Về các mô hình toán của dòng chảy

1V các mô hình toán c a dòng chy TS Tô Vn Tr ng I. KHÁI NIÊM V MÔ HÌNH 1. Các lo"i mô hình Ngoài các loi mô hình toán hc, trong các sách và tài liu tham kho ta còn gp nhng t khác nh!: mô hình t# l hay mô hình v%t lý, mô hình t!'ng t(, mô hình nh%n th)c, mô hình t*t +,nh, mô hình ng-u nhiên,... i) Mô hình t$ l% (mô hình v(t lý): Thay cho làm th(c nghiêm trên mô hình nguyên m-u ngoài th(c +,a, ng!2i ta ti3n hành thí nghim trên các mô hình thu nh5 nh!ng gi nguyên t# l gia các chi6u (dài, r9ng, cao,..). T*t nhiên, phi tuân th; m9t s< nguyên t=c và tiêu chu>n. Ph!'ng pháp này th!2ng r*t +=t, +òi h5i nhi6u th2i gian +@ xây mô hình. Ph!'ng pháp này ch; y3u +!Bc áp dCng +@ nghiên c)u chi ti3t khi th%t cDn thi3t +@ thi3t k3 công trình nh! c<ng +%p. ii) Mô hình t+,ng t-: Vì các ph!'ng trình mô t dòng chy ngDm (th*m) t!'ng t( nh! ph!'ng trình mô t dòng +in, cho nên thay vì nghiên c)u mng dòng chy ph)c tp ng!2i ta l%p m9t mng +in và suy các k3t qu t mng +in sang mng dòng chy. iii) Mô hình nh(n th/c hay khái ni%m: Tr!Gc khi nghiên c)u m9t quá trình ng!2i ta phi xem quá trình +ó có bao nhiêu thành phDn, cách th)c liên h và nh h!Kng l-n nhau c;a các thành phDn +ó, sau +ó xem xét chi ti3t t ng thành phDn. iv) Mô hình t1t 23nh: Là m9t ph!'ng pháp nghiên c)u khi bi3t các thành phDn tham gia vào quá trình và cách th)c nh h!Kng gia các thành phDn. 2. Mô hình v(t lý và mô hình toán h6c Môi tr!2ng th(c r*t +a +ng và ph)c tp, các m<i quan h gia các y3u t< +an xen chOng ch,t nh h!Kng l-n nhau. P@ kho sát hoc nghiên c)u các m<i quan h +ó +ã t lâu con ng!2i phi sR dCng mô hình hoá nh! là m9t công cC, có nghSa là phi +'n gin hoá b)c tranh th(c hoc môi tr!2ng th(c. Mô hình không bao gi2 ch)a +!Bc t*t c các +c +i@m c;a môi tr!2ng th(c mà chT gi li các +c +i@m chính các m<i quan h chính c;a h th<ng th(c mà chúng có th@ +c tr!ng cho h th<ng +ó. Ví dC: Khi xem xét ch*t l!Bng n!Gc ng!2i ta chT xem xét m9t vài chT tiêu ch; y3u nh! nh! +9 pH, nhu cDu ô xy sinh hóa BOD, +9 c)ng, Eli-Coliform. Khi xem xét n!Gc bi@n và n!Gc sông ta chT cDn xem xét +9 mn. T!'ng t( nh! vây, khi thi3t k3 m9t con tDu ng!2i ta th!2ng làm các mô hình v%t lý +@ xem xét các hình dng nào có s)c cn nh5 nh*t ch) ch!a cDn chú ý tGi vic b< trí ca bin, hDm tDu. Nh! v%y, quá trình mô hình hoà là quá trình xem xét +@ chT cDn gi li các +c +i@m chính +c tr!ng cho môi tr!2ng hoc v%t nào +ó cDn phi nghiên c)u. Quá trình làm m-u m9t con tDu thu# có kích th!Gc theo m9t t# l nào +ó r`i cho vào thR trong n!Gc vGi m9t s< +i6u kin v6 sóng gió, +!Bc xem là mô hình v%t lý. M9t 2loi mô hình khác th!2ng có tên là mô hình toán sb +!Bc gii thích kc trong các phDn d!Gi, nh!ng có th@ hi@u nôm na là, các m<i quan h gia các hin t!Bng, s( v%t hay các y3u t< c;a môi tr!2ng bao gi2 cdng có th@ bi@u dien bOng các quan h (hay ph!'ng trình) toán hc. BOng cách nghiên c)u hoc gii các ph!'ng trình toán +ó ng!2i ta có th@ phát hin +!Bc các tính ch*t c;a các hin t!Bng cDn quan tâm xem xét. Mô hình hoá bOng các mô hình toán +!Bc phát tri@n r*t nhanh trong các th%p niên gDn +ây, bKi vì: • S( phát tri@n nh! vd bão c;a công ngh máy tính và công cC tin hc, +`ng th2i các công cC mGi v6 toán hc cdng phát tri@n. Hai y3u t< này giúp cho con ng!2i có th@ gii quy3t r*t nhanh các bài toán ph)c tp v6 mt toán hc. • Mt khác, yêu cDu v6 phát tri@n kinh t3, xã h9i và dân s< d-n +3n vic suy thoái môi tr!2ng, +c bit vic ô nhiem môi tr!2ng n!Gc d-n +3n +e do s( s<ng trên hành tinh trong t!'ng lai gDn. Vì v%y, xu*t hin các bài toán ph)c tp v6 mt môi tr!2ng mà chT có công cC mô hình hoá mGi có th@ d( báo +!Bc bi3n +gi có th@ x>y ra. 3. Mô hình là công c8 qun lý. S( +ô th, hoá, s( bùng ng dân s< và s( phát tri@n công ngh ngày càng gia ting áp l(c và tác +9ng lên môi tr!2ng ta +ang s<ng. Các ch*t ô nhiem thi vào h sinh thái, +c bit là h sinh thái n!Gc, +ang làm gia ting các ch*t +9c hi c v6 hóa, lý, sinh, có th@ hu# dit các loài s<ng trong +ó hoc phá vj c*u trúc c;a h sinh thái. H sinh thái ngày nay r*t ph)c tp, nhim vC c;a chúng ta là d( +oán s( bi3n +gi c;a môi tr!2ng d!Gi tác +9ng c;a các y3u t< khác nhau. Trong b<i cnh +ó mô hình hoá sb cung c*p m9t b)c tranh vGi các +áp )ng khác nhau, t +ó có nhng bin pháp qun lý và thích )ng cdng nh! l(a chn các gii pháp công ngh hay pháp lý thích h'p trong xR lý cdng nh! qun lý. 4. Mô hình hoá là m<t công c8 khoa h6c Mô hình là loi công cC +!Bc sR dCng r9ng rãi trong khoa hc. Các nhà khoa hc tr!Gc +ây sR dCng r9ng rãi các mô hình v%t lý +@ ti3n hành các thí nghim ngoài hin tr!2ng cdng nh! trong phòng thí nghim +@ nghiên c)u các m<i quan h chính mà ng!2i ta quan tâm. Ngày nay, do s( phát tri@n c;a công ngh máy tính và công ngh thông tin xu th3 phg bi3n là làm các thí nghim trên máy tính tr!Gc khi ti3n hành b=t bu9c m9t s< thí nghim v%t lý nhOm ki@m +,nh các k3t qu t máy tính, và do +ó mô hình toán +!Bc sR dCng r*t r9ng rãi. P,nh lu%t Newton mà ta quen thu9c K m9t phm vi nào +ó là m9t mô hình toán hc v6 s( nh h!Kng c;a l(c trng tr!2ng lên v%t th@ khi b5 qua l(c ma sát và nh h!Kng c;a gió. Do tính ph)c tp c;a môi tr!2ng và h sinh thái vic mô hình hoá là b=t bu9c +@ khám phá ra m<i liên h gida các y3u t< và t!'ng tác gia các y3u t<. Chlng hn khi xem xét s( ô nhiem n!Gc sông ch,u nh h!Kng c;a thu# tri6u. Khi thi ch*t b>n vào dòng chy, d!Gi tác +9ng c;a thu# tri6u ch*t thi b>n lan to +i các h!Gng khác nhau và cdng gim dDn n`ng +9 b>n do quá trình t( làm sch. P@ tính toán +!Bc phm vi nh 3h!Kng c;a các ngu`n ô nhiem cdng nh! n`ng +9 ti t ng th2i +i@m thì chT có mô hình hoá mGi gii quy3t +!Bc. Có th@ tóm l!Bc m9t s< !u +i@m c;a công cC mô hình hoá nh! sau: - Là công cC hu ích và không th@ thi3u trong kho sát các h sinh thái ph)c tp - SR dCng mô hình có th@ khám phá ra các tính ch*t c;a h th<ng. - Nh2 mô hình có th@ hoàn thin s( hi@u bi3t v6 ki3n th)c môi tr!2ng, sinh thái. - Mô hình là m9t công cC +@ thR nghim các gi thuy3t v6 khoa hc và so sánh gia b)c tranh th(c và b)c tranh c;a môi tr!2ng +ã +!Bc +'n gin hoá. 5. Th? nào là mô hình toán: Trong nhi6u lSnh v(c hot +9ng hàng ngày ta phi th(c hin các tính toán t +'n gin tGi ph)c tp. n tr!2ng phg thông phi th(c hin các phép c9ng tr nhân chia, r`i cao h'n là các phép +o hàm, vi tích phân. R`i trong các tr ong Pi hc phi hc các ph!'ng pháp s< nh! sai phân hu hn, phDn tR hu hn. Nói chung, ta có th@ gi chung là các công cC toán hc và sR dCng chúng +@ gii quy3t các bài toán trong th(c t3 hàng ngày, t +'n gin +3n phúc tp. VGi s( phát tri@n r*t nhanh c;a công ngh thông tin, kS thu%t máy tính và các công cC toán hc hin +i, mô hình toán hc +ã +!Bc phát tri@n r*t nhanh và +ã trK thành công cC nhanh mnh, không th@ thi3u +<i vGi nhng ng!2i làm công tác qui hoch và ra quy3t +,nh. V%y mô hình toán hc là gì ? P@ gii thích ta xét m9t ví dC sau +ây: t1 ti t2 Gi sR ta phi tính khong cách S c;a ôtô chy trong th2i gian T t th2i +i@m t1 tGi t2 vGi v%n t<c t)c th2i v(t). Cách tính +'n gin sb nh! sau: Ta chia khong th2i gian T thành n khong nh5 h'n vGi b!Gc th2i gian là ti, có nghSa là :  = =++++= n i in tttttT 1 321 ..... Trong m9t b!Gc th2i gian ti ta xem v%n t<c v(t) gDn nh! không +gi vGi giá tr, vi , và khong cách S mà xe chy trong khong th2i gian T có th@ +!Bc tính x*p xT nh! sau: 1 1 2 2 1 . . ..... . . (2.1) n n n i i i S v t v t v t v t =   +  + +  =  Dùng công th)c (2.1) bài toán có th@ xem nh! +!Bc gii quy3t (m9t cách gDn +úng). N3u ti +; nh5 thì t ki3n th)c hc trong Pi hc ta có : 42 1 0 1 lim . . (2.2) tn i it i t S v t v dt  = =  =  Nh! v%y vGi các cán b9 +ã t<t nghip +i hc bài toán tính quãng +!2ng c;a xe chy +!Bc tính toán theo các b!Gc nh! sau: i) Xu*t phát t công th)c (2.2) : 2 1 . (2.2) t t S v dt=  ii) Ti3n hành r2i rc hoá (2) theo dng (1): 1 1 2 2 1 . . ..... . . (2.1 ) n n n i i i S v t v t v t v t a =   +  + +  =  Trong +ó v%n t<c vi c xem là hOng s< trong khong ti và bOng giá tr, trung bình c;a v%n t<c t)c th2i vi trong b!Gc th2i gian ti . iii) N3u ta gp khó khin khi tính bOng tay (chlng hn +<i vGi các bài toán lGn ph)c tp) ta có th@ l%p trình trên máy tính +@ tính toán. N3u ta cm th*y k3t qu tính toán nói trên ch!a +; chính xác ta có th@ ti3p tCc làm t<t h'n theo cách sau:. iv) Làm nh5 h'n ti (t)c là ting n) và tính li công th)c trên bOng cách dùng cùng m9t ch!'ng trình máy tính +ã vi3t. Quá trình này +!Bc lp li (t)c là ting dDn n) cho +3n khi k3t qu thu +!Bc có th@ xem là +t yêu cDu. 6. Các b+Bc trong xây d-ng m<t mô hình toán: Quá trình tính toán vGi các b!Gc +'n gin nh! nêu trong ví dC chi3c ô tô K trên +!Bc xem nh! các b!Gc xây d(ng môt mô hình toán (tr!2ng hBp r*t +'n gin). Trên th(c t3 ta gp r*t nhi6u bài toán kS thu%t ph)c tp, nhi6u khi không th@ tính toán bOng tay +!Bc, vì th3 vic xây d(ng m9t quá trình tính toán (hoc xây d(ng môt mô hình toán hc) sb r*t ph)c tp, t<n công, nh!ng nói chung sb g`m các b!Gc sau +ây: i) B+Bc 1: L(a chn các ph!'ng trình toán hc c' bn mô t các quá trình v%t lý (hoc bài toán ta phi gii quy3t. Nói chung hDu h3t các bài toán th(c t3 +6u có th@ mô t bOng các ph!'ng trình toán hc). VGi bài toán tính khong cách c;a ô tô nh! nêu K trên thì +ó là ph!'ng trình (2). P<i vGi các bài toán kS thu%t thì các ph!'ng trình c' bn (hoc h ph!'ng trình) +6u là các ph!'ng trình vi phân, tích phân hay +o hàm riêng mà +@ gii chúng cDn phi có s( giúp +j c;a ph!'ng pháp s< và máy tính. Thông th!2ng +@ có +!Bc các ph!'ng trình c' bn mô t m9t quá trình v%t lý nào +ó ta th!2ng áp dCng các lu%t bo toàn cho các quá trình v%t lý +ó nh! bo toàn kh<i l!Bng, bo toàn mô men +9ng l!Bng hay bo toàn ning l!Bng. Nguyên lý bo toàn chung cho m9t +i l!Bng b*t ký (th@ tích, n`ng +9, kh<i l!Bng,) sb nh! sau: S bin i theo thi gian ca mt i lng bt k trong mt th tích V s$ b%ng tng lng vào th tích tr' i tng lng ra kh(i th tích cng (ho*c tr') v,i lng phát 5sinh (ho*c mt i) do các nguyên nhân khác nhau trong chính th tích V ó. Ch6ng hn 7i v,i n,c trong th tích V Q1 Q2 2121 SSQQdt dV + = Hình 2: S' +` cân bOng n!Gc cho th@ tích V VGi Q1, Q2 là l!u l!Bng vào ra ti 2 mt th@ tích; S1 là ngu`n n!Gc bg xung (x n!Gc vào) còn S2 là ngu`n n!Gc b, l*y +i. Pây là nguyên lý +!Bc sR dCng khi thi3t l%p ph!'ng trình liên tCc c;a ph!'ng trình Saint-Venant. VGi BOD nguyên lý cân bOng trên +!Bc vi3t nh! sau BOD vào th tích V + BOD s=n sinh trong V – (BOD ra kh(i V + BOD b? chuy n hoá) = s thay i BOD trong th tích V trong kho=ng thi gian t. VGi B là n`ng +9 BOD, Q là l!u l!Bng ti mt c=t, g là t<c +9 sn sinh, f là t<c +9 m*t +i, +an phát bi@u trên +!Bc tóan hc hóa bOng bi@u th)c sau: .. B V BQ B gV Q B x f Vx t   + +  + =      Hình 3: S' +` cân bOng n`ng +9 BOD trong th@ tích V Chlng hn +@ mô t chuy@n +9ng c;a n!Gc và +9 mn trên kênh sông ng!2i ta th!2ng dùng h ph!'ng trình Saint-Venant m9t chi6u cho dòng chy và ph!'ng trình ti khu3ch tán cho +9 mn nh! d!Gi +ây: Ph!'ng trình liên tCc cho n!Gc (bo toàn th@ tích n!Gc): q, Sq (2.3)H QB qt x + = Ph!'ng trình +9ng l!'ng (bo toàn mô men +9ng l!Bng) : H A Hình : q, Sq gV-fV Q.B V.B/t [ ]BQ B xx +  62 2 0 (2.4) gQ QQ Q HgAt x A x AC R  + + + =    0 Hình 4: Mt c=t ngang sông Ph!'ng trình liên tCc cho +9 mn (bo toàn kh<i l!Bng ): 2 2 ( ) . (2.5)o i qAS QAS SEA q S q St x x + = + Trong +ó : H = M(c n!Gc so vGi cao +9 chu>n (m); Q = l!u l!Bng (m3/s); B = +9 r9ng mt n!Gc ti m9t mt c=t ngang sông bao g`m c phDn tr (m); A = din tích mt c=t ngang (m2) C = H s< cn Chezy ; g = gia t<c trng tr!2ng (m/s2); R = bán kính thu# l(c (m); q =qi-qo: dòng gia nh%p dc dòng chy (qi) hoc m*t +i (qo) trên m9t +'n v, +9 dài c;a dòng chy (m2/s) t = th2i gian (s) x = khong cách dc dòng chy (m) S(x,t) : P9 mn (hay n`ng +9 ch*t) trung bình trên mt c=t ngang (g/L) E : H s< phân tán dc (dispersion) Sq: P9 mn (hay n`ng +9 ch*t) trong dòng gia nh%p ii) B+Bc 2: P<i vGi các bài toán ph)c tp mô t bKi các ph!'ng trình +o hàm riêng thì +@ gii +!Bc cDn phi cho +i6u kin biên, +i6u kin +Du, các tham s< và các h s<. iii) B+Bc 3: Nói chung các ph!'ng trình mô t các quá trình vât lý hDu nh! không có nghim gii tích hoc nghim chính xác (theo nghSa toán hc) vì th3 phi dùng các ph!'ng pháp s< +@ gii gDn +úng. Pi6u +ó có nghSa rOng bài toán chT +!Bc gii gDn +úng và k3t qu thu +!Bc cdng là k3t qu gDn +úng ch) không phi k3t qu chính xác. S( khác nhau gia k3t qu chính xác và k3t qu gDn +úng phC thu9c vào ph!'ng pháp s< +!Bc sR dCng. Có r*t nhi6u ph!'ng pháp s<, vic l(a chn ph!'ng pháp nào phC thu9c vào trình +9 và ki3n th)c c;a ng!2i l%p mô hình. Ví dC, K trên là m9t thu%t toán s< r*t +'n gin +@ tính quãng +!2ng chy c;a ôtô. P@ ting +9 chính xác giá tr, v%n t<c trung bình vi có th@ l*y theo các cách khác nhau, chlng hn l*y giá tr, trung bình +Du +on và cu<i +on, hoc l*y giá tr, gia +on. iv) B+Bc 4: VGi s( phát tri@n r*t nhanh c;a kc thu%t máy tính hDu h3t các ph!'ng pháp s< +6u có th@ th(c hin trên máy tính vGi +i6u kin thu%t toán s< t!'ng )ng +ã +!Bc l%p trình và chy thông +!Bc trên máy tính. Pây là b!Gc không th@ thi3u +!Bc khi xây d(ng m9t mô hình toán hc.. 7v) B+Bc 5: ThR tính +úng +=n c;a k3t qu qua m9t s< bài toán m-u +@ bo +m rOng k3t qu phn ánh t!'ng +<i chính xác các qui lu%t v%t lí (vì ta chT tính gDn +úng) c;a quá trình +!Bc mô ph5ng. Chlng hn tính bo toàn kh<i l!Bng, nh! cân bOng n!Gc, hoc +9 mn không th@ âm. N3u +9 mn tính ra b, âm thì có +i6u gí +ó sai trong thuât toán +!Bc sR dCng. M9t ví dC khác trong thR nghim là tính +<i x)ng. N3u t*t c các +i6u kin c;a bài toán (mi6n, biên, +i6u kin +Du,...) là +<i x)ng thì nghim s< c;a nó cdng +<i x)ng. N3u th*y k3t qu tính ra có sai sót thì li phi xem xét t b!Gc 1. VGi 5 b!Gc chính nh! +ã nêu K trên ta có m9t mô hình toán hc. P9 chính xác c;a k3t qu tính toán phC thu9c vào chính mô hình và ch*t l!Bng c;a s< liu +Du vào. Vì v%y khi sR dCng b*t c) m9t mô hình nào (phDn m6m máy tính) +@ gii quy3t m9t bài toán th(c tien hai b!Gc nêu d!Gi +ây cDn phi +!Bc th(c hin: • Hiu chTnh mô hình: Khi m9t mô hình +ã +!Bc xây d(ng nó có th@ sR dCng cho b*t kì m9t bài toán kc thu%t nào nh!ng ch*t l!Bng c;a k3t qu phC thu9c vào ch*t l!Bng s< liu +Du vào và giá tr, c;a các tham s< c;a mô hình. D(a trên m9t s< s< liu +Du vào +!Bc +o +c xác +,nh và hiu chTnh các tham s< (chlng hn h s< nhám trong mô hình thu# l(c) +@ có +!Bc l2i gii t<t nh*t. Quá trình này gi là hiu chTnh mô hình. • Ki@m +,nh mô hình: M9t khi mô hình +ã d!Bc hiu chTnh t<t cDn phi thR vGi m9t t%p s< liu khác +@ ki@m tra xem vGi các tham s< mô hình +ã +!Bc xác +,nh liu có +úng vGi tr!2ng hBp khác không, n3u k3t qu tính không sai nhi6u vGi k3t qu th(c +o thì mô hình có th@ coi là +!Bc ki@m +,nh và dùng +@ tính toán các k,ch bn khác nhau.. II. MÔ HÌNH TÓAN CHO DÒNG CHMY VÀ CHPT LRSNG NRTC TRÊN HV THWNG KÊNH SÔNG – MÔ HÌNH DELTA (VRSAP-SAL) 2.1 M] 2^u Hin ti, +@ tính dòng chy ld kit, xâm nh%p mn, trng thái ô nhiem hu c', trên các h th<ng kênh sông c;a Vit nam, ch; y3u là P`ng bOng sông CRu Long (PBSCL), h th<ng sông Sài gòn-P`ng Nai-Th, vi, P`ng bOng sông H`ng, sông H!'ng... các kc s! và cán b9 kc thu%t th!2ng dùng m9t s< phDn m6m máy tính c;a n!Gc ngoài và trong n!Gc. V6 mt hc thu%t các mô hình tính dòng chy và ch*t l!Bng n!Gc trong sông +6u xu*t phát t h ph!'ng trình Saint-Ve nant 1 chi6u (K các dng khác nhau) và ph!'ng trình lan truy6n ch*t m9t chi6u. Tuy nhiên, s' +` và thu%t tóan gii các h ph!'ng trình này li khác nhau tùy thu9c tác gi c;a t ng mô hình, t +ó +9 chính xác c;a k3t qu cdng nh! th2i gian tính trên máy có khác nhau. 2.2 Các Mô hình t_ n+Bc ngoài +!Bc du nh%p vào Vit nam theo con +!2ng các d( án (trong +ó các phDn m6m kèm theo +!Bc tính vào ti6n d( án, t)c là phi mua phDn m6m) hoc bOng con +!2ng c;a du hc sinh hoc hBp tác song ph!'ng. 2.2.1 Nhóm mô hình th+,ng m"i: Pây là nhóm mô hình mua tr(c ti3p hoc tính thành ti6n thông qua các d( án song ph!'ng hoc +a ph!'ng: 8A. Nhang mô hình dòng chy và ch1t l+bng n+Bc có tính th+,ng m"i trên th? giBi phi kf 2?n h6 mô hình MIKE, trong 2ó MIKE11 (vGi mô+un thu# l(c HD, mô +un tính mn, ch*t l!Bng n!Gc AD, ECOLAB,...) Pây là b9 phDn m6m c;a Vin DHI Pan Mch, +!Bc )ng dCng, nghiên c)u cho d( án quy hoch và qun lý tài nguyên n!Gc và phòng ch<ng thiên tai ti nhi6u n!Gc trên th3 giGi nh! Nh%t Bn, Thái Lan, Bangdales... Trong khuôn khg c;a D( án ting c!2ng ning l(c các Vin Ngành n!Gc K Vit Nam, DHI +ã +ào to và chuy@n giao bn quy6n cho m9t s< c' quan ngành n!Gc thu9c B9 NN&PTNT. M9t s< phDn m6m h MIKE khác nh! MIKEBASIN (dùng cho tính cân bOng n!Gc), MIKE FLOOD dùng cho mô ph5ng ld, MIKE21 dùng cho bài toán n<i 1 chi6u và 2 chi6u trong m9t vùng nh5,.. V6 b9 MIKE 11: MIKE 11 là phDn m6m thu9c h MIKE vGi modun tính dòng chy HD và modun AD dùng cho tính lan truy6n ch*t (mn,), +@ tính lan truy6n ch*t ô nhiem phi dùng ECOLAB vGi các y3u t< lan truy6n ch*t t th*p tGi cao. P@ tính dòng chy trong sông kênh MIKE 11 cdng sR dCng h ph!'ng trình Saint-Venant m9t chi6u và sR dCng s' +` sai phân 6 +i@m xen kb Q, H c;a Abbott và Ionescu; tài liu +,a hình +!Bc cho ti các mt c=t tính H; v%n t<c u +!Bc tính ti +i@m Q; H ph!'ng trình sai phân +!Bc gii tr(c ti3p và bOng ph!'ng pháp lp, vì v%y t<c +9 tính ch%m và cDn có kinh nghim xR lý khi to +i6u kin ban +Du (hotstart file). Trong MIKE 11 +ã xét các công trình c<ng +%p phg bi3n, tuy nhiên +ôi khi khi gp tr!2ng hBp không gn +,nh khi phi v%n hành công trình. Trong modun AD +ã sR dCng ph!'ng pháp sai phân hu hn cho ph!'ng trình lan truy6n ch*t m9t chi6u vì th3 th!2ng gp hin t!Bng khu3ch tán s< nh h!Kng +3n +9 chính xác c;a k3t qu nh! n`ng +9 có khi b, âm, hoc khi không có ngu`n sinh v%t ch*t trong mi6n mà n`ng +9 trong mi6n cao h'n giá tr, K biên, P@ sR dCng công cC GIS, trong MIKE 11 +ã dùng k3t hBp vGi b9 ArcView/Arcview GIS +@ tg ch)c c' sK d liu và bi@u dien k3t qu (thông qua các script bOng ngôn ng Avenue). Nhìn chung nhng !u nh!Bc +i@m c;a b9 MIKE 11 (+!Bc sR dCng nhi6u K Vit nam ch; y3u qua d( án ting c!2ng ning l(c cho các Vin ngành n!Gc) nh! sau: + †u +i@m: - Là phDn m6m th!'ng mi nên phDn giao din r*t mnh, hu hiu. - PhDn n<i k3t vGi công cC GIS r*t mnh k@ c to Database (Mc dù phi cDn thêm các phDn m6m GIS nh! ArcView hay ArcGIS,..) - Các tin ích +Dy +;, de cho ng!2i sR dCng. - Thu%n tin cho vic gii quy3t các bài toán v a và nh5. + Nh!Bc +i@m: - Không bi3t +!Bc phDn lõi (phDn thu%t toán, tg ch)c ch!'ng trình,..) nên ng!2i sR dCng không th@ ci biên, c%p nh%t mà phi qua n'i bán, khi +ó phi tr thêm ti6n và m*t th2i gian ch2 +Bi,..) - Khi phi tính cho bài toán lGn nh! PBSCL trong m9t th2i gian dài (mô ph5ng c m9t nim cho ld và cn) MIKE 11 +òi h5i nhi6u th2i gian tính trên máy không 9thu%n tin cho giai +on chy hiu chTnh vì phi chy r*t nhi6u lDn mGi hiu chTnh +!Bc m9t tham s< nên t<n th2i gian chy trên máy. H'n na, +@ to +i6u kin ban +Du (hotstart file) +òi h5i nhi6u kinh nghim và th!2ng phi xu*t phát t b!Gc th2i gian nh5.. -P9 chính xác c;a k3t qu tính, +c bit cho các bài toán lan truy6n ch*t (mn, BOD, DO,..) nhi6u khi không +m bo do bn ch*t thu%t toán +!Bc sR dCng (khu3ch tán s< d-n +3n n`ng +9 âm hoc n`ng +9 sát biên lGn h'n biên khi không có ngu`n trong mi6n) - Vì là phDn m6m th!'ng mi nên giá thành r*t +=t (MIKE11+ECOLAB giá 18000EU, cj 400 triu +`ng Vit nam cho m9t license) mŠi license, dng khoá c)ng, chT dùng +!Bc cho m9t máy tính, hoc cdng có phiên bn chy n<i k3t máy tính trên mng nh!ng giá thành cao h'n nhi6u. - Nhi6u nghiên c)u trong n!Gc +ã sR dCng mô hình MIKE11 +@ làm công cC tính toán thu# l(c và ch*t l!Bng n!Gc. Nh!ng sau khi hoàn thành d( án không chuy@n giao công ngh +!Bc vì các c' quan h!Kng lBi t d( án không có bn quy6n sR dCng MIKE11 và d( án cdng th!2ng không có +; kinh phí +@ mua phDn m6m chuy@n giao. B. ISIS: B9 phDn m6m này c;a Công ty Halcrow và tr!2ng Wallingford ph<i hBp xây d(ng, +!Bc sR dCng trong ch!'ng trình sR dCng n!Gc (WUP) c;a U# H9i sông Mê Công. MŠi m9t n!Gc thành viên có +!Bc 2-3 license. Tuy phDn m6m này, +<i vGi Vit Nam, ch!a th!'ng mi hoá nh! MIKE , nh!ng du nh%p vào Vit nam thông qua các d( án có th@ chuy@n giao công ngh nh! Ch!'ng trình WUP nói trên +ây. Gi<ng nh! b9 MIKE11, phDn m6m ISIS cdng sR dCng h ph!'ng trình Saint- Venant m9t chi6u cho dòng chy và ph!'ng trình lan truy6n ch*t m9t chi6u cho mn. Khác vGi MIKE 11, trong ISIS sR dCng s' +` sai phân Preissmann cho dòng chy và lan truy6n mn. Cdng nh! MIKE 11 phDn m6m ISIS ch!a có kh ning tính mn trong +`ng. Vì là phDn m6m th!'ng mi, ISIS cdng có phDn giao din khá +Œp và tin dCng, tny nhiên cdng b9c l9 m9t s< y3u +i@m và khó khin khi gii quy3t bài toán trên phm vi r9ng, nhi6u liên k3t nh! PBSCL. Pc bit các lŠi v6 +9 chính xác c;a k3t qu tính, +c bit v6 mn. Trong khuôn khg c;a ch!'ng trình WUP, phDn m6m ISIS +ã +!Bc sR dCng cho PBSCL K dng mng kênh sông +!Bc +'n gin hoá r*t nhi6u (b5 mng kênh c*p 2, ch; y3u gi li dòng chính), nh!ng ch!a cho k3t qu có th@ sR dCng +!Bc, +c bit là phDn tính mn. Mô +un ch*t l!Bng n!Gc v-n ch!a +!Bc thR nghim nên ch!a có k3t qu +ánh giá cC th@. T<c +9 tính tóan c;a ISIS cdng r*t ch%m và cdng k3t hBp vGi ArcView +@ n<i k3t vGi GIS và Database. Nh! v%y khi mua MIKE 11 hoc ISIS phi tr c ti6n bn quy6n c;a ArcView. 2.2.2. Nhóm mô hình phi th+,ng m"i (theo nghia Vi%t nam ch+a phi mua mà có 2+bc qua các con 2+jng khác nhau nh+ d- án hk trb song ph+,ng homc 2ào t"o) Các b9 phDn m6m khác nh! Duflow, Sobek/Wendy,Telemax, Qual2-E, Wasp6 vv...+!Bc du nh%p qua các các con +!2ng c;a du hc sinh hoc các d( án nh5 song ph!'ng. P<i vGi các d( án qu<c t3 thì +ây cdng là các b9 phDn m6m th!'ng mi, phi mua bn quy6n nên khi sR dCng th!2ng +!Bc c' quan c*p phDn m6m khuy3n cáo rOng 10 có th@ ch*p nh%n m9t s< r;i ro gây thit hi do không +!Bc +ào to, t%p hu*n và không hi@u bi3t nhng hn ch3 c;a mô hình nên khi áp dCng gây lŠi. Vì không có mã ngu`n nên không hi@u +!Bc h3t phDn lõi bên trong xR lý ra sao (nh! thu%t tóan, các xR lý +c bit,..) và ch!a +!Bc áp dCng cho các bài toán lGn và ph)c tp nh! PBSCL. Các phDn m6m này có ngu`n g<c t châu Âu (hoc Mc) vGi +i6u kin sông ngòi khác hln +i6u kin Vit nam (chlng hn K Vit nam mng kênh sông có dng mch vòng ph)c tp, ch,u nh h!Kng c;a th;y tri6u,..) cho nên không phi khi nào cdng sR dCng +!Bc các phDn m6m nêu trên. Có th@ xét qua phDn m6m Sobek, Duflow và Qual2-E: SOBEK: PhDn m6m này do Delft,Hà lan, phát tri@n, g`m phDn dòng chy và tính tóan ô nhiem 1,2 chi6u, +ã n<i k3t vGi công cC GIS. Pã sR dCng h ph!'ng trình Saint- Venant 1 chi6u cho dòng chy trong kênh sông (trong ph!'ng trình có k@ s< hng gió và nh h!Kng c;a góc nh%p l!u). SOBEK cdng sR dCng l!Bc +` sai phân xen kb gi<ng nh! MIKE11, có +i@m H và +i@m Q; +,a hình +!Bc cho ti các +i@m tính H. Các y3u t< ô nhiem +!Bc mô ph5ng bOng ph!'ng trình lan truy6n ch*t 1 chi6u có k@ tGi quá trình bi3n +gi sinh hóa c;a các ch*t ô nhiem. Ph!'ng trình lan truy6n ch*t m9t chi6u +!Bc gii bOng ph!'ng pháp sai phân, mc dù có các l(a chn các s' +`, nh!ng do bn ch*t c;a l!Bc +` sai phân, k3t qu tính v-n b, nh h!Kng bKi hin t!Bng khu3ch tán s<. Qual2-E: PhDn m6m này do c' quan bo v môi tr!2ng c;a Mc (EPA) phát tri@n và +ã +!Bc sR dCng r9ng rãi K Mc và m9t s< n!Gc châu Âu. Qual2-E +ã +!Bc du nh%p vào Vit Nam qua m9t s< d( án. Qual2-E cdng sR dCng h ph!'ng trình Saint-Venant và lan truy6n ch*t m9t chi6u và gii bOng ph!'ng pháp sai phân và có th@ sR dCng cho nhi6u y3u t< ô nhiem (BOD, DO,To, Nit', Ph<t pho,..). Nh!Bc +i@m c;a Qual2-E là chT áp dCng cho mng sông +'n gin có dng hình cây (không áp dCng cho mng sông dng mch vòng); thi3t din kênh sông phi +6u dng hình thang, hay hình ch nh%t và không ch,u nh h!Kng c;a th;y tri6u Duflow: Pây là phDn m6m +!Bc phát tri@n bKi Vin th;y l(c (IHE) c;a Hà lan, Pi hc công ngh Delft, STOWA và tr!2ng Pi hc nông nghip Wageningen. Duflow +!Bc thi3t k3 +@ sR dCng cho nhi6u mCc tiêu (tính tri6u, ld, sR dCng n!Gc,..). Duflow cdng gii quy3t các bài tóan lan truy6n ch*t trong kênh sông có các công trình. S' +` sai phân 4 +i@m c;a Preissmann +ã +!Bc sR dCng cho bài tóan th;y l(c. Duflow có giao din +` ha tin dCng. Vì +ây là phDn m6m thi3t k3 ch; y3u cho ging d%y và +ào to, cho nên khi sR dCng cho các bài tóan lGn cDn có ci biên. 2.3 Mô hình trong n+Bc: Do các yêu cDu c;a th(c tien quy hach và sR dCng tài nguyên n!Gc, nhi6u chuyên gia trong n!Gc phi t( xây d(ng các b9 phDn m6m, +@ khi cDn thi3t, có th@ t( sRa +gi và c%p nh%t thu%t tóan, mã ngu`n (code) +@ có th@ +áp )ng +!Bc các yêu cDu tính tóan cC th@. Các b9 phDn m6m do các cán b9 trong n!Gc +!Bc nh=c tên và áp dCng nhi6u cho các d( án trên 2 P`ng bOng g`m: VRSAP, +ây là b9 phDn m6m +!Bc xem là +Du tiên cho tính tóan th;y l(c mng kênh sông, do c< PGS Nguyen nh! Khuê phát tri@n sau +Bt th(c t%p ti Hà Lan vào nim 1978. VRSAP +ã +!Bc Phân vin Kho sát Quy hoch Th;y lBi Nam b9 (Nay là Vin 11 Quy hoch Th;y lBi mi6n Nam) sR dCng cho nhi6u d( án quy hoch c d( án trong n!Gc và qu<c t3. VRSAP +!Bc nhóm mô hình c;a Vin Quy hoch Th;y lBi mi6n Nam hoàn thin dDn trong quá trình áp dCng. Do PGS Khuê +ã m*t, phDn nâng c*p và hoàn thin trong n<i k3t vGi GIS +!Bc giao cho PGS Nguyen T*t P=c +m nhim và +ã có báo cáo qua m9t +6 tài NCKH c*p B9 nim 2005, +ã +!Bc nghim thu 2007. M9t s< !u nh!Bc +i@m c;a VRSAP (khi ch!a nâng c*p): - Páp )ng +!Bc các yêu cDu tính toán cho các bài toán lGn c;a PBSCL mc dù phi tính riêng ld kit. - Có ch!'ng trình ngu`n, có th@ hi@u thu%t toán và có th@ ch; +9ng sRa cha, thay +gi, mc dù +@ hi@u +!Bc source codes không phi de dàng. - Giao din còn +'n gin và ch!a +Œp - T<c +9 tính còn ch%m do phi tính lp - Kh ning n<i k3t vGi công cC GIS và Database ch!a mnh - Cách tg ch)c s< liu cDn +!Bc nâng c*p - PhDn tính ch*t l!Bng n!Gc (ch; y3u là mn) còn gp khó khin nh! +ánh giá c;a NEDECO (Xem tài liu So sành SAL và VRSAP, NEDECO 1991). PhDn ci ti3n VRSAP +@ thành VRSAP-SAL sb +!Bc trình bDy trong phDn d!Gi. KOD1 c;a GS-TSKH Nguyen Ân Niên. Pây là phDn m6m d(a trên s' +` sai phân hin. PhDn giao din, n<i k3t GIS và Database +ang trong giai +on nâng c*p và hoàn thin. Mc dù th2i gian tính nhanh nh!ng nhi6u khi gp v*n +6 cân bOng toàn cCc nh h!Kng tGi +9 chính xác c;a k3t qu. Tr!Gc +ây khi t<c +9 xR lý c;a máy tính còn ch%m thì thu%t toán hin còn hu ích. KOD1 ch; y3u +!Bc m9t s< cán b9 c;a Vin Khoa hc th;y lBi sR dCng. HydroGIS c;a TS Nguyen Hu Nhân: Pây là phDn m6m mGi +!Bc xây d(ng trong m9t s< nim gDn +ây, phDn n<i công cC GIS, demo k3t qu và giao din khá t<t. Tuy nhiên, do tác gi ít công b< v6 thu%t toán nên khó +ánh giá. HydroGis cdng gii h ph!'ng trình Saint-Venant m9t chi6u bOng s' +` sai phân Preissmann, nh!ng gii tr(c ti3p h sai phân bOng ph!'ng pháp lp nên t<c +9 tính tóan ch!a nhanh. P@ k3t hBp vGi phDn vb tác gi +ã thêm m9t s< +i@m tính trung gian. PhDn tính mn cdng dùng ph!'ng pháp phân rã nh!ng chi ti3t c;a thu%t tóan, c dòng chy và lan truy6n ch*t ch!a th*y tác gi công b< chi ti3t. GDn +ây, TS Nhân có thêm phDn tính dòng chy xi3t bOng ph!'ng pháp sóng +9ng hc, tuy nhiên trên vùng núi có nhng +an v a chy xi3t, v a chy êm thì ph!'ng pháp sóng +9ng hc không áp dCng +!Bc. MK4 c;a PGS-TS Lê Song Giang, Pi hc Bách khoa Tp. H` Chí Minh. Pây là phDn m6m mang tính hc thu%t nhi6u h'n và ch; y3u dùng trong ging d%y, vic áp dCng cho các bài toán th(c t3 lGn còn hn ch3. PhDn giao din c;a MK4 khá t<t, và +ang trong giai +on phát tri@n. SAL (hay SALBOD) c;a GS-TS Nguyen T*t P=c. SAL +!Bc xây d(ng t nhng nim 80 c;a th3 k# 20 (vGi các phiên bn khác nhau qua quá trình hòan thin) và +ã +!Bc áp dCng cho nhi6u d( án lGn trên PBSCL, h th<ng sông Sài gòn-P`ng Nai-Th, vi, k@ c sR dCng cho các d( án qu<c t3 (thu# l(c, mn, ô nhiem, chua phèn). SAL cdng gii h ph!'ng trình Saint-Venant m9t chi6u bOng s' +` sai phân Preissmann. Tuy 12 nhiên trong SAL +ã dùng ph!'ng pháp tuy3n tính hóa nên không cDn gii lp. Mt khác trong SAL, tr!Gc tiên dùng các công th)c truy +ugi +@ +!a v6 gii h ph!'ng trình có >n s< chT là m(c n!Gc ti nút hBp l!u và sR dCng thu%t tóan gii ma tr%n th!a nên t<c +9 tính tóan nhanh. PhDn lan truyên ch*t trong SAL sR dCng ph!'ng pháp phân rã và gii ph!'ng trình ti thuDn túy bOng ph!'ng pháp +c tr!ng k3t hBp vGi n9i suy spline nên bo +m không b, n`ng +9 âm, mn lan truy6n tGi +âu tính tGi +ó nên ti3t kim th2i gian tính. PhDn tính mn (và ch*t l!Bng n!Gc) c;a SAL cho k3t qu hBp lý, gn +,nh và +ã +!Bc chuyên gia n!Gc ngoài th>m +,nh trong d( án Quy hoch tgng th@ PBSCL (Xem so sánh SAL và VRSAP, NEDECO 1991). Dùng SAL có th@ tính +!Bc các y3u t< dòng chy (m(c n!Gc, l!u l!Bng, v%n t<c,...) tính +!Bc +9 mn và m9t s< y3u t< c;a ch*t l!Bng n!Gc (ô nhiem hu c', n!Gc làm mát, phèn,..) Nh!Bc +i@m c;a SAL là phDn giao din, k3t n<i GIS và Databse. PhDn này +ang trong quá trình xây d(ng và hoàn thin. PhDn hc thu%t c;a SAL là c' sK chính trong ci ti3n VRSAP cho nên có tên VRSAP- SAL. Ngòai ra còn có m9t s< phDn m6m khác do m9t s< tác gi trong n!Gc phát tri@n trong khuôn khg các lu%n án hoc các nghiên c)u riêng lŽ và còn ít +!Bc áp dCng cho các bài tóan th(c t3, hoc áp dCng theo nghSa thR nghim. 2.3 Mô hình VRSAP và nhang yêu c^u nâng c1p, ci ti?n Ch!'ng trình máy tính mang tên VRSAP c;a c< PGS Nguyen nh! Khuê, khKi +Du t 1978, dùng cho tính toán thu# l(c mng kênh sông. T khi ra +2i ch!'ng trình này +ã +!Bc các kc s! trong n!Gc sR dCng r9ng rãi và thành công cho nhi6u d( án qui hoch tài nguyên n!Gc trên +`ng bOng sông H`ng và +`ng bOng sông CRu long bao g`m c các d( án do n!Gc ngoài tài trB, nh! d( án qui hoch tgng th@ P`ng bOng sông CRu Long do NEDECO (Hà Lan) th(c hin, d( án qui hoch và ki@m soát ld châu thg sông Mê Công do công ty KOICA c;a Hàn Qu<c th(c hin,... Trong quá trình áp dCng, ch!'ng trình VRSAP +ã +!Bc hoàn thin dDn t chy trên môi tr!2ng DOS chuy@n sang môi tr!2ng WINDOWS, n<i k3t vGi công cC thông tin +,a lý (GIS). V6 c' bn ch!'ng trình VRSAP +ã +áp )ng +!Bc các yêu cDu tính toán, tuy nhiên do nhu cDu phát tri@n, kích cj c;a các bài toán qui hoch cdng ting dDn, không chT K m)c +9 P`ng bOng c;a Vit nam mà K m)c +9 châu thg (chlng hn c Vit Nam và Cim pu chia) và phi mô t vGi th2i gian dài và vGi các k,ch bn ph)c tp v6 v%n hành các h th<ng c<ng +%p. Các ch!'ng trình tính trong n!Gc cdng có nhng !u nh!Bc +i@m riêng. Ch!'ng trình máy tính mang tên SAL (hay SALBOD) c;a GSTS Nguyen T*t P=c ra +2i vào nhng nim 80, qua quá trình áp dCng cdng +ã +!Bc hoàn thin dDn k@ c thu%t toán và ch!'ng trình. Trong th2i gian tôi làm qun lý Vin Quy hoch Th;y lBi mi6n Nam (10/1996 +3n 1/2009) +ã nhi6u lDn hŠ trB, to +i6u kin +@ GSTS Nguyen T*t P=c là m9t trong các chuyên gia hàng +Du c;a n!Gc ta v6 th;y l(c cùng nhóm chuyên gia mô hình c;a Vin +i sâu tìm hi@u +ánh giá, !u khuy3t 2 mô hình VRSAP và SAL +@ nâng c*p lên tDm cao mGi, +`ng th2i c< g=ng v%n dCng các thành t(u tin hc và hc cách giao din c;a các phDn mêm n!Gc ngoài. Ch!'ng trình ci ti3n, nâng c*p mang tên VRSAP- SAL là mong mu<n s( k3 th a và phát tri@n. 13 2.3.1 Các 2ifm c^n ci ti?n, nâng c1p trong VRSAP:
Cu trúc s7 liLu: S< liu +,a hình trong VRSAP +!Bc nh%p vào theo t ng +an. M9t +on sông trong th(c t3 +!Bc giGi hn bKi 2 mt c=t ngang sông, nh!ng trong VRSAP, khi nh%p vào tính tóan chT dùng m9t mt c=t trung bình (mctb nh! hình 5) d(a trên mt c=t +o +c th(c t3 i và i+1 ti 2 +Du +an [i, i+1]. i mctb i+1 Hình 5: Mt c=t trung bình trong VRSAP Quá trình xR lý và l*y mt c=t trung bình này phC thu9c vào ch; quan ng!2i xR lý s< liu, không theo m9t quy lu%t cht chb nh*t +,nh, vì v%y sau khi hiu chTnh mô hình, trong nhi6u tr!2ng hBp, khó hình dung +!Bc mt c=t th(c t3 c;a +an ra sao n3u không phi ng!2i xR lý ban +Du hoc ng!2i hiu chTnh mô hình. Mt khác khi tính tóan ch*t l!Bng n!Gc cDn có tr!2ng v%n t<c ti i và i+1 trong VRSAP sb chT tính +!Bc v%n t<c trung bình +an mà không có giá tr, v%n t<c ti mt c=t. Dùng mt c=t trung bình +an sb khó cho tg ch)c liên k3t và truy c%p vGi c' sK d liu (CSDL) +,a hình các mt c=t. VGi hDu h3t các s' +` khác, các s< liu +o +c g<c +!Bc sR dCng, còn cách xR lí +@ tính tóan phC thu9c vào t ng thu%t tóan mà không thay +gi s< liu g<c, +@ trong tr!2ng hBp cDn thi3t có th@ +<i chi3u trK li. Trong VRSAP c< +,nh 13 c*p +,a hình, mŠi c*p th!2ng cách nhau 0,5m, +@ cho s< liu +,a hình mt c=t sông, nghSa là biên +9 dao +9ng m(c n!Gc chT cj 6m, n3u ngòai giGi hn này trong VRSAP phi th(c hin ngai suy theo ch; quan c;a ng!2i l%p thu%t tóan, nhi6u khi sai th(c t3, chlng hn nhánh sông KongPong Cham +3n Kratie, m(c n!Gc bi3n +gi cj 20m (t mùa khô sang mùa ld), nh! v%y cDn dùng tGi 41 c*p m(c n!Gc (mŠi c*p cách nhau 0,5m). Pi@m này sb +!Bc ci ti3n. VGi ô ru9ng kín trong VRSAP cdng có khó khin này nh!ng +!Bc kh=c phCc bOng cách x3p ch`ng các ô ru9ng. P@ ph; +; s( bi3n +gi c;a m(c n!Gc trong VRSAP-SAL có th@ cho +; s< c*p n!Gc cho c sông và ru9ng phC thu9c vào kh ning s< liu
T7c  tính toán: Trong VRSAP dùng ph!'ng pháp lp và gii tr(c ti3p h ph!'ng trình +i sn s< là m(c n!Gc ti t*t c các mt c=t trên h th<ng nên b%c ph!'ng trình lGn, t +ó ting th2i gian tính toán. P@ tính bài toán ld PBSCL (tùy thu9c lai máy) cdng có khi m*t m9t vài gi2 máy tính.
HL phNng trình xut phát: Các phDn m6m tính tóan th;y l(c +6u sR dCng h ph!'ng trình Saint-Venant m9t chi6u d!Gi các dng khác nhau. Trong VRSAP sR dCng m9t dng ph!'ng trình có ch)a nhi6u h s< mà v6 mt th(c hành sb ting +9 ph)c tp và thêm nhi6u phép tính, và vGi các bài tóan lGn làm ting th2i gian tính tóan trên máy, tuy ngày nay s( phát tri@n c;a máy tính +ã +áp )ng khá t<t t<c +9 tính tóan. 14 Ô ru9ng n<i chT vGi 1 +an trong VRSAP Ô ru9ng R1 và R2 có th@ n<i vGi nhau và +`ng th2i vGi nhi6u +an trong VRSAP-SAL
Cách mô ph(ng và ghép n7i các ô rung: Trong VRSAP mŠi ô ru9ng hK hoc kín (bi@u th, bOng 6 c*p din tích) +!Bc n<i vGi m9t nút hoc m9t +an sông. Trên th(c t3 bao quanh mŠi ô ru9ng có r*t nhi6u +an và nút sông, khi ld tràn các ô ru9ng li có th@ n<i vGi nhau ch) không chT n<i vGi sông (+@ gii quy3t khó khin này trong VRSAP to các kênh gi, nh!ng vào mùa khô các kênh gi th!2ng b, cn +áy). Khi l*y n!Gc t!Gi (trong mùa cn) cdng +!Bc g=n vGi nút sông. Nhng hn ch3 này nh h!Kng +3n k3t qu tính tóan. R1 R2 Hình 6: Cách liên k3t ô ru9ng vGi +an sông, ô ru9ng vGi ô ru9ng Trong VRSAP-SAL th(c hin thay +gi thu%t tóan +@ có th@ cho m9t ô ru9ng n<i vGi nhi6u +an, các ô ru9ng có th@ n<i vGi nhau, ting thêm s< c*p n!Gc mô t +,a hình ô ru9ng (ch) không phi 6 c*p nh! trong VRSAP). T*t nhiên, khi m(c n!Gc d!Gi các ng!jng tràn thì n!Gc không chy, và nh! v%y m9t s' +` có th@ tính +`ng th2i cn và ld.
SN R s7: Trong VRSAP sR dCng s' +` sai phân >n c;a Dronker, vGi s' +` này cùng m9t s< hng, chlng hn +o hàm theo th2i gian, trong ph!'ng trình liên tCc +!Bc l*y gin hòan tòan mà không th<ng nh*t nh! s' +` Preissmann.
HiLn tng mt n ?nh s7 trong tính toán và v%n hành công trình: Pây là +i@m th!2ng gp trong các phDn m6m. PhDn này cdng +!Bc t%p trung ci ti3n.
Tính thuS lc cho các sông vùng núi (ch3 +9 chy xi3t). Do K Vit nam hDu h3t là các sông +`ng bOng (sông H`ng, hay P`ng bOng sông CRu Long) nên các phDn m6m chT quan tâm tGi ch3 +9 chy êm. Yêu cDu tính tóan vGi các sông vùng núi b=t +Du gia ting, vì th3 cDn phi xem xét bg xung thêm ch3 +9 chy xi3t trong quá trình tính tóan.
Tính tóan lan truyUn cht: Trong VRSAP +ã có phDn tính mn (và b=t +Du thR nghim vGi bài tóan ch*t l!Bng n!Gc) bOng s' +` sai phân trung tâm..Các s' +` sai phân dùng +@ gii ph!'ng trình lan truy6n ch*t m9t chi6u +6u gp hin t!Bng khu3ch tán s<, hin t!Bng này +ôi khi làm m*t ý nghSa v%t lý c;a k3t qu tính tóan, nh! n`ng +9 âm hoc cao h'n giá tr, biên khi không có các ngu`n bên trong mi6n. Không bo +m s( phù hBp pha lan truy6n. Các phDn m6m lGn nh! MIKE 11 hay ISIS cdng b, nh!Bc +i@m này. Do +ó cDn th(c hin ci biên +@ bo +m tính bo toàn c;a ch*t lan truy6n. Trong VRSAP-SAL kh=c phCc nh!Bc +i@m này bOng cách sR dCng ph!'ng pháp phân rã vGi ph!'ng pháp +c tr!ng +@ gii ph!'ng trình ti. 15 H b* h Bi Bi+1
Mt s7 i m khác: Trong VRSAP còn có m9t sai sót v6 vic dùng n9i suy tuy3n tính cho din tích theo c*p n!Gc (th(c t3 là n9i suy c*p 2). Vì th3 din tích n9i suy th!2ng lGn h'n din tích th(c t3, d-n +3n m(c n!Gc th!2ng th*p h'n m(c n!Gc th(c và trong hiu chTnh cDn làm các th; thu%t khác nhau tùy thu9c ng!2i sR dCng +@ +!Bc k3t qu mong mu<n. D!Gi +ây là tóm t=t c' sK lý lu%n v6 sai s< gia n9i suy tuy3n tính và n9i suy +úng (b%c 2) trong khi tính din tích. Khi m(c n!Gc th*p h'n Zmin thì coi phDn mt c=t ngang d!Gi Zmin nh! m9t tam giác +@ n9i suy: Tính chi6u r9ng b: . ( )b h b B FAB H   = =  = = Trong +ó FA (=) là t# l chi6u cao 2 tam giác nh! cách quy !Gc trong code ch!'ng trình VRSAP Din tích: ( ) . . .. . . a b h FA FAA B H a A     = = =  = b Nhn xét: Rõ ràng din tích phi ni suy bc 2. Th ng thì ít khi m'c n (c xu)ng d ói Zmin h cho nên sai ss tính toán cu PGS Khuê có thf ch1p nh(n 2+bc trong tr+jng hbp m-c n+Bc d+Bi Zmin. Tuy nhiên, khi Z>Zmin, +@ tính din tích, Zday PGS. Khuê +ã dùng t# l tuy3n tính nên d-n tGi làm ting din tích nh! gii thích d!Gi +ây * * * * . ( ) b h b B FAHB   = =  = = B* hay * 12 i iB Bb  + = T +ó *1 1( ) 2 ( )i i i i ib B B b B B B+ += + = + b Pây là công th)c n9i suy tuy3n tính cho chi6u r9ng. Tuy nhiên công th)c n9i suy din tích phi nh! sau: 1 1 1 1 1 ( ) ( ) 2 ( ); ;2 2 2 ( 1) 2 ( 1); ;1 1 i i i i i i i i i i i i i h b B H B B b B B B Baa A A B B B B BT TT a A AT B T Hay a A        + + + + + + + + + = =  = = + + + +    = =  = =   + +    = VGi ký hiu 2 ( 1) 2(1 )1 1 T T T   + = = + + + ;  ” 1 . Nh! v%y khi =1 thì =1 Trong công th)c trên n3u T=1 (hình ch nh%t) thì a =  A B H Zmin 16 Trong tính toán, PGS. Khuê l*y: a =  A . Nh! v%y công th)c c;a PGS Khuê chT +úng vGi hình ch nh%t còn vGi tr!2ng hBp b*t k• din tích +ã +!Bc ting lên 1/ lDn.  T 2 5 10 1/ 1.36 2.14 2.63  T 1.2 2 3 5 10 1/ 1.07 1.02 1.33 1.5 1.69  T 1.5 2 3 5 10 1/ 1.04 1.07 1.11 1.15 1.2 0.2 0.5 0.8 Nh! v%y, phép n9i suy trên làm ting din tích, +c bit khi có bãi (t)c T lGn). V1n 2 gii ph+,ng trình 2"i ss 2f tính m-c n+Bc t"i các nút K3t qu gii trong VRSAP phC thu9c vào trình t( khR; khR t +'n gin +3n ph)c tp. Chlng hn m9t l!Gi sông sau khi khR loi 2 sb còn li nh! hình vb và có 2 cách khR loi 3 nh! sau: i) Cách 1: Nút khR Nút hiu chTnh 12 i j k 4 4 12 5 5 13 12 13 5 5 13 6 6 14 15 7 6 16 16 6 15 14 6 13 16 13 6 15 Bng bên là giá tr, ting din tích do n9i suy bOng tuy3n tính Trong hình bên phDn din tích gia ting +!Bc tô +%m. Vic gia ting này chT có nh h!Kng khi có bi3n +gi lGn v6 chi6u r9ng, chlng hn t lòng kênh lên baS trong bài toán ld. Tuy nhiên, v*n +6 này +ã +!Bc kh=c phCc sRa li cách n9i suy din tích bOng cách tính din tích nh! 1 hình thang. 17 ii) Cách 2: Nút khR Nút hiu chTnh i j k 4 12 5 16 15 7 7 6 15 15 13 6 14 13 6 12 13 5 5 13 6 Ci ti?n cách tính mmn (và lan truyn ch1t): Ph!'ng trình ti khu3ch tán m9t chi6u là c' sK +@ tính mn và m9t s< y3u t< c;a ch*t l!Bng n!Gc trên mng kênh sông. Trong vùng nh h!Kng tri6u, quá trình lan truy6n (mn hoc ô nhiem) quy3t +,nh ch; y3u bKi dòng chy, quá trình dispersion (phân tán do s( phân b< không +6u trên mt c=t ngang) chT +óng vai trò th) y3u hay vai trò hiu chTnh. Khi gii s< ph!'ng trình ti thuDn tuý bOng các ph!'ng pháp sai phân +6u gp v*n +6 khu3ch tán s< +ôi khi sinh ra n`ng +9 âm, không bo toàn kh<i l!Bng hoc các giá tr, n`ng +9 sát biên lGn h'n giá tr, biên, hoc không bo toàn pha lan truy6n. Ph!'ng pháp +!2ng +c tr!ng áp dCng cho ph!'ng trình ti thuDn túy cho phép bo tòan ch*t lan truy6n vGi +i6u kin xác +,nh chính xác chân +!2ng +c tr!ng và n9i suy các giá tr, chân +!2ng +c tr!ng qua các giá tr, +ã bi3t ti các +i@m l!Gi. VGi thu%t tóan +c tr!ng trong VRSAP-SAL không bao gi2 b, +9 mn âm hoc lGn h'n giá tr, biên, mt khác cdng do ph!'ng pháp +c tr!ng, mn lan truy6n +3n +âu mGi phi tính +3n +ó, cho nên gim +áng k@ th2i gian tính tóan. Xem phDn so sánh các ph!'ng pháp s< áp dCng cho bài tóan ch*t l!Bng n!Gc trong phDn C. Có th@ th*y phép sai phân trung tâm cho k3t qu sai c v6 pha l-n biên +9, phép sai phân theo h!Gng gi +!Bc pha nh!ng sai biên +9, ph!'ng pháp +c tr!ng vGi n9i suy spline b%c 3 cho k3t qu khá t<t. Tính dòng chy xi?t: Trong th(c t3 tính tóan, +c bit +<i vGi các sông su<i mi6n núi, ta gp các tr!2ng hBp dòng chy hŠn hBp, có nghSa là lúc dòng chy êm, lúc dòng chy xi3t và có lúc dòng chy chuy@n ti3p gia êm và xi3t. Khi kho sát s< +i6u kin biên c;a ph!'ng trình Saint-Venant m9t chi6u bOng ph!'ng pháp +!2ng +c tr!ng +ã +i +3n k3t lu%n rOng, vGi m9t nhánh sông +'n, khi dòng chy êm thì cDn cho ti mŠi +Du biên m9t +i6u kin biên (m9t +Du cho H, m9t +Du cho Q, hoc cho H c 2 +Du), khi dòng chy xi3t thì phi cho 2 +i6u kin biên ti biên có +!2ng +c tr!ng +i vào trong mi6n. Tuy nhiên, khi VGi 2 cách khR này có th@ cho k3t qu không gi<ng nhau do sai s< làm tròn trong máy tính 18 dòng chy chuy@n ti3p t chy êm sang chy xi3t thì s' +` 4 +i@m không th@ áp dCng +!Bc vGi h Saint-Venant. Khi tính tóan dòng chy không d ng, ng!2i ta th*y rOng s' +` khu3ch tán (b5 +i s< hng quán tính trong ph!'ng trình chuy@n +9ng c;a h ph!'ng trình Saint-Venant) gn +,nh s< t<t h'n s' +` 4 +i@m, +c bit vGi dòng chuy@n ti3p t êm sang xi3t (s< Frut = 1). VGi !u +i@m này ta thay +gi ph!'ng trình chuy@n +9ng c;a ph!'ng trình Saint- Venant bOng cách thêm vào m9t nhân tR  và tùy thu9c s< Frut mà ta cho nhân tR này các giá tr, nh! sau: 2 2 1 1 , 10 ; 0 1; 3 5 m r r r gAQ Q F khi F mQ Q ZgAt x A x K khi F m        + + + = =!   >     #  trong +ó s< Frút 23r BF QgA= , vGi B là chi6u r9ng và A là din tích chy; VGi cách thay +gi này s' +` và thu%t tóan v-n +!Bc gi nguyên, tuy nhiên tùy thu9c s< Frut mà có th@ tính s< hng quán tính hay b5 s< hng này, và thu%t tóan trK nên m6m dŽo. KvT LUxN VÀ KIvN NGHy Các phDn nh%n xét, +ánh giá K trên qua tham kho các ngu`n t! liu K trong và ngoài n!Gc và nh%n th)c riêng c;a ng!2i vi3t bài này nên không th@ tránh kh5i nhng sai sót, mong ng!2i +c l!Bng th). Cá nhân tôi nh%n th*y có 3 mô hình th;y l(c trong n!Gc r*t +áng quan tâm xem xét, sR dCng nh! VRSAP c;a PGS.TS Nguyen Nh! Khuê, SAL c;a GSTS Nguyen T*t P=c và mô hình KOD c;a GSTSKH, Anh hùng lao +9ng Nguyen Ân Niên.