Lựa chọn và xây dựng mô hình lưới tính Mike 21

CHUYÊN ĐỀ. LỰA CHỌN VÀ XÂY DỰNG LƯỚI TÍNH
MỤC LỤC
1. Cơ sở khoa học xác định miền tính và lưới tính cho khu vực nghiên cứu...............2
2. Xây dựng và lựa chọn lưới tính...............................................................................6
Kết luận....................................................................................................................... 14
Tài liệu tham khảo.......................................................................................................14

DANH MỤC HÌNH VẼ & BẢNG BIỂU
Hình 1.1. Sơ đồ bố trí các trạm đo.................................................................................3
Hình 1.2. Miền tính toán được lựa chọn phục vụ xây dựng lưới tính phần ngoài biển.. 5
Hình 1.3. Phạm vi miền tính toán được lựa chọn phục vụ xây dựng lưới tính phần ngập
lụt lưu vực...................................................................................................................... 6
Hình 2.1. Lưới tính biến đổi dần từ thô đến chi tiết theo hướng từ ngoài khơi vào bờ. .9
Hình 2.2. Lưới tính chi tiết vùng gần bờ........................................................................9
Hình 2.3. Địa hình và lưới tính toán (dX=dY=90m) cho lưu vực sông Nhật Lệ..........10
Hình 2.4. Kết quả tính toán thử nghiệm với các lưới khác nhau..................................12
Hình 2.5. Lưới tính toán và địa hình đã nội suy với lưới tam giác...............................13
Hình 2.6. Lưới tính và địa hình đã nội suy với lưới vuông kích thước 90m................14

Bảng 1.1. Vị trí các trạm đo...........................................................................................3

1


1. Cơ sở khoa học xác định miền tính và lưới tính cho khu vực nghiên cứu
Trong việc nghiên cứu và tính toán các quá trình động lực và vận chuyển bùn cát
nói chung qua mô hình toán, việc lựa chọn miền tính toán và xây dựng lưới tính là
bước quyết định và quan trọng vào bậc nhất trong quá trình tính toán, với sự lựa
chọn miền tính và lưới tính thích hợp ngoài việc mang lại các kết quả tin cậy, trong
tính toán còn có khả năng tiết kiệm được về kinh phí và thời gian.

Hình 1.1. Sơ đồ bố trí các trạm đo

2


Bảng 1.1. Vị trí các trạm đo
Tọa độ vị trí
Trạm đo

Thời gian đo đạc

Kinh độ

Vĩ độ

Bắt đầu

Kết thúc

Dòng chảy ven bờ

17°29'49.70"N

106°37'33.30"E

9AM 13/5/2012

9AM 20/5/2012

Sóng

17°29'59.70"N

106°38'12.80"E

10AM 13/5/2012

10AM 20/5/2012

Mực nước ven biển

17°29'45.26"N

106°37'36.58"E

9AM 13/5/2012

9AM 28/5/2012

Mực nước trong sông

17°28'05.66"N

106°37'33.70"E

9AM 13/5/2012

9AM 20/5/2012

Đo gió

17°29'49.70"N

106°37'33.30"E

9AM 13/5/2012

9AM 20/5/2012

Cửa Nhật Lệ thuộc địa phận thành phố Đồng Hới, tỉnh Quảng Bình có
toạ độ địa lý 17029' vĩ độ Bắc và 106038' kinh độ Đông. Trước khi đổ ra biển,
đoạn cửa sông Nhật Lệ từ Quán Hầu cho tới thành phố Đồng Hới, có hướng
gần như á kinh tuyến và khi đổ ra biển, cửa sông có hướng Đông Bắc, còn
đường bờ biển khu vực cửa sông có hướng Tây Bắc - Đông Nam. Vùng hạ
lưu của lưu vực sông Kiến Giang là đồng bằng duyên hải, chủ yếu là các cồn
cát, bậc thềm, đồi thấp... và xen lẫn giữa chúng là các đồng bằng nhỏ hẹp kéo
dài theo thung lũng sông.
Với vị trí không gian, vị trí các trạm khảo sát đo đạc dữ liệu như Bảng 1.1 và Hình
1.1, việc lựa chọn miền tính toán cầng phải thể hiện được các quá trình động lực và
vận chuyển bùn cát vừa tại khu vực tại mỗi cửa và vừa phải thể hiện được bức tranh
chung cho cả khu vực. Ngoài ra miền tính cần phải có các biên phía biển và sông thích
hợp mới đáp ứng được yêu cầu số liệu về điều kiện biên một cách tin cậy trong tính
toán.

3


Hình 1.2. Miền tính toán được lựa chọn phục vụ xây dựng lưới tính phần ngoài biển.
4

Hình 1.3. Phạm vi miền tính toán được lựa chọn phục vụ xây dựng lưới tính phần ngập lụt lưu vực
5


Tóm lược các yêu cầu đối với chọn miền tính như sau:
Đối với khu vực ngoài biển
-

Phạm vi xa nhất hay nói cách khác miền tính toán cần vươn tới khu vực nước
sâu nơi các sóng chưa chịu ảnh hưởng mạnh mẽ bởi các điều kiện địa hình và

-

các hiệu ứng gần bờ.
Vị trí biên bên cần chọn tốt nhất là tới phạm vi có trạm đo đạc để lấy dữ liệu

-

phục vụ mô phỏng.
Vị trí biên trong sông tốt nhất chọn tới phạm vi có trạm đo đạc để lấy dữ liệu

Nói chung các biên cần được chọn gần những trạm đo đạc để có dữ liệu mô phỏng
đối với miền tính đã chọn, tuy nhiên do nhiều điều kiện ảnh hưởng khiến điều này khó
đạt được do địa hình có thể không đảm bảo đủ dữ liệu. Vì vậy trong từng trường hợp
có thể chọn khác đi, thậm chí trong nhiều trường hợp cần thiết lập thêm mô hình khác
hỗ trợ hoặc cần phươgn pháp kéo dài dữ liệu. Từ những cân nhắc như vậy có thể chọn
được lưới phù hợp nhất. Đối với khu vực nghiên cứu thuộc đề tài, miền tính toán đã
lựa chọn được như Hình 1.2 & Hình 1.3.
Đối với khu vực ngập lụt trong nội địa

-

Phạm vi mô hình được thiết lập trên cơ sở khoanh chọn lưu vực tính toán. Lưu
vực tính toán cần đảm bảo đủ rộng và kết nối được với mạng lưới sông suối
chảy vào, chảy ra khỏi lưu vực. Kết quả chọn lựa lưu vực và miền tính toán

được thể hiện tại Hình 1.3 đối với khu vực lưu vực sông Nhật Lệ- Quảng Bình.
2. Xây dựng và lựa chọn lưới tính
Lưới tính toán trong mô hình là kết quả cân đối giữa độ phân giải theo không gian,
mục tiêu công việc, đối tượng nghiên cứu tính toán với thời gian sử dụng để tính toán
và các tài liệu số liệu hiện có. Lưới có độ phân giải cao (bước lưới nhỏ) có thể cho
phép chi tiết hoá địa hình theo chiều ngang và chiều thẳng đứng. nhưng nếu thời gian
tính toán quá lớn thì không thể tiến hành tính toán cho mô hình với nhiều các kịch bản
để đạt được mục tiêu đề ra.

6


Chọn lựa lưới tính phù hợp thực chất là quá trình tính toán thử dần với các loại lưới
khác nhau nhằm đạt được sự phù hợp và cân đối giữa số lượng ô lưới, sự biến đổi đều
đặn giữa các ô lưới, thời gian mô phỏng và mức độ phù hợp của kết quả.
Qua quá trình thử nghiệm với nhiều lưới khác nhau, chọn được lưới tính toán như
sau:
-

Với lưới tính toán khu vực ngoài biển: 24095 phần tử lưới, kích thước ô lưới chi

-

tiết < 20m (Hình 2.1& Hình 2.2).

Với lưới tính toán khu vực ngập lụt lưu vực: Lưới vuông với dX= dY= 90m
(Hình 2.3).

Với số lượng phần tử như vậy và sự bố trí mật độ phân bố các phần tử tập trung
nhiều vào lòng dẫn và khu vực có địa hình phức tạp mà dự trù có các công trình chỉnh
trị nên lưới tính đã thể hiện được và phản ánh khá chính xác địa hình khu vực cần tính
toán.

7


Hình 2.1. Lưới tính biến đổi dần từ thô đến chi tiết theo hướng từ ngoài khơi vào bờ

Hình 2.2. Lưới tính chi tiết vùng gần bờ

8


Hình 2.3. Địa hình và lưới tính toán (dX=dY=90m) cho lưu vực sông Nhật Lệ
Phương pháp xây dựng lưới tính:
9


-

Giới hạn miền tính toán: Tạo đường biên cho khu vực tính toán bao gồm biên
đất liền, biên lỏng ngoài biển và trong sông.
Với mô hình Mike 21 FM, biên được đặt theo từng ID bằng số tự nhiên.
Biên đất: Số 0 hoặc 1
Biên lỏng: Số nguyên lớn hơn hoặc bằng 2.

Với mô hình Mike 21, biên được đặt theo số thứ tự của ô lưới, tức là 1 biên là
một đoạn thẳng giới hạn bởi 2 điểm đầu và cuối có tọa độ là số thứ tự hàng

-

ngang- dọc của ô lưới.
Sau khi giới hạn miền tính bởi các biên, tiến hành khoanh các vùng kín để tạo
lưới biến đổi theo không gian từng vùng kín, ô lưới có kích thước nhỏ dần khi từ
ngoài biển tiến vào bờ. Thông thường, theo kinh nghiệm, cạnh của các ô lưới
giảm dần khoảng 30% sẽ cho kết quả lưới tính khá tốt, có tính thẩm mỹ và mô
phỏng được. Mỗi ô lưới tam giác nên giới hạn góc nhỏ nhất khoảng 30 độ,
không nên nhỏ hơn bởi vì sẽ gây ra lỗi trong quá trình tính toán hoặc cho kết quả
sai.

10


Hình 2.4. Kết quả tính toán thử nghiệm với các lưới khác nhau.
Sau khi tính toán thử nghiệm như đã trình bày tại cùng mục, cho thấy kết quả
tính toán mực nước đối với lưới thô đạt sai số lớn hơn so với kết quả tính toán sử
dụng lưới chi tiết như đã chọn. Đây là minh họa rõ nét nhất cho việc xây dựng lưới
tính và là điều quan trọng nhất cần quan tâm đối với lựa chọn và xây dựng lưới tính.

11


Hình 2.5. Lưới tính toán và địa hình đã nội suy với lưới tam giác

12

Hình 2.6. Lưới tính và địa hình đã nội suy với lưới vuông kích thước 90m
Như vậy với các phân tích và tính toán thử nghiệm về chọn lựa, xây dựng lưới tính
đã chọn được hai lưới tính toán cho vùng ngoài biển và vùng nội địa như Hình 2.5&
Hình 2.6. Hai lưới được sử dụng để nội suy địa hình cho thấy địa hình phản ánh khá
13


sát với thực tế, địa hình khá chi tiết như vậy có thể dùng cho các mô phỏng và tính
toán sau này. Kết quả thử nghiệm bước đầu cho thấy mực nước được kiểm định khá
sát với thực tế. Như vậy cho rằng lưới đạt yêu cầu và chi tiết vừa đủ.

Kết luận
Lựa chọn miền nghiên cứu và xây dựng lưới tính toán là bước đầu tiên và cũng
là quan trọng nhất đối với bất kỳ mô hình tính toán nào với tính năng tương tự. Xác
lập được phạm vi tính toán phù hợp sẽ tiết kiệm được quá trình tính toán và nâng
cao độ chính xác cho kết quả tính toán. Sau này kết quả tính toán ra sẽ có nhiều căn
cứ để xem xét về sự phù hợp. Bên cạnh đó, miền tính toán được chọn cần thiết để
sau này khi tính toán các chế độ sóng, thủy lực, bùn cát có thể đại diện cho một khu
vực cụ thể chứ không chỉ mang tính đặc thù tại một vị trí riêng lẻ.
Lưới tính được chọn phù hợp với vùng, đảm bảo độ chi tiết vừa đủ, có thể sử
dụng cho các tính toán mô hình toán sau này được thể hiện như Hình 2.5 và Hình
2.6.

Tài liệu tham khảo.

14