zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Khoa Học Tự Nhiên

» Môi trường

Nghiên cứu thiết lập mô hình khái niệm hệ thống động để mô phỏng dòng chảy lũ bùn cát lắng đọng trong hồ chứa

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:3

Báo xấu

8
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết Nghiên cứu thiết lập mô hình khái niệm hệ thống động để mô phỏng dòng chảy lũ bùn cát lắng đọng trong hồ chứa nghiên cứu thiết lập mô đun tính toán lý thuyết quá trình dòng chảy bùn cát lắng đọng trong hồ chứa, phục vụ cho vấn đề quản lý và vận hành hồ.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu thiết lập mô hình khái niệm hệ thống động để mô phỏng dòng chảy lũ bùn cát lắng đọng trong hồ chứa

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2022. ISBN: 978-604-82-7001-8 NGHIÊN CỨU THIẾT LẬP MÔ HÌNH KHÁI NIỆM HỆ THỐNG ĐỘNG ĐỂ MÔ PHỎNG DÒNG CHẢY LŨ BÙN CÁT LẮNG ĐỌNG TRONG HỒ CHỨA Trương Hồng Sơn1, Phan Khánh Linh1, Lê Văn Thịnh1 1 Trường Đại học Thủy lợi, email: truonghongson@tlu.edu.vn 1. GIỚI THIỆU CHUNG Đập và hồ chứa được xây dựng trên sông phục vụ cho điều tiết nguồn nước để tưới tiêu, phát điện, điều chỉnh lưu lượng nước về phục vụ công tác phòng và tránh lũ cho khu vực hạ lưu. Bùn cát và trầm tích nhờ dòng chảy và bùn cát trầm tích cuốn về từ thượng nguồn có xu hướng tích tụ trong hồ chứa. Khi dòng chảy trên sông gặp hồ chứa, vận tốc dòng chảy suy giảm kéo theo khả năng vận chuyển vật chất giảm. Kết quả là các loại trầm tích có xu hướng lắng đọng ở khu vực thượng lưu của hồ chứa. Trữ lượng bùn cát bồi lắng trong hồ Hình 1. Mô hình khái niệm hệ thống chứa phụ thuộc vào loại bùn cát của hồ chứa, vận hành hồ chứa trong đó có kể đến dòng hình dạng của đập và hồ chứa, thời gian và bùn cát về hồ (minh họa bởi nhóm tác giả) quá trình vận hành của hồ chứa. Tùy thuộc vào kích thước, khối lượng và tính chất của Việc áp dụng phương pháp mô phỏng hệ bùn cát , dòng bùn cát gây bồi lắng trong hồ sẽ thống động để mô phỏng hồ chứa thực chất là trực tiếp làm suy giảm dung tích làm việc của sử dụng nguyên lý tính toán tích hợp Euler để hồ, hiệu quả và khả năng vận hành của hồ giải hệ phương trình toán cân bằng nước của chứa (Leo, 2005). Bài báo này nghiên cứu hồ chứa (Leo, 2005). Trong bài toán mô thiết lập mô đun tính toán lý thuyết quá trình phỏng hồ chứa có xét đến dòng chảy bùn cát, dòng chảy bùn cát lắng đọng trong hồ chứa, vấn đề tính toán trở nên phức tạp hơn khi cần phải mô phỏng quá trình hỗn hợp bùn cát và phục vụ cho vấn đề quản lý và vận hành hồ. nước chảy vào hồ. Theo đó, bài toán đặt ra ở 2. PHƯƠNG PHÁP LUẬN đây yêu cầu chúng ta phải giải phương trình cân bằng động hai pha bao gồm pha chất lỏng Do quá trình bùn cát lắng đọng trong hồ là (nước) và pha chất rắn (bùn cát). Ngoài ra, quá trình động, tức là thể tích của bùn cát trong quá trình này cần chú ý đến lượng nước trong hồ liên tục thay đổi theo thời gian. Nên giữ trong lỗ rỗng của bùn cát. phương pháp mô phỏng hệ thống động được Trong khuôn khổ của bài báo này chỉ tập các tác giả lựa chọn sử dụng để thiết lập mô trung giới thiệu thiết lập mô đun tính dòng hình, tính toán mô phỏng quá trình tích tụ của chảy bùn cát. Các mô đun tính toán vận hành bùn cát trong hồ chứa. Các thành phần tham hồ chứa trong đó bao gồm các mô đun tính số tính toán và mối tương quan cũng như toán cố kết, cân bằng nước, tổn thất, mưa, và nguyên lý của mô hình được thiết lập được tràn được trình bày trong các bài báo nghiên minh họa trong Hình 1. cứu khác. Do đó để tránh làm loãng kết quả 558
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2022. ISBN: 978-604-82-7001-8 của tính toán, các quá trình tác động khác đến vbci hồ chứa được giả thiết đơn giản nhất có thể bùn cát (Qbci): Qbci  và tổng lượng Cv (1) bỏ qua quá trình cố kết của trầm tích, coi nước trong dòng chảy bùn cát (Qwci): như trầm tích không nén được theo thời gian; Qwci  Qbci (1  Cv); khối lượng nước cuốn (2) phần thể tích lỗ rỗng mà chứa nước không thay đổi; (3) quá trình nước chảy vào các chỗ vào trên mỗi đơn vị khối lượng của bùn cát rỗng của phần trầm tích đã lắng đọng là đều 1 e (Ve) Ve   . Trong đó e là hệ số theo thời gian và phân bố đều như nhau theo SGs  n−íc độ sâu của trầm tích; rỗng của bùn cát khi lắng trong hồ. Quá trình xây dựng mô hình lý thuyết và Bước ba là xác định và xây dựng các tính toán mô phỏng dòng chảy bùn cát lắng phương trình hệ thống. Trong mô đun tính đọng trong hồ chứa này gồm các bước chính toán dòng chảy bùn cát, ba phương trình cân như sau: bằng nước được áp dụng, một cho phần chất Bước một là xác định các thông số đầu rắn bùn cát, một cho phần nước và một cho vào, các thông số hay biến đầu vào chính cần tổng lượng bùn cát và nước. Đối với thành quan tâm đó là các dữ liệu liên quan đến phần nước trong hồ: dòng bùn cát bao gồm (1) khối lượng riêng   Qn vμo   Qn ra  dt t Vn  Vn ban ®Çu   (1) của bùn cát, (SD) [tấn/m3] (2) khối lượng 0 riêng của nước (WD) [tấn/m3] (3) nồng độ Trong đó, Vn ban đầu là thể tích nước ban đầu của bùn cát trên một đơn vị khối lượng, giả có trong hồ, trong hồ giả định ban đầu không thiết bằng (CW) [%] (4) khối lượng bùn cát có nước, Vn ban đầu = 0 m3; t là tổng thời gian mô đổ vào hồ (KB) [tấn/ngày] (5) hệ số rỗng của phỏng tính toán; dt là bước thời gian, 1 ngày = bùn cát lắng đọng trong hồ (e) và dữ liệu liên 86400 giây;  Qn vμo là tổng các lưu lượng quan đến hồ chứa bao gồm (6) ngưỡng tràn (nếu có), Z tràn và (7) đường quan hệ đặc nước chảy vào hồ (m3/s), và  Qn ra là tổng trưng của hồ chứa (Z-F-V). các lưu lượng nước chảy ra khỏi hồ (m3/s). Bước hai là từ các biến đầu vào này, tính Trong mô đun tính toán dòng chảy bùn cát, toán thông số của thành phần dòng chảy bùn  Qn vμo là lượng nước chảy vào từ dòng bùn cát bao gồm: Hệ số tỉ trọng giữa trọng lượng SD cát và  Qn ra là lượng nước thấm và cuốn riêng của bùn cát và nước (SGs): SGs  ; vào trong bùn cát. Lượng nước tồn tại trong WD bùn cát là thành phần quan trọng. Nếu hệ số hệ số tỉ trọng giữa trọng lượng riêng của chất rỗng của dòng bùn cát về hồ lớn, lượng lớn lỏng và nước, (SGw = 1); Trọng lượng riêng nước sẽ giữ trong bùn cát. Lượng nước đổ của hỗn hợp bùn cát và nước (Sbc): vào hồ bị giữ trong bùn cát không thể dùng, 1 Sbc  ; Hệ số tỉ trọng của và coi là lượng nước mất đi (  Qn ra ). Lượng  Cw 1  Cw      nước mất đi này được tính gộp lại trong  SD wd  phương trình cân bằng bùn cát. Theo đó, hỗn hợp bùn cát (SGm): lượng nước mất đi từ phương trình cân bằng SGs  SGw nước được coi là lượng thể tích thêm vào SGm  [tấn/m3]; Hệ SGs  Cw   SGw  SGs  trong phương trình cân bằng bùn cát. Theo số nồng độ của bùn cát theo thể tích hỗn hợp đó ta có: SG bùn cát (Cv): Cv  Cw  m . Tổng thể tích  Qn vμo  Qwci (2) SGs  Qn ra  KB *Ve (3) phần dòng chảy bùn cát là trầm tích bùn cát Đối với bùn cát trong hồ chứa: KB   Qbc vμo   Qbc ra  dt (4) t (Vbci): Vbci  . Tổng lượng dòng chảy Vbc  Vbc ban ®Çu   SD 0 559
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2022. ISBN: 978-604-82-7001-8 Trong đó, Vbc ban đầu là thể tích bùn cát ban Kết quả mô phỏng này chỉ mang tính chất đầu có trong hồ, ban đầu trong hồ không có minh họa cho phương pháp tính và mô hình bùn cát, Vbc ban đầu = 0 m3;  Qbc vμo là tổng dòng chảy bùn cát về hồ. Trong thời gian tới đây, khi các mô đun của mô hình đã được lượng bùn cát chảy vào hồ và  Qbc ra là phát triển thiết lập hoàn chỉnh hơn, mô hình sẽ tổng lượng bùn cát chảy ra khỏi hồ. Giả được tiến hành hiệu chỉnh và kiểm định với thiết không có bùn cát chảy ra khỏi hồ các dữ liệu thực tế và các mô đun tính toán tích hợp bao gồm quá trình cố kết của bùn cát  Qbc ra  0 m3/ngày, như vậy tổng thể tích trong hồ, mô đun tràn xả lũ, mô đun bơm bùn bùn cát chảy vào hồ bằng thể tích bùn cát cát, các quá trình cân bằng nước bao gồm lưu chứa trong dòng chảy bùn cát vào hồ cộng lượng mưa, thấm, bốc hơi cũng như lượng với lượng nước mất đi theo lượng bùn cát nước về hồ và các thông số ban đầu của mực vào hồ. Theo đó ta có: nước và bùn cát sẽ được khai báo.  Qbc vμo  Qbci   Qn ra  Qbci  KB *Ve (5) Tổng thể tích hồ chứa bằng tổng lượng nước và bùn cát trong hồ chứa: V hồ = Vn + Vbc (6) Bước bốn là sử dụng phương pháp giải số ẩn Euler (hay còn gọi là phương pháp Euler ngược), xây dựng chương trình giải thuật trong ngôn ngữ lập trình MATLAB để giải hệ các phương trình tính toán trên cho bước thời gian chọn và trong khoảng thời gian mô phỏng Hình 2. Kết quả tính toán mô phỏng dự kiến. Phương pháp Euler là phương pháp quá trình diễn biến mực nước và bùn cát phổ biến, cơ bản và đơn giản nhất trong lĩnh trong hồ chứa cùng với với quá trình vực tính toán số để giải các phương trình vi dòng chảy bùn cát về hồ phân thông thường như các phương trình này. 4. KẾT LUẬN 3. KẾT QUẢ Trong nghiên cứu này, các tác giả đã sử Áp dụng mô đun tính toán dòng chảy lũ dụng phương pháp mô phỏng lý thuyết, phát bùn cát thiết lập ở trên cho một bài toán giả triển thiết lập mô hình cân bằng động cho công định như sau: Một hồ chứa mới xây chắn trình hồ chứa có kể đến dòng chảy bùn cát về dòng lũ bùn cát có đặc trưng quan hệ Z-F-V, hồ để mô phỏng quá trình bồi lắng của trầm đập có ngưỡng tràn ở cao trình 1 m. Trên tích trong hồ chứa. Ưu điểm của phương pháp thượng nguồn xuất hiện dòng chảy lũ bùn cát này là khả năng tính toán nhanh chóng, tường với các thông số đo được như sau. TH1: SD = minh và có thể dễ dàng bổ sung biến, quá trình 1.7 tấn/m3; CW = 20%; KB = 10 tấn/ngày kéo dài trong 12 ngày từ ngày thứ 3 đến ngày thứ và kết hợp với các mô đun (hệ phương trình) 15; TH2: SD = 1.3 tấn/m3; CW = 3 %; KB = tính toán khác để giải bài toán hệ thống hồ chứa 1 tấn/ngày kéo dài trong 12 ngày từ ngày thứ tổng hợp. Ví dụ có thể kết hợp với phương 3 đến ngày thứ 15. Ngoài ra các thông số WD pháp mô phỏng xác xuất Monte Carlo để phán = 1 tấn/m3 và e = 0.8 không đổi. Thời gian đoán, có các phương pháp xử lý nhằm tối ưu mô phỏng 20 ngày, bước thời gian 1 ngày. khả năng vận hành của hồ chứa trước vấn đề Kết quả mô phỏng trong hai trường hợp liên quan đến trầm lắng trầm tích trong hồ. được thể hiện trong hình 2. Kết quả cho thấy trong TH1, trong hồ có khả năng tăng thêm 5. TÀI LIỆU THAM KHẢO 0.3 m bùn cát và 1 m nước. Trong TH2, trong [1] Leo C. van Rijn. (2005). Principles of hồ bùn cát tích trữ sẽ đạt 0.05 m sau khoảng sedimentation and erosion engineering in 15 ngày, và mực nước trong hồ tăng đạt rivers, estuaries and coastal seas. Book. khoảng 0.9 m. Aqua Publications. 609 pages. 560

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.