Phương pháp mô hình hóa trong nghiên cứu sụt lún đất

  • Bùi Thắng
  • 07-08-2020
  • 103 lượt đọc
Công nghệ mới

Bản chất của quá trình sụt đất xuất phát từ quá trình xói ngầm, thực ra là quá trình biến dạng thấm. Xói ngầm, cát chảy là những hình thức biến dạng thấm tiêu biểu xảy ra ở vùng “cửa thoát” nơi có dòng thấm đi ra khi gradient áp lực thấm vượt quá gradient áp lực thấm giới hạn của đất. Khi gradient dòng ngầm lớn vượt quá giá trị tới hạn của đất đá sẽ gây nên hiện tượng xói ngầm.

    Khả năng phát sinh, phát triển những quá trình này phụ thuộc chủ yếu vào điều kiện thuỷ động lực của dòng thấm và tính chất của đất, đặc biệt là thành phần hạt và cấu trúc của đất (Mironenko V.A. và Sextakov V.M,1982; Tô Xuân Vu, 2002).

    Cấu trúc địa chất, các đứt gãy kiến tạo và thành phần thạch học đất đá đóng vai trò làm nền, môi trường cho hoạt động xói ngầm. Vai trò động lực gây ra xói ngầm chính là dòng chảy nước dưới đất. Chính vì thế để đánh giá xác định nguy cơ xói ngầm, cần xác định được trường dòng chảy nước dưới đất ở khu vực nghiên cứu.

   Khu vực xảy ra xói ngầm nơi dòng sông phân lưu và nơi sông chảy uốn khúc là những nơi biên sông có hình thái biến đổi phức tạp, dòng thấm từ sông về phía bờ và từ bờ về phía sông phát triển rất lớn. Đây cũng là nơi có chế độ thủy động lực, địa chất biến đổi rất phức tạp trong không gian. Do vậy việc giải các bài toán thấm theo bài toán phẳng thường kém chính xác và gặp khó khăn khi chọn mặt cắt tính toán. Trong điều kiện đó, mô hình hóa dòng chảy nước dưới đất bằng các mô hình toán là phương pháp tiếp cận hợp lý. Kết quả mô hình cho phép xác định các thông số của trường thấm ở bất kỳ thời điểm và vị trí nào trong khu vực, là cơ sở quan trọng cho việc tính toán, dự báo nguy cơ xảy ra xói ngầm và biến dạng thấm.

    Có rất nhiều mô hình thủy văn thủy lực về nước dưới đất khác nhau: Modflow, Visual Modflow, Ground water modeling system GMS. Việc lựa chọn các mô hình phải dựa trên các mục đích mô phỏng dòng chảy ngầm trong các trường hợp cực hạn có khả năng gây ra xói ngầm. Trường hợp cực hạn ở đây được chúng tôi xác định là trong và sau khi xảy ra các trận lũ lớn, khi mực nước lũ thay đổi nhanh và sự trao đổi nước giữa dòng ngầm và dòng mặt xảy ra khá mạnh. Mô hình được lựa chọn phải đáp ứng mối liên kết chặt giữa mô hình dòng chảy mặt (mô hình lũ) và mô hình dòng ngầm (mô hình nước dưới đất).

    Theo các tài liệu đánh giá cho thấy gói mô hình MIKE SHE/MIKE 11 (DHI, H0rsholm, Đan Mạch) được chọn trong nghiên cứu đề tài. MIKE SHE có nhiều ưu điểm so với các mô hình thủy văn khác để ước lượng dòng chảy khu vực sông miền núi:

    1. Mô hình thuộc loại mô hình phân bố và có hầu hết các modun - thuật toán mô tả các chuyển động của nước chảy tràn, nước trong đới không bảo hòa, nước ngầm và nước trong lòng dẫn;

   2. Có công cụ GIS được xây dựng trong hệ thống có thể trực tiếp sử dụng các cơ sở dữ liệu không gian GIS cho các đầu vào mô hình

    3. Mô phỏng đồng bộ(couple) quá trình dòng chảy mặt và dòng chảy ngầm

    4. Có một tiện ích hình ảnh mạnh mẽ giúp giải thích các kết quả mô hình hoá dễ dàng.

    MIKE SHE là thế hệ đầu tiên của mô hình thủy văn phân bố không gian dựa trên chu trình thủy văn nguồn nước (Abbott et al., 1986a, b). MIKE SHE mô phỏng chu kỳ nước mặt đất bao gồm sự bốc hơi (ET), dòng chảy trên mặt, nước trong đất trong đới không bão hòa và các chuyển động trong đới bão hòa. Sự bốc hơi được mô hình hoá như là một hàm ý của PET, chỉ số diện tích lá (LAI) và độ ẩm của đất bằng phương pháp Kristensen và Jensen (1975). Các quá trình xâm nhập và bão hòa nước trong đất không bão hòa được mô phỏng theo phương trình của Richard hoặc phương trình cân bằng nước đơn giản. Dòng nước bão hòa (tức là nước ngầm) được mô phỏng bằng mô hình nước ngầm đất 3 chiều. Các dòng chảy trên sông, suối hoặc kênh dẫn được tương tác với dòng ngầm và được kiểm soát bởi mô hình MIKE 11 và bởi sự kết hợp của MIKE SHE và MIKE 11. MIKE 11 là mô hình một chiều theo dõi các mức nước kênh bằng một phiên bản sóng năng động hoàn toàn các biện pháp Saint Venant. Sự kết hợp của MIKE SHE và MIKE 11 đặc biệt quan trọng cho việc mô phỏng động lực của các vùng thường xuyên biến đổi ở cả vùng đất ven các thung lũng sông, đặc biệt là quá trình biến dạng thấm. Mô tả chi tiết các thủ tục lập mô hình và công thức toán học có thể tìm thấy trong tài liệu hướng dẫn sử dụng của MIKE SHE (DHI, 2004), các ấn phẩm liên quan (Abbott và cộng sự, 1986a, b; Graham and Butts, 2005).




CÓ THỂ BẠN QUAN TÂM