Ảnh hưởng của kích thước ô lưới tới kết quả tính toán thủy lực dòng chảy lũ

Kích thước ô lưới là một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng tới tính chính xác của kết quả tính thủy lực bằng mô hình toán. Sử dụng phần mềm tính toán thủy lực 2D-FV do các tác giả tự xây dựng dựa trên phương pháp thể tích hữu hạn để giải hệ phương trình nước nông phi tuyến hai chiều (2D-NSWE) trên lưới có cấu trúc. Bài báo phân tích, đánh giá ảnh hưởng của kích thước ô lưới tới kết quả tính toán thủy lực như: độ sâu, lưu lượng của dòng chảy lũ trên địa hình phức tạp.

1. ĐẶT VẤN ĐỀ

Sử dụng mô hình toán mô phỏng các bài toán thủy lực như: sự lan truyền sóng lũ trên địa hình có độ dốc phức tạp; sóng gián đoạn… đã được thực hiện rộng rãi trong thủy lợi. Với những bài toán thủy lực hai chiều hay ba chiều, kích thước ô lưới của miền tính toán luôn là yếu tố có ảnh hưởng lớn tới độ chính xác của kết quả tính bằng mô hình toán. Đặc biệt, trên những địa hình phức tạp, cao độ đáy biến đổi nhiều.

Valiani và nnc (2002) đã dùng hai loại ô lưới thô và mịn chia lưu vực hồ Malpasset (Pháp) để tính quá trình mực nước tại các điểm nghiên cứu, [1]. Wang (2011) chia miền tính toán cũng của hồ này thành lưới vuông với các

kích cỡ khác nhau để tính sự lan truyền lũ và kết luận rằng, lưới 40m cho kết quả tốt nhất so với thực đo chứ không phải lưới có kích thước nhỏ hơn 30m, [2]. Lê Thanh Hùng (2017) lại khảo sát sự ảnh hưởng của 4 loại ô lưới tới kết  quả tính sự lan truyền sóng lũ do tình huống vỡ đập Nậm Chiến (Sơn La), [3]. Về lý thuyết, chia lưới có kích thước càng nhỏ thì kết quả

càng chính xác, tuy nhiên, khi số ô tính toán càng lớn thì thời gian tính sẽ càng nhiều, thậm chí các máy tính cá nhân thông dụng không xử lý được. Vì vậy, việc đánh giá ảnh hưởng của các kích thước ô lưới tới các dạng kết quả thủy lực như: mực nước, lưu lượng để tìm ra kích thước ô lưới hợp lý là rất cần thiết.

Trong nội dung bài báo này, các tác giả dùng một số ví dụ để đánh giá ảnh hưởng của kích thước ô lưới tới kết quả tính thủy lực như mực nước, lưu lượng dòng chảy lũ bằng chương trình tính toán 2D-FV do chính các tác giả xây dựng bằng ngôn ngữ lập trình Fortran.

2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3. KẾT QUẢ TÍNH TOÁN

3.1. Sóng dao động trong chảo parabol có ma sát

3.2. Sóng gián đoạn trên bề mặt có mỏm núi

3.3. Sóng vỡ đập trên địa hình phức tạp

3.4. Kịch bản vỡ đập vòm Nậm Chiến

4. KẾT LUẬN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] A. Valiani, V. Caleffi and A. Zanni (2002). Case study: “Malpasset Dam-break Simulation using a two dimensional finite volume method”. J. Hydraulic Engineering. (5) 128, 460- 472.

[2] Wang. Y (2011). “Numerical Improvements for Large-Scale Flood Simulation”. Thesis of Doctor Philosophy of Newcastle University.

[3] Lê Thanh Hùng (2017). “Nghiên cứu sự lan truyền sóng lũ tới hạ lưu công trình trong tình huống vỡ đập vòm Nậm Chiến bằng mô hình toán”. Tạp chí Khoa học và Công nghệ Thủy lợi, 38, 87-94.

[4] Le T.T.H (2014). “2D Numerical modeling of dam break flows with application to case studies in Vietnam”, Ph.D thesis, University of Brescia, Italia.

[5] Lê Thị Thu Hiền (2015). “Ứng dụng phương pháp số giải bài toán sóng gián đoạn trong tính toán thủy lực khi đập bê tông vỡ”. Tạp chí khoa học kỹ thuật thủy lợi và môi trường,50, 88-94.

[6] P.L. Roe. (1981). “Approximate Riemann Solvers, parameter vectors and difference schemes”. Journal of Computational Physics, 43, 357-372.

[7] J. Sampson; A. Easton; M. Singh (2006). “Moving boundary shallow water flow above bottom topography”. ANZIAM (EMAC2005), 47, C373-C387.

[8] M.J. Castro, E.D. Fernandez Nieto, A.M. Ferreio, J.A. Garcia Rodriguez, C. Pares (2009).“High order Extensions of Roe schemes for two dimensional Non Conservative Hyperbolic Systems”. J. Sci. Comput, 39, 67 – 114.

[9] Lê Thị Thu Hiền, Lê Thanh Hùng (2017). “Dự báo quá trình lưu lượng do vỡ đập bằng mô hình toán nước nông hai chiều: Áp dụng cho hồ A Vương – Quảng Nam”. Tạp chí nông nghiệp và Phát triển nông thôn, 7, 71-76.

Xem bài báo tại đây: Ảnh hưởng của kích thước ô lưới tới kết quả tính toán thủy lực dòng chảy lũ