Nghiên cứu lựa chọn mô hình thủy lực áp dụng cho khu vực nghiên cứu Mike 21

CHUYÊN ĐỀ: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN, PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN MÔ
HÌNH THỦY ĐỘNG LỰC ÁP DỤNG CHO KHU VỰC NGHIÊN CỨU
MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG BIỂU


1. Giới thiệu chung khu vực nghiên cứu
1.1. Mạng lưới thủy văn trên hệ thống sông Nhật Lệ
Quảng Bình là một tỉnh thuộc vùng Bắc Trung bộ, dựa lưng vào dãy Trường Sơn
hùng vĩ và trông ra Biển Đông rộng lớn. Lãnh thổ của tỉnh nằm trong khoảng từ
16o55'08'' đến 18o05'12'' vĩ độ Bắc và từ 105 o36'55'' đến 106o59'37'' kinh độ Đông. Về
phía Bắc, Quảng Bình giáp Hà Tĩnh (136.5 km), phía Nam giáp Quảng Trị (78,8 km),
phía Đông giáp Biển Đông với đường bờ biển dài 126 km và phía Tây giáp với tỉnh
Khăm Muộn của CHDCND Lào với đường biên giới dài 201.9 km.
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.
Nằm trong đới khí hậu gió mùa chí tuyến, á đới nóng ẩm, Quảng Bình có khí hậu
mang tính chất chuyển tiếp giữa miền Bắc và miền Nam với nét đặc trưng là vào tháng
lạnh nhất, nhiệt độ đã vượt quá 18oC. Tuy nhiên, do front cực đới vẫn còn ảnh hưởng
tương đối mạnh, nên vào mùa đông có ngày nhiệt độ xuống khá thấp.
Nhiệt độ trung bình năm của Quảng Bình là 24 - 25oC, tăng dần từ Bắc vào Nam, từ
Tây sang Đông. Cân bằng bức xạ năm đạt 70 - 80 kcal/cm 2. Số giờ nắng trung bình
quân năm khoảng 1.700 - 2000 giờ. Do địa hình phức tạp nên khí hậu có sự phân hoá rõ
theo không gian.

Khí hậu Quảng Bình chia làm 2 mùa rõ rệt. Mùa mưa kéo dài từ tháng
IX đến tháng XII, với lượng mưa trung bình năm là 2.315mm. So với các
tỉnh phía Bắc, mùa mưa đến muộn hơn, cực đại vào tháng X và thường tập
trung vào 3 tháng ( IX - X - XI). Vì thế, lũ lụt thường xảy ra trên diện rộng.
Trung bình cứ 10 năm thì 9 năm có bão lụt lớn. Mùa khô từ tháng I đến tháng VIII,
với 5 tháng có nhiệt độ trung bình trên 25oC. Nóng nhất là các tháng VI, VII. Nhiệt độ tối
cao tuyệt đối lên đến 42,2oC, xảy ra vào tháng VII. Mùa khô nắng gắt, có gió Tây (gió
Lào), xuất hiện từ tháng III ñến tháng VIII, nhiều nhất là vào tháng VII, trung bình mỗi
đợt kéo dài hơn 10 ngày, thời tiết khô nóng, lượng bốc hơi lớn, gây ra hạn hán nghiêm
trọng.
Khí hậu của Quảng Bình, nhìn chung khắc nghiệt. Điều đó được thể hiện qua
chế độ nhiệt, ẩm và tính chất chuyển tiếp của khí hậu. Mùa mưa trùng với mùa bão.
Tần suất bão nhiều nhất là vào tháng IX (37%). Bão thường xuất hiện từ tháng VII
và kết thúc vào tháng XI. Bão kèm theo mưa lớn trong khi lãnh thổ lại hẹp ngang, độ
dốc lớn nên thường gây ra lũ lụt đột ngột, ảnh hưởng rất nhiều đến hoạt động sản xuất
và đời sống.
Rõ ràng thời kỳ ẩm ướt trùng với mùa mưa bão đã hạn chế nhiều đến khả năng
tăng vụ và tăng năng suất mùa màng. Còn thời kỳ khô đến sớm, lại có gió Tây khô nóng
đã tác động mạnh đến sự trổ bông của cây lúa và sự phát triển của cây công nghiệp và cây
ăn quả.
Mạng lưới sông ngòi Quảng Bình nhìn chung khá phong phú. Mật độ trung bình
đạt 0,8 - 1,1 km/km2, trong đó ở vùng núi là 1 km/km2, ở ven biển là 0,6 - 0,8 km/km2.
Do lãnh thổ hẹp ngang, độ dốc lớn nên sông ngòi thường ngắn, dốc, có
hiện tượng đào lòng mạnh. Hướng chảy từ Tây sang Đông. Lượng dòng chảy
trong năm tương đối phong phú với môđun dòng chảy bình quân là 57
lít/s.km2 (tương đương với 4 tỷ m3/năm). Thuỷ chế có 2 mùa rõ rệt, tương ứng
với mùa và mùa khô. Trong mùa mưa, ở vùng đồi núi, sông suối có khả năng
tập trung nước rất nhanh, nhưng lũ không kéo dài nhờ khả năng thoát nước

tốt. Mùa lũ tập trung vào các tháng X, XI, XII và chiếm 60 - 80% tổng lượng dòng


chảy cả năm. Vào mùa này, sông ngòi thường có lũ đột ngột, gây úng trầm trọng ở
vùng cửa sông.
Trong mùa khô, nhiều đoạn suối bị cạn dòng, ở vùng cửa sông, thuỷ triều tăng
cường xâm nhập vào đất liền. Dòng chảy kiệt kéo dài trung bình tới 8 - 9 tháng (dài nhất
là 10 tháng, ngắn nhất là 7 tháng). Trong mùa kiệt vẫn có mưa và lũ tiểu mãn.

Bảng 1.1. Sông và hệ thống sông ở Quảng Bình
T
T

Chiều dài

Hệ thống và sông

Lưu
vực

Sông

1

Hệ
thống
Gianh

sông 158

2

Hệ sông Kiến Giang

3

Diện
tích
(km2)

Độ cao
bình quân
lưu vực

Phụ
lưu

Mật độ
sông suối
(km/km2)

121

4,680

360

13

1,04

96

59

2,605

234

8

0,84

Sông Roòn

30

21

261

138

3

0,88

4

Sông Lý Hoà

22

16

177

130

3

0,7

5

Sông Dinh

37

25

212

203

0

0,93

Trên lãnh thổ Quảng Bình có 5 hệ thống sông chính. Từ Bắc xuống

Nam có sông Ròn (dài 30 km, diện tích lưu vực là 261 km2), sông Gianh (158
km và 4.680 km2), sông Lý Hoà (22 km và 177 km 2), sông Dinh (37 km và
212 km2) và sông Nhật Lệ (96 km và 2.647 km 2). Lớn nhất là sông Gianh và
sông Nhật Lệ.
- Hệ thống sông Nhật Lệ:
Đây là hệ thống sông lớn thứ 2 của tỉnh, sau hệ thống sông Gianh. Sông
Nhật Lệ nhận nước từ 2 con sông chính là sông Kiến Giang và sông Long
Đại. Đoạn sông mang tên Nhật Lệ được tính từ ngã 3 sông Long Đại (cách
cầu Long Đại 1,5 km) về đến cửa Nhật Lệ (Đồng Hới) dài 17 km. Nếu tính từ
nguồn Kiến Giang về đến cửa Nhật Lệ có chiều dài 96 km. Hệ thống sông Nhật Lệ có
lưu vực rộng 2.647 km2. Hệ thống sông bao gồm 24 phụ lưu vực


45 km2, bình quân sông, suối trong lưu vựa có chiều dài 0,84 km/km2.[6, 16]
- Sông Kiến Giang:
Là hợp lưu của nhiều nguồn sông suối phát nguyên từ vùng núi phía
Tây - Nam huyện Lệ Thủy đổ về phường Luật Sơn (xã Trường Thủy, Lệ
Thủy) chảy theo hướng Nam Bắc. Từ đây, sông chảy theo hướng Tây NamĐông Bắc, về đến ngã ba Thượng Phong, sông chảy theo hướng Đông NamTây Bắc, đến đoạn ngã ba Phú Thọ (An Thủy, Lệ Thủy), sông đón nhận thêm
nước của sông Cẩm Ly (chảy từ hướng Tây đổ về), tiếp tục chảy theo hướng
trên, băng qua cánh đồng trũng huyện Lệ Thủy (đoạn này sông rất hẹp). Sắp
hết đoạn đồng trũng huyện Lệ Thủy để vào địa phận huyện Quảng Ninh, sông
được mở rộng và chảy băng qua phá Hạc Hải (có chiều dài gần 2km) về đến
xã Duy Ninh (Quảng Ninh), sông tiếp tục chảy ngược về hướng Tây đến ngã
ba Trần Xá thì hợp lưu với sông Long Đại đổ nước vào sông Nhật Lệ. Sông
kiến Giang có độ dốc nhỏ.
- Sông Long Đại:
Đây là hợp lưu của 3 phụ lưu chính. Nhánh phía Bắc phát nguyên từ vùng núi
Cô-Ta-Rum trên biên giới Việt Lào, chảy trọn trong vùng địa hình Karst của Bố Trạch
và đến động Hiềm (gần bến Tiêm huyện Quảng Ninh) thì gặp sông Long Đại. Trước khi
đổ nước vào sông Nhật Lệ, sông Long Đại còn đón thêm nước ở hai phụ lưu là Rào Trù

và Rào Đá (xã Trường Xuân, Quảng Ninh). Ba nhánh sông đầu nguồn của sông Long
Đại nằm trong một vùng núi có lượng mưa khá lớn, nên về mùa lũ con sông này nước
lên rất lớn và dữ. Sông Long Đại không lớn bằng sông Gianh nhưng cường độ cấp
nước lũ ngang với sông Gianh (70-85m3/s/km2).
1.2.

Tình hình lũ lụt trên hệ thống sông Nhật Lệ

Tại hạ lưu sông Nhật Lệ mỗi khi đến mùa mưa lũ thì việc tiêu thoát lũ
tại đây xảy ra rất chậm và gặp nhiều khó khăn do nhiều nguyên nhân kết hợp
với nhau tạo nên. Mùa mưa chính lệch về cuối hè sang thu và kéo đến đầu


đông với lượng mưa rất lớn là do ảnh hưởng của các hình thái gây mưa như
gió mùa đông bắc kết hợp với các nhiễu động gây mưa lớn trên diện rộng như
bão, áp thấp nhiệt đới, hội tụ nhiệt đới,...(do có vị trí gần biển nên chịu ảnh
hưởng rất lớn của các cơn bão) dẫn đến thừa nước, thậm chí gây lũ lụt, úng
ngập tại hạ lưu. Lượng mưa chiếm 65-70% lượng mưa cả năm nên lưu lượng
nước trong mùa mưa này chiếm 70-80% lượng nước cả năm. Hơn nữa mùa
mưa lại trùng vào với thời kỳ không khí ẩm và thời gian hoạt động các khối
không khí lạnh cực đối biến tính, trong các tháng này độ ẩm tháng đạt 85 90% nên bầu trời lãnh thổ đầy mây và mưa. Những tháng mùa Đông là thời
kỳ ẩm do khối không khí lạnh biến tính khi đi qua biển đã mang theo hơi
nước gây mưa.
Với một lượng nước lớn gây nên những cơn lũ lớn như vậy, thì tại khu
vực nghiên cứu (KVNC) lại có địa hình bề ngang khá hẹp, nơi hẹp nhất là khoảng 45km
bên phía tây lại có vùng núi trung bình thấp nên sông ở đây vừa
ngắn lại vừa dốc đã tạo điều kiện để tập trung nhanh lượng nước hình thành
những cơn lũ nhanh chóng đổ về hạ lưu. Còn tại hạ lưu nơi cuối nguồn của
con sông, như tại các nơi khác sau khi nhận nước từ thượng nguồn thì sẽ chảy
thẳng ra biển bằng nhiều cửa sông (sông Cửu Long...). Nhưng tại đây, sau khi

nhận được 1 lượng nước khổng lồ tại thượng nguồn đổ về với tốc độ khá
nhanh thì nó không thể đổ thẳng ra biển vì gặp phải một dãy cồn cát khá cao
(30- 40m) chạy song song với bờ biển như một con đê chắn lũ đã ngăn dòng
chảy đổ thẳng ra biển mà buộc nó uốn khúc chảy dọc theo dãy cồn cát, và chỉ
có một cửa thoát duy nhất là cửa Nhật Lệ. Sự xuất hiện của hệ thống cồn cát
này là một yếu tố địa hình bất lợi nhiều mặt. Dưới tác động của gió, hiện
tượng cát bay, cát chảy đã làm cho các cồn cát tiến dần về phía lục địa, thu
hẹp đồng bằng, làm tăng tình trạng úng lụt vùng cửa sông Nhật Lệ.
Như vậy sau khi nước tập trung ở hạ lưu gây ra ngập lụt thì thời gian
tiêu thoát nước, ngập úng trở nên khó khăn hơn. Mưa lớn gây ngập úng ngập
thì tại cửa thoát lũ duy nhất của KVNC, tại cửa biển Nhật Lệ thì khi bão về
còn kèm theo nước dâng sinh do cơ chế hiệu ứng nước dồn khi gió thổi mạnh


(trong mùa này sóng dâng cao từ 4,5- 6.0m đo tại Cồn Cỏ). Khi mùa lũ đến,
dòng chảy sông lấn át dòng triều, nhưng khi triều lên thì dòng lũ và dòng triều
ngược nhau sẽ gây ra hiện tượng nước dồn ứ trong khu vực cửa sông. Trong
mùa lũ, dòng chảy sông ngòi tăng lên nhanh, tỷ lệ giữa thời gian chảy ngược
và chảy xuôi giảm mạnh và biến mất hoàn toàn khi có dòng lũ lớn. Ngoài ra
khi bão đổ bộ vào đất liền thường kèm theo hiện tượng nước dâng, mùa mưa
trùng với mùa bão, dòng lũ từ sông chảy ra va nước dâng từ biển chảy vào
gây dồn ứ nước tại cửa sông, làm cho việc tiêu thoát lũ càng khó khăn và
chậm trễ.
Ngoài ra, thời gian tiêu thoát lũ chậm gây rất nhiều thiệt hại không chỉ
bị quyết định bởi điều kiện địa lý tự nhiên mà còn do điều kiện kinh tế xã hội
cũng ảnh hưởng tới nó. Khi nước lũ tràn về và gây ngập úng thì chính những
điều kiện kinh tế này cũng góp phần làm tăng thêm tình trang ngập úng. Ở các
huyện Quảng Ninh, Lệ Thủy và thành phố Đồng Hới có mật độ dân số khá
lớn và tập trung nhiều dân cư. Họ sinh sống ở 2 bên bờ sông Nhật Lệ, đặc biệt
là ở Đồng Hới tập trung mật độ dân số cao nhất tỉnh. Việc tập trung dân cư

đông đúc với mật độ cao ở hai bên bờ sông Nhật Lệ cũng gây khó khăn cho
việc thoát lũ của Nhật Lệ. Những công trình xây dựng như nhà cửa, đê điều ...
làm cản dòng chảy khi lũ về.
Dân cư sinh sống hai bên bờ sông đã phát triển nghề nuôi trồng thủy
sản khá mạnh, hoạt động kinh tế này trực tiếp làm biến đổi, thay đổi dòng
sông, lấy nước, xây các hồ nuôi tôm cá trên sông. Đặc biệt tại Đồng Hới, các
khu công nghiệp, dân số, các cơ sở kinh doanh tập trung dày đặc hai bên bờ
sông cũng gây cản trở rất lớn cho dòng chảy vì bị ngăn cản khá nhiều, làm
cho dòng chảy chậm hơn, tăng thời gian úng ngập tại đồng bằng. Mặt khác
đời sống dân cư ở đây còn nghèo làm cho các công trình phục vụ dân sinh và
sản xuất kém chất lượng không đủ độ bền vững, và rất sơ sài dễ bị phá huỷ
khi có thiên tai bão - lũ. Chính các vật liệu từ các công trình dân sinh này đã
làm gia tăng, thậm chí trực tiếp gây ra bồi lấp luồng lạch sông Nhật Lệ.
Hệ thống đường giao thông vận tải đường bộ, đường sắt và đường thủy


nội địa có hướng vuông góc với dòng chảy của sông nên làm giảm khả năng
tiêu thoát nước, nhất là tuyến đường Quốc lộ 1A và đường sắt Bắc - Nam,
chúng trở thành các tuyến đê ngăn cản đường tiêu thoát lũ. Nếu như không có
các tuyến đường này thì dòng chảy không bị ngăn cản nhưng giờ dòng chảy
phải vượt qua những tuyến đường có tác động như những con đê chắn lũ, và
một phần nước bị chúng giữ lại làm cho tình trạng úng ngập càng thêm trầm trọng. Tại
đây cũng có rất nhiều công trình thủy lợi được xây dựng để phục vụ đời sống cũng như
sản xuất nông nghiệp.
Cụ thể đầu tiên là đập Mỹ Trung sau khi đi vào hoạt động đã làm xuất
hiện khá nhiều bãi nổi, bãi cạn nằm so le, những bãi này cũng làm cho dòng
chảy bị ngăn cản chậm lại. Các hồ chứa khá nhiều nhưng đa số là với dung
tích nhỏ chỉ chủ yếu nhằm phục vụ cho việc tưới tiêu vào mùa khô còn để
phòng chống lũ thì với dung tích nhỏ như vậy lại đứng trước những cơn lũ
lớn, trong khi đó hai hồ chứa lớn là An Mã và Cẩm Ly lại nằm ở đầu nguồn

nên việc làm giảm lượng nước, tiêu thoát lũ không có tác dụng ở hạ lưu.
Ngoài

ra

hệ

thống

đê

điều

của

KVNC

nằm

trong

vùng

trũng của dải địa hình hẹp nhất Trung bộ và cả nước, lượng mưa lớn và lượng
dòng chảy tập trung nhanh nên khu vực đồng bằng hạ du sông Nhật Lệ
thường bị ngập úng. Khi lũ tiểu mãn xuất hiện hay những khi lũ ít thì việc
chống ngập úng là hoàn toàn được. Nhưng khi lũ lớn thì hệ thống đê này lại
hoàn toàn ngập trong nước và cũng góp phần làm cho việc tiêu thoát lũ trở
nên khó khăn, tăng tình trạng ngập úng tại hạ lưu sông Nhật Lệ.
2. Mô hình thủy văn, thủy lực tính toán ngập lụt

2.1. Các mô hình mưa- dòng chảy
- Mô hình Ltank: do PGS. TS Nguyễn Văn Lai đề xuất năm 1986 và Th.S Nghiêm
Tiến Lam chuyển về giao diện máy tính trên ngôn ngữ Visual Basic, là phiên bản cải
tiến từ mô hình Tank gốc của tác giả Sagawara (1956). Mô hình toán mưa rào dòng
chảy dựa trên quá trình trao đổi lượng ẩm giữa các tầng mặt, ngầm, và bốc hơi. Mô
hình ứng dụng tốt cho lưu vực vừa và nhỏ.


- Mô hình HEC-HMS: Do trung tâm thủy văn kỹ thuật quân đội Hoa Kỳ phát triển từ
mô hình HEC-1, mô hình có những cải tiến đáng kể cả về kỹ thuật tính toán và khoa
học thủy văn thích hợp với các lưu vực sông vừa và nhỏ. Là dạng mô hình tính toán
thủy văn được dùng để tính dòng chảy từ số liệu đo mưa trên lưu vực. Trong đó các
thành phần mô tả lưu vực sông gồm các công trình thủy lợi, các nhánh sông.
Kết quả của Hec-HMS được biểu diễn dưới dạng sơ đồ, biểu bảng tường minh
rất thuận tiện cho người sử dụng. Ngoài ra, chương trình có thể liên kết với cơ sở dữ
liệu dạng DSS của mô hình thủy lực Hec-RAS.
- Mô hình NAM: được xây dựng 1982 tại khoa thủy văn viện kỹ thuật thủy động lực
và thủy lực thuộc đại học kỹ thuật Đan Mạch. Mô hình dựa trên nguyên tắc các bể
chứa theo chiều thẳng đứng và hồ chứa tuyến tính. Mô hình tính quá trình mưa - dòng
chảy theo cách tính liên tục hàm lượng ẩm trong năm bể chứa riêng biệt tương tác lẫn
nhau.
Các mô hình thủy văn trên đây cho kết quả là các quá trình dòng chảy tại các
điểm khống chế (cửa ra lưu vực) vì vậy tự thân chúng đứng độc lập chưa đủ khả năng
để đưa ra các thông tin về diện tích và mức độ ngập lụt mà phải kết hợp với một số các
công cụ khác như GIS, hoặc là biên cho các mô hình thủy động lực 1-2 chiều khác.
2.2. Mô hình thủy lực:
- Mô hình VRSAP: tiền thân là mô hình KRSAL do cố PGS.TS Nguyễn Như Khuê
xây dựng và được sử dụng rộng rãi ở nước ta trong vòng 25 năm trở lại đây. Đây là mô
hình toán thuỷ văn-thuỷ 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 được mô tả

bằng hệ phương trình Saint-Venant đầy đủ. Các khu chứa nước và các ô đồng ruộng
trao đổi nước với sông qua 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 nước với sông qua cống điều tiết,
loại hở trao đổi nước với sông qua tràn mặt hay trực tiếp gắn với sông như các khu
chứa thông thường. Tuy nhiên mô hình VRSAP không phải là một mô hình thương
mại, mà là mô hình có mã nguồn mở chỉ thích hợp với những người có sự am hiểu sâu


rộng về kiến thức mô hình; Còn đối với công tác dự báo, cảnh báo nhanh cho một khu
vực cụ thể, nhất là khu vực miền Trung thì mô hình tỏ ra chưa phù hợp.
- Mô hình KOD-01 và KOD-02 của GS.TSKH Nguyễn Ân Niên phát triển dựa trên kết
quả giải hệ phương trình Saint-Venant dạng rút gọn, phục vụ tính toán thủy lực, dự báo
lũ...
- Mô hình WENDY: do Viện thủy lực Hà Lan (DELFT) xây dựng cho phép tính thủy
lực dòng chảy hở, xói lan truyền, chuyển tải phù sa và xâm nhập mặn.
- Mô hình HEC-RAS: do Trung tâm Thủy văn kỹ thuật quân đội Hoa Kỳ xây dựng
được áp dụng để tính toán thủy lực cho hệ thống sông. Phiên bản mới hiện nay đã
được bổ sung thêm modul tính vận chuyển bùn cát và tải khuếch tán. Mô hình HECRAS được xây dựng để tính toán dòng chảy trong hệ thống sông có sự tương tác 2
chiều giữa dòng chảy trong sông và dòng chảy vùng đồng bằng lũ. Khi mực nước
trong sông dâng cao, nước sẽ tràn qua bãi gây ngập vùng đồng bằng, khi mực nước
trong sông hạ thấp nước sẽ chảy lại vào trong sông.
- Họ mô hình MIKE: do Viện thủy lực Đan mạch (DHI) xây dựng được tích hợp rất
nhiều các công cụ mạnh, có thể giải quyết các bài toán cơ bản trong lĩnh vực tài
nguyên nước. Tuy nhiên đây là mô hình thương mại, phí bản quyền rất cao nên không
phải cơ quan nào cũng có điều kiện sử dụng. + MIKE 11: là mô hình một chiều trên
kênh hở, bãi ven sông, vùng ngập lũ, trên sông kênh có kết hợp mô phỏng các ô ruộng
mà kết quả thuỷ lực trong các ô ruộng là “giả 2 chiều”. MIKE 11 có một số ưu điểm
nổi trội so với các mô hình khác như: (i) liên kết với GIS, (ii) kết nối với các mô hình
thành phần khác của bộ MIKE ví dụ như mô hình mưa rào-dòng chảy NAM, mô hình
thuỷ động lực học 2 chiều MIKE 21, mô hình dòng chảy nước dưới đất, dòng chảy

tràn bề mặt và dòng bốc thoát hơi thảm phủ (MIKE SHE), (iii) tính toán chuyển tải
chất khuyếch tán, (iv) vận hành công trình, (v) tính toán quá trình phú dưỡng…..
Hệ phương trình sử dụng trong mô hình là hệ phương trình Saint-Venant một
chiều không gian, với mục đích tìm quy luật diễn biến của mực nước và lưu lượng dọc
theo chiều dài sông hoặc kênh dẫn và theo thời gian. Mô hình MIKE 11 đã được ứng
dụng tính toán rộng rãi tại Việt Nam và trên phạm vi toàn thế giới. Tuy nhiên MIKE


11 không có khả năng mô phỏng tràn bãi nên trong các bài toán ngập lụt MIKE 11
chưa mô phỏng một cách đầy đủ quá trình nước dâng từ sông tràn bãi vào ruộng và
ngược lại. Để cải thiện vấn đề này bộ mô hình MIKE có thêm mô hình thủy lực hai
chiều MIKE 21 và bộ kết nối MIKE FLOOD.
+ MIKE 21 & MIKE FLOOD: Là mô hình thuỷ động lực học dòng chảy 2 chiều trên
vùng ngập lũ đã được ứng dụng tính toán rộng rãi tại Việt Nam và trên phạm vi toàn
thế giới. Mô hình MIKE21 HD là mô hình thuỷ động lực học mô phỏng mực nước 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.
MIKE21 HD có thể mô hình hóa dòng chảy tràn với nhiều điều kiện được tính đến,
bao gồm:
o Ngập và tiêu nước cho vùng tràn o Tràn bờ
o Dòng qua công trình thuỷ lợi
o Thuỷ triều
o Nước dâng do mưa bão.
Phương trình mô phỏng bao gồm phương trình liên tục kết hợp với phương
trình động lượng mô tả sự biến đổi của mực nước và lưu lượng. Lưới tính toán sử
dụng trong mô hình là lưới hình chữ nhật.
Tuy nhiên MIKE 21 nếu độc lập cũng khó có thể mô phỏng tốt quá trình ngập
lụt tại một lưu vực sông với các điều kiện ngập thấp. Để có thể tận dụng tốt các ưu
điểm và hạn chế những khuyết điểm của cả hai mô hình một chiều và hai chiều trên,
DHI đã cho ra đời một công cụ nhằm tích hợp (coupling) cả hai mô hình trên; đó là

công cụ MIKE FLOOD
MIKE FLOOD là một công cụ tổng hợp cho việc nghiên cứu các ứng dụng về
vùng bãi tràn và các nghiên cứu về dâng nước do mưa bão. Ngoài ra, MIKE FLOOD
còn có thể nghiên cứu về tiêu thoát nước đô thị, các hiện tượng vỡ đập, thiết kế công
trình thuỷ lợi và ứng dụng tính toán cho các vùng cửa sông lớn. MIKE FLOOD được


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). Trường hợp cần kết nối một chiều và hai
chiều là khi cần có một mô hình vận tốc chi tiết cục bộ (MIKE21) trong khi sự thay
đổi dòng chảy của sông được điều tiết bởi các công trình phức tạp (cửa van, cống điều
tiết, các công trình thuỷ lợi đặc biệt...) mô phỏng theo mô hình MIKE11. Khi đó mô
hình một chiều MIKE11 có thể cung cấp đều kiện biên cho mô hình MIKE21 (và
ngược lại).
- Bộ mô hình MIKE11 và MIKE11- GIS của viện thuỷ lực Đan Mạch (DHI) sử dụng
để xây dựng bản đồ ngập lụt cho vùng hạ lưu sông. MIKE11-GIS là bộ công cụ mạnh
trong trình bày và biểu diễn về mặt không gian và thích hợp công nghệ mô hình bãi
ngập và sông của MIKE11 cùng với khả năng

phân tích không gian của hệ thống

thông tin địa lý trên môi trường ArcGIS 9.1
Mike11-GIS có thể mô phỏng diện ngập lớn nhất, nhỏ nhất hay diễn biến từ lúc
nước lên cho tới lúc nước xuống trong một trận lũ. Độ chính xác của kết quả tính từ
mô hình và thời gian tính toán phụ thuộc rất nhiều vào độ chính xác của DEM. Nó cho
biết diện ngập và độ sâu tương ứng từng vùng nhưng không xác định được hướng
dòng chảy trên đó.
- Mô hình MIKE SHE: Mô hình toán vật lý thông số phân bổ mô phỏng hệ thống tổng
hợp dòng chảy mặt- dòng chảy ngầm lưu vực sông. Mô phỏng biến đổi về lượng và
chất hệ thống tài nguyên nước. Bao gồm dòng chảy trong lòng dẫn, dòng chảy tràn bề

mặt, dòng chảy ngầm tầng không áp, dòng chảy ngầm tầng có áp, dòng chảy tầng
ngầm chuyển tiếp giữa tầng có áp và tầng không áp, bốc thoát hơi từ tầng thảm phủ,
truyền chất, vận chuyển bùn cát. Ứng dụng thực tiễn: Đã được ứng dụng tính toán rộng
rãi trên phạm vi toàn thế giới. Ở Việt Nam MIKE SHE được ứng dụng mô phỏng dòng
hệ thống dòng chảy ngầm mặt lưu vực.
Qua thực tế của việc sử dụng các mô hình thủy văn và thủy lực hiện nay trên
thế giới và tại Việt nam; với mong muốn mô phỏng một cách chính xác nhất quá trình
ngập lụt trong khu vực nghiên cứu, tác giả nhận thấy bộ mô hình MIKE - FLOOD của


Viện thủy lực Hà Lan có thể đáp ứng được yêu cầu xây dựng bản đồ ngập lụt cho khu
vực nghiên cứu do các lý do sau đây:
 Bộ mô hình MIKE bao gồm: mô hình thủy văn MIKE NAM, dùng để tính toán các
biên đầu vào cho mô hình thủy lực một chiều MIKE 11, cũng như biên gia nhập khu
giữa cho mô hình thủy lực hai chiều MIKE 21. Mô hình thủy lực một chiều MIKE 11
mô phỏng dòng chảy một chiều trong sông và mô hình hai chiều MIKE 21 mô phỏng
dòng chảy hai chiều ngang tràn bãi. Bộ mô hình này rất phù hợp để mô phỏng ngập lụt
tại lưu vực sông Nhật Lệ nơi thường xuyên xảy ra các trận lũ từ nhỏ đến lớn.
 Điều kiện số liệu đo đạc trong khu vực rất hạn chế do nhiều nguyên nhân khác
nhau nên việc sử dụng mô hình MIKE - NAM để tính toán dòng chảy từ mưa làm biên
đầu vào cho mô hình thủy lực là cần thiết.
 Mô hình MIKE FLOOD là một công cụ tổng hợp cho việc nghiên cứu các ứng
dụng về vùng bãi tràn phù hợp cho vùng trũng nghiên cứu, có thể thể hiện được cả
mức độ ngập lụt lẫn tốc độ và hướng dòng chảy lũ trong vùng ngập lụt. Do vậy, trong
luận văn này tác giả quyết định sử dụng mô hình Mike -FLOOD trong bộ mô hình
MIKE của Viện thủy lực Đan Mạch để liên kết mô hình 1D và 2D diễn toán mô phỏng
quá trình lũ trên lưu vực sông Nhật Lệ đoạn khu vực nghiên cứu.
2.3 Cơ sở lý thuyết mô hình MIKE FLOOD
2.3.1. Mô hình mưa - dòng chảy MIKE - NAM
- Giới thiệu mô hình NAM

Để tính toán quá trình hình thành dòng chảy từ mưa trên các lưu vực sông thì mô hình
NAM là một công cụ khá mạnh. Mô hình quan niệm lưu vực là các bể chứa xếp chồng
nhau, trong đó mỗi bể chứa đặc trưng cho một môi trường có chứa các yếu tố gây ảnh
hưởng đến quá trình hình thành dòng chảy trên lưu vực, và các bể chứa được liên kết
với nhau bằng các biểu thức toán học. Trong mô hình NAM, mỗi một lưu vực được
xem như một đơn vị xử lý với các thông số là đại diện cho các giá trị được trung bình
hóa trên toàn lưu vực. Mô hình NAM tính toán quá trình mưa dòng chảy theo cách
tính liên tục hàm lượng ẩm trong các bể chứa riêng biệt tương tác lẫn nhau (hình 2.1).


Mô hình NAM có tổng cộng 19 thông số gồm các thông số về dòng chảy mặt, thông số
bốc hơi, thông số tưới... Và theo thực tế tính toán cho thấy chỉ có 5 thông số chính ảnh
hưởng mạnh đến quá trình hình thành dòng chảy, đó là Umax; Lmax; CK1,2; CQOF;
CQIF

Hình 2.1. Cấu trúc mô hình Nam
- Đầu vào của mô hình NAM
Mô hình NAM là một mô hình mưa rào - dòng chảy nên dữ liệu đầu vào của
mô hình sẽ là số liệu mưa giờ hoặc mưa ngày thực đo của trạm khí tượng và số liệu
bốc hơi trung bình cùng với diện tích của lưu vực mà mưa rơi xuống.


- Đầu ra của mô hình
Kết quả của mô hình được biểu diễn qua đường quá trình lưu lượng theo thời
gian (thời gian có thể tính bằng giờ hoặc bằng ngày tùy thuộc vào thời gian của mưa
thực đo).
2.3.2 Mô hình MIKE 11
Mô hình MIKE 11 là mô hình tính toán mạng sông dựa trên việc giải hệ phương
trình một chiều Saint -Venant:
Phương trình liên tục:

(2.1)
(2.2)
(2.3)

trong đó: A là diện tích mặt cắt ngang (m2); t là thời gian (s); Q là lưu lượng nước
(m3/s); x là biến không gian; g là gia tốc trọng trường (m/s2);  là mật độ của nước
(kg/m3); b là độ rộng của lòng dẫn (m) và R là bán kính thủy lực (m) [20, 21]
Phương pháp giải
Hệ phương trình Saint - Venant về nguyên lý là không giải được bằng các
phương pháp giải tích, vì thế trong thực tế tính toán người ta phải giải gần đúng bằng
cách rời rạc hóa hệ phương trình. Có nhiều phương pháp rời rạc hóa hệ phương trình,
và trong mô hình MIKE 11, tác giả đã sử dụng phương pháp sai phân hữu hạn 6 điểm
ẩn Abbott. Dưới đây mô tả các cách bố trí sơ đồ Abbott 6 điểm với các phương trình
(hình 2.2), và các biến trong mặt phẳng x~t (hình 2.3).
Trong phương pháp này, mực nước và lưu lượng dọc theo các nhánh sông được
tính trong hệ thống các điểm lưới xen kẽ như dưới đây (hình 2.4).


Đối với mạng lưới sông phức tạp, mô hình cho phép giải hệ phương trình cho
nhiều nhánh sông và các điểm tại các phân lưu/nhập lưu. Cấu trúc của các nút lưới ở
nhập lưu, tại đó ba nhánh gặp nhau, thể hiện trong hình sau (hình 2.5)

Hình 2.2. Sơ đồ sai phân hữu hạn 6 điểm ẩn Abbott

Hình 2.3. Sơ đồ sai phân 6 điểm ẩn Abbott trong mặt phẳng x-t

Hình 2.4. Nhánh sông với các điểm lưới xen kẽ


Cấu trúc các điểm lưới trong mạng vòng (hình 2.6). Tại một điểm lưới, mối

quan hệ giữa biến số Zj (cả mực nước hj và lưu lượng Qj) tại chính điểm đó và tại các
điểm lân cận được thể hiện bằng phương trình tuyến tính sau:

Hình 2.5. Cấu trúc các điểm lưới xung quanh điểm nhập lưu

Hình 2.6. Cấu trúc các điểm lưới trong mạng vòng

Ta quy ước các chỉ số dưới của các thành phần trong phương trình biểu thị vị trí
dọc theo nhánh, và chỉ số trên chỉ khoảng thời gian. Các hệ số α, β, γ và σ trong
phương trình (2.4) tại các điểm h và tại các điểm Q được tính bằng sai phân hiện đối
với phương trình liên tục và với phương trình động lượng.
Tất cả các điểm lưới theo phương trình (2.4) được thiết lập. Giả sử một nhánh
có n điểm lưới; nếu n là số lẻ, điểm đầu và cuối trong một nhánh luôn luôn là điểm h.


Điều này làm cho n phương trình tuyến tính có n+2 ẩn số. Hai ẩn số chưa biết là do
các phương trình được đặt tại điểm đầu và điểm cuối h, tại đó Zj-1và Zj+1 là mực
nước, theo đó phần đầu/cuối của nhánh phân/nhập lưu được liên kết với nhau [20, 21]
Điều kiện biên và điều kiện ban đầu
Hệ phương trình (2.1-2.3) khi được rời rạc theo không gian và thời gian sẽ gồm
có số lượng phương trình luôn ít hơn số biến số, vì thế để khép kín hệ phương trình
này cần phải có các điều kiện biên và điều kiện ban đầu.
Trong mô hình MIKE 11, điều kiện biên của mô hình khá linh hoạt, có thể là
điều kiện biên hở hoặc điều kiện biên kín. Điều kiện biên kín là điều kiện tại biên đó
không có trao đổi nước với bên ngoài. Điều kiện biên hở có thể là đường quá trình của
mực nước theo thời gian hoặc của lưu lượng theo thời gian, hoặc có thể là hằng số
Các điều kiện ban đầu bao gồm mực nước và lưu lượng trên khu vực nghiên
cứu. Thường lấy lưu lượng xấp xỉ bằng 0 còn mực nước lấy bằng mực nước trung
bình.
Điều kiện ổn định

Để sơ đồ sai phân hữu hạn ổn định và chính xác, cần tuân thủ các điều kiện sau:
- Địa hình phải đủ tốt để mực nước và lưu lượng được giải một cách thoả đáng. Giá trị
tối đa cho phép đối với Δx phải được chọn trên cơ sở này.
- Điều kiện Courant dưới đây có thể dùng như một hướng dẫn để chọn bước thời gian
sao cho đồng thời thoả mãn được các điều kiện trên. Điển hình, giá trị của Cr là 10
đến 15, nhưng các giá trị lớn hơn (lên đến 100) đã được sử dụng
Courant biểu thị số các điểm lưới trong một bước sóng phát sinh từ một nhiễu động di
chuyển trong một bước thời gian. Sơ đồ sai phân hữu hạn dùng trong Mike 11 cho
phép số Cr từ 10-20 nếu dòng chảy dưới phân giới (Fr < 1)
2.3.2. Cơ sở lý thuyết mô hình Mike 21


Module thủy lực MIKE21HD FM là hợp phần tính toán cơ bản của hệ thống
mô hình dòng chảy cung cấp cơ sở thủy động lực học cho module vận chuyển
(transport module); module môi trường (ecolab module), mdule vận chuyển bùn (mud
transport module), module vận chuyển cát (sand transport module).
Mô hình MIKE21HD FM là mô hình thủy động tính toán dòng chảy và mực
nước không ổn định, các phương trình Navier Stokes được trung bình theo chiều sâu
với số Reynolds không nén được. Mô hình gồm các phương trình liên tục, động lượng,
nhiệt độ, độ mặn và mật độ. Trong mặt phẳng nằm ngang, cả hệ tọa độ Cartesian và
tọa độ cầu (Spherical). Với giả thiết là dòng chảy có tính chất đồng nhất về mật độ
theo chiều thẳng đứng. Các phương trình mô phỏng các quá trình bảo toàn khối nước,
động lượng được tích phân theo chiều thẳng đứng như sau:

∂ς ∂p ∂q
+ +
=0
∂t ∂x ∂y

∂p ∂  p 2  ∂  pq 

∂ς
+   +   + gh + gp
∂t ∂x  h  ∂y  h 
∂x
h ∂
( pa ) = 0
− Ωq − fVV x +
ρ w ∂x
∂q ∂  q 2  ∂  pq 
∂ς
+   + 
 + gh + gq
∂t ∂y  h  ∂x  h 
∂y
h ∂
( pa ) = 0
− Ωp − fVV y +
ρ w ∂y

(2.4)
p2 + q2
1 ∂
( hτ xx ) + ∂ ( hτ xy ) 
−

2 2
ρ w  ∂x
∂y
C h


(2.5)
p2 + q2
1 ∂
( hτ yy ) + ∂ ( hτ xy )
−

2 2
C h
ρ w  ∂y
∂x


(2.6)

Phương pháp giải ẩn luân hướng với thuật toán 2 lần quyết - cũng là phương pháp
hiện đại, tiên tiến cho kết quả và hiệu quả nhất hiện nay.
Sự rời rạc hóa không gian của các phương trình nguyên thủy cũng được thực hiện
với sự sử dụng phương pháp thể tích hữu hạn ô lưới trung tâm. Miền tính được rời rạc
bởi sự chia nhỏ chuỗi ra các nguyên tố/ô lưới không trùng nhau. Trên mặt bằng, một
lưới không cấu trúc được sử dụng bao gồm các tam giác học các nguyên tố biên bậc 2.


Phương pháp giải xấp xỉ Riemum là được sử dụng để tính toán các dòng đối lưu, việc
tính tích phân được sử dụng sơ đồ hiện.
Phạm vi ứng dụng của Mô hình MIKE21HD FM: Nói chung là giải quyết các
vấn đề mà ở đó dòng chảy và hiện tượng vận chuyển là quan trọng, đặc biệt là áp dụng
ở vùng cửa sông, bờ biển tại đó thuộc tính linh động của lưới phi cấu trúc là hữu dụng.

2.3.4 Mô hình MIKE FLOOD

Mặc dù mô hình MIKE 11 và MIKE 21 có những ưu điểm vượt trội trong việc
mô phỏng dòng chảy 1 chiều trong mạng lưới sông phức tạp (MIKE 11) và có thể mô
phỏng bức tranh 2 chiều của dòng chảy tràn trên bề mặt đồng ruộng (MIKE 21).
Tuy nhiên nếu xét riêng rẽ chúng vẫn còn một số hạn chế trong việc mô phỏng
ngập lụt. Đối với MIKE 11, sẽ rất khó khăn để mô phỏng dòng chảy tràn nếu không
biết trước một số khu chứa và hướng chảy, không mô tả được trường vận tốc trên mặt
ruộng hoặc khu chứa, còn trong MIKE 21, nếu muốn vừa tính toán dòng tràn trên bề
mặt ruộng, vừa muốn nghiên cứu dòng chảy chủ lưu trong các kênh dẫn thì cần phải
thu nhỏ bước lưới đến mức có thể thể hiện được sự thay đổi của địa hình trong lòng
dẫn mà hệ quả của nó là thời gian tính toán tăng lên theo cấp số nhân.
Để kết hợp các ưu điểm của cả mô hình 1 và 2 chiều đồng thời khắc phục được
các nhược điểm của chúng, MIKE FLOOD cho phép kết nối 2 mô hình MIKE 11 và
MIKE 21 trong quá trình tính toán, tăng bước lưới của mô hình (nghĩa là giảm thời
gian tính toán) nhưng vẫn mô phỏng được cả dòng chảy trong lòng dẫn và trên mặt
ruộng hoặc ô chứa.
Trong MIKE FLOOD có 4 loại kết nối sau đây giữa mô hình 1 và 2 chiều:
Kết nối tiêu chuẩn
Trong kết nối này, thì một hoặc nhiều ô lưới của MIKE 21 sẽ được liên kết với một
đầu của phân đoạn sông trong MIKE 11. Loại kết nối này rất thuận tiện cho việc nối
một lưới chi tiết của MIKE21 với một hệ thống mạng lưới sông lớn hơn trong MIKE


11, hoặc nối các công trình trong mô hình MIKE 21. Các cách áp dụng có thể của nó
được chỉ ra trong hình 2.8 dưới đây.
Kết nối bên
Kết nối bên cho phép một chuỗi các ô lưới trong MIKE 21 có thể liên kết vào
hai bên của một đoạn sông, một mặt cắt trong đoạn sông hoặc toàn bộ một nhánh sông
trong MIKE 11. Dòng chảy khi chảy qua kết nối bên được tính toán bằng cách sử dụng
các phương trình của các công trình hoặc các bảng quan hệ Q-H. Loại kết nối này đặc
biệt hữu ích trong việc tính toán dòng chảy tràn từ trong kênh dẫn ra khu ruộng hoặc

bãi, nơi mà dòng chảy tràn qua bờ đê bối sẽ được tính bằng công thức đập tràn đỉnh
rộng. Một ví dụ của loại kết nối này được minh họa trong hình 2.9

Hình 2.8: Các ứng dụng trong kết nối tiêu chuẩn
Kết nối công trình (ẩn)
Kết nối công trình là nét mới đầu tiên trong một loạt các cải tiến dự định trong
MIKE FLOOD. Kết nối công trình lấy thành phần dòng chảy từ một công trình trong
MIKE 11 và đưa chúng trực tiếp vào trong phương trình động lượng của MIKE 21.
Quá trình này là ẩn hoàn toàn và vì thế không ảnh hưởng đến các bước thời gian trong
MIKE 21. Ví dụ về loại kết nối này được minh họa trong hình 2.10


Hình 2.9: Một ứng dụng trong kết nối bên

Hình 2.10: Một ví dụ trong kết nối công trình


Kết nối khô (zero flow link)
Một ô lưới MIKE 21 được gán là kết nối khô theo chiều x sẽ không có dòng
chảy chảy qua phía bên phải của ô lưới đó. Tương tự, một kết nối khô theo chiều y sẽ
không có dòng chảy chảy qua phía trên của nó. Các kết nối khô này được phát triển để
bổ sung cho các kết nối bên. Để chắc chắn rằng dòng chảy tràn trong MIKE 21 không
cắt ngang từ bờ này sang bờ kia của sông mà không liên kết với MIKE 11, các kết nối
khô này được đưa vào để đóng các dòng trong MIKE 21. Một cách khác để sử dụng
kết nối khô là gán cho các ô lưới là đất cao, mà tùy thuộc vào độ phân giải của lưới
tính có thể chưa mô tả được. Kết nối khô cũng được sử dụng để mô tả các dải phân
cách hẹp trong đồng ruộng ví dụ như đê bối, đường, ... và khi đó thay vì sử dụng một
chuỗi các ô lưới được định nghĩa là đất cao thì nên sử dụng chuỗi các kết nối khô [24,
25]
Sử dụng các kết nối trên đây ta có thể dễ dàng liên kết hai mạng lưới tính trong

mô hình 1 chiều và 2 chiều với nhau. Khi chạy mô hình, để coupling chúng, MIKE
FLOOD cung cấp 3 kiểu coupling sau đây tùy thuộc vào mục đích sử dụng mô hình:
o Coupling động lực: các kết nối sẽ chỉ chuyển các thông tin và thủy
động lực (cần thiết cho các tính toán trong MIKE 11 và MIKE 21)
o Coupling truyền tải chất: các kết nối chỉ truyền các thông tin liên quan
đến các quá trình vận tải và khuyếch tán (cần thiết cho các tính toán
trong MIKE 11 và MIKE 21)
o Coupling cả động lực và truyền tải chất.
Các lựa chọn này sẽ được người sử dụng dễ dàng lựa chọn thông qua các hộp thoại
trong mô hình.
3. Mô hình phỏ sóng MIKE 21 SW/FM


Mô hình MIKE 21 SW FM là mô hình mô phỏng quá trình hình thành, suy
giảm, lan truyền sóng do gió (wind-generated waves) và sóng lừng (swell) ở vùng
nước sâu và ven biển. Mô hình được sử dụng để dự báo và đánh giá xu thế của sóng ở
ngoài khơi và khu vực ven bờ. Mô hình có xét đến các hiện tượng sóng khúc xạ, sóng
nước nông, ảnh hưởng do gió, suy giảm năng lượng do ma sát đáy, sóng vỡ, tương tác
giữa sóng – dòng chảy, … MIKE 21 SW cho phép người dùng lựa chọn 1 trong 2 cách
mô phỏng sau:
-

Phương pháp 1: Sử dụng hệ phương trình bảo toàn động lượng của sóng
trong đó tần số sóng được tham số hóa và coi là các biến phụ thuộc theo đề
xuất của Holthuijsen (1989) [Directional decoupled parametric formulation].
- Phương pháp 2: Sử dụng hệ phương trình bảo toàn động lượng của sóng như
đã đề cập trong Komen et al (1994) và Young (1999) trong đó phổ tác động
tần số - hướng của sóng được xem là biến phụ thuộc [Fully spectral
fomulation].
Về nguyên tắc, phương pháp thứ 2 là phương pháp tổng quát, có thể sử dụng để

nghiên cứu sự phát triển, suy giảm, lan truyền sóng do gió và sóng lừng ở khu vực
ngoài khơi và ven bờ. Tuy nhiên, khối lượng tính toán theo phương pháp này sẽ lớn
hơn rất nhiều so với phương pháp 1. Trong phần lớn các trường hợp, phương pháp 1
có thể được sử dụng nếu trường sóng nghiên cứu thỏa mãn các điều kiện sau:
-

Phạm vi mô hình tính toán nhỏ (từ 10 đến 50 km).
Sóng mô phỏng là sóng phát triển đầy đủ.
Sóng lừng (và sự kết hợp giữa sóng lừng và sóng gió) là thành phần không
quan trọng.
Lưu ý rằng, lực tác động do gió không được xét đến khi sử dụng phương pháp
1. Nếu sử dụng phương pháp tính này, ảnh hưởng của gió đến sóng sẽ được tính toán
dựa vào các công thức kinh nghiệm (empirical relationships - MIKE 21 SW User
Guide, 2007). Phương pháp 1 cũng là phương pháp tính toán sử dụng trong MIKE 21
NSW (với khác biệt duy nhất: lưới tính toán là lưới chữ nhật).
Trên cơ sở mục đích, yêu cầu và nội dung tính toán của đề tài đã phân tích ở
mục 1, trong nghiên cứu sử dụng phương pháp 2 (fully spectral formulation) để mô
phỏng trường sóng khu vực dự án. Điều này cho phép sử dụng các số liệu về trường
gió (phân bố theo không gian và biến đổi theo thời gian) và sóng ngoài khơi (chiều
cao, chu kỳ, hướng biến đổi theo thời gian) để mô tả sự biến đổi của trường sóng khu
vực dự án theo thời gian, trong đó ảnh hưởng của gió được xét đến một cách đầy đủ.


Việc mô phỏng đúng sự biến đổi của trường sóng (chiều cao, chu kỳ, hướng,...) theo
thời gian có ý nghĩa đặc biệt quan trọng đến kết quả phân tích diễn biến bờ biển, cửa
sông.
Mô hình MIKE 21 SW có xét đến các hiện tượng vật lý sau:
-

Sóng phát triển dưới tác động của gió.

Tương tác phi tuyến giữa sóng và sóng.
Phân tán năng lượng do sóng vỡ ngoài khơi.
Phân tán năng lượng do ma sát đáy.
Phân tán năng lượng do sóng vỡ phát sinh do độ sâu khu nước giảm.
Khúc xạ và lan truyền sóng nước nông.
Tương tác giữa sóng và dòng chảy.
Ảnh hưởng của biến đổi mực nước, có xét đến những vùng thay đổi mực
nước.
- Phạm vi ứng dụng của MIKE 21 SW
MIKE 21 SW áp dụng để dự báo sóng khu vực ngoài khơi và ven biển, đánh giá
điều kiện sóng – chiều cao sóng, chu kỳ sóng, hướng sóng - phục vụ cho việc thiết kế
xây dựng các công trình biển, công trình cảng, và công trình bảo vệ bờ. Ngoài ra, kết
quả tính trường ứng suất sóng còn dùng để phục vụ cho bài toán vận chuyển bùn cát và
diễn biến đường bờ.
7400000

7300000

7200000

7100000

7000000

6900000

6800000

6700000

6600000

6500000

6400000

6300000

6200000

6100000

Bathymetry [m]
Above
0
-250 0
-500 - -250
-750 - -500
-1000 - -750
-1250 - -1000
-1500 - -1250
-1750 - -1500
-2000 - -1750
-2250 - -2000
-2500 - -2250
-2750 - -2500
-3000 - -2750
-3250 - -3000
-3500 - -3250
Below -3500

Undefined Value

6000000

5900000

5800000

5700000

5600000
-200000
0
0:00:00 12/30/1899 Time Step 0 of 0.

200000

400000

600000

Hình 1: Ví dụ về lưới tính toán sử dụng trong MIKE 21 SW.