Mô hình tính toán dòng chảy và vận tải bùn cát ba chiều trong sông và kênh hở

Tóm tắt

Mô hình toán là một công cụ hữu ích trong nghiên cứu dòng chảy và vận tải bùn cát, bồi xói lòng dẫn và được xây dựng dựa trên việc giải các phương trình vi phân cơ bản. Mô hình toán có nhiều cấp độ khác nhau và mô hình 3 chiều là cấp độ cao nhất, cho phép mô phỏng chi tiết dòng chảy và quá trình vận tải bùn cát trong không gian 3 chiều. Bài báo này trình bày một sơ đồ tính toán dòng chảy và vận tải bùn cát ba chiều trong kênh hở. Mực nước và vận tốc dòng chảy được giải từ phương trình chuyển động ba chiều với giả thuyết thủy tĩnh. Nồng độ bùn cát lơ lửng, bùn cát đáy và diễn biến đáy được giải từ các phương trình vận tải. Các phương trình vi phân cơ bản được viết trong hệ tọa độ biến đổi ``sigma'' và được giải theo phương pháp thể tích hữu hạn trên lưới phi cấu trúc phần tử tứ giác. Đối với dòng chảy điều kiện biên mực nước hoặc lưu lượng sẽ được áp đặt trên các biên hở. Đối với bùn cát lơ lửng nồng độ bùn cát trên biên được áp đặt trong pha chảy vào và điều kiện thoát tự do được sử dụng trong pha chảy ra. Sơ đồ tính toán được kiểm tra
với bài toán vận tải bùn cát trong kênh cong được nghiên cứu bằng thực nghiệm bởi Odgaard và Bergs. Kết quả tính toán khá phù hợp với số liệu đo. Nhằm kiểm tra khả năng ứng dụng thực tế, sơ đồ tính toán mới cũng được kiểm tra với bài toán vận tải bùn cát trên sông Đồng Nai tại khu vực Cù lao Phố. Để giải quyết vấn đề điều kiện biên thủy lực của bài toán này, mô hình khu vực Cù Lao Phố được tích hợp vào mô hình hệ thống sông Sài Gòn – Đồng Nai. Kết quả tính diễn biến lòng dẫn khu vực cù lao Phố trên sông Đồng Nai cũng cho thấy phương pháp tính toán này cho kết quả phù hợp với quy luật và hoàn toàn có thể sử dụng trong nghiên cứu thực tế