Download Đề tài Ứng dụng mô hình toán phục vụ quy hoạch lưu vực sông Trà Khúc miễn phí
Mục lục
Mở đầu 6
Chương 1. Tổng quan các phương pháp mô hình hoá quá trình hình thành dòng chảy từ bề mặt lưu vực 8
1.1. Phân loại các mô hình mô phỏng quá trình hình thành dòng chảy sông 8
1.2. Mô hình thuỷ động lực học 13
1.3. Các mô hình nhận thức 20
1.4. Một số ứng dụng mô hìnhtoán thuỷ văn ở Việt Nam 27
Chương 2. Cơ sở lý thuyết của phương pháp SCS và mô hình phần tử hữu hạn sóng động học 29
2.1. Phương pháp SCS 30
2.2. Phương pháp phần tử hữu hạn 32
2.3. Chương trình diễn toán lũ 41
2.4. Kiẻm tra mô hình 42
2.5. Nhận xét về khả năng sử dụng mô hình 42
Chương 3. áp dụng phương pháp SCS và mô hình phần tử hữu hạn sóng động học mô phỏng lũ và đánh giá ảnh hưởng một số điều kiện mặt đệm đến quá trình dòng chảy sông trà khúc - trạm sơn giang 43
3.1. Điều kiện địa lý tự nhiên lưu vực sông Trà Khúc 43
3.2. Tổng quan tài liệu và phương pháp xử lý 51
3.3 Chương trình tính 58
3.4 Kết quả tính toán 60
kết luận và kiến nghị 73
tài liệu tham khảo 75
Các phụ lục 77
/tai-lieu/de-tai-ung-dung-tren-liketly-36016/
Để tải bản DOC Đầy Đủ thì Trả lời bài viết này, mình sẽ gửi Link download choTóm tắt nội dung:
của dòng chảy.
Ph−ơng pháp số thứ hai là ph−ơng pháp phần tử hữu hạn (Wang và Anderson,
1982) [31]. H−ớng nghiên cứu cơ bản của ph−ơng pháp này hiện nay đ−ợc ứng dụng
trong cơ học xây dựng, nơi mà các phần tử là các phần có thật của một cấu trúc, nó
quyết định về các rầm và các cột trong khung s−ờn của một toà nhà, hay về l−ới của
các rầm trong sàn của một cây cầu. Sự biến dạng của các yếu tố đ−ợc biểu diễn trong
các số hạng của lực tác động lên hai đầu. Điều này cho phép biểu thị sự thay thế của
mỗi điểm nút bằng các nút lân cận, và sự biến dạng của các phần tử liên quan. Hệ
thống ph−ơng trình cuối cùng nhận đ−ợc từ điều kiện cân bằng tại mỗi nút.
Trong bài toán về dòng chảy s−ờn dốc cũng có thể hình dung rằng một vùng đ−ợc
phân chia thành các phần tử nhỏ với mỗi đặc tính vật lý riêng, bằng cách đó đối với
mỗi một phần tử dòng chảy đ−ợc mô tả trong đặc tính của các điểm giao. Sử dụng hệ
Saint - Venant vào mỗi phần tử với hệ các ph−ơng trình đại số nhận đ−ợc từ điều kiện
mà dòng chảy phải liên tục tại mỗi nút.
30
Cách th−ờng dùng để mô tả ph−ơng pháp phần tử hữu hạn không dùng nh− là một
lập luận mang tính vật lý. Thay vì sử dụng đối số toán học thì sử dụng hàm trọng số
nào đó, trong đó hệ thống các ph−ơng trình nhận đ−ợc do yêu cầu ph−ơng trình sai
phân thoả mãn "ở sát trung bình". Hệ thống các ph−ơng trình nhận đ−ợc trong ph−ơng
pháp phần tử hữu hạn có cấu trúc giống nh− trong ph−ơng pháp sai phân hữu hạn. Trên
thực tế, hai ph−ơng pháp rất giống nhau và đối với một bài toán nào đó thì chúng có thể
đ−ợc xem xét nh− là hai quá trình biểu diễn của một mô hình toán đơn. Tuy nhiên,
cách thức xuất phát và phát triển th−ờng biểu thị một sự khác nhau nào đó. Thí dụ
chẳng hạn, dạng tự nhiên và đơn giản nhất của phần tử là dạng hình tam giác, làm cho
sự miêu tả tr−ờng một cách linh hoạt hơn, trong khi đó các mắt l−ới tự nhiên và đơn
giản nhất trong ph−ơng pháp sai phân hữu hạn là mạng vuông hay hình chữ nhật, nó
kém linh động hơn. Thuận lợi khác của ph−ơng pháp phần tử hữu hạn là công thức
chuyển của nó có tính chất trung gian mà mỗi một phần tử có thể có các giá trị riêng
cho các tham số vật lý nh− là các tham số về dẫn truyền và tích trữ.
Để xấp xỉ l−u vực sông bằng các phần tử hữu hạn, lòng dẫn đ−ợc chia thành các
phần tử lòng dẫn và s−ờn dốc đ−ợc chia thành các dải t−ơng ứng với mỗi phần tử lòng
dẫn sao cho: trong mỗi dải dòng chảy xảy ra độc lập với dải khác và có h−ớng vuông
góc với dòng chảy trong phần tử lòng dẫn. Trong mỗi dải lại chia ra thành các phần tử
s−ờn dốc sao cho độ dốc s−ờn dốc trong mỗi phần tử t−ơng đối đồng nhất. Việc mô
phỏng l−u vực bằng các phần tử hữu hạn nh− vậy cho phép chuyển bài toán hai chiều
(2D) trên s−ờn dốc thành bài toán một chiều (1D) trên s−ờn dốc và trong sông. Vì vậy,
theo lý thuyết Bephanhi A. N. [26] cho phép áp dụng mô hình sóng động học một
chiều cho từng dải s−ờn dốc.Mô hình phần tử hữu hạn sóng động học đánh giá tác
động của việc sử dụng đất trên l−u vực đến dòng chảy đ−ợc xây dựng dựa trên hai
ph−ơng pháp: ph−ơng pháp phần tử hữu hạn để mô tả quá trình lan truyền vật chất trên
s−ờn dốc và trong lòng dẫn và ph−ơng pháp SCS để mô tả quá trình tổn thất trên bề mặt
l−u vực [21].
2.1. Ph−ơng pháp SCS
Cơ quan bảo vệ thổ nh−ỡng Hoa Kỳ (1972) đã phát triển một ph−ơng pháp để tính
tổn thất dòng chảy từ m−a rào (gọi là ph−ơng pháp SCS) [28]. Ta đã thấy, trong một
trận m−a rào, độ sâu m−a hiệu dụng hay độ sâu dòng chảy trực tiếp Pe không bao giờ
v−ợt quá độ sâu m−a P. T−ơng tự nh− vậy, sau khi quá trình dòng chảy bắt đầu, độ sâu
n−ớc bị cầm giữ có thực trong l−u vực, Fa bao giờ cũng nhỏ hơn hay bằng một độ sâu
n−ớc cầm giữ có thực trong l−u vực, mặt khác Fa bao giờ cũng nhỏ hơn hay bằng một
31
độ sâu n−ớc cầm giữ tiềm năng tối đa nào đó S (hình 1.4). Đồng thời còn có một l−ợng
Ia bị tổn thất ban đầu nên không sinh dòng chảy, đó là l−ợng tổn thất ban đầu tr−ớc thời
điểm sinh n−ớc đọng trên bề mặt l−u vực. Do đó, ta có l−ợng dòng chảy tiềm năng là P
- Ia. Trong ph−ơng pháp SCS, ng−ời ta giả thiết rằng tỉ số giữa hai đại l−ợng có thực Pe
và Fa thì bằng với tỉ số giữa hai đại l−ợng tiềm năng P - Ia và S. Vậy ta có:
a
ea
IP
P
S
F
−= (2.1)
Từ nguyên lí liên tục, ta có:
aae FIPP ++= (2.2)
Kết hợp (2.1) và (2.2) để giải Pe
( )
SIP
IP
P
a
a
e +−
−=
2
(2.3)
Đó là ph−ơng trình cơ bản của ph−ơng pháp SCS để tính độ sâu m−a hiệu dụng hay
dòng chảy trực tiếp từ một trận m−a rào [28].
Hình 2.1: Các biến số có tổn thất dòng chảy trong ph−ơng pháp SCS
Ia - độ sâu tổn thất ban đầu, Pe - độ sâu m−a hiệu dụng, Fa - độ sâu thấm liên tục, P -
tổng độ sâu m−a.
Qua nghiên cứu các kết quả thực nghiệm trên nhiều l−u vực nhỏ, ng−ời ta đã xây
dựng đ−ợc quan hệ kinh nghiệm :
Ia = 0,2S
Trên cơ sở này, ta có :
( )
SP
SP
Pe 8.0
2.0 2
+
−= (2.4)
Lập đồ thị quan hệ giữa P và Pe bằng các số liệu của nhiều l−u vực, ng−ời ta đã
tìm ra đ−ợc họ các đ−ờng cong. Để tiêu chuẩn hoá các đ−ờng cong này, ng−ời ta sử
dụng số hiệu của đ−ờng cong, CN làm thông số. Đó là một số không thứ nguyên, lấy
32
giá trị trong khoảng 1000 ≤≤ CN . Đối với các mặt không thấm hay mặt n−ớc, CN =
100 ; đối với các mặt tự nhiên, CN < 100. Số hiệu của đ−ờng cong và S liên hệ với nhau
qua ph−ơng trình :
10
1000 −=
CN
S inch) hay ⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ −= 1010004.25
CN
S (mm) (2.5)
Các số hiệu của đ−ờng cong CN đã đ−ợc cơ quan bảo vệ thổ nh−ỡng Hoa Kỳ lập
thành bảng tính sẵn [28] dựa trên phân loại đất và tình hình sử dụng đất.
2.2. Ph−ơng pháp phần tử hữu hạn
Một ví dụ của mô hình thuỷ động lực học là mô hình của Ross B.B và nnk., Đại
học Quốc gia Blacksburg, Mỹ [34]. Mô hình dùng để dự báo ảnh h−ởng của việc sử
dụng đất đến quá trình lũ. M−a v−ợt thấm là đầu vào của mô hình. Ph−ơng pháp phần
tử hữu hạn số kết hợp với ph−ơng pháp số d− của Galerkin đ−ợc sử dụng để giải hệ
ph−ơng trình sóng động học của dòng chảy một chiều.
Việc áp dụng lý thuyết phần tử hữu hạn để tính toán dòng chảy đ−ợc Zienkiewicz
và Cheung (1965) [1] khởi x−ớng. Các tác giả đã sử dụng ph−ơng pháp này để phân
tích vấn đề dòng chảy thấm. Nhiều nhà nghiên cứu khác cũng đã áp dụng ph−ơng pháp
phần tử hữu hạn để giải quyết các vấn đề của dòng chảy Oden và Somogyi (1969),
Tong (1971) [9, 13, 28, 30, 34].
Judah (1973) [9, 21] đã tiến hành việc phân tích dòng chảy mặt bằng ph−ơng pháp
phần tử hữu hạn. Tác giả đã sử dụng ph−ơng pháp số d− của Galerkin trong việc xây
dựng mô hình diễn toán lũ và đã thu đ−ợc kết quả thoả mãn khi mô hình đ−ợc áp dụng
cho l−u vực sông tự nhiên. Tác giả cho rằng mô...
