô phỏng và dự báo lũ trêncác hệ thống sông. Trong các phần mềm thủy lực hiện đại, thí dụ như MIKE và HEC, thường sửdụng các hệ phương trình mô tả: sóng động lực học (dynamic wave model), mô hình sóng khuếchtán (diffusive wave model), mô hình sóng động học (kinematic wave model). Sóng khuếch tán vàsóng động học là các mô hình được đơn giản hóa từ mô hình sóng động lực học và phù hợp hơntrong trường hợp số liệu không đầy đủ và chi tiết. Báo cáo này trình bày một số kết quả trong nghiên cứu và áp dụng các mô hình thủy lựctrên để mô phỏng và dự báo lũ trên hệ thống sông Hồng. Báo cáo gồm 3 phần. Phần 1 giới thiệu tổng quan về các mô hình thủy lực, phương pháp giải số và các mô đuntính toán tương ứng. Phần 2 trình bày một số kết quả áp dụng các mô hình cho một số bài toán mẫu. Phần 3 giới thiệu việc thu thập và xử lý số liệu trên hệ thống sông Hồng phục vụ cho cácmô hình và kết quả áp dụng để mô phỏng lũ năm 2008 và dự báo lũ năm 2009. Mở đầu. Sử dụng hợp lý tài nguyên nước nói chung, kiểm soát lũ lụt nói riêng, trên một lưu vựcsông phức tạp là một vấn đề lớn phục vụ trực tiếp cho việc phát triển kinh tế - xã hội và bảo vệmôi trường. Mô hình hóa là một công cụ quan trọng trong sử dụng tài nguyên nước. Trong hệthống mô hình cho một lưu vực sông, luôn luôn có mặt 2 loại mô hình là mô hình thủy văn và môhình thủy lực. Trong trường hợp dòng chảy trên lưu vực sông chủ yếu được hạn chế trong lòngsông do có đê bao (thí dụ như lưu vực hệ thống sông Hồng - sông Thái Bình), thì cùng với môhình thủy văn, mô hình thủy lực 1 chiều là các mô hình quan trọng nhất. Vì vậy, trong báo cáonày chúng tôi xin trình bày một số vấn đề liên quan đến các mô hình thủy lực 1 chiều trong môphỏng và dự báo lũ cho hệ thống sông Hồng - sông Thái Bình. 1. Giới thiệu tổng quan về các mô hình thủy lực 1 chiều Mô hình thủy lực 1 chiều, mô tả chuyển động của nước trông sông hoặc kênh hở, đượcxây dựng dựa trên hệ phương trình Saint Venant ([1]) đầy đủ (mô hình sóng động lực học SDLH- dynamic wave model). Một trong những dạng của hệ phương trình này là: Ac Q  q (1) t x Q   Q 2   Z      gA Sf   0 (2) t x  A   x Trong hệ phương trình (1), (2): Q=Q(x,t) – lưu lượng của dòng chảy; Z=Z(x,t) – mực nước; q -lưu lượng phụ; Ac - Diện tích mặt cắt (kể cả vùng chứa); A - Diện tích chảy; Sf - Sức cản đáy n 2Q Q Sf  (3) A 2R 4 / 3R là bán kính thủy lực; n - Hệ số Manning. Phương trình (1) là phương trình bảo toàn khối lượng, phương trình (2) là phương trìnhbảo toàn động lượng. Nếu bỏ đi 2 số hạng đầu trong phương trình bảo toàn động lượng (2), ta thu được phươngtrình: Z Sf  0 (4) xMô hình được xây dựng từ các phương trình (1) và (4) là mô hình sóng khuếch tán SKT(diffusive wave model, [2], [3]). Mô hình này có thể áp dụng để mô phỏng sóng chậm như sónglũ trong tự nhiên ([4],[5]). h Z h Nếu bỏ đi tiếp thành phần trong biểu thức = - S0 , h là độ sâu, S0 là độ dốc x x xcủa đáy sông, ta thu được phương trình: S0  S f (5)Mô hình được xây dựng từ các phương trình (1) và (5) là mô hình sóng động học SDH(kinematic wave model, [2], [3]). Mô hình này có thể áp dụng để mô phỏng sóng lũ chậm trênsông có độ dốc lớn ([5]). Khác với mô hình SDLH và SKT, trong mô hình SDH chi cần cho điềukiện biên lưu lượng ở thượng du. Mô hình SDH không mô tả được ảnh hưởng của mực nước ở hạdu đến dòng chảy. Trong áp dụng mô hình thủy lực 1 chiều, cùng với 3 mô hình SDLH, SKT, SDH còn 2cách tiếp cận (approach) sau được nhiều người sử dụng, đó là cách tiếp cận kiểu Muskingum vàMuskingum-Cunge. Cách tiếp cận kiểu Muskingum (MUS) là cách đơn giản nhất trong áp dụng mô hình thủylực 1 chiều. Trong cách ...