Xem mẫu
- GENESIS - Mô hình s tr mô t bi n đ i đư ng b
Hans Hanson và Nicholas Kraus
Ngày 2 tháng 1 năm 2010
- L i nói đ u
Bi n đ ng đư ng b là m t trong nh ng v n đ chính trong k thu t b bi n; không nh ng
có ý nghĩa v m t k thu t dân d ng mà còn là m t bài toán thu hút nh ng nhà khoa
h c t nhiên, khoa h c Trái đ t. Đ kh o sát quá trình bi n đ i này, mô hình toán t ra
là m t công c có ích. Trong khi hi n nay chương trình máy tính đã phát tri n v i m c đ
chi ti t r t cao và cùng v i đó đòi h i ngu n s li u r t phong phú và tin c y, th c t cho
th y nhi u bài toán kĩ thu t có th đư c gi i quy t ch c n m t mô hình đơn gi n, v i k t
qu tính toán ch p nh n đư c.
GENESIS là m t mô hình v i c u trúc tương đ i đơn gi n, phù h p v i b c h c đ i
h c chuyên ngành k thu t b bi n. Nh n th y vai trò c a mô hình toán trong vi c gi ng
d y môn h c liên quan đ n quá trình v n chuy n cát ven bi n và di n bi n đư ng b , B
môn Qu n lý bi n và đ i b trong hai năm liên ti p đã c g ng hư ng d n sinh viên ti p
c n v i các mô hình toán. Tuy v y, các ph n m m thương m i hi n nay có xu hư ng làm
“ph c t p hóa bài toán quá m c c n thi t”, không thích h p trong ph c v đào t o và
nghiên c u c a sinh viên. Hơn n a v n đ chi phí và b n quy n cũng ph n nào gi i h n
kh năng sinh viên ti p c n v i chương trình tính toán, đi u này đư c kh c ph c khi s
d ng chương trình GENESIS.1
Chương trình GENESIS đư c Trung tâm Nguyên c u K thu t b bi n CERC, Hoa
Kỳ ti n hành t ch c nghiên c u t năm 1987. Các tác gi c a mô hình, Hans Hanson
(ĐH Lund, Th y Đi n) và Nicholas Kraus (Hoa Kỳ) đã biên so n tài li u khá chi ti t
v GENESIS. Cu n tài li u này đư c d ch tóm t t t b n ti ng Anh c a hai tác gi
trên “GENESIS: Generalized Model for Simulating Shoreline Change" (1991). B n d ch có
nh ng đóng góp kĩ thu t quan tr ng c a G.V. Tr n Thanh Tùng (NCS. t i TU-Delft).
M c dù ngư i d ch có c g ng và s a ch a b n th o thư ng xuyên nhưng ch c ch n không
tránh kh i nh ng sai sót. R t mong ý ki n quý giá c a các đ c gi .
Nguy n Quang Chi n
Khoa B - ĐH Th y l i
1
GENESIS đư c kèm trong các ph n m m thương m i như SMS, CEDAS... Tuy v y, tác gi Hans
Hanson đã đ ng ý v i vi c s d ng file chương trình GENESIS.EXE không có giao di n đ h a đ ph c
v tính toán trong giáo d c đào t o và nghiên c u phi l i nhu n.
1
- M cl c
Gi i thi u chung 4
1 Tóm t t lý thuy t mô hình 5
1.1 S c n thi t mô hình hoá di n bi n đư ng b . . . . . . .. . . . . . . . . 5
1.2 Kh năng c a mô hình . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . 5
1.3 So sánh các mô hình bi n đ i đư ng b . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . 6
1.4 Vai trò c a mô hình bi n đ i đư ng b trong k ho ch d án . . . . . . . . 7
2 Lý thuy t mô hình 9
2.1 Các gi thi t trong mô hình bi n đ i đư ng b . . . . . . ...... . . . . 9
2.2 Phương trình cơ b n c a bi n đ i đư ng b . . . . . . . ...... . . . . 10
2.2.1 Phương trình cơ b n . . . . . . . . . . . . . . . . ...... . . . . 10
2.2.2 Lưu lư ng v n chuy n bùn cát . . . . . . . . . . . ...... . . . . 11
2.2.3 Các thông s kinh nghi m . . . . . . . . . . . . . ...... . . . . 12
2.3 Tính toán sóng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ...... . . . . 14
2.3.1 Mô hình truy n sóng n i t i . . . . . . . . . . . . ...... . . . . 15
2.3.2 Mô hình truy n sóng “ngoài”: RCPWAVE . . . . . ...... . . . . 22
2.3.3 Gi i h n đ d c sóng ngoài nư c sâu . . . . . . . ...... . . . . 23
2.3.4 Ô năng lư ng sóng . . . . . . . . . . . . . . . . . ...... . . . . 24
2.3.5 L i gi i c a bài toán s . . . . . . . . . . . . . . . ...... . . . . 26
2.3.6 H th ng lư i và sơ đ sai phân . . . . . . . . . . ...... . . . . 28
2.3.7 Các đi u ki n biên và ràng bu c . . . . . . . . . . ...... . . . . 29
2.3.8 Nh ng v n đ c n xét trong lưu lư ng v n chuy n bùn cát d c b . 32
3 Chương trình GENESIS 35
3.1 Các bư c chu n b trư c khi ch y GENESIS . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.1.1 H to đ và lư i tính toán . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.1.2 Các đi u ki n biên đ u, cu i . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
3.2 Các file s li u đ u vào . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
3.2.1 File START . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
3.2.2 File SHORL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
3.2.3 File SHORM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
3.2.4 File SEAWL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
2
- M CL C 3
3.2.5 File DEPTH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
3.2.6 File WAVE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
3.2.7 Các file đ u ra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
3.2.8 Các l i và c nh báo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
4 Bi u di n các công trình và nuôi bãi 50
4.1 Lo i công trình và tác d ng c a chúng . . . ........ . . . . . . . . . 50
4.2 S đo n lư i c a công trình . . . . . . . . . ........ . . . . . . . . . 50
4.3 Bi u di n các công trình . . . . . . . . . . . ........ . . . . . . . . . 51
4.3.1 Các cách b trí ph c t p c a m hàn ........ . . . . . . . . . 54
4.3.2 Tư ng bi n . . . . . . . . . . . . . . ........ . . . . . . . . . 56
4.3.3 Nuôi bãi . . . . . . . . . . . . . . . . ........ . . . . . . . . . 56
4.3.4 C u hình c a các công trình thay đ i theo th i gian . . . . . . . . . 58
5 Nghiên c u c th cho d án t i Lakeview, Ohio, Hoa Kỳ 59
5.1 Gi i thi u . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
5.2 Gi i pháp th c hi n trong d án . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
5.2.1 Gi i pháp công trình và nuôi bãi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
5.2.2 Bùn cát . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
5.2.3 M c nư c và v trí đư ng b . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
5.2.4 Ch đ sóng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
5.3 Nh p s li u . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
5.3.1 S li u cho file START . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
5.3.2 Ki m đ nh và th m đ nh mô hình . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
5.3.3 Phân tích đ nh y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
5.3.4 Các cách b trí công trình khác nhau . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
5.3.5 Mô ph ng v i th i đo n 5 năm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
5.3.6 K t lu n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
A Các l i và c nh báo khi ch y GENESIS 80
B N i dung các file s li u c a d án Lakeview 82
- Gi i thi u chung
Mô hình
GENESIS (vi t t t t GENEralized Model for Simulating Shoreline Change) là mô hình
toán đư c xây d ng nh m m c đích mô t di n bi n đư ng b trong kho ng th i gian
dài (thư ng là t 1 đ n 100 tháng). Chi u dài c a đư ng b mô ph ng ph bi n t 1 đ n
100 km.
GENESIS mô ph ng s bi n đ i đư ng b gây ra b i bi n thiên c a lư ng v n chuy n
bùn cát d c b trong không gian và theo th i gian. Mô hình cũng tính đ n nh hư ng c a
nuôi dư ng bãi và lư ng bùn cát t trong sông đ ra. GENESIS không có kh năng mô
ph ng v n chuy n bùn cát ngang b .
Chương trình tính toán
Chương trình GENESIS hi n không phát hành các file mã ngu n lên m ng. File ch y
GENESIS.EXE ch dùng đư c h đi u hành Windows. Ngu n s d ng đ cung c p m t s
file s li u đ u vào (input ), k t qu cho ra dư i d ng file text (ASCII). Như v y, ta có th
s d ng m t chương trình đ ho đ vi c nh p s li u cũng như hi n th k t qu đư c ti n
l i. Còn cơ ch n i t i c a mô hình thì không th thay th đư c.
Tài li u bao g m Tóm t t lý thuy t mô hình toán (Chương 1), Chương trình tính toán
và giao di n (Chương 3) và m t ví d tính toán đơn gi n trong th c t (Chương 5).
4
nguon tai.lieu . vn
