Phần 2: Phương pháp xây dựng mô hình Phần 1: Giới thiệu và cài đặt phần mềm Phần 3: Chạy mô hình và xuất kết quả Phần 4: Phương pháp hiệu chỉnh & kiểm định Phần 5: Mô phỏng chất lượng n
Trang 1ThS Nguyễn Thành Tựu – Email: nttuu@ctu.edu.vn
TS Văn Phạm Đăng Trí – Email: vpdtri@ctu.edu.vn ThS Trần Thị Lệ Hằng
KS Tống Quốc Hiệp
tuunguyenvl@gmail.com
Trang 2Phần 2: Phương pháp xây dựng mô hình Phần 1: Giới thiệu và cài đặt phần mềm
Phần 3: Chạy mô hình và xuất kết quả Phần 4: Phương pháp hiệu chỉnh & kiểm định
Phần 5: Mô phỏng chất lượng nước Phần 6: Xây dựng kịch bản và chạy mô hình
NỘI
DUNG
Trang 3PHẦN 1 GIỚI THIỆU VÀ CÀI ĐẶT PHẦN MỀM
1 Giới thiệu phần mềm HEC-RAS và mô đun HEC-GeoRAS
2 Cài đặt phần mềm
Trang 4GIỚI THIỆU PHẦN MỀM RAS VÀ MÔ-ĐUN HEC-GeoRAS
HEC-Giới thiệu mô-đun HEC-GeoRAS
HEC-GeoRAS là một mô-đun trên ArcGIS cho phép:
Chuyển đổi dữ liệu dạng bản đồ từ ArcGIS (định dạng
HEC-RAS)
Công cụ HEC-GeoRAS
Trang 5GIỚI THIỆU PHẦN MỀM RAS VÀ MÔ-ĐUN HEC-GeoRAS
HEC-Giới thiệu phần mềm HEC-RAS
Phần mềm HEC-RAS là phần mềm mô phỏng thủy lực dòng chảy một chiều
HEC-RAS (Hydrologic Engineering Centers River Analysis
System): Hệ thống phân tích dòng chảy trên sông của trung tâm kỹ thuật thủy văn
Trang 6GIỚI THIỆU PHẦN MỀM RAS VÀ MÔ-ĐUN HEC-GeoRAS
HEC-Giới thiệu phần mềm HEC-RAS
HEC-RAS là phần mềm miễn phí
Trong HEC-RAS, có 2 loại mô phỏng dòng chảy:
• Dòng chảy ổn định (Steady flow): là dòng chảy có lưu
lượng cố định theo thời gian
• Dòng chảy không ổn định (Unsteady Flow): là dòng chảy
chịu ảnh hưởng bởi thủy triều theo thời gian
Vùng ĐBSCL là vùng có dòng chảy không ổn định theo thời gian, chịu ảnh hưởng của triều Biển Đông và Biển Tây
Trang 7CÀI ĐẶT PHẦN MỀM
CÀI ĐẶT HEC-RAS VÀ HEC-GeoRAS
- Truy cập vào trang web: http://www.hec.usace.army.mil/
Trang này cho phép tải phần mềm HEC-RAS và công cụ HEC-GeoRAS
Tiến hành cài đặt phần mềm HEC-RAS, HEC-GeoRAS
Trang 8CÀI ĐẶT PHẦN MỀM
Giao diện HEC-RAS
Giao diện HEC-GeoRAS trên ArcGIS
Trang 9PHẦN 2 XÂY DỰNG MÔ HÌNH
1 Xây dựng mạng lưới sông
2 Xuất dữ liệu từ ArcGIS
3 Nhập mạng lưới sông vào HEC-RAS
4 Nhập mặt cắt ngang
5 Điều kiện biên và điều kiện ban đầu Nội dung
Trang 10XÂY DỰNG MẠNG LƯỚI SÔNG
- Mở phần mềm ArcMap
Trên thanh Star Menu: chọn ArcGIS/ArcMap
- Trên thanh menu ArcGIS, chọn Add Data
- Chọn file dạng *.shp (định dạng bản đồ) như hình
Trang 11XÂY DỰNG MẠNG LƯỚI SÔNG
- Bản đồ mạng lưới sông
Trang 12XÂY DỰNG MẠNG LƯỚI SÔNG
- Trên thanh RAS Geometry, chọn Create RAS
Đặt tên
Trang 13XÂY DỰNG MẠNG LƯỚI SÔNG
Trên thanh Editor, chọn Start Editing và chọn Folder có đuôi
là *.mdb
Trang 14XÂY DỰNG MẠNG LƯỚI SÔNG
Sau đó, bấm Shift chọn các nhánh sông cần thiết R-Click
Định dạng HEC-GeoRAS
Trang 15XÂY DỰNG MẠNG LƯỚI SÔNG
Đặt tên cho các nhánh sông
R-Click vào lớp mạng lưới sông, chọn Open Attribute Table, sau đó
đặt tên vào hai cột River và Reach
Chú ý: Có thể copy từ MS-Excel, bằng cách soạn sẵn trên excel, sau đó chọn và bấm Ctrl+C bào bảng thuộc tính chọn Ctrl+V
Chọn
Editor/Save Edit
Editor/Stop Editing
Trang 16XUẤT DỮ LIỆU TỪ ArcGIS
Trên thanh HEC-GeoRAS, chọn RAS
Geometry/Export RAS Data
Đợi đến khi xuất hiện dòng chữ
“GIS data for RAS exproted successfully!”
Close Như vậy, mạng lưới sông đã
được xuất ra
Trang 17NHẬP MẠNG LƯỚI SÔNG VÀO
HEC-RAS
Bật cửa số HEC-RAS và lưu lại với tên Bai_1
Lúc này, mô hình đang theo hệ thống đo lường
của Mỹ (US Customary)
Cần phải chuyển sang hệ SI
(Metric)
Trang 18NHẬP MẠNG LƯỚI SÔNG VÀO
HEC-RAS
Trên thanh công cụ, chọn Edit/Geometric Data để bật
cửa sổ nhập và chỉnh sửa dữ liệu hình học
Trên cửa sổ Geometric Data, chọn File/Import
Geometry Data/GIS Format… và chọn đường dẫn
vào mạng lưới đã tạo từ HEC-GeoRAS
Trang 19NHẬP MẠNG LƯỚI SÔNG VÀO
HEC-RAS
Cần phải chọn hệ đo lường là SI và cuối cùng là chọn
sông vào HEC-RAS
Trang 20NHẬP MẶT CẮT NGANG
Trên cửa sổ Geometric Data chọn biểu tượng bên trái và chọn
Option/Add a new Cross Section
để nhập mặt cắt ngang cho đoạn sông và nhập các số liệu mặt cắt như sau: Trục X (Station) thể hiện chiều rộng của mặt cắt, trục Y (Elevation) thể hiện độ cao của mặt cắt
Chú ý: Có thể copy từ MS-Excel
Trang 22
Độ nhám thủy lực là gì?
Độ nhám thủy lực là hệ số đặc trưng cho sự cản trở dòng chảy
Độ nhám phụ thuộc vào đặc tính đáy sông Ví dụ:
Mặt nước
Đáy sông
Trang 23NHẬP MẶT CẮT NGANG
Trang 24Sau khi nhập tất cả các mặt cắt ta sẽ được đoạn sông như sau:
Trang 25ĐIỀU KIỆN BIÊN VÀ ĐIỀU KIỆN BAN ĐẦU
Điều kiện biên:
-Biên trên: lưu lượng tại
mặt cắt thượng nguồn
-Biên dưới: mực nước tại
mặt cắt hạ nguồn
Điều kiện ban đầu:
-Lưu lượng ban đầu ở mặt cắt thượng nguồn
Biên trên
Biên dưới Mặt cắt ngang
Trang 26Nhập điều kiện biên:
-Trên cứa sổ chính của RAS, chọn Edit/Unstedy Flow
Trang 27ĐIỀU KIỆN BIÊN VÀ
ĐIỀU KIỆN BAN ĐẦU
Nhập điều kiện ban đầu:
-Trên tab Initial Conditions của cửa sổ Unsteady Flow
Data, nhập số liệu lưu lượng
vào Initial Flow
Trang 29CHẠY MÔ HÌNH
Sau khi hoàn tất việc nhập các số liệu đầu vào, tiến hành
chạy mô hình thủy lực
-Trên cửa sổ chính của HEC-RAS, chọn Run/Unsteady
Flow Analysis và làm theo các bước:
1 Đánh dấu tất cả ở phần Program to Run
2 Chọn ngày bắt đầu và giờ bắt đầu; ngày kết thúc và giờ kết thúc
3 Thiết lập bước thời gian là 1 giờ hoặc 30 phút, 20 phút…
4 Chọn bước thời gian xuất kết quả (ví dụ kết quả theo từng giờ)
5 Lưu vào file DSS
6 Chạy mô hình
Trang 30Close
Trang 31XUẤT KẾT QUẢ MÔ HÌNH
W.S.Elev: mực nước; Q Total: Lưu lượng
Flow: Lưu lượng qua từng khu vực trên mặt cắt
Trang 32XUẤT KẾT QUẢ MÔ HÌNH
Kết quả của từng mặt cắt (dạng hình)
- Nhấp chuột trái vào mặt cắt cần xem
- Chọn Plot Cross Section
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 -12
0 5
0 5
Đáy
Bờ Mực nước
Trang 33XUẤT KẾT QUẢ MÔ HÌNH
Kết quả của cả đoạn sông theo thời gian (dạng số)
- Nhấp chuột trái vào mặt cắt cần xem
- Chọn Tabular Output/Profile Table
- Để xuất nhiều giá trị theo thời gian, chọn Options/Profiles
Trang 34XUẤT KẾT QUẢ MÔ HÌNH
Kết quả của cả đoạn sông theo thời gian (dạng hình)
- Nhấp chuột trái vào mặt cắt cần xem
Đáy
Mực nước
Thượng nguồn
Hạ nguồn
Trang 35PHẦN 4:
PHƯƠNG PHÁP HỆU CHỈNH VÀ
KIỂM ĐỊNH MÔ HÌNH
Hiệu chỉnh mô hình
Là thay đổi một số thông số của mô hình (ví dụ: hệ số nhám n) sao
cho kết quả mô hình phù hợp với số liệu thực đo
Kiểm định mô hình
Là sử dụng bộ số liệu tại một khoảng thời gian khác để so sánh kết
quả mô phỏng và số liệu thực đo nhằm kiểm chứng lại kết quả hiệu chỉnh mô hình
Ví dụ:
Bộ số liệu chạy và hiệu chỉnh mô hình và chỉnh năm 2010
Bộ số liệu dùng để kiểm định năm 2011
Trang 36Các vị trí hiệu chỉnh và kiểm định mô hình
PHẦN 4:
PHƯƠNG PHÁP HỆU CHỈNH VÀ
KIỂM ĐỊNH MÔ HÌNH
Trang 37Mô hình chưa hiệu chỉnh, so sánh mực nước vị trí B, n=0.03
PHẦN 4:
PHƯƠNG PHÁP HỆU CHỈNH VÀ
KIỂM ĐỊNH MÔ HÌNH
Trang 40Mô hình đã hiệu chỉnh, so sánh mực nước vị trí B, n=0.0127
PHẦN 4:
PHƯƠNG PHÁP HỆU CHỈNH VÀ
KIỂM ĐỊNH MÔ HÌNH
Trang 42Tiếp theo chọn New Water
Quality File, đánh dấu vào
mục Abitrary Constituents
và chọn Add, sau đó đặt tên
là SAL
Trang 43NHẬP ĐIỀU KIỆN BIÊN CHẤT
LƯỢNG NƯỚC
Tiếp theo chọn Boundary
Conditions/BC SAL sẽ thấy
xuất hiện mũi tên tức là
bắt buộc phải có dữ liệu đầu
vào ở thượng nguồn
- Chọn Add RS và chèn mặt cắt
hạ nguồn vào, lúc này sẽ có
thêm biên dưới có mũi tên
hướng lên
- Chọn mặt cắt hạ nguồn sau
đó chọn Enter/Edit Table
Tiếp theo là nhập số liệu
mặn theo giờ hoặc nhiều
giờ
Trang 44NHẬP ĐIỀU KIỆN BAN ĐẦU VÀ HỆ
SỐ KHUẾCH TÁN
- Tiếp theo chọn Initial
Conditions Sau đó nhập
giá trị độ mặn ban đầu (ví
dụ giá trị ban đầu là 0mg/L)
Trang 45CHẠY MÔ HÌNH CHẤT LƯỢNG NƯỚC
- Khi hoàn tất việc tính toán
thì sẽ có cửa sổ bên dưới
Trang 46XUẤT KẾT QUẢ MÔ HÌNH
- Trên cửa sổ chính chọn View/WQ Time Series Plot sẽ xuất hiện
biểu đồ và giá trị mặn theo thời gian của từng điểm chất lượng nước (điểm chất lượng nước là điểm nằm giữa hai mặt cắt cần
mô phỏng chất lượng nước) Nếu muốn xem giá trị chất lượng
nước thì chọn Table
Điểm
chất lượng
nước
Trang 47PHẦN 6 XÂY DỰNG KỊCH BẢN VÀ
CHẠY KỊCH BẢN
KỊCH BẢN NƯỚC BIỂN DÂNG
Giả sử nước biển dâng 30cm (0.3m)
Cách thực hiện: Cộng tất cả số liệu mực nước ở biên dưới cho 0.3
KỊCH BẢN LƯU LƯỢNG THƯỢNG NGUỒN GIẢM
Giả sử giảm 20% lưu lượng ở thượng nguồn
Cách thực hiện: Lưu lượng = (Lưu lượng thượng nguồn x 80)/100
Trang 48CÁC VỊ TRÍ SO SÁNH
Cống
Vị trí
so sánh
Trang 50VẬN HÀNH CÔNG TRÌNH
Trong quá trình thiết lập giá trị đầu
vào của cống ngăn mặn
(Edit/Unsteady Flow Data/T.S.Gate
Trang 51SO SÁNH KẾT QUẢ CÁC KỊCH BẢN
02 03 04 05 06 07 08 09 10 11
3/1/2010 -1
0 1 2 3 4 5 6 7
-6000 -4000 -2000 0 2000 4000 6000 8000
Lưu lượng tại mặt cắt
phía trong cống gần
bằng 0m3/s trong
khoảng thời gian đóng
cống 5 ngày đầu
Trang 52So sánh độ mặn
SO SÁNH KẾT QUẢ CÁC KỊCH BẢN
Trang 53So sánh độ mặn
SO SÁNH KẾT QUẢ CÁC KỊCH BẢN
Trang 54So sánh độ mặn
SO SÁNH KẾT QUẢ CÁC KỊCH BẢN
Trang 55XUẤT KẾT QUẢ RA BẢN ĐỒ
Trang 58Xin cảm ơn!