Hướng dẫn sử dụng phần mềm River 2D
Hướng dẫn sử dụng
Phần mềm River 2D
và các ứng dụng thực
tiễn của nó
__________________________________________________________________
Thực hiện bởi: Võ Nguyễn Đức Phước
Huỳnh Thị Thu Trâm
1
Hướng dẫn sử dụng phần mềm River 2D
PHẦN MỀM RIVER2D
VÀ CÁC ỨNG DỤNG THỰC TIỄN CỦA NÓ
MỤC LỤC
Phần 1: Tổng quan chung
1. Đặt vấn đề
Việc xác định được trường vận tốc, sự phân bố vận tốc và độ sâu dòng chảy
trong sông là một việc rất quan trọng trong ngành cầu đường, giao thông thủy, chỉnh
trị sông và công trình ven bờ. Việc xác định trường vận tốc bằng những công thức
kinh nghiệm hay bán kinh nghiệm thường cho kết quả không chính xác. Cùng với sự
phát triển của công cụ máy tính và sự ra đời các phần mềm ứng dụng, việc xác định
các yếu tố trong sông ngày càng trở nên đơn giản. Phần mềm river 2D là một trong số
các phần mềm ứng ụng đó.
Phần mềm này sẽ cung cấp những công cụ tính toán nhằm:
- Tính toán dòng chảy ổn định có thể dùng để thiết kế mỏ hàn, kè lát mái, cống
qua đường, mố các trụ cầu, cửa lấy nước. Bên cạnh đó việc tính toán dòng ổn định là
điều kiện bắt buộc để làm số liệu biên đầu vào của tính dòng không ổn định, đưa ra
điều kiện ban đầu chính xác để phép lặp ổn định.
- Tính toán dòng chảy không ổn định dùng để dự báo lũ, tìm được các cao trình
và vận tốc mà dòng chảy tác dụng lên các công trình thiết kế khi lũ về.
2. Mục đích
Qua việc nghiên cứu ứng dụng phần mềm này, chúng em đề ra ba mục đích phải
đầu là quan trọng ngay cả trong dòng không ổn định (Điều kiện ban đầu dùng cho cả
hai dòng ổn định và không ổn định), chúng được dùng để đoán trước được nghiệm
trong phép lặp. Nếu điều kiện ban đầu đúng thì thời gian lặp sẽ giảm đi, kết quả chính
xác và ổn định hơn.
b. Mô hình tính toán
River2D là mô hình thủy động hai chiều dựa trên Mô hình toán nước nông hai
chiều ngang:
Hiện tượng lũ tràn được mô hình bằng bài toán nước nông hai chiều, nghĩa là giả
thiết vận tốc không chảy theo phương thẳng đứng mà chỉ chảy theo phương ngang. Do
__________________________________________________________________
Thực hiện bởi: Võ Nguyễn Đức Phước
Huỳnh Thị Thu Trâm
3
Hướng dẫn sử dụng phần mềm River 2D
không theo chiều đứng nên những vùng có sự thay đổi dòng chảy và độ sâu lớn cần
tăng độ dày đặc và tam giác đều đặn hơn. Ta cần chú ý về sự quan trọng của việc rời
rạc hóa này.
* Nguyên lý:
Bài toán của mô hình này là sự chuyển đổi từ các đặc điểm toán học ra số học
trên máy tính. Bản chất là chuyển phép toán của ta trở thành đơn giản bao gồm vô số
điểm nút để máy tính làm việc với hữu hạn nút và phần tử.
* Mô hình vật lý:
Dựa vào hai nguyên lý cơ bản là bảo toàn khối lượng và động lượng.
- Bảo toàn khối lượng :
Xét một phần tử nhỏ:
0
=
∂
∂
+
trình liên tục dẫn đến hệ phương trình tuyến tính trong đó vận tốc và độ sâu tại các nút
lưới là ẩn số.
Từ mô hình vật lí ta có thẻ viết gọn :
__________________________________________________________________
Thực hiện bởi: Võ Nguyễn Đức Phước
Huỳnh Thị Thu Trâm
5
Hướng dẫn sử dụng phần mềm River 2D
C(H,U,V)=0;
M
x
(H,U,V)=0;
M
y
(H,U,V)=0;
Dùng phếp lặp thử dần với các điều kiện biên ban đầu của H,U, V, ta có
C
RVUHC =),,(
^^^X
X
RVUHM
=
),,(
^^^
yy
RVUHM
- Khi có sự thay đổi lớn về vận tốc và chiều cao.
+ Đầu tiên là dòng nước ở gần đáy sông làm thay đổi vận tốc, giảm vận tốc ở
gần đáy xuống.
+ Trường hợp khác là tại đáy cao, bỗng trũng xuống quá nhanh vận tốc cũng
thay đổi nhanh tạo dòng chảy xiết.
• Giải pháp
Cần có nhiều phần tử và nhiều nút ở các vùng mà vận tốc thay đổi đột ngột,
vùng thay đổi ngột chiều sâu.
Phần mềm có khả năng cung cấp đủ việc tạo thêm nhiều phần tử các vùng tổn
thất và vẫn giữ được tốc độ giải chương trình như cũ.
* Các sơ đồ giải được dùng để giải bài toán
Có 2 phương pháp được sử dụng là sơ đồ hiện và sơ đồ ẩn.
• Sơ đồ hiện
Sơ đồ hiện tìm giá trị thời điểm t + Δt dựa vào các nút xung quanh nút đó ở thời
điểm t.
Ưu điểm
Nó thuận lợi cho việc tính toán từng điểm một cách độc lập
Không ma trận nào cần để lưu trữ và thời gian giải nhanh.
Nhược điểm
__________________________________________________________________
Thực hiện bởi: Võ Nguyễn Đức Phước
Huỳnh Thị Thu Trâm
7
Hướng dẫn sử dụng phần mềm River 2D
Bước thời gian phải được giới hạn để giữ ổn định. Nếu Δt vượt qua thì bước thời
gian phải giảm xuống và tính lại.
Kết quả tính vận tốc không ổn định tại một điểm theo sơ đồ hiện.
• Sơ đồ ẩn
chúng (clear all boundaries). Những đường biên này có thể đặt ở R2D_mesh, nhưng
cũng có thể lặp lại với một mesh mới.
Việc thể hiện chính xác địa hình sông trên R2D_BED có thể là yếu tố chủ yếu
trong toàn bộ quá trình làm. Không những chính xác về mặt dữ liệu, tin cậy và tính
kinh nghiệm cũng cần thiết khi nối các điểm phân tán. River2D là phần mềm dựa vào
phương pháp tạo lưới tam giác, bao gồm các đường nét đứt (breakline), cho việc nội
suy các nút trên đó. Các giá trị nút thường được đo bởi từng điểm, nhưng breakline
cũng có khả năng tạo ra các giá trị nút. R2D_BED cho phép đặt và xoá các đoạn
breakline. Tính năng này cũng có trên R2D_MESH.
Các công cụ khác nhau bao gồm định vị điểm, các đường breakline và biên, tam
giác hoá, cũng như đường viền và màu sắc hoá địa hình để dễ cho ta cái nhìn trực quan
về địa hình. Trong hầu hết trường hợp thì sự thay đổi là có thể nhận thấy ngay lập tức.
3. Mô tả file địa hình
a. Tổng quát
R2D_BED có thể đọc được hai dạng file đầu vào là dạng file text (*.txt) hoặc
dạng file bed của chương trình (*.bed). những file *.bed cũng được đưa vào modul
R2D_MESH.
__________________________________________________________________
Thực hiện bởi: Võ Nguyễn Đức Phước
Huỳnh Thị Thu Trâm
9
Hướng dẫn sử dụng phần mềm River 2D
Có hai loại file *.bed được dùng bởi bed. Đầu tiên là nhóm các nút trong breakline
hoặc trong biên. Nó sẽ thuận tiện cho việc sử dụng các tài liệu soạn thảo để điều chỉnh
file này. Thứ hai là các nút, doạn breakline, và các biên sẽ riêng lẽ và rõ ràng. Trong
khi R2D_BED đọc, nó sẽ đưa ra chỉ phần hiện, nó là copy từ file ẩn( là file có chứa
dấu ngoặc). Trong file hiện (file không chứa dấu ngoặc) thì khó để sửa đổi số liệu.
Mesh sẽ không đọc các được các file hiện.
Trong dạng hiện, cấu trúc cơ bản nhất của file là dãy các nút, ứng với nó là dãy
các đoạn chứa các nút này. Và cuối cùng là bởi dãy các đoạn biên. Biên giữa các phần
• Các điểm đầu tiên mô tả vùng đất cao hơn bao trùm con sông.
Nó quan trọng để đưa số liệu địa hình bên ngoài để có thể nội suy các điểmở biên
• Nhóm tiếp theo là các điểm cho nơi cao của bờ sông. Nó là sự tiện ích
của tính toán biên ở bắc và nam của bờ sông và được nối tiếp nhau với đầu dòng và
cuối dòng. Các biên này xác định theo vòng kín theo hướng ngược chiều kim đồng hồ.
cả nhóm điểm này là vòng kín và đặc trong dấu ngoặc đơn như dưới dây để cho biết
nó là đường biên.
__________________________________________________________________
Thực hiện bởi: Võ Nguyễn Đức Phước
Huỳnh Thị Thu Trâm
11
Hướng dẫn sử dụng phần mềm River 2D
• Hai nhóm nút tiếp theo là trình bày cho lòng sông ở bắc và nam.
Chúng tao thành các đường riêng lẽ mà hầu hết là song song đồng thời với bờ.
chúng không phải là vòng kín mà là các đoạn ngắn.
• Hai nhóm điểm mô tả cho vùng trũng trong sông.
Cả hai nằm lần lượt ở bắc và nam của đoạn sông. Khi thêm vào các đoạn
breakline nữa thì nó nối với nhau và nối với dòng đi vào và dòng đi ra.
__________________________________________________________________
Thực hiện bởi: Võ Nguyễn Đức Phước
Huỳnh Thị Thu Trâm
12
Hướng dẫn sử dụng phần mềm River 2D
• Hai nhóm điểm mô tả cho vùng giữa sông.
Đường kín đầu tiên là bờ hoặc lòng sông. Nó mang dấu [ ] vì nó không phải thể
hiện biên mà là breakline
Nơi cao ở trong sông chưa hẳn được xem là biên.
__________________________________________________________________
Thực hiện bởi: Võ Nguyễn Đức Phước
Huỳnh Thị Thu Trâm
15
Hướng dẫn sử dụng phần mềm River 2D
b) Định dạng dữ liệu trong R2D-BED
• Điểm nút
Một điểm nó đại diện trong file .bed và bao gồm tên số của nút, tọa đỗ, tọa độ y, cao
trình đáy, hệ số nhám, và mã lựa chọn. Ví dụ sau dưới đây
Các nút có tên việc quan trọng trong việc gọi ra điểm trong đường breakline và
biên dưới dạng hiện (là dạng mà chỉ gọi tên nút ra mà không có các số liệu của nút đó
đi kèm). Cẩn thận để các nút ấy không được trùng nhau.
• Breakline dạng ẩn (implicit)
Trước tiên, đơn giản nhất, phương pháp định nghĩa breakline. Dấu ngoăc đơn ( )
nghĩa là đường breakline hở, nó bắt đàu và kết thúc bởi hai điểm khác nhau. Dáu
ngoặc giúp ta dễ đọc và biên tập dữ liệu nút đưa vào hơn. Yêu cầu duy nhất là dấu
ngoặc đơn đứng trước và sau hai nút đầu tiên và kết thúc của đoạn đó.
__________________________________________________________________
Thực hiện bởi: Võ Nguyễn Đức Phước
Huỳnh Thị Thu Trâm
16
Hướng dẫn sử dụng phần mềm River 2D
Dấu ngoặc vuông,[ ] là một breakline đóng, mà điểm bắt đầu và kết thúc là một.
và nó tạo thành một đa giác. Điểm đóng ( còn gọi là điểm kết thúc) không nên cho vào
dử liệu.
• Breakline dạng hiện
Phương phấp thứ nhì là thiết kế đường breakline mà là dạng hiện. sau quá trình
cho code và value. Code=0 có nghĩa nó nằm trong bờ, là tường. Value =0 có nghiã là
không có dòng chảy chạy qua. Chúng ta có thể thay đổi sau khi dùng mesh.
Việc tổ chức của biên hiện là quan trọng. Các lệnh chạy dọc theo một đường đa
giác như việc số liệu biên ẩn. Biên hiện thì không được xem như một breakline.
Biên có thể chấm dứt với một chu kì. Nhưng trong ví dụ này thì không thể hiện
điều đó. Sau đây là ví dụ về biên hiện
c) Nhận xét:
__________________________________________________________________
Thực hiện bởi: Võ Nguyễn Đức Phước
Huỳnh Thị Thu Trâm
18
Hướng dẫn sử dụng phần mềm River 2D
Trong quá trình thực hiện không nhất thiết phải đưa từng vùng, từng điểm, từng
đường biên vào mà ta có thể đưa vào cùng một lúc tất cả các điểm trên miền, sau đó
dùng các công cụ trong R2D_BED để thao tác theo mục đích đã định.
Chú ý rằng phần mềm chỉ dùng được cho một sông có kích thước nhất định vì
nó có giới hạn tính toán nhất định mà nếu vượt quá thì máy báo lỗi và thoát ra ngoài.
Trong R2D_BED có một ưu điểm nổi bật là sau khi ta thực hiện trên
R2D_BED R2D_MESH, nếu nhận thấy kết quả chưa hợp lý ta có thể sữa đổi như bỏ
đi hoặc thêm vào các nút điểm để tạo sông chính xác nhất , và đặc biệt có thể đưa thêm
công trình thiết kế vào đoạn sông để tính toán kiểm tra (như mỏ hàn, mố trụ cầu, kè lát
mái )
4. Các lệnh trong R2D-BED
Cửa sổ giao diện của bed
Nó sẽ chứa các lệnh nằm trong menu và một số lệnh cần thiết đã đưa ra dưới
dạng biểu tượng.
__________________________________________________________________
Thực hiện bởi: Võ Nguyễn Đức Phước
Thực hiện bởi: Võ Nguyễn Đức Phước
Huỳnh Thị Thu Trâm
21
Hướng dẫn sử dụng phần mềm River 2D
Có 14 màu để phân biệt các vùng. Nó sẽ đi tử mầu xanh ( thấp nhất ) đến mầu đỏ
( cao nhất ). Thể hiện như sau (dùng shading )
• Biên (boundary)
Nếu biên đã được tạo xong, thì nó sẽ cho phép ta thấy bằng cách vào
display/boundary và nó có màu đỏ.
• Chú thích (annotation)
__________________________________________________________________
Thực hiện bởi: Võ Nguyễn Đức Phước
Huỳnh Thị Thu Trâm
22
Hướng dẫn sử dụng phần mềm River 2D
Khi ta đã tạo xong hết dữ liệu cần thiết và muốn xem kết quả thể hiện trên hình
vẽ, dùng annotation.
- Axes là thể hiện tọa độ x, y.
- Colour legend là thể hiện màu địa hình ứng vởi giá trị bao nhiêu.
- Distance scale là trong vùng đó ta sẽ phân biệt thành bao nhiêu khoảng.
__________________________________________________________________
Thực hiện bởi: Võ Nguyễn Đức Phước
Huỳnh Thị Thu Trâm
23
Hướng dẫn sử dụng phần mềm River 2D
* Xuất ra màn hình số liệu về điểm (display/ dump nodal csv file)
bằng cách kết hợp các điểm và breakline lại.
3.3.2 Cộng thêm nút (add node)
Đặt chuột vào vị trí trên bản đồ để cộng thêm điểm. Khi một diểm ban đầu được
tạo mới thì sẽ có hộp edit node hiện lên, nếu nó đã có trên màn hình. Cho phếp sửa các
__________________________________________________________________
Thực hiện bởi: Võ Nguyễn Đức Phước
Huỳnh Thị Thu Trâm
25
Copyright: Tài liệu đại học ©