Đánh giá phần mềm thủy lực ba chiều để mô phỏng dòng chảy xung quang công trình kè trên sông WAAL, hà lan

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA


NGUYỄN QUANG BÌNH

ĐÁNH GIÁ PHẦN MỀM THỦY LỰC BA CHIỀU
ĐỂ MÔ PHỎNG DÒNG CHẢY XUNG QUANH CÔNG TRÌNH KÈ
TRÊN SÔNG WAAL, HÀ LAN

Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Công trình Thủy
Mã số: 60.58.02.02

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng – Năm 2017


Công trình được hoàn thành tại
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Nguyễn Thống

Phản biện 1: GS.TS. Nguyễn Thế Hùng
Phản biện 2: TS. Vũ Huy Công
Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ
Kỹ thuật, Chuyên ngành Kỹ thuật Xây dựng Công trình Thủy, họp tại
Trường Đại học Bách khoa vào ngày 20 tháng 08 năm 2017
Có thể tìm hiểu luận văn tại:
 Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng tại Trường Đại học Bách khoa
 Thư viện Khoa Xây dựng Thủy lợi – Thủy điện, Trường Đại học Bách
khoa – ĐHĐN

1
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Chế độ dòng chảy trong sông ảnh hưởng rất lớn đến sự phát
triển kinh tế của các vùng. Tuy nhiên dưới áp lực phát triển kinh tế,
con người đã tác động rất lớn đến các dòng sông bằng các biện pháp
skhác nhau; điều này đã gây ra nhiều hiện tượng tiêu cực như xói lở
bờ và diễn biến đáy sông [1]. Việc xác định và duy trì sự ổn định
lòng sông là rất cần thiết và để tạo thuận lợi cho các phương tiện
tham gia giao thông thủy, phòng tránh các thiệt hại có thể xảy ra.
Bằng biện pháp công trình như xây dựng kè mỏ hàn, kè hướng dòng
sẽ giúp chuyển hướng dòng chảy, thay đổi các quá trình vận chuyển
trầm tích và cải thiện môi trường sinh thái [2], [3].
Khi công trình được xây dựng lên sẽ tạo ra dòng chảy phức tạp
hơn với nhiều dòng thứ cấp và xoáy, sự phức tạp của trường dòng
chảy dẫn đến khó khăn trong việc xác định sự tương tác giữa dòng
chảy và xói xung quanh công trình [4]. Những vấn đề này đã được
nghiên cứu nhiều từ lý thuyết, thí nghiệm hoặc mô hình, những hiểu
biết vẫn không đủ để có thể mô tả chính xác các hiện tượng ở khu
vực kè. Năm 2005, Uijttewaal nghiên cứu các mô hình dòng chảy
xung quanh kè với hình dạng thực nghiệm khác nhau. Nhằm tìm thiết
kế thay thế hiệu quả, trong ý nghĩa vật lý, kinh tế và sinh thái cho kè
tiêu chuẩn trong những con sông lớn của châu Âu [2]. Yeo, 2005
thực hiện 69 thí nghiệm để viết ra một hướng dẫn thiết kế tại Hàn
Quốc và kiểm tra các khu vực phân chia ở hạ lưu của một kè dưới sự
thay đổi khác nhau của chiều dài và góc thiết lập [5]. Năm 2011,
Shahrokhi và Sarveram mô phỏng dòng chảy 3D xung quanh một kè,
sử dụng mô hình rối để nghiên cứu ảnh hưởng của cấu trúc kè về

chiều dài và chiều rộng [6]. Mặc dù phát triển trên hai phương pháp
khác nhau, mô hình số và thí nghiệm, họ đã cho kết quả là khá tương
tự [7], [8]; điều đã đóng góp đáng kể cho sự hiểu biết các đặc trưng
của dòng chảy, sự tương tác giữa dòng chảy và hình thái ở các khu
vực kè và trong thiết kế các công trình chỉnh trị. Tuy nhiên, thí
nghiệm và mô hình hóa có tính đặc thù riêng vừa lợi thế và bất lợi.


2
Thí nghiệm những gì được thực hiện thông qua mô hình vật lý được
sử dụng để áp dụng cho việc thiết kế công trình xây dựng lớn [9].
Hiện nay, phương pháp này đã được chứng minh hiệu quả trong các
nhánh sông có hình dạng đơn giản, nơi chế độ thủy động lực học
không phức tạp. Trong trường hợp các vị trí phức tạp như các nút
giao, thay đổi lớn về địa hình hoặc các khu vực nông, phương pháp
này dường như không thích hợp để mô phỏng đặc tính dòng chảy.
Hơn nữa, chi phí của mô hình vật lý cũng là một hạn chế lớn, đặc
biệt là với các công trình vừa và nhỏ [10], [11]. Ngược lại, ngày nay
với sự phát triển của toán học và hệ thống máy tính, mô hình số được
xem như là một công cụ thuận lợi, hiệu suất cao, linh hoạt và chi phí
thấp cho việc phân tích các đặc điểm thủy động lực học ở các khu
vực kè [12]. Tuy nhiên mô hình số vẫn không tránh khỏi phụ thuộc
vào dữ liệu thí nghiệm để hiệu chuẩn và kiểm định. Do đó, một sự
kết hợp các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm và mô phỏng số trên
máy tính thường được sử dụng trong nghiên cứu. Cả thí nghiệm trên
mô hình thu nhỏ và mô phỏng số được tiến hành đồng thời để xem
xét kết quả [13].
Mô hình số được xây dựng và phát triển dựa trên lý thuyết và
phương pháp giải khác nhau. Đa số các mô hình đều sử dụng ba lời
giải là phương pháp sai phân hữu hạn (FD), thể tích hữu hạn (FV) và

phương pháp phần tử hữu hạn (FE). Với mô phỏng dòng chảy xung
quanh công trình kè, phần mềm thủy lực ba chiều (3D) thường được
sử dụng như: TELEMAC 3D, Delft 3D, FLOW 3D, FLUENT,
OpenFOAM... Tuy nhiên mỗi phần mềm vẫn còn nhiều khó khăn,
hạn chế trong việc lựa chọn sơ đồ đối lưu, mô hình rối, lời giải số,
gán điều kiện biên, thời gian mô phỏng và công cụ hỗ trợ. Vì vậy cần
thiết phải có kiểm tra tính chính xác của các phần mềm bằng cách so
sánh kết quả mô phỏng với thí nghiệm.
Do vâ ̣y, đề tài “Đánh giá phần mềm thủy lực ba chiều để mô
phỏng dòng chảy xung quanh công trình kè trên sông Waal, Hà
Lan”. Thông qua phân tích, so sánh kết quả mô phỏng bằng hai phần
mềm đặc trưng là TELEMAC 3D, FLOW 3D với kết quả thí nghiệm
của Mohamed F M Yossef và de Vriend tại phòng thí nghiệm Cơ học


3
chất lưu, trường Đại học Delft – Hà Lan. Đây là cơ sở khoa ho ̣c để
phân tích, lựa chọn phần mềm thủy lực ba chiều mô phỏng cho dòng
chảy xung quanh công trình trên sông phục vụ cho công tác nghiên
cứu, thiết kế, quy hoạch và quản lý.
2. Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu
Mục đích nghiên cứu: Phân tích và đánh giá hiệu quả hai phần
mềm TELEMAC 3D, FLOW 3D.
Nhiệm vụ nghiên cứu: Mô phỏng lại dòng chảy trên sông Waal
(Hà Lan) thông qua số liệu và điều kiện thí nghiệm đã được
Mohamed F M Yossef và de Vriend thực hiện năm 2010 bằng phần
mềm TELEMAC 3D và FLOW 3D.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu: Đoạn sông Waal – Hà Lan;
Phạm vi nghiên cứu: Mô hình vật lý của đoạn sông Waal – Hà

Lan, có bố trí công trình kè được xây dựng trong phòng thí nghiệm
Cơ học chất lưu, trường Đại học Delft – Hà Lan.
4. Phương pháp nghiên cứu
Thu thập và phân tích số liệu, tài liệu, kết quả thí nghiệm;
Mô phỏng dòng chảy bằng phần mềm TELEMAC 3D và FLOW
3D;
Phân tích và so sánh kết quả mô phỏng với kết quả thí nghiệm;
Đánh giá thuận lợi, khó khăn và đưa ra phạm vi áp dụng của
mỗi phần mềm.
5. Ý nghiã khoa ho ̣c và thư ̣c tiễn
Đề tài có ý nghiã khoa học trong việc ứng dụng phần mềm thủy
lực ba chiều để nghiên cứu dòng chảy xung quanh các công trình
hoặc những khu vực có sự thay đổi lớn về địa hình trong sông. Áp
dụng thực tế trong việc nghiên cứu, thiết kế, xây dựng và quản lý các
công trình trên sông đảm bảo an toàn, hiệu quả và kinh tế.


4
Chương 1 - TỔNG QUAN VỀ DÒNG CHẢY TRONG SÔNG
1.1. Dòng chảy một chiều
1.1.1. Phạm vi áp dụng
1.1.2. Phương trình
Z Q
(1.1)
B

q
t x
QQ
Q   2Q Q Q 2 A 

Z
  .
 2 .   gA
g 2
0
(1.2)
t x  A x A x 
x
C AR
1.2. Dòng chảy hai chiều
1.2.1. Phạm vi áp dụng
1.2.2. Phương trình chỉ đạo
A Q
(1.3)

q
t x
  Q     Q2 
h
 g  g  S f  S0   0
(1.4)
  
2 
t  A  x  2 A 
x
1.3. Dòng chảy ba chiều
1.3.1. Phạm vi áp dụng
1.3.2. Phương trình chỉ đạo
u v w
 

0
x y z



  2u  2u  2u 
Du
p
  gx 
  2  2  2 
Dt
x
y
z 
 x



  2v  2v  2v 
Dv
p
  gy 
  2  2  2 
Dt
y
y
z 
 x



 2w 2w 2w 
Dw
p
  gz 
  2  2  2 
Dt
z
y
z 
 x

1.3.3. Tổng quan chung
1.4. Dòng chảy xung quanh công trình kè
1.5. Kết luận

(1.5)

(1.6)


5
Chương 2 - CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ MÔ HÌNH THỦY LỰC
2.1. Khái niệm mô hình
2.1.1. Mô hình hóa
2.1.2. Mô hình vật lý
2.1.3. Mô hình thủy lực
2.2. Tương tự cơ học
2.2.1. Tương tự hình học
2.2.2. Tương tự động học

2.2.3. Tương tự động lực học
2.2.4. Tương tự thủy động lực học
2.2.5. Tương tự thủy động lực học
2.2.6. Tương tự cơ học
2.3. Các tiêu chuẩn tương tự
2.3.1. Sự tương tự của các dòng chảy lúc ảnh hưởng của
trọng lực là chủ yếu - Tiêu chuẩn Froude
2.3.2. Sự tương tự của các dòng chảy lúc ảnh hưởng của lực cản
là chủ yếu
2.3.3. Sự tương tự của mô hình dòng chảy tầng và dòng chảy rối ở
khu thành trơn thủy lực - Tiêu chuẩn Reynolds
2.3.4. Sự tương tự của mô hình dòng chảy rối trong khu sức cản
bình phương
2.3.5. Sự tương tự của mô hình dòng chảy rối trong khu quá độ từ
thành trơn sang thành nhám thủy lực
2.4. Một số chỉ dẫn làm mô hình các hiện tượng thủy lực
2.5. Kết luận


6
Chương 3 - PHẦN MỀM THỦY LỰC BA CHIỀU
3.1. Phần mềm thủy lực ba chiều
Bảng 3.1. Các phần mềm thủy lực 3D
STT

Tên phần
mềm

Cơ quan,
nhà sản

xuất
Viện Thủy
lực (DHI),
Đan Mạch
Flow
Science, Inc,
Mỹ
OpenCFD
Ltd, Mỹ

Phương
pháp giải

Lưới

Sai phân hữu
hạn

Lăng trụ

Thương
mại

Thể tích hữu
hạn

Khối

Thương
mại

Thể tích hữu
hạn

Khối

Deltares, Hà
Lan

Sai phân hữu
hạn, thể tích
hữu hạn

Lăng trụ

Chi phí

1

MIKE 3

2

FLOW 3D

3

OpenFOAM

4

Delft3D

5

FLUENT

Fluent
Europe
Anh

Lt,

Thể tích hữu
hạn

Lăng
trụ,…

Mã nguồn
mở

6

TELEMAC
3D

EDF, (LNH,
Pháp

Phần tử hữu
hạn

Lăng trụ

Mã nguồn
mở/
Fortran

Mã nguồn
mở/ C++
Mã nguồn
mở/
Fortran,
C/C++

3.2. Hệ thống phần mềm TELEMAC
3.2.1. Giới thiệu
3.2.2. Cấ u trúc của hê ̣ thố ng TELEMAC
3.2.2.1. Thủy lực một chiều
3.2.2.2. Thủy lực hai chiều
3.2.2.3. Thủy lực ba chiều
3.2.2.4. Nước ngầm
3.2.2.5. Tải bùn cát
3.2.2.6. Tính toán sóng biển
3.2.2.7. Bộ xử lý trước và sau tính toán (pre- post processing)


7
3.2.3. Ứng dụng

3.2.4. Phần mềm TELEMAC 3D
3.2.4.1. Phương trình với giả thiết tuân theo áp lực thủy tĩnh
3.2.4.2. Phương trình với giả thiết không tuân theo áp lực thủy tĩnh
3.2.5. Lưới tính toán
3.2.5.1. Lưới hai chiều
3.2.5.2. Lưới ba chiều
3.2.5.3. Định nghĩa lưới
3.2.6. Mô hình rối
3.2.6.1. Mô hình Constant viscosity
3.2.6.2. Mô hình Mixing length (vertical model)
3.2.6.3. Mô hình Smagorinsky
3.2.6.4. Mô hình k-ε
3.2.7. Lời giải số
3.2.8. Hiệu chỉnh mô hình
3.2.9. Công cụ hỗ trợ
3.3. Phần mềm FLOW 3D
3.3.1. Giới thiệu
3.3.2. Phương trình
3.3.3. Lưới tính toán
3.3.3.1. Lưới cơ bản
3.3.3.2. Lưới bao gồm nhiều khối
3.3.3.3. Lưới phù hợp
3.3.4. Mô hình rối
3.3.5. Lời giải số
3.3.6. Hiệu chỉnh mô hình
3.3.7. Công cụ hỗ trợ
3.4. Kết luận


8

Chương 4 – ĐÁNH GIÁ PHẦN MỀM THỦY LỰC BA CHIỀU
ĐỂ MÔ PHỎNG DÒNG CHẢY XUNG QUANH CÔNG TRÌNH
KÈ TRÊN SÔNG WAAL, HÀ LAN
4.1. Tổng quan về khu vực nghiên cứu
4.1.1. Giới thiệu chung
4.1.2. Hệ thống sông Rhine
4.1.2.1. Tổng quan chung
Sông Rhine là một sông lớn và quan trọng ở Tây Âu với tổng
chiều dài 1.320 km. Sông bắt nguồn từ dãy núi Anpơ và chảy qua
Thụy Sĩ, Pháp, Đức, Hà Lan.
4.1.2.2. Chỉnh trị sông
4.1.3. Sông Waal
4.1.3.1. Tổng quan chung
Sông Waal là con sông nhộn nhịp nhất với chiều dài gần 80km,
lưu lượng dòng chảy trung bình 1500m3/s và là đường thủy nối cảng
Rotterdam - Hà Lan với Đức.

Hình 4.1. Phân nhánh của sông Waal với các vị trí của vùng
4.1.3.2. Chỉnh trị sông
4.1.3.3. Các đặc trưng chính của sông Waal
- Độ dốc: 10-4.
- Độ sâu trung bình: 5 m.
- Lưu lượng:
+ Lưu lượng kiệt: Q85% = 800 m3/s.
+ Lưu lượng trung bình: Q50% = 1600 m3/s.


9
+ Lưu lượng lũ thiết kế: Q0.08% = 10.000 m3/s.
4.2. Áp dụng phần mềm thủy lực ba chiều

4.2.1. Thiết lập dữ liệu thí nghiệm
4.2.1.1. Hình học

th

3m

4
GROYNE FIELD

FLOW DIRECTION

OUTFLOW

INFLOW

WATER

2m

4.5 m

TOTAL LENGTH 30 m

#3

1:30

#2

#3

3
1:

#2

5 GROYNE
FIELD

2.0 m

th

#1

1.5 m

th

4 GROYNE FIELD
#1

2.0 m

th

4 GROYNE
FIELD

Groyne

0.75 m

4.5 m

0.08

v-direction

y

C

D

0.25 m

3.0 m

#4

B

3.0 m

1:2
#4

Section A

u-direction

(0,0)

x
Total length 30 m

Hình 4.2. Phạm vi tính toán
4.2.1.2. Điều kiện biên
Bảng 4.1. Điều kiện biên thủy lực
Lưu lượng, Q
STT
Trạng thái chảy
(m3/s)
1
Chảy không ngập
0.248

Mực nước, h
(m)
0.248

2

Chảy ngập một phần

0.305

0.310

3

Chảy ngập hoàn toàn

0.381

0.357

Bảng 4.2. Hệ số nhám Manning
Vùng
Manning, n
Khu vực kè
0.015
Dòng chính

0.025


10

INFLOW

OUTFLOW

4.2.2. Thiết lập dữ liệu số

INFLOW

OUTFLOW

Hình 4.3. Thiết lập phần mềm TELEMAC 3D

Hình 4.4. Thiết lập phần mềm FLOW 3D
4.2.3. Kết quả tính toán và thảo luận
4.2.3.1. Kết quả vận tốc trên mặt bằng
Kết quả vận tốc trung bình theo ba phương u, v, w trên mặt bằng.

(a)

(b)

(c)
Hình 4.5. Kết quả vận tốc TELEMAC 3D
(a) Chảy không ngập (b) Chảy ngập một phần, (c) Chảy không ngập


11

(a)

(b)

(c)
Hình 4.6. Kết quả vận tốc FLOW 3D
Chảy không ngập (b) Chảy ngập một phần, (c) Chảy không ngập

(a)
Xoáy thứ cấp

Xoáy thứ cấp

Xoáy chính

Xoáy động

Xoáy chính

Xoáy động

(c)

(b)

Hình 4.7. Trường vận tốc tại khu vực kè số 4, trường hợp chảy
không ngập
(a) Thí nghiệm; (b) TELEMAC 3D; (c) FLOW 3D
4.2.3.2. Kết quả vận tốc trên mặt cắt ngang


12

Hình 4.8. Vận tốc trên mặt cắt ngang, trường hợp chảy không ngập
Bảng 4.3. Phân tích sai số
Sai số
Chảy không ngập
Mặt
cắt

TELEMAC

3D
RMS
E
(m/s)

A

Chảy ngập một phần

FLOW 3D

R2

RMS
E
(m/s)

0.0597

0.94

B

0.0592

C

TELEMAC
3D

R2

RMS
E
(m/s)

0.0467

0.92

0.92

0.0476

0.0570

0.9

D

0.0602

Trung
bình

0.0591

Chảy ngập hoàn toàn

FLOW 3D

TELEMAC
3D

R2

RMS
E
(m/s)

R2

RMSE
(m/s)

0.0665

0.84

0.1009

0.86

0.9

0.0751

0.8

0.0810

0.0435

0.91

0.0805

0.73

0.87

0.0534

0.85

0.0769

0.91

0.0478

0.90

0.0748

FLOW 3D

R2

RMS

E
(m/s)

R2

0.0518

0.93

0.0842

0.94

0.91

0.0455

0.9

0.0824

0.92

0.0734

0.83

0.0432

0.88

0.0810

0.92

0.74

0.0776

0.8

0.0478

0.86

0.0887

0.93

0.78

0.0832

0.85

0.0470

0.89

0.0841

0.93

(a)
(b)
Hình 4.9. Biểu đồ tương quan vận tốc

(c)

(a) Chảy không ngập (b) Chảy ngập một phần, (c) Chảy ngập hoàn toàn


13
4.2.3.3. Kết quả cường độ rối
Kết quả cường độ rối tại khu vực kè số 4.

(a)

(b)

(c)

Hình 4.10. Cường độ rối, trường hợp chảy không ngập
(a) Thí nghiệm; (b) TELEMAC 3D; (c) FLOW 3D
4.2.3.4. Kết quả ứng suất tiếp
Kết quả ứng suất tiếp trên mặt cắt ngang tại bốn vị trí khác nhau A,
B, C, D trong khu vực kè số 4.

Hình 4.11. Ứng suất tiếp, trường hợp chảy ngập hoàn toàn

14
Bảng 4.4. Phân tích sai số
Sai số
Mặt
cắt

Chảy không ngập
TELEMAC
3D

Chảy ngập một phần
TELEMAC
3D

FLOW 3D

Chảy ngập hoàn toàn
TELEMAC
3D

FLOW 3D

FLOW 3D

RMSE
(N/m2)

2

R

RMSE
(N/m2)

2

R

RMSE
(N/m2)

2

R

RMSE
(N/m2)

2

R

RMSE
(N/m2)

2

R

RMSE
(N/m2)

R2

A

0.1173

0.
93

0.1212

0.
93

0.4662

0.
54

0.5217

0.
51

0.2550

0.

58

0.2802

0.
51

B

0.1156

0.
94

0.1232

0.
94

0.4332

0.
69

0.4878

0.
61

0.3289

0.
59

0.3124

0.
68

C

0.2295

D

0.1919

Trung
bình

0.1636

0.
95
0.
64
0.
87

0.2458

0.1812
0.1678

0.
95
0.
64
0.
87

0.5356
0.2717
0.4267

0.
67
0.
67
0.
64

0.6039
0.3152
0.4822

0.
72
0.
55
0.

60

0.2644
0.2768
0.2813

0.
78
0.
5
0.
61

0.2627
0.2652
0.2801

(a)
(b)
(c)
Hình 4.12. Biểu đồ tương quan ứng suất tiếp
(a) Chảy không ngập (b) Chảy ngập một phần, (c) Chảy ngập hoàn toàn

4.2.3.5. Thời gian mô phỏng và công cụ hỗ trợ

Hình 4.13. So sánh thời gian tính toán

0.
73
0.

52
0.
61


15
4.2.4. Ảnh hưởng sơ đồ đối lưu và mô hình rối
4.2.4.1. Kết quả vận tốc trên mặt bằng

Hình 4.14. Kết quả trường vận tốc
(a) Thí nghiệm; (b) Đặc trưng và PML; (c) SUPG và PML; (d) Leo
Postma và k – ε; (e) MURD và k – ε; (f) MURD PSI và k – ε.
4.2.4.2. Kết quả vận tốc trên mặt cắt ngang

Hình 4.15. Vận tốc trên mặt cắt ngang, trường hợp chảy không ngập


16

(a)

(b)
Hình 4.16. Biểu đồ tương quan vận tốc

(c)

(a) Chảy không ngập, (b) Chảy ngập một phần, (a) Chảy ngập hoàn toàn

Hình 4.17. So sánh thời gian tính toán

17
4.2.5. Xác định vết dòng chảy

(a)

(c)

(b)

(d)
Hình 4. 18. Vết dòng chảy theo thời gian
(a) T = 300s, (b) T = 400s, (c) T = 500s, (d) T = 600s
Vùng vận tốc lớn bắt đầu xuất hiện tại chân kè phía trước, sau

đó di chuyển dọc theo khu vực phân chia giữa sông và kè (hình
4.36). Khi đến chân kè tiếp theo dòng chảy phân chia thành hai dòng
khác nhau, một dòng di chuyển sang khu vực kè kế tiếp, dòng còn lại
đi vòng vào giữa hai kè, men theo chân kè. Vùng có màu đậm tương
ứng với vận tốc có giá trị lớn, ngược lại vùng có màu nhạt thể hiện
vận tốc bé. Thang màu này thể hiện tốc độ di chuyển của nước và hạt
bùn cát (nếu có) theo thời gian, đồng thời cũng thể hiện diễn biến bồi
lắng giữa các khu vực kè trong sông. Vùng bị xói lở lớn nhất sẽ xuất
hiện tại chân kè, vị trí giao giữa khu vực kè và sông chính. Ngược lại
khu vực bồi lắng xuất hiện dọc theo bờ, vị trí giao giữa kè và bờ. Kết
quả này phù hợp với hình ảnh thực tế trên sông Waal – Hà Lan


18
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

1. KẾT LUẬN
Các kết quả mô hình trình bày một sự phù hợp cao với kết quả
thí nghiệm ở nhiều khía cạnh. Các sai lệch lớn nhất của kết quả xảy
ra ở chân kè, dọc theo khu vực này, là một sự thay đổi đột ngột về độ
cao giữa lòng sông và kè.
Vùng xoáy xuất hiện tại khu vực kè số 4, kết quả của
TELEMAC 3D và FLOW 3D khá tương đồng với thí nghiệm. Các
xoáy thứ cấp và xoáy động cũng xuất hiện tại các vị trí gốc và chân
kè số 3 như trong thí nghiệm.
Trong tất cả 4 mặt cắt ngang, vận tốc tại vị trí thay đổi giữa kè
và lòng sông gần như xấp xỉ nhau giữa mô phỏng của hai mô hình so
với thí nghiệm. Trong khi đó tại khu vực bờ, có sự sai khác lớn,
TELEMAC 3D có giá trị cao hơn, trong khi FLOW 3D có giá trị nhỏ
hơn so với thí nghiệm. Độ lệch chuẩn của TELEMAC 3D trong cả ba
trường hợp chảy nhỏ hơn so với FLOW 3D.
Cường độ rối trong hai mô hình bắt đầu thay đổi đáng kể tại
đỉnh kè và tăng chiều rộng theo hướng hạ lưu. Tính thống nhất của
cường độ rối trong kết quả tại khu vực hạ lưu không có biến động
đáng kể tại bốn mặt cắt A, B, C, D. Cường độ rối trong trường hợp
chảy không ngập phù hợp hơn so với hai trường còn lại và kết quả
của phần mềm TELEMAC 3D phù hợp hơn so với thí nghiệm.
Kết quả ứng suất tiếp trong hai phần mềm luôn nhỏ hơn thí
nghiệm, tại 4 mặt cắt và trong cả 3 trường hợp. Không có thay đổi
đáng kể về giá trị tại bốn mặt cắt và đồ thị khá tương tự nhau. Trong
ba trường hợp, kết quả mô phỏng trong trường hợp chảy không ngập
là phù hợp hơn so với thí nghiệm. Sự khác biệt lớn xuất hiện tại khu
vực nơi có sự khác nhau về độ sâu giữa khu vực lòng sông và kè. Độ


19

lệch chuẩn của TELEMAC 3D trong cả ba trường hợp chảy nhỏ hơn
so với FLOW 3D.
Về thời gian tính toán phần mềm TELEMAC 3D là nhanh hơn
nhiều so với FLOW 3D.
Xem xét ảnh hưởng của sơ đồ đối lưu và mô hình rối trong phần
mềm TELEMAC 3D, sơ đồ đối lưu MURD, MURD PSI kết hợp với
mô hình rối k – ε cho kết quả phù hợp cao với thí nghiệm về sự phân
bố trường vận tốc và độ lớn. Trong khi sơ đồ đặc trưng, SUPG thiết
lập với mô hình rối PML sẽ giảm được nhiều về thời gian mô phỏng.
Dựa vào kết quả phân tích vết dòng chảy, vùng bị xói lở lớn
nhất sẽ xuất hiện tại chân kè, vị trí giao giữa khu vực kè và sông
chính. Ngược lại khu vực bồi lắng xuất hiện dọc theo bờ, vị trí giao
giữa kè và bờ.
2. KIẾN NGHỊ
Xem xét thêm ảnh hưởng của hệ số nhám, sơ đồ đối lưu và mô
hình rối tại bờ sông để mô phỏng đúng và cho kết quả phù hợp hơn
với thí nghiệm.
Thiết lập mô hình rối tại từng vị trí cụ thể, đặc biệt tại khu vực
kè, vị trí thay đổi độ cao giữa kè và đáy sông với các hệ số khác nhau
để phản ánh chính xác hơn.
Đối với tính toán trong phạm vi lớn, công trình nghiên cứu có
hình dạng không quá phức tạp, không đòi hỏi kết quả chính xác tại
từng vị trí thì phần mềm TELEMAC sẽ phù hợp và thuận lợi hơn từ
thiết lập đến sử dụng tài nguyên máy tính. Ngược lại với bài toán
trong phạm vi nhỏ, công trình hoặc đối tượng nghiên cứu có hình
dạng phức tạp, đòi hỏi độ chính xác cao thì phần mềm FLOW 3D sẽ
là một lựa chọn tốt.