Chuong 3 mô hình hóa hệ thống tài nguyên nướcb

Lê HùngKhoa Xây dựng Thủy lợi Thủy điện Trường Đại học Bách Khoa Đ 1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - ĐHĐN Phân tích hệ thông tài nguyên nước có liên quan chặt chẽ với việc sử dụng mô hình Mô

Trang 1

TS Lê Hùng

Khoa Xây dựng Thủy lợi Thủy điện

Trường Đại học Bách Khoa

Đ

1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - ĐHĐN

Phân tích hệ thông tài nguyên nước có liên quan chặt chẽ với việc sử dụng mô hình

Mô hình hóa hệ thống tài nguyên nước là sự biểu đạt các quy luật của hệ thống TNN, bao gồm các qua trình vật lý và động thái của hệ thống bằng các biểu thức toán học

- Giúp cho việc nhận thức cũng như ứng xử hệ thống đầy đủ hơn

- Dễ dàng cung cấp các kịch bản vận hành hệ thống khác nhau

- Là cầu nối giữa nhà nghiên cứu và nhà quản lý chính sách

3.1 Khái quát về mô hình hóa tài nguyên nước

Những thách thức khi mô hình hóa hệ thống TNN

a Thách thức của mô hình hóa

- Giai pháp hoàn thiện cho việc quy hoạch TNN hiếm khi tồn

tại: Các kế hoạch dự án là động, phát triển theo thời gian;

- Bất kỳ quyết định lớn nào cũng bao gồm nhiều quyết định nhỏ

thực hiện bởi các cơ quan khác nhau có trách nhiệm về các

khía cạnh khác nhau của dự án;

- Thời gian danh cho việc nghiên cứu TNN nói riêng thường

ngắn hơn so với yêu cầu Nếu có đủ thời gian thì mục tiêu của

các nghiên cứu có thể thay đổi đáng kể

Những thách thức khi mô hình hóa hệ thống TNN

b Thách thức của những nhà hoạch định chính sách, quản lý

- Xác định được các lựa chọn nhằm giải quyết bài toán

- Tìm hiểu các nhu cầu của các nhóm lợi ích nhằm được sự

đồng thuận về các vấn đề cần làm

- Thiết lập và sử dụng mô hình đưa ra các kết quả để mọi hộ

dùng nước đạt được sự thỏa thuận chung phù hợp với các giá trị riêng của họ

- Ra quyết định và thực hiện chúng, đưa ra sự khác biệt của các

ý tưởng, giá trị xã hội và mục tiêu

Khung phân tích

chung của các

nghiên cứu

HTTNN

Thách thức trong việc áp dụng mô hình vào thực tế

- Luôn có một khoảng cách giữa những nghiên cứu về sản phẩm mô hình hóa HTTNN với thực tế sử dụng

- Không phải những nghiên cứu công bố nào cũng sẵn sàng hay hiệu quả trong việc sử dụng

- Liệu mô hình mới (chương trình máy tính) có làm cho người sử dụng dễ dàng giải quyết các vấn đề của họ hay không?

Trang 2

Đặc điểm của những bài toán mô hình hóa hệ thống TNN

- Mục tiêu quy hoạch và quản lý TNN được xác định rõ ràng và

các tổ chức và cá nhân có thể nhận dạng được ai có thể đạt được

lợi từ kết quả mô hình

- Tồn tại nhiều quyết định khác nhau mà có thể thoả mãn các mục

tiêu, và quyết định tốt nhất chưa rõ ràng

- Hệ thống TNN và các mục tiêu có thể miêu tả tường

minh bằng các hàm toán học

- Thông tin cần thiết như những tác động thuỷ văn, kinh tế,

môi trường, sinh thái từ quyết định nào đó có thể được ước tính tốt

hơn thông qua sử dụng mô hình

- Thông số của những mô hình xác định từ dữ liệu có khả

năng đạt được dễ dàng

a/ Khái quát:

Người hoạch định hệ thống TNN phải xác định và đánh giá được các thiết kế/kế hoạch quản lý hệ thống TNN trên cơ sở kinh tế, môi trường, sinh thái hay tác động chính trị của chúng

- Một số hệ thống thực thi các mục tiêu mâu thuẫn với nhau

Trong trường hợp này, mô hình có thể giúp định ra các thỏa hiệp hiệu quả giữa các giải pháp mâu thuẫn đó

- Đòi hỏi các tiếp cận theo hướng mô hình hóa mô phỏng hay tối ưu nhằm nghiên cứu phân tích hệ thống tài nguyên nước

b/ Đặc điểm của những bài toán mô hình hóa hệ thống TNN

- Mục tiêu quy hoạch và quản lý TNN được xác định rõ ràng

và các tổ chức và cá nhân có thể nhận dạng được ai có thể

đạt được lợi từ kết quả mô hình

- Tồn tại nhiều quyết định khác nhau mà có thể thoả mãn các

mục tiêu, và quyết định tốt nhất chưa rõ ràng

- Hệ thống TNN và các mục tiêu có thể miêu tả tường

minh bằng các hàm toán học

- Thông tin cần thiết như những tác động thuỷ văn, kinh

tế, môi trường, sinh thái từ quyết định nào đó có thể được

ước tính tốt hơn thông qua sử dụng mô hình

- Thông số của những mô hình xác định từ dữ liệu có

khả năng đạt được dễ dàng

3.2 Phương pháp mô hình hóa

a Các mô hình mô phỏng

Mô phỏng (Simulation): Quá trình sao chép lại hành vi của một hệ thống đang tồn tại hoặc được đề xuất

- Thiết kế một mô hình của hệ thống và tiến hành thực nghiệm với mô hình đó nhằm để hiểu rõ hơn về chức năng của hệ thống hoặc để đánh giá những chiến lược quản lý khác nhau của hệ thống đó

- Bản chất của mô phỏng là xác định lại động thái của

hệ thống ở các mặt quan trọng để trả lời câu hỏi hệ thống phản ứng như thế nào với những điều kiện có thể áp đặt vào nó hoặc có thể phát sinh trong tương lai

3.3 Mô hình mô phỏng và mô hình tối ưu

Trang 3

a Các mô hình mô phỏng

Trong bài toán phân tích hệ thống mô hình mô phỏng

được sử dụng để phân tích hiệu quả của từng phương án quy

hoạch, từ đó tìm ra phương án có lợi nhất

Phương án mô phỏng chỉ đưa ra được phương án gần

tối ưu (phương án hợp lý) Do phương án tốt nhất

được xác lập trên cơ sở các kịch bản về phương án

quy hoạch và do đó có thể bỏ sót các phương án tốt

hơn do không tạo ra được không gian đầy đủ các

phương án

b Các mô hình tối ưu

Cho phép đưa ra các giải pháp tối ưu từ một miền giới hạn các giải pháp khả thi

Hạn chế:

- Không phải bài toán quy hoạch nào có thể mô tả được bằng mô hình tối ưu

- Nhiều trường hợp bài toán tối ưu không giải được

- Có thể nghiệm bài toán tối ưu là nghiệm cục bộ

Các mô hình kết nối kỹ thuật tối ưu với mô hình mô phỏng

1 Khái niệm

Mô hình toán dòng chảy sông ngòi là sự biểu đạt các quy luật của hệ thống nguồn nước bao gồm các quá trình vật lý và động thái của hệ thống bằng các biểu thức toán học

2 Phân loại: Có hai loại mô hình chính:

a Mô hình dòng chảy sông ngòi

Mô phỏng các quá trình dòng chảy trên lưu vực và dòng chảy trong mạng sông Các mô hình này thường là các mô hình thành phần của mô hình hệ thống

b Mô hình lưu vực (Mô hình hệ thống) Không chỉ mô phỏng các quá trình dòng chảy sông ngòi mà còn mô

tả đầy đủ các hoạt động của hệ thống công trình, hệ thống các công trình

sử dụng nước trên hệ thống sông Nó là sự lắp ghép của các mô hình thành phần

3.3 Mô hình mô phỏng và mô hình tối ưu 3.3.1 Mô hình mô phỏng hệ thống

Mô hình toán dòng chảy

Mô hình thông số tập trung Mô hình thông số phân phối

Mô hình hộp

đen

Mô hình

quan niệm

Mô hình sóng động học

Mô hình sóng động lực

Mô hình sóng khuếch tán

Sơ đồ phân loại mô hình toán dòng chảy

3.3.1 Mô hình mô phỏng hệ thống

a Mô hình thông số tập trung

Nguyên lý chung về mô phỏng quá trình dòng chảy sông ngòi

(mô tả trong mô hình MIKE11)

MIKE 11

Mô hình mưa – dòng chảy Các mô hình mưa –

dòng chảy sẵn có (RR):

• UHM

• NAM

• SMAP

• URBAN

•TANK

•SSARR

3.3 Mô hình mô phỏng và mô hình tối ưu 3.3.1 Mô hình mô phỏng hệ thống

Trang 4

Sơ đồ khối mô phỏng quá trình hình thành dòng chảy trong mô hình Stanford – 4

(Theo A.K Biswas trong cuốn “Systems Approach to water Managenment, 1976”).

Bốc hơi thực

tế

phủ

Thảm phủ giữ nước

Mưa, bốc hơi tiềm năng,

t o

Phần đất không thấm

Dung tích vùng trên Dòng chảy sát mặt Bay hơi

Tiêu nước vùng trên Vùng dưới

Dung tích vùng

dưới

Bay hơi

Diễn toán dòng chảy trong sông Dung tích bể nước

ngầm tầng trên Nước ngầm

Bay hơi

Dòng chảy tính theo mô hình Dung tích bể nước ngầm tầng sâu (không tham gia dòng chảy

trong sông)

Chảy vào sông suối

Chảy vào sông suố i

Chảy vào sông suối

Chảy vàos sông suối

a Mô hình thông số tập trung

• Đường quá trình lưu lượng đơn vị

là đường quá trình lưu lượng ở tuyến cửa ra của một lưu vực sông được tạo ra bởi lượng mưa hiệu quả (đã trừ tổn thất thấm) bằng 1 đơn vị phân bố đều trên lưu vực trong khoảng thời gian mưa hiệu quả t, ta ký hiệu U~t là đường đơn vị

• Lượng mưa đơn vị có thể chọn bất

kỳ, tuy nhiên để thuận tiện trong quá trình tính toán người ta thường chọn bằng 1 cm =10 mm (đối với

hệ SI) và bằng 1 inch (đối với hệ Anh)

Mô hình đường đơn vị

Mô tả đường quá trình đơn vị do lựợng mưa 10 mm sinh ra trên lưu vực

t

Lượng mưa đơn vị bằng 10 mm

Đường quá trình đơn vị tại tuyến cửa ra của luu vực thời đoạn t

t U

n t

U 1

U 2

a Mô hình thông số tập trung

Mô tả quá trình lưu lượng lũ tại tuyến cửa ra của lưu vực khi đường đơn

vị đã được xác định

Q 1 = P 1 U 1

Q 2 = P 1 U 2 + P 2 U 1

Q 3 = P 1 U 3 + P 2 U 2 + P 3 U 1

Q 4 = P 1 U 4 + P 2 U 3 + P 3 U 2 + P 4 U=

Q M = P 1 U M + P 2 U M-1 + + P M-1 U 2 + PMU1

Q M+1 = P 1 U M+1 + P 2 U M + + P M-1 U 3 +P M U 2

Q N-M+1 = P 1 U N-M+1 + P 2 U N-M + + P M-1 U N-2M+3 + P M U N-2M+2

Q N-1 = P M-1 U=+P M U N-M

Q N = P M U N-M+1

và công thức tổng quát là:











M k

j j j

Q

1 1

Trong đó:

- M là số thời đoạn mưa hiệu quả;

- k là số lượng thời đoạn mưa hiệu quả có mặt trong mỗi phép lấy tổng Điều kiện k  M có nghĩa là số số hạng Pj của mỗi tổng Qi tại thời đoạn i lớn nhất cũng chỉ bằng số thời đoạn mưa hiệu quả M.

- P j là mưa hiệu quả tại thời đoạn j (j =1, 2, , , k, , M) đã quy đổi theo lượng mưa đơn vị Ví dụ chọn lượng mưa đơn

vị bằng 10mm, với lượng mưa hiệu quả là X= 26,5 mm sẽ

có P =2,65;

- Qi là lưu lượng tại tuyến cửa ra của lưu vực tại thời đoạn thứ i (i =1, 2, 3, , N), N là số thời đoạn của quá trình lưu lượng có giá trị là N = n+M-1, trong đó n là số thời đoạn của đường đơn vị Ví dụ nếu số thời đoạn mưa M = 3, số thời đoạn của đường đơn vị n = 6 ta có số thời đoạn của đường quá trình lưu lượng N = 6+12-1 = 8.

- U i-j+1 là tung độ đường đơn vị tại mỗi thời đoạn tính toán thứ i với điều kiện i-j+1 n, trong đó n là số thời đoạn của đáy đường đơn vị Với điều kiện này, các số hạng có chỉ số i-j+1>n của Ui-j+1 sẽ không có mặt trong phép tính tổng

Qi ở thời đoạn thứ i.

P 5

P 4

P 3

P 1

P 2

Thời gian (giờ )

Lượng

mưa

thời

đoạn P i

t 0 t 1 t 2 t 3 t 4 t 5

a Mô hình thông số tập trung

Ví dụ

Q 1 = P 1 U 1

Q 2 = P 1 U 2 + P 2 U 1

Q 3 = P 1 U 3 + P 2 U 2 + P 3 U 1

Q 4 = P 1 U 4 + P 2 U 3 + P 3 U 2

Q 5 = P 1 U 5 + P 2 U 4 + P 3 U 3

Q 6 = P 1 U 6 + P 2 U 5 + P 3 U 4

Q 7 = P 2 U 6 + P 3 U 5

Q 8 = P 3 U 6

Q 9 = 0

Do chỉ số j chạy từ 1 đến k mà giá trị của k lại không vượt quá M = 3, nên số

số hạng lớn nhất của các phép tổng Q không vượt quá 3

Tính quá trình lưu lượng nước tại tuyến cửa ra của lưu vực sinh ra do

3 thời đoạn mưa với đường đơn vị

có đáy gồm 6 thời đoạn.

Ta có:

- Số thời đoạn mưa M =3

- Số tời đoạn đáy đường đơn vị n =6

Số thời đoạn của đường quá trình lũ: N= 6+12-1= 8

1 Mô hình thông số tập trung

Xây dựng đường đơn vị từ tài liệu thực đo và ứng dụng tính toán lũ

thiết kế

………

Tổng quát:

với j =1, 2, , N-M+1

1

1 P

Q

U 

1

2

P

U

P

Q

U 

1

P

U P

U

P

Q

3





1

M N M

N M N 1 M N

M

N

M

N

P

U P U P U P U P

Q

1









1 k j k

k k j j j

P

U P Q

U













1 1 1

Ví dụ

1 Mô hình thông số tập trung

Hệ phương trình Saint Venant

q t

A x

Q









0 )











f

S x

y g x

V V t V

2 Mô hình thông số phân phối

* Phân loại mô hình

Trang 5

SÓNG LŨ TRONG SÔNG

Sai phân trên miền nghiên cứu

Hệ pt đại số tuyến tính → ( Ma trận hệ số )

Điều kiện biên & ban đầu + Tài liệu địa hình

Nghiệm của các hàm ẩn trên miền nghiên cứu

y V V 1 V

S S

x g x g t

0









t

A

x

Q

DIỄN TOÁN LŨ TRONG SÔNG

 Diễn toán dòng chảy trong sông (kênh) thường sử dụng các quan

hệ toán học để tính toán dòng chảy ra dựa trên những tài liệu đã biết về dòng chảy vào sông (kênh), lượng nhập lưu bên, và các đặc trưng của sông (kênh dẫn)

 Diễn toán dòng chảy trong sông thường ngụ ý tính toán với các điều kiện dòng chảy trong sông tự nhiên (kênh dẫn hở) loại trừ những dòng chảy qua cống tháo nước mưa

 Diễn toán dòng chảy trong sông liên quan đến các tính toán dòng không ổn định trông sông hoặc kênh dẫn

 Diễn toán dòng chảy lũ và diễn toán dòng chảy trong sông có điều kiện, thường được hoán đổi cho nhau Điều này có nghĩa là

hầu hết các áp dụng diễn toán dòng chảy kênh dẫn thì liên quan đến phân tích dòng chảy lũ, thiết kế công trình kiểm soát lũ, hoặc dự báo lũ…

 Có 2 phương pháp tổng quát để diễn toán lũ trong sông (kênh dẫn):

o Phương pháp diễn toán thủy văn: Dựa trên quan niệm về lượng

trữ, ví dụ như trường hợp diễn toán dòng chảy trong hồ chứa

o Phương pháp diễn toán thủy lực: Dựa vào định luật bảo toàn khối

lượng và định luật bảo toàn momentum

 Sóng động học, sóng khuếch tán, sóng động lực là 3 dạng phổ biến của

pháp pháp diễn toán thủy lực Trong đó sóng động lực là mô hình tiếp

cận khát quát nhất của dòng chảy không ổn định trong sông Trong khi

mô hình sóng khuếch tán và sóng động học là các mô hình xấp xỉ thực

hành và thích hợp

 Một phương pháp tiếp cận thay đổi (luân chuyển) giữa diễn toán thủy

văn và thủy lực đã xuất hiện trong những năm gần đây Phương pháp này

thì tương tự như các phương pháp diễn toán thủy văn (không bao gồm

những thông tin vật lý đầy đủ như các phương pháp diễn toán thủy lực

phức tạp) Phương pháp Muskingum-Cunge trong diễn toán lũ là một ví

dụ đặc trưng cơ bản của phương pháp tiếp cận luân chuyển đó

1) Phương pháp Muskingum

 Giả thiết của phương pháp: Phương pháp Muskingum giả thiết

rằng lượng trữ trong đoạn sông có quan hệ tuyến tính với trung bình gia quyền giữa dòng chảy vào I và dòng ra O Gọi W là lượng trữ trong đoạn sông giới hạn bởi hai mặt cắt 1-1 và 2-2, dài Δx

1) Phương pháp Muskingum

W = Thể tích nước trong đoạn ∆x=Khối lượng nêm + Khối lăng trụ

W = K.x.(I - O) + K.O → W = K[x.I + (1-x).O]

Trong đó

K, x là các hệ số

I, O lần lượt là dòng chảy vào và chảy ra khỏi đoạn sông

1 Phương pháp Muskingum

Theo phương trình lượng trữ ta có

t 2 t1 t 2 t1 t 2 t1 t 2 t1

2 1

Ta có

 

t 2 t1   t 2 t1



O  C I  C I  C O

t 2 t1 t 2 t1

K



Trang 6

DIỄN TOÁN LŨ TRONG SễNG

1) Phương phỏp Muskingum

Trong đú

O  C I C I C O

1

2

3

C

 



 



Để xỏc định giỏ trị của 2 tham số x và K, ta phải dựng phương

phỏp thử sai dựa trờn số liệu thực đo dũng chảy

DIỄN TOÁN LŨ TRONG SễNG Xỏc định tham số x và K

Giỏ trị đỳng của x là giỏ trị làm cho đường quan hệ vũng dõy hẹp nhất và độ dốc của đường thẳng này chớnh là giỏ trị của K

Giả thiết cỏc giỏ trị của x

Tớnh hệ số K theo cụng thức ứng với mỗi giỏ trị của x

Vẽ quan hệ Q’~∆W

K 2x I I 2 1 x O O

     



Q ' 2x I I 2 1 x O O

       

W



Phương trỡnh động lượng bao gồm cỏc thành phần thuộc cỏc quỏ trỡnh vật lớ của động lượng Cỏc thành phần này là:

- Thành phần gia tốc địa phương mụ tả sự biến thiờn của động lượng theo thời gian do sự thay đổi của vận tốc theo thời gian;

- Thành phần chuyển tải (cũn gọi là đối lưu) của gia tốc

mụ tả sự biến thiờn động lượng theo dọc theo kờnh gõy ra bởi sự thay đổi của vận tốc dọc theo kờnh;

- Thành phần ỏp lực tỷ lệ với sự thay đổi độ sõu của nước dọc theo kờnh

- Thành phần trọng lực tỷ lệ với độ dốc đỏy So;

- Và thành phần lực ma sỏt tỷ lệ với độ dúc ma sỏt Sf

CHƯƠNG 3

Mụ hỡnh húa hệ thống tài nguyờn nước

Phương trình liên tục

- Dạng toàn dòng(toàn mặt cắt ngang):   

0

- Dạng dòng chảy đơn vị (phần tử có chiều rộng đơn vị):

    

Phương trình động lượng

- Dạng toàn dòng (toàn mặt cắt ngang):









t

Q

A +



 



 









Q x A

2 1 +







x

g - g 

 0

S- 



)

f

S = 0

Số hạng gia tốc Số hạng gia tốc Số hạng Số hạng Số hạng

địa phương đối lưu áp lực trọng lực lực ma sát

- Dạng dòng chảy đơn vị (phần tử có chiều rộng đơn vị):

       

V g g ( S S ) 0

Sóng động học Sóng khuếch tán Sóng động lực

CHƯƠNG 3

Phương trình động lượng

- Dạng toàn dòng (toàn mặt cắt ngang):

 

f S S x y x A Q gA t Q







2 / 1 1

- Dạng dòng chảy đơn vị

S S f

x y x V g V t V







1

Dòng đều ổn định

Dòng không đều ổn định

Dòng không ổn định

CHƯƠNG 3

Trang 7

TT Loại mụ hỡnh Phương trỡnh liờn tục Phương trỡnh động lượng

quán tính và áp lực

tính

quán tính và áp lực

5 Dòng chảy ổn định không đều Bỏ qua thành phần quán

tính địa phưương

Đầy đủ

Chỉ bỏ qua thành phần quán tính địa phương (giữ nguyên thành phần áp lực và quá

tính đối lưu, tành phần trọng lực và thành phần ma sát)

Bảng so sỏnh cỏc loại mụ hỡnh

0



t Q

q x Q





CHƯƠNG 3

q x Q





Sơ đồ hệ thống thể hiện ý đồ mụ phỏng hệ thống và khả năng sử dụng mụ hỡnh để phõn tớch động thỏi và chất lượng của hệ thống

Việc thiết lập sơ đồ hệ thống bao gồm những nội dung sau:

1 Lờn sơ đồ hệ thống bao gồm hệ thống cỏc nỳt và mụ tả sự liờn kết giữa cỏc nỳt

2 Mó hoỏ cỏc nỳt của hệ thống theo vai trũ và tớnh chất của cỏc nỳt trong hệ thống

3 Những dữ liệu sử dụng cho mụ tả hoạt động của từng nỳt

3.3.2 Mụ hỡnh lưu vực (mụ hỡnh hệ thống)

3.3 Mụ hỡnh mụ phỏng và mụ hỡnh tối ưu

c Cỏc loại nỳt cơ bản của hệ thống

Cỏc nỳt trong sơ đồ hệ thống chớnh là những điểm đặc trưng

mà tớnh chất và hoạt động của nú sẽ quyết định toàn bộ động

thỏi của hệ thống cần mụ phỏng.

Cú thể phõn loại những nỳt cơ bản như sau:

1) Nỳt dũng chảy: tại đú được mụ tả quỏ trỡnh nước đến của cỏc

lưu vực thành phần (dũng chảy trong năm, dũng chảy lũ)

Quỏ trỡnh dũng chảy cú thể được đưa vào dưới dạng đồ thị,

bảng biểu hoặc bằng một mụ hỡnh toỏn quỏ trỡnh dũng chảy

sụng ngũi (chẳng hạn như mụ hỡnh TANK, Mụ hỡnh đường

đơn vị )

2) Nỳt hợp lưu: là những nỳt mụ tả sự hoà nhập của dũng chảy,

sự cõn bằng nước giữa cỏc sụng nhỏnh và sụng chớnh

3) Nỳt hồ chứa: là nỳt mụ tả quỏ trỡnh dũng chảy qua hồ chứa

và hoạt động điều tiết của hồ chứa Đối với nỳt hồ chứa cần

mụ tả quy mụ của hồ chứa, cỏc thụng số của hồ, chế độ làm việc và cỏc phương trỡnh mụ tả quỏ trỡnh điều tiết và cõn bằng nước của hồ và cỏc mụ tả khỏc cú liờn quan đến hoạt động của hồ

4) Nỳt cấp nước: tại đú cần mụ tả yờu cầu về cấp nước, quy mụ cụng trỡnh lấy nước và chế độ cấp nước tại nỳt

5) Nỳt phũng lũ: Cần thiết mụ tả yờu cầu về phũng lũ, cỏc mụ hỡnh tớnh toỏn truyền lũ v v

5) Nỳt sinh thỏi: kiểm soỏt sự ảnh hưởng của hệ thống đến sinh

thỏi của vựng Cỏc tham số về sinh thỏi cần được đưa vào mụ

hỡnh

6) Nỳt tiờu ỳng: mụ tả chế độ tiờu và yờu cầu tiờu tại nỳt đú

7) Nỳt thuỷ năng: cần mụ tả cỏc yờu cầu và chế độ điều tiết phỏt

điện, cỏc cụng thức tớnh toỏn năng lượng điện

8) Nỳt kiểm soỏt chỏt lượng nước

9) Và cỏc loại nỳt khỏc

a Mụ phỏng hoạt động của cỏc nỳt và liờn kết cỏc nỳt trờn hệ thống

1) Mụ phỏng cỏc quỏ trỡnh vật lý của từng nỳt, mụ phỏng hoạt động của nỳt và chế độ làm việc của nỳt Cỏc mụ tả cú thể là là cỏc phương trỡnh hoặc cụng thức toỏn học và cỏc lệnh về lụ zic Cỏc biểu thức toỏn học cú thể được thay thế bằng cỏc số dạng bảng hoặc dạng biểu đồ Cỏc biểu thức lụzic dựng để mụ tả những giới hạn hoạt động, chế độ làm việc và chế độ điều khiển tại nỳt đú

2) Mụ phỏng mối liờn kết giữa cỏc nỳt trờn hệ thống: thớ dụ hai nỳt sụng được nối với nhau bằng một đoạn sụng, quỏ trỡnh chuyển tải nước trờn đoạn sụng đú cú thể mụ tả bằng cỏc mụ hỡnh thuỷ lực, mụ hỡnh thuỷ văn hoặc đơn giản chỉ là cõn bằng lượng nước

Trang 8

Mô phỏng hoạt động của các nút và liên kết các nút trên hệ thống

3.3.2 Mô hình lưu vực (mô hình hệ thống)

Hình 2.2 Sơ đồ hệ thống nút và liên kết nút

Mô phỏng hoạt động của các nút và liên kết các nút trên hệ thống

Hình : Mô tả cân bằng nước tại nút sử dụng nước

MIKE BASIN là một công cụ cân

bằng giữa

nhu cầu về nước

và nước có sẵn

MÔ HÌNH MIKE-BASIN

QUYHOACH LUU

VUC SONG

SREPOK.ppt

Áp dụng mô hình Weap thiết lập vùng thượng lưu VGTB

2 Kết quả mô phỏng chế độ dòng chảy khi có sự tham gia điều tiết

của các hồ chứa thủy điện lớn:

a Lưu lượng và tổng lượng tại trạm Hội Khách:

0,0

100,0

200,0

300,0

400,0

500,0

600,0

700,0

3 /s

Không điều tiết

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

3 )

2 Kết quả mô phỏng chế độ dòng chảy khi có sự tham gia điều tiết của các hồ chứa thủy điện lớn:

b Lưu lượng và tổng lượng tại trạm Nông Sơn:

0 200 400 600 800 1000 1200

I I V V I X

3 /s

Có điều tiết

0 500 1000 1500 2000 2500 3000

I III V VII IX XI

Có điều tiết

Trang 9

của các hồ chứa thủy điện lớn với các kịch bản BĐKH :

a Lưu lượng và tổng lượng tại trạm Hội Khách :

0

100

200

300

400

500

600

I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII

GĐ 2030

GĐ 2100

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

3 )

1980-1999

GĐ 2030

GĐ 2100

3 Kết quả mô phỏng chế độ dòng chảy khi có sự tham gia điều tiết của các hồ chứa thủy điện lớn với các kịch bản BĐKH:

b Lưu lượng và tổng lượng tại trạm Nông Sơn :

0 200 400 600 800 1000 1200

GĐ 2030

GĐ 2100

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500

3 )

1980-1999

GĐ 2030

GĐ 2100

của các hồ chứa thủy điện lớn với các kịch bản BĐKH:

Trạm Giai đoạn

Tháng

Năm Mùa lũ Mùa cạn

X XI XII I II III IV V VI VII VIII IX

Hội

Khách

1980-1999 415.2 481.6 253.8 114.7 103.3 98.8 109.4 159.1 166.6 131.8 84.9 133.9 187.7 383.5 122.5

Giai đoạn

2030 442.3 499.6 253.5 113.4 98.1 94.4 105.8 152.9 160.8 128.7 81.0 152.0 190.2 398.5 120.8

Giai đoạn

2050 458.7 517.5 255.4 114.7 99.5 95.5 106.4 152.0 162.1 130.1 82.5 158.5 194.4 410.5 122.4

Giai đoạn

2100 492.9 554.8 259.4 117.6 102.4 97.9 107.8 150.1 164.8 133.0 85.8 172.3 203.2 435.7 125.7

Nông

Sơn

1980-1999 842.0 1058. 1 655.7 229.3 129.9 75.2 54.6 107.9 153.0 133.4 108. 4 280.7 319.0 851.9 141.4

Giai đoạn

2030 822.2

1047.

0 641.2 230.1 129.8 75.0 53.7 103.9 176.8 175.8

162.

5 279.1 324.8 836.8 154.1 Giai đoạn

2050 849.8

1076.

5 641.1 230.5 129.5 74.7 52.9 100.5 174.9 175.9

163.

4 288.8 329.9 855.8 154.6 Giai đoạn

2100 906.7

1137.

2 640.4 231.2 128.9 74.0 51.2 93.8 171.0 176.1

165.

3 309.1 340.4 894.7 155.6

KẾT LUẬN

 Qua nghiên cứu, tác giả đã áp dụng mô hình MIKE NAM và WEAP để mô phỏng chế độ dòng chảy vùng thượng lưu lưu vực

Vu Gia Thu Bồn

Dưới sự điều tiết của các hồ chứa, tổng lượng dòng chảy năm có

xu hướng giảm ở lưu vực Hội Khách và tăng ở lưu vực Nông Sơn Chủ yếu do dòng chảy phát điện của nhà máy thủy điện Đăk

Mi 4 chuyển nước từ thượng lưu hồ chứa Đăk Mi 4 (thuộc lưu vực Thành Mỹ) đổ về lưu vực Nông Sơn

Dưới tác động của biến đổi khí hậu, tổng lượng dòng chảy năm

có xu hướng tăng mạnh ở các tháng mùa lũ và giảm ở các tháng mùa kiệt

- Là mô hình tính toán vận hành hệ thống hồ chứa lợi dụng

tổng hợp

(Cấp nước, phòng lũ, phát điện)

- Mô phỏng trong mô hình bao gồm mô hình hoạt động hồ

chứa, và các quá trình chuyển nước trong hệ thống sông

Giới thiệu mô hình HEC-RESSIM

HEC - RESSIM

Watershed Setup

Reservoir Network Simulation

Nguồn gốc mô hình: Là sản phẩm của Trung Tâm Kỹ Thuật Thủy Văn (HEC),

Viện Tài nguyên nước, cục công binh Mỹ

Ứng dụng mô hình: Dùng để giải quyết bài toán điều tiết dòng chảy chảy cho

các hệ thống sông hồ chứa làm nhiệm vụ cấp nước, phát điện, phòng lũ, lợi dụng tổng hợp.

Cấu trúc mô hình bao gồm 3 modun chính

1 Modun thiết lập lưu vực: Watershed Setup

2 Modun mạng lưới hồ chứa: Reservoir Network

3 Modun mô phỏng (Simulation)

Download miễn phí: http://www.hec.usace.army.mil/

Giới thiệu mô hình HECRESSIM

Trang 10

Hình : Sơ đồ cấu trúc của mô hình HEC

Modun Thiết lập lưu vực (Watershed Setup)

1 Nhiệm vụ: Cung cấp khung chung cho việc thiết lập lưu

vực cho các ứng dụng mô hình hóa khác nhau

2 Các thành phần lưu vực bao gồm:

1.Dòng chảy (stream alignment)

2.Công trình (projects): Hồ chứa, đê, …

3.Trạm đo thủy văn (gate locations)

4.Vùng ảnh hưởng

6.Hec Ressim còn cho phép add các bản đồ và các đặc tính của bản đồ từ bên ngoài vào mô hình

Modun Thiết lập mạng lưới hồ (Reservoir Network)

Đặc điểm:

- Cho phép tạo mới, mở hay sửa một mạng lưới hồ chứa đã có sẵn dựa trên

việc lựa chọn một trong các các cấu hình đã định sẵn ở modun thiết lập lưu

vực.

- Nhập mới hoặc sửa chửa các thông tin liên quan đến mạng lưới hồ chứa

nước bao gồm:

- Thông số hồ chứa nước (Reservoir): Các đặc trưng Z ~ F, Z~V, Các

tham số công trình phụ thuộc.

- Các thông số đoạn sông: Phương pháp diễn toán, tham số diễn toán

- Các phương án mô phỏng, bao gồm các thành phần:

- Hệ thống hồ (Network)

- Các qui định vận hành hồ chứa (Operation set)

- Điều kiện ban đầu (Initial condition)

- Dữ liệu (Time series): Điều kiện biên, các điều kiện kiểm định

Modun mô phỏng (Simulation)

- Xác định các điều kiện về bước thời gian và khoảng thời gian cho mỗi lần

mô phỏng

- Sau khi tính toán, các kết quả sẽ được ghi lại dưới nhiều dạng bảng biểu và

đồ thị

- Thay đổi các điều kiện trong alternatives để có lần tính toán tiếp theo.

Modun mô phỏng (Simulation)

SB2

T Mỹ A.Vương

SB4

DakMi 4

S tranh 2

N Sơn

Kết quả mô phỏng hồ chứa sông Tranh 2

Mực nước trước lũ Mực nước

đón lũ

Định dạng
Số trang	16
Dung lượng	11,2 MB