Tài liệu Luận văn thạc sĩ " Nghiên cứu ứng dụng mô hình toán mô phỏng lũ tràn đồng trên hệ thống sông Hương tỉnh Thừa Thiên Huế " ppt

-2-

Lời cảm ơn

Luận văn thạc sĩ khoa học "Nghiên cứu ứng dụng mô hình toán mô phỏng lũ
tràn đồng trên hệ thống sông Hơng tỉnh Thừa Thiên Huế" đã đợc hoàn thành
tại Khoa Khí tợng - Thủy văn - Hải dơng học, Trờng Đại học Khoa học Tự
nhiên, Đại học Quốc Gia Hà Nội tháng 6 năm 2008. Trong quá trình học tập,
nghiên cứu và hoàn thành luận văn, tác giả đã nhận đợc rất nhiều sự giúp đỡ
của thầy cô và đồng nghiệp.
Trớc hết, tác giả luận văn xin gửi lời cảm ơn chân thành đến TS. Nguyễn
Tiền Giang là ngời trực tiếp hớng dẫn và giúp đỡ trong quá trình nghiên cứu và
hoàn thành luận văn.
Tác giả cũng chân thành cảm ơn TS. Lê Văn Nghị và các đồng nghiệp tại
Viện Khoa học Thủy lợi, Viện Quy hoạch Thủy lợi đã hỗ trợ chuyên môn, thu
thập các tài liệu liên quan để luận văn đợc hoàn thành. Xin gửi lời cảm ơn sâu
sắc đến PGS. TS. Nguyễn Văn Tuần và GS. TS. Hoàng T An đã quan tâm chỉ bảo
trong suốt quá trình làm luận văn.
Trong khuôn khổ của luận văn, do thời gian và điều kiện hạn chế nên không
tránh khỏi những thiếu sót. Vì vậy, tác giả rất mong nhận đợc những ý kiến đóng
góp quý báu của độc giả và những ngời quan tâm.

Tác giả

-3-

mục lục
Trang
Lời cảm ơn
2
Danh mục bảng
5
Danh mục hình
7
Mở đầu 9
Chơng 1. Tổng quan về các mô hình và những nghiên cứu trớc đây
11
1.1. Một số mô hình ma rào - dòng chảy thông dụng 11
1.1.1. Mô hình đờng đơn vị 11
1.1.2. Mô hình TANK 13
1.1.3. Mô hình SSARR 14
1.1.4. Mô hình NAM 15
1.2. Một số mô hình thủy lực thông dụng 16
1.2.1. Mô hình VRSAP 17
1.2.2. Mô hình HEC-RAS 19
1.2.3. Mô hình MIKE 11 20
1.2.4. Mô hình MIKE 21 23
1.2.5. Mô hình MIKE FLOOD 25
1.2.6. Một số mô hình khác 28
1.3. Những nghiên cứu trớc đây về lu vực 30

1.4. Nhận xét 32
Chơng 2. Tổng quan về lu vực sông Hơng
34
2.1. Đặc điểm địa lý tự nhiên lu vực 34
2.1.1. Vị trí địa lý 34
2.1.2. Đặc điểm địa hình 35
2.1.3. Đặc điểm địa chất 39
2.1.4. Thảm phủ thực vật 40
2.1.5. Đặc điểm khí tợng 42
2.1.6. Đặc điểm thủy văn 47
2.2. Tình hình ma - lũ trên hệ thống sông Hơng 52
2.2.1. Ma lũ và các hình thế thời tiết gây ma lũ lớn 52
2.2.2. Tổ hợp ma lũ trên 3 nhánh sông 53
2.2.3. Đặc điểm dòng chảy lũ 55
-4-
2.3. Các công trình tác động đến dòng lũ 59
2.4. Tình hình dân sinh kinh tế 62
2.5. Nhận xét 64
Chơng 3. Tính toán thủy lực hệ thống sông Hơng
bằng mô hình kết hợp 1 và 2 chiều
65
3.1. Tình hình tài liệu 65
3.1.1. Tài liệu chuỗi thời gian 65
3.1.2. Dữ liệu địa hình và không gian 67
3.2. Thiết lập mô hình một chiều MIKE 11 69
3.2.1. Phạm vi mô phỏng MIKE 11 69
3.2.2. Thiết lập mô hình thủy lực mạng sông 71
3.2.3. Mô phỏng, hiệu chỉnh sơ bộ 75
3.3. Thiết lập biên trên cho mô hình MIKE 11 78
3.3.1. Phân chia lu vực 78

3.3.2. Xác định trọng số các trạm quan trắc 79
3.3.3. Hiệu chỉnh mô hình 80
3.3.4. Xác định thông số 81
3.3.5. Kết quả mô phỏng ma - dòng chảy 83
3.3.6. Kết nối mô hình NAM với mô hình MIKE 11 84
3.4. Thiết lập mô hình hai chiều MIKE 21 86
3.4.1. Thiết lập bản đồ cao độ số Bathymetry 86
3.4.2. Các thông số cơ bản của mô hình 88
3.4.3. Điều kiện biên của mô hình 89
3.4.4. Mô phỏng sơ bộ 91
3.5. Hiệu chỉnh mô hình MIKE FLOOD với trận lũ 11/2004 91
3.5.1. Thiết lập các kết nối 91
3.5.2. Mô phỏng và hiệu chỉnh mô hình 94
3.5.3. Kết quả mô phỏng 98
3.6. Kiểm định mô hình MIKE FLOOD với trận lũ 11/1999 102
3.6.1. Kiểm định mô hình 102
3.6.2. Kết quả mô phỏng 105
3.6.3. So sánh kết quả tính toán 109
3.6.4. Nhận xét, đánh giá trận lũ tháng 11/1999 112
Kết luận
113
Tài liệu tham khảo
116
Phụ lục
-5-

Danh mục bảng
Trang
Bảng 2.1.1. Lợng ma trung bình nhiều năm tại các trạm đo
44

Bảng 2.1.2. Lợng ma lớn nhất năm 1999
46
Bảng 2.1.3. Thống kê số trận bão đổ bộ vào Việt Nam từ năm 1891 đến 1999
46
Bảng 2.1.4. Các đặc trng thủy văn tại một số tuyến quan trắc
48
Bảng 2.1.5. Diện tích úng ngập tại Thừa Thiên Huế một số năm
49
Bảng 2.2.1. Chênh lệch thời gian xuất hiện các trận ma lũ lớn nhất hàng năm
của 3 trạm ma đại biểu
54
Bảng 2.2.2. Thống kê mực nớc lũ các năm tại Thừa Thiên Huế 57
Bảng 2.2.3. Lu lợng lũ lớn nhất chính vụ trên sông Hơng
57
Bảng 2.2.4. Lũ tiểu mãn thực đo trên sông Hơng 58
Bảng 2.2.5. Mực nớc lớn nhất trên sông Hơng qua các trận lũ lớn
58
Bảng 2.2.6. Mực nớc lũ lớn nhất dọc sông Hơng 58
Bảng 2.3.1. Thông số của một số công trình trên hệ thống
62
Bảng 3.1.1. Các trạm quan trắc khí tợng 65
Bảng 3.1.2. Các trạm quan trắc thủy văn
66
Bảng 3.2.1. Thông số mạng lới sông tính toán
71
Bảng 3.2.2. Thống kê mặt cắt trên hệ thống
73
Bảng 3.2.3. Biên trong mô hình thủy lực MIKE 11
74
Bảng 3.3.1. Diện tích các tiểu lu vực

79
Bảng 3.3.2. Các thông số của mô hình NAM
82
Bảng 3.3.3. Kết quả mô phỏng dòng chảy từ mô hình NAM năm 2004
83
Bảng 3.3.4. Danh sách nối mô hình NAM vào mô hình MIKE 11
84
Bảng 3.5.1. Các kết nối trong mô hình MIKE FLOOD
91
Bảng 3.5.2. Giá trị mực nớc và lu lợng lũ lớn nhất tại một số vị trí
98
Bảng 3.5.3. Chỉ tiêu đánh giá sai số giữa thực đo và tính toán
tại trạm Phong Bình trên sông Ô Lâu
99
-6-
Bảng 3.5.4. Chỉ tiêu đánh giá sai số giữa thực đo và tính toán
tại trạm Phú ốc trên sông Bồ
99
Bảng 3.5.5. Chỉ tiêu đánh giá sai số giữa thực đo và tính toán
tại trạm Kim Long trên sông Hơng
99
Bảng 3.5.6. Chỉ tiêu đánh giá sai số giữa thực đo và tính toán
tại trạm Bình Điền trên sông Hữu Trạch
100
Bảng 3.6.1. Lợng ma ngày gây lũ 1999 tại Thừa Thiên Huế
102
Bảng 3.6.2. Giá trị mực nớc và lu lợng lũ lớn nhất tại một số vị trí
105
Bảng 3.6.3. Chỉ tiêu đánh giá sai số giữa thực đo và tính toán
tại trạm Phú ốc trên sông Bồ

106
Bảng 3.6.4. Chỉ tiêu đánh giá sai số giữa thực đo và tính toán
tại trạm Kim Long trên sông Hơng
106
Bảng 3.6.5. Kết quả tính toán mực nớc lũ lớn nhất tại một số vị trí
111

-7-

Danh mục Hình
Trang

Hình 1.1.1. Cấu trúc mô hình NAM 16
Hình 1.2.1. Bảo toàn khối lợng 22
Hình 1.2.2. Sơ đồ kết nối chuẩn 26
Hình 1.2.3. Sơ đồ kết nối hai bên 27
Hình 1.2.4. Sơ đồ kết nối công trình 27
Hình 2.1.1. Vị trí địa lý vùng nghiên cứu 34
Hình 2.1.2. Bản đồ địa hình tỉnh Thừa Thiên Huế 36
Hình 2.1.3. Địa hình tỉnh Thừa Thiên Huế nhìn từ hạ lu 36
Hình 2.1.4. Đờng đẳng trị lợng ma bình quân năm lu vực sông Hơng 45
Hình 3.1.1. Vị trí các trạm khí tợng - thủy văn 66
Hình 3.1.2. Mô hình cao độ số (DEM) độ phân giải 90 m 90 m 67
Hình 3.1.3. Số liệu mặt cắt năm 1999 trên sông Bồ tại vị trí 2.010 68
Hình 3.1.4. Địa hình vùng đồng bằng sông Hơng 68
Hình 3.1.5. Bình đồ đầm phá và cửa biển 68
Hình 3.1.6. Địa hình đáy biển 68
Hình 3.1.7. Sơ đồ thủy lực hệ thống sông Hơng trong mô hình VRSAP 69
Hình 3.2.1. Phạm vi mô phỏng của mô hình 70
Hình 3.2.2. Mạng lới sông tính toán 70

Hình 3.2.3. Vị trí các mặt cắt trong hệ thống 72
Hình 3.2.4. Các công trình trên hệ thống 73
Hình 3.2.5. Vị trí các biên trong mô hình MIKE 11 74
Hình 3.2.6. Các điểm tính toán lu lợng và mực nớc 76
Hình 3.2.7. Mực nớc thực đo và tính toán tại 2 trạm Phú ốc và Phong Bình 77
Hình 3.2.8. Mực nớc thực đo và tính toán tại 2 trạm Kim Long và Bình Điền 77
Hình 3.3.1. Sơ đồ khối xây dựng mô hình NAM 78
Hình 3.3.2. Phân vùng các tiểu lu vực 79
Hình 3.3.3. Đờng lũy tích tổng lợng tại trạm Thợng Nhật 80
-8-
Hình 3.3.4. Đờng quá trình lu lợng tại trạm Thợng Nhật 80
Hình 3.3.5. Đờng lũy tích tổng lợng tại trạm Cổ Bi 81
Hình 3.3.6. Đờng quá trình lu lợng tại trạm Cổ Bi 81
Hình 3.3.7. Dòng chảy sinh ra trên 7 tiểu lu vực từ ngày 20/11 04/12/2004 83
Hình 3.3.8. Vị trí nối mô hình NAM vào mô hình MIKE 11 86
Hình 3.4.1. Phạm vi mô phỏng mô hình MIKE 21 87
Hình 3.4.2. Dữ liệu địa hình đầu vào của bản đồ DEM 87
Hình 3.4.3. Bản đồ cao độ số Bathymetry với độ phân giải 120 m 120 m 88
Hình 3.4.4. Địa hình vùng nghiên cứu mô phỏng bằng MIKE 21 88
Hình 3.4.5. Mực nớc thực đo ở phía ngoài cửa Thuận An 11/2004 90
Hình 3.4.6. Mực nớc thực đo ở phía ngoài cửa T Hiền 11/2004 90
Hình 3.5.1. Mô hình MIKE FLOOD 93
Hình 3.5.2. Mực nớc thực đo và tính toán tại trạm Phong Bình
trên sông Ô Lâu 96
Hình 3.5.3. Mực nớc thực đo và tính toán tại trạm Phú ốc trên sông Bồ 96
Hình 3.5.4. Mực nớc thực đo và tính toán tại trạm Kim Long
trên sông Hơng 97
Hình 3.5.5. Mực nớc thực đo và tính toán tại trạm Bình Điền
trên sông Hữu Trạch 97
Hình 3.5.6. Phạm vi ngập lụt lớn nhất lúc 20h00 ngày 26/11/2004 98

Hình 3.5.7. Trờng vận tốc chi tiết tại cửa Thuận An và ngã ba Sình
lúc 20h00 ngày 26/11 101
Hình 3.6.1. Kết quả mô phỏng từ mô hình NAM với trận lũ tháng 11/1999 103
Hình 3.6.2. Mực nớc thực đo và tính toán tại trạm Phú ốc trên sông Bồ 104
Hình 3.6.3. Mực nớc thực đo và tính toán tại trạm Kim Long
trên sông Hơng 104
Hình 3.6.4. Trờng vận tốc tại ngã ba Sình lúc 15h00 ngày 02/11/1999 107
Hình 3.6.5. Phạm vi ngập lụt lớn nhất lúc 10h00 ngày 03/11/1999 108
Hình 3.6.6. Diễn biến ngập lụt trên hệ thống sông Hơng 109
Hình 3.6.7. Phạm vi ngập lụt lúc 03h00 ngày 06/11/1999 110
Hình 3.6.8. ảnh vệ tinh ngày 06/11/1999 110
-9-

Mở đầu
1. Đặt vấn đề
Trong lịch sử tồn tại và phát triển của dân tộc ta, lũ lụt luôn là mối đe dọa
hàng đầu và đã gây ra nhiều thiệt hại về ngời và của. Cùng với sự tăng trởng
của các ngành kinh tế, đòi hỏi mức độ an toàn chống lũ lụt ngày càng cao và hạn
chế tối đa thiệt hại.
Hệ thống sông Hơng - tỉnh Thừa Thiên Huế bắt nguồn từ phía Đông dãy
Trờng Sơn và núi Bạch Mã, dòng chính chảy theo hớng Nam - Bắc đổ ra biển
thông qua cửa Thuận An và T Hiền. Lu vực tập trung tới 70% dân số và chiếm
tới 90% tổng sản phẩm hàng năm của cả tỉnh. Thành phố Huế nằm ở trung tâm
của lu vực, đây là trung tâm kinh tế, văn hóa, chính trị và là một trong những
trung tâm du lịch lớn nhất cả nớc.
Trong quá trình phát triển kinh tế - xã hội, việc khai thác tổng hợp tài
nguyên nớc cho các mục đích khác nhau trên hệ thống sông Hơng đã đem lại
những giá trị to lớn đóng vai trò quan trọng cho các ngành kinh tế trong tỉnh nh:
du lịch, công nghiệp, thủy lợi, thủy sản, nông nghiệp
Tỉnh Thừa Thiên Huế là tỉnh thờng xuyên phải gánh chịu thiệt hại do lũ lụt

gây ra nh phá hủy cơ sở hạ tầng, gây ngập lụt trên diện rộng, làm đình trệ sản
xuất, ngoài ra còn gây mất mát về ngời và tài sản của nhân dân và nhà nớc.
Đặc biệt, thành phố Huế do địa hình thấp nên bị ngập trong nớc lũ làm h hỏng
di tích lịch sử, gây tổn hại đến di sản văn hóa của đất nớc và thế mạnh du lịch
của tỉnh. Điển hình nh trận lũ tháng 11 năm 1999 đã gây ngập lụt trên diện rộng,
làm chết 358 ngời, ớc tính tổng thiệt hại về kinh tế lên tới 1.738 tỷ đồng, gây
phá hủy nhiều công trình, cơ sở hạ tầng, làm sập nhiều nhà dân.
Do vậy, "Nghiên cứu ứng dụng mô hình toán mô phỏng lũ tràn đồng trên hệ
thống sông Hơng tỉnh Thừa Thiên Huế" là rất cần thiết, đang là mối quan tâm
của các nhà quản lý và những ngời làm khoa học.
2. Mục đích của đề tài
+ Phân tích nguyên nhân gây ngập lụt trên hệ thống sông Hơng.
+ Nghiên cứu mô phỏng chi tiết tình trạng ngập lụt trên toàn hệ thống.
-10-
3. Đối tợng và phạm vi nghiên cứu
+ Đối tợng: Dòng chảy lũ trên hệ thống sông Hơng.
+ Phạm vi nghiên cứu: Lu vực sông Hơng - Thừa Thiên Huế (gồm toàn bộ
đồng bằng và đầm phá ven biển).
4. Phơng pháp nghiên cứu
+ Phân tích tổng hợp tài liệu.
+ Mô hình toán thủy văn thủy lực: Mô hình MIKE FLOOD (1D + 2D).
5. Bố cục của luận văn
Ngoài phần mở đầu và kết luận, luận văn gồm 3 chơng chính:
+ Chơng 1. Tổng quan về các mô hình và những nghiên cứu trớc đây.
+ Chơng 2. Tổng quan về lu vực sông Hơng.
+ Chơng 3. Tính toán thủy lực hệ thống sông Hơng bằng mô hình MIKE
FLOOD kết hợp 1 và 2 chiều.
-11-

Chơng 1

Tổng quan về các mô hình
và những nghiên cứu trớc đây
1.1. Một số mô hình ma rào - dòng chảy thông dụng
Mô hình hệ thống thủy văn có thể là mô hình vật lý, mô hình tơng tự hay
mô hình toán học. Mô hình vật lý bao gồm các mô hình tỷ lệ tức là các mô hình
biểu thị hệ thống thật dới dạng thu nhỏ nh mô hình thủy lực của đập tràn. Mô
hình tơng tự là một mô hình vật lý khác có tính chất tơng tự nh mô hình
nguyên thể, ví dụ nh mô hình tơng tự điện trong thủy lực.
Mô hình toán học miêu tả hệ thống dới dạng toán học. Mô hình toán học là
tập hợp các phơng trình toán học, các mệnh đề logic thể hiện các quan hệ giữa
các biến và các thông số của mô hình để mô phỏng hệ thống tự nhiên hay nói
cách khác mô hình toán học là một hệ thống biến đổi đầu vào (hình dạng, điều
kiện biên, lực v.v ) thành đầu ra (tốc độ dòng chảy, mực nớc, lu lợng v.v ).
Các mô hình thủy văn có thể đợc dùng để xác định điều kiện biên cho mô
hình thủy lực. Trong thủy văn có nhiều dạng hàm tập trung nớc và có nhiều
phơng pháp xây dựng nó. Phơng pháp chảy đẳng thời dựa vào tốc độ chảy biến
đổi để xác định diện tích chảy đằng thời, từ đó xác định đợc đờng tập trung
nớc. Phơng pháp đờng lu lợng đơn vị lần đầu tiên do Sherman đề nghị, sau
đó đợc nhiều tác giả phát triển và hoàn thiện. Đờng tập trung nớc của Kalinin
- Miliukov và đờng đơn vị Nash đều xem sự điều tiết trong sông hay trong lu
vực tơng đơng với sự điều tiết của một hệ thống hồ chứa tuyến tính đồng nhất.
Từ giả thiết đó, tuy bớc đi và cách giải quyết cụ thể có khác nhau, nhng cả hai
đều dẫn tới đờng tập trung nớc có dạng tơng tự dạng hàm Gamma. Một số
dạng đờng đơn vị tổng hợp nh Snyder, SCS, Clark đợc nghiên cứu xây dựng
để tính toán cho lu vực không có tài liệu quan trắc dòng chảy.
1.1.1. Mô hình đờng đơn vị
Mô hình đợc Sherman đề xuất năm 1932, là một dạng mô hình thủy văn tất
định hộp đen ra đời sớm nhất trên thế giới. Bản chất của phơng pháp là xử lý hàm
tập trung nớc bằng đờng đơn vị. Đờng đơn vị đợc định nghĩa là đờng quá
trình dòng chảy trực tiếp đợc tạo ra bởi một đơn vị lợng ma vợt quá thấm

-12-
(hay ma hiệu quả) phân bố đều trên lu vực và có cờng độ ma không đổi trong
khoảng thời gian ma hiệu quả. Mối quan hệ lợng ma vào và lợng dòng chảy
ra của hệ thống đợc biểu đạt thông qua một hàm truyền, còn gọi là hàm tập trung
nớc hoặc hàm ảnh hởng hoặc đờng đơn vị tổng hợp. Hàm truyền thờng đợc
tính ngợc từ tài liệu thực đo của lợng vào và lợng ra của hệ thống. Khi hàm
truyền đợc xác định, lợng ra của hệ thống đợc tính theo tích phân Duhamel:
[8, 27, 35]




t
0
Q t h .f t .d
(1.1.1)
Trong đó:
Q(t) - lu lợng tại thời điểm t bất kỳ;
h() - lợng ma hiệu quả;
f(t ) - hàm ảnh hởng.
Có 3 phơng pháp thờng dùng để xác định đờng đơn vị:
+ Xây dựng đờng đơn vị trực tiếp từ tài liệu thực đo.
+ Tính toán đờng đơn vị từ phơng trình rời rạc của tích phân chập Duhamel.
+ Phơng pháp đờng đơn vị dạng Nash.
Đờng đơn vị tổng hợp:
Phơng pháp này đợc áp dụng khi lu vực không có tài liệu quan trắc dòng
chảy. Có 3 dạng đờng thờng dùng là Snyder; Clark và SCS.
- Đờng đơn vị tổng hợp Snyder: Phơng pháp do Snyder đề xuất năm 1938
dựa theo mối quan hệ giữa các đặc trng hình dạng của một đờng quá trình
đơn vị chuẩn. Các đặc trng của đờng đơn vị cần xác định đối với thời gian

ma hiệu quả cho trớc là: thời gian trễ T
p
; lu lợng đỉnh trên một đơn vị
diện tích của lu vực q
p
; độ dài thời gian đáy t
b
và các chiều rộng W của
đờng quá trình tại các tung độ bằng 50%; 75% của lu lợng đỉnh. Sử dụng
các đặc trng này có thể xác định đợc đờng quá trình đơn vị theo yêu cầu.
- Đờng quá trình đơn vị Clark: Phơng pháp này đợc đề xuất năm 1945,
đòi hỏi phải xác định 3 yếu tố làm cơ sở cho tính toán đờng đơn vị, đó là
thời gian tập trung dòng chảy T
c
; hệ số lợng trữ R và đờng quan hệ thời
gian ~ diện tích lu vực.
-13-
- Đờng đơn vị không thứ nguyên SCS: Phơng pháp do Cơ quan Bảo vệ thổ
nhỡng Hoa Kỳ đề xuất năm 1972, cho phép tính đờng đơn vị thông qua
các đặc trng lu vực và giới hạn giữ nớc tối đa trên lu vực đợc tính từ
phơng pháp đờng cong SCS. Phơng pháp này đơn giản và đã đợc áp
dụng cho nhiều lu vực sông suối ở nớc ta.
1.1.2. Mô hình TANK
Mô hình TANK ra đời năm 1956 tại trung tâm quốc gia phòng chống lũ lụt
Nhật, tác giả là M. Sugawar. Lu vực đợc mô tả nh một chuỗi các bể chứa sắp
xếp theo hai phơng thẳng đứng và nằm ngang. Giả thiết cơ bản của mô hình:
dòng chảy mặt cũng nh dòng thấm là các hàm số của lợng nớc trữ trong các
tầng đất. Mô hình có hai dạng cấu trúc đơn và kép. [8, 27, 35]
+ Mô hình TANK đơn: không xét sự biến đổi của độ ẩm đất theo không gian,
phù hợp với những lu vực nhỏ trong vùng ẩm ớt quanh năm. Lu vực

đợc mô tả bởi bốn bể chứa xếp theo chiều thẳng đứng. Mỗi bể chứa có một
hoặc một vài cửa ra ở thành bên và một cửa ra ở đáy. Lợng ma rơi xuống
mặt đất đi vào bể trên cùng. Sau khi khấu trừ tổn thất bốc hơi một phần sẽ
thấm xuống bể dới theo cửa ra ở đáy, một phần cung cấp cho dòng chảy
trong sông theo các cửa ra ở thành bên. Quan hệ giữa lợng dòng chảy qua
các cửa với lợng ẩm trong các bể là tuyến tính.
Y =

(X H) (1.1.2)
Y
0
=

X (1.1.3)
Trong đó:
X - lợng ma;
H - độ cao cửa ra thành bên;
, - hệ số cửa ra thành bên và đáy;
Y, Y
0
- dòng chảy tại cửa ra thành bên và đáy.
Mô hình TANK mô phỏng cấu trúc ẩm trong các tầng đất của lu vực.
Lợng dòng chảy hình thành từ các bể thể hiện đặc tính các thành phần dòng
chảy mặt sát mặt và dòng chảy ngầm. Dòng chảy hình thành từ tất cả các bể chứa
mô tả sự biến dạng dòng chảy do tác dụng điều tiết của dòng sông là lớp nớc có
sẵn ban đầu trong sông.
-14-
+ Mô hình TANK kép: xét đến sự biến đổi độ ẩm của đất theo không gian.
Lu vực đợc chia thành các vành đai có độ ẩm khác nhau. Một vành đai
đợc diễn tả bằng một mô hình TANK đơn. Về nguyên tắc số lợng vành

đai có thể bất kỳ. Nhng trong thực tế tính toán thờng lấy 4 vành đai mỗi
vành đai có 4 bể, tổng cộng toàn mô hình có 16 bể chứa.
Với sự mô phỏng này, trên toàn lu vực có những phần ẩm, phần khô biến
đổi theo quy luật nhất định. Khi ma bắt đầu, phần lu vực ẩm ớt sẽ phát triển từ
khu hẹp ven sông lan dần đến những vùng cao hơn theo thứ tự S
4
, S
3
, S
2
, S
1
(trong
đó S
i
biểu thị vành đai thứ i so với toàn lu vực). Ngợc lại, khi mùa khô bắt đầu
do lợng ẩm ớt cung cấp ít dần hoặc không có, lu vực sẽ khô dần từ những
vành đai cao nhất đến vành đai thấp hơn theo thứ tự S
1
, S
2
, S
3
, S
4
. Trong cấu trúc
kép, lớp nớc tự do trong mỗi bể đợc chuyển động theo hai hớng: thẳng đứng
và nằm ngang. Mỗi bể chứa nhận đợc nớc từ phía bể trên cùng vành đai và từ
bể phía trớc ở cùng tầng. Đối với mô hình TANK kép thì còn có thêm các thông
số S

i
(i = 1, 2, 3, 4).
1.1.3. Mô hình SSARR
Mô hình SSARR do Rockwood đề xuất từ năm 1956. Khi xây dựng mô hình
này, tác giả quan niệm rằng hệ thống sông ngòi dù phức tạp cũng chỉ gồm các
thành phần cơ bản sau: các lu vực sông nhỏ; các hồ chứa tự nhiên và nhân tạo;
các đoạn sông. Do đó, tác giả xây dựng mô hình toán cho từng loại. Sau cùng tập
hợp lại để có đợc một mô hình toán của cả hệ thống sông. Các mô hình toán
thành phần đều sử dụng hai phơng trình cơ bản là phơng trình liên tục và
phơng trình lợng trữ. [8]
Phơng trình liên tục:


1 1 2 2
t t 1 t t 1 t 1 t
1 1
Q Q t Q Q t W W
2 2


(1.1.7)
Phơng trình lợng trữ:

s
W T Q

(1.1.8)
Trong đó: T
s
- thời gian trữ nớc; Chỉ số trên - vị trí mặt cắt; Chỉ số dới - thời đoạn.

Nh vậy nếu biết đợc lu lợng chảy vào trung bình, lu lợng chảy ra ở
đầu thời đoạn tính toán Q
t
và thời gian trữ nớc của hồ T
s
thì có thể tính đợc lu
lợng chảy ra ở cuối thời đoạn tính toán Q
2
.
-15-
Các mô hình thành phần trong SSARR gồm có:
+ Mô hình lu vực.
+ Mô hình dòng chảy trong sông.
+ Mô hình hồ chứa.
+ Mô hình hệ thống sông.
1.1.4. Mô hình NAM
Mô hình thủy văn NAM mô phỏng quá trình ma - dòng chảy xảy ra tại
phạm vi lu vực sông. NAM là một mô đun ma - dòng chảy (RR) của hệ thống
mô hình sông MIKE 11. Mô đun này có thể áp dụng độc lập hoặc sử dụng để tính
toán cho một hoặc nhiều lu vực tham gia tạo dòng chảy gia nhập khu giữa vào
một mạng sông. Do đó có thể thực hiện việc tính toán riêng một lu vực nhỏ hoặc
xử lý một lu vực lớn có nhiều lu vực nhỏ và một mạng sông ngòi phức tạp. [15,
19, 22, 44]
NAM là từ viết tắt của tiếng Đan Mạch Nedbor - Afstromnings - Model,
có nghĩa là Mô hình Giáng thủy - Dòng chảy mặt. Mô hình này do Khoa Tài
nguyên nớc và Thủy lợi của trờng Đại học Đan Mạch xây dựng (Nielsen và
Hansen, 1973).
Mô hình thủy văn toán học nh NAM là một bộ biểu thức toán học kết nối
mô tả bằng hình thức toán học đơn giản có xét đến cả quá trình tổn thất thấm qua
đất trong chu trình thủy văn. NAM tính đến các yếu tố khác nhau trong quá trình

ma - dòng chảy thông qua việc xem xét liên tục các thành phần của nớc trong
bốn dạng trữ khác nhau và tơng tác nhau. Mỗi dạng trữ thể hiện một thành phần
vật lý khác nhau của lu vực sông nhỏ. NAM có thể sử dụng cho việc thiết lập
một loạt mô hình thủy văn liên tục hoặc mô phỏng những sự kiện riêng lẻ.
Mô hình NAM là một công cụ kỹ thuật tốt, đã đợc áp dụng cho một số lu vực
sông nhỏ trên thế giới, với các hiện tợng thủy văn và điều kiện khí hậu khác nhau.
NAM là một mô hình khái niệm dựa trên phơng trình và cấu trúc vật lý
cùng với cấu trúc bán kinh nghiệm. Mô hình NAM xử lý mỗi một lu vực nh là
một đơn vị riêng lẻ. Do đó, tham số và biến số thể hiện giá trị trung bình cho toàn
lu vực. Một vài tham số mô hình đợc xác định từ dữ liệu lu vực vật lý nhng
giá trị tham số cuối cùng phải đợc tiến hành bằng cách thẩm định với chuỗi
quan trắc thực đo.
-16-
NAM hình thành nên một phần mô đun ma - dòng chảy (RR) của hệ thống
mô hình MIKE 11. Cấu trúc NAM đợc trình bày theo sơ đồ (Hình 1.1.1).

Ghi chú: các ký hiệu nh trong phụ lục PL.1.1
Hình 1.1.1. Cấu trúc mô hình NAM
NAM mô phỏng quá trình ma - dòng chảy bằng việc mô tả liên tục cho các
thành phần trong 4 vùng trữ lợng tơng tác lẫn nhau bao gồm:
- Trữ lợng tuyết;
- Trữ lợng mặt;
- Trữ lợng sát mặt;
- Trữ lợng nớc ngầm.
Ngoài ra NAM cho phép xử lý các can thiệp của con ngời trong chu kỳ
thủy văn nh tới và bơm nớc ngầm. Các thành phần cơ bản của mô hình MIKE
NAM đợc trình bày trong phần phụ lục (PL.1.1).
1.2. Một số mô hình thủy lực thông dụng
Hiện nay, ở nớc ta và trên thế giới đang sử dụng nhiều mô hình thủy lực để
tính toán các đặc trng khác nhau của dòng chảy. Các mô hình đợc sử dụng

-17-
nhiều nhất và phổ biến nhất là các mô hình toán thủy lực dòng chảy hở một chiều
để xác định lu lợng Q và mực nớc Z trong nhiều bài toán nh truyền triều,
truyền lũ trên hệ thống sông và kênh dẫn. Ngoài ra còn có các mô hình truyền
chất (mặn, phù sa ) trên hệ thống sông, mô hình tính toán thủy lực dòng chảy
xiết trên kênh có độ dốc lớn, mô hình tính thủy lực công trình
1.2.1. Mô hình VRSAP
Mô hình VRSAP (Vietnam River System And Plains) do cố PGS. TS.
Nguyễn Nh Khuê xây dựng từ 1965 đến 1993.

Tiền thân của nó là mô hình
KRSAL, đợc sử dụng rộng rãi ở nớc ta trong khoảng 30 năm trở lại đây. Hiện
nay VRSAP cũng nh KRSAL đã có nhiều cải tiến, chủ yếu là ở các thủ tục ra -
vào của chơng trình tính, còn phần cốt lõi của của chơng trình vẫn giữ nguyên.
Đây là mô hình toán thủy văn - thủy lực của dòng chảy một chiều trên hệ thống
sông ngòi có nối với đồng ruộng và các khu chứa khác. Dòng chảy trong các
đoạn sông đợc mô tả bằng hệ phơng trình Saint-Venant đầy đủ, không bỏ bớt
một vài số hạng nh trong một số mô hình khác [7]. Dòng chảy qua các công
trình đợc mô tả bằng các công thức thủy lực đã biết và đợc đa về cùng một số
hạng nh phơng trình của các đoạn sông. Dòng chảy tràn vào các ô ruộng hay
khu chứa đợc mô phỏng theo t tởng chung của mô hình SOGREAH. Các khu
chứa nớc và các ô đồng ruộng trao đổi nớc với sông và trao đổi nớc với nhau
qua các tràn hay cống điều tiết. Do đó, mô hình đã chia các khu chứa và các ô
đồng ruộng thành hai loại chính. Loại kín trao đổi nớc với sông qua cống điều
tiết, loại hở trao đổi nớc với sông qua tràn mặt hay trực tiếp gắn với sông nh
các khu chứa thông thờng.
Mô hình VRSAP cũng xét đến sự gia nhập của ma trong tính toán thủy lực
dòng chảy trong các hệ thống sông khi diễn toán lũ hay tính tiêu nớc cho hệ
thống thủy nông. Mô hình cũng xét đến khả năng truyền mặn trên hệ thống sông
và đồng ruộng. Sơ đồ tính trong VRSAP là sơ đồ sai phân ẩn lới chữ nhật có xét

đến trọng số đối với các bớc sai phân theo thời gian t và không gian x.
Mô hình VRSAP phù hợp với điều kiện Việt Nam, có thể sử dụng để:
+ Tính toán và tìm ra quy luật thay đổi của lu lợng Q và mực nớc Z tại từng
mặt cắt trên hệ thống sông và ô chứa kể cả vùng bị ảnh hởng của thủy triều.
+ Giải bài toán tiêu úng, thoát lũ và cấp nớc trên các hệ thống công trình
thủy lợi vùng đồng bằng và ven biển.
-18-
+ Lập các phơng án quy hoạch quản lý và khai thác thủy lợi trên lu vực
sông lớn nhỏ và các hệ thống công trình thủy lợi.
+ Tính truyền triều và truyền mặn trên các hệ thống sông v.v
Mô hình VRSAP là mô hình mã nguồn mở, nên từ đó nhiều tác giả đã cải
tiến để mô hình có thể tính đợc truyền tải phù sa, tính tiêu thoát nớc đô thị. Các
loại mô hình toán này hiện cũng đang đợc ứng dụng ở nớc ta và cho kết quả
tốt. Một số ứng dụng của mô hình cho hệ thống sông Hồng, sông Thái Bình, sông
Cả, sông Nhật Lệ, sông Hơng, sông Thu Bồn, sông Cửu Long đều đạt các kết
quả tin cậy. Mô hình VRSAP ứng dụng rất có hiệu quả đối với việc tính toán thủy
lực tới, tiêu các hệ thống thủy nông, quy hoạch và lập các dự án quản lý, khai
thác hệ thống thủy nông, tính toán quy mô các công trình trên hệ thống, quản lý
lu vực và tài nguyên ở nớc ta.
Chuyển động của chất lỏng trong lòng dẫn hở có thể mô tả bằng hệ phơng
trình Saint-Venant. Trong mô hình VRSAP, hệ phơng trình Saint-Venant của
dòng chảy một chiều là hệ phơng trình thủy động lực viết cho dòng chảy một
chiều trong lòng dẫn hở: [1, 5, 7, 14, 19, 21]
+ Phơng trình liên tục:

c
Q Z
B q
x t

(1.2.1)
+ Phơng trình động lực:


*
c
2
2
*
0
2 3
B ' B
Z 1 Q Z
1 Fr Q
x gA t t
gA
Q
Q A
q J
x
gA gA

(1.2.2)
Mô hình VRSAP chỉ giải quyết đợc bài toán mà dòng chảy có số Froude
(
2
0
3
Q
Fr B
gA


) nhỏ hơn 1 (tức là dòng chảy êm).
Hệ gồm hai phơng trình (1.2.1) và (1.2.2) là hệ phơng trình Saint-Venant
có hai ẩn số là:
+ Q = Q(x, t) là lu lợng trung bình mặt cắt phụ thuộc vị trí x và thời điểm t.
+ Z = Z(x, t) là mực nớc tại mặt cắt x, thời điểm t.
Trong đó, biến không gian x và thời gian t là hai biến độc lập.
-19-
ý nghĩa của các đại lợng trong hệ phơng trình Saint-Venant:
B
c
- chiều rộng toàn mặt cắt ngang sông, B
c
= B + B
b
;
B - chiều rộng lòng sông;
B
b

- chiều rộng bãi sông;
q - lu lợng dòng chảy gia nhập trên một đơn vị dài theo đoạn sông;
J - độ dốc thủy lực, đợc tính theo công thức tổn thất của dòng chảy ổn định,
2 2
Q Q
J
A C R

;
R - bán kính thủy lực,
A
R
P

;
A - diện tích mặt cắt ớt;
P - chu vi ớt;
C - hệ số Chezy. Nếu tính theo công thức Manning,
1
6
1
C R
n

.
n - hệ số nhám Manning;

0
- hệ số động lợng;
- hệ số sửa chữa động năng;

*
= 2

0



1.2.2. Mô hình HEC-RAS
Mô hình HES-RAS của Trung tâm Thủy văn công trình thuộc hiệp hội kỹ s
quân sự Hoa Kỳ (Hydrologic Engineering Center of US Army Corps of
Engineers) xây dựng. Mô hình có u điểm là cho kết quả rõ ràng, có sơ đồ mạng
lới sông, mặt cắt của từng nút sông. Các quan hệ Q ~ t và Z ~ t đợc trình bày ở
dạng biểu bảng và đồ thị, đờng mặt nớc trong sông đợc mô tả chi tiết. Mô
hình HEC-RAS là mô hình tính dòng chảy một chiều của hệ thống sông, dòng
chảy trong sông đợc mô tả bằng hệ phơng trình Saint-Venant đầy đủ và đợc
xây dựng theo sơ đồ sai phân ẩn có xét đến trọng số đối với các bớc sai phân
theo thời gian t và chiều dọc theo dòng chảy x. Mô hình có hạn chế là không xét
đến lợng ma rơi xuống các khu chứa sau đó gia nhập dòng chảy. Trong những
-20-
năm gần đây HEC-RAS đã đợc sử dụng ở nớc ta trong các nghiên cứu về lũ,
đặc biệt là trong công tác đào tạo tại các trờng đại học. [21]
Dòng chảy trong sông thiên nhiên đợc coi là dòng không ổn định biến đổi
chậm chảy một chiều, thay đổi theo không gian và thời gian. Các yếu tố đợc mô
tả bằng hệ phơng trình Saint-Venant, gồm phơng trình liên tục và phơng trình
động lực. Hệ phơng trình Saint-Venant trong mô hình này có dạng:
+ Phơng trình liên tục:

c

A
A Q
q
t t x




(1.2.3)
+ Phơng trình động lực:



VQ
Q Z
gA J 0
t x x







(1.2.4)
ý nghĩa các đại lợng toán học trong hai phơng trình (1.2.3) và (1.2.4)
giống nh trong mô hình VRSAP đợc nêu ở mục 1.2.1. Lu lợng Q có giá trị
dơng nếu dòng chảy xuôi từ mặt cắt trên xuống mặt cắt dới (theo chiều dơng
của x), có giá trị âm nếu dòng chảy theo chiều ngợc lại. Tơng tự, trong phơng
trình liên tục (1.2.3) thì q

t
có giá trị dơng nếu dòng chảy từ ngoài đổ vào sông.
Để giải hệ gồm hai phơng trình liên tục (1.2.3) và động lực (1.2.4) dùng
phơng pháp sai phân hữu hạn - thay các đạo hàm riêng bằng tỷ số các sai phân.
Giống nh mô hình VRSAP, trong mô hình HEC-RAS cũng sử dụng sơ đồ ẩn
(lới sai phân chữ nhật) để giải hệ phơng trình Saint-Venant.
1.2.3. Mô hình MIKE 11
MIKE là một họ phần mềm gồm nhiều mô đun khác nhau, từ việc tính toán
cân bằng nớc (MIKE BASIN), ma - dòng chảy (MIKE NAM), dòng một chiều
(MIKE 11), hai chiều lới thẳng (MIKE 21), hai chiều lới cong (MIKE 21 C),
lới bất kỳ (MIKE 21 FM) và ba chiều (MIKE 3); mô hình kết hợp một và hai
chiều MIKE FLOOD Hiện nay, MIKE là bộ phần mềm đợc sử dụng khá rộng,
với khả năng bao trùm tất cả các vấn đề về quản lý khai thác tài nguyên nớc.
[15, 22, 41]
Trong luận văn sử dụng mô hình MIKE FLOOD là mô hình kết hợp một
chiều MIKE 11 và hai chiều MIKE 21 để mô phỏng lũ tràn đồng trên hệ thống
sông Hơng tỉnh Thừa Thiên Huế nên ở đây chỉ nêu tổng quan về ba mô hình
-21-
này. Các mô hình khác trong bộ mô hình MIKE đã đợc trình bày khá chi tiết tại
website .
MIKE 11 do DHI Water & Environment phát triển, là một gói phần mềm
dùng để mô phỏng dòng chảy, chất lợng nớc và vận chuyển bùn cát ở các cửa
sông, sông, kênh tới. MIKE 11 là mô hình động lực một chiều và thân thiện với
ngời sử dụng nhằm phân tích chi tiết, thiết kế, quản lý, vận hành cho sông cũng
nh hệ thống kênh dẫn đơn giản và phức tạp. Với môi trờng đặc biệt thân thiện
với ngời sử dụng, linh hoạt và tốc độ, MIKE 11 cung cấp một môi trờng thiết
kế hữu hiệu về kỹ thuật công trình, tài nguyên nớc, quản lý chất lợng nớc và
các ứng dụng quy hoạch.
Mô hình thủy động lực MIKE 11 (HD) là một phần trọng tâm của mô hình
MIKE 11, mô hình cho phép tính thủy lực trên mạng lới sông, kênh có thể áp

dụng với chế độ sóng động lực hoàn toàn ở cấp độ cao. Trong chế độ này, MIKE
11 có khả năng tính toán với:
- Dòng thay đổi gấp.
- ảnh hởng thủy triều.
- Sóng lũ.
- Lòng dẫn dốc.
- Thay đổi mặt cắt dòng chảy.
Các công trình đợc mô phỏng trong MIKE 11 bao gồm:
- Đập (đập tràn đỉnh rộng).
- Cống (Cống hình chữ nhật, hình tròn ).
- Trạm bơm.
- Hồ chứa.
- Công trình điều tiết.
- Cầu.
Hệ phơng trình sử dụng trong mô hình là hệ phơng trình Saint-Venant
một chiều không gian, với mục đích tìm quy luật diễn biến của mực nớc và lu
lợng dọc theo chiều dài sông hoặc kênh dẫn theo thời gian. Hệ gồm hai phơng
trình: phơng trình liên tục và phơng trình động lợng:
-22-
+ Phơng trình liên tục:

Q A
q
x t



(1.2.5)

Hình 1.2.1. Bảo toàn khối lợng

+ Phơng trình động lợng:

2
2
Q Q
Q Q Z
gA g 0
t x A x
C AR







(1.2.6)
Trong đó:
Z - mực nớc ở thời đoạn tính toán (m);
t - thời gian tính toán (s);
Q - lu lợng dòng chảy qua mặt cắt (m
3
/s);
x - không gian (dọc theo chiều dòng chảy) (m);
A - diện tích mặt cắt ớt (m
2
);
q - lu lợng gia nhập dọc theo đơn vị chiều dài (m
2
/s);

C - hệ số Chezy,
y
1
C R
n

;
n - hệ số nhám;
R - bán kính thủy lực (m);
y - hệ số, theo Manning y = 1/6;
g - gia tốc trọng trờng, g = 9,81 m/s
2
;
- hệ số động lợng.
-23-
Thuật toán và phơng pháp giải chung của mô hình MIKE 11 đợc trình
bày chi tiết trong phần phụ lục (PL.1.2).
1.2.4. Mô hình MIKE 21
Mô hình MIKE 21 là mô hình hai chiều, gồm các mô đun chính:
- Mô đun thủy động lực học (Hydrodynamic): mô phỏng chuyển động của
dòng chảy theo cả không gian và thời gian.
- Mô đun thủy động lực học và truyền tải khuếch tán (Hydrodynamic and
Advection - Dispersion) có mô phỏng thêm sự khuếch tán của các chất.
- Mô đun thủy động lực học và vận chuyển bùn cát (Hydrodynamic and Mud
Transport).
- Mô đun thủy động lực học và ECO Lab.
Với mục đích của đề tài là mô phỏng lũ nên trong luận văn chỉ sử dụng mô
đun thủy động lực học HD để tính toán.
MIKE 21 HD là một mô đun thủy động lực học dùng để mô hình hóa dòng
chảy tràn. Nó đợc dùng để mô phỏng sự biến động của mực nớc và lu lợng

ứng với các thay đổi về chế độ thủy lực trong sông, hồ và các vùng chảy tràn.
Mực nớc và lu lợng đợc tính trong lới hình chữ nhật chứa khu vực nghiên
cứu khi có dữ liệu địa hình, độ nhám đáy, điều kiện biên, trờng gió [6, 22, 41]
MIKE 21 HD có thể mô hình hóa dòng chảy tràn với nhiều điều kiện đợc
tính đến, bao gồm:
+ Ngập và tiêu nớc cho vùng tràn;
+ Tràn bờ;
+ Dòng chảy qua công trình thủy lợi;
+ Thủy triều;
+ Nớc dâng do ma bão.
Hệ thống giải hệ phơng trình phi tuyến của phơng trình liên tục và bảo
toàn động lợng theo thời gian. Phơng pháp giải bằng cách sử dụng sơ đồ sai
phân hữu hạn ẩn có độ chính xác bậc hai. Các lực và hiện tợng đợc xét đến
trong giải pháp bao gồm:
+ ứng suất cắt đáy (ma sát đáy);
-24-
+ ứng suất cắt của gió tại bề mặt (ma sát gió);
+ Sự phân tán động lợng;
+ Lu lợng qua công trình thủy lợi;
+ Vùng tràn ngập và cạn;
+ Bốc hơi.
Mô hình MIKE 21 HD là mô hình thủy động lực học mô phỏng mực nớc
và dòng chảy trên sông, vùng cửa sông, vịnh và ven biển. Mô hình mô phỏng
dòng chảy không ổn định hai chiều ngang đối với một lớp dòng chảy.
Hệ phơng trình mô phỏng bao gồm phơng trình liên tục kết hợp với
phơng trình động lợng chiều ngang (x, y) mô tả sự biến đổi của mực nớc và
lu lợng. Lới tính toán sử dụng trong mô hình là lới hình chữ nhật.
+ Phơng trình liên tục:

Z p q

0
t x y



(1.2.7)
+ Phơng trình động lợng theo chiều x:

2 2
2
2 2
w
gp p q
p p pq Z 1
gh
t x h y h x
C h

a
xx xy x
w
p
h
h h q fVV 0
x y x






(1.2.8)
+ Phơng trình động lợng theo chiều y:

2 2
2
2 2
w
gq p q
q q pq Z 1
gh
t y h x h y
C h

a
yy xy y
w
p
h
h h p fVV 0
y x y






(1.2.9)
Trong đó:
h - độ sâu mực nớc tại điểm (x, y) tính từ đáy, h = h(x, y, t) (m);
Z - cao trình mực nớc (m), Z = Z(x, y, t) (m);
p - lu lợng đơn vị theo chiều x, p = p(x, y, t) (m
3

/s/m),
p = uh
-25-
u - vận tốc bình quân thủy trực theo chiều x;
q - lu lợng đơn vị theo chiều y, q = q(x, y, t) (m
3
/s/m),
q = vh
v - vận tốc bình quân thủy trực theo chiều y;
C - hệ số Chezy, C = C(x, y, t) (m
0,5
/s);
g - gia tốc trọng trờng (m/s
2
);
f(V) - hệ số ma sát gió;
V - vận tốc gió, V = V(x, y, t) (m/s);
V
x
, V
y
- thành phần vận tốc gió theo hai chiều x và y;
- thông số Coriolis, = (x, y), phụ thuộc vào vĩ độ, (s
-1
);
p
a
- áp suất khí quyển, p
a
= p

a
(x, y, t) (kg/m/s
2
);

w
- mật độ nớc (kg/m
3
);
x, y - tọa độ không gian (m);
t - thời gian (s);

xx
,
xy
,
yy
- các thành phần ứng suất tiếp.
Thuật toán chi tiết của mô hình MIKE 21 đợc trình bày trong phần phụ lục
(PL.1.3).
1.2.5. Mô hình MIKE FLOOD
MIKE FLOOD là một công cụ ghép nối các mô hình một chiều và hai
chiều, nhằm mục đích nghiên cứu kết hợp giữa dòng chảy một và hai chiều. Mô
hình một chiều có thể đa vào để ghép nối trong MIKE FLOOD gồm mô hình
thủy lực mạng sông MIKE 11 và mô hình tiêu thoát nớc đô thị MOUSE; mô
hình hai chiều gồm mô hình lới chữ nhật (MIKE 21 HD), mô hình lới cong
(MIKE 21 C) và mô hình lới tuỳ ý - lới tam giác (MIKE 21 FM).
Trong luận văn, MIKE FLOOD đợc sử dụng để ghép nối mô hình mạng
sông MIKE 11 HD và mô hình hai chiều lới chữ nhật MIKE 21 HD. Mô hình
một chiều đợc sử dụng để mô phỏng hệ thống sông; mô hình hai chiều đợc sử

dụng để mô phỏng dòng chảy trên khu chứa và vùng đầm phá.
Việc liên kết mô hình một chiều và hai chiều đợc thực hiện bởi các kết nối
hiện. Sử dụng MIKE FLOOD sẽ mô phỏng đợc chi tiết điều kiện vật lý của hệ
-26-
thống. Mô hình hai chiều sẽ mô phỏng dòng chảy tại các vùng nớc nông nh:
khu chứa, vùng đất ngập nớc, hệ đầm phá. Mô hình một chiều đợc sử dụng để
mô phỏng hệ thống sông bao gồm các công trình phức tạp mà mô hình hai chiều
không thực hiện đợc. MIKE FLOOD đợc sử dụng khi cần có sự mô tả hai
chiều ở một số khu vực (MIKE 21) và tại những nơi cần kết hợp mô hình một
chiều (MIKE 11). Trờng hợp cần kết nối một chiều và hai chiều là khi cần có
một mô hình vận tốc chi tiết cục bộ (MIKE 21) trong khi sự thay đổi dòng chảy
của sông đợc điều tiết bởi các công trình phức tạp (cửa van, cống điều tiết, các
công trình thủy lợi đặc biệt ) mô phỏng theo mô hình MIKE 11. Khi đó mô hình
một chiều MIKE 11 có thể cung cấp điều kiện biên cho mô hình hai chiều MIKE
21 và ngợc lại. [41]
Để kết nối đợc linh hoạt, mô hình cho phép thực hiện các kết nối sau:
1. Kết nối chuẩn
Kết nối này cho phép nối kết một hoặc nhiều ô lới trong MIKE 21 với
phần cuối của một nhánh MIKE 11. Dạng kết nối này dùng để nối một lới
MIKE 21 chi tiết vào một mạng MIKE 11 lớn hoặc để nối một công trình hay
một tính năng bên trong lới MIKE 21. Dòng chảy vào hoặc ra ở nhánh một
chiều MIKE 11 đợc áp dụng nh nguồn cấp hoặc nguồn thu đối với các ô hai
chiều trong MIKE 21 (Hình 1.2.2).
Kết nối chuẩn
Nối kết M11 vào
lới chi tiết của M21
Nối kết công trình
trong M11 với M21
M
ạ

n
g

M
1
1
M
ạ
n
g

M
1
1
M
ạ
n
g

M
1
1
M
ạ
n
g

M
1
1

Lới M21

Hình 1.2.2. Sơ đồ kết nối chuẩn
2. Kết nối hai bên
Kết nối này cho phép mỗi chuỗi các ô MIKE 21 đợc nối hai bên tạo nên
một đoạn kênh trong MIKE 11 hoặc một đoạn của một nhánh sông hay cả nhánh