Tập huấn xây dựng mô hình thủy lực một chiều

1. ThS. Nguyễn Thành Tựu – Email: nttuu@ctu.edu.vn
TS. Văn Phạm Đăng Trí – Email: vpdtri@ctu.edu.vn
ThS. Trần Thị Lệ Hằng
KS. Tống Quốc Hiệp
tuunguyenvl@gmail.com

2. Phần 2: Phƣơng pháp xây dựng mô hình
Phần 1: Giới thiệu và cài đặt phần mềm
Phần 3: Chạy mô hình và xuất kết quả
Phần 4: Phƣơng pháp hiệu chỉnh & kiểm định
Phần 5: Mô phỏng chất lƣợng nƣớc
Phần 6: Xây dựng kịch bản và chạy mô hình
NỘI
DUNG

3. PHẦN 1
GIỚI THIỆU VÀ CÀI ĐẶT PHẦN MỀM
1. Giới thiệu phần mềm HEC-RAS và mô đun HEC-GeoRAS
2. Cài đặt phần mềm

4. GIỚI THIỆU PHẦN MỀM HEC-
RAS VÀ MÔ-ĐUN HEC-GeoRAS
Giới thiệu mô-đun HEC-GeoRAS
HEC-GeoRAS là một mô-đun trên ArcGIS cho phép:
Chuyển đổi dữ liệu dạng bản đồ từ ArcGIS (định dạng
shapefile) sang mạng lưới sông (định dạng geomtry data trên
HEC-RAS).
Công cụ HEC-GeoRAS

5. GIỚI THIỆU PHẦN MỀM HEC-
RAS VÀ MÔ-ĐUN HEC-GeoRAS
Giới thiệu phần mềm HEC-RAS
Phần mềm HEC-RAS là phần mềm mô phỏng thủy lực dòng
chảy một chiều
HEC-RAS (Hydrologic Engineering Centers River Analysis
System): Hệ thống phân tích dòng chảy trên sông của trung
tâm kỹ thuật thủy văn

6. GIỚI THIỆU PHẦN MỀM HEC-
RAS VÀ MÔ-ĐUN HEC-GeoRAS
Giới thiệu phần mềm HEC-RAS
HEC-RAS là phần mềm miễn phí
Trong HEC-RAS, có 2 loại mô phỏng dòng chảy:
• Dòng chảy ổn định (Steady flow): là dòng chảy có lưu
lượng cố định theo thời gian.
• Dòng chảy không ổn định (Unsteady Flow): là dòng chảy
chịu ảnh hưởng bởi thủy triều theo thời gian.
 Vùng ĐBSCL là vùng có dòng chảy không ổn định theo
thời gian, chịu ảnh hưởng của triều Biển Đông và Biển Tây.

7. CÀI ĐẶT PHẦN MỀM
CÀI ĐẶT HEC-RAS VÀ HEC-GeoRAS
- Truy cập vào trang web: http://www.hec.usace.army.mil/
Trang này cho phép tải phần mềm HEC-RAS và công cụ
HEC-GeoRAS.
 Tiến hành cài đặt phần mềm HEC-RAS, HEC-GeoRAS.

8. CÀI ĐẶT PHẦN MỀM
Giao diện HEC-RAS
Giao diện HEC-GeoRAS trên ArcGIS

9. PHẦN 2
XÂY DỰNG MÔ HÌNH
1. Xây dựng mạng lưới sông
2. Xuất dữ liệu từ ArcGIS
3. Nhập mạng lưới sông vào HEC-RAS
4. Nhập mặt cắt ngang
5. Điều kiện biên và điều kiện ban đầu
Nội dung

10. XÂY DỰNG MẠNG LƢỚI SÔNG
- Mở phần mềm ArcMap
Trên thanh Star Menu: chọn ArcGIS/ArcMap
- Trên thanh menu ArcGIS, chọn Add Data
- Chọn file dạng *.shp (định dạng bản đồ) như hình

11. XÂY DỰNG MẠNG LƢỚI SÔNG
- Bản đồ mạng lƣới sông

12. XÂY DỰNG MẠNG LƢỚI SÔNG
- Trên thanh RAS Geometry, chọn Create RAS
Layers/Stream Centerline để tạo mạng lưới sông.
Đặt tên

13. XÂY DỰNG MẠNG LƢỚI SÔNG
Trên thanh Editor, chọn Start Editing và chọn Folder có đuôi
là *.mdb.

14. XÂY DỰNG MẠNG LƢỚI SÔNG
Sau đó, bấm Shift  chọn các nhánh sông cần thiết  R-Click 
Copy và Paste.
Tắt lớp MK_Network  được các nhánh sông định dạng HEC-
GeoRAS
Copy
và
Paste
Định dạng HEC-GeoRAS

15. XÂY DỰNG MẠNG LƢỚI SÔNG
Đặt tên cho các nhánh sông
R-Click vào lớp mạng lưới sông, chọn Open Attribute Table, sau đó
đặt tên vào hai cột River và Reach
Chú ý: Có thể copy từ MS-Excel, bằng cách soạn sẵn trên excel, sau đó
chọn và bấm Ctrl+C  bào bảng thuộc tính  chọn Ctrl+V
Chọn
Editor/Save Edit

Editor/Stop Editing

16. XUẤT DỮ LIỆU TỪ ArcGIS
Trên thanh HEC-GeoRAS, chọn RAS
Geometry/Export RAS Data.
Đợi đến khi xuất
hiện dòng chữ
“GIS data for
RAS exproted
successfully!”
thì bấm
Close. Như
vậy, mạng
lưới sông đã
được xuất ra.

17. NHẬP MẠNG LƢỚI SÔNG VÀO
HEC-RAS
Bật cửa số HEC-RAS và lưu lại với tên Bai_1
Lúc này, mô hình
đang theo hệ
thống đo lường
của Mỹ (US
Customary).
Cần phải chuyển
sang hệ SI
(Metric)

18. NHẬP MẠNG LƢỚI SÔNG VÀO
HEC-RAS
Trên thanh công cụ, chọn Edit/Geometric Data để bật
cửa sổ nhập và chỉnh sửa dữ liệu hình học.
Trên cửa sổ Geometric Data, chọn File/Import
Geometry Data/GIS Format… và chọn đường dẫn
vào mạng lưới đã tạo từ HEC-GeoRAS.

19. NHẬP MẠNG LƢỚI SÔNG VÀO
HEC-RAS
Cần phải chọn hệ đo lường là SI và cuối cùng là chọn
Finish Import Data thì hoàn tất việc nhập mạng lưới
sông vào HEC-RAS

20. NHẬP MẶT CẮT NGANG
Trên cửa sổ Geometric Data chọn biểu
tượng bên trái và chọn
Option/Add a new Cross Section
để nhập mặt cắt ngang cho đoạn
sông và nhập các số liệu mặt cắt như
sau: Trục X (Station) thể hiện chiều
rộng của mặt cắt, trục Y (Elevation)
thể hiện độ cao của mặt cắt.
Chú ý: Có thể copy từ MS-Excel

21. NHẬP MẶT CẮT NGANG
Khoảng cách đối với mặt
cắt kế tiếp ở hạ nguồn
Độ nhám thủy lực
Vị trí bờ trái và bờ phải

22. Độ nhám thủy lực là gì?
Độ nhám thủy lực là hệ số đặc trưng cho sự cản trở dòng chảy.
Độ nhám phụ thuộc vào đặc tính đáy sông. Ví dụ:
n1 > n2
n2
n1
Mặt
nước
Đáy sông

23. NHẬP MẶT CẮT NGANG

24. NHẬP MẶT CẮT NGANG
Sau khi nhập tất cả các mặt cắt ta sẽ được đoạn sông như
sau:

25. ĐIỀU KIỆN BIÊN VÀ
ĐIỀU KIỆN BAN ĐẦU
Điều kiện biên:
-Biên trên: lưu lượng tại
mặt cắt thượng nguồn.
-Biên dưới: mực nước tại
mặt cắt hạ nguồn.
Điều kiện ban đầu:
-Lưu lượng ban đầu ở mặt cắt
thượng nguồn.
Biên trên
Biên dƣới
Mặt cắt ngang

26. Nhập điều kiện biên:
-Trên cứa sổ chính của HEC-
RAS, chọn Edit/Unstedy Flow
Data.
-Ở mặt cắt thượng nguồn chọn
Flow Hydrograph và ở mặt cắt
hạ nguồn chọn Stage
Hydrograph.
Nhập số liệu
lưu lượng và
mực nước
theo từng giờ

27. ĐIỀU KIỆN BIÊN VÀ
ĐIỀU KIỆN BAN ĐẦU
Nhập điều kiện ban đầu:
-Trên tab Initial Conditions
của cửa sổ Unsteady Flow
Data, nhập số liệu lưu lượng
vào Initial Flow.

28. PHẦN 3:
CHẠY MÔ HÌNH VÀ XUẤT KẾT QUẢ
Chạy mô hình1
Xuất kết quả mô hình2

29. CHẠY MÔ HÌNH
Sau khi hoàn tất việc nhập các số liệu đầu vào, tiến hành
chạy mô hình thủy lực.
-Trên cửa sổ chính của HEC-RAS, chọn Run/Unsteady
Flow Analysis và làm theo các bước:
1. Đánh dấu tất cả ở phần Program to Run.
2. Chọn ngày bắt đầu và giờ bắt đầu; ngày kết thúc và giờ
kết thúc.
3. Thiết lập bước thời gian là 1 giờ hoặc 30 phút, 20 phút…
4. Chọn bước thời gian xuất kết quả (ví dụ kết quả theo từng
giờ)
5. Lưu vào file DSS.
6. Chạy mô hình

30. CHẠY MÔ HÌNH
1
2
3
4
5
6
Kết thúc
bấm
Close

31. XUẤT KẾT QUẢ MÔ HÌNH
Kết quả của từng mặt cắt
(dạng số)
- Nhấp chuột trái vào mặt
cắt cần xem
- Chọn Tabular
Output/Cross Section
Cột bên trái là tổng giá trị qua
mặt cắt (ví dụ: tổng lưu
lượng…)
Cột bên phải là giá trị ở 3 khu
vực trên mặt cắt (bờ trái,
kênh chính và bờ phải)
W.S.Elev: mực nước; Q Total: Lưu lượng
Flow: Lưu lượng qua từng khu vực trên mặt cắt.

32. XUẤT KẾT QUẢ MÔ HÌNH
Kết quả của từng mặt cắt (dạng hình)
- Nhấp chuột trái vào mặt cắt cần xem
- Chọn Plot Cross Section
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
Bai_1 Plan: Plan 01 10/11/2012
Station (m)
Elevation(m)
Legend
EG MaxWS
WS MaxWS
Ground
BankSta
.
0
2
5
.025 .
0
2
5
Đáy
Bờ
Mực nước

33. XUẤT KẾT QUẢ MÔ HÌNH
Kết quả của cả đoạn sông theo thời gian (dạng số)
- Nhấp chuột trái vào mặt cắt cần xem
- Chọn Tabular Output/Profile Table.
- Để xuất nhiều giá trị theo thời gian, chọn Options/Profiles

34. XUẤT KẾT QUẢ MÔ HÌNH
Kết quả của cả đoạn sông theo thời gian (dạng hình)
- Nhấp chuột trái vào mặt cắt cần xem
- Chọn Plot Profile.
0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000
-16
-14
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
Bai_1 Plan: Plan 01 10/11/2012
Main Channel Distance (m)
Elevation(m)
Legend
WS 31DEC2004 2400
EG 31DEC2004 2400
Crit 31DEC2004 2400
Ground
Co_Chien Co_Chien
Đáy
Mực nước
Thượng
nguồn
Hạ nguồn

35. PHẦN 4:
PHƢƠNG PHÁP HỆU CHỈNH VÀ
KIỂM ĐỊNH MÔ HÌNH
Hiệu chỉnh mô hình
Là thay đổi một số thông số của mô hình (ví dụ: hệ số nhám n) sao
cho kết quả mô hình phù hợp với số liệu thực đo
Kiểm định mô hình
Là sử dụng bộ số liệu tại một khoảng thời gian khác để so sánh kết
quả mô phỏng và số liệu thực đo nhằm kiểm chứng lại kết quả
hiệu chỉnh mô hình
Ví dụ:
Bộ số liệu chạy và hiệu chỉnh mô hình và chỉnh năm 2010
Bộ số liệu dùng để kiểm định năm 2011

36. Các vị trí hiệu chỉnh và kiểm định mô hình
PHẦN 4:
PHƢƠNG PHÁP HỆU CHỈNH VÀ
KIỂM ĐỊNH MÔ HÌNH

37. Mô hình chưa hiệu chỉnh, so sánh mực nước vị trí B, n=0.03
PHẦN 4:
PHƢƠNG PHÁP HỆU CHỈNH VÀ
KIỂM ĐỊNH MÔ HÌNH

38. Cách thay đổi hệ số nhám
Trên thanh công cụ của Geomatric Data/Tables/Manning’s n…
PHẦN 4:
PHƢƠNG PHÁP HỆU CHỈNH VÀ
KIỂM ĐỊNH MÔ HÌNH

39. Điều chỉnh hệ số nhám
Trên mục River, chọn
nhánh sông cần thay
đổi hệ số nhám hoặc
chọn All rivers để
thay đổi hệ số nhám
cho toàn bộ các sông
Chọn tất cả các sông, sau
đó chọn Set Values
Nhập giá trị n vào, giả sử
0.029, 0.028… mỗi
lần nhập là một lần
chạy và so sánh kết
quả với thực đo.
PHẦN 4:
PHƢƠNG PHÁP HỆU CHỈNH VÀ
KIỂM ĐỊNH MÔ HÌNH

40. Mô hình đã hiệu chỉnh, so sánh mực nước vị trí B, n=0.0127
PHẦN 4:
PHƢƠNG PHÁP HỆU CHỈNH VÀ
KIỂM ĐỊNH MÔ HÌNH

41. PHẦN 5
MÔ PHỎNG CHẤT LƢỢNG NƢỚC
Xuất kết quả mô hình chất lƣợng nƣớc
Chạy mô hình chất lƣợng nƣớc
Hệ số khuếch tán
Nhập điều kiện biên chất lƣợng nƣớc
Tạo biến chất lƣợng nƣớc

42. TẠO BIẾN CHẤT LƢỢNG NƢỚC
Ở đây, có thể xem chất lượng
nước là độ mặn (SAL
(mg/L)).
Trên thanh công cụ chính của
HEC-RAS, chọn Edit/Water
Quality Data.
Tiếp theo chọn New Water
Quality File, đánh dấu vào
mục Abitrary Constituents
và chọn Add, sau đó đặt tên
là SAL.

43. NHẬP ĐIỀU KIỆN BIÊN CHẤT
LƢỢNG NƢỚC
Tiếp theo chọn Boundary
Conditions/BC SAL sẽ thấy
xuất hiện mũi tên tức là
bắt buộc phải có dữ liệu đầu
vào ở thƣợng nguồn.
- Chọn Add RS và chèn mặt cắt
hạ nguồn vào, lúc này sẽ có
thêm biên dưới có mũi tên
hướng lên
- Chọn mặt cắt hạ nguồn sau
đó chọn Enter/Edit Table.
Tiếp theo là nhập số liệu
mặn theo giờ hoặc nhiều
giờ

44. NHẬP ĐIỀU KIỆN BAN ĐẦU VÀ HỆ
SỐ KHUẾCH TÁN
- Tiếp theo chọn Initial
Conditions. Sau đó nhập
giá trị độ mặn ban đầu (ví
dụ giá trị ban đầu là 0mg/L)
- Để nhập hệ số khuếch tán
chọn Dispersion
Coefficients. Sau đó nhập
hệ số khuếch tán (ví dụ hệ
số là 500m2/s)

45. CHẠY MÔ HÌNH
CHẤT LƢỢNG NƢỚC
- Trên cửa sổ chính chọn
Run/Water Quality
Analysis và chọn thời gian
mô phỏng, cuối cụng chọn
Compute.
- Khi hoàn tất việc tính toán
thì sẽ có cửa sổ bên dưới.

46. XUẤT KẾT QUẢ MÔ HÌNH
- Trên cửa sổ chính chọn View/WQ Time Series Plot sẽ xuất hiện
biểu đồ và giá trị mặn theo thời gian của từng điểm chất lượng
nước (điểm chất lượng nước là điểm nằm giữa hai mặt cắt cần
mô phỏng chất lượng nước). Nếu muốn xem giá trị chất lượng
nước thì chọn Table.
Điểm
chất
lƣợng
nƣớc

47. PHẦN 6
XÂY DỰNG KỊCH BẢN VÀ
CHẠY KỊCH BẢN
KỊCH BẢN NƢỚC BIỂN DÂNG
Giả sử nước biển dâng 30cm (0.3m)
Cách thực hiện: Cộng tất cả số liệu mực nước ở biên dưới cho 0.3
KỊCH BẢN LƢU LƢỢNG THƢỢNG NGUỒN GIẢM
Giả sử giảm 20% lưu lượng ở thượng nguồn
Cách thực hiện: Lưu lượng = (Lưu lượng thượng nguồn x 80)/100
KỊCH BẢN CÓ CÔNG TRÌNH NGĂN MẶN
Giả sử có cống ngăn mặn tại các nhánh sông ở hạ nguồn và các
cống này đóng hoàn toàn
Cách thực hiện: xây dựng một cống ngăn mặn tại các nhánh sông
hạ nguồn

48. CÁC VỊ TRÍ SO SÁNH
Cống
Vị trí
so
sánh

49. 0 m
Ví dụ về công trình ngăn mặn
- Chiều cao 7.7m
- Số ô là 10
- Chiều rộng mỗi ô là 8m
- Cao trình đáy (so với mực nước biển
trung bình là -4.2m)
7.7 m

50. VẬN HÀNH CÔNG TRÌNH
Trong quá trình thiết lập giá trị đầu
vào của cống ngăn mặn
(Edit/Unsteady Flow Data/T.S.Gate
Opening)
- Nếu giá trị là 0m: đóng cống hoàn
toàn
- Nếu giá trị là 7.7m: mở cống hoàn
toàn
- Nếu giá trị là 3.5m: cống được mở
lên 3.5m

51. SO SÁNH KẾT QUẢ CÁC KỊCH BẢN
02 03 04 05 06 07 08 09 10 11
3/1/2010
-1
0
1
2
3
4
5
6
7
-6000
-4000
-2000
0
2000
4000
6000
8000
10000
Plan: dong5 River: BA LAI RIVER 2 Reach: BA LAI RS: 8.35000
Time
Stage(m)
Flow(m3/s)
Legend
Stage
Flow
Lưu lượng tại mặt cắt
phía trong cống gần
bằng 0m3/s trong
khoảng thời gian đóng
cống 5 ngày đầu

52. So sánh độ mặn
SO SÁNH KẾT QUẢ CÁC KỊCH BẢN

53. So sánh độ mặn
SO SÁNH KẾT QUẢ CÁC KỊCH BẢN

54. So sánh độ mặn
SO SÁNH KẾT QUẢ CÁC KỊCH BẢN

55. XUẤT KẾT QUẢ RA BẢN ĐỒ

56. XUẤT KẾT QUẢ RA BẢN ĐỒ

57. XUẤT KẾT QUẢ RA BẢN ĐỒ

58. Xin cảm ơn!