Cơ sở tính toán bùn cát của mô hình hecras

Tính toán vận chuyển bùn cát là một viêc khó cực kì. Thông số sử dụng đểdự đoán sự thay đổi đáy sông không có cơ sở chắc chắn và nếu ta dùng một líthuyết để tính thì thường theo kinh nghiệm...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Cơ sở tính toán bùn cát của mô hình hecras ** CƠ SỞ TÍNH TOÁN BÙN CÁT CỦA MÔ HÌNH HECRAS ** Tính toán vận chuyển bùn cát là một viêc khó cực kì. Thông số sử dụng đểdự đoán sự thay đổi đáy sông không có cơ sở chắc chắn và nếu ta dùng một líthuyết để tính thì thường theo kinh nghiệm và có kết quả nằm trong vùng rấtrộng. Tuy nhiên, nếu số liệu đưa vào là số liệu tốt, người làm có kĩ năng có thểsử dụng modul bùn cát đã được hiệu chỉnh để đoán đúng miền kết quả tính toán,có xu hướng lâu dài thì có thể dự báo được và có thể sử dụng để đánh giá đ ượccác lựa chọn cho dự án. Hec Ras bây giờ bao gồm các hệ để biểu diễn các điềukiện biên di động, modul của vận chuyển bùn cát. Trong chương này người ta môtả lí thuyết và giả thuyết được dùng để tính toán. Tương tự dòng không ổn định(quasi unsteady flow) Trước khi Hec ras có thể tính được lượng vận chuyển bùn cát, thủy l ựchọc dòng sông phải được tính trước. Hec ras dùng một phép đơn giản hóa thủyđộng học, để dùng chung cho các modul vận chuyển bùn cát. Giả thuyết dòngchảy tương tự dòng không ổn định (quasi unsteady flow) xấp xỉ với đường thủyvăn liên tục có các dòng chảy ổn định bị gián đoạn. Cho mỗi cấp dòng chảy ổnđịnh nào đó, thì mất một khoảng thời gian nhất định để vân chuyển. Với các mẫudòng ổn định này thì dễ hơn để phát triển so với toàn bộ modul dòng không ổnđịnh, và chương trình tính nhanh hơn. (một phiên bản chạy dòng không ổn địnhđể vận chuyển bùn cát sẽ được công bố trong tương lai) Mỗi bản tính gián đoạn của dòng ổn định được chia ra thành các phần nhỏhơn, thành các khoảng ngắn hơn về thời gian để máy tính tính toán s ự vậnchuyển bùn cát. Hec ras sử dụng 3 bước thời gian, đó là thời đoạn dòng chảy ổnđịnh, thời đoạn tính toán (computation increment) và bước thời gian xáo trộn(mixing time step) Khoảng thời gian chảy ổn định (flow duration) Một khoảng chảy ổn định là bước thời gian. Nó để trình bày khoảng thờigian mà có cùng chung lưu lượng, nhiệt độ, vị trí, hoặc lượng bùn cát. Chẳnghạn như nếu dữ liệu dòng chảy được thu thập từng ngày, thì khoảng thời giannày sẽ là 24 giờ. Để xác định đúng về vị trí, dòng chảy, thời gian, hay bùn cát đầuvào thì giá trị riêng biệt phải thể hiện cho cả thời đoạn đó mà đủ lớn để đặtthông số cho toàn bộ chạy chương trình. Các khoảng thời gian tính toán (computational increment) Trong một khoảng thời gian được chia thành nhiều khoảng nhỏ hơn đểtính toán. Mặt dù dòng chảy vẫn không đổi, địa hình và các thông sổ thủy độngđược cập nhật sau mỗi bước thời gian nhỏ hơn đó. Nếu khoảng thời gian tính đóquá dài thì hình dạng đáy sông không được cập nhật đủ và kết quả có thể thayđổi. Bước thời gian xáo trộn của đáy sông (bed mixing time step) Cuối cùng thì khoảng thời đoạn lại được chia nhỏ hơn thành các bướcthời gian thay đổi đáy sông. Trong suốt thời gian của bước này thì độ sâu, thôngsố thủy lực và sự vận chuyển của các cỡ hạt không đổi, thay vào đó là độ xói vàbồi lắng trong suốt thời gian này và có thể gây sự thay đổi dẫn tới sự bồi lắngcủa các lớp của đáy sông (ví dụ như lớp hoạt động, lớp bọc hay cả l ớp khônghoạt động). Các cở hạt theo phương thẳng đứng này được sắp xếp lại đ ể phảnhồi lại việc tăng hay giảm vật liệu. Từ khi có sự thay đổi của lớp hoạt động nàytrong suốt bước thời gian hòa lẫn đáy sông, khả năng vận chuyển bùn cát cũng đãthay đổi mặc dù về động lực học và tiềm lực vận chuyển vẫn giữ nguyên. Phương trình liên tục của bùn cát Phương trình này chỉ ra rằng thay đổi thể tích bùn cát trong một thểtích khống chế (bồi tụ hay giảm lượng bùn cát) tương đương với hiệu sốcủa lượng cát vào và ra. Phương trình này được giải bởi việc tính lượng vận chuyển bùn cát suốttrong thể tích khống chế tương ứng với mỗi mặt cắt. Dung lượng bùn cát trongthể tích này (A) đi ra so sánh vơi lượng cung cấp bùn cát đưa vào thể tích khốngchế (B) . Nếu lượng ra (A) lớn hơn lượng cung cấp (B) thì gây thiếu hụt nên đáysông bị xói. Nếu lượng ra (A) nhỏ hơn lượng cấp (B) thì lượng thừa bùn cát nàysẽ gây nên bồi lắng. Tính năng lực vận chuyển Phía bên phải của phương trình liên tục là độ dốc bùn các dọc theo thểtích khống chế (độ dốc do dòng bùn cát vào và ra). Dòng bùn cát vào thì đơn giảnlà loại bùn cát nhập vào trong thể tích khống chế từ thể tích khống chế trước nó.Tổng lượng bùn lớn nhất có thể rời khỏi thể tích khống chế, tuy nhiên thì chứcnăng của lượng bùn cát này là nước có thể di chuyển nó đi. Cái đó gọi là nănglực vận chuyển bùn cát, và được tính toán cho mỗi thể tích khống chế của từngbước thời gian bed mixing. Các lớp hạt Hec ras chia vật liệu bùn cát ra thành nhiều phần. Vật liệu vận chuyểnđược nằm trong 0.002mm và 2048 mm, được chia thành 20 thành phần hạt theokích cỡ. các thành phần hạt được mặc định dựa vào tiêu chuẩn là lớp trên gấp 2lần lớp dưới nó. Hec ras sử dụng ý nghĩa hình học của thành phần hạt (căn bậchai của cận trên và cận d ...